JP2022015488A - Detection device and detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、検知装置及び検知方法に関し、特に、近接及び接触を検知する検知装置及び検知方法に関する。 The present invention relates to a detection device and a detection method, and more particularly to a detection device and a detection method for detecting proximity and contact.
従来、静電容量部材の近接の有無を検知するケーブル式の検知装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。また、感圧部材による接触(以下、「感圧」ともいう。)の有無、及び感圧部材により感圧された位置(以下、「感圧位置」ともいう。)を検知するケーブル式の検知装置が知られている(例えば、特許文献2参照。)。 Conventionally, a cable-type detection device for detecting the presence or absence of proximity of a capacitance member is known (see, for example, Patent Document 1). Further, a cable-type detection that detects the presence or absence of contact by the pressure-sensitive member (hereinafter, also referred to as “pressure-sensitive”) and the position sensed by the pressure-sensitive member (hereinafter, also referred to as “pressure-sensitive position”). The device is known (see, for example, Patent Document 2).
特許文献1に記載の検知装置は、復元性を有する中空絶縁体と、相互に電気的に非接触の状態を保持しつつ中空絶縁体の中空部の内面に沿って長手方向に配置された複数の電極線と、中空絶縁体の外周面に設けられ、電極線との間に静電容量を形成するとともに、接地との間に浮遊静電容量を形成可能な外側電極と、を備えている。
A plurality of detection devices described in
特許文献1に記載の検知装置によれば、通常時の静電容量と、この検知装置に人体等の静電容量部材が近接したときの静電容量とを比較することにより、検知装置への人体等の静電容量部材の近接の有無を検知する。
According to the detection device described in
また、特許文献2に記載の検知装置は、復元性ゴム又は復元性プラスチックからなる中空絶縁体と、絶縁体からなる線状体の外周に導電性ゴム又は導電性プラスチックからなる導電層が形成されてなり、相互に電気的に接触しない状態でもって中空絶縁体の内面に沿って配置された2本の線状抵抗体と、を備えている。
Further, in the detection device described in
特許文献2に記載の検知装置によれば、検知装置が感圧された部分で2本の線状抵抗体が短絡すると、電流値が変化し、それに伴って検出される抵抗値が変化することにより、感圧の有無及び感圧位置を検知する。
According to the detection device described in
そして、静電容量部材の近接の有無を検知する機能、及び感圧部材による感圧の有無及び感圧位置を検知する機能をともに備えた検知装置が求められている。 Further, there is a demand for a detection device having both a function of detecting the presence or absence of proximity of the capacitance member and a function of detecting the presence or absence of pressure sensitivity by the pressure sensitive member and the pressure sensitive position.
しかしながら、特許文献1に記載の近接の有無を検知する機能を有するケーブル式の検知装置に、特許文献2に記載の感圧の有無及び感圧位置を検知する機能を組み合わせて、近接の有無を検知する機能並びに感圧の有無及び感圧位置を検知する機能をともに備える1つのケーブル式の検知装置を構成しようとする場合、両機能を切り替えるためのスイッチを付け加える等の回路の大掛かりな改造が必要となり、回路の構造が複雑になって高コスト化を招聘する虞がある。
However, the presence / absence of proximity is determined by combining the cable-type detection device having the function of detecting the presence / absence of proximity described in
そこで、本発明は、回路を複雑化することなく、近接の有無の検知する機能、並びに感圧の有無及び感圧位置を検知する機能をともに備えることができる検知装置及び検知方法を提供する。 Therefore, the present invention provides a detection device and a detection method that can both have a function of detecting the presence or absence of proximity and a function of detecting the presence or absence of pressure and the pressure-sensitive position without complicating the circuit.
本発明は、上記課題を解決することを目的として、静電容量部材が近接したことによって静電容量値が変化する静電容量、及び感圧部材により感圧されたことによって抵抗値が変化する抵抗、を備えたセンサ部と、前記センサ部の前記静電容量値の変化及び前記抵抗値の変化を検出する検出部と、前記検出部により検出された前記静電容量値の変化及び前記抵抗値の変化に応じて、前記静電容量部材が近接したことと、前記感圧部材により感圧されたことと、を検知する検知部と、を備える、検知装置及び検知方法を提供する。 In the present invention, for the purpose of solving the above problems, the capacitance value changes when the capacitance members are close to each other, and the resistance value changes when the pressure-sensitive member is pressure-sensitive. A sensor unit provided with a resistor, a detection unit that detects a change in the capacitance value and a change in the resistance value of the sensor unit, and a change in the capacitance value and the resistance detected by the detection unit. Provided is a detection device and a detection method including a detection unit for detecting that the capacitance members are close to each other and that the pressure-sensitive members are pressure-sensitive according to a change in the value.
本発明に係る検知装置及び検知方法によれば、回路を複雑化することなく、感圧の有無及び感圧位置を検知する機能、並びに近接の有無の検知する機能をともに備えることができる。 According to the detection device and the detection method according to the present invention, it is possible to have both a function of detecting the presence / absence of pressure sensitivity and a pressure-sensitive position and a function of detecting the presence / absence of proximity without complicating the circuit.
[実施の形態]
(検知装置)
図1は、本発明の一実施の形態に係る検知装置を説明する図であり、(a)は、検知回路を含む検知装置の概略構成を説明するブロック図、(b)は、(a)に示すセンサ部(破線枠参照。)の一例を模式的に示す図である。図1(a)に示すように、本検知装置1は、検出回路2と、検出回路2に電気的に接続されたセンサ部3と、センサ部3を制御するマイコン4と、を備えている。
[Embodiment]
(Detection device)
FIG. 1 is a diagram illustrating a detection device according to an embodiment of the present invention, (a) is a block diagram illustrating a schematic configuration of a detection device including a detection circuit, and (b) is (a). It is a figure which shows typically an example of the sensor part (see a broken line frame) shown in. As shown in FIG. 1A, the
検出回路2は、センサ部3を駆動する駆動電圧を入力する汎用入出力(General-purpose Input/Output:GPIO)21と、GPIO21とセンサ部3との間に設けられ、センサ部3と直列に接続されている検出用抵抗22と、センサ部3と検出用抵抗22との間に接続されたアナログデジタル変換器(Analog to Digital Converter:ADC)23と、接地点(GND)24と、を備えている。
The
GPIO21には、例えば、方形波の交流電圧(図3の実線参照。)が駆動電圧として入力される。なお、駆動電圧は、必ずしも方形波のものに限られず、例えば、正弦波や三角形波でもよい。
For example, an AC voltage of a square wave (see the solid line in FIG. 3) is input to the
ADC23は、センサ部3の端子部(不図示)から得られる出力電圧を検出し、デジタルデータに変換する。好ましくは、このADC23は、10ビット以上のデジタル出力を有する。ADC23は、本発明の「電圧取得部」の一例である。
The
センサ部3は、例えば、ケーブル型のセンサコード3A(図2参照。)が該当する。センサコード3Aの詳細については、後述する。
The
図1(b)に示すように、センサ部3は、静電容量Cと抵抗Rtsとが検出用抵抗22に対して並列に接続した等価回路で表すことができる。静電容量Cは、人体がセンサ部3に近接したときに静電容量値が変化するようになっている。
As shown in FIG. 1 (b), the
具体的には、静電容量Cは、人体がセンサ部3に近接したときに静電容量値が増加するようになっている。人体がセンサ部3に近接したときの静電容量値と人体がセンサ部3に近接していないときの静電容量値とを比較することによって、人体がセンサ部3に近接したことを検知できるようになっている。
Specifically, the capacitance value of the capacitance C increases when the human body approaches the
抵抗Rtsは、感圧部材の一例としての人体が接触(以下、「感圧」ともいう。)したときに抵抗値が変化するとともに、センサ部3が人体により感圧された位置(以下、「感圧位置」ともいう。)に応じて抵抗値が定まるものである。つまり、抵抗Rtsは、抵抗値が変化することにより、人体によるセンサ部3の感圧の有無及び感圧位置を検知できるようになっている。
The resistance Rts changes the resistance value when the human body as an example of the pressure-sensitive member comes into contact with the pressure-sensitive member (hereinafter, also referred to as “pressure-sensitive”), and the
具体的には、抵抗Rtsは、センサ部3の端子部に近い位置が感圧されたとき、抵抗値が小さくなり、センサ部3の端子部に遠い位置が感圧されたとき、抵抗値が大きくなるようになっている。
Specifically, the resistance Rts has a resistance value that becomes smaller when a position near the terminal portion of the
マイコン4は、センサ部3の静電容量Cの静電容量値の変化、及び抵抗Rtsの抵抗値の変化を検出する検出部としての機能と、静電容量値の変化及び抵抗値の変化に応じて、静電容量部材が近接したことと、感圧部材により感圧されたことと、を検知する検知部としての機能と、を有する。マイコン4は、演算処理や制御処理を実行するCPU(Central Processing Unit)や、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等のメモリ部等を備えて構成される。
The
具体的には、マイコン4は、ADC23により得られた出力電圧のデジタルデータから特定の電圧を抽出する電圧抽出部41と、この電圧抽出部41により抽出された電圧を演算して特定の値を算出する算出部42と、近接の有無並びに感圧の有無及び感圧位置を判定する判定部43と、を備えている。
Specifically, the
電圧抽出部41は、ADC23により得られた出力電圧のデジタルデータから、極大値(以下、「山側ピーク」ともいう。)Vpを抽出する山側ピーク抽出部410と、極小値(以下、「谷底ピーク」ともいう。)Vnを抽出する谷底ピーク抽出部411と、を備えている。
The
なお、ADC23により得られた出力電圧のデジタルデータに周期性がある場合、山側ピーク抽出部410及び谷底ピーク抽出部411は、それぞれ、複数の極大値及び極小値を抽出してもよい。また、この場合、山側ピーク抽出部410及び谷底ピーク抽出部411は、それぞれ、複数の極大値の平均値、及び複数の極小値の平均値を求め、これら平均値を代表的な山側ピークVp及び谷底ピークVnとしてもよい。
When the digital data of the output voltage obtained by the
算出部42は、山側ピークVpと谷底ピークVnとの差分値Vdを算出する差分値算出部420と、山側ピークVpと谷底ピークVnとの加算値を算出する加算値算出部421と、を備える。
The
具体的には、差分値算出部420は、下式(1)
Vd=Vp-Vn ・・・(1)
に基づいて、差分値Vdを算出する。
Specifically, the difference
Vd = Vp-Vn ... (1)
The difference value Vd is calculated based on.
加算値算出部421は、山側ピークVpと谷底ピークVnとの加算値を算出する。また、加算値算出部421は、山側ピークVpと谷底ピークVnとの平均値Vcを算出してもよい。具体的には、加算値算出部421は、下式(2)
Vc=(Vp+Vn)/2 ・・・(2)
に基づいて、平均値Vcを算出する。
The addition
Vc = (Vp + Vn) / 2 ... (2)
The average value Vc is calculated based on.
ここで、図1(a)の等価回路図に示すように、人体がセンサ部3に近接すると、静電容量Cが大きくなることによって、差分値Vdが小さくなるようになっている。また、人体がセンサ部3に接触すると、Rtsが小さくなることによって、平均値Vcが小さくなるようになっている。換言すれば、図1(a)に示す検出回路2では、人体がセンサ部3に近接することに伴う静電容量値Cの変化、及び人体がセンサ部3に接触することに伴う抵抗値Rtsの変化に応じて、それぞれ差分値Vd及び平均値Vcが変化する。
Here, as shown in the equivalent circuit diagram of FIG. 1A, when the human body is close to the
判定部43は、かかる原理を用いて、静電容量値の変化C及び前記抵抗値Rtsの変化に応じて、センサ部3に静電容量部材が近接したことと、センサ部3が感圧部材により感圧されたことと、を検知する。判定部43は、センサ部3への静電容量部材の近接の有無を判定する近接判定部430と、センサ部3の感圧の有無を判定するとともに、感圧が検知された場合に感圧位置を判定して出力する感圧判定部431と、を備える。判定部43は、本発明のおける「検知部」の一例である。近接判定部430は、本発明における「近接検知部」の一例である。感圧判定部431は、本発明における「感圧検知部」の一例である。
Using this principle, the
近接判定部430は、上述した差分値Vdに基づいて、近接の有無を判定する。具体的には、近接判定部430は、差分値Vdが予め定められた第1の基準値を超える場合に、人体等の静電容量部材がセンサ部3に近接したと判定する。
The
感圧判定部431は、上述した平均値Vcに基づいて、感圧の有無及び感圧位置を判定する。具体的には、感圧判定部431は、センサ部3の特定の位置が感圧されているときに得られる平均値Vcが、予め定められた第2の基準値(例えば、センサ部3が感圧されていないときに得られる平均値Vcよりも僅かに小さい値としてよい。)よりも小さい場合に、センサ部3が感圧されたと判定する。
The pressure-
また、感圧判定部431は、センサ部3の特定の位置が感圧されているときに得られる平均値Vcとセンサ部3が感圧されていないときに得られる平均値Vcとの差に応じて、感圧位置を判定する。
Further, the pressure-
具体的には、感圧判定部431は、センサ部3の特定の位置が感圧されているときに得られる平均値Vcとセンサ部3が感圧されていないときに得られる平均値Vcとの差が大きいほど、センサ部3の端子部に近い位置が感圧されたと判定する。
Specifically, the pressure-
平均値Vcと感圧位置とは、直線的な相関関係を有している。従って、感圧判定部431は、予め検知装置1内(例えば、メモリ部)に記録された、平均値Vcと感圧位置とを関連付けた検量線(キャリブレーションデータ)に基づいて、平均値Vcに対応する感圧位置を判定する。
The mean value Vc and the pressure-sensitive position have a linear correlation. Therefore, the pressure-
(センサコード3Aの説明)
図2は、センサ部3の一例としてのセンサコード3Aの長手方向に垂直な断面を示す断面図である。図2に示すように、本実施の形態では、センサ部3として、ケーブル型のセンサコード3Aを用いる。このセンサコード3Aは、復元性を有する中空絶縁体32と、中空絶縁体32の内周面に沿って互いに電気的に非接触状態で配置されている2本の電極線33と、を備えている。
(Explanation of
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the
センサコード3Aは、例えば自動車のステアリングホイールに配置され、オーディオの操作スイッチや、エアコンの操作スイッチ、クルーズコントロールスイッチ等として用いられる。つまり、上記のセンサコード3Aを備える検知装置1は、例えば自動車のステアリング用スイッチ装置として用いられるものである。
The
センサコード3Aの中空絶縁体32は、復元性ゴム又は復元性プラスチックからなり、2本の電極線33を電気的に接触しない状態で螺旋状に保持固定すると共に、外力により容易に変形し、外力が無くなれば直ちに復元するものである。
The
中空絶縁体32に用いる復元性ゴムとしては、例えば、ウレタンゴム、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴムが挙げられる。また、中空絶縁体32に用いる復元性プラスチックとしては、例えば、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンエチルアクリレート共重合体、エチレンメチルメタクリレート共重合体、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、オレフィン系あるいはスチレン系の熱可塑性エラストマが挙げられる。さらに、ポリイミドやポリアミド等のエンジニアリングプラスチックについても、形状、厚さ、他の材料との積層を工夫することにより、復元性プラスチックとして使用可能である。ここでは、シリコーンゴムからなる中空絶縁体32を用いた。中空絶縁体32の外周には、中空絶縁体32を保護するためのシース36が設けられている。
Examples of the restoring rubber used for the
2本の電極線33はともに、最外層が導電性ゴム又は導電性プラスチックからなる導電層33aで形成されている。各導電層33aに用いる導電性ゴム又は導電性プラスチックとしては、中空絶縁体32に用いる復元性ゴム又は復元性プラスチックにカーボンブラック等の導電性充填剤を配合したものを用いることができる。ここでは、導電層33aとして、シリコーンゴムにカーボンブラックを配合したものを用いた。
In both of the two
導電層33aの硬度(ショアA硬度)は、20以上80以下とすることが望ましい。これは、導電層33aの硬度(ショアA硬度)が20未満と小さいと、導電層33aの機械的強度が低下し断線等の不具合が発生し易くなり、導電層33aの硬度が80(ショアA硬度)を超えて大きくなると、センサコード3A全体の柔軟性が低下してセンサコード3Aを押圧しにくくなるためである。
The hardness of the
本実施の形態では、2本の電極線33の一方は、所定の抵抗(例えば、1MΩ±100kΩ)を有する抵抗線331からなる。また、この抵抗線331は、単位長さ当たり一定値以上の抵抗(例えば、1kΩ/m以上)を有する。抵抗線331は、図1に示す等価回路における抵抗Rtsに対応するものである。
In the present embodiment, one of the two
本実施の形態では、2本の電極線33の端部間の抵抗値の変化によりセンサコード3Aが押圧された位置を検出する。2本の電極線33の少なくとも一方を単位長さ当たり一定値以上の抵抗を有する抵抗線331とすることで、センサコード3Aが押圧された位置に応じて2本の電極線33の端部間の抵抗値が変化することになり、この抵抗値の変化を基にセンサコード3Aが押圧された位置を検出することが可能になる。
In the present embodiment, the position where the
また、本実施の形態では、2本の電極線33の他方は、所定の値以下(例えば、0.1Ω/m以下)の抵抗を有する導電線332からなる。抵抗線331の抵抗(単位長さあたりの抵抗値)は、例えば、導電線332の抵抗(単位長さあたりの抵抗値)の10000倍以上である。
Further, in the present embodiment, the other of the two
本実施の形態では、抵抗線331は、エナメル線34の外周に導電層33aを形成してなり、導電線332の他方は、導体35の外周に導電層33aを形成してなる。
In the present embodiment, the
エナメル線34は、銅等からなる導体34aの外周にエナメル塗料を塗布、焼き付けして絶縁層34bを形成したものである。ここでは、単線のエナメル線34を用いたが、これに限らず、複数本(例えば7本)の細径のエナメル線34を撚り合わせ、その周囲に押出被覆により導電層33aを形成することで、抵抗線331を形成してもよい。抵抗線331では、エナメル線34の導体34aと導電層33aとは電気的に絶縁されている。
The
また、本実施の形態では、導電線332は、銅等からなる複数本(例えば7本)の素線を撚り合わせた導体35周囲に、押出被覆により導電層33aを形成してなる。導電線332では、導体35と導電層33aとが電気的に導通している。
Further, in the present embodiment, the
なお、2本の電極線33の具体的な構造はこれに限定されず、例えば、抵抗線331を導電層33aのみで構成してもよい。また、抵抗線331におけるエナメル線34に代えて、ガラス繊維、綿糸、カーボン繊維、その他ポリフェニレンサルファイド等のスーパーエンジニアリングプラスチック等の絶縁体からなる線状体を用いることも可能である。ただし、抵抗線331を導電層33aのみで構成した場合、導電層33aを構成する導電性ゴム又は導電性プラスチックの強度が低いために長尺化が困難となり、例えば長尺のセンサコード3Aを形成しておいて所望の長さに切り出すといったことが困難になり、量産性が低下するおそれがある。よって、長尺化を可能とし量産性を向上させる観点からは、エナメル線34や導体35や線状体等の芯材の周囲に導電層33aを設けた構成とすることが望ましいといえる。
The specific structure of the two
また、絶縁体からなる線状体を芯材として用いた場合には、線状体を用いた抵抗線331と、導体35を用いた導電線332の屈曲特性に差が生じ、センサコード3Aを曲げにくい方向が発生したり、センサコード3Aの長手方向において検出精度の差が生じたりするおそれがある。よって、一方の電極線33を導電線332とする場合には、他方の電極線33である抵抗線331の芯材としてエナメル線34を用い、2本の電極線33に屈曲特性の差が生じないようにすることがより望ましいといえる。
Further, when a linear body made of an insulator is used as the core material, there is a difference in bending characteristics between the
ところで、センサコード3Aをステアリングホイールに設ける場合、ドライバーがセンサコード3Aを手で触ったときの感触をよくするために、エナメル線34を細径化することが要求される場合がある。エナメル線34を細径化すると、製造時の荷重により破断し、センサコード3Aの製造が困難となる場合がある。
By the way, when the
そこで、センサコード3Aの感触が要求される上述のような場合には、芯材として弾力性があり高引張強度のテンションメンバを用いるとよい。テンションメンバとしては、例えば、ナイロンスリング等の樹脂製の材料からなるものを用いることができる。ナイロンスリング等の樹脂製の材料を用いることで、センサコード3Aの感触を向上させることができる。
Therefore, in the above-mentioned cases where the feel of the
2本の電極線33(抵抗線331及び導電線332)は、中空絶縁体32の内周面に沿って螺旋状に配置されている。例えばセンサコード3Aをステアリングホイールに配置する場合など、センサコード3Aを指で押圧する場合には、電極線33を螺旋状に巻き回す巻きピッチは、少なくとも10mm以下、より好ましくは5mm以下とされることが望ましい。なお、電極線33の巻きピッチとは、電極線33が周方向の任意の位置から中空絶縁体32の内面を1周して周方向の同じ位置に戻るまでの長手方向に沿った距離、すなわち周方向の任意の位置における任意の電極線33の長手方向に沿った間隔である。
The two electrode wires 33 (
センサコード3Aは、2本の電極線33と4本のダミー線とを撚り合わせ、その周囲に押出被覆により中空絶縁体32及びシース36を形成した後に、ダミー線を引き抜いて除去することで製造される。そのため、中空絶縁体32の内周面には、径方向内方に突出する突出部分(隣り合うダミー線の間の谷間部分に入り込んでいた部分)が螺旋状に残されている。なお、ダミー線の数は4本に限定されない。
The
(測定結果)
図3は、入出力された電圧の振幅と時間との関係を示す図である。発明者らは、上述した検出回路2と、センサ部3としてのセンサコード3Aと、を有する検知装置1を用いて、検出回路2にかかる電圧の測定を行った。電圧の測定には、オシロスコープを用いた。
(Measurement result)
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the amplitude of the input / output voltage and the time. The inventors measured the voltage applied to the
本測定では、サンプリングの周波数(以下、単に「サンプリング周波数」ともいう。)を5kHzの低周波とし、応答時間を0.2秒とした。つまり、一つの測定に対して平均1000回のサンプリングを行った。また、測定の感度を上げるために、センサコード3AをGND24から40mm離間した状態で測定した。
In this measurement, the sampling frequency (hereinafter, also simply referred to as “sampling frequency”) was set to a low frequency of 5 kHz, and the response time was set to 0.2 seconds. That is, an average of 1000 samplings were performed for one measurement. Further, in order to increase the measurement sensitivity, the
図3は、上記の0.2秒の応答時間のうちの一部(-0.0005秒~+0.0005秒に亘る0.002秒の範囲)を抜き出して例示的に示したオシロスコープ波形である。図3の実線は、GPIO21からセンサ部3に入力される駆動電圧としての方形波の振幅の時間変化を示し、破線は、ADC23から出力された電圧の振幅の時間変化を示している。
FIG. 3 is an oscilloscope waveform exemplified by extracting a part of the above 0.2 second response time (range of 0.002 seconds over −0.0005 seconds to +0.0005 seconds). .. The solid line in FIG. 3 shows the time change of the amplitude of the square wave as the drive voltage input from the
図3に示すように、GPIO21から入力される駆動電圧の波形は、矩形状の波が周期的に並ぶ形状を有し、ADC23から出力された電圧の波形は、略三角形状の波が周期的に並ぶ形状を有している。
As shown in FIG. 3, the waveform of the drive voltage input from the
サンプリング回数は、1000回以上とすることが好ましい。近接の有無の検知、並びに感圧の有無及び感圧位置の検知にとって必要となる信号値に対するノイズを一定以下にするため、すなわち、S/N比を一定以上にするためである。 The number of samplings is preferably 1000 or more. This is to keep the noise for the signal value required for detecting the presence or absence of proximity and the detection of the presence or absence of pressure and the pressure-sensitive position below a certain level, that is, to keep the S / N ratio above a certain level.
また、サンプリング周波数は、1以上1000以下kHzとすることが好ましい。S/N比を一定以上に保ったままサンプリング周波数を1kHzよりも小さくする場合、応答時間を長くする必要が生じ、その結果、測定時間を長くしてしまう虞があるためである。また、サンプリング周波数を1000kHzよりも大きくする場合、不要放射(Electro-Magnetic Compatibility:EMC)の発生を増大さてしまう虞があるためである。 The sampling frequency is preferably 1 or more and 1000 or less kHz. This is because when the sampling frequency is made smaller than 1 kHz while the S / N ratio is kept above a certain level, it becomes necessary to lengthen the response time, and as a result, the measurement time may be lengthened. Further, when the sampling frequency is made larger than 1000 kHz, there is a possibility that the generation of unnecessary radiation (Electro-Magnetic Compatibility: EMC) may be increased.
(1)近接の有無の検知
図4は、センサコード3Aに手の平を近接させたときと近接させていないときとにおける出力電圧を比較して示す図である。この測定は、人体の一例として手の平をセンサコード3Aに近接させて行ったものである。図4の実線は、センサコード3Aに手の平を近接させていないときに得られる電圧(以下、「基波形」ともいう。)を示し、破線は、センサコード3Aに手の平を近接させたときに得られる電圧を示している。
(1) Detection of presence / absence of proximity FIG. 4 is a diagram showing a comparison of output voltages when the palm is brought close to the
また、点線は、谷底ピークVnを示し、一点鎖線は、基波形における山側ピークVpを示し、二点鎖線は、センサコード3Aに手の平を近接させたときに得られる出力電圧の山側ピークVpを示している。なお、谷底ピークVnは、基波形、及びセンサコード3Aに手の平を近接させたときに得られる出力電圧間で略同一の値であったため、両者間で共通しているものとする。
The dotted line indicates the valley bottom peak Vn, the alternate long and short dash line indicates the mountain side peak Vp in the base waveform, and the two-dot chain line indicates the mountain side peak Vp of the output voltage obtained when the palm is brought close to the
図4に示すように、センサコード3Aに手の平を近接させると、出力電圧[V]は、センサコード3Aに手の平を近接させていないときと比較して、山側ピークVpが約0.1V程度大きくなっている。この結果、山側ピークVpと谷底ピークVnとの差分値Vdは、センサコード3Aに手の平を近接させていないときと比較して、約0.1V程度大きくなっている。
As shown in FIG. 4, when the palm is brought close to the
センサコード3Aに手の平を近接させると、図1に示す等価回路における静電容量Cの静電容量値が大きくなるためである。なお、両者の差である0.1Vは、上述した、近接判定部430が人体等の静電容量部材がセンサ部3に近接したと判定するための第1の基準値の一例である。
This is because when the palm is brought close to the
なお、本測定では、センサコード3Aに近接させる静電容量部材として手の平を用いたが、指でもよい。センサコード3Aに指を近接させる場合、指1本ごとに山側ピークVpが約0.05V上昇する。この場合、第1の基準値は、0.05Vとしてよい。
In this measurement, the palm is used as the capacitance member close to the
(2)感圧の有無及び感圧位置の検知
図5は、センサコード3Aが感圧されたときに得られる出力電圧を感圧位置間で比較して示した図である。本測定では、感圧部材として人体でセンサコード3Aの所定の位置を感圧して測定した。図5の太い実線は、基波形、すなわち、センサコード3Aを感圧していないときに得られる出力電圧[V]を示し、太い破線は、端子部から100mm離れた位置で感圧されたときに得られる出力電圧[V]を示し、太い一点鎖線は、端子部から600mm離れた位置で感圧されたときに得られる出力電圧[V]を示し、太い二点鎖線は、端子部から1200mm離れた位置で感圧されたときに得られる出力電圧[V]を示す。
(2) Presence / absence of pressure sensitivity and detection of pressure-sensitive position FIG. 5 is a diagram showing a comparison of output voltages obtained when the
また、細線は、それぞれ、対応する出力電圧の、この時間(-0.0005秒~+0.0005秒の間)における平均値を示す。具体的には、細い実線は、基波形の平均値Vcを示し、細い破線は、端子部から100mm離れた位置で感圧されたときに得られる出力電圧[V]の平均値Vcを示し、細い一点鎖線は、端子部から600mm離れた位置で感圧されたときに得られる出力電圧[V]の平均値Vcを示し、細い二点鎖線は、端子部から1200mm離れた位置で感圧されたときに得られる出力電圧[V]の平均値Vcを示す。 Further, each thin line indicates the average value of the corresponding output voltage during this time (between −0.0005 seconds and +0.0005 seconds). Specifically, the thin solid line indicates the average value Vc of the basic waveform, and the thin broken line indicates the average value Vc of the output voltage [V] obtained when the voltage is sensitive at a position 100 mm away from the terminal portion. The thin alternate long and short dash line indicates the average value Vc of the output voltage [V] obtained when the voltage is sensitive at a position 600 mm away from the terminal portion, and the thin alternate long and short dash line is pressure-sensitive at a position 1200 mm away from the terminal portion. The average value Vc of the output voltage [V] obtained at the time is shown.
図5に示すように、感圧位置が端子部から近づくに連れて、出力電圧の山側ピークVpは、小さくなっている。よって、感圧位置が端子部から近づくに連れて、出力電圧の平均値Vcが小さくなっている。 As shown in FIG. 5, the peak Vp on the mountain side of the output voltage becomes smaller as the pressure-sensitive position approaches from the terminal portion. Therefore, as the pressure-sensitive position approaches from the terminal portion, the average value Vc of the output voltage becomes smaller.
具体的には、端子部からの距離が1200mm、600mm、及び100mmの順に、出力電圧の平均値Vcが約1.4V、約1.08V、約0.25Vの順に小さくなっている。また、基波形の平均値Vcは、約1.55Vであり、端子部から1200mm離れた位置で感圧されたときの平均値Vcよりも大きくなっている。 Specifically, the average value Vc of the output voltage decreases in the order of 1200 mm, 600 mm, and 100 mm from the terminal portion, and the average value Vc of the output voltage decreases in the order of about 1.4 V, about 1.08 V, and about 0.25 V. Further, the average value Vc of the basic waveform is about 1.55 V, which is larger than the average value Vc when pressure is sensed at a position 1200 mm away from the terminal portion.
上述したように、端子部から近い位置を感圧すると、図1に示す等価回路における抵抗Rtsの抵抗値が小さくなるとともに、端子部から遠い位置を感圧すると、図1に示す等価回路における抵抗Rtsの抵抗値が大きくなるためである。 As described above, when the pressure is sensitive to the position near the terminal portion, the resistance value of the resistance Rts in the equivalent circuit shown in FIG. 1 becomes smaller, and when the pressure is sensitive to the position far from the terminal portion, the resistance in the equivalent circuit shown in FIG. This is because the resistance value of Rts becomes large.
(検知方法)
図6は、本発明の一実施の形態に係る検知方法を示すフローチャートである。この検知方法は、1つのケーブル型の検知装置1において、感圧の有無及び感圧位置の検知、並びに近接の有無の検知を行う方法に関するものである。主として、この方法は、上述した検知装置1により実現される。
(Detection method)
FIG. 6 is a flowchart showing a detection method according to an embodiment of the present invention. This detection method relates to a method of detecting the presence / absence of pressure sensitivity, the pressure-sensitive position, and the presence / absence of proximity in one cable-
GPIO21は、例えば、方形波等の交流電圧を駆動電圧として入力する(S1)。次に、ADC23は、静電容量C及び抵抗Rtsを含んで構成されたセンサ部3の端子部から出力電圧を検出し(S2)、デジタルデータに変換する。
The
次に、山側ピーク抽出部410は、出力電圧から山側ピークVpを抽出し(S3)、谷底ピーク抽出部411は、出力電圧から谷底ピークVnを抽出する(S4)。
Next, the mountain side
次に、差分値算出部420は、山側ピークVpと谷底ピークVnとの差分値Vdを算出し(S5)、加算値算出部421は、山側ピークVp及び谷底ピークVnの平均値Vc(加算値でもよい。)を算出する(S6)。
Next, the difference
次に、近接判定部430は、差分値Vdに応じてセンサ部3への静電容量部材の近接の有無を判定する。具体的には、近接判定部430は、差分値Vdが予め定められた第1の基準値(例えば、0.1V)を超えるか否かを判定し(S7)、差分値Vdが予め定められた基準値を超える場合(S7:Yes)、センサ部3に静電容量部材が近接したと判定する(S8)。
Next, the
また、感圧判定部431は、平均値Vcに応じて感圧部材によってセンサ部3が感圧されたか否かを判定する。具体的には、感圧判定部431は、平均値Vcが予め定められた第2の基準値よりも小さいか否かを判定する(S9)。感圧判定部431は、平均値Vcが予め定められた第2の基準値よりも小さい場合(S9:Yes)、センサ部3が感圧されたと判定する(S10)。
Further, the pressure-
また、感圧が検知された場合(S10:Yes)、感圧判定部431は、平均値Vcに応じて感圧位置を判定して出力する(S11)。
When pressure-sensitive is detected (S10: Yes), the pressure-
なお、ステップS3及びS4の順序は、この順に限られず、ステップS3とS4とは互いに入れ替えてもよい。また、ステップS5及びS6の順序は、この順に限られず、ステップS5とS6とは互いに入れ替えてもよい。また、近接判定部430による近接の判定に係るステップS7及びS8と、感圧判定部431による感圧の判定に係るステップS9乃至S11とは、互いに入れ替えてもよい。
The order of steps S3 and S4 is not limited to this order, and steps S3 and S4 may be interchanged with each other. Further, the order of steps S5 and S6 is not limited to this order, and steps S5 and S6 may be interchanged with each other. Further, steps S7 and S8 related to the proximity determination by the
<変形例1>
図7は、検出回路2の一変形例に係る差動電圧検出回路の構成を示すブロック図である。上述した実施の形態では、検知装置1を低コストで汎用性の高い回路構成で実現するために、制御部としてマイコン4を備えた構成を例に挙げて説明したが、制御部は必ずしもマイコン4に限定されるものではない。
<
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a differential voltage detection circuit according to a modification of the
例えば、検知装置1は、マイコン4に代えて、図7に示すような差動電圧検出回路5を備えてもよい。差動電圧検出回路5は、例えば、出力電圧の山側ピークVpを検出する山側ピーク検出部分回路510、出力電圧の谷底ピークVnを検出する谷底ピーク検出部分回路511、山側ピークVp及び谷底ピークVnを両者の差分値Vdに変換して出力する差分電圧変換部分回路520、及び山側ピークVp及び谷底ピークVnから両者の加算値や平均値Vcを求める同相電圧部分回路521を含んで構成される。
For example, the
すなわち、山側ピークVp、谷底ピークVn、差分値Vd及び平均値Vcの導出は、必ずしもマイコン4のCPU(Central Processing Unit)の演算処理によって行われなくてもよく、図7に示すような差動電圧検出回路5に組み込まれた回路によって行ってもよい。
That is, the derivation of the peak Vp on the mountain side, the peak Vn at the bottom of the valley, the difference value Vd, and the average value Vc does not necessarily have to be performed by the arithmetic processing of the CPU (Central Processing Unit) of the
<変形例2>
差分値Vdの値が小さい場合であっても近接の有無の検知の感度を検知できるようにするために、すなわち、近接の有無の検知の感度を上げるために、検出回路2は、差分値Vdの信号値を増幅させる増幅器(不図示)をさらに備えてもよい。増幅器は、公知の技術を用いてよい。
<
In order to be able to detect the sensitivity of detecting the presence or absence of proximity even when the value of the difference value Vd is small, that is, to increase the sensitivity of detecting the presence or absence of proximity, the
(実施の形態の作用及び効果)
以上説明した実施の形態及び各変形例によれば、以下のような作用及び効果が得られる。すなわち、上述した検知装置1によれば、方形波等の交流電圧で駆動し、出力電圧の山側ピークVp及び谷底ピークVnを導出し、山側ピークVpと谷底ピークVnとの差分値Vdに応じて近接の有無を検知するとともに、山側ピークVpと谷底ピークVnとの平均値Vcに応じて感圧の有無及び感圧位置を検知する。このため、回路を複雑化することなく、近接の有無の検知する機能、並びに感圧の有無及び感圧位置を検知する機能の両機能を実現することができる。
(Actions and effects of embodiments)
According to the embodiment described above and each modification, the following actions and effects can be obtained. That is, according to the above-mentioned
(実施の形態のまとめ)
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。
(Summary of embodiments)
Next, the technical idea grasped from the embodiment described above will be described with reference to the reference numerals and the like in the embodiment. However, each reference numeral in the following description is not limited to the member or the like in which the components in the claims are specifically shown in the embodiment.
[1]静電容量部材が近接したことによって静電容量値が変化する静電容量(C)、及び感圧部材により感圧されたことによって抵抗値が変化する抵抗(Rts)、を有するセンサ部(3)と、
前記センサ部(3)の前記静電容量値の変化及び前記抵抗値の変化を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記静電容量値の変化及び前記抵抗値の変化に応じて、前記静電容量部材が近接したことと、前記感圧部材により感圧されたことと、を検知する検知部と、
を備える、検知装置(1)。
[2]前記検出部は、前記センサ部から出力された電圧から山側ピークと谷底ピークとを抽出する電圧抽出部(41)を備え、
前記検知部は、前記山側ピークから前記谷底ピークを引いた差分値に応じて前記静電容量部材が近接したことを検知する近接検知部と、
抽出された前記山側ピーク及び前記谷底ピークを加算した加算値に応じて前記感圧部材が感圧したことを検知する感圧検知部と、を備える、
前記[1]に記載の検知装置(1)。
[3]前記抵抗は、前記感圧部材が感圧した位置に応じて前記抵抗値が定まり、
前記感圧検知部は、前記抵抗値に応じて前記感圧部材が前記センサ部に接触した位置を検知する、
前記[2]に記載の検知装置(1)。
[4]前記センサ部と直列に接続された検出用抵抗(22)をさらに備える、
前記[1]乃至[3]のいずれか1つに記載の検知装置(1)。
[5]前記静電容量及び抵抗は、前記検出用抵抗(22)に対して並列に接続されている、
前記[4]に記載の検知装置(1)。
[6]前記検出部は、前記センサ部(3)から出力された電圧を検出する電圧取得部をさらに備え、
前記電圧取得部は、10bit以上の分解能を有する、
前記[1]乃至[5]のいずれか1つに記載の検知装置(1)。
[7]前記電圧取得部は、1kHz以上1000kHz以下のサンプリング周波数で前記センサ部から出力された電圧のサンプリングを行う、
前記[6]に記載の検知装置(1)。
[8]静電容量部材が近接したことによって静電容量値が変化する静電容量、及び感圧部材により感圧されたことによって抵抗値が変化する抵抗、を有するセンサ部の前記静電容量値の変化及び前記抵抗値の変化を検出し、
前記検出部により検出された前記静電容量値の変化及び前記抵抗値の変化に応じて、前記静電容量部材が近接したことと、前記感圧部材により感圧されたことと、を検知する、
検知方法。
[1] A sensor having a capacitance (C) in which the capacitance value changes due to the proximity of the capacitance members and a resistance (Rts) in which the resistance value changes due to being pressure-sensitive by the pressure-sensitive member. Part (3) and
A detection unit that detects a change in the capacitance value and a change in the resistance value of the sensor unit (3).
In response to the change in the capacitance value and the change in the resistance value detected by the detection unit, it is detected that the capacitance member is in close proximity and that the pressure-sensitive member is pressure-sensitive. With the detector
The detection device (1).
[2] The detection unit includes a voltage extraction unit (41) that extracts a peak on the mountain side and a peak on the valley bottom from the voltage output from the sensor unit.
The detection unit includes a proximity detection unit that detects that the capacitance member is close to each other according to a difference value obtained by subtracting the valley bottom peak from the mountain side peak.
A pressure-sensitive detection unit for detecting that the pressure-sensitive member is pressure-sensitive according to an added value obtained by adding the extracted peaks on the mountain side and the peaks on the valley bottom is provided.
The detection device (1) according to the above [1].
[3] The resistance value of the resistance is determined according to the position where the pressure-sensitive member is pressure-sensitive.
The pressure-sensitive detection unit detects a position where the pressure-sensitive member comes into contact with the sensor unit according to the resistance value.
The detection device (1) according to the above [2].
[4] Further provided with a detection resistor (22) connected in series with the sensor unit.
The detection device (1) according to any one of the above [1] to [3].
[5] The capacitance and the resistance are connected in parallel with the detection resistance (22).
The detection device (1) according to the above [4].
[6] The detection unit further includes a voltage acquisition unit that detects the voltage output from the sensor unit (3).
The voltage acquisition unit has a resolution of 10 bits or more.
The detection device (1) according to any one of the above [1] to [5].
[7] The voltage acquisition unit samples the voltage output from the sensor unit at a sampling frequency of 1 kHz or more and 1000 kHz or less.
The detection device (1) according to the above [6].
[8] The capacitance of the sensor unit having a capacitance whose capacitance value changes due to the proximity of the capacitance members and a resistance whose resistance value changes due to being pressure-sensitive by the pressure-sensitive member. Detects changes in the value and changes in the resistance value,
In response to the change in the capacitance value and the change in the resistance value detected by the detection unit, it is detected that the capacitance member is in close proximity and that the pressure-sensitive member is pressure-sensitive. ,
Detection method.
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments described above do not limit the invention according to the claims. It should also be noted that not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means for solving the problems of the invention.
1…検知装置
2…検出回路
21…汎用入出力(GIPO)
22…検出用抵抗
23…ADC
24…GND
3…センサ部
3A…センサコード
32…中空絶縁体
33…電極線
33a…導電層
331…抵抗線
332…導電線
34…エナメル線
34a…導体
34b…絶縁層
35…導体
36…シース
4…マイコン
41…電圧抽出部
410…山側ピーク抽出部
411…谷底ピーク抽出部
42…算出部
420…差分値算出部
421…加算値算出部
43…判定部
430…近接判定部
431…感圧判定部
5…差動電圧検出回路
510…山側ピーク検出部分回路
511…谷底ピーク検出部分回路
520…差分電圧変換部分回路
521…同相電圧部分回路
1 ...
22 ...
24 ... GND
3 ...
Claims (8)
前記センサ部の前記静電容量値の変化及び前記抵抗値の変化を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記静電容量値の変化及び前記抵抗値の変化に応じて、前記静電容量部材が近接したことと、前記感圧部材により感圧されたことと、を検知する検知部と、
を備える、検知装置。 A sensor unit having a capacitance whose capacitance value changes due to the proximity of the capacitance member and a resistance whose resistance value changes due to being pressure-sensitive by the pressure-sensitive member.
A detection unit that detects changes in the capacitance value and changes in the resistance value of the sensor unit, and
In response to the change in the capacitance value and the change in the resistance value detected by the detection unit, it is detected that the capacitance member is in close proximity and that the pressure-sensitive member is pressure-sensitive. With the detector
A detection device.
前記検知部は、前記山側ピークから前記谷底ピークを引いた差分値に応じて前記静電容量部材が近接したことを検知する近接検知部と、
抽出された前記山側ピーク及び前記谷底ピークを加算した加算値に応じて前記感圧部材が感圧したことを検知する感圧検知部と、を備える、
請求項1に記載の検知装置。 The detection unit includes a voltage extraction unit that extracts peaks on the mountain side and peaks on the valley floor from the voltage output from the sensor unit.
The detection unit includes a proximity detection unit that detects that the capacitance member is close to each other according to a difference value obtained by subtracting the valley bottom peak from the mountain side peak.
A pressure-sensitive detection unit for detecting that the pressure-sensitive member is pressure-sensitive according to an added value obtained by adding the extracted peaks on the mountain side and the peaks on the valley bottom is provided.
The detection device according to claim 1.
前記感圧検知部は、前記抵抗値に応じて前記感圧部材が前記センサ部に接触した位置を検知する、
請求項2に記載の検知装置。 The resistance value of the resistance is determined according to the position where the pressure-sensitive member is pressure-sensitive.
The pressure-sensitive detection unit detects a position where the pressure-sensitive member comes into contact with the sensor unit according to the resistance value.
The detection device according to claim 2.
請求項1乃至3のいずれか1項に記載の検知装置。 Further provided with a detection resistor connected in series with the sensor unit.
The detection device according to any one of claims 1 to 3.
請求項4に記載の検知装置。 The capacitance and resistance are connected in parallel to the detection resistance.
The detection device according to claim 4.
前記電圧取得部は、10bit以上の分解能を有する、
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の検知装置。 The detection unit further includes a voltage acquisition unit that detects the voltage output from the sensor unit.
The voltage acquisition unit has a resolution of 10 bits or more.
The detection device according to any one of claims 1 to 5.
請求項6に記載の検知装置。 The voltage acquisition unit samples the voltage output from the sensor unit at a sampling frequency of 1 kHz or more and 1000 kHz or less.
The detection device according to claim 6.
前記検出部により検出された前記静電容量値の変化及び前記抵抗値の変化に応じて、前記静電容量部材が近接したことと、前記感圧部材により感圧されたことと、を検知する、
検知方法。 The change in the capacitance value of the sensor unit having a capacitance in which the capacitance value changes due to the proximity of the capacitance members and a resistance in which the resistance value changes due to being pressure-sensitive by the pressure-sensitive member. And the change in the resistance value is detected,
In response to the change in the capacitance value and the change in the resistance value detected by the detection unit, it is detected that the capacitance member is in close proximity and that the pressure-sensitive member is pressure-sensitive. ,
Detection method.
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