JPH09178410A - 対人センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静電容量式センサの利点を生かしながら、人
体の近接、接触を迅速、かつ確実に検出できる信頼性の
高い対人センサを提供する。 【解決手段】 一対の可撓性導電部材16a,16b およびこ
れら可撓性導電部材間に設けた加圧導電性ゴム15を具え
る感圧素子11を有し、この感圧素子11の抵抗値の変化に
基づいて外圧の有無を検出する感圧センサ１と、感圧素
子11の少なくとも一方の可撓性導電部材を一方の電極と
し、大地側を他方の電極とした容量素子42を有し、その
静電容量の変化に基づいて、人体の近接、接触を検出す
る静電容量式センサ２と、感圧センサ１および静電容量
式センサ２の論理和の検出信号を出力する出力手段３と
を具えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、人体の近接、接
触を検出する対人センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、感圧センサを用いて、例えば、着
座を検出したり、自動式扉による挟まれを防止したり、
さらにはロボット等の機械を非常停止させたりすること
が行われている。このような感圧センサとして、例え
ば、実開昭６２−５４３８号公報には、加圧導電性ゴム
を一対の平編線電極でサンドイッチした構造の感圧素子
を用いるものが開示されている。この感圧センサにおい
ては、外力によって感圧素子の加圧導電性ゴムが変形す
ると、一対の平編線電極間の抵抗値が変化するので、そ
の抵抗値の変化に基づいて外力が作用したのを検知する
ようにしている。

【０００３】また、例えば、特開昭６２−３７４３４号
公報には、発振回路の出力端に、人体が着座することに
よって静電容量が変化するように容量素子を接続し、こ
の容量素子を経た発振出力と基準値との比較に基づいて
人体の着座を検出するようにした、静電容量式センサが
開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た感圧センサにあっては、外力によって感圧素子の加圧
導電性ゴムが変形して、初めて外力が作用したことを検
出できるので、例えば、人体の着座においては、十分な
荷重が加わらない場合に検出が不十分となる場合があ
る。また、自動扉の挟まれ防止においては、挟まれて初
めて感圧センサが検出するため、初期の目的を十分に達
成できない場合がある。同様に、ロボット等の機械の非
常停止においても、衝突して初めて感圧センサが検出す
るため、初期の目的を十分に達成できない場合がある。

【０００５】また、上述した静電容量式センサにあって
は、被検出体として、金属のような導体だけでなく、誘
電体をも無接触で検出できると共に、被検出体を、その
透明度、色、汚れ、表面の粗さ等に影響されることなく
検出できる利点はあるものの、抵抗や容量素子を用いて
回路を構成するため、周囲温度や周囲金属の接地状態の
影響を受け易いという問題がある。

【０００６】この発明は、上述した点に鑑みてなされた
もので、静電容量式センサの利点を生かし、その問題点
を解決して、人体の近接、接触を迅速、かつ確実に検出
できるよう適切に構成した信頼性の高い対人センサを提
供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の対人センサは、一対の可撓性導電部材お
よびこれら可撓性導電部材間に設けた加圧導電性ゴムを
具える感圧素子を有し、この感圧素子の抵抗値の変化に
基づいて外圧の有無を検出する感圧センサと、前記感圧
素子の少なくとも一方の可撓性導電部材を一方の電極と
し、大地側を他方の電極とした容量素子を有し、その静
電容量の変化に基づいて、人体の近接、接触を検出する
静電容量式センサと、前記感圧センサおよび静電容量式
センサの論理和の検出信号を出力する出力手段とを具え
ることを特徴とするものである。

【０００８】この発明の好適実施形態においては、前記
感圧センサは、前記感圧素子に並列に接続され、該感圧
素子の抵抗値の変化に基づいて選択的にオン・オフする
リレーを有し、前記静電容量式センサは、一次側コイル
および二次側コイルを有する結合トランスと、この結合
トランスの一次側コイルに結合した発振回路と、前記結
合トランスの二次側コイルに結合した、前記容量素子を
有する共振回路と、この共振回路の出力と基準値とを比
較する比較回路とを有し、前記出力手段は、スイッチン
グトランジスタおよび前記リレーのリレー接点を有し、
前記スイッチングトランジスタのベースを前記比較回路
の出力端に結合し、前記リレー接点を前記スイッチング
トランジスタのバイアス通路に接続したことを特徴とす
るものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。図１は、この発明の対
人センサの一実施形態の回路図である。この対人センサ
は、人体による外圧の有無を検出する感圧センサ１と、
人体の近接、接触を静電容量の変化に基づいて検出する
静電容量式センサ２と、これら感圧センサ１および静電
容量式センサ２の論理和の検出信号を出力する出力手段
３とを有する。

【００１０】感圧センサ１は、並列に接続した感圧素子
１１およびリレー１２を有し、その並列回路の一端をチ
ョークコイル１３ａおよび抵抗１４を経て、電圧Ｖｃｃ
１の直流電源正端子に接続し、他端をチョークコイル１
３ｂを経て接地、すなわち直流電源負端子に接続する。
感圧素子１１は、図２に示すように、外圧による変形よ
って抵抗値が変化する加圧導電性ゴム１５を、一対の平
編線電極１６ａ，１６ｂでサンドイッチし、全体をシリ
コンゴム１７でモールドしたものを用いる。図１では、
加圧導電性ゴム１５を可変抵抗で示し、平編線電極１６
ａ，１６ｂを端子の形状で示している。なお、抵抗１４
の抵抗値は、加圧導電性ゴム１５が変形していない状態
で、リレー１２が附勢（オン）状態を維持し、加圧導電
性ゴム１５が外力により変形して、その抵抗値が小さく
なったときに、リレー１２が滅勢（オフ）するように設
定する。

【００１１】静電容量式センサ２は、結合トランス２
１、発振回路２２、共振回路２３、整流回路２４および
比較回路２５を有する。発振回路２２は、結合トランス
２１の一次側コイル２１ａを誘導素子として用いるＬＣ
発振回路をもって構成する。この発振回路２２には、２
個のＮＰＮトランジスタ３１および３２を設け、一方の
トランジスタ３１のコレクタを、抵抗３３を経て電圧Ｖ
ｃｃ２の直流電源正端子に接続し、エミッタをコンデン
サ３４および抵抗３５の並列回路を経て接地する。トラ
ンジスタ３１，３２のベースは、共通に接続して抵抗３
６を経て直流電源正端子（Ｖｃｃ２）に接続する。ま
た、トランジスタ３２のコレクタはオープンとし、エミ
ッタは結合トランス２１の一次側コイル２１ａを経て接
地すると共に、コンデンサ３７を経てトランジスタ３１
のエミッタに接続する。このようにして、コンデンサ３
７の両端の電位を、ほぼ同電位とするＬＣ発振回路を構
成する。なお、この実施例では、この発振回路２２にお
ける発振周波数ｆを、室温２０℃で約５００ＫＨｚとす
る。

【００１２】共振回路２３は、結合トランス２１の二次
側コイル２１ｂ、コンデンサ４１および検出用容量素子
としての可変コンデンサ４２を有する。可変コンデンサ
４２は、人体の近接、接触によって静電容量が変化する
ように、感圧素子１１の少なくとも一方の平編線電極、
この実施形態では平編線電極１６ｂを一方の電極とし、
大地側を他方の電極として構成する。二次側コイル２１
ｂおよびコンデンサ４１は、並列に接続して、それらの
一端を接地し、他端を可変コンデンサ４２の一方の電極
である感圧素子１１の平編線電極１６ｂに接続する。こ
の実施形態では、感圧素子１１を有する部分および可変
コンデンサ４２を構成する部分を含めてセンサ部４と
し、このセンサ部４に、人体が近づいたり、感圧素子１
１に人体が接触しない状態で、共振回路２３の共振周波
数が、発振回路２２の発振周波数よりも若干高くなるよ
うに、回路定数を設定する。

【００１３】共振回路２３の出力、すなわち結合トラン
ス２１の二次側コイル２１ｂ、コンデンサ４１および可
変コンデンサ４２の一方の電極である平編線電極１６ｂ
の接続点の出力は、結合コンデンサ４３を経て整流回路
２４に供給する。整流回路２４には、ダイオード４４
ａ，４４ｂからなる倍電圧回路、およびコンデンサ４
５、抵抗４６を有するローパスフィルタを設け、この整
流回路２４の出力を比較回路２５に供給する。

【００１４】比較回路２５は、ＯＰアンプ４７、抵抗４
８および可変抵抗４９を有し、ＯＰアンプ４７の非反転
入力端子に、整流回路２４の出力を印加し、ＯＰアンプ
４７の反転入力端子に、直流電圧Ｖｃｃ３を抵抗４８お
よび可変抵抗４９で分圧した基準電圧を印加する。な
お、基準電圧は、センサ部４に、人体が近づいたり、感
圧素子１１に人体が接触しない状態で、ＯＰアンプ４７
の非反転入力端子に印加される電圧よりも若干高く、か
つ、センサ部４に、人体が近づいたり、感圧素子１１に
人体が接触したときに、ＯＰアンプ４７の非反転入力端
子に印加される電圧よりも低くなるように設定する。こ
のＯＰアンプ４７の出力は、逆流阻止用ダイオード５１
を経て出力手段３に供給する。

【００１５】出力手段１３は、ＮＰＮ型のスイッチング
トランジスタ５２、コレクタ抵抗５３、ベース抵抗５４
および感圧センサ１に設けたリレー１２のリレー接点１
２ａを有し、スイッチングトランジスタ５２のコレクタ
を出力端子５５に接続すると共に、コレクタ抵抗５３を
経て電圧Ｖｃｃ４の直流電源正端子に接続し、エミッタ
を接地し、ベースをベース抵抗５４を経て逆流阻止用ダ
イオード５１のアノード端子に接続する。また、リレー
接点１２ａは、ベース抵抗５４および逆流阻止用ダイオ
ード５１の接続点と直流電源正端子（Ｖｃｃ４）との間
に接続する。なお、このリレー接点１２ａは、リレー１
２の滅勢下において、オン状態にあるノーマリークロー
ズ接点を用いる。

【００１６】この実施形態では、電圧Ｖｃｃ１を２４ボ
ルト、電圧Ｖｃｃ２、Ｖｃｃ３およびＶｃｃ４を５ボル
トとするが、各電圧は任意に設定でき、全てを同一電圧
とすることもできる。

【００１７】次に、図１に示す対人センサの動作につい
て説明する。センサ部４に人体が近接あるいは接触して
いない状態では、感圧素子１１の加圧導電性ゴム１５の
抵抗値は、高い値となっているので、リレー１２は附勢
状態にあり、リレー接点１２ａはオープンとなってい
る。また、この状態では、共振回路２３の共振周波数
は、発振回路２２の発振周波数よりも若干高くなってい
るので、ＯＰアンプ４７の出力はローレベルとなってい
る。したがって、スイッチングトランジスタ５２は、オ
フ状態にあり、出力端子５５からハイレベルの信号が出
力される。

【００１８】上記の状態から、センサ部４に人体が近づ
くと、先ず、共振回路２３の可変コンデンサ４２の容量
が大きくなり、共振回路２３の共振周波数は発振回路２
２の発振周波数に近づくように低くなるので、共振回路
２３の出力は大きくなる。これにより、ＯＰアンプ４７
の出力は、ローレベルからハイレベルに切り替わり、ス
イッチングトランジスタ５２がオン状態となって、出力
端子５５からローレベルの信号が出力される。

【００１９】また、センサ部４に人体が近づき、さらに
人体によって感圧素子１１が押圧されると、その変形に
よって加圧導電性ゴム１５の抵抗値が低下して、リレー
１２との並列回路の端子間電圧が低下し、リレー１２を
流れる電流が減少する。これにより、リレー１２は滅勢
されて、リレー接点１２ａがオンとなり、このリレー接
点１２ａを経てスイッチングトランジスタ５２にバイア
ス電圧が印加される。したがって、周囲温度の変化等に
より、センサ部４に人体が近づいたにもかかわらず、Ｏ
Ｐアンプ４７の出力がハイレベルにならない場合でも、
感圧素子１１が押圧されることによって、スイッチング
トランジスタ５２がオン状態となり、出力端子５５から
ローレベルの信号が出力されるので、センサ部４への人
体の接触等を検知することができる。

【００２０】このように、この実施形態によれば、セン
サ部４に人体が近づいたことを、静電容量式センサ２に
おいて可変コンデンサ４２の静電容量の変化に基づいて
検出し、さらにセンサ部４の感圧素子１１が人体によっ
て押圧されたことを、感圧センサ１において感圧素子１
１の抵抗変化に基づいて検出するようにして、出力手段
３から感圧センサ１および静電容量式センサ２の論理和
の検出信号を出力するようにしたので、人体の近接、接
触を迅速、かつ確実に検出することができる。したがっ
て、例えば、自動車のパワーウインドウ制御回路に適用
する場合には、窓ガラスが上昇して接触押圧する窓枠部
分に、感圧素子１１を設けることによって、窓ガラスの
上昇中に、窓枠と窓ガラスとの間に、手や頭が挿入され
たときに、可変コンデンサ４２の静電容量変化による出
力端子５５の出力に基づいて、窓ガラスの上昇を停止す
ることができ、また、何らかの原因で、静電容量による
検出ができなかった場合でも、窓枠部分の感圧素子１１
が押圧されることによるその抵抗変化に基づく出力端子
５５の出力により、窓ガラスの上昇を停止することがで
きる。

【００２１】なお、この発明は、上述した実施形態にの
み限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可
能である。例えば、上述した実施形態では、発振回路２
２および共振回路２３を、それぞれ結合トランス２１の
一次側コイル２１ａおよび二次側コイル２１ｂを用いて
構成したが、これら発振回路２２および共振回路２３
は、結合トランス２１と分離して設けて、発振回路２２
の出力を結合トランス２１の一次側コイル２１ａに供給
し、その二次側コイル２１ｂの出力を共振回路２３に供
給するよう構成することもできる。また、発振回路２２
の構成も、図１に示すものに限らず、公知のＬＣ発振回
路やその他の発振回路を用いることもできる。

【００２２】また、図１では、感圧センサ１にリレー１
２を設け、このリレー１２を感圧素子１１の抵抗変化に
基づいて附勢・滅勢させて、感圧素子１１の変形、すな
わち人体による押圧を検出するようにしたが、リレー以
外の素子、例えば、発光ダイオードおよびフォトトラン
ジスタを有するフォトカプラを用い、感圧素子１１の抵
抗変化に基づいて、発光ダイオードを点灯・消灯させる
ことにより、フォトトランジスタの導通・非導通から感
圧素子１１の変形を検出するよう構成することもでき
る。さらに、出力手段３については、バイポーラＩＣや
ＭＯＳ ＩＣを用いて構成することもできるし、その出
力端子５５から出力する信号についても、センサ部４へ
の人体の近接等により、ハイレベルの信号を出力するよ
う構成することもできる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、感圧
素子を有する感圧センサにより、外圧の有無を検出する
ようにすると共に、前記感圧素子を構成する少なくとも
一方の可撓性導電部材を一方の電極とし、大地側を他方
の電極とした容量素子を有する静電容量式センサによ
り、人体の近接、接触を検出するようにして、これら感
圧センサおよび静電容量式センサの論理和の検出信号を
出力させるようにしたので、静電容量式センサの利点を
生かしながら、人体の近接、接触を迅速、かつ確実に検
出できる信頼性の高い対人センサを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態を示す回路図である。

【図２】図１に示す感圧素子の一例の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 感圧センサ ２ 静電容量式センサ ３ 出力手段 ４ センサ部 １１ 感圧素子 １２ リレー １２ａ リレー接点 １５ 加圧導電性ゴム １６ａ，１６ｂ 平編線電極 ２１ 結合トランス ２２ 発振回路 ２３ 共振回路 ２４ 整流回路 ２５ 比較回路 ４２ 可変コンデンサ ５２ スイッチングトランジスタ ５５ 出力端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０１Ｖ 11/00 Ｇ０１Ｖ 11/00

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の可撓性導電部材およびこれら可撓
   性導電部材間に設けた加圧導電性ゴムを具える感圧素子
   を有し、この感圧素子の抵抗値の変化に基づいて外圧の
   有無を検出する感圧センサと、 前記感圧素子の少なくとも一方の可撓性導電部材を一方
   の電極とし、大地側を他方の電極とした容量素子を有
   し、その静電容量の変化に基づいて、人体の近接、接触
   を検出する静電容量式センサと、 前記感圧センサおよび静電容量式センサの論理和の検出
   信号を出力する出力手段とを具えることを特徴とする対
   人センサ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の対人センサにおいて、 前記感圧センサは、 前記感圧素子に並列に接続され、該感圧素子の抵抗値の
   変化に基づいて選択的にオン・オフするリレーを有し、 前記静電容量式センサは、 一次側コイルおよび二次側コイルを有する結合トランス
   と、 この結合トランスの一次側コイルに結合した発振回路
   と、 前記結合トランスの二次側コイルに結合した、前記容量
   素子を有する共振回路と、 この共振回路の出力と基準値とを比較する比較回路とを
   有し、 前記出力手段は、 スイッチングトランジスタおよび前記リレーのリレー接
   点を有し、前記スイッチングトランジスタのベースを前
   記比較回路の出力端に結合し、前記リレー接点を前記ス
   イッチングトランジスタのバイアス通路に接続したこと
   を特徴とする対人センサ。