JP2009174978A - Capacitive sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、検知領域に存する検知対象物との間の静電容量を検知する静電容量型センサに関し、特に高精度に検知領域における検知対象物の位置を検知することができる静電容量型センサに関する。 The present invention relates to a capacitance type sensor that detects a capacitance between a detection target and a detection target existing in a detection region, and particularly to a capacitance type that can detect the position of a detection target in the detection region with high accuracy. It relates to sensors.
従来より、検知領域に存する検知対象物(物体など)を検知するものとして、次のようなものが知られている。すなわち、下記特許文献1に開示されているヘッドレスト駆動装置は、ヘッドレストを移動可能に支持する支持手段と、ヘッドレストを往復駆動する駆動手段と、ヘッドレスト外カバーの頭部を支える部位の内側に互いに離れて設けられた複数の検出電極(検知電極)と、これら複数の検出電極が共通電位ラインに対して形成する静電容量を検出する静電容量検出手段と、静電容量がバランスする方向にヘッドレストを移動させるように駆動する駆動手段を制御する位置制御手段とを備えている。 Conventionally, the following is known as a detection object (such as an object) existing in a detection area. That is, the headrest driving device disclosed in the following Patent Document 1 is separated from the inside of the supporting means for movably supporting the headrest, the driving means for reciprocating the headrest, and the portion of the headrest outer cover that supports the head. A plurality of detection electrodes (sensing electrodes), a capacitance detecting means for detecting a capacitance formed by the plurality of detection electrodes with respect to the common potential line, and a headrest in a direction in which the capacitance balances And a position control means for controlling a drive means for driving the actuator to move.
そして、このヘッドレスト駆動装置は、頭部が複数の検出電極の中心に位置するように、換言すると、頭部の動きに追従してヘッドレストが移動するように、ヘッドレストが位置制御手段に制御された駆動手段によって駆動され、自動的にヘッドレストの位置を調整するようにしている。 In this headrest driving device, the headrest is controlled by the position control means so that the head is positioned at the center of the plurality of detection electrodes, in other words, the headrest moves following the movement of the head. It is driven by the driving means and automatically adjusts the position of the headrest.
また、下記特許文献2に開示されているヘッドレストを調節するための装置は、乗員の頭部位置を検知するためのヘッドレスト内に配置されている二つのコンデンサプレートを含むセンサを有して構成され、これら二つのコンデンサプレートは、ヘッドレスト内に上下に配置されている。
Moreover, the apparatus for adjusting the headrest disclosed in the following
そして、一方のコンデンサプレートのセンサ信号の増加が他方のコンデンサプレートのセンサ信号の減少と同時に生じる限り、ヘッドレストの高さ位置が、ヘッドレストが引っ込められている定位置から出発して変化するように調節されるようにしている。 As long as the increase in the sensor signal of one capacitor plate occurs simultaneously with the decrease in the sensor signal of the other capacitor plate, the height position of the headrest is adjusted to change starting from the fixed position where the headrest is retracted. To be.
また、下記特許文献3に開示されているヘッドレスト調整装置は、モータの駆動によって上下動可能なようにシートバック(背もたれ部)の上部に配置されたヘッドレストと、着座者(乗員)の頭部位置を検出する頭部検出センサと、頭部検出センサからの信号に基づいて、着座者の頭部位置に応じてヘッドレストの高さを調整するCPUとを備えている。
In addition, the headrest adjusting device disclosed in
このヘッドレスト調整装置は、CPUがイグニッションスイッチの電気的導通を検知し、かつ着座センサが着座があることを検知し、さらにシートベルトバックルスイッチが車両のシートベルトが装着されていることを検知したときに、ヘッドレストの調整作動を開始するようにしている。 In this headrest adjusting device, when the CPU detects the electrical continuity of the ignition switch, the seating sensor detects that there is a seating, and the seatbelt buckle switch detects that the seatbelt of the vehicle is mounted In addition, the headrest adjustment operation is started.
さらに、下記特許文献4に開示されている物体検出装置は、電極間隔が一定とされた複数のセンサ電極を樹脂にインサートして、インサート成形によりセンサ電極ユニットを形成している。このセンサ電極ユニットは、中空の断面略矩形状で、その少なくとも一辺にセンサ電極が設けられ、これにより検出性能を維持して取付自由度を向上させるとしている。 Furthermore, in the object detection device disclosed in Patent Document 4 below, a plurality of sensor electrodes having a constant electrode interval are inserted into a resin, and a sensor electrode unit is formed by insert molding. This sensor electrode unit has a hollow rectangular cross section and is provided with a sensor electrode on at least one side thereof, thereby maintaining detection performance and improving the degree of freedom of attachment.
しかしながら、上述した特許文献1に開示されているヘッドレスト駆動装置では、ヘッドレストと車両の天井部などとの間の静電容量によって、ヘッドレストの位置調整を行うとされている。また、上述した特許文献2に開示されているヘッドレストを調節するための装置では、二つもしくは三つのコンデンサプレートによって、頭部と検知電極との間の静電容量を測定して位置調整に利用するとされている。
However, in the headrest driving device disclosed in Patent Document 1 described above, the position of the headrest is adjusted by the capacitance between the headrest and the ceiling of the vehicle. Moreover, in the apparatus for adjusting the headrest disclosed in
また、上述した特許文献3に開示されているヘッドレスト位置調整装置では、シート各部の調整結果によってヘッドレストの位置調整を行うとされている。さらに、上述した特許文献4に開示されている物体検出装置では、例えば複数のセンサ電極の中心と検知対象物の中心とが正対しているような場合においては、各センサ電極によって安定的に静電容量を検知するとされている。
In the headrest position adjusting device disclosed in
このように、従来のものでは、センサの出力バランスや各検知電極の出力ピークなどを比較して物体を検知する必要があり、このような検知方式では、例えば複数の検知電極を配置する位置によって、検知電極の初期静電容量(すなわち、検知対象物が存在しない状態での静電容量値)や検知感度が大きく異なってしまう場合があった。 As described above, in the conventional device, it is necessary to detect an object by comparing the output balance of the sensor and the output peak of each detection electrode. In such a detection method, for example, depending on the position where a plurality of detection electrodes are arranged. In some cases, the initial capacitance of the detection electrode (that is, the capacitance value in the state where the detection target does not exist) and the detection sensitivity differ greatly.
一例として、本出願人が行った実験についての試料構成を図11に、および実験結果を図12に示す。本実験では、図11に示すように、例えば発泡スチロールからなる台座101上に、複数のセンサ電極102a〜102eが基板102f上に形成されたセンサ部102を配置した。そして、所定の厚みLを持たせた発泡スチロールからなる板材103を挟んで図11中白抜き矢印方向に接地(GND)電位が与えられた平板104をセンサ部102上に被せて配置した。
As an example, FIG. 11 shows a sample configuration for an experiment conducted by the present applicant, and FIG. 12 shows a result of the experiment. In this experiment, as shown in FIG. 11, for example, a
このように、センサ部102の各センサ電極102a〜102eと平板104との間の距離(板材103の厚みL)が一定となる状態において、センサ部102と平板104との間の距離Lに対する各センサ電極102a〜102eの出力(V)(図12(a)参照)と、距離Lの変化に対する出力変化量(V)(図12(b)参照)とを測定した。
As described above, in a state where the distance between the
なお、図12(a)におけるグラフの縦軸はセンサ出力(V)を表し、横軸は各センサ電極102a〜102eに付した電極番号(例えば、センサ電極102aから102eにかけて順番に電極番号1〜5を付した。)を表している。また、図12(b)におけるグラフの縦軸はセンサ出力(V)を表し、横軸は移動距離(mm)を表している。
The vertical axis of the graph in FIG. 12A represents the sensor output (V), and the horizontal axis represents the electrode numbers assigned to the
そして、測定結果により、例えば図12(a)に示すように、センサ部102と平板104との距離Lを20mm、40mm、60mm、75mmと変化させた場合は、センサ電極102a(電極番号1)とセンサ電極102e(電極番号5)のセンサ出力(V)がそれぞれ最も大きくなった。つまり、各センサ電極102a〜102eの配列方向(並設方向)の最も外側に配置された電極の出力が最も大きくなる結果となった。
If the distance L between the
また、例えば図12(b)に示すように、距離Lの変化量ΔLを20mm−40mm、40mm−60mm、60mm−75mmとした場合のそれぞれの静電容量値の差(=ΔC)は、各センサ電極102a〜102eごとに異なった軌跡を描いた。特に、この軌跡の差は、出力変化量の差となるものであり、例えば変化量ΔLが20mm−40mmの場所における各センサ出力の点集団は、約100mVのばらつきがある範囲内に収まっていることが分かった。
Further, for example, as shown in FIG. 12B, the difference (= ΔC) between the respective capacitance values when the change amount ΔL of the distance L is 20 mm-40 mm, 40 mm-60 mm, 60 mm-75 mm is as follows. A different locus was drawn for each of the
したがって、このような各センサ電極102a〜102eごとのセンサ出力の出力変化量の差が顕著になると、上述したような各種の検知方式によっては正確に検知対象物とセンサ部102との間の距離を測定することが困難となる場合がある。
Therefore, when the difference in the output change amount of the sensor output for each of the
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、センサの出力変化量の差を小さくして検知対象物とセンサとの間の距離を正確に測定することができ、検知対象物を高精度に検出することができる静電容量型センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and can accurately measure the distance between the detection target and the sensor by reducing the difference in the amount of change in output of the sensor. It is an object of the present invention to provide a capacitive sensor that can detect with high accuracy.
本発明に係る静電容量型センサは、検知領域に存する検知対象物との間の静電容量を検知する静電容量型センサであって、基板上に並設された複数のセンサ電極と、前記複数のセンサ電極のうちの少なくとも並設方向外側に配置されたセンサ電極の周囲の少なくとも一部にそれぞれ形成されたガード電極とを備えることを特徴とする。 A capacitance type sensor according to the present invention is a capacitance type sensor that detects a capacitance between a detection object existing in a detection region and a plurality of sensor electrodes arranged in parallel on a substrate, And a guard electrode formed on at least a part of the periphery of the sensor electrode disposed at least on the outer side in the juxtaposition direction among the plurality of sensor electrodes.
本発明の静電容量型センサは、以上のように構成することにより、複数のセンサ電極の配置位置の相違によるセンサの出力変化量の差を小さくして検知対象物とセンサとの間の距離を正確に測定することができ、検知対象物を高精度に検出することができる。 By configuring the capacitance type sensor of the present invention as described above, the difference between the sensor output change amount due to the difference in the arrangement position of the plurality of sensor electrodes is reduced, and the distance between the detection target and the sensor is reduced. Can be measured accurately, and the detection object can be detected with high accuracy.
前記周囲の少なくとも一部にガード電極が形成されたセンサ電極の隣接する内側のセンサ電極の周囲の少なくとも一部にガード電極がさらに形成され、例えば前記ガード電極の面積は、前記並設方向のより外側に配置された方が大きくなるように形成されている。 A guard electrode is further formed in at least a part of the periphery of the inner sensor electrode adjacent to the sensor electrode in which the guard electrode is formed in at least a part of the periphery. For example, the area of the guard electrode is larger than that in the juxtaposed direction. The outer side is formed so as to be larger.
また、前記周囲の少なくとも一部にガード電極が形成されたセンサ電極の前記並設方向内側のセンサ電極の周囲の少なくとも一部にガード電極がさらに形成され、例えば前記ガード電極の面積は、前記並設方向内側のセンサ電極よりも前記並設方向のより外側およびより内側の少なくとも一方に配置された方が大きくなるように形成されてもよい。 In addition, a guard electrode is further formed on at least a part of the periphery of the sensor electrode on the inner side in the juxtaposition direction of the sensor electrode on which the guard electrode is formed on at least a part of the periphery. The sensor electrode may be formed so as to be larger on the outer side and the inner side in the side-by-side direction than on the sensor electrode on the inner side in the installation direction.
また、例えば前記周囲の少なくとも一部にガード電極が形成されたセンサ電極以外のセンサ電極の面積と、前記周囲の少なくとも一部にガード電極が形成されたセンサ電極の面積に該ガード電極の面積を加えた面積とが、同等となるように配置形成されている。 Further, for example, the area of the guard electrode is equal to the area of the sensor electrode other than the sensor electrode in which the guard electrode is formed on at least a part of the periphery, and the area of the sensor electrode in which the guard electrode is formed on at least a part of the periphery. It is arranged and formed so that the added area is equivalent.
前記複数のセンサ電極は、例えばそれぞれセンサ電位または該センサ電位と同等のガード電位が与えられて駆動される。 The plurality of sensor electrodes are driven, for example, given a sensor potential or a guard potential equivalent to the sensor potential.
前記複数のセンサ電極からの出力に基づき前記検知対象物の静電容量値を検出する検出回路をさらに備え、前記検出回路は、例えば前記複数のセンサ電極に与える前記センサ電位または前記ガード電位を切り替える切替手段と、前記切替手段を介して前記複数のセンサ電極に前記センサ電位または前記ガード電位を与え、各センサ電極によって検知された静電容量値を検出する検出手段とを有する。 The detection circuit further includes a detection circuit that detects a capacitance value of the detection object based on outputs from the plurality of sensor electrodes, and the detection circuit switches, for example, the sensor potential or the guard potential applied to the plurality of sensor electrodes. A switching unit; and a detection unit that applies the sensor potential or the guard potential to the plurality of sensor electrodes via the switching unit and detects a capacitance value detected by each sensor electrode.
前記切替手段は、例えば前記複数のセンサ電極のうちの一のセンサ電極に前記センサ電位が与えられているときは、他のセンサ電極に前記ガード電位が与えられるように切り替える。 For example, when the sensor potential is applied to one of the plurality of sensor electrodes, the switching unit performs switching so that the guard potential is applied to the other sensor electrode.
前記複数のセンサ電極は、例えば少なくとも5つ設けられている。 For example, at least five of the plurality of sensor electrodes are provided.
また、前記複数のセンサ電極は、例えば矩形短冊状に形成されてその短手方向に沿って前記基板上に並設されている。 The plurality of sensor electrodes are formed, for example, in a rectangular strip shape, and are arranged side by side on the substrate along the short direction.
前記検出手段は、例えば前記複数のセンサ電極からの静電容量値を前記並設方向の一方から他方に向けて順番に検出する。 The detection means detects, for example, electrostatic capacitance values from the plurality of sensor electrodes in order from one side to the other side in the juxtaposed direction.
また、前記検出手段は、例えば前記複数のセンサ電極からの静電容量値を前記並設方向の一方から他方に向けて奇数配置順または偶数配置順に検出した後さらに偶数配置順または奇数配置順に検出する。 Further, the detecting means detects, for example, the capacitance values from the plurality of sensor electrodes from one side of the parallel arrangement direction to the other side in the order of odd numbered arrangement or even numbered arrangement, and then further detects the order of even numbered arrangement or odd numbered arrangement. To do.
前記切替手段は、例えば複数のFET、複数のアナログスイッチまたは複数のマルチプレクサにより構成されている。 The switching means includes, for example, a plurality of FETs, a plurality of analog switches, or a plurality of multiplexers.
本発明によれば、センサの出力変化量の差を小さくして検知対象物とセンサとの間の距離を正確に測定することができ、検知対象物を高精度に検出することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately measure the distance between the detection target object and the sensor by reducing the difference in the output change amount of the sensor, and to detect the detection target object with high accuracy.
以下、添付の図面を参照して、本発明に係る静電容量型センサの好適な実施の形態について詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of a capacitive sensor according to the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一実施の形態に係る静電容量型センサの電極構造の例を説明するための説明図、図2は同静電容量型センサの全体構成の例を示すブロック図、図3は同静電容量型センサのセンサICの構成例を示すブロック図、図4は同静電容量型センサのセンサICの動作波形の例を示す動作波形図である。 FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining an example of an electrode structure of a capacitive sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing an example of the overall configuration of the capacitive sensor. FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a sensor IC of the capacitance type sensor, and FIG. 4 is an operation waveform diagram showing an example of an operation waveform of the sensor IC of the capacitance type sensor.
図1に示すように、本発明の一実施の形態に係る静電容量型センサは、例えば矩形短冊状に形成されてその短手方向(長手方向と交差する方向)に沿って図示しない基板上に並設された複数のセンサ電極11〜15と、これら各センサ電極11〜15のうちの少なくとも並設方向外側に配置されたセンサ電極(例えば、センサ電極11,15)の周囲の少なくとも一部(例えば、長手方向に沿った両端部)に、例えばセンサ電極11,15と非接触状態でそれぞれ形成されたガード電極11a,11b,15a,15bとを備えて構成されている。
As shown in FIG. 1, a capacitive sensor according to an embodiment of the present invention is formed, for example, in a rectangular strip shape on a substrate (not shown) along its short direction (direction intersecting the longitudinal direction). A plurality of
この静電容量型センサは、このように構成された各センサ電極11〜15によって、検知領域に存する検知対象物との間の静電容量を検知するものである。なお、センサ電極およびガード電極は、上記ガード電極11a,11b,15a,15bが形成されたセンサ電極11,15以外のセンサ電極12〜14の面積Aと、上記ガード電極11a,11b,15a,15bが形成されたセンサ電極11,15の面積にガード電極11a,11b,15a,15bの面積を加えた面積A’とが、例えば同等となるように配置形成されている。
This electrostatic capacitance type sensor detects the electrostatic capacitance between the detection objects existing in the detection region by the
そして、各センサ電極11〜15は、それぞれ所定のセンサ電位またはこのセンサ電位と同等のガード電位が与えられて駆動され、各ガード電極11a,11b,15a,15bには、ガード電位が与えられる。
Each of the
これら各センサ電極11〜15およびガード電極11a,11b,15a,15bは、例えばフレキシブルプリント基板、リジッド基板あるいはリジッドフレキシブル基板からなる基板上に形成されている。また、各センサ電極11〜15およびガード電極11a,11b,15a,15bは、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)あるいはエポキシ樹脂などの絶縁体からなる基板上にパターン形成された銅、銅合金またはアルミニウムなどからなる。
The
また、各センサ電極11〜15には、例えばそれぞれ電極番号1〜5が割り当てられている。これら各センサ電極11〜15は、本例では5つ設けられているが、例えば5以上設けられていてもよい。
In addition, for example, electrode numbers 1 to 5 are assigned to the
そして、図2に示すように、各センサ電極11〜15は、これらの電極11〜15からの出力に基づき検知対象物の静電容量値を検出する検出回路に接続されている。検出回路は、各センサ電極11〜15に与えるセンサ電位またはガード電位を切り替える切替器20と、この切替器20を介して各センサ電極11〜15にセンサ電位またはガード電位を与え、各センサ電極11〜15によって検知された静電容量値を検出するセンサIC21とを備えている。
And as shown in FIG. 2, each sensor electrode 11-15 is connected to the detection circuit which detects the electrostatic capacitance value of a detection target based on the output from these electrodes 11-15. The detection circuit switches the sensor potential or guard potential to be applied to the
また、検出回路は、センサIC21からの出力に基づいて切替器20を制御するとともに、上記出力に基づく各種処理を行うECU(電子制御ユニット)22を備えている。切替器20は、例えばセンサIC21からのセンサ電位またはガード電位を切り替えて各センサ電極11〜15に供給可能に構成された複数のFET、複数のアナログスイッチまたは複数のマルチプレクサにより構成されている。
Further, the detection circuit includes an ECU (electronic control unit) 22 that controls the
この切替器20は、例えば各センサ電極11〜15にセンサ電位を与えつつガード電極11a,11b,15a,15bにガード電位を与えるように切り替えたり、各センサ電極11〜15のうちの一のセンサ電極(例えば、センサ電極11)にセンサ電位が与えられているときは、他のセンサ電極(例えば、センサ電極12〜15)にガード電位が与えられるように切り替えたりする。なお、ガード電極11a,11b,15a,15bには、例えばセンサIC21によって、常時ガード電位が与えられていてもよい。
The
センサIC21は、各センサ電極11〜15からの静電容量値を、同時に、すなわち、センサ電極11〜15ごとに異時的に走査せずに検出したり、並設方向の一方から他方に向けて順番(例えば、電極番号1→5と異時的な順番)に検出したり、この並設方向の一方から他方に向けて奇数配置順(例えば、電極番号1→3→5と異時的に走査して)または偶数配置順(例えば、電極番号2→4と異時的に走査して)に検出した後さらに偶数配置順または奇数配置順に検出したりする。
The
このセンサIC21は、例えば各センサ電極11〜15と検知対象物(図示せず)との間の静電容量に応じてデューティー比が変化するパルス信号を生成するとともに平滑化して信号を出力する。ECU22は、例えばCPU、RAM、ROMなどを備えてなり、センサIC21によって検出された静電容量値を用いた各種処理を行う。
The
センサIC21は、図3に示すように、静電容量Cに応じてデューティー比が変化するものであり、例えば一定周期のトリガ信号TGを出力するトリガ信号発生回路101と、入力端に接続された静電容量Cの大きさによってデューティー比が変化するパルス信号Poを出力するタイマー回路102と、このパルス信号Poを平滑化するローパスフィルタ(LPF)103とを備えて構成されている。
As shown in FIG. 3, the
タイマー回路102は、例えば2つの比較器201,202と、これら比較器201,202の出力がそれぞれリセット端子Rおよびセット端子Sに入力されるRSフリップフロップ(以下、「RS−FF」と呼ぶ。)203と、このRS−FF203の出力DISをLPF103に出力するバッファ204と、RS−FF203の出力DISでオン/オフ制御させるトランジスタ205とを備えて構成されている。
The
比較器202は、トリガ信号発生回路101から出力される図4に示すようなトリガ信号TGを、抵抗R1,R2,R3によって分割された所定のしきい値Vth2と比較して、トリガ信号TGに同期したセットパルスを出力する。このセットパルスは、RS−FF203のQ出力をセットする。
The
このQ出力は、ディスチャージ信号DISとしてトランジスタ205をオフ状態にし、センサ電極11(12〜15)およびグランドの間を、センサ電極11(12〜15)の対接地静電容量Cおよび入力端と電源ラインとの間に接続された抵抗R4による時定数で決まる速度で充電する。これにより、入力信号Vinの電位が静電容量Cによって決まる速度で上昇する。
The Q output turns off the
入力信号Vinが、抵抗R1,R2,R3で決まるしきい値Vth1を超えたら、比較器201の出力が反転してRS−FF203の出力を反転させる。この結果、トランジスタ205がオン状態となって、センサ電極11(12〜15)に蓄積された電荷がトランジスタ205を介して放電される。
When the input signal Vin exceeds the threshold value Vth1 determined by the resistors R1, R2, and R3, the output of the
したがって、このタイマー回路102は、図4に示すように、センサ電極11(12〜15)および検知領域に存する検知対象物(図示せず)との間の静電容量Cに基づくデューティー比で発振するパルス信号Poを出力する。LPF103は、この出力を平滑化することにより、図4に示すような直流の信号Voutを出力する。なお、図4中において、実線で示す波形と点線で示す波形は、前者が後者よりも静電容量が小さいことを示しており、例えば後者が物体接近状態を示している。
Therefore, as shown in FIG. 4, the
このように構成された静電容量型センサによって、上述したように、図11および図12を用いて説明した条件と同条件にて行った測定結果を図5に示す。なお、図5におけるグラフの縦軸はセンサ出力(V)を表し、横軸は移動距離(mm)を表している。図5に示すように、本例のセンサ電極11〜15およびガード電極11a,11b,15a,15bを備える静電容量型センサによれば、図12(b)に示した場合と比較して、距離Lの変化量ΔLの差が縮まる結果となった。
FIG. 5 shows the results of measurement performed under the same conditions as described above with reference to FIGS. 11 and 12, as described above, using the capacitive sensor configured as described above. In addition, the vertical axis | shaft of the graph in FIG. 5 represents sensor output (V), and the horizontal axis represents the movement distance (mm). As shown in FIG. 5, according to the capacitive sensor including the
すなわち、本例の静電容量型センサによれば、変化量ΔLが20mm−40mmの場所における電極番号1〜5の各センサ出力の点集団は、図12(b)に示したものが約100mVのばらつきがある範囲内に収まっていたのに対し、約60mVのばらつきがある範囲内に収めることが可能となった。また、変化量ΔLが60mm−75mmの場所における各センサ出力の点集団は、ほぼ同一の値となった。 That is, according to the capacitance type sensor of this example, the point group of the sensor outputs of the electrode numbers 1 to 5 where the change ΔL is 20 mm to 40 mm is about 100 mV as shown in FIG. However, it was possible to keep within a range with a variation of about 60 mV. Moreover, the point group of each sensor output in the place where the change amount ΔL is 60 mm-75 mm is almost the same value.
これにより、各センサ電極11〜15間での変化量の差が少なくなり、検知対象物として例えば凹凸のある人体の頭部などの検知を行う場合においても、検知対象物とセンサ電極11〜15との間の距離が離れていても、正確かつ高精度に検知対象物およびセンサ電極11〜15間の距離を測定することが可能となることが判明した。
Thereby, the difference in the amount of change between the
このように、上述した静電容量型センサによれば、複数のセンサ電極11〜15の配置位置の相違によるセンサの出力変化量の差を小さくして、検知対象物とセンサとの間の距離を正確に測定することができるので、検知対象物を高精度に検出することが可能となる。
Thus, according to the capacitance type sensor described above, the difference between the sensor output change amounts due to the difference in the arrangement position of the plurality of
図6は、本発明の一実施の形態に係る静電容量型センサを座席のヘッドレスト位置調整装置に適用した場合のヘッドレストの例を示す説明図である。なお、以降において、既に説明した部分と重複する箇所には同一の符号を付して説明を省略し、この静電容量型センサに特に関連する部分以外は、図示を省略して説明する。 FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an example of a headrest when the capacitive sensor according to the embodiment of the present invention is applied to a headrest position adjusting device for a seat. In the following description, the same reference numerals are assigned to portions that overlap the already described portions, and the description thereof is omitted. Description is omitted except for portions that are particularly related to the capacitance type sensor.
ヘッドレスト位置調整装置は、例えば車両などの座席に設けられ、この座席のヘッドレスト43に配置された上記センサ電極11〜15およびガード電極11a,11b,15a,15bを備えたセンサ部10と、例えば座席の背もたれ部に配置された駆動モータ部とを備えて構成されている。これらセンサ部10および駆動モータ部は、有線あるいは無線により電気的に接続されている。
The headrest position adjusting device is provided in a seat of a vehicle or the like, for example, and the
センサ部10は、基板の一方の面側に形成された上記センサ部11〜15およびガード電極11a,11b,15a,15b(符号の図示は省略)と、例えばこの基板の他方の面側に設けられたセンサIC21などを備えて構成される。そして、座席の着座部に着座した人体の頭部(検知対象物)とヘッドレスト43(具体的には、センサ電極11〜15)との間の静電容量を検知する。
The
センサIC21は、各センサ電極11〜15からの信号に基づいて静電容量値を検出し、ECU22は、センサIC21からの出力に基づいてこれらセンサ電極11〜15のうち、例えば信号の出力値が最も高いセンサ電極を検出し、検出結果に応じたヘッドレストの駆動情報を駆動モータ部に出力する。
The
駆動モータ部は、ECU22からの出力に応じて、ヘッドレストの位置を頭部に対する適正位置に調整する。具体的には、検出したセンサ電極の位置が、ヘッドレストの高さ方向の中心位置と水平方向に正対するように調整したり、このセンサ電極の位置がヘッドレストの中心位置よりも上方に位置するように調整したり、あらかじめ設定された頭部形状のプロファイル情報に基づきヘッドレストを適正位置に調整したりする。
The drive motor unit adjusts the position of the headrest to an appropriate position with respect to the head in accordance with the output from the
なお、上述した実施の形態に係る静電容量型センサのセンサ電極やガード電極などの電極構造は、次のようなものであってもよい。図7は、本発明の一実施の形態に係る静電容量型センサの電極構造の他の例を示す説明図、図8は同電極構造におけるセンサ電極と平板との間の距離の変化に対する出力変化量を示す図である。 The electrode structure such as the sensor electrode and the guard electrode of the capacitance type sensor according to the above-described embodiment may be as follows. FIG. 7 is an explanatory view showing another example of the electrode structure of the capacitive sensor according to one embodiment of the present invention, and FIG. 8 is an output corresponding to a change in the distance between the sensor electrode and the flat plate in the electrode structure. It is a figure which shows the variation | change_quantity.
図7に示すように、本例のセンサ電極11〜15は、先の例のセンサ電極11〜15と同様に矩形短冊状に形成されてその短手方向に沿って図示しない基板上に並設されている。そして、これら各センサ電極11〜15のうちの並設方向外側に配置されたセンサ電極(例えば、センサ電極11,15)の周囲の少なくとも一部(例えば、長手方向に沿った両端部)に、例えばセンサ電極11,15と非接触状態でそれぞれ形成されたガード電極11a,11b,15a,15bが設けられている。
As shown in FIG. 7, the
また、これらガード電極11a,11b,15a,15bとセンサ電極11,15との間に、各ガード電極11a,11b,15a,15bよりも短手方向の幅が短いガード電極11aa,11bb,15aa,15bbが設けられている。
Further, between the
さらに、周囲の少なくとも一部にこれらのガード電極が形成されたセンサ電極11,15の(隣接する)並設方向内側のセンサ電極12,14の周囲の少なくとも一部には、他のガード電極12a,12b,14a,14bが形成されている。なお、これらガード電極の面積は、センサ電極12,14の周囲に配置されたガード電極12a,12b,14a,14bよりも、センサ電極11,15の周囲に配置されたガード電極11a,11aa,11b,11bb,15a,15aa,15b,15bbの方が総合的に大きくなるように形成されている。
Furthermore, another
また、センサ電極およびガード電極は、上記ガード電極が形成されたセンサ電極11,12,14,15以外のセンサ電極13の面積Aと、上記ガード電極12a,12b,14a,14bが形成されたセンサ電極12,14の面積にこれらガード電極の面積を加えた面積A’と、上記ガード電極11a,11aa,11b,11bb,15a,15aa,15b,15bbが形成されたセンサ電極11,15の面積にこれらガード電極の面積を加えた面積A’’とが、上述したようにそれぞれ同等となるように配置形成されている。
The sensor electrode and the guard electrode include an area A of the
このようにセンサ電極およびガード電極が形成された静電容量センサによって、上述したような図11および図12を用いて説明した条件と同条件にて行った測定結果によれば、図8に示すように、図12(b)に示した場合と比較して、図5に示した場合と同様に距離Lの変化量ΔLの差が縮まる結果となった。 FIG. 8 shows the result of the measurement performed under the same conditions as described above with reference to FIGS. 11 and 12 by the capacitance sensor in which the sensor electrode and the guard electrode are formed as described above. Thus, compared to the case shown in FIG. 12B, the difference in the change amount ΔL of the distance L is reduced as in the case shown in FIG.
具体的には、この静電容量型センサによれば、例えば変化量ΔLが60mm−75mmの場所における電極番号1〜5の各センサ出力の点集団は、ほぼ同一の値となった。したがって、図5に示した場合と同様に、この構造のセンサ電極およびガード電極によっても、検知対象物とセンサ電極11〜15との間の距離が離れていても正確かつ高精度に検知対象物およびセンサ電極11〜15間の距離を測定し、検知対象物を高精度に検出することが可能となる。
Specifically, according to this capacitance type sensor, for example, the point groups of the sensor outputs of the electrode numbers 1 to 5 at a place where the change ΔL is 60 mm to 75 mm have almost the same value. Therefore, similarly to the case shown in FIG. 5, even with the sensor electrode and guard electrode having this structure, even if the distance between the detection object and the
そして、この静電容量型センサのセンサ電極やガード電極などの電極構造は、さらに次のようなものであってもよい。図9は、本発明の一実施の形態に係る静電容量型センサの電極構造のさらに他の例を示す説明図、図10は同電極構造におけるセンサ電極と平板との間の距離の変化に対する出力変化量を示す図である。 The electrode structure such as a sensor electrode and a guard electrode of this capacitive sensor may be as follows. FIG. 9 is an explanatory view showing still another example of the electrode structure of the capacitive sensor according to one embodiment of the present invention, and FIG. 10 is for the change in the distance between the sensor electrode and the flat plate in the electrode structure. It is a figure which shows output variation | change_quantity.
図9に示すように、本例のセンサ電極11〜15は、センサ電極11,12,14,15およびこれらの周囲のガード電極が図7で示した例と同様の構造を備えるが、センサ電極13がさらにガード電極を備える点において、先の例と相違している。
As shown in FIG. 9, the
すなわち、各センサ電極11〜15の並設方向外側に配置されたセンサ電極11,15の並設方向内側のセンサ電極12,14よりも、並設方向のより内側のセンサ電極13の周囲の少なくとも一部にガード電極13a,13aa,13b,13bbがさらに形成されている。なお、ガード電極13aa,13bbは、ガード電極13a,13bよりも短手方向の幅が短くなるように設けられている。
That is, at least around the
このようにセンサ電極およびガード電極が形成された静電容量センサによって、上述したような図11および図12を用いて説明した条件と同条件にて行った測定結果によれば、図10に示すように、図12(b)に示した場合と比較して、図5および図7に示した場合と同様に距離Lの変化量ΔLの差が縮まる結果となった。 FIG. 10 shows the result of the measurement performed under the same conditions as described above with reference to FIGS. 11 and 12 by the capacitance sensor having the sensor electrode and the guard electrode formed as described above. Thus, compared with the case shown in FIG. 12B, the difference in the change amount ΔL of the distance L is reduced as in the case shown in FIGS.
したがって、図5および図7に示した場合と同様に、この構造のセンサ電極およびガード電極によっても、検知対象物とセンサ電極11〜15との間の距離が離れていても正確かつ高精度に検知対象物およびセンサ電極11〜15間の距離を測定し、検知対象物を高精度に検出することが可能となる。
Therefore, similarly to the case shown in FIGS. 5 and 7, even with the sensor electrode and the guard electrode having this structure, even if the distance between the detection target and the
以上述べたように、上述した一実施の形態に係る静電容量型センサによれば、複数のセンサ電極11〜15の配置位置の相違によるセンサの出力変化量の差を小さくすることができる。これにより、検知対象物とセンサとの間の距離を正確に測定することができ、検知対象物を高精度に検出することができる。
As described above, according to the capacitive sensor according to the above-described embodiment, the difference in the sensor output change amount due to the difference in the arrangement positions of the plurality of
10…センサ部、11〜15…センサ電極、11a,11aa,11b,11bb,12a,12b,13a,13aa,13b,13bb,14a,14b,15a,15aa,15b,15bb…ガード電極、20…切替器、21…センサIC、22…ECU、43…ヘッドレスト。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
基板上に並設された複数のセンサ電極と、
前記複数のセンサ電極のうちの少なくとも並設方向外側に配置されたセンサ電極の周囲の少なくとも一部にそれぞれ形成されたガード電極とを備える
ことを特徴とする静電容量型センサ。 A capacitance type sensor that detects a capacitance between a detection object and a detection object in a detection region,
A plurality of sensor electrodes arranged side by side on the substrate;
And a guard electrode formed on at least a part of the periphery of the sensor electrode disposed at least on the outer side in the juxtaposition direction among the plurality of sensor electrodes.
前記検出回路は、前記複数のセンサ電極に与える前記センサ電位または前記ガード電位を切り替える切替手段と、前記切替手段を介して前記複数のセンサ電極に前記センサ電位または前記ガード電位を与え、各センサ電極によって検知された静電容量値を検出する検出手段とを有することを特徴とする請求項4記載の静電容量型センサ。 A detection circuit for detecting a capacitance value of the detection object based on outputs from the plurality of sensor electrodes;
The detection circuit is configured to switch the sensor potential or the guard potential applied to the plurality of sensor electrodes, and to apply the sensor potential or the guard potential to the plurality of sensor electrodes via the switching unit. 5. The capacitance type sensor according to claim 4, further comprising detection means for detecting the capacitance value detected by the step.
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