JP4356003B2

JP4356003B2 - 静電容量検出装置

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Publication number: JP4356003B2
Application number: JP2003341063A
Authority: JP
Inventors: 恒井奈波; 耕平倉地; 陸生波多野
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2023-09-30
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Description

本発明は、未知の被測定容量の静電容量の値もしくはその変化を検出する静電容量検出装置に関する。

上記静電容量検出装置は、例えば自動車等の車両用ドアの開閉を制御するシステムにおける開錠（アンロック）操作のトリガ検出用に用いられる。具体的には、ユーザが車両に近づき、車両側とユーザの携帯機との間でＩＤコード照合が行われて車両側がアンロック許可モードに遷移したとき、ユーザが車両用ドアのアウトサイドハンドル内に設置されたアンロックセンサ（電極）に触れると、車両側はアンロックセンサ電極の静電容量の変化を検出してアンロック動作を実行する。則ち、上記静電容量検出装置は、ユーザからのアンロックの意思をアンロックセンサの出力（静電容量の変化）として検出する。一方、ユーザが車両から離れる際に、アウトサイドハンドル内に設置されたロックスイッチに触れると、車両側はユーザ側の携帯機との間のＩＤコード照合によりロック動作を実行する。このロックスイッチを、アンロック同様に静電容量検出式のセンサに置き換えたいというニーズがある。

上記静電容量検出装置に関する一つの従来技術として、未知の被測定容量の両端を一対のスイッチによって、ＤＣ電圧源の出力端子とＧＮＤ端子に接続する状態と、既知の基準容量の両端に接続する状態とを切り替えて、ＤＣ電圧源接続時に被測定容量に充電された電荷を基準容量に移し、被測定容量と基準容量の静電容量比で定まる基準容量の電圧から被測定容量の静電容量の値を求める静電容量検出装置が提案されている（特許文献１参照）。

また、別の従来技術として、ＤＣ電圧源で未知の被測定容量を充電する操作とその被測定容量の充電電荷を基準容量に移す動作を繰り返し、また、ＤＣ電圧源で既知の参照容量を充電する操作とその参照容量の充電電荷を基準容量に移す動作を繰り返し、被測定容量及び参照容量の夫々について基準容量の電位が所定の電位に達するまでに繰り返した電荷移行回数の比によって、被測定容量の静電容量の値を求める静電容量検出装置が提案されている（特許文献２参照）。

また、別の従来技術として、基準容量の一端に開閉スイッチＳ１を介してＤＣ電圧源が接続され、基準容量の他端にセンサ電極を介して片側が接地側もしくは自由空間に接続された被測定容量が接続され、上記基準容量の他端と接地側との間に開閉スイッチＳ２を設け、また基準容量の両端間に開閉スイッチＳ３を設け、上記基準容量の一端の電位を測定する電位測定部を設けた検出回路において、先ずスイッチＳ２とスイッチＳ３の閉操作によって基準容量及び被測定容量の電荷を放電させる。次に、スイッチＳ１を閉操作してＤＣ電圧源によって基準容量と被測定容量を充電し、基準容量の電位を被測定容量と基準容量の容量比で定まる電圧に上昇させたのちスイッチＳ１を開操作し、さらにスイッチＳ２を閉じて、基準容量の他端を接地して被測定容量の電荷を放電させるとともに、電位測定部によって基準容量の電位を測定する操作を繰り返し、上記基準容量の電位が設定電位に上昇するまでの回数をカウントする。そして、この基準容量の電位が設定電位に上昇するまでの回数の増減により、被測定容量の容量値の変化の有無を検出する静電容量検出装置が提案されている（特許文献３参照）。

なお、上記特許文献３の静電容量検出装置には、基準容量の両端に夫々センサ電極を介して片側が接地側もしくは自由空間に接続された２つの被測定容量が接続され、上記開閉スイッチＳ１、開閉スイッチＳ２、及び、基準容量の両方の端子の電位を測定する電位測定部が基準容量を挟んで２個対称配置された検出回路により、２つの被測定容量の変化の有無を検出する構成が開示されている。

米国特許第３８８６４４７号明細書米国特許第４０３９９４０号明細書米国特許第６４６６０３６号明細書

上記特許文献１に記載の技術では、被測定容量の両端を一対のスイッチによって共に切り替える必要があるため、前述の車両用ドアのアウトサイドハンドル内に設置したアンロックセンサ等のように１枚のセンサ電極で構成されて、被測定容量の片側がグランド及び自由空間のようなグランドと等価な低インピーダンス部位に接続されているものには適用できない。また、被測定容量に対し並列にリーク抵抗が存在する場合（例えば、上記アンロックセンサ電極等が高湿度環境にあるときや水に濡れた状況のとき）、被測定容量の両端がＤＣ電圧源に接続されているとき以外は、被測定容量自身に充電された電荷を放電し、また、基準容量に接続されていれば基準容量に充電されている電荷も放電させるため、静電容量検出の検出感度が低下する不都合がある。

上記特許文献２に記載の技術では、被測定容量の非接地側の端子だけをスイッチによって切り替えているので、１つのセンサ電極を介して片側が接地された被測定容量の検出にも適用できるが、被測定容量に対し並列にリーク抵抗が存在する場合には、特許文献１に記載の技術と同様に、基準容量や被測定容量に充電された電荷が放電し、静電容量検出の検出感度が低下する不都合がある。

上記特許文献３に記載の技術では、基準容量の電位を測定するときに基準となる端子の電位が、センサ電極と接続されていて大きく変化するので、基準容量の電位測定時にセンサ電極側端子の電位をスイッチＳ２の閉操作によって接地電位に保持して安定させる必要があり、その結果、基準容量の電位測定が複雑な操作を要するとともに不安定になるおそれがあった。また、前記アウトサイドハンドルなどの狭い空間にロック及びアンロックトリガ用の２個のセンサ電極を設置した場合に、両電極間に静電結合による寄生容量が発生するが、特許文献３に開示されている構成では、一方のセンサ電極に人が触れたときの静電容量の変化を検出する場合に、寄生容量を通じて他方のセンサ電極の静電容量の変化が影響するので、上記ロック等のトリガの誤検出の原因となる不都合がある。

なお、上記特許文献１、２に記載の技術では、被測定容量にＤＣ電圧源を接続して被測定容量を充電したのち、ＤＣ電圧源との接続を切って被測定容量に基準容量を並列接続して被測定容量の充電電荷を基準容量に移して基準容量の電位を増加させる回路形式（並列回路形式と呼ぶ）を採用し、特許文献３に記載の技術では、直列に接続した基準容量と被測定容量にＤＣ電圧源から電圧を印加して、基準容量と被測定容量に同時に電荷を充電させて基準容量の電位を増加させる回路形式（直列回路形式と呼ぶ）を採用しているが、直列回路形式の検出回路は、並列回路形式に比べて、被測定容量の充電電荷による基準容量の電位上昇率（感度）が大きくなる点で有利である。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、その目的は、直列回路形式の検出回路を採用しながら、基準容量の電位測定を簡素な構成で安定に行うことが可能となる静電容量検出装置を提供することにある。
また、上記目的に加えて、被測定容量にリーク抵抗が存在する場合にもリーク抵抗による感度低下の影響を軽減することが可能となる静電容量検出装置を提供することにある。
さらに、上記目的に加えて、端子間が寄生容量で静電結合した２つの被測定容量の一方の静電容量を検出する場合に、寄生容量を通じた他方の静電容量の影響を排除して誤検出を防止することが可能となる静電容量検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る静電容量検出装置の特徴構成は、一方端が第１の電位源に接続された基準容量の両端間に配置した第１開閉スイッチ、一方端が第２の電位源もしくは自由空間に接続された被測定容量の他方端と前記基準容量の他方端の間に配置した第２開閉スイッチ、及び、前記被測定容量の両端間に配置した第３開閉スイッチを備え、前記基準容量の他方端の電位を測定する電位測定手段と、前記第１開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第１スイッチ操作を行った後、前記第２開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第２スイッチ操作と前記第３開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第３スイッチ操作を交互に繰り返すスイッチ制御を実行するスイッチ制御手段と、前記第２スイッチ操作の繰り返し回数をカウントするカウント手段と、前記電位測定手段によって測定される前記基準容量の他方端の電位が前記第１スイッチ操作後の初期電位から設定電位変化するまでに前記カウント手段によってカウントされた前記第２スイッチ操作の繰り返し回数に基づいて、前記被測定容量の静電容量値の変化を判定する判定手段とが設けられている点にある。

すなわち、第１スイッチ操作では、第１開閉スイッチを閉状態にすることで一方端が第１の電位源に接続された基準容量の電荷を放電させ、基準容量の他方端の電位を第１の電位源の電位に等しい初期電位にする。次に、第２スイッチ操作と第３スイッチ操作を交互に繰り返す（この操作は、どちらを先に行ってもよい）。第２スイッチ操作では、第２開閉スイッチを閉状態にすることで、基準容量と被測定容量を直列に接続して第１の電位源と第２の電位源もしくは自由空間の電位差を印加し、基準容量と被測定容量を同時に充電させる。この充電により基準容量の両端間の充電電位は、上記第１の電位源と第２の電位源もしくは自由空間の電位差に被測定容量と基準容量の静電容量比を掛けて得られる電圧分増加し、基準容量の他方端の電位は初期電位から変化する。第３スイッチ操作では、第３開閉スイッチを閉状態にすることで被測定容量の充電電荷を放電させる。以後、上記第２スイッチ操作と第３スイッチ操作の繰り返しにより、基準容量の両端間の充電電位は次第に増加し（尚、増加量は次第に小さくなる）、基準容量の他方端の電位は初期電位から次第に変化するので、その変化が設定電位に達したときの第２スイッチ操作の繰り返し回数を求める。

ここで、上記第１から第３の一連のスイッチ操作により、基準容量の他方端の電位が初期電位から設定電位変化するまでの繰り返し回数を求める処理を時間間隔をおいて実施すると、その時間間隔の前後で被測定容量の静電容量値が変化しないときは、上記繰り返し回数は変わらないはずであり、一方、被測定容量の静電容量値が変化したときは上記繰り返し回数は変わるので、上記繰り返し回数が変わらなければ被測定容量の静電容量値は変化せず、上記繰り返し回数が変われば被測定容量の静電容量値は変化したと判定する。

また、基準容量の他方端の電位測定の基準となる基準容量の一方端の電位は第１の電位源に接続されていて安定状態にあり、また、基準容量の他方端は第２スイッチ操作による充電時のみの被測定容量に接続され、電位測定時は被測定容量と接続されず高インピーダンス状態になるので、電位測定手段として例えばオペアンプやコンパレータ等の高インピーダンス入力の簡易な増幅器を使用して適切な電位測定が可能となる。

従って、直列回路形式の検出回路を採用しながら、基準容量の電位測定を簡素な構成で安定に行うことが可能となる静電容量検出装置が提供される。

また、他の特徴構成は、上記の特徴構成に加えて、一方端が第３の電位源もしくは自由空間に接続された第二被測定容量の他方端と前記基準容量の他方端の間に配置した第４開閉スイッチ、及び、前記第二被測定容量の両端間に配置した第５開閉スイッチを備え、前記スイッチ制御手段が、前記第１開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第１スイッチ操作を行った後、前記第４開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第４スイッチ操作と前記第５開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第５スイッチ操作を交互に繰り返す第二スイッチ制御を実行し、前記カウント手段が、前記第４スイッチ操作の繰り返し回数をカウントし、前記判定手段が、前記電位測定手段によって測定される前記基準容量の他方端の電位が前記第１スイッチ操作後の初期電位から設定電位変化するまでに前記カウント手段によってカウントされた前記第４スイッチ操作の繰り返し回数に基づいて、前記第二被測定容量の静電容量値の変化を判定する点にある。

すなわち、第１スイッチ操作によって、基準容量の電荷を放電させて基準容量の他方端の電位を第１の電位源の電位に等しい初期電位にする。次に、第４スイッチ操作と第５スイッチ操作を交互に繰り返す（この操作は、どちらを先に行ってもよい）。第４スイッチ操作では、第４開閉スイッチを閉状態にすることで、基準容量と第二被測定容量を直列に接続して第１の電位源と第３の電位源もしくは自由空間の電位差を印加し、基準容量と第二被測定容量を同時に充電させる。この充電により基準容量の両端間の充電電位は、上記第１の電位源と第３の電位源もしくは自由空間の電位差に第二被測定容量と基準容量の静電容量比を掛けて得られる電圧分増加し、基準容量の他方端の電位は初期電位から変化する。第５スイッチ操作では、第５開閉スイッチを閉状態にすることで第二被測定容量の充電電荷を放電させる。以後、上記第４スイッチ操作と第５スイッチ操作の繰り返しにより、基準容量の両端間の充電電位は次第に増加し（尚、増加量は次第に小さくなる）、基準容量の他方端の電位は初期電位から次第に変化するので、その変化が設定電位に達したときの第４スイッチ操作の繰り返し回数を求める。

ここで、上記第１、第４及び第５の一連のスイッチ操作により、基準容量の他方端の電位が初期電位から設定電位変化するまでの繰り返し回数を求める処理を時間間隔をおいて実施すると、その時間間隔の前後で第二被測定容量の静電容量値が変化しないときは、上記繰り返し回数は変わらないはずであり、一方、第二被測定容量の静電容量値が変化したときは上記繰り返し回数は変わるので、上記繰り返し回数が変わらなければ第二被測定容量の静電容量値は変化せず、上記繰り返し回数が変われば第二被測定容量の静電容量値は変化したと判定する。

また、基準容量の他方端の電位測定の基準となる基準容量の一方端の電位は第１の電位源に接続されていて安定状態にあり、また、基準容量の他方端は第４スイッチ操作による充電時のみの第二被測定容量に接続され、電位測定時は第二被測定容量と接続されず高インピーダンス状態になるので、電位測定手段として例えばオペアンプやコンパレータ等の高インピーダンス入力の簡易な増幅器を使用して適切な電位測定が可能となる。

従って、共通の静電容量検出用の制御構成を用いて、２個の被測定容量の静電容量を簡便に検出することができるので、装置構成の複雑化を回避させた静電容量検出装置の好適な実施形態が提供される。

また、他の特徴構成は、上記の特徴構成に加えて、前記スイッチ制御手段が、前記第２スイッチ操作において前記第２開閉スイッチを閉状態にする時間を、第２開閉スイッチの閉状態でのオン抵抗と前記被測定容量の静電容量の最大値との積で表わされる時定数の５倍の時間以下に制限する点にある。

すなわち、第２スイッチ操作では、第２開閉スイッチの閉状態でのオン抵抗を通して基準容量と被測定容量を充電するが、一方、被測定容量にリーク抵抗が存在する場合は、基準容量に貯まっている電荷が被測定容量のリーク抵抗を通して放電する。そこで、第２スイッチ操作において第２開閉スイッチを閉状態にする時間を、被測定容量を充電するのに必要な時間以下に制限する。この充電に必要な時間は、被測定容量の静電容量値が最大のときに最も長くなり、通常は上記第２開閉スイッチの閉状態でのオン抵抗と被測定容量の静電容量の最大値との積で表わされる時定数の数倍（３〜５倍）程度で十分である。

従って、被測定容量にリーク抵抗が存在する場合にもリーク抵抗による感度低下の影響を軽減することが可能となる静電容量検出装置の好適な実施形態が提供される。

また、他の特徴構成は、上記の特徴構成に加えて、前記スイッチ制御手段が、前記第４スイッチ操作において前記第４開閉スイッチを閉状態にする時間を、第４開閉スイッチの閉状態でのオン抵抗と前記第二被測定容量の静電容量の最大値との積で表わされる時定数の５倍の時間以下に制限する点にある。

すなわち、上記の特徴構成の場合と同様に、第４スイッチ操作では、第４開閉スイッチの閉状態でのオン抵抗を通して基準容量と第二被測定容量を充電するが、一方、第二被測定容量にリーク抵抗が存在する場合は、基準容量に貯まっている電荷が第二被測定容量のリーク抵抗を通して放電するので、第４スイッチ操作において第４開閉スイッチを閉状態にする時間を、第二被測定容量を充電するのに必要な時間以下に制限する。そして、この充電に必要な時間は、通常は上記第４開閉スイッチの閉状態でのオン抵抗と第二被測定容量の静電容量の最大値との積で表わされる時定数の数倍（３〜５倍）程度で十分である。

従って、第二被測定容量にリーク抵抗が存在する場合にもリーク抵抗による感度低下の影響を軽減することが可能となる静電容量検出装置の好適な実施形態が提供される。

また、他の特徴構成は、上記の特徴構成に加えて、前記スイッチ制御手段が、前記スイッチ制御の実行中は前記第５開閉スイッチを閉状態に維持し、前記第二スイッチ制御の実行中は前記第３開閉スイッチを閉状態に維持する点にある。

すなわち、前記被測定容量と第二被測定容量の端子間が寄生容量を介して静電結合している場合に、前記スイッチ制御の第２スイッチ操作において第５開閉スイッチが閉状態に維持されるので第二被測定容量は放電状態になり、被測定容量に寄生容量が加算されるだけで、第二被測定容量の静電容量は影響しない。一方、前記第二スイッチ制御の第４スイッチ操作において第３開閉スイッチが閉状態に維持されるので被測定容量は放電状態になり、第二被測定容量に寄生容量が加算されるだけで、被測定容量の静電容量は影響しない。

従って、端子間が寄生容量で静電結合した２つの被測定容量の一方の静電容量を検出する場合に、寄生容量を通じた他方の静電容量の影響を排除して誤検出を防止することが可能となる静電容量検出装置の好適な実施形態が提供される。

本発明に係る静電容量検出装置の第１及び第２実施形態について図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１に示すように、一方端が第１の電位源Ｖ１に接続された基準容量Ｃｓの両端Ｔ１，Ｔ２間に配置した第１開閉スイッチＳ１、一方端が第２の電位源Ｖ２もしくは自由空間に接続された被測定容量Ｃｘ１の他方端Ｔ３と前記基準容量Ｃｓの他方端Ｔ２の間に配置した第２開閉スイッチＳ２、及び、被測定容量Ｃｘ１の両端Ｔ３，Ｖ２間に配置した第３開閉スイッチＳ３を備え、基準容量Ｃｓの他方端Ｔ２の電位を測定する電位測定手段としてのコンパレータＣＯＭＰが設けられている。ここで、第１の電位源Ｖ１は定電圧回路の出力であり、第２の電位源Ｖ２は、接地部位（グランド）であり、自由空間はグランドと等価な低インピーダンスの電位である。また、コンパレータＣＯＭＰの＋端子に参照電圧Ｖｒｅｆが接続され、コンパレータＣＯＭＰの−端子に基準容量Ｃｓの他方端Ｔ２が接続されている。

さらに、ハードロジック回路又はマイコン等を利用して構成される制御回路１０が設けられ、この制御回路１０から前記各開閉スイッチＳ１，Ｓ２，Ｓ３に対する駆動信号が出力され、コンパレータＣＯＭＰの出力信号Ｖｏｕｔが入力されている。

そして、上記制御回路１０内に、図２に示す波形のように、前記第１開閉スイッチＳ１を閉状態（図ではハイレベルで表わす）にしてから開状態（図ではローレベルで表わす）に戻す第１スイッチ操作を行った後、前記第２開閉スイッチＳ２を閉状態にしてから開状態に戻す第２スイッチ操作と前記第３開閉スイッチＳ３を閉状態にしてから開状態に戻す第３スイッチ操作を交互に繰り返すスイッチ制御を実行するスイッチ制御手段１００と、前記第２スイッチ操作の繰り返し回数をカウントするカウント手段２００と、前記コンパレータＣＯＭＰによって測定される前記基準容量Ｃｓの他方端Ｔ２の電位が前記第１スイッチ操作後の初期電位Ｖ１から設定電位変化するまでに前記カウント手段２００によってカウントされた前記第２スイッチ操作の繰り返し回数に基づいて、前記被測定容量Ｃｘ１の静電容量の変化を判定する判定手段３００とが設けられている。

ここで、基準容量Ｃｓの他方端Ｔ２の初期電位は第１の電位源Ｖ１の電位であり、前記参照電圧Ｖｒｅｆはこの初期電位Ｖ１はよりも設定電位小さい値に設定されている（設定電位＝Ｖ１−Ｖｒｅｆ）ので、コンパレータＣＯＭＰの出力信号Ｖｏｕｔは、第１スイッチ操作後、ローレベルとなる。そして、第２スイッチ操作と第３スイッチ操作の繰り返しによって、基準容量Ｃｓの他方端Ｔ２の電位が初期電位Ｖ１から設定電位（Ｖ１−Ｖｒｅｆ）低下し、参照電圧Ｖｒｅｆを下回った時点でコンパレータＣＯＭＰの出力信号Ｖｏｕｔはローレベルからハイレベルに変化するので、このコンパレータＣＯＭＰの出力信号Ｖｏｕｔの変化時点でのカウント手段２００のカウント値を保持する。以下、時間間隔（例えば、数１００ｍｓ）をおいて上記図２に示す処理を実施し、各処理でコンパレータＣＯＭＰの出力信号Ｖｏｕｔがローレベルからハイレベルに変化した時点でのカウント手段２００のカウント値を保持して、そのカウント値の変動が検出誤差を考慮した許容幅内であれば被測定容量Ｃｘ１の静電容量は変化していないと判定し、カウント値の変動が許容幅よりも大きければ被測定容量Ｃｘ１の静電容量は変化したと判定する。

次に、被測定容量Ｃｘ１に並列にリーク抵抗Ｒ１が存在する場合に、そのリーク抵抗Ｒ１の影響を軽減するための好適な制御構成について説明する。
すなわち、図３に示すように、第２開閉スイッチＳ２が閉じると、第２開閉スイッチＳ２のオン抵抗を通して基準容量Ｃｓ及び被測定容量Ｃｘ１を充電する微分波形の充電電流Ｉｘが流れるが、同時に、リーク抵抗Ｒ１を通して基準容量Ｃｓに充電された電荷を放電させる定常電流Ｉ１が流れる（合計の電流Ｉｓ＝Ｉｘ＋Ｉ１）。したがって、第２開閉スイッチＳ２の閉時間が長くなると、定常電流Ｉ１による基準容量Ｃｓの充電電荷の減少量が多くなり検出感度が低下する。

そこで、検出感度の低下を極力抑制するために、図４に示すように、前記スイッチ制御手段２００が、前記第２スイッチ操作において前記第２開閉スイッチＳ２を閉状態にする時間ｔ２を、第２開閉スイッチＳ２の閉状態でのオン抵抗と前記被測定容量Ｃｘ１の静電容量値との積で表わされる時定数ｔｘに基づいて、前記第２スイッチ操作によって前記被測定容量Ｃｘ１を充電するのに必要な時間以下に制限する。具体的には、第２開閉スイッチＳ２を閉状態にする時間ｔ２を上記時定数ｔｘの３〜５倍程度以下に制限する。

〔第２実施形態〕
次に検出対象として、２つの被測定容量（前記被測定容量Ｃｘ１と第二被測定容量Ｃｘ２）がある場合の静電容量検出装置について説明する。
第２実施形態では、図５に示すように、一方端が第２の電位源Ｖ２もしくは自由空間に接続された第二被測定容量Ｃｘ２の他方端Ｔ４と前記基準容量Ｃｓの他方端Ｔ２の間に配置した第４開閉スイッチＳ４、及び、前記第二被測定容量Ｃｘ２の両端Ｔ３，Ｖ２間に配置した第５開閉スイッチＳ５を備えている。

そして、図６に示すように、前記スイッチ制御手段１００が、第１開閉スイッチＳ１を閉状態にしてから開状態に戻す第１スイッチ操作を行った後、前記第４開閉スイッチＳ４を閉状態にしてから開状態に戻す第４スイッチ操作と前記第５開閉スイッチＳ５を閉状態にしてから開状態に戻す第５スイッチ操作を交互に繰り返す第二スイッチ制御を実行し、前記カウント手段２００が、前記第４スイッチ操作の繰り返し回数をカウントし、前記判定手段３００が、前記コンパレータＣＯＭＰによって測定される前記基準容量Ｃｓの他方端Ｔ２の電位が前記第１スイッチ操作後の初期電位Ｖ１から設定電位（Ｖ１−Ｖｒｅｆ）変化するまでに前記カウント手段２００によってカウントされた前記第４スイッチ操作の繰り返し回数に基づいて、前記第二被測定容量Ｃｘ２の静電容量の変化を判定する。

ここで、図示しないが、第二被測定容量Ｃｘ２に並列にリーク抵抗が存在する場合には、そのリーク抵抗の影響を軽減するために、被測定容量Ｃｘ１の場合と同様に、前記スイッチ制御手段１００が、前記第４スイッチ操作において前記第４開閉スイッチＳ４を閉状態にする時間を、第４開閉スイッチＳ４の閉状態でのオン抵抗と前記第二被測定容量Ｃｘ２の静電容量の最大値との積で表わされる時定数に基づいて、前記第４スイッチ操作によって前記第二被測定容量Ｃｘ２を充電するのに必要な時間（上記時定数ｔｘの３〜５倍程度）以下に制限する。

さらに、図７に示すように、被測定容量Ｃｘ１の検出端子である他方端Ｔ３（具体的にはセンサ電極１）と第二被測定容量Ｃｘ２の検出端子である他方端Ｔ４（具体的にはセンサ電極２）が寄生容量Ｃｐによって静電結合している場合がある。この場合、検出端子Ｔ３から見た静電容量Ｃ３は、下式〔数１〕のように、被測定容量Ｃｘ１の容量値に、寄生容量Ｃｐと第二被測定容量Ｃｘ２の直列接続の容量値を加算したものになる。
〔数１〕Ｃ３＝Ｃｘ１＋ＣｐＣｘ２／（Ｃｐ＋Ｃｘ２）
ここで、第二被測定容量Ｃｘ２が変化すると、検出端子Ｔ３から見た静電容量Ｃ３は、下式〔数２〕のように、さらにその第二被測定容量Ｃｘ２に変化分Ｃｔが加算されて変動する。
〔数２〕Ｃ３＝Ｃｘ１＋Ｃｐ（Ｃｘ２＋Ｃｔ）／（Ｃｐ＋Ｃｘ２＋Ｃｔ）

そこで、被測定容量Ｃｘ１と第二被測定容量Ｃｘ２の各静電容量の検出時に相互に影響し合うのを避けるために、前記スイッチ制御手段１００が、前記スイッチ制御の実行中は前記第５開閉スイッチＳ５を閉状態に維持し、前記第二スイッチ制御の実行中は前記第３開閉スイッチＳ３を閉状態に維持する（図６参照）。
この結果、例えば、被測定容量Ｃｘ１の検出端子Ｔ３から見た静電容量Ｃ３は、下式〔数３〕のように、被測定容量Ｃｘ１の容量値に寄生容量Ｃｐを加算したものになり、第二被測定容量Ｃｘ２によって影響されない。同様に、第二被測定容量Ｃｘ２の検出端子Ｔ４から見た静電容量Ｃ４は、下式〔数４〕のように、第二被測定容量Ｃｘ２の容量値に寄生容量Ｃｐを加算したものになり、被測定容量Ｃｘ１によって影響されない。
〔数３〕Ｃ３＝Ｃｘ１＋Ｃｐ
〔数４〕Ｃ４＝Ｃｘ２＋Ｃｐ

次に、図７の具体例として、車両用ドアの開錠（アンロック）及び施錠（ロック）操作のトリガ検出のために、上記センサ電極１に対応してドアハンドル１の裏面側に配置されたアンロック用の裏センサと、センサ電極２に対応してドアハンドル１の表面側に配置されたロック用の表センサの２つのセンサ電極を搭載した具体構造、及び電極の結合関係の模式図を図８に示す。

さらに、図９に、上記センサ電極１とセンサ電極２の２つのセンサ電極をドアハンドル等に近接配置させて、検出すべき対象（人体など）の接近を雨滴等による誤動作を回避しながら検出するような構成が可能である。すなわち、人体は２つのセンサ電極を覆う程度の面積を有するので、２つのセンサ電極が共に容量変化を検出した場合は、検出対象（人体）が接近したと判断し、一方、検出対象でない雨滴等の物体が片方のセンサ電極に接近して容量変化を検出しても、他方のセンサ電極では容量変化が微少であるので、検出対象（人体）ではないと判断することができる。

〔別実施形態〕
上記第２実施形態では、第二被測定容量Ｃｘ２の一方端が被測定容量Ｃｘ１と同じ電位源Ｖ２もしくは自由空間に接続するように構成したが、第二被測定容量Ｃｘ２の一方端が電位源Ｖ２とは異なる第３の電位源もしくは自由空間に接続して、被測定容量Ｃｘ１及び第二被測定容量Ｃｘ２の静電容量値の変化を判定することもできる。

上記実施形態では、本発明に係る静電容量検出装置を車両用ドアの開閉制御システムにおける施錠及び解除用のトリガ検出に適用したが、他の用途に適用してもよい。

本発明に係る静電容量検出装置の第１実施形態の回路構成図図１の回路の動作波形図同作用を説明するための回路構成図図３の回路の動作波形図本発明に係る静電容量検出装置の第２実施形態の回路構成図図５の回路の動作波形図同作用を説明するための回路図本発明の静電容量検出装置を搭載した車両用ドアハンドルの断面図とセンサ電極配置の模式図本発明の静電容量検出装置を搭載した人体検出装置の作用を示す断面図

符号の説明

１００スイッチ制御手段
２００カウント手段
３００判定手段
Ｓ１第１開閉スイッチ
Ｓ２第２開閉スイッチ
Ｓ３第３開閉スイッチ
Ｓ４第４開閉スイッチ
Ｓ５第５開閉スイッチ

Claims

一方端が第１の電位源に接続された基準容量の両端間に配置した第１開閉スイッチ、一方端が第２の電位源もしくは自由空間に接続された被測定容量の他方端と前記基準容量の他方端の間に配置した第２開閉スイッチ、及び、前記被測定容量の両端間に配置した第３開閉スイッチを備え、
前記基準容量の他方端の電位を測定する電位測定手段と、
前記第１開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第１スイッチ操作を行った後、前記第２開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第２スイッチ操作と前記第３開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第３スイッチ操作を交互に繰り返すスイッチ制御を実行するスイッチ制御手段と、
前記第２スイッチ操作の繰り返し回数をカウントするカウント手段と、
前記電位測定手段によって測定される前記基準容量の他方端の電位が前記第１スイッチ操作後の初期電位から設定電位変化するまでに前記カウント手段によってカウントされた前記第２スイッチ操作の繰り返し回数に基づいて、前記被測定容量の静電容量値の変化を判定する判定手段とが設けられている静電容量検出装置。
一方端が第３の電位源もしくは自由空間に接続された第二被測定容量の他方端と前記基準容量の他方端の間に配置した第４開閉スイッチ、及び、前記第二被測定容量の両端間に配置した第５開閉スイッチを備え、
前記スイッチ制御手段が、前記第１開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第１スイッチ操作を行った後、前記第４開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第４スイッチ操作と前記第５開閉スイッチを閉状態にしてから開状態に戻す第５スイッチ操作を交互に繰り返す第二スイッチ制御を実行し、
前記カウント手段が、前記第４スイッチ操作の繰り返し回数をカウントし、
前記判定手段が、前記電位測定手段によって測定される前記基準容量の他方端の電位が前記第１スイッチ操作後の初期電位から設定電位変化するまでに前記カウント手段によってカウントされた前記第４スイッチ操作の繰り返し回数に基づいて、前記第二被測定容量の静電容量値の変化を判定する請求項１記載の静電容量検出装置。
前記スイッチ制御手段が、前記第２スイッチ操作において前記第２開閉スイッチを閉状態にする時間を、第２開閉スイッチの閉状態でのオン抵抗と前記被測定容量の静電容量の最大値との積で表わされる時定数の５倍の時間以下に制限する請求項１に記載の静電容量検出装置。
前記スイッチ制御手段が、前記第２スイッチ操作において前記第２開閉スイッチを閉状態にする時間を、第２開閉スイッチの閉状態でのオン抵抗と前記被測定容量の静電容量の最大値との積で表わされる時定数の５倍の時間以下に制限する請求項２に記載の静電容量検出装置。
前記スイッチ制御手段が、前記第４スイッチ操作において前記第４開閉スイッチを閉状態にする時間を、第４開閉スイッチの閉状態でのオン抵抗と前記第二被測定容量の静電容量の最大値との積で表わされる時定数の５倍の時間以下に制限する請求項２又は４に記載の静電容量検出装置。
前記スイッチ制御手段が、前記スイッチ制御の実行中は前記第５開閉スイッチを閉状態に維持し、前記第二スイッチ制御の実行中は前記第３開閉スイッチを閉状態に維持する請求項２、４又は５のいずれか１項に記載の静電容量検出装置。