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CN113396467A - 检测装置 - Google Patents

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CN113396467A
CN113396467A CN201980091180.XA CN201980091180A CN113396467A CN 113396467 A CN113396467 A CN 113396467A CN 201980091180 A CN201980091180 A CN 201980091180A CN 113396467 A CN113396467 A CN 113396467A
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藤由达巳
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Alps Alpine Co Ltd
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Alps Electric Co Ltd
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Abstract

检测装置具备：传感器电极；屏蔽电极，其在与传感器电极之间具有寄生电容，由交流电压驱动；检测电路，其与传感器电极以及屏蔽电极电连接，检测传感器电极的静电电容；电容，其串联地连接在传感器电极与检测电路之间；以及偏置部，其经由电阻对传感器电极的电位进行偏置。

Description

检测装置
技术领域
本发明涉及检测装置。
背景技术
以往，设计了基于设置于车辆的方向盘的传感器电极的静电电容的变化来检测驾驶员的手与方向盘的接触的技术。
例如，在下述的专利文献1中，公开了一种静电检测装置，其能够基于沿着方向盘的圆周方向配置的多个静电传感器单元的静电电容值，检测方向盘的把持位置。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-111598号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在上述专利文献1的技术中，各静电传感器单元串联地连接多个电容器而构成，因此通过各静电传感器单元检测的静电电容值根据接触程度和接触位置这两者来决定。在此，将所谓的“接触程度”设为与静电传感器单元和检测对象(在此为手)之间的静电电容值对应的值，由接触面积、接近程度决定。
因此，在上述专利文献1的技术中，无法高精度地仅对接触程度或仅对接触位置进行判别。例如，在上述专利文献1的静电传感器单元中，在将电容器的数量设为10，将各电容器的电容设为100pF的情况下，在第2个电容器中触摸电容为5pF的接触和第6个电容器中触摸电容为100pF的接触中，尽管接触程度以及接触位置相互不同，但检测到的静电电容值成为大致相同的值。
在此，认为通过使传感器电极的接触程度与检测电路根据检测电容而生成的输出电压的关系中的线性(以下，仅表示为“线性”)提高，从而能够提高传感器电极中的接触程度的检测精度。然而，以提高线性为目的，若仅简单地使用静电电容大的传感器电极，则从传感器电极输入到检测电路的信号的电压振幅过大，存在在检测电路中信号饱和的担忧。
因此，本发明的发明人关于检测传感器电极的静电电容的检测装置，发现了能够在不使信号在检测电路中饱和的情况下，使线性提高的技术的必要性。
用于解决课题的手段
一个实施方式的检测装置具备：传感器电极；屏蔽电极，其在与传感器电极之间具有寄生电容，由交流电压驱动；检测电路，其与传感器电极以及屏蔽电极电连接，检测传感器电极的静电电容；电容，其串联地连接在传感器电极与检测电路之间；以及偏置部，其经由电阻对传感器电极的电位进行偏置。
发明效果
根据一个实施方式，在检测传感器电极的静电电容的检测装置中，能够在不使信号在检测电路中饱和的情况下，使接触程度与检测电路根据检测电容而生成的输出电压的线性提高。
附图说明
图1是表示第1实施方式所涉及的检测装置的结构的图。
图2是表示第2实施方式所涉及的检测装置的结构的图。
图3是表示一个实施例中的差分电压信号Vdet的电压值的测定结果(操作体的非接触时)的图。
图4是表示一个实施例中的差分电压信号Vdet的电压值的测定结果(操作体的接触时)的图。
图5是表示在第1实施方式中操作体的非接触时和接触时的差分电压信号Vdet的电压值的测定结果和两者的差分电压(ΔVdet)的图。
图6是表示在第2实施方式中操作体的非接触时和接触时的差分电压信号Vdet的电压值的测定结果和两者的差分电压(ΔVdet)的图。
图7是表示设置有一个实施方式所涉及的检测装置的转向装置的结构的图。
图8是图7所示的方向盘的A-A剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图，对一个实施方式进行说明。
〔第1实施方式〕
图1是表示第1实施方式所涉及的检测装置10的结构的图。图1所示的检测装置10是探测操作体20(例如，手指)的接触的装置。如图1所示，检测装置10具备传感器电极110、屏蔽电极120以及检测部100。
传感器电极110检测操作体20的接触。具体而言，传感器电极110由从驱动电路供给的交流电压驱动，若因操作体20的接触而静电电容变化，则电流值根据该静电电容的变化而变化。该电流值的变化被检测电路102检测为操作体20的接触。作为传感器电极110，例如能够使用板状、薄膜状、或线状的导体。
屏蔽电极120在与传感器电极110之间具有寄生电容Crs，由从交流电源Vas供给的交流电压(与向传感器电极110供给的交流电压同相位的交流电压)驱动。例如，屏蔽电极120使除了应检测的操作体20以外的寄生电容降低，阻止电流从传感器电极110向操作体20以外的流出，由此能够抑制检测精度的下降。作为屏蔽电极120，例如能够使用板状、薄膜状、或线状的导体。
检测部100具备检测电路102、电容器Cri以及偏置部104。
检测电路102与传感器电极110以及屏蔽电极120电连接，检测传感器电极110的静电电容。具体而言，检测电路102具有电容器Cfb、交流电源Vas、差动放大器102A、ADC(Analog to Digital Converter，模数转换器)102B以及控制电路102C。
差动放大器102A的同相输入端子(+)与屏蔽电极120连接，反相输入端子(-)与传感器电极110连接。差动放大器102A对从同相输入端子(+)输入的屏蔽电极120的电压值与从反相输入端子(-)输入的传感器电极110的电压值的电压差进行放大，将表示放大后的电压差的差动放大信号Vdet从输出端子向ADC102B输出。
电容器Cfb在传感器电极110与ADC102B之间，设置于差动放大器102A的输出与反相输入端子(-)之间。电容器Cfb是为了对来自传感器电极的电荷进行积分而作为差动放大信号Vdet变换为电压信号而设置。
ADC102B将从差动放大器102A输出的差动放大信号Vdet从模拟信号变换为数字信号。然后，ADC102B将变换为数字信号的差动放大信号Vdet向控制电路102C输出。
控制电路102C基于在传感器电极110中产生的静电电容的变化(即，电流值的变化)，检测操作体20的接触。例如，控制电路102C在从ADC102B输入的差动放大信号Vdet的电压值超过了给定的阈值的情况下，判断为操作体20与传感器电极110接触。进而，控制电路102C能够根据差动放大信号Vdet的电压值来确定操作体20的接触程度。作为检测部100，例如使用IC(Integrated Circuit，集成电路)。检测部100能够向外部装置(省略图示)输出操作体20的接触的检测结果。该检测结果包含操作体20的接触程度。由此，外部装置能够执行与操作体20的接触程度对应的处理。
电容器Cri是“电容”的一个例子。电容器Cri串联地连接在传感器电极110与检测电路102之间。电容器Cri是为了减小从传感器电极110向检测电路102输入的信号的电压振幅，使该电压值在检测电路102中不饱和而设置。
偏置部104经由电阻对传感器电极110的电位进行偏置。具体而言，偏置部104具有电阻Rru以及电阻Rrd。电阻Rru的一端连接在传感器电极110与电容器Cri之间，另一端与直流电源VDD连接。电阻Rrd的一端连接在传感器电极110与电容器Cri之间，另一端与接地连接。即，偏置部104通过经由电阻Rru将传感器电极110与直流电源VDD电连接，从而对传感器电极110的电位进行偏置。
第1实施方式的检测装置10通过在检测电路102的外部设置电容器Cri，从而能够抑制检测电路102的大型化，并且减小差动放大信号Vdet的电压振幅，使得差动放大信号Vdet在检测电路102中不饱和。此外，第1实施方式的检测装置10通过设置经由电阻对传感器电极110的电位进行偏置的偏置部104，从而能够抑制通过从传感器电极110向接地流动的电流的偏移分量或者从直流电源VDD经由传感器电极110向接地流动的电流的偏移分量而设置了电容器Cri而引起传感器电极110的电位在直流上变得不稳定的情况。因此，根据第1实施方式的检测装置10，能够在不使信号在检测电路102中饱和的情况下，使线性提高。
〔第2实施方式〕
图2是表示第2实施方式所涉及的检测装置10A的结构的图。图2所示的检测装置10A与图1所示的检测装置10的不同点在于，代替检测部100而具备检测部100A。检测部100A与检测部100的不同点在于，代替偏置部104而具备偏置部104A。
偏置部104A经由电阻对传感器电极110的电位进行偏置。具体而言，偏置部104A具有电阻Rrs。电阻Rrs的一端连接在传感器电极110与电容器Cri之间，另一端与屏蔽电极120连接。即，偏置部104A通过经由电阻Rrs将传感器电极110和屏蔽电极120电连接，从而对传感器电极110的电位进行偏置。
第2实施方式的检测装置10A通过在检测电路102的外部设置电容器Cri，从而能够抑制检测电路102的大型化，并且减小差动放大信号Vdet的电压振幅，使得差动放大信号Vdet在检测电路102中不饱和。此外，第2实施方式的检测装置10A通过设置经由电阻对传感器电极110的电位进行偏置的偏置部104A，从而能够抑制设置了电容器Cri而引起传感器电极110的电位在直流上变得不稳定的情况。因此，根据第2实施方式的检测装置10A，能够在不使信号在检测电路102中饱和的情况下，使线性提高。
〔实施例〕
以下，对一个实施方式所涉及的检测装置10、10A的一个实施例进行说明。在本实施例中，对第1实施方式的检测装置10、第2实施方式的检测装置10A、以及作为比较例准备的检测装置分别测定了差分电压信号Vdet的电压值。另外，将作为比较例准备的检测装置构成为从检测装置10除去电容器Cri和偏置部104。此外，在本实施例中，以将差分电压信号Vdet的电压振幅收敛于电源电压的范围(0V～5V)内为目标。
(实施结果)
图3是表示一个实施例中的差分电压信号Vdet的电压值的测定结果(操作体20的非接触时)的图。图4是表示一个实施例中的差分电压信号Vdet的电压值的测定结果(操作体20的接触时)的图。在图3以及图4中，纵轴表示差分电压信号Vdet的电压值，横轴表示时间。此外，在图3以及图4中，实线表示基于第1实施方式的检测装置10的测定结果。此外，单点划线表示基于第2实施方式的检测装置10A的测定结果。此外，虚线表示基于用作比较例的检测装置的测定结果。但是，在图4中作为比较例表示的虚线表示假设在电源电压范围内没有饱和的情况下在计算上成为这样的波形，实际上在电源电压范围内饱和。
图5是表示在第1实施方式中操作体的非接触时和接触时的差分电压信号Vdet的电压值的测定结果和两者的差分电压(ΔVdet)的图。此外，图6是表示在第2实施方式中操作体的非接触时和接触时的差分电压信号Vdet的电压值的测定结果和两者的差分电压(ΔVdet)的图。在图5以及图6中，实线表示接触时的电压值，单点划线表示非接触时的电压值，虚线表示接触时的电压值与非接触时的电压值的差分电压(ΔVdet)。即，图5以及图6是将由图3以及图4表示的接触时以及非接触时的差分电压信号Vdet和两者的差分电压(ΔVdet)记载于相同的图中以使得容易进行比较。如图5以及图6所示，可知在任一检测装置中，与操作体20的非接触时相比，在操作体20的接触时，因来自操作体20的静电电容Chd的影响，差分电压信号Vdet的电压振幅变大。
在此，如图3以及图4所示，检测装置10、10A在操作体20的非接触时以及操作体20的接触时中的任一者中，均能够将差分电压信号Vdet的电压振幅收敛于电源电压的范围(0V～5V)内。特别是，第2实施方式的检测装置10A与第1实施方式的检测装置10相比，能够减小差分电压信号Vdet的电压振幅。即，设置偏置部104A与设置偏置部104相比，差分电压信号Vdet的电压振幅变小。
另一方面，如图3以及图4所示，用作比较例的检测装置在操作体20的非接触时，能够将差分电压信号Vdet的电压振幅收敛于电源电压的范围(0V～5V)内，但在操作体20的接触时，不能将差分电压信号Vdet的电压振幅收敛于电源电压的范围(0V～5V)内。
根据上述实施结果，确认了检测装置10、10A通过设置电容器Cri和偏置部104或者104A，能够大幅减小差分电压信号Vdet的电压振幅。
〔检测装置10的应用例〕
图7以及图8表示将第1实施方式的检测装置10应用于车辆的转向装置30的应用例。另外，也可以代替在转向装置30设置第1实施方式的检测装置10，而设置第2实施方式的检测装置10A。
图7是表示设置有一个实施方式所涉及的检测装置10的转向装置30的结构的图。图7所示的转向装置30具备圆环状的方向盘30A、在方向盘30A的内部沿着周向配置的四组电极对(传感器电极110以及屏蔽电极120)、以及在四个电极对分别设置的四个检测部100。各电极设置在该范围内以使得能够在方向盘30A中检测大致90°的范围的接触。
图8是图7所示的方向盘30A的A-A剖视图。如图8所示，方向盘30A具有多个结构构件以同心圆状多重配置的剖面形状，在该剖面形状中，从中心侧依次具有芯部31、绝缘部32、屏蔽电极120、绝缘部33、传感器电极110、以及外覆部34而构成。即，在方向盘30A中，剖面形状为圆形形状的传感器电极110和剖面形状为比传感器电极110小的圆形形状的屏蔽电极120在相互绝缘的状态下被埋入方向盘30A的内部。例如，芯部31使用金属材料。此外，例如，绝缘部32、绝缘部33以及外覆部34使用各种绝缘材料(例如，合成树脂、橡胶等)。
而且，如图8所示，传感器电极110以及屏蔽电极120与检测部100连接。由此，转向装置30能够通过检测部100检测操作体20(驾驶员的手)相对于方向盘30A的接触程度。
在此，如上所述，检测部100设置有电容器Cri以及偏置部104或者104A，因此能够在不使信号在检测电路102中饱和的情况下，使线性提高。因此，检测部100能够高精度地检测操作体20相对于方向盘30A的接触程度。
检测部100与设置于车辆的控制器(省略图示)电连接，能够向该控制器输出操作体20的接触的检测结果。该检测结果包含操作体20的接触程度。由此，控制器能够执行与操作体20的接触程度对应的处理。
另外，检测部100可以设置于方向盘30A的外部，也可以设置于方向盘30A的内部。
如以上说明的那样，一个实施方式所涉及的检测装置10、10A具备：传感器电极110；屏蔽电极120，其在与传感器电极110之间具有寄生电容Crs，由交流电压驱动；检测电路102，其与传感器电极110以及屏蔽电极120电连接，检测传感器电极110的静电电容；电容器Cri(电容)，其串联地连接在传感器电极110与所述检测电路之间；以及偏置部104、104A，其经由电阻对传感器电极110的电位进行偏置。
由此，一个实施方式所涉及的检测装置10、10A能够减小差动放大信号Vdet的电压振幅，使得差动放大信号Vdet在检测电路102中不饱和。此外，一个实施方式所涉及的检测装置10、10A通过设置经由电阻对传感器电极110的电位进行偏置的偏置部104或者104A，从而能够抑制设置了电容器Cri而引起传感器电极110的电位在直流上变得不稳定的情况。因此，根据一个实施方式所涉及的检测装置10、10A，能够在不使信号在检测电路102中饱和的情况下，使线性提高。
以上，对本发明的一个实施方式进行了详细叙述，但本发明并不限定于这些实施方式，在权利要求书所记载的本发明的主旨的范围内，能够进行各种变形或变更。
例如，一个实施方式所涉及的检测装置10、10A并不限于方向盘，只要至少是操作体接触的检测对象物，则也可以设置于任何对象物。
此外，在上述应用例中，设为在方向盘30A设置四组电极对，但并不限于此，也可以设置三组以下或五组以上的电极对。此外，在上述应用例中，在一个电极对设置一个检测部100，但并不限于此，也可以在多个电极对设置一个检测部100。
本国际申请主张基于2019年3月12日申请的日本专利申请第2019-044995号的优先权，并将该申请的全部内容援引至本国际申请。
符号说明
10、10A：检测装置；
100、100A：检测部；
102：检测电路；
102A：差动放大器；
102B：ADC；
102C：控制电路；
104、104A：偏置部；
110：传感器电极；
120：屏蔽电极；
Cri：电容器(电容)；
Crs：寄生电容；
Rru、Rrd、Rrs：电阻；
VDD：直流电源。

Claims (4)

1.一种检测装置，其特征在于，具备：
传感器电极；
屏蔽电极，其在与所述传感器电极之间具有寄生电容，由交流电压驱动；
检测电路，其与所述传感器电极以及所述屏蔽电极电连接，检测所述传感器电极的静电电容；
电容，其串联地连接在所述传感器电极与所述检测电路之间；以及
偏置部，其经由电阻对所述传感器电极的电位进行偏置。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，
所述偏置部进行如下操作，即，
通过经由所述电阻将所述传感器电极和所述屏蔽电极电连接，从而对所述传感器电极的电位进行偏置。
3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，
所述偏置部进行如下操作，即，
通过所述电阻将所述传感器电极和直流电源电连接，从而对所述传感器电极的电位进行偏置。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的检测装置，其特征在于，
所述传感器电极和所述屏蔽电极设置于方向盘。
CN201980091180.XA 2019-03-12 2019-12-26 检测装置 Pending CN113396467A (zh)

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JP2019-044995 2019-03-12
JP2019044995 2019-03-12
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EP (1) EP3940735B1 (zh)
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