专利名称：静电电容检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测未知的被测定电容的静电电容检测装置。
背景技术：
已知如下的锁闭系统在由使用人员携带的手持设备和车辆上的主机之间进行通信，由此对该手持设备进行认证，从而以自动对车门进行解锁及上锁的方式进行控制(智能进入系统(smart entry system))。在US2007/0216175A1的说明书(专利文献1)中记载了如下的车辆用门拉手技术在车载设备和手持设备之间对手持设备进行认证之后，通过检测使用人员接触安装在车门上的门拉手等的使用人员对门拉手的操作，来对车门进行上锁/解锁的车辆用门拉手的技术。门拉手内置有用于检测人的手接近或接触该门拉手的静电电容检测装置等(参照专利文献1的W025] W030]等)。静电电容检测装置例如由记载在US7，015，705B2说明书(专利文献2)中的开关电容方式构成。在这里，将使设在被测定电容和基准电容之间的开关成为闭状态的时间，设定为由该开关的导通电阻(on-resistance)和被测定电容的乘积所表示的时间常数的数倍。由此，减少在高湿度环境下或静电电容检测装置的表面粘着水滴的状态等，即，能够减少被测定电容存在漏电阻(leak resistance)时的灵敏度降低的情况(参照专利文献2的第5栏第16行 第7栏第17行等)。专利文献2的静电电容检测装置，能够有效减轻被测定电容存在漏电阻时的灵敏度降低的影响。但是，在水等粘在被测定电容上的瞬间，有可能无法区别人接触还是粘着水等的情况。例如，安装在专利文献1那样的锁闭系统的门拉手上的静电电容检测装置，在因下雨或洗车等而与水接触时，存在与用户要上锁/解锁的意志无关地上锁/解锁车门的可能性。现有技术文献专利文献专利文献1 :US2007/0216175A1 说明书专利文献2 :US7, 015, 705B2说明书
发明内容
发明要解决的问题鉴于上述课题，希望有一种静电电容检测装置，通过良好地区别基于水滴等外部要素和基于人为操作的静电电容的变化，能够以简单的结构检测出发生过该人为操作。用于解决问题的单元鉴于上述课题的本发明的静电电容检测装置的特征结构在于，具有第一开关，其配置在基准电容的两端之间，所述基准电容的一端与第一电位源相连接；
第二开关，其配置在被测定电容的一端和所述基准电容的另一端之间，其中，所述被测定电容的另一端与第二电位源或自由空间相连接；第三开关，其配置在所述被测定电容的两端之间；开关控制部，其交替重复执行第一开闭控制和第二开闭控制，所述第一开闭控制是指，在进行了第一开关操作之后，交替重复第二开关操作和第三开关操作的控制，所述第二开闭控制是指，在进行了所述第一开关操作之后，交替重复与第一充电时间不同的第二充电时间的所述第二开关操作和第二放电时间的所述第三开关操作的控制，所述第一开关操作是指，使所述第一开关成为闭状态并保持该状态经过初始化时间之后，使该第一开关返回开状态的操作，所述第二开关操作是指，使所述第二开关成为闭状态并保持该状态经过所述第一充电时间之后，使该第二开关返回开状态的操作，所述第三开关操作是指，使所述第三开关成为闭状态并保持该状态经过第一放电时间之后，使该第三开关返回开状态的操作；电位判断部，其电位判断部，其判断是否通过所述第一开闭控制及所述第二开闭控制使所述基准电容的另一端的电位从进行了所述第一开关操作之后的初始电位变化至规定的设定电位；计数部，其在特定期间内分别对所述第一开闭控制和所述第二开闭控制下的所述第二开关操作的重复次数进行计数，所述特定期间是指，通过所述第一开闭控制及所述第二开闭控制，所述基准电容的另一端的电位分别变化至所述设定电位的期间；输出判断部，其基于在所述第一开闭控制及所述第二开闭控制中的至少一个开闭控制中计数出的所述重复次数，来判断所述被测定电容的静电电容值是否发生了变化，并且，基于所述第一开闭控制中的所述重复次数和所述第二开闭控制中的所述重复次数，来判断所述被测定电容的静电电容值的变化是否起因于被检测对象的事件。众发明者着眼于如下情况，对第二开关设定了两种闭时间，该情况是指，对安装有该静电电容检测装置的装置，发生人的接触或接近的情况和粘着水滴等的情况等不同的事件时，被测定电容在不同时间常数内发生变化的情况。若采用本特征结构，则与第二开关的两种闭时间相对应地，执行两种开闭控制，并分别计数第二开关操作的重复次数。例如，在上述时间常数短的情况下，第一开闭控制和第二开闭控制中的第二开关操作的重复次数相等，而与第二开关的闭时间无关。另一方面，在上述时间常数长的情况下，与第二开关的闭时间相对应地，第一开闭控制和第二开闭控制中的第二开关操作的重复次数不同的可能性变高。因此，通过对第一开闭控制和第二开闭控制中的第二开关操作的重复次数进行比较， 能够良好地判断发生了何种事件。另外，能够基于重复次数，判断被测定电容是否发生了变化。因此，若采用本特征结构，能够判断被测定电容是否发生了变化，并且，能够判断发生了变化的事件是否起因于被检测对象的事件。其结果，能够提供一种静电电容检测装置，该静电电容检测装置通过良好地区别基于水滴等外部要素和基于人为操作的静电电容的变化， 而以简单的结构检测出发生过该人为操作。在这里，优选地，将所述第一放电时间设定为在所述第一充电时间以上的时间，并将所述第二放电时间设定为在所述第二充电时间以上的时间。若将第一放电时间设定为在第一充电时间以上的时间，并将第二放电时间设定为在第二充电时间以上的时间，则被测定电容不会有残留电容，由此能够在第二开关操作中每次进行正确的充电。其结果，能够得到高精度的静电电容检测装置。在这里，优选还具有变化量计算部，该变化量计算部，针对重复执行的所述第一开闭控制和所述第二开闭控制中的每个所述第二开关操作的重复次数，分别计算出当次的所述第二开关操作的重复次数和前一次的所述第二开关操作的重复次数之差，以作为变化量；所述输出判断部，基于在所述第一开闭控制及所述第二开闭控制中的至少一个开闭控制中的所述变化量，来判断所述被测定电容的静电电容值是否发生了变化，并且，基于所述第一开闭控制中的所述变化量和所述第二开闭控制中的所述变化量，来判断所述被测定电容的静电电容值的变化是否起因于被检测对象的事件。通过变化量计算部，分别针对重复执行的第一开闭控制和第二开闭控制中第二开关操作的重复次数，分别计算出当次的所述第二开关操作的重复次数和前一次的所述第二开关操作的重复次数之差，以作为变化量。如上所述，输出判断部基于第一开闭控制和第二开闭控制中的每个重复次数中的至少一个重复次数，来判断被测定电容的静电电容值是否发生变化。但是，这些重复次数会受到环境温度等的影响。相对于此，由于变化量是在环境温度等周围环境大致相同的条件下的重复次数之差，因而能够大致忽略周围环境的影响。 因此，若输出判断部基于第一开闭控制和第二开闭控制中的每个变化量的至少一个变化量来判断被测定电容的静电电容值是否发生变化，则能够进行高精度的判断。同样地，也能够高精度地判断出发生了何种事件。在这里，优选所述输出判断部基于以特定的充电时间进行所述第二开关操作时的所述变化量，来判断所述被测定电容的静电电容值是否发生了变化，所述特定的充电时间是指，所述第一充电时间和所述第二充电时间中的短的充电时间。与发生了时间常数短的事件时相比，发生了时间常数长的事件时的每单位时间的静电电容的变化更小。即，与发生了时间常数短的事件时相比，在发生了时间常数长的事件时，第一充电时间及第二充电时间的静电电容的变化更小。因此，在发生了时间常数长的事件时，第二开关操作的重复次数的变化量也变少。若第二开关的闭时间即充电时间短，则在发生了时间常数长的事件的情况下，静电电容的变化进一步变少，从而第二开关操作的重复次数的变化量也变少。因此，基于以短的充电时间进行第二开关操作的而得的变化量，来判断被测定电容的静电电容值是否发生变化，由此在发生了时间常数长的事件的情况下， 能够判断为未检测出事件。例如，对安装有该静电电容检测装置的装置，人的接触或接近的情况和粘着水滴等的情况中，在粘着水滴等的情况下时间常数变长。即，在发生了时间常数长的事件的情况下，是(粘着)水滴等的可能性高，因而与实施事件的判断相结合地，使判断静电电容是否发生变化的基准更佳严格，由此能够提高事件的检测精度。另外，优选所述输出判断部基于所述第一开闭控制中的所述变化量和所述第二开闭控制中的所述变化量之间的比或差，来判断所述被测定电容的静电电容值的变化是否起因于被检测对象的事件。如上所述，输出判断部通过对第一开闭控制和第二开闭控制中的第二开关操作的重复次数或重复次数的变化量进行比较，能够良好地判断发生了何种事件。就比较的方法而言，通过使用差来能够进行简单的判断。另外，就比较的方法而言，通过使用比，能够提高对环境变化的适应性，从而能够高精度地进行判断。
图1是示意性示出了本发明的静电电容检测装置的一例的电路结构图。图2是示意性示出了静电电容检测装置的动作例的时序图。图3是示意性示出了静电电容检测装置的动作步骤例的流程图。图4是示意性示出了与人接触时的静电电容检测装置的等价电路例的图。图5是示意性示出了粘着水滴时的静电电容检测装置的等价电路例的图。图6是用于说明与人接触时和粘着水滴时的电容变化的不同点的图。图7是示出了开闭时刻的控制方法的一例的时序图。
具体实施例方式下面，基于附图，对本发明的实施方式进行说明。如图1所示，本发明的静电电容检测装置利用开关电容方式检测静电电容，在该开关电容方式中包括基准电容Cs，被测定电容Cxl，三个开关Si、S2、S3。第一开关Sl配置在基准电容Cs的两端之间(T1-T2之间)，其中，所述基准电容Cs的一端(Tl)与第一电位源(Vl)相连接。第二开关S2配置在被测定电容Cxl的另一端CH)和基准电容Cs的另一端(1 之间，其中，所述被测定电容 Cxl的一端(T4)与第二电位源(V2)或自由空间相连接。第三开关S3配置在被测定电容 Cxl的两端之间(T3-T4之间)。基准电容Cs的另一端(T2)与由运算放大器构成的比较仪(comparator) 7的反向输入端子相连接。比较仪7的非反向输入端子与规定的设定电位Vref相连接。在基准电容Cs的另一端(T2)的电位从初始电位变化至规定的设定电位Vref时，比较仪7以高电平输出电位判断信号Vout。如后所述，初始电位是第一电位源VI。比较仪7相当于本发明的电位判断部。如图1所示，由控制电路10对三个开关Sl S3进行开闭控制。控制电路10由微型计算机或ASIC (application specific integrated circuit 专用集成电路)等逻辑电路等构成。在本实施方式中，例示了以微型计算机为核心构成控制电路10的方式，来作为一个优选的结构。在这里，例示了 CPU11、程序存储器12、工作存储器(工作寄存器)13 及参数存储器(参数寄存器)14，但控制电路10还包含其他未图示的周围电路等。另外，显然也可以将CPU11、程序存储器12、工作存储器(工作寄存器)13及参数存储器(参数寄存器)14集成到一个微型计算机中。在控制电路10中，由CPUll等硬件和保存在程序存储器12及参数存储器14等中的软件，协同实现各种功能部。在本实施方式中，控制电路10具备开关控制部1、计数部2、 输出判断部3、变化量计算部4的各功能部。开关控制部1交替重复执行图2示出的第一开闭控制PHl和第二开闭控制PH2。第一开闭控制PHl及第二开闭控制PH2是指，在进行了后述的第一开关操作之后，交替重复后述的第二开关操作和第三开关操作的控制。第一开关操作是指，如图2示出那样使第一开关Si成为闭状态并且保持该状态经过初始化时间TlO之后，使该第一开关Sl返回开状态的处理，并且，该第一开关操作在第一开闭控制PHl及第二开闭控制PH2中是同样的处理。 如后所述，在第一开闭控制PHl和第二开闭控制PH2中，第二开关操作和第三开关操作的闭时间不同。如图2所示，在第一开闭控制PHl中，第二开关操作是指，使第二开关S2成为闭状态并保持该状态经过第一充电时间T21之后，使该第二开关S2返回开状态的处理。在第一开闭控制PHl中，第三开关操作是指，使第三开关S3成为闭状态并保持该状态经过第一放电时间T31之后，使该第三开关S3返回开状态的处理。在第二开闭控制PH2中，以与第一充电时间T21不同的第二充电时间T22，来实施第二开关操作。在第二开闭控制PH2中，第三开关操作是指，使第三开关S3成为闭状态并保持该状态经过第二放电时间T32之后，使该第三开关S3返回开状态的处理。第一放电时间T31及第二放电时间T32只要是能够使被测定电容Cxl充分放电的时间即可，可以是相同的时间，也可以是不同的时间。若将第一放电时间T31设定为使其在第一充电时间21以上，并将第二放电时间T32设定为使其在第二充电时间T22以上，则被测定电容Cxl会可靠放电，因而优选这种方式。在本实施方式中， 第一充电时间T21是比第二充电时间T22更长的时间，且第一放电时间T31是比第二放电时间T32更长的时间。为了易于控制，也可以将第一充电时间T21和第一放电时间T31设定为相同长度的时间，也可以将第二充电时间T22和第二放电时间T32设定为相同长度的时间。此时，由于第一放电时间T31在第一充电时间T21以上，且第二放电时间T32在第二充电时间T22以上，因而被测定电容Cxl能够良好地放电。如图2所示，通过第一开关操作，基准电容Cs的端子T2的电位成为初始电位即第一电位源Vl的电位，其中，所述第一开关操作用于使第一开关Sl成为闭状态并保持该状态经过初始化时间TlO之后，使该第一开关Sl返回开状态。进行第一开关操作之后，通过交替重复第二开关操作和第三开关操作，使端子T2的电位逐步降低。若端子T2的电位变化至设定电位Vref，则从比较仪7输出电位判断信号Vout，并由控制电路10接收该电位判断信号Vout。控制电路10能够确定从第一开关操作开始至接收电位判断信号Vout为止的期间。在控制电路10中实现计数部2的功能，其中，所述计数部2用于对特定期间内的第二开关操作的重复次数(附、拟)进行计数，所述特定期间是指，基准电容Cs的端子T2的电位从初始电位变化至设定电位Vref的期间。在这里，重复次数m是在第一开闭控制PHl中的重复次数，重复次数N2是在第二开闭控制PH2中的重复次数。图1的电路结构图示出了静电电容检测装置的检测部未与人或水滴等接触时的电路。如利用在图4及图5中示出的等价电路阐述的那样，若静电电容检测装置的检测部与人接触或粘着水滴，则其电路包括被测定电容Cxl的测定电极和人或水滴之间的耦合电容(Cx2)、人的电容(Ch)和人的电阻貤)或水滴的电阻(Rw)。其结果，由于上述的重复次数(N1、N》发生变化，因而能够检测出静电电容检测装置的检测部与人接触或粘着水滴等的情况。输出判断部3是功能部，用于基于重复次数m及N2中的至少一个，来判断被测定电容Cxl的静电电容值是否发生了变化。即，输出判断部3是用于检测静电电容检测装置的检测部是否与人接触或粘着水滴等的功能部。其中，仅基于被测定电容Cxl的静电电容值是否发生了变化来进行检测，则有可能无法明确区分与人接触的情况和粘着水滴等的情况。由于静电电容容易受到环境温度等的影响，因而重复次数W及N2也受到环境温度的影响。如图4及图5的等价电路所示，在与人接触的情况和粘着水滴等的情况下，等价电路不同，另外，电路常数也不同，但存在混淆两者的可能性。因此，本发明的输出判断部3还具备如下功能基于重复次数附和重复次数N2， 来判断被测定电容Cxl的静电电容值的变化是否以被检测对象的事件(event)为起因。即， 基于重复次数W和重复次数N2，来判断被测定电容Cxl的静电电容值的变化是否是因人接触导致的变化。如后所述，对于在第二开关S2的闭时间(第一充电时间T21和第二充电时间T2》互不不同的条件下的重复次数m和重复次数N2，在与人接触的情况下重复次数 m和重复次数N2的值大致相同，但在粘着水滴的情况下重复次数m和重复次数N2产生差值。因此，通过比较重复次数m和重复次数N2，能够判断被测定电容Cxl的静电电容值的变化是否起因于被检测对象的事件。变化量计算部4是用于计算的功能部，针对重复执行的第一开闭控制PHl和第二开闭控制PH2中的各第二开关操作的重复次数(Ni、N2)，分别计算出当次的重复次数(Ni、 N2)和前一次的重复次数(N1、N2)之差，来作为变化量(Am、ΔΝ2)。如上所述，输出判断部3基于重复次数m及N2中的至少一个重复次数，来判断被测定电容Cxl的静电电容值是否发生了变化。但是，存在该重复次数m及N2受到环境温度等影响的可能性。与此相对，变化量Δ^及ΔΝ2是在环境温度等周围环境大致相同的条件下的重复次数之差。艮口， 由于在当次进行第一及第二开闭控制的时间和前一次进行第一及第二开闭控制的时间之间的短时间内，环境温度等周围环境几乎不发生变化，因而能够认为变化量Am及ΔΝ2为在大致相同条件下的重复次数之差。因此，在输出判断部3利用变化量Am及ΔΝ2进行判断时，能够大致忽略周围环境的影响。因此，如果输出判断部3基于变化量ΛΝ1及ΔΝ2 中的至少一个变化量，来判断被测定电容Cxl的静电电容值是否发生变化，则能够进行高精度的判断。同样地，在对重复次数m和重复次数N2进行比较来判断是否是被检测对象的事件的情况下，若受到环境温度等周围环境的影响，则也会降低其判断精度。输出判断部3通过对变化量Δ^和变化量ΔΝ2进行比较，能够判断被测定电容Cxl的静电电容值的变化是否起因于被检测对象的事件。此时，与判断被测定电容Cxl的静电电容值是否发生变化时同样地，能够大致忽略周围环境的影响。例如，输出判断部3基于第一开闭控制PHl的变化量Am和第二开闭控制ΡΗ2的变化量ΔΝ2之间的比或差，来判断是否是被检测对象的事件。如图2所示，在本实施方式中，在进行第一开闭控制PHl时，第二开关S2成为闭状态的时间是第一充电时间Τ21。在进行第二开闭控制ΡΗ2时，第二开关S2成为闭状态的时间是比第一充电时间Τ21短的第二充电时间Τ22。在图2中，与第二开关S2的闭时间同样地，关于第三开关S3的闭时间，示出了在进行第一开闭控制PHl时的第一放电时间Τ31比在进行第二开闭控制ΡΗ2时的第二放电时间Τ32更长的例子。在这里，例如也可以将第一充电时间Τ21和第一放电时间Τ31设定为相同的时间，并将第二充电时间Τ22和第二放电时间Τ32设定为相同的时间。此外，如上所述，在第一开闭控制PHl和第二开闭控制ΡΗ2中， 也可以将第一放电时间Τ31和第二放电时间Τ32设定为相同的时间长度。针对第一放电时间Τ31及第二放电时间Τ32，只要设定为被测定电容Cxl能够放电的时间即可，不需一定根据第一充电时间T21及第一放电时间T31来设定。如图2所示，以使第二开关S2和第三开关S3交替成为闭状态的方式，控制第二开关S2和第三开关S3。如上所述，关于第二开关S2成为闭状态的时间，在第一开闭控制PHl 和第二开闭控制PH2中是不同的时间，但控制周期Ts相同。即，以恒定的频率且以不同的脉冲宽度，来控制第二开关S2和第三开关S3。因此，即使具有第一开闭控制PHl和第二开闭控制PH2两个相位(phase)，也能够抑制因设置多个振荡器等而导致元件个数变多或电路规模变大的情况。利用图7，在后面进行详细的阐述。下面，利用图3，对本发明的静电电容检测装置的动作步骤例进行说明。首先，执行上述的第一开闭控制PH1，并计测第二开关操作的重复次数m (步骤#1)。在本实施方式中，由CPUll或程序存储器12、工作存储器(工作寄存器)13、参数存储器(参数寄存器)14 等协同执行步骤#1。在步骤#1中，使用保存在参数存储器14中的初始化时间T10、第一充电时间T21、第一放电时间T31等。若计测出重复次数Ni，则计算在前一次的步骤#1中计测出的重复次数m和最新的重复次数m之差即变化量Am(步骤#2)。例如将计算出的变化量Am暂时存储在作为暂时存储单元的工作存储器(工作寄存器)13中。另外，将重复次数m也暂时存储在工作存储器13中。接着，执行上述的第二开闭控制PH2，并计测第二开关操作的重复次数N2(步骤 #3)。在步骤#3中，使用保存在参数存储器14中的初始化时间T10、第二充电时间T22、第二放电时间T32等。并且，与第一开闭控制PHl同样地，计算在前一次的步骤#3中计测出的重复次数N2和最新的重复次数N2之差即变化量△ N2 (步骤#4)。例如将计算出的变化量Δ N2暂时存储在作为暂时存储单元的工作存储器13中。另外，将重复次数Ν2也暂时存储在工作存储器13中。若上面的各步骤结束，则执行输出判断处理。首先，基于在第一开闭控制PHl及第二开闭控制ΡΗ2中的至少一个开闭控制中计数(统计)出的重复次数，来判断被测定电容 Cxl的静电电容值是否发生了变化。在本实施方式中，基于在第二开闭控制ΡΗ2中计数(统计)出的重复次数Ν2的变化量ΔΝ2来进行判断(步骤#5)。如在后面的详细阐述，这是因为，第二开关S2的闭时间(第二充电时间Τ22)短的第二开闭控制ΡΗ2中的重复次数Ν2的变化量ΔΝ2的变化幅度比Am的变化幅度小，能够减少误判断的可能性。在本实施方式中，在变化量ΔΝ2在规定的阈值THl以上的情况下，判断为被测定电容Cxl的静电电容值发生了变化。若在步骤#5中判断为“否”，则返回步骤#1，再次执行步骤#1 步骤#5。若在步骤#5中判断为“是”，即，满足第一个判断条件，则验证第二个判断条件。即，基于在第一开闭控制PHl中的重复次数m和在第二开闭控制PH2中的重复次数N2，来判断被测定电容 Cxl的静电电容值的变化是否起因于被检测对象的事件(步骤#6)。在该判断中采用两个条件。在图3的流程图中，并列记述了两个条件的逻辑和，但由于在两个条件中，只要满足任意一个条件即可，因而显然也可以仅将任意一个条件作为条件来进行判断，而不需获取逻辑和。并列的一个条件是变化量Δ Nl和变化量Δ Ν2之比。在步骤#6中，例如示出了在 (ΔΝ1/ΔΝ2)在阈值ΤΗ2以下的情况下条件成立的例子。如后所述，在与人接触(起因于人的接触)的情况下，变化量Am和变化量ΔΝ2不会为差异大的值。因此，其比例大致是 1 1。另一方面，在粘着水滴的情况下，第二开关S2的闭时间(第二充电时间T2》短的第二开闭控制PH2中的变化量ΔΝ2比变化量Am小(在后面详细阐述)。因此，变化量 Am和变化量ΔN2之比大幅偏离1 1。在本实施方式的情况下，由于变化量ΔΝ2小，因而(Δ^/ΔΝ2)大。因此，设定为(Δ^/ΔΝ2)在阈值ΤΗ2以下的情况下条件成立，由此， 在粘着水滴的情况下能够判断为不满足条件。并列的另一个条件是变化量Δ Nl和变化量Δ Ν2之差。如上所述，在与人接触的情况下，变化量Am和变化量ΔΝ2不会为差异大的值，其差值大致是零。另一方面，在粘着水滴的情况下，由于变化量ΔΝ2比变化量Am小，因而其差值大。因此，设定为(ΔΝ1-ΔΝ2) 在阈值ΤΗ3以下的情况下条件成立，由此在粘着水滴的情况下能够判断为不满足条件。在满足步骤#5的条件，且满足步骤#6中的任意一个条件的情况下，输出检测结果 (步骤#7)。例如，输出发生了人的接触这样的检测结果。下面，使用等价电路，对与人接触和粘着水滴的情况进行说明。如图4的等价电路所示，在人接近被测定电容Cxl时，与被测定电容Cxl并联地附加有被测定电容Cxl和人之间的耦合电容Cx2、人的电阻1 以及人的静电电容Ch。若关闭第二开关S2，则会发生用于对基准电容Cs及被测定电容Cxl进行充电的充电电流Jx。与此同时，还会发生用于对因人接近而产生的耦合电容Cx2、人的静电电容Ch进行充电的电流J1。即，由于人接近被测定电容Cxl，因而在下面示出的时间常数τ内，被测定电容Cxl的电容增加AC。τ = RhX (Cx2XCh)/(Cx2+Ch)AC= (Cx2 X Ch) / (Cx2+Ch)因此，基准电容Cs的端子T2的电位变成规定电位为止的重复次数m及N2减少。 在该减少量多的情况下，上述的Δ^、ΔΝ2在阈值THl以上。如图5的等价电路所示，在水滴等粘在被测定电容Cxl时，与被测定电容Cxl并联地附加有被测定电容Cxl和水滴等之间的耦合电容Cx2、水的电阻Rw。耦合电容Cx2形成在被测定电容的电极和水滴之间。例如，在检测电极安装在门拉手内部的情况下，被测定电容的电极和门拉手的外部包装之间存在树脂。由于水滴粘在门拉手的外部包装表面，且人接触外部包装，因而不管是人还是水滴，耦合电容Cx2都是大致同样的常数。另一方面，在人和水滴之间，电阻则大为不同。另外，在水滴的情况下，例如由于与汽车车身等发生短路， 因而不会产生相当于人的静电电容Ch的静电电容。若关闭第二开关S2，则会发生用于对基准电容Cs及被测定电容Cxl进行充电的充电电流Jx。与此同时，还会发生用于对由粘着水滴产生的耦合电容Cx2进行充电的电流 J2。即，由于水滴接近被测定电容Cxl，因而在下面示出的时间常数τ内，被测定电容Cxl 的电容增加AC。τ = RwXCx2Δ C = Cx2因此，基准电容Cs的端子T2的电位变成规定电位为止的重复次数附及N2减少。 在该减少量多的情况下，上述的Δ^、ΔΝ2在阈值THl以上。如上所述，无论利用第一开闭控制PHl及第二开闭控制PH2中的哪个开闭控制中的变化量Δ^及ΔΝ2，都能够检测出被测定电容Cxl的变化。因此，也可以仅利用任意一个变化量来判断被测定电容Cxl是否发生了变化，也可以利用变化量Am及ΔΝ2双方进行判断。但是，如后所述，有时第二开闭控制PH2中的重复次数N2的变化量ΔΝ2的变化幅度比Am小，其中，在所述第二开闭控制PH2中，第二开关S2在比第一充电时间T21短的第二充电时间T22内成为闭状态。因此，为了提高对误判断的应对能力，且为了缩短计算时间，并简化程序等静电电容检测装置的结构，在本实施方式中仅利用变化量ΔΝ2来进行判断(步骤#5)。下面，对设在车辆用门的门拉手上的静电电容检测装置，说明通过如上述那样的结构及处理，能够区别人操作(手指等的接触)和粘着水滴的情况的原理。将被测定电容 Cxl内置在车辆用门的门拉手中的情况下的电极尺寸，例如设定为IOOmm2左右，此时耦合电容Cx2是数pF (例如IpF)。根据众所周知的人体静电模型(human electrostatic model), 人的电阻Rh是数k Ω (例如2k Ω )，电容Ch是数百pF (例如200pF)。在人接近被测定电容Cxl的情况下，如下述那样，在时间常数τ = 2ns内，电容增力口 AC = IpF0τ = RhX (Cx2XCh)/(Cx2+Ch) = 2kX IpX 200p/(lp+200p) ^ 2n[s]AC= (Cx2XCh)/(Cx2+Ch) = IpX200p/(lp+200p) ^ Ip[F]另一方面，在粘着水滴的情况下，还受到水量及水质等的影响，但其电阻Rw是数百kQ。在这里，例如，假设是300k Ω。不管是对人还是对水滴，耦合电容Cx2都是相同的。 因此，在粘着水滴的情况下，如下述那样，在时间常数τ = 300ns内，电容增加AC= IpF0τ = Rwxcx2 = 300kX Ip = 300n [s]AC = Cx2 = Ip [F]这样，不管是人的情况还是水滴的情况，电容都会伴随各自的时间常数而增加。但是，由于人的情况的时间常数τ比水滴的情况的时间常数τ小，因而与粘着水滴的情况相比，电容增加得更快。图6的(a)部分是示意性示出了人(触摸)的情况下的电容增加的曲线图，图6的(b)部分是示意性示出了(粘着)水滴的情况下的电容增加的曲线图。可知在时间常数τ小的人的接触(接近)的情况下电容变化更快，在时间常数τ大的粘着水滴的情况下电容变化缓慢。在这里，在第二开关S2的闭时间即第一充电时间及第二充电时间内，将充电时间长的第一充电时间Τ21，设定为不管是人的情况还是水滴的情况都能够使电容充分变化的时间。例如，优选设定为水滴的情况的时间常数τ即300ns左右。另一方面，在第一充电时间及第二充电时间内，将充电时间短的第二充电时间T22设定为特定时间，所述特定时间是指，在检测对象的事件即人接触(接近)的情况下能够使电容充分变化，且在非检测对象即粘着水滴的情况下使电容不能充分变化的时间。即，第二充电时间T22比第一充电时间T21短，因而如图6的(b)部分所示，将第二充电时间T22设定为在水滴的情况的电容变化过程中的时间。例如，在本实施方式的数值的情况下，优选将第二充电时间T22设定为超过人的情况的时间常数τ，即超过2ns，且比水滴的情况的时间常数τ即300ns充分短，例如将其设定为150ns左右。理所当然，也可以设定为更短的时间，例如设定为包含环境误差等的数十ns左右。此外，关于第三开关S3的闭时间，只要是被检测电容Cxl能够充分放电的时间即可。因此，能够不需一定根据第二开关S2的闭时间即第一充电时间T21和第二充电时间T22来设定。
在与人接触的情况下，不管是以第一充电时间T21开闭第二开关S2，还是以第二充电时间T22开闭第二开关S2，电容的变化量都大致相同。因此，由计数部2计数的开闭次数，在第一开闭控制PHl和第二开闭控制PH2中大致相同。即，计数数值附和N2之差小， 其比例接近1。同样地，变化量Δ^和ΔΝ2之差也小，其比例也接近1。另一方面，在粘着水滴的情况下，在以第一充电时间T21开闭第二开关S2时和以第二充电时间T22开闭第二开关S2时，电容的变化幅度不同。具体而言，在电容增加少的第二充电时间T22中的开闭次数N2比m多。因此，在第一开闭控制PHl和第二开闭控制 PH2中，由计数部2计数出的开闭次数是差异大的值。即，计数数附和N2之差大，其比例远离1。同样地，变化量Am和ΔN2之差也大，其比例也远离1。如上面的说明那样，能够根据在第一开闭控制PHl和第二开闭控制ΡΗ2中的开闭次数m和Ν2之差比阈值大还是小，来判断是人的接触(接近)还是粘着水滴等。例如，在规定的阈值以下的情况下，能够判断为是人的接触，而不是粘着水滴。显然，不仅是开闭次数m及N2，还能够基于变化量Am及ΔN2来进行同样的判断。通过利用变化量，能够提高对环境变化等的适应性(参照步骤#6)。同样地，能够根据开闭次数m和Ν2之比是否接近1，例如根据(N1/N2)的值是否比阈值大，来判断是人的接触(接近)还是粘着水滴等。例如，在规定的阈值以上的情况下， 能够判断为是人的接触，而不是粘着水滴。即，在粘着水的情况下，由于开闭次数N2比m 多，因而(N1/N2)的分母大，从而(N1/N2)的值小。因此，在规定的阈值以上的情况下，判断为是人的接触。显然，不仅是开闭次数W及N2，还能够基于变化量Am及ΔΝ2来进行同样的判断。通过利用变化量，能够提高对环境变化等的适应性。在变化量Am及ΔΝ2的情况下，在开闭次数少的第一开闭控制PHl时的变化量Am比ΔΝ2大。因此，例如能够根据(ΔΝ1/ΔΝ2)的值是否比规定阈值(例如TH2)小，来判断是人的接触(接近)还是粘着水滴等(参照步骤#6)。在粘着水滴的情况下的变化量Δ Ν2比与人接触的情况下的变化量Δ Ν2小，因而在图3所示出的步骤#5中利用变化量ΔΝ2进行判断，而不是利用变化量Am进行判断， 由此提高判断精度。即，在粘着水滴的情况下，变化量ΔΝ2小于规定的阈值THl的可能性高，因而此时只要不进行步骤#6的判断就不会误判断为是人的接触。因此，对检测对象事件即人的接触的适应性变高。在本实施方式中，如图2所示，在第一开闭控制PHl及第二开闭控制ΡΗ2中，第二开关S2及第三开关S3的开闭周期Ts相同。即，开闭频率相同。利用图7来补充生成这样的开闭时刻的方法的一例。例如，能够以构成控制电路10的微型计算机或ASIC等逻辑电路的系统时钟脉冲作为基准，来如图7的(a)部分示出那样控制第二开关S2及第三开关S3。 在第一开闭控制PHl及第二开闭控制PH2中，开闭周期Ts都是系统时钟脉冲的三个周期， 且是相同的时间。此外，在图7的(a)部分中，使用系统时钟脉冲的上升拐点和下降拐点的两个拐点(edge)来控制第二开关S2及第三开关S3。但是，并不限定于此，也可以如图7的 (b)部分示出那样仅利用任意一个拐点(例如，上升拐点)来进行控制。关于这样的控制方式，也可以使开闭周期不同。例如，由完全相同的逻辑电路或程序构成第一开闭控制PHl和第二开闭控制PH2，并变更驱动逻辑电路的时钟脉冲或执行程序的CPU的时钟脉冲的频率。由此，也能够使第一开闭控制PHl和第二开闭控制PH2之间
13的开闭周期不同。此时，因时钟脉冲频率的变更而变为不同开闭周期的第二开关S2的闭时间 (相当于第一充电时间T21、第二充电时间也成为不同的时间。但是，此时必须设置多个时钟脉冲，并使用其他电路或程序来切换时钟脉冲，由此导致静电电容检测装置的规模变大，导致成本上升。因此，如在本实施方式中示出那样，优选在相同的开闭周期Ts中使闭时间不同。如上面的说明那样，根据本发明，能够提供一种静电电容检测装置，该静电电容检测装置通过良好地区别基于水滴等外部要素和基于人为操作的静电电容的变化，能够以简单的结构检测出发生过该人为操作。产业上的可利用性这样的静电电容检测装置，能够用于如下的锁闭系统中在由使用人员携带的手持设备和车辆上的主机之间进行通信，由此对该手持设备进行认证，从而以自动对车门进行解锁及上锁的方式进行控制的锁闭系统。具体而言，能够用于在这样的锁闭系统的传感器，该传感器根据是否有对门拉手的操作来检测使用人员的人为操作。附图标记的说明1 开关控制部2 计数部3 输出判断部4 变化量计算部7:比较仪(电位判断部)Vl 第一电位源V2:第二电位源Cs 基准电容Cxl 被测定电容m、N2 第二开关操作的重复次数PHl 第一开闭控制PH2 第二开闭控制Sl 第一开关S2 第二开关S3 第三开关Tl 第一开关的端子(第一开关的一端)T2:第一开关的端子(第一开关的另一端)T3:第二开关的端子(第二开关的另一端)T4:第二开关的端子(第二开关的一端)T10:初始化时间T21:第一充电时间T22:第二充电时间T31 第一放电时间T32:第二放电时间Vref:设定电位ΔΝ1、ΔΝ2:变化量
权利要求
1.一种静电电容检测装置，其特征在于， 具有第一开关，其配置在基准电容的两端之间，所述基准电容的一端与第一电位源相连接；第二开关，其配置在被测定电容的一端和所述基准电容的另一端之间，所述被测定电容的另一端与第二电位源或自由空间相连接；第三开关，其配置在所述被测定电容的两端之间； 开关控制部，其交替重复执行第一开闭控制和第二开闭控制，所述第一开闭控制是指，在进行了第一开关操作之后，交替重复第二开关操作和第三开关操作的控制，所述第二开闭控制是指，在进行了所述第一开关操作之后，交替重复与第一充电时间不同的第二充电时间的所述第二开关操作和第二放电时间的所述第三开关操作的控制，所述第一开关操作是指，使所述第一开关成为闭状态并保持该闭状态经过初始化时间之后，使该第一开关返回开状态的操作，所述第二开关操作是指，使所述第二开关成为闭状态并保持该闭状态经过所述第一充电时间之后，使该第二开关返回开状态的操作，所述第三开关操作是指，使所述第三开关成为闭状态并保持该闭状态经过第一放电时间之后，使该第三开关返回开状态的操作；电位判断部，其判断是否通过所述第一开闭控制及所述第二开闭控制使所述基准电容的另一端的电位从进行了所述第一开关操作之后的初始电位变化至规定的设定电位；计数部，其在特定期间内分别对所述第一开闭控制和所述第二开闭控制下的所述第二开关操作的重复次数进行计数，所述特定期间是指，所述基准电容的另一端的电位变化至所述设定电位的期间；输出判断部，其基于在所述第一开闭控制及所述第二开闭控制中的至少一个开闭控制中计数出的所述重复次数，来判断所述被测定电容的静电电容值是否发生了变化，并且，基于所述第一开闭控制中的所述重复次数和所述第二开闭控制中的所述重复次数，来判断所述被测定电容的静电电容值的变化是否起因于被检测对象的事件。
2.根据权利要求1记载的静电电容检测装置，其特征在于，将所述第一放电时间设定为在所述第一充电时间以上的时间，并将所述第二放电时间设定为在所述第二充电时间以上的时间。
3.根据权利要求1或2记载的静电电容检测装置，其特征在于，还具有变化量计算部，该变化量计算部，针对重复执行的所述第一开闭控制和所述第二开闭控制各自的当次的所述第二开关操作的重复次数，分别计算出和前一次的所述第二开关操作的重复次数之差，来作为变化量；所述输出判断部，基于在所述第一开闭控制及所述第二开闭控制中的至少一个开闭控制中的所述变化量，来判断所述被测定电容的静电电容值是否发生了变化，并且，基于所述第一开闭控制中的所述变化量和所述第二开闭控制中的所述变化量，来判断所述被测定电容的静电电容值的变化是否起因于被检测对象的事件。
4.根据权利要求3记载的静电电容检测装置，其特征在于，所述输出判断部，基于以特定的充电时间进行的所述第二开关操作中的所述变化量， 来判断所述被测定电容的静电电容值是否发生了变化，所述特定的充电时间是指，在所述第一充电时间和所述第二充电时间中短的充电时间。
5.根据权利要求3或4记载的静电电容检测装置，其特征在于， 所述输出判断部，基于所述第一开闭控制中的所述变化量和所述第二开闭控制中的所述变化量之间的比或差，来判断所述被测定电容的静电电容值的变化是否起因于被检测对象的事件。
全文摘要
提供一种静电电容检测装置，该静电电容检测装置通过良好地区别基于水滴等外部要素和基于人为操作的静电电容的变化，能够以简单的结构检测出发生过人为操作。交替重复执行以各不相同的充电时间进行第二开关操作的第一开闭控制和第二开闭控制。分别对在两个开闭控制中基准电容的端子的电位变化至设定电位为止的第二开关操作的重复次数进行计数。基于两个开闭控制中的至少一个开闭控制中的重复次数，来判断被测定电容是否发生了变化，并且，基于两个开闭控制中的重复次数，来判断被测定电容的变化是否起因于被检测对象的事件。
文档编号H01H36/00GK102472783SQ20108002592
公开日2012年5月23日 申请日期2010年6月28日 优先权日2009年7月9日
发明者井奈波恒, 杉村和则, 萩本将弘 申请人:爱信精机株式会社