JP4305519B2

JP4305519B2 - ２電極型静電容量センサ、車両用乗員検出装置及び車両用乗員保護システム

Info

Publication number: JP4305519B2
Application number: JP2007028548A
Authority: JP
Inventors: 山中　　正一; 勉神園
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2027-02-07
Also published as: JP2008191110A; US20080186192A1; US7688204B2

Description

本発明は、２電極型静電容量センサの改良に関し、特に車両用着座検出センサに採用される２電極型静電容量センサの改良に関する。

本出願人の出願になる下記の特許文献１は、座席に埋設された樹脂フィルムの表側の主面に表側電極を、その裏側の主面に表側電極よりも小型の裏側電極を設けた電極アセンブリと、この電極アセンブリを用いて着座の有無を検出する検出回路部とを有する２電極型静電容量センサを用いた車両用着座検出センサを提案している。

更に説明すると、検出回路部は、一方の電極と車体との間に交流電圧を印加し、他方の電極の電位が一方の電極の電位と等しくなるようにオペアンプを通じて他方の電極に交流電流を給電し、この交流電流の変化により着座の有無を判定している。
特開２００６−２０１１２９号公報

上記した２電極型静電容量センサは、１電極式の静電容量センサに比べて優れた検出感度をもつが、市場から更なる検出感度の向上を求められていた。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、更に優れた検出感度を実現した２電極型静電容量センサ、車両用乗員検出装置及び車両用乗員保護システムを提供することをその目的としている。

上記課題を解決するこの発明は、誘電体からなる検出対象に対向配置される表側電極と、前記表側電極と接地との間に介設されて前記表側電極と重なる位置にて前記表側電極に対して平行して背向配置される裏側電極と、前記両電極が表側主面及び裏側主面に個別に設けられた電気絶縁性ベースとを有する電極アセンブリと、前記両電極の一方と接地間に交流電圧を印加するとともに前記両電極の他方の電極の電気的状態を検出するか又は前記一方の電極の交流電位変化に追従して前記他方の電極の電位を制御し、かつ、前記表側電極への前記検出対象の近接による前記表側電極と接地間の静電容量Ｃｘの変化を電気的に検出して前記検出対象の前記近接を判別する検出回路部と、
を有する２電極型静電容量センサに適用される。

この種の２電極型静電容量センサは、既述した特許文献に記載されている。

本発明では、前記裏側電極の周縁は、前記両電極の面方向において前記表側電極の周縁とほぼ等位置に配置されるとともに、前記電気絶縁性ベースの前記両主面の一方は、前記両主面の一方に設けられた前記両電極の一方の周縁から所定距離隔てて延在する被水検出電極を有することを特徴としている。

このようにすれば、表側電極に近接するたとえば着座乗員などの誘電体が近接する際の検出感度を向上することができる。また、被水検出電極と両電極間の寄生容量による検出感度の低下を抑止することができる。

好適な態様において、前記検出回路部は、前記両電極の一方と接地間に交流電圧を印加する発振回路部と、前記両電極の他方に交流的に給電して前記両電極の一方の電位変化に前記両電極の他方の電位変化を追従させるとともに、前記両電極の他方への給電電流に比例する電位を出力する差動増幅回路部とを有し、前記差動増幅回路部は、前記両電極の一方の電位に追従する電位を前記両電極の他方に給電するボルテージホロワ回路を含むことを特徴としている。

このようにすれば、両電極の一方に対する両電極の他方の追従性を改善でき、差動増幅回路部の発振などを抑止しつつ使用周波数を増大することができる。

好適な態様において、前記ボルテージホロワ回路は、電流検出用のインピーダンス素子を通じて前記両電極の他方に給電する。このようにすれば、良好な検出感度が得られる。

好適な態様において、前記発振回路部は、電流検出用のインピーダンス素子を通じて前記両電極の一方に給電する。このようにすれば、良好な検出感度が得られる。

上記した２電極型静電容量センサは、好適には車両用乗員検出装置に採用される。この車両用乗員検出装置は、前記静電容量センサの検出値に基づいて前記車両の乗員の有無又は乗員の種類を判定する判定装置を有する。このようにすれば、従来より高精度に車両乗員を検出することができる。

好適な態様において、上記車両用乗員検出装置は車両用乗員保護システムに採用される。この車両用乗員保護システムは、前記車両に装備されて衝突時に前記乗員を保護する乗員保護装置と、前記乗員検出装置の判定に基づいて前記乗員保護装置の作動を制御する制御装置とを有する。このようにすれば、たとえば衝突時に従来より高精度に車両乗員を保護することができる。

以下、本発明の２電極型静電容量センサを用いた車両用着座検出センサの好適実施形態を以下に説明する。ただし、本発明の２電極型静電容量センサは、車両用以外の着座検出センサとしても採用できる他、誘電体の近接を検出する産業用あるいは家庭用の誘電体近接センサとして幅広く応用することができるものである。

実施形態１を図１及び図２を参照して説明する。図１は、乗員が着座した車両用座席装置の模式縦断面図である。

（車両用座席装置１の構成）
図１において、１は車両用座席装置であって、車体の床部２上に設置されている。車両用座席装置１は、床部２上に取り付けられる金属製のフレーム３、フレーム３上に固定されて車両用座席装置１の着座部を構成するシート４と、シート４の後端から上方斜め後ろに立設されていわゆる背もたれをなすシートバック５とを有している。

シート４は、弾性をもつ電気絶縁材料たとえば硬質発泡ウレタンを主素材として構成されてフレーム３上に固定されたクッションパッド６と、たとえば美麗な電気絶縁材料たとえば織布を主素材として構成されてクッションパッド６の上面すなわち座面を覆うクッションカバー（本発明で言う座席の表面部）７と、クッションパッド６上に座面と略平行に配置されたシートヒータ８と、シートヒータ８とクッションカバー７との間に介設されて座面と略平行に埋設された着座検出用の電極アセンブリであるマット電極９とを有している。

シートヒータ８は、ヒータ８１と防水フィルム８２とを有している。

マット電極９は、所定の比誘電率をもつ電気絶縁性の樹脂フィルム１０と、樹脂フィルム１０の上面に密着して延設される層状の上側電極（本発明で言う表側電極）１１と、樹脂フィルム１０の下面に密着して延設される層状の（本発明で言う裏側電極）下側電極１２とを有しており、上側電極１１及び下側電極１２は樹脂被覆されて保護されている。樹脂フィルム１０、上側電極１１及び下側電極１２は、通常のフレキシブル回路基板により実現することができる。

（回路構成）
次に、マット電極９とともにこの２電極型静電容量センサの回路構成について図２を参照して説明する。

両電極１１、１２は後述する検出回路部２０に接続されている。この検出回路部２０は所定周波数ｆで発振する発振回路を内蔵しており、この発振回路は両電極１１、１２の一方に交流電圧を印加している。検出回路部２０の出力端は、上記周波数ｆを通過させるバンドパスフィルタ２１を通じて検波回路２２に検出信号電圧Ｖｓを出力し、検波された検出信号電圧Ｖｓは、平滑回路２３で平滑されてコンパレータ２４にてしきい値電圧Ｖｒｅｆと比較される。かなり大きい比誘電率をもつ乗員の着座の有無がこの比較結果により図示しないマイコンにて判定される。

（両電極１１、１２の静電容量等価回路）
両電極１１、１２に接続される理想的な等価回路を図２を参照して説明する。

Ｃｇは下側電極１２とヒータや車体（接地）との間の静電容量、Ｃｏは上側電極１１と下側電極１２との間の静電容量、Ｃｓは上側電極１１とヒータや車体（接地）との間の静電容量である。詳しく言うと、Ｃｓは座席に乗員が着座していない状態での上側電極１１と車体（接地）との間の静電容量である。Ｃｈは、座席に乗員が着座した場合の上側電極１１と車体（接地）との間の静電容量の増加分である。ＣｘはＣｓとＣｈとの合計であり、上側電極１１と接地との間の着座により変動する静電容量である。

なお、説明を簡単とするために、以下の説明では、配線及び電極の抵抗及びインダクタンスは無視した。また、上側電極１１と下側電極１２との間の静電容量Ｃｏ、下側電極１２と接地間の静電容量Ｃｇは着座の有無にかかわらず一定値であるとした。

ただし、実際には、発振回路部の内部抵抗、オペアンプ２００の周波数特性を考慮する必要がある他、配線及び電極の抵抗及びインダクタンスは無視し得ない値をもち、かつ、静電容量Ｃｏ及び静電容量Ｃｇも着座すなわち上側電極１１の直上への誘電体の接近により変動が生じる。ただ、この変動は、相対的に静電容量Ｃｘの変動よりも相対的に小さいので、回路解析においては、無視し得る。

（検出回路部２０の回路例１）
検出回路部２０の回路例１を図３に示す回路図を参照して具体的に説明する。この検出回路部２０の回路構成は、特許文献１に記載されている。

２００はオペアンプであり、２０１は抵抗値ｒｆをもつその帰還抵抗である。これらは、本発明で言う差動増幅回路部を構成している。上側電極１１はオペアンプ２００のー入力端に、下側電極１２はオペアンプ２００の＋入力端に接続されている。また、２０２は所定周波数（好適には数百から数ＭＨｚ）で発振する発振回路部であり、発振回路部２０２は、小さい出力インピーダンスで下側電極１２と接地間に交流電圧Ｖａｃを印加している。

この回路の動作を以下に詳しく説明する。

オペアンプ２００の両入力端は仮想短絡され、上側電極１１の電位は下側電極１２と等しいと見なすことができる。このことは、オペアンプ２００が帰還抵抗２０１を通じて被検出静電容量Ｃｘを充放電することを意味する。上側電極１１と下側電極１２とは等電位であるため、オペアンプ２００が静電容量Ｃｏが充放電されることはない。したがって、静電容量Ｃｏが充放電されないということは、発振回路部２０２は静電容量Ｃｇのみを充放電すると考えることができる。

つまり、発振回路部２０２の出力電圧をＶａｃ、帰還抵抗２０１の抵抗値をｒｆ、帰還抵抗２０１の電圧降下をＶｓ、静電容量Ｃｘの交流インピーダンスをＺｘ、帰還抵抗２０１及び静電容量Ｃｘに流れる交流電流をＩｘとすれば、
Ｉｘ＝Ｖａｃ÷Ｚｘ
Ｖｓ＝ｒｆ×Ｉｘ＝ｒｆ×Ｖａｃ÷Ｚｘ
＝−ｒｆ×Ｖａｃ×ｊωＣｘ
＝−ｒｆ×Ｖａｃ×ｊω（Ｃｓ＋Ｃｈ）
＝−（ｒｆ×Ｖａｃ×ｊωＣｓ＋ｒｆ×Ｖａｃ×ｊωＣｈ）
＝−（Ｖ１＋ｒｆ×Ｖａｃ×ｊωＣｈ）
＝−（Ｖ１＋ΔＶ）
となる。Ｖ１はｒｆ×Ｖａｃ×ｊωＣｓである。ΔＶは着座の有無によるＶｓの変化分である。

上記式から、帰還抵抗２０１の電圧降下を信号電圧Ｖｓとすると、この信号電圧Ｖｓは着座に比例的に変化することがわかる。上記説明で重要な点は、この電流Ｉｘが下側電極１２と接地との間の静電容量Ｃｇに関するパラメータを含まないことである。これは、着座の有無による静電容量Ｃｈの変化にほぼ比例して信号電圧Ｖｓが変化するため、良い検出感度が期待できる。

信号電圧Ｖｓ中の着座の有無による信号電圧Ｖｓの変化分ΔＶの絶対値を増大するには、帰還抵抗２０１の抵抗値ｒｆ、Ｖａｃ、周波数ｆを増大させればよいことがわかる。ただし、この場合、空席時の電圧Ｖ１も増大する。抵抗値ｒｆの増大は位相特性の劣化などを引き起こすので自ずから限界がある。上記説明は発振回路部２０２の内部抵抗を０とし、既述の種々の寄生インピーダンスを省略した理想状態を示すものであることに留意されたい。

たとえば、上記説明では、両電極１１、１２間の静電容量Ｃｏは着座の有無にかかわらず一定としたが、実際には特に上側電極１１の上側の主面から下側電極１２の下側の主面に至る電気力線は、広く空間を走ることもできるため、着座乗員の有無により変動し、これにより、上記信号電圧Ｖｓが変調され、検出精度が低下するという問題があることがわかった。

（解析）
上記実施形態では、両電極１１、１２の電位が等しくなるようにオペアンプ２００が帰還抵抗２０１を通じて上側電極１１に交流電流を給電している。つまり、図３における第１の重要事項は、本来は被検出静電容量Ｃｘに対して並列的に接続される寄生的な静電容量Ｃｇが、図３の回路では、発振回路部２０２から給電される結果、発振回路部２０２に電位追従する給電回路としての回路機能をもつオペアンプ２００が被検出静電容量Ｃｘだけに給電すればよい点である。これが感度向上を実現する。

また、図３における第２の重要事項は、両電極１１、１２間の静電容量Ｃｏを充放電させないことであり、このためには、上側電極１１の電位を下側電極１２の電位変動に追従変化させればよいことがわかる。

（変形態様）
以下、図３の回路の変形態様を以下に説明する。ただし、この変形態様は、図４以降の回路にも適宜実施することができる。

（１）両電極１１、１２が直流電位差を有していてもよい。すなわち、オペアンプ２００側の電極の電位を、発振回路部２０２側の電極の電位変動に対して追従させれば、被検出静電容量Ｃｘから寄生的な静電容量Ｃｇを実質分離できる。

ただし、差動増幅回路部としてオペアンプ２００を用いる場合、オペアンプ２００の両入力端が仮想短絡するようにオペアンプ２００の前段に受動素子回路を介在させることが好適である。

（検出回路部２０の回路例２）
検出回路部２０の回路例２を図４に示す回路図を参照して具体的に説明する。この回路例は、図３に示す回路において、発振回路部２０２が上側電極１１に交流電圧Ｖａｃを印加し、オペアンプ２００が帰還抵抗２０１を通じて下側電極１２に交流電流Ｉｘを帰還させるように変更したものである。この検出回路部２０の回路構成は、特許文献１に記載されている。

この回路の動作を簡単に説明する。

オペアンプ２００の両入力端は仮想短絡され、下側電極１２の電位は上側電極１１のそれと等しいと見なすことができる。このことは、オペアンプ２００が帰還抵抗２０１を通じて静電容量Ｃｇを充放電することを意味する。なお、上側電極１１と下側電極１２とは等電位であるため、オペアンプ２００が静電容量Ｃｏを充放電することはない。また、静電容量Ｃｏが充放電されないということは、発振回路部２０２は理想的には静電容量Ｃｘのみを充放電することを意味する。

つまり、発振回路部２０２の出力端から上側電極１１までのインピーダンス（発振回路部２０２の内部出力抵抗でもよい）をｒｉ、発振回路部２０２の出力電圧をＶａｃ、インピーダンスｒｉの電圧降下をΔＶ、静電容量Ｃｘの電圧降下をＶ２、インピーダンスｒｉ、静電容量Ｃｘに流れる電流をＩｘ、帰還抵抗２０１の抵抗値をｒｆ、オペアンプ２００が出力する信号電圧をＶｓ、静電容量Ｃｘの交流インピーダンスをＺｘ、帰還抵抗２０１に流れる交流電流をＩｙとすれば、発振回路部２０２が静電容量Ｃｘを電流Ｉｘで充放電し、オペアンプ２００が帰還抵抗２０１を通じて電流Ｉｙで静電容量Ｃｇを充放電することになる。

ΔＶ＝ｒｉ×Ｉｘ
Ｉｘ＝Ｖａｃ÷（Ｚｘ＋ｒｉ）
Ｖ２＝Ｖａｃ−ΔＶ
Ｖｓ＝Ｖ２−Ｉｙ×ｒｆ
Ｉｙ＝Ｖ２×ｊωＣｇ
これらの式から、静電容量Ｃｘが変動するとインピーダンスｒｉの電圧降下量が変化してその分だけ上側電極１１の電位が変動し、その結果として出力信号電圧Ｖｓが変動することがわかる。

ただし、上記説明では、下側電極１２と接地間の静電容量Ｃｇや、両電極１１、１２間の静電容量Ｃｏが着座有無により変動しないと仮定したが、既述したように両電極１１、１２の周囲空間に広く電気力線が走るため、これらは厳密には一定ではなく、変動し、それにより出力信号電圧Ｖｓは変動を受ける。

（検出回路部２０の回路例３）
検出回路部２０の回路例３を図５に示す回路図を参照して具体的に説明する。この回路は、図３に示す差動増幅回路部において帰還抵抗２０１を省略して差動増幅回路部をボルテージホロワ回路とし、その出力端と上側電極１１とを抵抗値Ｒをもつ電流検出抵抗２０３で接続した点をその特徴としている。

この回路の動作を説明する。

オペアンプ２００の両入力端は仮想短絡され、下側電極１２の電位は上側電極１１のそれと等しいと見なすことができる。差動増幅回路部として帰還抵抗２０１が無いボルテージホロワ回路の出力電圧は、高周波数領域まで下側電極１２の電位変動に位相特性良く追従することができる。つまり、オペアンプ２００は、図３に示す帰還抵抗２０１を通じることなく高速に静電容量Ｃｘを充放電する。出力信号電圧Ｖｓは、上側電極１１から取り出される。これは、電流検出抵抗２０３の電圧降下を検出することに等しい。ｒは電流検出抵抗２０３の抵抗値である。

図５の回路では、理想的に以下の式が成立する。

Ｉｘ＝Ｖｓ÷Ｚｘ＝（Ｖａｃ−Ｖｓ）÷ｒ
この式から、出力信号電圧Ｖｓが被検出静電容量Ｃｘに連動して変化することがわかる。

図５の回路は、図３の回路に比べて帰還抵抗２０１を省略したため周波数を高くしても静電容量Ｃｘの電位変化を良好に交流電圧Ｖａｃの変化に追従させることができる。

（検出回路部２０の回路例４）
検出回路部２０の回路例４を図６に示す回路図を参照して説明する。

この回路は、図４に示す差動増幅回路部において帰還抵抗２０１を省略して差動増幅回路部をボルテージホロワ回路とし、更に、発振回路部２０２と上側電極１１とを抵抗値Ｒをもつ電流検出抵抗２０４で接続した点をその特徴としている。

この回路の動作を説明する。

オペアンプ２００の両入力端は仮想短絡され、下側電極１２の電位は上側電極１１のそれと等しいと見なすことができる。このことは、オペアンプ２００が図４に示す帰還抵抗２０１を通じることなく高速に静電容量Ｃｇを充放電することを意味する。なお、上側電極１１と下側電極１２とは等電位であるため、オペアンプ２００が静電容量Ｃｏを充放電することはない。静電容量Ｃｏが充放電されないということは、発振回路部２０２は電流検出抵抗Ｒを通じて静電容量Ｃｇだけを充放電することを意味する。

発振回路部２０２の出力電圧をＶａｃとすると、以下の式が成立する。

Ｉｘ＝Ｖｓ÷Ｚｘ＝Ｖａｃ÷（ｒ＋Ｚｘ）
Ｖｓ＝Ｖａｃ÷（ｒ＋Ｚｘ）×Ｚｘ
この式から、着座の有無により静電容量Ｃｘの交流インピーダンスＺｘが変化すると出力信号電圧Ｖｓが連動変化するため、出力信号電圧Ｖｓの大小により着座の有無を検出することができる。

図６の回路は、図４の回路に比べて帰還抵抗２０１を省略したため周波数を高くしても静電容量Ｃｇの電位変化を良好に交流電圧Ｖａｃの変化に追従させることができる。

（検出回路部２０の回路例５）
検出回路部２０の回路例５を図７に示す回路図を参照して具体的に説明する。この回路は、図３に示す回路において帰還抵抗２０１を省略して差動増幅回路部をボルテージホロワ回路とし、その出力端と上側電極１１とをコンデンサ２０５で接続した点をその特徴としている。

この回路の動作を説明する。

オペアンプ２００の両入力端は仮想短絡され、下側電極１２の電位は上側電極１１のそれと等しいと見なすことができる。差動増幅回路部として帰還抵抗２０１が無いボルテージホロワ回路の出力電圧は、高周波数領域まで下側電極１２の電位変動に位相特性良く追従することができる。つまり、オペアンプ２００は、図３に示す帰還抵抗２０１を通じることなく高速に静電容量Ｃｘ及び静電容量Ｃ１を充放電することができる。出力信号電圧Ｖｓは、上側電極１１から取り出される。これは、コンデンサ２０５の電圧降下を検出することに等しい。Ｃ１はコンデンサ２０５の静電容量である。

図７の回路では、理想的に以下の式が成立する。

Ｉｘ＝Ｖｓ÷Ｚｘ＝Ｖａｃ÷（Ｚｃ１＋Ｚｘ）
Ｖｓ＝Ｖａｃ÷（Ｚｃ１＋Ｚｘ）×Ｚｘ
Ｚｃ１はコンデンサ２０５の交流インピーダンスである。この式から、出力信号電圧Ｖｓが被検出静電容量Ｃｘに連動して変化することがわかる。

図５の回路は、図３の回路に比べて帰還抵抗２０１を省略したため周波数を高くしても静電容量Ｃｘの電位変化を良好に交流電圧Ｖａｃの変化に追従させることができる。また、電流検出用のインピーダンス素子がコンデンサ２０５により構成されているため、被検出静電容量Ｃｘとの間のバランスが良く、位相特性に優れる。更に、オペアンプ２００の−入力端をマット電極９からコンデンサ２０５により直流的に電気絶縁できるため、安全性に優れる。

（検出回路部２０の回路例６）
検出回路部２０の回路例６を図８に示す回路図を参照して説明する。

この回路は、図７に示す回路においてコンデンサ２０６、２０７を追加したものである。コンデンサ２０６は下側電極１２とオペアンプ２００の＋入力端間に配置される接続コンデンサであり、コンデンサ２０５と同じ静電容量とされる。コンデンサ２０７はオペアンプ２００の＋入力端間に配置され、被検出静電容量Ｃｘのうちその空席時の静電容量に等しく設定した。

この回路の動作を説明する。

オペアンプ２００の両入力端は仮想短絡され、下側電極１２の電位は上側電極１１のそれと等しいと見なすことができる。このことは、オペアンプ２００が図４に示す帰還抵抗２０１を通じることなく高速に静電容量Ｃｘ及び静電容量Ｃ１を充放電することを意味する。

オペアンプ２００の出力電圧Ｖａｃ’は、交流電圧Ｖａｃをコンデンサ２０６とコンデンサ２０７の静電容量で分割した値となる。そこで、コンデンサ２０５の電圧降下を検出することにより、被検出静電容量Ｃｘの電流を検出することができ、この電流と被検出静電容量Ｃｘの電圧降下とから静電容量Ｃｘを検出することができる。

この回路の利点は、図７の回路の利点に加えて、オペアンプ２００の両入力端をマット電極９から直流的に電気絶縁でき、オペアンプ２００の安全性が向上することである。また、オペアンプ２００の＋入力端に最適な直流バイアス電圧を加えることもできる。

この回路６では、上側電極１１の電位は、下側電極１２の電位と一致しない。しかし、下側電極１２の電位は上側電極１１の電位に追従して変化する。この回路においても、オペアンプ２００が被検出静電容量Ｃｘにのみ給電するため、検出に際して寄生的な静電容量Ｃｇを被検出静電容量Ｃｘから切り離すことができ、感度向上が可能となる。

（検出回路部２０の回路例７）
検出回路部２０の回路例７を図９に示す回路図を参照して説明する。

この回路は、図６において、電流検出抵抗２０４をコンデンサ２０７に変更したものである。これにより、図４、図６と同様に位相特性に優れた出力信号電圧Ｖｓを出力することができる。更に、この回路によれば、発振回路部２０２を直流的にマット電極９から切り離すことができ、安全性を向上することができる。

（検出回路部２０の回路例８）
検出回路部２０の回路例８を図１０に示す回路図を参照して説明する。

この回路は、図５に示す回路において電流検出抵抗２０３をコイルすなわちインダクタンス素子２０８に置換したものである。このようにしても、図５と同様の効果を奏することができる。

（検出回路部２０の回路例９）
検出回路部２０の回路例９を図１１に示す回路図を参照して説明する。

この回路は、図５に示す回路において電流検出抵抗２０３をコイルすなわちインダクタンス素子２０９に置換したものである。このようにしても、図５と同様の効果を奏することができる。

（検出回路部２０の回路例１０）
検出回路部２０の回路例１０を図１２に示す回路図を参照して説明する。

この回路は、図６に示す回路において電流検出抵抗２０４をコイルすなわちインダクタンス素子２１０に置換したものである。このようにしても、図６と同様の効果を奏することができる。

（検出回路部２０の回路例１１）
検出回路部２０の回路例１０を図１２に示す回路図を参照して説明する。

この回路は、図１２に示す発振回路部２０２が、インダクタンス素子２１０及びマット電極９の合成静電容量（静電容量Co、Cgの直列接続合成容量と静電容量Cxとの和）との直列共振周波数で作動する共振回路としたものである。つまり、図１２において、交流電源２０２の周波数は、上記直列共振周波数に等しい値に設定される。

実際には、静電容量Cgがボルテージホロワ２００により充放電される結果として静電容量Ｃｏを充放電する必要がないため、発振回路部２０２から見たマット電極９の静電容量は、マット電極９の上記合成静電容量のうち静電容量Ｃｘのみとなる。

したがって、上記直列共振周波数は、被検出静電容量Ｃｘとインダクタンス素子２１０のインダクタンスＬとの積の平方根に比例し、被検出静電容量Ｃｘの変動により格段に大きく変動する。したがって、出力信号電圧Ｖｓの周波数変化又は振幅変化を検出すれば、急峻に着座の有無を検出することができることになる。

（電極配置例の説明）
次に、上記した２電極型静電容量センサに特に好適な電極配置について図１３を参照して説明する。図１３は車両用着座センサの帯状のマット電極９をその延在方向と直角に切断した断面図である。

図１３において、１０は樹脂フィルム、１１は上側電極、１２は下側電極、１３、１４はカバーフィルム、１５は粘着剤、１６は被水検出電極である。上側電極１１、下側電極１２及び被水検出電極１６は図１３の紙面厚さ方向に帯状に長く延設されている。

被水検出電極１６は、樹脂フィルム１０の上面に上側電極１１の左右端から一定間隔ｄだけ離れて上側電極１１と平行に延在している。上側電極１１及び下側電極１２は、カーボン電極層と銀電極層とにより構成されているが、この実施例の要旨ではないため説明を省略する。カバーフィルム１３は上側電極１１及び被水検出電極１６を覆い、カバーフィルム１４は下側電極１２を覆っている。

この実施形態の特徴は、上側電極１１の側端縁を下側電極１２のそれとほぼ一致した位置に配置した点にある。その結果、上側電極１１の幅Ｗ１１と下側電極１２の幅Ｗ１２とはほぼ等しく、両電極１１、１２の面積はほぼ等しくなっている。また、この実施形態では、下側電極１２が、被水検出電極１６とその面方向において重ならないように配置されている。被水検出電極１６は、被水を検出するための電極配線であり、低インピーダンスで所定電位が印加されている。もちろん、被水検出電極１６以外の配線をこの位置に延在させても同じである。

上記の電極配置を採用すると、図１４に示す従来の電極配置に比べて検出感度を向上できることがわかった。

図１５は上側電極１１と周縁からの下側電極１２の出っ張り量と検出感度との関係を示す特性図である。両電極１１、１２の端縁が一致する場合（Ｓ０）は、両電極１１、１２の端縁がずれている場合（Ｓ１〜Ｓ４）に比べて検出感度を改善できることがわかった。なお、Ｓ１はＷ１１がＷ１２より２０％大きい場合、Ｓ２はＷ１１がＷ１２より２０％小さい場合、Ｓ３４はＷ１１がＷ１２より１０％大きい場合、Ｓ４はＷ１１がＷ１２より１０％小さいである。

以下、この実施形態の電極配置の回路的説明を付記する。

被水検出電極１６は、交流的にヒータなどと同様に接地電極と見なすことができる。従って、下側電極１２と被水検出電極１６とが重なって配置されると、下側電極１２の対地静電容量Ｃｇが増大し、感度が低下する。

次に、両電極１１、１２の幅方向のずれと検出感度との関係について説明する。

図１４に示す上記特許文献１の電極配置では、下側電極１２が上側電極１１より小さく形成されていた。既に説明したように、２電極型静電容量センサの特徴は、下側電極１２が上側電極１１と接地との間の静電的接続を遮断して、上側電極１１の対地静電容量Ｃｓを減らし、それにより、被検出静電容量Ｃｘ中の可変静電容量Ｃｈを相対的に増大させて検出感度を増大させる点にある。

ここで、下側電極１２の反検出対象側が上側電極１１より小さいということは、上側電極１１の主面（検出対象側の主面の一部も）が下側電極１２を介することなくその下部の接地に対面することを意味する。つまり、静電容量Ｃｓが増大することを意味する。したがって、この場合には、検出感度が低下する。

次に、下側電極１２が上側電極１１よりも大きい場合を検討する。この場合には、下側電極１２の主面（検出対象側の主面の一部も）が上側電極１１を介することなくその上方の検出対象（たとえば着座乗員）に対面することを意味する。その結果、着座乗員の有無により、下側電極１２と接地間の静電容量Ｃｇが誘電体としての着座乗員により影響されて変動することを意味する。このことは、図３において、配線インピーダンスや発振回路部２０２の内部抵抗を考慮すると、静電容量Ｃｇの変動により下側電極１２の電位が変動することを意味する。これは検出感度の低下を招く。上記問題は、図３以外の他の回路例においても同様に生じる。

結局、被水検出電極１６やその他の配線が両電極１１、１２の一方の端縁に近接して延在する場合又は延在しない場合に関わらず、両電極１１、１２の端縁は、電極面方向において略等位置（５％未満の公差を含む）に配置すれば、検出感度を向上することができることがわかる。

（電極配置例の説明）
次に、上記した２電極型静電容量センサを用いた車両用乗員保護システムを図１６を参照して説明する。

１０１は既述した２電極型静電容量センサであり、車両の座席への乗員着座の有無により変化するアナログ信号電圧を出力する。１０２はこのアナログ信号電圧に基づいて乗員着座の有無を判定する判定装置である。たとえば、判定装置１０２は、入力されたアナログ信号電圧を所定のしきい値電圧と比較するコンパレータからなる。なお、判定装置１０２はアナログ信号電圧のレベルにより乗員の種類たとえば大人か子供かなどを判定することもできる。２電極型静電容量センサ１０１、判定装置１０２は、車両用乗員検出装置を校正する。判定装置１０２から出力された判定結果により乗員着座を示す信号が制御装置２００に入力される。制御装置２００は、たとえばエアバッグなどの乗員保護装置３００の作動を制御する。制御装置２００は、たとえば図示しない衝突センサから車両衝突検出信号が入力された場合に、判定装置１０２からの判定結果に基づいて乗員着座と判定した場合にのみ乗員保護装置３００の作動を指令する。もしくは、判定装置１０２により判定した乗員の体格に応じて乗員保護装置３００の作動形態を変更する。

したがって、乗員検出装置１００，制御装置２００及び乗員保護装置３００により構成されるこの車両用乗員保護システムは、既述した２電極型静電容量センサ１０１の検出精度の向上により優れた乗員保護性能を発揮することができる。

実施形態１の車両用座席装置を示す模式縦断面図である。図１の２電極型静電容量センサを用いた着座検出装置の回路図である。図２の検出回路部の回路例を示す回路図である。図２の検出回路部の回路例を示す回路図である図２の検出回路部の回路例を示す回路図である図２の検出回路部の回路例を示す回路図である図２の検出回路部の回路例を示す回路図である図２の検出回路部の回路例を示す回路図である図２の検出回路部の回路例を示す回路図である図２の検出回路部の回路例を示す回路図である図２の検出回路部の回路例を示す回路図である図２の検出回路部の回路例を示す回路図である実施例のマット電極の電極配置を示す縦断面図である。従来のマット電極９の電極配置を示す縦断面図である。両電極のずれ量と検出感度との関係を示す特性図である。実施形態の２電極型静電容量センサを用いた車両用乗員保護システムの一例を示すブロック図である。

符号の説明

１車両用座席装置
２床部
３フレーム
４シート
５シートバック
６クッションパッド
７クッションカバー
８シートヒータ
９マット電極
１０樹脂フィルム
１１上側電極
１２下側電極
１３カバーフィルム
１４カバーフィルム
１６被水検出電極
２０検出回路部
２１バンドパスフィルタ
２２検波回路
２３平滑回路
２４コンパレータ
８１ヒータ
８２防水フィルム
２００オペアンプ
２０１帰還抵抗
２０２発振回路部
２０３電流検出抵抗
２０４電流検出抵抗
２０５コンデンサ
２０６コンデンサ
２０７コンデンサ
２０８インダクタンス素子
２０９インダクタンス素子
２１０インダクタンス素子

Claims

誘電体からなる検出対象に対向配置される表側電極と、前記表側電極と接地との間に介設されて前記表側電極と重なる位置にて前記表側電極に対して平行して背向配置される裏側電極と、前記両電極が表側主面及び裏側主面に個別に設けられた電気絶縁性ベースとを有する電極アセンブリと、
前記両電極の一方と接地間に交流電圧を印加するとともに前記両電極の他方の電極の電気的状態を検出するか又は前記一方の電極の交流電位変化に追従して前記他方の電極の電位を制御し、かつ、前記表側電極への前記検出対象の近接による前記表側電極と接地間の静電容量Ｃｘの変化を電気的に検出して前記検出対象の前記近接を判別する検出回路部と、
を有する２電極型静電容量センサにおいて、
前記裏側電極の周縁は、
前記両電極の面方向において前記表側電極の周縁とほぼ等位置に配置されるとともに、
前記電気絶縁性ベースの前記両主面の一方は、
前記両主面の一方に設けられた前記両電極の一方の周縁から所定距離隔てて延在する被水検出電極を有することを特徴とする２電極型静電容量センサ。
請求項１記載の２電極型静電容量センサにおいて、
前記検出回路部は、
前記両電極の一方と接地間に交流電圧を印加する発振回路部と、
前記両電極の他方に交流的に給電して前記両電極の一方の電位変化に前記両電極の他方の電位変化を追従させるとともに、前記両電極の他方への給電電流に比例する電位を出力する差動増幅回路部と、
を有し、
前記差動増幅回路部は、
前記両電極の一方の電位に追従する電位を前記両電極の他方に給電するボルテージホロワ回路を含むことを特徴とする２電極型静電容量センサ。
請求項２記載の２電極型静電容量センサにおいて、
前記ボルテージホロワ回路は、電流検出用のインピーダンス素子を通じて前記両電極の他方に給電する２電極型静電容量センサ。
請求項２記載の２電極型静電容量センサにおいて、
前記発振回路部は、電流検出用のインピーダンス素子を通じて前記両電極の一方に給電する２電極型静電容量センサ。
車両の座席に装着された請求項１〜４のいずれか記載の静電容量センサと、前記静電容量センサの検出値に基づいて前記車両の乗員の有無又は乗員の種類を判定する判定装置とを有することを特徴とする車両用乗員検出装置。
請求項５記載の車両用乗員検出装置と、前記車両に装備されて衝突時に前記乗員を保護する乗員保護装置と、前記乗員検出装置の判定に基づいて前記乗員保護装置の作動を制御する制御装置とを有することを特徴とする車両用乗員保護システム。