(57)【要約】【課題】発振回路からの輻射ノイズが小さい静電容量検出器を実現する。【解決手段】発振回路(10)の発振信号を利用して静電容量(C4)を検出する静電容量検出器は、前記発振回路の発振周波数を擬似ランダム信号によって周波数ホッピングさせるホッピング手段(30,TR1,C2)と、前記周波数ホッピングされた発振信号を利用して静電容量を検出する検出手段(40)を具備する。前記周波数ホッピングは、前記擬似ランダム信号でＬＣ共振回路の静電容量を切り替えることにより行われる。または、前記擬似ランダム信号から生成したアナログ信号でＬＣ共振回路の可変容量ダイオードを調節することにより行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振回路の発振信号を利用して静電容量を検出する静電容量検出器であって、
前記発振回路の発振周波数を擬似ランダム信号によって周波数ホッピングさせるホッピング手段と、
前記周波数ホッピングされた発振信号を利用して静電容量を検出する検出手段
を具備することを特徴とする静電容量検出器。
【請求項２】
前記周波数ホッピングは、前記擬似ランダム信号でＬＣ共振回路の静電容量を切り替えることにより行われる
ことを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出器。
【請求項３】
前記周波数ホッピングは、前記擬似ランダム信号から生成したアナログ信号でＬＣ共振回路の可変容量ダイオードを調節することにより行われる
ことを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出器。
【請求項４】
前記周波数ホッピングは、２波以上の周波数ホッピングである
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の静電容量検出器。
【請求項５】
前記検出手段は、前記発振信号の周波数を利用する
ことを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出器。
【請求項６】
前記検出手段は、前記発振信号の複数の周波数うちの１つを利用する
ことを特徴とする請求項５に記載の静電容量検出器。
【請求項７】
前記検出手段は、前記発振信号の複数の周波数の平均周波数を利用する
ことを特徴とする請求項５に記載の静電容量検出器。
【請求項８】
前記検出手段は、前記発振信号の複数の周波数をそれぞれ利用する
ことを特徴とする請求項５に記載の静電容量検出器。
【請求項９】
前記検出手段は、前記複数の周波数を前記擬似ランダム信号に同期して利用する
ことを特徴とする請求項８に記載の静電容量検出器。
【請求項１０】
前記検出手段は、前記発振信号による電圧降下を利用する
ことを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量検出器に関し、特に、発振回路の発振信号を利用して静電容量を検出する静電容量検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量方式の接触感知器や接近感知器は、感知電極の静電容量の変化に基づいて接触や接近を感知する。感知電極の静電容量は、感知電極に供給した交流電気信号を利用して検出される。交流電気信号としては、発振回路の発振信号が利用される。この種の接触感知器等は、例えば、車両のパワーウィンドウ等において、人体の挟み込み検出に用いられる（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−１１０５７４号公報（段落番号００５５−００６０、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
発振回路の発振信号を利用して静電容量を検出するときは、発振回路から輻射されるノイズが問題となり、対策が困難である。また、ノイズ対策としてＥＭＩフィルタ等を用いるときは、部品コストが増大する。
そこで、本発明の課題は、発振回路からの輻射ノイズが小さい静電容量検出器を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
課題を解決するための請求項１に係る発明は、発振回路の発振信号を利用して静電容量を検出する静電容量検出器であって、前記発振回路の発振周波数を擬似ランダム信号によって周波数ホッピングさせるホッピング手段と、前記周波数ホッピングされた発振信号を利用して静電容量を検出する検出手段を具備することを特徴とする静電容量検出器である。
【０００５】
課題を解決するための請求項２に係る発明は、前記周波数ホッピングは、前記擬似ランダム信号でＬＣ共振回路の静電容量を切り替えることにより行われることを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出器である。
【０００６】
課題を解決するための請求項３に係る発明は、前記周波数ホッピングは、前記擬似ランダム信号から生成したアナログ信号でＬＣ共振回路の可変容量ダイオードを調節することにより行われることを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出器である。
【０００７】
課題を解決するための請求項４に係る発明は、前記周波数ホッピングは、２波以上の周波数ホッピングであることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の静電容量検出器である。
【０００８】
課題を解決するための請求項５に係る発明は、前記検出手段は、前記発振信号の周波数を利用することを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出器である。
課題を解決するための請求項６に係る発明は、前記検出手段は、前記発振信号の複数の周波数うちの１つを利用することを特徴とする請求項５に記載の静電容量検出器である。
【０００９】
課題を解決するための請求項７に係る発明は、前記検出手段は、前記発振信号の複数の周波数の平均周波数を利用することを特徴とする請求項５に記載の静電容量検出器である。
【００１０】
課題を解決するための請求項８に係る発明は、前記検出手段は、前記発振信号の複数の周波数をそれぞれ利用することを特徴とする請求項５に記載の静電容量検出器である。
課題を解決するための請求項９に係る発明は、前記検出手段は、前記複数の周波数を前記擬似ランダム信号に同期して利用することを特徴とする請求項８に記載の静電容量検出器である。
【００１１】
課題を解決するための請求項１０に係る発明は、前記検出手段は、前記発振信号による電圧降下を利用して静電容量を検出することを特徴とする請求項１に記載の静電容量検出器である。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明によれば、発振回路の発振信号を利用して静電容量を検出する静電容量検出器は、前記発振回路の発振周波数を擬似ランダム信号によって周波数ホッピングさせるホッピング手段と、前記周波数ホッピングされた発振信号を利用して静電容量を検出する検出手段を具備するので、発振回路からの輻射ノイズが小さい静電容量検出器を実現することができる。
【００１３】
請求項２に係る発明によれば、前記周波数ホッピングは、前記擬似ランダム信号でＬＣ共振回路の静電容量を切り替えることにより行われるので、周波数ホッピングを適切に行うことができる。
【００１４】
請求項３に係る発明によれば、前記周波数ホッピングは、前記擬似ランダム信号から生成したアナログ信号でＬＣ共振回路の可変容量ダイオードを調節することにより行われるので、周波数ホッピングを適切に行うことができる。
【００１５】
請求項４に係る発明によれば、前記周波数ホッピングは、２波以上の周波数ホッピングであるので、発振周波数スペクトラムを２波以上に拡散することができる。
請求項５に係る発明によれば、前記検出手段は、前記発振信号の周波数を利用するので、静電容量を適切に検出することができる。
【００１６】
請求項６に係る発明によれば、前記検出手段は、前記発振信号の複数の周波数うちの１つを利用するので、検出手段を簡素化することができる。
請求項７に係る発明によれば、前記検出手段は、前記発振信号の複数の周波数の平均周波数を利用するので、周波数を有効に利用することができる。
【００１７】
請求項８に係る発明によれば、前記検出手段は、前記発振信号の複数の周波数をそれぞれ利用するので、周波数をきめ細かく利用することができる。
請求項９に係る発明によれば、前記検出手段は、前記複数の周波数を前記擬似ランダム信号に同期して利用するので、静電容量の変化を適切に検出することができる。
【００１８】
請求項１０に係る発明によれば、前記検出手段は、前記発振信号による電圧降下を利用するので、静電容量を適切に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。
図１に、静電容量検出器１００の電気的構成をブロック図によって示す。静電容量検出器１００は、発明を実施するための最良の形態の一例である。静電容量検出器１００の構成によって、静電容量検出器に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。
【００２０】
図１に示すように、静電容量検出器１００は、ＬＣ発振回路１０を有する。ＬＣ発振回路１０は、ＬＣ共振回路の共振周波数で発振する。ＬＣ共振回路は、インダクタンスＬ１とキャパシタンスＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４で構成される。
【００２１】
インダクタンスＬ１には、キャパシタンスＣ１、キャパシタンスＣ２とトランジスタスイッチＴＲ１の直列回路、および、キャパシタンスＣ３とキャパシタンスＣ４の直列回路が並列に接続される。
【００２２】
ここで、Ｃ３＞＞Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４となっている。したがって、キャパシタンスＣ３とキャパシタンスＣ４の直列回路の静電容量は、等価的にキャパシタンスＣ４であるとみなすことができる。
【００２３】
キャパシタンスＣ４は、検出容量２０の静電容量である。検出容量２０は、例えば、接触感知用または接近感知用の電極の静電容量であり、物体の接触または接近によって変化する。これに対して、キャパシタンスＣ１，Ｃ２，Ｃ３およびインダクタンスＬ１は、物体の接触または接近に無関係な一定値である。
【００２４】
トランジスタスイッチＴＲ１は、ＰＮ発生回路３０が発生する擬似ランダム信号(PN : pseudo noise)で駆動されてオンオフ動作を行う。トランジスタスイッチＴＲ１のオンオフに伴い、ＬＣ共振回路において、キャパシタンスＣ２の並列接続とその解除がそれぞれ行われる。
【００２５】
トランジスタスイッチＴＲ１がオンの状態では、インダクタンスＬ１に並列なキャパシタンスは、
ＣU＝Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ４
となり、それに伴って、ＬＣ発振回路１０の発振周波数は
ｆ１＝１／２π√ＬＣU
となる。
【００２６】
トランジスタスイッチＴＲ１がオフの状態では、インダクタンスＬ１に並列なキャパシタンスは、
ＣL＝Ｃ１＋Ｃ４
となり、それに伴って、ＬＣ発振回路１０の発振周波数は
ｆ２＝１／２π√ＬＣL
となる。
【００２７】
これに対して、キャパシタンスＣ４がＣ４’に変化すると、
トランジスタスイッチＴＲ１がオンの状態では、インダクタンスＬ１に並列なキャパシタンスは、
ＣU’＝Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ４’
となり、それに伴って、ＬＣ発振回路１０の発振周波数は
ｆ１’＝１／２π√ＬＣU’
となる。
【００２８】
また、トランジスタスイッチＴＲ１がオフの状態では、インダクタンスＬ１に並列なキャパシタンスは、
ＣL’＝Ｃ１＋Ｃ４’
となり、それに伴って、ＬＣ発振回路１０の発振周波数は
ｆ２’＝１／２π√ＬＣL’
となる。
【００２９】
キャパシタンスＣ４の変化に伴うこのような周波数変化が、周波数検出回路４０によって検出される。周波数検出回路４０は、発振周波数ｆ１，ｆ２の平均値と発振周波数ｆ１’，ｆ２’の平均値の差を検出する。周波数差検出信号は、静電容量検出信号ＯＵＴとして出力される。周波数検出回路４０は、本発明における検出手段の一例である。
【００３０】
トランジスタスイッチＴＲ１のオンオフにより、ＬＣ発振回路１０の発振周波数は２波にわたって周波数ホッピングされる。キャパシタンスＣ２、トランジスタスイッチＴＲ１およびＰＮ発生回路３０は、本発明におけるホッピング手段の一例である。
【００３１】
周波数ホッピングのタイミングは、ＰＮ発生回路３０の出力信号に対応した擬似ランダムなものとなる。このような周波数ホッピングにより、ＬＣ発振回路１０の発振周波数が拡散してピークパワーが低下する。このため、ＬＣ発振回路１０からの輻射ノイズが減少する。
【００３２】
図２に、周波数ホッピングを２波よりも多くした例を示す。図２において、図１と同様な部分は同一の符号を付して説明を省略する。図２に示すように、キャパシタンスＣ２とトランジスタスイッチＴＲ１の直列回路には、キャパシタンスＣ５とトランジスタスイッチＴＲ２の直列回路、および、キャパシタンスＣ６とトランジスタスイッチＴＲ３の直列回路が並列接続され、トランジスタスイッチＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３を、ＰＮ発生回路３０の出力信号により、別々なタイミングでオンオフするようになっている。ただし、Ｃ２≠Ｃ５≠Ｃ６である。
【００３３】
これによって、ＬＣ発振回路１０の発振周波数は４波（ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４）にわたって周波数ホッピングされ、発振周波数のさらなる拡散により、ピークパワーがさらに低下し、輻射ノイズが一層減少する。キャパシタンスＣ２，Ｃ５，Ｃ６、トランジスタスイッチＴＲ１，ＴＲ２，ＴＲ３およびＰＮ発生回路３０は、本発明におけるホッピング手段の一例である。
【００３４】
キャパシタンスＣ４の変化は、周波数検出回路４０により、発振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４の平均値と発振周波数ｆ１’，ｆ２’，ｆ３’，ｆ４’の平均値の差として検出される。周波数検出回路４０は、本発明における検出手段の一例である。
あるいは、図３に示すように、ＰＮ発生回路３０から入力される擬似ランダム信号に同期して、発振周波数ｆ１とｆ１’の差、発振周波数ｆ２とｆ２’の差、発振周波数ｆ３とｆ３’の差、および、発振周波数ｆ４とｆ４’の差をそれぞれ検出するようにしても良い。周波数検出回路４０は、本発明における検出手段の一例である。
【００３５】
このようにしたときは、外来ノイズの周波数が発振周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４（ｆ１’，ｆ２’，ｆ３’，ｆ４’）のいずれかに一致する場合は、そのような発振周波数を除外し、外来ノイズの周波数と不一致な発振周波数のみを使用することができるので、外来ノイズの影響を回避することができる。
【００３６】
ＬＣ発振回路１０の発振周波数の周波数ホッピングは、図４に示すように、可変容量ダイオードＤ１を用いて行うようにしても良い。可変容量ダイオードＤ１には、キャパシタンスＣ７が直列に接続され、この直列回路がキャパシタンスＣ１に並列接続される。
可変容量ダイオードＤ１の静電容量は、Ｄ／Ａ(digital-to-analog)変換回路３０２の出力信号で調節される。Ｄ／Ａ(digital-to-analog)変換回路３０２の出力信号は、ＰＮ発生回路の擬似ランダム信号をＤ／Ａ変換したアナログ電圧である。
【００３７】
これによって、可変容量ダイオードＤ１の静電容量が多段階かつ擬似ランダムに変化し、それに対応した周波数ホッピングが行われるので、ピークパワーが大幅に低下して輻射ノイズが激減する。キャパシタンスＣ７、可変容量ダイオードＤ１、Ｄ／Ａ変換回路３０２およびＰＮ発生回路は、本発明における周波数ホッピング手段の一例である。
【００３８】
キャパシタンスＣ４の変化は、周波数検出回路４０により、ＰＮ発生回路３０から入力される擬似ランダム信号に同期して、発振周波数ｆｊとｆｊ’（ｊ=１，２，３，・・・）の差として検出される。周波数検出回路４０は、本発明における検出手段の一例である。
【００３９】
図５に、静電容量検出器１００の構成の他の例を示す。図５において、図１に示したものと同様な部分は、同一の符号を付して説明を省略する。図５に示すように、ＰＮ発生回路３０によりＬＣ発振回路１０について上記と同様な周波数ホッピングが行われ、そのような発振信号が、抵抗Ｒ１を介して検出容量２０のキャパシタンスＣ８に供給される。ＰＮ発生回路は、本発明における周波数ホッピング手段の一例である。
【００４０】
検出容量２０のキャパシタンスＣ８が物体の接触や接近等によって変化すると、電圧降下の変化に基づいてその両端電圧が変化する。キャパシタンスＣ８の両端電圧の変化は、電圧検出回路５０によって検出され、静電容量検出信号ＯＵＴとして出力される。電圧検出回路５０は、本発明における検出手段の一例である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】発明を実施するための最良の形態の一例の静電容量検出器の電気構成を示すブロック図である。
【図２】発明を実施するための最良の形態の一例の静電容量検出器の電気構成を示すブロック図である。
【図３】発明を実施するための最良の形態の一例の静電容量検出器の電気構成を示すブロック図である。
【図４】発明を実施するための最良の形態の一例の静電容量検出器の電気構成を示すブロック図である。
【図５】発明を実施するための最良の形態の一例の静電容量検出器の電気構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４２】
１００ ： 静電容量検出器
１０ ： ＬＣ発振回路
２０ ： 検出容量
３０ ： ＰＮ発生回路
３０２ ：Ｄ／Ａ変換回路
４０ ： 周波数検出回路
５０ ： 電圧検出回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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