JP5106925B2

JP5106925B2 - 人体検出装置及び人体検出方法

Info

Publication number: JP5106925B2
Application number: JP2007154809A
Authority: JP
Inventors: 哲夫徳留
Original assignee: U-SHINLTD.
Current assignee: U-SHINLTD.
Priority date: 2007-06-12
Filing date: 2007-06-12
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2027-06-12
Also published as: JP2008309502A

Description

本発明は、人体検出装置及び人体検出方法に関するものである。

従来、人体検出装置として、アンテナ電極に人体が接近することによりアンテナ回路の静電容量が変化することを利用するようにしたものがある。この人体検出装置では、アンテナ回路の静電容量の変化に基づく回路電流の変化を電圧値として検出し、この電圧値を予め設定した基準電圧と比較することにより人体が接近したか否かを判定するようにしている。

ところが、前記人体検出装置では、周囲の環境（温度、雨等）の変化によってアンテナ回路の静電容量が変化するため、検出精度が安定せず、誤動作を起こす恐れがある。

このため、外気温度の変化に応じて基準電圧を変化させることにより検出精度を高めるようにしたものが公知である（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−１８９５３８号公報

しかしながら、前記従来の人体検出装置であっても、外気温度以外の環境条件の変化には対応することができず、依然として検出精度が安定しないという問題は解決できていない。

そこで、本発明は、種々の環境条件の変化にも十分に対応して所望の検出精度を得ることのできる人体検出装置及び人体検出方法を提供することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、
人体検出装置を、
アンテナ電極に電気的に接続され、前記アンテナ電極の静電容量を電圧に変換して測定電圧として出力するアンテナ手段と、
前記アンテナ手段から出力される測定電圧を記憶する測定電圧記憶手段と、
前記測定電圧記憶手段に記憶した過去の測定電圧のうち、最新のものから第１設定回数分の平均値である感知電圧と、該感知電圧算出時に使用した最新のものから第１設定回数分の測定値の最古の測定電圧よりもさらに過去の測定電圧から第２設定回数分の平均値である基準電圧とを比較することにより、人体がアンテナ電極に接近したか否かを判定する人体接近判定手段と、
を備え、
前記第１設定回数を、前記第２設定回数よりも少なくしたものである。

この構成により、測定電圧が一時的に変化するだけでは人体が接近したとは判定しないようにすることができ、検出精度を高めることが可能となる。

前記測定電圧を抽出する周期を調整する抽出時期調整手段を、さらに備えるのが好ましい。

この構成により、人体が接近したか否かを判定する際の感度を調整することが可能となる。測定電圧の抽出周期を短くすれば、それだけ感度が高くなり、逆に長くすれば、高感度になり過ぎることを防止することができる。

前記人体接近判定手段は、一定時間周期で、人体がアンテナ電極に接近したか否かを判定し、それ以外ではスリープモードとすると、消費電力を低減可能となる点で好ましい。

前記人体接近判定手段での判定が行われてからの経過時間を計時するタイマー手段と、
前記人体接近判定手段での判定結果を、前記タイマー手段により計時される経過時間が設定時間を経過するまで記憶する判定結果記憶手段と、
をさらに備えるのが好ましい。

この構成により、設定時間が経過するまでは判定結果を保持することができ、判定結果が瞬時に切り替わること（チャタリング）を防止し、安定した判定結果を得ることが可能となる。

また、本発明は、前記課題を解決するための手段として、
人体の接近により変化するアンテナ電極の静電容量に基づいて測定電圧を出力する電圧出力ステップと、
前記電圧出力ステップで出力された測定電圧と、人体の接近を判断するための基準電圧とを比較し、設定条件を満足することにより、人体がアンテナ電極に接近したと判定する人体接近判定ステップと、
を含む人体検出方法であって、
前記電圧出力ステップで出力された測定電圧を記憶する測定電圧記憶ステップをさらに含み、
前記人体接近判定ステップは、前記測定電圧記憶ステップで記憶した過去の測定電圧のうち、最新のものから第１設定回数分の平均値である感知電圧と、該感知電圧算出時に使用した最新のものから第１設定回数分の測定値の最古の測定電圧よりもさらに過去の測定電圧から第２設定回数分の平均値である基準電圧とを比較することにより、人体がアンテナ電極に接近したか否かを判定するものである。

本発明によれば、基準電圧を、過去の測定電圧の設定回数分の平均値としたので、重畳されるノイズの影響を排除しつつ、環境変化に応じた適切な値となるように自動的に変化させることができる。したがって、人体の検出を的確に行うことが可能である。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。

図１（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る人体検出装置２を車両のドアノブ１に採用した例を示す。この人体検出装置２は、図２に示すように、ケーシング３の第１収容凹部４に、フェライトアンテナ５及びアンテナ電極６を収容し、第２収容凹部７に、プリント基板８を収容したものである。

フェライトアンテナ５は、矩形板状のフェライトコア９の中央部に電線１０を巻回したものであり、図示しない電子キーの接近により信号を出力する。

アンテナ電極６は、導電性板状体（１ｃｍ×４ｃｍ）からなり、例えば、人体（ここでは、手）が接近（ドアノブ１を把持）することにより静電容量が増加する。アンテナ電極６で静電容量が変化すれば、電圧値に変換されてプリント基板８に実装した電子部品によって構成されるＥＸＯＲ回路１１の一方の入力端子に入力される。

プリント基板８には、種々の電子部品が実装され、図３に示すように、アンテナ電極６からの出力信号が入力されるＥＸＯＲ回路１１（exclusive-OR circuit）、ＥＸＯＲ回路１１の出力端子が接続される積分回路１２、積分回路１２からの出力信号が入力されるマイコン１３（マイクロコンピュータ。ここではＩＣ（Integrated Circuit）が使用されている。）、マイコン１３に電力を供給するための電源回路１４などを備えている。ここでは、ＥＸＯＲ回路１１と積分回路１２とで本発明に係るアンテナ手段が構成されている。

ＥＸＯＲ回路１１の第１入力端子１１ａ及び第２入力端子１１ｂには、マイコン１３の波形発生部１５から出力された電圧がそれぞれ入力されている。第１入力端子１１ａには、アンテナ電極６からの出力信号、すなわち、静電容量の変化に基づく影響を受けた信号波形が入力される。第２入力端子１１ｂには、波形調整用のコンデンサＣ６を介して基準信号（方形波）が入力される。そして、これら両信号に基づいて出力端子から後述するように所定の信号が出力される。

図６に、各入力端子１１ａ、１１ｂにそれぞれ入力される信号（電圧）波形の例と、これらの信号が入力された場合の出力端子からの出力波形の例とを示す。アンテナ電極６によって人体等が検出されていない状態では、いずれの入力端子にも同一の方形波が入力される。したがって、両入力端子１１ａ、１１ｂでの入力が合致し（オン・オン又はオフ・オフ）、出力はオフ信号（０Ｖ）となる。但し、両入力端子への入力電圧が一致しない場合、第１入力端子１１ａへの入力ラインに波形調整用のコンデンサを接続するようにしてもよい。一方、アンテナ電極６によって人体等が検出された場合、その静電容量が増加したような状態となり、第１入力端子１１ａへの入力波形が山型となる。この結果、出力波形は、第２入力端子１１ｂよりも周期の短い方形波となる。

積分回路１２は、ダイオードＤ２と、２つのコンデンサＣ８、Ｃ９とで構成され、ＥＸＯＲ回路１１から出力される方形波を積分してアナログ電圧（一定電圧）に変換する。アンテナ電極６により人体を検出していない場合、ここでの出力も当然０Ｖとなる。

マイコン１３は、波形発生部１５、発振部１６、リセット部１７、記憶部１８、制御部１９などを内蔵し、入力ポートＡＮ０（Ａ／Ｄ（Analog/Digital）入力）には、アンテナ電極６からの出力信号が、ＥＸＯＲ回路１１から積分回路１２を介して入力されるようになっている。マイコン１３は、入力ポートＡＮ０に入力される信号に基づいて、ドアノブ１が人の手で捕まれたか否か等を判定する。詳細については後述するが、入力された測定電圧と、基準電圧とを比較し、その差が設定値を超えれば、出力端子ＧＰ２（出力部）よりオン信号を出力し、そうでなければオフ信号を出力する。出力端子ＧＰ２の出力は、トランジスタＴ１のベースに入力されている。トランジスタＴ１は、ベースにオン信号が入力されることによりオン状態となってアース接続され、出力端子２での出力状態がオフとなり、逆にベースにオフ信号が入力されることによりオフ状態となり、出力端子２での出力状態がオンとなる。出力端子２は、図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）の所定の入力ポートに接続されている。ＥＣＵは、トランジスタＴ１がオン状態となることにより、ドアノブ１に人体が接近したことを検出してフェライトアンテナ５から図示しない電子キーに向け、電子キーを起動させるＬＦ（Low Frequency）発振波を出力する。

電源回路１４は、電源ＩＣ２１、コンデンサＣ１、Ｃ２等を備え、マイコン１３での使用に適した所定電圧（ここでは、３Ｖ）をリセット部１７ＭＣＬＲへと出力する。

次に、前記構成の人体検出装置２の動作、すなわち、マイコン１３でドアノブ１が人の手で捕まれたか否かの判定処理（人体接近判定処理）について、図４及び図５のフローチャートに従って説明する。

まず、記憶部１８に記憶した各データを初期化する。ここでは、４０秒タイマー、０．６秒タイマー、回数、基準電圧、感知電圧、測定電圧、判定出力を全てリセットして０とする（ステップＳ１）。なお、詳しくは後述するが、４０秒タイマーはマイコン１３の出力端子ＧＰ２から出力されるオン出力を最大４０秒までとするためのタイマー、０．６秒タイマーは、マイコン１３の出力端子ＧＰ２から出力されるオン出力を少なくとも０．６秒間維持するためのタイマーである。

そして、判定出力がオン（＝１）であるか否かを判断する（ステップＳ２）。初期化された状態では、判定出力はオフ（＝０）であるので（ステップＳ２：ＮＯ）、マイコン１３はスリープモード（＝低消費電力モード：マイコン１３内の一部分のみ起動している状態を意味し、電源回路１４から必要最小限の電圧が入力され、アンテナ電極６からの判定出力を受付可能となっている。）となり（ステップＳ３）、所定時間（例えば、10msec）経過するまで待機する（ステップＳ４）。一方、後述するようにして判定出力がオン（＝１）となっている場合には（ステップＳ２：ＹＥＳ）、所定時間（例えば、10msec）経過するまで待機する（ステップＳ５）。このように、抽出時期調整手段であるステップＳ４及びＳ５により、所定時間時間単位でマイコン１３を間欠的に動作させて無駄な消費電力を抑えることができると共に、測定電圧Ｖｎを抽出する周期を調整することが可能である。

所定時間待機すれば、測定回数ｎをカウントし（ステップＳ６）、アンテナ電極６からの入力信号に基づいて、ＥＸＯＲ回路１１から判定出力され、積分回路１２でデジタル信号から変換されたアナログ信号（電圧）を測定電圧Ｖｎとして読み込み、測定電圧記憶手段である記憶部１８に記憶する（ステップＳ７）。

続いて、過去に読み込まれた測定電圧Ｖｎの測定回数ｎが４以下であるか否かを判断する（ステップＳ８）。すなわち、記憶部１８に記憶されている測定電圧Ｖｎの数が４以下では（ステップＳ８：ＹＥＳ）、記憶されている測定電圧Ｖｎの平均値を感知電圧Ｖｋとする（ステップＳ９）。初期状態から測定回数が４回目までであれば、この処理が行われる。また、記憶部１８に記憶された測定電圧Ｖｎの数が４を超えれば（ステップＳ８：ＮＯ）、記憶された測定電圧Ｖｎのうち、最新のものから４つのみの平均値を感知電圧Ｖｋとする（ステップＳ１０）。このように、測定電圧Ｖｎの平均値を感知電圧とすることにより、サージ電圧等のノイズによる影響を阻止することが可能となる。なお、測定回数ｎが４を超える場合、最新の４回の測定結果のみを利用するようにしたのは、ノイズによる誤判定の防止と、入力が変化した場合の応答性とのバランスを考慮したものである。

次いで、判定出力がオフ（＝０）であるか否かを判断する（ステップＳ１１）。初期状態では、ステップＳ１でリセットされているので、判定出力は０となる。また、後述するように、ステップＳ１７で、測定電圧Ｖｎと基準電圧Ｖｔの差が設定値を超えない限り、判定出力は０に維持される。判定出力が０であれば（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、測定回数が２０回以上であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。測定回数が２０回以上であれば（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、記憶された測定電圧Ｖｎのうち、最新のものから２０回の平均値を算出して基準電圧Ｖｔとする（ステップＳ１３）。測定回数が２０回未満であれば（ステップＳ１２：ＮＯ）、測定電圧Ｖｎの合計値を測定回数に１を加算した値で除算したものを感知電圧Ｖｔとする（ステップＳ１４）。この場合、基準電圧Ｖｔは感知電圧Ｖｋよりも必ず小さい値となる。

このように、過去の測定電圧Ｖｎのうち、最新のもの２０回の平均値（２０回を超えるまでは、それまでの測定電圧Ｖｎの合計値をｎ＋１で除算したもの）を基準電圧Ｖｔとしているので、測定電圧Ｖｎが変化すれば、測定電圧Ｖｎや、最新のもの４回（４回を超えるまではそれまで）の平均値である感知電圧Ｖｋに比べて基準電圧Ｖｔが遅れて変化する。例えば、図７のグラフに示すように、感知電圧Ｖｋが変化する場合、基準電圧Ｖｔはその変化に遅れて変化する。これにより、感知電圧Ｖｋが急激に変化しても、基準電圧Ｖｔは追随することがなく、安定した検出状態を得ることができる。そして、感知電圧Ｖｋが急激に変化すれば、基準電圧Ｖｔとの電圧差が大きくなる。一方、感知電圧Ｖｋがゆっくりと変化するのであれば、基準電圧Ｖｔとの電圧差はそれほど大きくなることがなく、一定範囲内に留まる。また、測定電圧Ｖｎが変化し、基準電圧Ｖｔとの電圧差が生じたとても、その後同じ状態が維持されれば（例えば、約200msec以上）、両電圧値はほぼ同じ値となる。

そこで、０．６秒タイマーにより０．６秒がカウントされたか否かを判断する（ステップＳ１５）。０．６秒タイマーが作動していない（０．６Ｔ＝０、つまり判定出力＝０）、または、０．６秒がカウントされていれば（ステップＳ１５：ＮＯ）、感知電圧Ｖｋと基準電圧Ｖｔの差が設定値（０．０９Ｖ＝９０ｍＶ）以上であるか否かを判断する（ステップＳ１７）。電圧差が設定値以下であれば（ステップＳ１７：ＮＯ）、判定出力をオフ（＝０）に維持し、ステップＳ２に戻ってスリープモードが維持される。したがって、判定出力がオン（＝１）となっていない限り、スリープモードを維持することができ、消費電力を抑制することが可能である。一方、電圧差が設定値以上であれば（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、ドアノブ１が握られたものと判断し、出力信号をオン（＝１）とし、０．６秒タイマー及び４０秒タイマーをインクリメント（加算、カウント）する（ステップＳ１８）。カウント周期（ステップＳ４、Ｓ５による作動周期）が１０msecであることから、０．６秒タイマーでは、カウント数が６０回になれば０．６秒となり、４０秒タイマーでは４０００回になれば４０秒となる。

０．６秒経過していなければ（ステップＳ１５：ＹＥＳ）、所定時間（10msec）だけインクリメントし（ステップＳ１６）、ステップＳ２に戻って前記処理を続行する。すなわち、０．６秒タイマーが作動中である場合には、感知電圧Ｖｋと基準電圧Ｖｔとの比較判定（ステップＳ１７）を行うことなく、ステップＳ２に戻る構成としているため、判定出力がオン（＝１）の状態を０．６秒間維持することができる。以上のように、感知電圧Ｖｋは、測定電圧Ｖｎの入力が４回を超えることにより、最新の４回の平均値としているので、ノイズによる影響を排除することができる。さらに、基準電圧Ｖｔは、測定電圧Ｖｎの入力が２０回を超えることにより、最新の２０回の平均値としているので、周囲の環境条件の変化に追随して変化させることができる。

なお、感知電圧Ｖｋ、基準電圧Ｖｔを得るための測定電圧Ｖｎの回数、及び、設定値は、例えば、測定電圧の変化速度がどの程度であれば、判定出力をオン又はオフのいずれにするのかで決定することができる。ここでは、測定電圧Ｖｎが1.5mV/msec以上の速度で変化した場合、判定出力が100msec以内にオンし（図７中、MAX100で示す。）、1mV/msec以下でオフし、1〜1.5mV/msecでは100msec以上経過した後、オンするように設定している。また、一旦、判定出力がオンすれば、ステップS15の処理により所定時間（ここでは、600msec。図７中、MIN600で示す。）オン状態を維持させる。

判定出力をオン状態とするのは、前記ステップＳ１８でカウントされた４０秒タイマーが４０秒経過するまでである（ステップＳ１９：ＮＯ）。その後、４０秒が経過したと判断されれば（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、判定をオフ（＝０）とし、４０秒タイマー及び０．６秒タイマーを共にリセット（＝０）する（ステップＳ２０）。最大４０秒でリセットするようにしているので（図７中、MAX40000で示す。）、マイコン１３の判定出力がオン状態に維持されることがなく、無駄な消費電力を抑制することができる。例えば、急に強い雨が降り出し、測定電圧が高い状態に維持されるような場合、４０秒間連続して判定出力がオンした後は、オフ状態に復帰することになる。これにより、ドアノブ１に人体が接近した場合以外の条件で、オン状態が維持されることを回避できる。そして、ステップＳ１９：ＮＯで判定出力がオン（＝１）の状態でステップＳ２に戻ると、判定出力がオン（＝１）であるため（ステップＳ２：ＹＥＳ）、ステップＳ５に進み、スリープモードには突入しない。これにより、マイコン１３は作動状態を維持し、マイコン１３の出力端子ＧＰ２からのオン信号の出力が継続される。一方、ステップＳ２０から判定出力がオフ（＝０）の状態でステップＳ２に戻ると、判定出力がオフ（＝０）であるため（ステップＳ２：ＮＯ）、ステップＳ３に進み、スリープモードに突入して前記処理を続行する。

なお、前記実施形態では、感知電圧Ｖｋと基準電圧Ｖｔとを比較して人体が接近したか否かを判定するようにしたが、直接、測定電圧Ｖｎと基準電圧Ｖｔとを比較して人体が接近したか否かを判定するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、基準電圧Ｖｔを測定電圧記憶手段に記憶した過去の測定電圧のうち、最新のものから設定回数分（２０回）の平均値として構成しているが、これに限定されるものではなく、例えば、測定電圧、または、感知電圧算出時に使用した最古の測定電圧よりもさらに過去の測定電圧の設定回数分の平均値を基準電圧としてもよい。

（ａ）は本実施形態に係る人体検出装置を車両のドアノブに採用した状態を示す正面断面図、（ｂ）は平面図である。本実施形態に係る人体検出装置の分解斜視図である。図２のプリント基板での回路図である。図３のマイコンでの人体判定処理を示すフローチャート図である。図３のマイコンでの人体判定処理を示すフローチャート図である。図３のＥＸＯＲ回路の入力波形と出力波形を示すグラフである。図３のマイコンに入力される測定電圧と、マイコン内で設定される基準電圧と、マイコンからの出力との関係を示すグラフである。

符号の説明

１…ドアノブ
２…人体検出装置
３…ケーシング
４…第１収容凹部
５…フェライトアンテナ
６…アンテナ電極
７…第２収容凹部
８…プリント基板
９…フェライトコア
１０…電線
１１…ＥＸＯＲ回路
１２…積分回路
１３…マイコン
１４…電源回路
１５…波形発生部
１６…発振部
１７…リセット部
１８…記憶部
１９…制御部
２０…ＥＣＵ
２１…電源ＩＣ

Claims

アンテナ電極に電気的に接続され、前記アンテナ電極の静電容量を電圧に変換して測定電圧として出力するアンテナ手段と、
前記アンテナ手段から出力される測定電圧を記憶する測定電圧記憶手段と、
前記測定電圧記憶手段に記憶した過去の測定電圧のうち、最新のものから第１設定回数分の平均値である感知電圧と、該感知電圧算出時に使用した最新のものから第１設定回数分の測定値の最古の測定電圧よりもさらに過去の測定電圧から第２設定回数分の平均値である基準電圧とを比較することにより、人体がアンテナ電極に接近したか否かを判定する人体接近判定手段と、
を備え、
前記第１設定回数を、前記第２設定回数よりも少なくしたことを特徴とする人体検出装置。
前記測定電圧を抽出する周期を調整する抽出時期調整手段を、さらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の人体検出装置。
前記人体接近判定手段は、一定時間周期で、人体がアンテナ電極に接近したか否かを判定し、それ以外ではスリープモードとすることを特徴とする請求項１又は２に記載の人体検出装置。
前記人体接近判定手段での判定が行われてからの経過時間を計時するタイマー手段と、
前記人体接近判定手段での判定結果を、前記タイマー手段により計時される経過時間が設定時間を経過するまで記憶する判定結果記憶手段と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の人体検出装置。
人体の接近により変化するアンテナ電極の静電容量に基づいて測定電圧を出力する電圧出力ステップと、
前記電圧出力ステップで出力された測定電圧と、人体の接近を判断するための基準電圧とを比較し、設定条件を満足することにより、人体がアンテナ電極に接近したと判定する人体接近判定ステップと、
を含む人体検出方法であって、
前記電圧出力ステップで出力された測定電圧を記憶する測定電圧記憶ステップをさらに含み、
前記人体接近判定ステップは、前記測定電圧記憶ステップで記憶した過去の測定電圧のうち、最新のものから第１設定回数分の平均値である感知電圧と、該感知電圧算出時に使用した最新のものから第１設定回数分の測定値の最古の測定電圧よりもさらに過去の測定電圧から第２設定回数分の平均値である基準電圧とを比較することにより、人体がアンテナ電極に接近したか否かを判定することを特徴とする人体検出方法。