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技術 近接センサ

出願人 株式会社シンテックホズミ
発明者 波多野陸生小澤正浩
出願日 2017年2月24日 (3年0ヶ月経過) 出願番号 2017-032792
公開日 2018年8月30日 (1年6ヶ月経過) 公開番号 2018-137189
状態 拒絶査定
技術分野 磁界電界応動スイッチ
主要キーワード ターゲット容量 通りスイッチ 現物合わせ ゼロスタート 調達コスト シールド電圧 検知漏れ 非反転回路
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

人体近接を精度高く検知できる近接センサを提供すること。

解決手段

静電容量の変化を検出して人体の近接を検知する近接センサ1は、人体の近接を検知するためのセンサ電極10と、静電容量Coに電荷を蓄えさせるためにセンサ電極10に電圧印加する電線をなすセンサハーネス11と、を備えており、センサ電極10に対する印加電圧と等しい電圧が印加されるシールド12がセンサハーネス11の外周側に配置されている。

概要

背景

従来より、人体近接を検知するセンサ電極を備え、このセンサ電極の静電容量の変化を検出して人体の近接を検知する静電容量式近接センサが知られている。このような近接センサとしては、センサ電極の静電容量が蓄える電荷移動先として比較的大きな基準容量コンデンサを備えるセンサがある(例えば特許文献1参照。)。

この近接センサは、センサ電極の比較的小さな静電容量の充放電を繰り返して電荷を移動させ、基準容量に電荷を蓄えさせる。センサ電極の静電容量に変化が生じた場合には、基準容量に電荷を蓄えさせるために必要な充放電回数が変化する。例えばセンサ電極に人体が近接して静電容量が大きくなれば、基準容量に所定量の電荷を蓄えさせるために必要な充放電回数が少なくなる。このように、上記の近接センサによれば、センサ電極の静電容量から基準容量への電荷の移動に要する充放電回数の変動という形で、人体の近接によるセンサ電極の静電容量の変化を顕在化できる。

概要

人体の近接を精度高く検知できる近接センサを提供すること。静電容量の変化を検出して人体の近接を検知する近接センサ1は、人体の近接を検知するためのセンサ電極10と、静電容量Coに電荷を蓄えさせるためにセンサ電極10に電圧印加する電線をなすセンサハーネス11と、を備えており、センサ電極10に対する印加電圧と等しい電圧が印加されるシールド12がセンサハーネス11の外周側に配置されている。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

静電容量の変化を検出して人体近接を検知する近接センサであって、人体の近接を検知するためのセンサ電極と、前記静電容量に電荷を蓄えさせるために前記センサ電極に電圧印加する電線をなす第1の導電体と、を備え、前記センサ電極に対する印加電圧と等しい電圧が印加される第2の導電体が前記第1の導電体の外周側に配置されている近接センサ。

請求項2

請求項1において、前記センサ電極に電圧を印加するための駆動回路を有し、該駆動回路が、前記センサ電極に電圧を印加することで前記静電容量に電荷を蓄えさせる充電過程と、前記センサ電極を接地させることにより前記静電容量が蓄える電荷を放電させる放電過程と、を交互に繰り返して実行し、前記第2の導電体には、前記センサ電極に対する印加電圧と等電位であって、かつ、該印加電圧と同期して変動する電圧が印加される近接センサ。

請求項3

請求項1または2において、前記第2の導電体の外周側に、接地状態の第3の導電体が配置されている近接センサ。

請求項4

請求項1〜3のいずれか1項において、前記第2の導電体に印加される電圧は、前記センサ電極に対する印加電圧を入力して等電圧を出力するボルテージフォロワ回路出力電圧である近接センサ。

請求項5

請求項1〜4のいずれか1項において、前記導電体は、前記第1の導電体が略軸芯に位置すると共に、略筒状を呈する他の導電体が第1の導電体の外周側に配置された同軸構造を呈している近接センサ。

技術分野

0001

本発明は、静電容量の変化から人体近接を検知する近接センサに関する。

背景技術

0002

従来より、人体の近接を検知するセンサ電極を備え、このセンサ電極の静電容量の変化を検出して人体の近接を検知する静電容量式の近接センサが知られている。このような近接センサとしては、センサ電極の静電容量が蓄える電荷移動先として比較的大きな基準容量コンデンサを備えるセンサがある(例えば特許文献1参照。)。

0003

この近接センサは、センサ電極の比較的小さな静電容量の充放電を繰り返して電荷を移動させ、基準容量に電荷を蓄えさせる。センサ電極の静電容量に変化が生じた場合には、基準容量に電荷を蓄えさせるために必要な充放電回数が変化する。例えばセンサ電極に人体が近接して静電容量が大きくなれば、基準容量に所定量の電荷を蓄えさせるために必要な充放電回数が少なくなる。このように、上記の近接センサによれば、センサ電極の静電容量から基準容量への電荷の移動に要する充放電回数の変動という形で、人体の近接によるセンサ電極の静電容量の変化を顕在化できる。

先行技術

0004

特開2010−272991号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、前記従来の近接センサでは、次のような問題がある。すなわち、センサ電極に電圧印加するためのハーネス電線)には対地間の浮遊容量が生じ、特にハーネスが長い場合では、ハーネスの浮遊容量が大きくなり、人体の近接に応じた静電容量の変化を高感度に検出できなくなるおそれがある。

0006

本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、人体の近接を感度高く検知できる近接センサを提供しようとするものである。

課題を解決するための手段

0007

本発明は、静電容量の変化を検出して人体の近接を検知する近接センサであって、
人体の近接を検知するためのセンサ電極と、前記静電容量に電荷を蓄えさせるために前記センサ電極に電圧を印加する電線をなす第1の導電体と、を備え、
前記センサ電極に対する印加電圧と等しい電圧が印加される第2の導電体が前記第1の導電体の外周側に配置されている近接センサにある(請求項1)。

発明の効果

0008

本発明の近接センサでは、前記センサ電極に電圧を印加するための前記第1の導電体の外周側に、前記センサ電極の印加電圧と等しい電圧が印加される前記第2の導電体が配置されている。等電位の第2の導電体を前記第1の導電体の外周側に配置すれば、前記第1の導電体に作用し得る対地間の影響を第2の導電体により遮断して抑制でき、前記第1の導電体に生じる浮遊容量を抑制できる。そして、この浮遊容量を抑制できれば、人体が近接したときの静電容量の変化の検出が比較的容易となり感度高く人体を検知できるようになる。

0009

以上のように本発明の近接センサは、人体の近接を高感度に検知できる近接センサである。

図面の簡単な説明

0010

実施例1における、近接センサの適用例であるシニア向け手押し車の斜視図。
実施例1における、近接センサの構成を示す回路図。
実施例1における、静電容量の充放電期間タイムチャート図
実施例1における、その他の近接センサの構成を示す回路図。
比較例1における、従来の近接センサの構成を示す回路図。
比較例1における、静電容量の充放電期間のタイムチャート図。

0011

本発明の好適な態様を説明する。

0012

本発明の説明における「静電容量に電荷を蓄えさせる」とは、静電容量に相当する疑似的な蓄電部に電荷を蓄えさせることを意味している。近接センサにおいて変化を検出する対象の静電容量の少なくとも一部は、コンデンサなどの実体的な蓄電部等によるものではなく、対地間の浮遊容量などである。そこで、上記のような「静電容量に電荷を蓄えさせる」等の表現を採用している。

0013

本発明における好適な一態様の近接センサは、前記センサ電極に電圧を印加するための駆動回路を有し、該駆動回路が、前記センサ電極に電圧を印加することで前記静電容量に電荷を蓄えさせる充電過程と、前記センサ電極を接地させることにより前記静電容量が蓄える電荷を放電させる放電過程と、を交互に繰り返して実行し、
前記第2の導電体には、前記センサ電極に対する印加電圧と等電位であって、かつ、該印加電圧と同期して変動する電圧が印加される(請求項2)。

0014

例えば、前記静電容量の充放電を繰り返すことで電荷を移動させ、所定量の電荷の移動に要した充放電回数を集計することも良い。例えば、予め所定量の電荷を蓄積しておき、前記静電容量の充放電を繰り返して所定量の電荷がゼロに近くなるまでの充放電回数を集計しても良く、また例えば、前記静電容量の電荷を繰り返し移動させて所定量の電荷を蓄えるまでの充放電回数を集計しても良い。

0015

本発明における好適な一態様の近接センサでは、前記第2の導電体の外周側に、接地状態の第3の導電体が配置されている(請求項3)。
この場合には、前記第2の導電体に電圧を印加する際に生じ得る電気的なノイズ放射を抑制できる。特に、前記静電容量の充放電を繰り返す場合には、前記第2の導電体の印加電圧が速い周期で変動しノイズ放射のおそれが高くなるので、ノイズ放射を抑制できるという前記第3の導電体の作用効果が一層有効になる。

0016

また静電気等の外乱が発生すると、前記静電容量に蓄えた電荷の量が急激に変動したり、前記静電容量の電荷の移動先あるいは移動元が蓄える電荷量が急激に変動し、誤作動が起きるおそれがある。接地された前記第3の導電体を外周側に配置すれば、静電気等の外乱の影響を抑制でき誤作動を未然に回避できる。

0017

本発明における好適な一態様の近接センサにおいて、前記第2の導電体に印加される電圧は、前記センサ電極に対する印加電圧を入力して等電位を出力するボルテージフォロワ回路出力電圧である(請求項4)。

0018

ボルテージフォロワ回路を採用すれば、前記第2の導電体に電圧を印加するための回路と、前記第1の導電体に電圧を印加するための回路との間で、回路間の相互干渉を抑制できる。前記第2の導電体側の回路動作が、前記第1の導電体側の回路動作に影響を与えるおそれを抑制でき、前記第2の導電体側の回路動作に応じて人体の検知が不安定に陥る状況を未然に回避できる。

0019

本発明における好適な一態様の近接センサが備える導電体は、前記第1の導電体が略軸芯に位置すると共に、略筒状を呈する他の導電体が第1の導電体の外周側に配置された同軸構造を呈している(請求項5)。

0020

同軸ケーブルなどに見られるコアキシャル構造あるいはトライアキシャル構造をなすように前記導電体を配置すれば、対地間の浮遊容量を遮断したり、ノイズ放射を抑制するという作用効果を一層向上できる。また、同軸ケーブルであれば、入手が比較的容易であり調達コストを低減できる。前記他の導電体の形状としては、閉じた断面形状を呈する完全な筒状であっても良く、周方向の一部が欠落した不完全な筒状であっても良い。略筒状とは、前記第1の導電体の外周を取り囲むような形状であることを意味している。

0021

本発明の実施の形態につき、以下の実施例を用いて具体的に説明する。
(実施例1)
本例は、静電容量型の近接センサ1に関する例である。この内容について、図1図4を用いて説明する。
本例で説明する近接センサ1は、例えば、腰掛け休憩のための座面34を備える図1に例示のシニア世代向けの手押し車(以下、シルバーカートという。)30に好適である。同図のシルバーカート30は、インホイール型モータ(図示略)が内蔵されたタイヤ32を有しており、手押し操作力あるいは操作方向に応じたアシスト力を発生させる。

0022

シルバーカート30では、手押しハンドル31に静電容量型の近接センサ1が内蔵されている。近接センサ1が人体を非検知のときは、スタンバイ状態となり、モータが非駆動状態となると共に、タイヤ32がロックされた非動作状態となる。一方、グリップ部310に添えた手(近接した人体)を近接センサ1が検知すると動作状態切り換わり、手押しの操作が行われたとき、その操作力や操作方向に応じたアシスト力が発生する。

0023

このシルバーカート30は、手押しハンドル31から手を離したときにモータが回転せずタイヤ32がロックされた状態になるので、使用者が意図しない移動を未然に防止でき安全である。一方、手押しハンドル31に手を添えれば自動的にロックが解除されると共にアシスト力を発生可能な動作状態に移行する。そのため、使用者側では、非動作状態と動作状態との切換操作等を別段意識することなく、アシストのない通常のシルバーカートと同様に使用でき便利である。

0024

シルバーカート30には、手荷物などを収容するための物入れ33が設けられ、物入れ33の底側のスペースに図示しない制御基板バッテリ等が収納されている。この制御基板には、CPUやメモリやI/Oなどを1チップ化したマイコン20(図2参照。)を中心として、モータやブレーキを制御するアシスト制御回路(図示略)や、近接センサ1を構成する駆動回路2(図2)などが形成されている。制御部としてのマイコン20は、アシスト制御回路や駆動回路2を動作させるための各種制御信号クロックに同期して出力する。

0025

次に、シルバーカート30が備える近接センサ1の電気的な構成について図2を参照して詳しく説明する。
本例の近接センサ1は、検知部をなすセンサ電極10に生じる静電容量の変化を検出することで人体の近接を検知する静電容量型のセンサである。この近接センサ1は、センサ電極10への充放電を繰り返すことで電荷を”汲み出し”、所定の電荷の”汲み出し”に要した充放電の繰り返し回数の変動に応じて静電容量の変化を検出する。

0026

近接センサ1は、図2のごとく、検知部をなすセンサ電極10のほか、このセンサ電極10に生じる静電容量の充放電を制御する駆動回路2を有している。上記のように、センサ電極10は手押しハンドル31に配置されている一方、駆動回路2は物入れ33の底側に収納された制御基板に形成されている。そして、センサ電極10と駆動回路2とは、シルバーカート30の骨組みをなす金属製のフレーム36(図1)に沿って取り回しされたセンサハーネス11(第1の導電体の一例。図1では図示略。)を介して電気的に接続されている。本例のシルバーカート30の場合、このセンサハーネス11の長さがおよそ1Mとなっている。

0027

特に、本例の近接センサ1では、センサハーネス11の外周側に第2の導電体の一例をなすシールド12が配置されている。詳しくは後述するが、近接センサ1では、シールド12を採用することでセンサハーネス11に生じ得る対地間の浮遊容量を低減し、センサハーネス11の長さや取り回しに起因する悪影響を未然に回避している。

0028

なお、本例では、軸芯に位置するセンサハーネス11に対して編組線による筒状のシールド12を外挿配置した同軸構造を採用している。このような同軸構造は、周知の同軸ケーブルと同様の構造であり、市販の同軸ケーブルを利用すればシールド12とセンサハーネス11との同軸構造を低コストで実現できる。

0029

検知部としてのセンサ電極10は、例えば銅テープのようなテープ状の導電材料により構成されている。本例のシルバーカート30では、手押しハンドル31の持ち手をなす略円筒形状のラバー製のグリップ部310の内周面にテープ状の導電材料を貼付することでセンサ電極10が形成されている。また、グリップ部310の内側では、センサ電極10に対して間隙を空けて対向配置された電極が設けられている。この電極は、仮想グランドとして作用するフレームと容量結合されてGND(グランド)電極(図示略)として機能する。

0030

センサ電極10とGND電極との間には、人体が近接していない無負荷状態において浮遊容量(センサ電極浮遊容量Cfsという。)が発生している。一方、センサ電極10に人体が近接する負荷状態では、センサ電極浮遊容量Cfsに加えて、センサ電極10と人体との間に浮遊容量(ターゲット容量Cxという。)が発生する。つまり、本例の近接センサ1では、無負荷状態のとき、センサ電極浮遊容量Cfsがセンサ電極10の静電容量Coとなり、負荷状態のとき、センサ電極浮遊容量Cfsにターゲット容量Cxが加算されて両者の合計がセンサ電極10の静電容量Coとなる。

0031

前記駆動回路2は、制御部としてのマイコン20のほか、上記の所定量の電荷の供給源となる基準容量Csに電荷を蓄積させる基準容量蓄積部21と、基準容量Csの電荷をセンサ電極10の静電容量Coに移動させる充放電部22と、シールド12の印加電圧(シールド電圧Vsh)を制御するシールド電圧制御部23と、基準容量Csが蓄える電荷量に関する閾値判断を実施する移動完了判定部15と、を含んで構成されている。

0032

マイコン20は、充放電部22による充放電回数を計数する手段としての機能、及び人体の近接を判定する手段としての機能を備えている。シルバーカート30では、マイコン20による判定結果が近接センサ1の検知結果として取り扱われ、上記のモータやブレーキの制御に活用される。マイコン20が実現する上記の機能の内容については後で詳しく説明する。

0033

基準容量蓄積部21は、基準容量Csをなす基準コンデンサと、電源Vccに接続された基準コンデンサと並列をなすスイッチSW1と、を含む回路である。基準容量蓄積部21は、スイッチSW1が閉じたときに基準容量Csの電荷を放電させるように構成されている。なお、スイッチSW1の制御信号としてマイコン20が出力するパルス信号(後述するリセットパルスSres)のパルス幅は、基準容量Csの電荷を放電させるために十分な時間幅が確保されている。したがって、近接センサ1では、マイコン20がパルス信号を出力する毎に基準容量Csが放電されることになる。なお、以下の説明において、基準容量Csが蓄える電荷量に応じて上記の基準コンデンサの端子とGND間に生じる電圧を基準容量電圧Vsという。

0034

充放電部22は、センサ電極10の静電容量Coの充放電を繰り返すことにより、基準容量Csから電荷を取り出すための回路である。比喩的には、大きなバケツ(基準容量Cs)の水(電荷)を小さなコップ(静電容量Co)で汲み出すための回路と表現できる。充放電部22は、基準コンデンサ(基準容量Cs)とGND(グランド)との間で直列接続されたスイッチSW2a及びスイッチSW3aを含んで構成されている。スイッチSW2aとスイッチSW3aとの中間には、センサ電極10とは反対側のセンサハーネス11の端部が電気的に接続されている。

0035

詳しくは図3を参照して後述するが、スイッチSW2aとスイッチSW3aとは、マイコン20により逆位相開閉動作を行うように制御される。スイッチSW2aが閉、かつ、スイッチSW3aが開のときには、基準容量Csが蓄える電荷量に応じた基準容量電圧Vsがセンサ電極10に対する印加電圧(センサ電極電圧Vsenという。)として作用し、基準容量Csの電荷が移動してセンサ電極10の静電容量Coが充電される。一方、スイッチSW2aが開、かつ、スイッチSW3aが閉のときには、センサ電極10が接地されてセンサ電極電圧Vsenがゼロとなると共に、静電容量Coの電荷がGND側に放電される。

0036

シールド電圧制御部23は、上記の基準容量電圧Vsと等電位を生成するボルテージフォロワ回路14と、このボルテージフォロワ回路14とGNDとの間で直列接続されたスイッチSW2b及びスイッチSW3bと、を含んで構成されている。

0037

オペアンプを利用する本例のボルテージフォロワ回路14は、増幅率1の非反転回路であり、非反転入力端子(+)の入力電位と等電位の電圧を出力する。非反転入力端子(+)に基準容量電圧Vsが作用する図2のボルテージフォロワ回路14は、基準容量電圧Vsと等電位を出力する。

0038

一般的にオペアンプは、入力インピーダンスが高く出力インピーダンスが低いという電気的特性を有している。入力インピーダンスが高いため、オペアンプの入力端子にはごくわずかな電流しか流入せず、入力側の基準容量蓄積部21の動作が影響を受けるおそれが少なくなっている。また、出力インピーダンスが低いため、出力側の変動によって入力側の基準容量蓄積部21が影響を受けるおそれが少なくなっている。このようにボルテージフォロワ回路14によれば、信号の伝達方向を入力側から出力側への一方向に規制でき、入力側の回路動作と出力側の回路動作との相互干渉を少なくできる。

0039

シールド電圧制御部23のスイッチSW2bは、前記充放電部22のスイッチSW2aと共に1入力2接点の2連スイッチをなしスイッチSW2aと同期して開閉する。また、スイッチSW3bは、スイッチSW3aと2連スイッチをなし同期して開閉する。上記の通り、充放電部22のスイッチSW2a及びスイッチSW3aは、センサ電極10に基準容量電圧Vsを印加するか接地するかを切替できるように逆位相で開閉する。したがって、シールド電圧制御部23のスイッチSW2b及びスイッチSW3bは、充放電部22と同様に逆位相で開閉し、ボルテージフォロワ回路14の出力電圧をシールド12に印加するか、シールド12を接地するかを切り替えるように動作する。

0040

充放電部22のスイッチSW2a、SW3aと同期して開閉するスイッチSW2b、SW3bによれば、センサ電極電圧Vsenと同位相を形成できる。また、上記の通りボルテージフォロワ回路14の出力電圧は、基準容量電圧Vsと等電位となっている。したがって、シールド電圧制御部23によれば、センサ電極10に作用するセンサ電極電圧Vsenと等電位、かつ、同位相のシールド電圧Vshをシールド12に作用できる。

0041

移動完了判定部15は、予め設定された閾値電圧refと基準容量電圧Vsとの比較を行うコンパレータ回路であり、例えばオペアンプを利用して構成可能である。図2の例では、オペアンプの反転入力端子(−)に基準容量電圧Vsが入力され、非反転入力端子(+)に閾値電圧refが入力されている。この移動完了判定部15では、基準容量電圧Vsが閾値電圧refを下回ったとき、オペアンプが出力する終了判定信号VjdがOFFからONに切り換わる。なお、オペアンプの終了判定信号Vjdは、図2に示す通り、マイコン20に入力される。

0042

次に、近接センサ1の動作について説明する。以下、駆動回路2による制御内容を中心にして図3(a)のタイムチャートを参照しながら近接センサ1の動作を説明する。なお、図3のタイムチャートは、人体が近接していない無負荷状態下の動作を例示している。

0043

マイコン20が出力するリセットパルスSresに応じてスイッチSW1が閉に切り替わると、基準容量Csの電荷が放電される。ここで、上記の通りリセットパルスSresのパルス幅は基準容量Csの放電時間に対して十分な時間が確保されているため、リセットパルスSresを契機として基準容量Csを完全に近く放電できる。また、マイコン20は、基準容量Csの充電契機となるリセットパルスSresの立下りに応じて、上記の充放電回数をゼロリセットする。

0044

マイコン20は、基準容量Csが放電されてVs電位がVcc電位となった後、逆位相のパルス信号である充電制御クロックSsc、放電制御クロックSsdを交互にONに切り替える充放電サイクルTc(図3参照。)を繰り返し実行する。充電制御クロックSscは、充放電部22のスイッチSW2aの開閉動作を制御するパルス信号であり、放電制御クロックSsdはスイッチSW3aの開閉動作を制御するパルス信号である。したがって、充電制御クロックSsc及び放電制御クロックSsdが交互にONに切り替わる充放電サイクルTcでは、スイッチSW2aとスイッチSW3aとが交互に開に切り替わる。

0045

上記の通りスイッチSW2aが閉で、スイッチSW3aが開であれば、基準容量電圧Vsがセンサ電極電圧Vsenとしてセンサ電極10に作用し、基準容量Csが蓄える電荷がセンサ電極10側に移動して静電容量Coが充電される(充電過程)。一方、スイッチSW2aが開で、スイッチSW3aが閉であれば、センサ電極10が接地されてセンサ電極電圧Vsenがゼロとなり、静電容量Coの電荷がGND側に放電される(放電過程)。なお、充電制御クロックSsc、放電制御クロックSsdのパルス幅については、静電容量Coの充放電に充分な時間幅が設定されている。

0046

充放電サイクルTcにおいて充放電が1回行われると、静電容量Co分だけ基準容量Csの電荷が増加し、これに伴って基準容量電圧Vsの低下が発生する。静電容量Coの充放電の繰り返し期間である充放電期間(図3)においては、静電容量Coの充電が行われる毎に基準容量Csの電荷が段階的に減少し、これに伴って基準容量電圧Vsが段階的に低下する。

0047

上記の通り、基準容量電圧Vsは、駆動回路2の移動完了判定部15により監視されている。この基準容量電圧Vsが閾値電圧refを下回ったとき、マイコン20に入力される終了判定信号VjdがOFFからONに切り替わる。

0048

駆動回路2を構成するマイコン20は、上記のようにリセットパルスSresを出力した後、ゼロスタートで充放電回数の計数を開始する。そしてその後、移動完了判定部15の終了判定信号VjdがONに切り替わるまでの充放電期間において充放電回数の計数を継続する。

0049

マイコン20は、逆位相の充電制御クロックSsc及び放電制御クロックSsdのON、OFFが入れ替わる充放電サイクルTcを1回実行させる毎に充放電回数を1回ずつ加算する。そして、終了判定信号VjdがONに切り替わったときに充放電回数を確定し、確定した充放電回数について閾値処理を実行する。充放電期間の充放電回数が所定の閾値未満であったとき、マイコン20が人体の近接を判定し、この判定結果が近接センサ1の検知結果となる。

0050

ここで、図3(a)のタイムチャートにおいて顕著に現れている近接センサ1の技術的特徴を説明する。このタイムチャートの通り、シールド電圧Vshはセンサ電極電圧Vsenと等電位、かつ、同位相となっている。近接センサ1では、センサ電極10にセンサ電極電圧Vsenを作用するためのセンサハーネス11の外周が、このシールド電圧Vshが作用するシールド12により取り囲まれている。

0051

シールド12を設けた効果については、1Mのセンサハーネス11の近接センサ1のタイムチャート(図3(a))と、0.1Mという極端に短いセンサハーネス11の近接センサ1のタイムチャート(図3(b))と、の比較において明らかになる。

0052

仮に、基準容量Csの電荷の移動経路をなすセンサハーネス11に浮遊容量(ハーネス浮遊容量Cfhという。)が生じている場合、当然ながら、センサハーネス11が長くなれば、その長さに比例してハーネス浮遊容量Cfhが大きくなる。そうすると、電荷の供給源である基準容量Cs側からセンサ電極10側を見込む静電容量Coにハーネス浮遊容量Cfhが追加され、電荷の移動先である静電容量Coが大きくなる。そして当然に、静電容量Coが大きくなれば、基準容量Csの電荷を移動するための充放電回数が少なくなり充放電期間(図3参照。)が短くなるはずである。なお、このような傾向については、シールドを持たない従来の近接センサ1に関する比較例1を参照して後で詳しく説明する。

0053

一方、本例の近接センサ1の場合、図3(a)(b)のタイムチャートの比較において明らかなように、センサハーネス11の長短の違いがあっても、充放電期間に有意な差が生じていない。すなわち、近接センサ1では、ハーネス浮遊容量Cfhがゼロに近く低減されているため、センサハーネス11を長くした場合にもハーネス浮遊容量Cfhの増加分がゼロに近く抑制されている。そのため、センサハーネス11が長い場合と短い場合とで、電荷の移動先としての静電容量Coの大きさに違いが発生せず、充放電期間に有意な差が生じていない。なお、上記のことから、図2ではハーネス浮遊容量Cfhを図示していない。ハーネス浮遊容量Cfhについては、比較例1に関する図5中に図示してある。

0054

以上の通り、センサハーネス11の外周側にシールド12を設け、センサ電極電圧Vsenと等電位、かつ、同位相のシールド電圧Vshをシールド12に作用させる本例の近接センサ1では、このシールド12の作用によりハーネス浮遊容量Cfhがゼロに近く低減されている。

0055

近接センサ1では、センサハーネス11が長くなった場合であっても、電荷の移動先としての静電容量Coが大きくならず、人体の近接に応じた静電容量Coの変化を高感度に検出できる。また、センサハーネス11に対するGNDの影響がシールド12によって遮断されているので、金属製のフレーム36に沿わせてセンサハーネス11を敷設したときにもハーネス浮遊容量Cfhが大きくなるおそれがない。

0056

このように本例の近接センサ1では、変化を検出する対象の静電容量Coがセンサハーネス11の長さや取り回しによって大きく変動するおそれがない。それ故、この近接センサ1は、センサ電極10と駆動回路2(制御基板)との位置関係など配置の制約が少なく組み込み自由度が高いセンサとなっている。また、センサハーネス11の長さや取り回しによって人体を検知する感度が変動するおそれが少なくなっており、組み込み後に感度の調整等を行う必要性が少なくなっている。

0057

仮にハーネス浮遊容量Cfhが大きい場合、仮想グランドとして作用するフレームとセンサハーネス11との間隙が変動すれば、ハーネス浮遊容量Cfhが変動するおそれがある。また、屋外使用の場合、その間隙に雨水等の水滴が付着すれば、その水滴がブリッジとなってハーネス浮遊容量Cfhが大きく変動するおそれがある。このようにハーネス浮遊容量Cfhが変動すると、人体が近接していなくても静電容量Coが増加し誤検知が発生する可能性が生じる。一方、センサハーネス11の外周にシールド12を設けた本例の近接センサ1では、ハーネス浮遊容量Cfhが変動するおそれが少なく上記のような誤検知が未然に回避されている。

0058

以上のように本例の近接センサ1は、センサハーネス11の長短や取り回し等に影響を受けることなく感度高く人体を検知できる優れた特性のセンサである。

0059

本実施形態の構成に代えて、あるいは加えて以下のような構成を採用することも良い。また、以下の各構成を適宜組み合わせて採用することも良い。
図4のごとく、シールド電圧を印加するシールド12の外周側にさらに接地シールド13(第3の導電体の一例)を設けることも良い。接地された円筒状の接地シールド13をシールド12に外挿配置すれば、シールド電圧Vshやセンサ電極電圧Vsenを高い周波数で切り替える際に生じ得るスイッチングノイズ等の外部放射を抑制できる。例えば無線LANルータや、テレビ受像機や、ラジオ受信機など他の電子機器の正常動作に、近接センサ1が影響を及ぼすおそれを低減できる。

0060

また、図4の接地シールド13によれば、外乱ノイズによる誤作動を未然に回避できる。例えば、静電気等の外乱ノイズによる充放電が発生して基準容量Csの電荷が急激に変動すれば、上記の充放電回数が変動して誤検知や検知漏れが発生するおそれがある。接地シールド13によれば、静電気等の外乱ノイズによる基準容量Csの充放電や、静電容量Coの充放電などを未然に回避できる。

0061

シールド12は、センサハーネス11の長さ方向の全体に配置しても良いし、センサハーネス11の長さ方向の一部の範囲のみに配置しても良い。この場合であっても、シールドがない場合と比較して、ハーネス浮遊容量Cfhの低減に一定の効果がある。
本例では、センサハーネス11に対して円筒状のシールド12を同軸構造とし、センサハーネス11の外周全周に渡ってシールド12を対面させている。これに代えて、センサハーネス11の外周全周のうちの一部にシールドを設けることも良く、この場合であっても、ハーネス浮遊容量Cfhの低減に効果がある。
シールド12の断面形状としては、本例の筒状の断面形状である円形状に代えて、多角形状であっても良い。さらに、シールド12としては、本例の編組線の他、金属箔を用いても良い。

0062

近接センサ1の構成は、シルバーカート30のほか、様々な適用を想定できる。自動車ドアや、タッチ操作式の水栓ガス器具や、ドリル芝刈り機等の電動工具あるいは電動作業具等に、本例の近接センサ1を適用することも良い。本例の近接センサ1を適用すれば、センサハーネス11の長さや取り回しに依らず、高感度かつ高精度な把持検知や着席検知や近接検知等の人体の検知が可能となる。

0063

(比較例1)
本例の近接センサ1との対比のため、従来の近接センサ8を比較例として図5及び図6を参照して説明する。
この近接センサ8は、図5に示す通り、シールド12やシールド電圧制御部23等を有していない点で実施例1の近接センサとは相違している。

0064

図6のタイムチャートは、1Mのセンサハーネス11を備える近接センサ8(同図(a))、及び0.1Mのセンサハーネス11を備える近接センサ8(同図(b))について、無負荷状態下の充放電期間の長さを比較するチャートである。同図から明らかなように、この近接センサ8では、センサハーネス11の長さの相違によって充放電期間に時間差が生じている。すなわち、近接センサ8では、センサハーネス11の長さの相違によって、静電容量Coに大きな差が生じており、充放電期間が約2倍となるほどの大きな時間差として静電容量Coの差が顕在化している。

0065

図6(a)(b)に対応する近接センサ8を比較した場合、無負荷状態であることからいずれもターゲット容量Cx(図5参照。)がゼロであり、さらに、センサ電極10が共通であることからセンサ電極浮遊容量Cfsが等しくなっている。したがって、静電容量Coの差のほとんどは、ハーネス浮遊容量Cfhの差に起因したものということになる。すなわち、同図の近接センサ8では、センサハーネス11に比較的大きなハーネス浮遊容量Cfhが生じており、1Mと0.1Mというセンサハーネス11の長さに起因し、充放電期間が約2倍になるほどの静電容量Coの大きな容量差が生じている。

0066

センサハーネス11のハーネス浮遊容量Cfhが大きい場合、例えば以下の(1)〜(3)の問題等が生じる。
(1)ハーネス浮遊容量Cfhが大きいと、人体が近接したときの静電容量Coのうち人体に起因するターゲット容量Cxの割合が相対的に小さくなり、人体の近接に応じた静電容量Coの変化率が小さくなる。そうすると、人体の近接に応じた静電容量Coの変化を高感度に検出できなくなる可能性が高い。

0067

(2)センサハーネス11の長さによって静電容量Coが大きく変動するため、センサハーネス11の長さや取り回しに応じて静電容量Coの変化を検出するための閾値等を設定し直す必要が生じる。センサハーネス11の長さや取り回しが異なる仕様毎に、閾値等を再設定するための”現物合わせ”の作業が個別に必要となり、製品コストの上昇が誘発される。

0068

(3)実施例1のシルバーカート30の場合、金属製のフレーム36に沿うようにセンサハーネス11が敷設されている。このように製品に近接センサを組み込む場合、フレーム(図1中の符号36)やパネル等、金属製の部材に沿ってセンサハーネス11が敷設される場合が多くなる。このような場合、フレームに手が触れたり、ハンドバッグ金具等がフレームに接触したとき等、ハーネス浮遊容量Cfhが急激に大きくなる可能性があり静電容量Coの変動が生じる。このような静電容量Coの変動は、実際に人体が近接した場合の静電容量Coの変動との識別が難しく人体の誤検知を誘発する。このような誤検知対策としては、静電容量Coの変化を検出するための閾値等を低感度側に設定する必要があり、感度や精度が損なわれる。

実施例

0069

以上、実施例のごとく本発明の具体例を詳細に説明したが、これらの具体例は、特許請求の範囲に包含される技術の一例を開示しているにすぎない。言うまでもなく、具体例の構成や数値等によって、特許請求の範囲が限定的に解釈されるべきではない。特許請求の範囲は、公知技術や当業者の知識等を利用して前記具体例を多様に変形、変更あるいは適宜組み合わせた技術を包含している。

0070

1、8近接センサ
10センサ電極
11センサハーネス(第1の導電体)
12シールド(第2の導電体)
13接地シールド(第3の導電体)
14ボルテージフォロワ回路
15移動完了判定部
2駆動回路
20マイコン
21基準容量蓄積部
22充放電部
23シールド電圧制御部
30シルバーカート
31手押しハンドル
310グリップ部
Co静電容量
Cfhハーネス浮遊容量
Cfs センサ電極浮遊容量
Cs 基準容量
Cxターゲット容量

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