WO2010050607A1 - 静電容量型センサ - Google Patents

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WO2010050607A1
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sensor
electrodes
guard
potential
detection
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Inventor
佑一郎 山口
孝一 市原
良平 桜井
Original Assignee
株式会社フジクラ
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Definitions

  • the present invention relates to a capacitance type sensor that detects a capacitance between a detection target and a detection target existing in a detection region, and particularly to a capacitance type that can detect the position of a detection target in the detection region with high accuracy. It relates to sensors.
  • the headrest driving device disclosed in the following Patent Document 1 is separated from the inside of the supporting means for movably supporting the headrest, the driving means for reciprocating the headrest, and the portion of the headrest outer cover that supports the head.
  • a position control means for controlling a drive means for driving the actuator to move.
  • the headrest is controlled by the position control means so that the head is positioned at the center of the plurality of detection electrodes, in other words, the headrest moves following the movement of the head. It is driven by the driving means and automatically adjusts the position of the headrest.
  • the apparatus for adjusting the headrest disclosed in the following Patent Document 2 is configured to have a sensor including two capacitor plates arranged in the headrest for detecting the head position of the occupant. These two capacitor plates are arranged one above the other in the headrest.
  • the height position of the headrest is adjusted to change starting from the fixed position where the headrest is retracted. To be.
  • the headrest adjusting device disclosed in Patent Document 3 below includes a headrest disposed on an upper portion of a seat back (backrest portion) so that the headrest can be moved up and down by driving a motor, and a head position of a seated person (occupant) And a CPU that adjusts the height of the headrest according to the position of the head of the seated person based on a signal from the head detection sensor.
  • the headrest adjusting device when the CPU detects the electrical conduction of the ignition switch, the seating sensor detects that there is a seating, and the seatbelt buckle switch detects that the seatbelt of the vehicle is mounted In addition, the headrest adjustment operation is started.
  • a plurality of sensor electrodes with a constant electrode interval are inserted into a resin, and a sensor electrode unit is formed by insert molding.
  • This sensor electrode unit has a hollow rectangular cross section and is provided with a sensor electrode on at least one side thereof, thereby maintaining detection performance and improving the degree of freedom of attachment.
  • the position of the headrest is adjusted by the capacitance between the headrest and the ceiling of the vehicle.
  • the capacitance between the head and the detection electrode is measured by two or three capacitor plates and used for position adjustment. It is said that.
  • the headrest position adjusting device disclosed in Patent Document 3 described above the headrest position is adjusted based on the adjustment result of each part of the seat. Furthermore, in the object detection device disclosed in Patent Literature 4 described above, for example, when the centers of a plurality of sensor electrodes and the centers of detection objects are facing each other, each sensor electrode stably stabilizes the object. It is supposed to detect the electric capacity.
  • the conventional device it is necessary to detect an object by comparing the output balance of the sensor and the output peak of each detection electrode.
  • a detection method for example, depending on the position where a plurality of detection electrodes are arranged.
  • the initial capacitance of the detection electrode that is, the capacitance value in the state where the detection target does not exist
  • the detection sensitivity differ greatly.
  • FIG. 10 shows a sample configuration for an experiment conducted by the present applicant
  • FIG. 11 shows a result of the experiment.
  • a sensor unit 102 in which a plurality of sensor electrodes 102a to 102e are formed on a substrate 102f is arranged on a pedestal 101 made of, for example, polystyrene foam.
  • a flat plate 104 to which a ground (GND) potential was applied in the direction of the white arrow in FIG. 10 was placed on the sensor unit 102 with a plate member 103 made of foamed polystyrene having a predetermined thickness L interposed therebetween.
  • GND ground
  • each of the distances L relative to the distance L between the sensor unit 102 and the flat plate 104 is determined.
  • the output (V) (see FIG. 11A) of the sensor electrodes 102a to 102e and the output change amount (V) with respect to the change in the distance L (see FIG. 11B) were measured.
  • the vertical axis of the graph represents the sensor output (V)
  • the horizontal axis represents the electrode numbers assigned to the sensor electrodes 102a to 102e (for example, the electrode numbers 1 to 102 in order from the sensor electrodes 102a to 102e). 5 is attached).
  • the vertical axis of the graph in FIG. 11B represents the sensor output (V)
  • the horizontal axis represents the movement distance (mm).
  • the sensor electrode 102a (electrode number 1) is measured.
  • the sensor output (V) of the sensor electrode 102e (electrode number 5) was the largest. In other words, the output of the electrode arranged on the outermost side in the arrangement direction (parallel direction) of the sensor electrodes 102a to 102e was the largest.
  • this trajectory difference is a difference in output change amount.
  • the point group of each sensor output at a place where the change amount ⁇ L is 20 mm to 40 mm is within a range having a variation of about 100 mV. I understood that.
  • the distance between the detection target and the sensor unit 102 may be accurately determined depending on the various detection methods as described above. May be difficult to measure.
  • the present invention has been made in view of the above points, and it is possible to accurately measure the distance between the detection target and the sensor by reducing the difference in the output change amount of the sensor or the difference in the initial capacity.
  • An object of the present invention is to provide a capacitance type sensor that can detect a detection target with high accuracy.
  • a capacitance type sensor is a capacitance type sensor that detects a capacitance between a detection target in a detection region and includes a plurality of sensor electrodes arranged on a substrate. An electrode group, and at least a pair of guard electrodes formed so as to sandwich the sensor electrode group between at least a part of the periphery of the sensor electrode group.
  • the capacitance type sensor of the present invention By configuring the capacitance type sensor of the present invention as described above, the difference in output change of the sensor and the difference in initial capacitance due to the difference in the arrangement position of the plurality of sensor electrodes constituting the sensor electrode group can be reduced. Thus, the distance between the detection object and the sensor can be accurately measured, and the detection object can be detected with high accuracy.
  • the plurality of sensor electrodes constituting the sensor electrode group are driven by, for example, a sensor potential or a guard potential equivalent to the sensor potential, respectively, and the at least one pair of guard electrodes are driven by the guard potential.
  • the capacitance-type sensor preferably further includes a detection circuit that detects a capacitance value of the detection target based on outputs from the plurality of sensor electrodes, and the detection circuit includes, for example, the plurality of detection circuits.
  • Switching means for switching the sensor potential or the guard potential to be applied to the sensor electrode, and applying the sensor potential or the guard potential to the plurality of sensor electrodes via the switching means, and the guard to the at least one pair of guard electrodes
  • Detection means for applying a potential and detecting a capacitance value detected by each sensor electrode. For example, when the sensor potential is applied to one of the plurality of sensor electrodes constituting the sensor electrode group, the switching unit performs switching so that the guard potential is applied to the other sensor electrode. .
  • the plurality of sensor electrodes constituting the sensor electrode group are, for example, formed in a rectangular strip shape and arranged on the substrate in a state of being arranged in parallel along the short direction.
  • the at least one pair of guard electrodes are arranged on both outer sides in the juxtaposition direction of the plurality of sensor electrodes.
  • the plurality of sensor electrodes constituting the sensor electrode group are formed, for example, in a rectangular strip shape, and a part thereof is arranged in parallel along the short direction, and the other is in a direction intersecting the short side direction. It arrange
  • the guard electrodes are respectively disposed on both outer sides of the plurality of sensor electrodes in the juxtaposed direction and on both outer sides in the other juxtaposed direction.
  • the detection means may sequentially detect, for example, electrostatic capacitance values from the plurality of sensor electrodes from one side to the other side in the parallel arrangement direction.
  • the detection means may detect, for example, the capacitance values from the plurality of sensor electrodes in the order of electrode numbers assigned to the sensor electrodes.
  • the detection means may detect the surface shape of the detection object based on capacitance values from the plurality of sensor electrodes.
  • a sensor electrode group in which at least three sensor electrodes are arranged in parallel along the direction of scanning the surface shape of the detection target and a pair of guard electrodes provided on both outer sides of the sensor electrodes in the arrangement direction are provided.
  • the sensor electrode group preferably includes a plurality of sensor electrodes arranged in parallel over at least half of the entire length of the detection target.
  • the present invention it is possible to accurately measure the distance between the object to be detected and the sensor by reducing the difference in the output change amount of the sensor, the difference in the initial capacity, etc., and to detect the object to be detected with high accuracy. can do.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining an example of an electrode structure of a capacitive sensor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram showing an example of the overall configuration of the capacitive sensor
  • 3 is a block diagram showing a configuration example of a sensor IC of the capacitance type sensor
  • FIG. 4 is an operation waveform diagram showing an example of an operation waveform of the sensor IC of the capacitance type sensor.
  • a capacitive sensor As shown in FIG. 1, a capacitive sensor according to an embodiment of the present invention is formed, for example, in a rectangular strip shape on a substrate (not shown) along its short direction (direction intersecting the longitudinal direction).
  • a sensor electrode group 6 composed of a plurality of sensor electrodes 1 to 5 arranged in parallel with each other, and the sensor electrode group 6 is sandwiched between at least a part of the periphery of the sensor electrode group 6 (that is, the sensor here)
  • the sensor electrodes 1 to 5 in the sensor electrode group 6 are arranged on the outermost side of the sensor electrodes 1 to 5 in the electrode group 6 (for example, further outside the sensor electrodes 1 and 5).
  • a pair of (a set of) guard electrodes 28a and 28b are formed so as to be in a non-contact state.
  • This capacitance type sensor detects the capacitance between the sensor electrodes 1 to 5 arranged in this way constituting the sensor electrode group 6 and the detection target existing in the detection region.
  • Each of the sensor electrodes 1 to 5 is driven by being given a predetermined sensor potential or a guard potential equivalent to the sensor potential, and a guard potential is always given to each of the guard electrodes 28a and 28b.
  • the sensor electrodes 1 to 5 and the guard electrodes 28a and 28b are formed and arranged on a substrate made of, for example, a flexible printed board, a rigid board, or a rigid flexible board.
  • the sensor electrodes 1 to 5 and the guard electrodes 28a and 28b are formed on a substrate made of an insulator such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyimide (PI), polyamide (PA) or glass epoxy resin. It is made of a conductive material such as copper, copper alloy, or aluminum patterned on the substrate, or a conductive material such as a simple electric wire disposed on the substrate.
  • electrode numbers 1 to 5 are assigned to the sensor electrodes 1 to 5 constituting the sensor electrode group 6, respectively. Although five sensor electrodes 1 to 5 are provided here, for example, five or more sensor electrodes may be provided.
  • the guard electrodes 28a and 28b are disposed on the same substrate as the substrate on which the sensor electrode group 6 is disposed. In this case, the guard electrodes 28a and 28b may be provided either on the same side as the surface on which the sensor electrode group 6 is disposed or on the opposite side. For example, the guard electrodes 28a and 28b may be provided via an insulating material. You may arrange
  • each of the sensor electrodes 1 to 5 constituting the sensor electrode group 6 is a detection circuit that detects the capacitance value of the detection object based on the outputs from the sensor electrodes 1 to 5. It is connected.
  • the detection circuit switches the sensor potential or guard potential to be applied to each sensor electrode 1 to 5, and applies the sensor potential or guard potential to each sensor electrode 1 to 5 via this switching circuit 20.
  • a sensor IC 21 for detecting the electrostatic capacitance value detected by .about.5.
  • the sensor IC 21 always supplies a guard potential to the guard electrodes 28a and 28b.
  • the detection circuit includes an ECU (Electronic Control Unit) 22 that controls the switching circuit 20 based on the output from the sensor IC 21 and performs various processes based on the output.
  • the switching circuit 20 is configured by, for example, a plurality of FETs, a plurality of analog switches, or a plurality of multiplexers configured to be able to switch the sensor potential or guard potential from the sensor IC 21 and supply the sensor potential to each of the sensor electrodes 1 to 5.
  • the switching circuit 20 When the sensor potential is applied to one sensor electrode (for example, sensor electrode 1) of the sensor electrodes 1 to 5 constituting the sensor electrode group 6, the switching circuit 20 The output potential from the sensor IC 21 is switched so as to give a guard potential to the electrodes (for example, the sensor electrodes 2 to 5).
  • the sensor IC 21 sequentially changes the capacitance values from the sensor electrodes 1 to 5 of the sensor electrode group 6 from one side to the other in the parallel direction (for example, an order different from the electrode number 1 ⁇ 5). Or by scanning in the order of electrode numbers assigned in advance (for example, the order of the electrode numbers 1 ⁇ 3 ⁇ 5 ⁇ 2 ⁇ 4).
  • This sensor IC 21 generates, for example, a pulse signal whose duty ratio changes according to the capacitance between each of the sensor electrodes 1 to 5 of the sensor electrode group 6 and the detection target (not shown) and smoothes it. Output a signal.
  • the ECU 22 includes, for example, a CPU, a RAM, a ROM, and the like, and performs various processes using the capacitance value detected by the sensor IC 21.
  • the sensor IC 21 has a duty ratio that changes in accordance with the capacitance C.
  • the sensor IC 21 is connected to a trigger signal generation circuit 101 that outputs a trigger signal TG having a constant period and an input terminal.
  • the timer circuit 102 outputs a pulse signal Po whose duty ratio changes depending on the capacitance C, and a low-pass filter (LPF) 103 that smoothes the pulse signal Po.
  • LPF low-pass filter
  • the timer circuit 102 is, for example, two comparators 201 and 202, and an RS flip-flop (hereinafter referred to as “RS-FF”) in which outputs of the comparators 201 and 202 are input to a reset terminal R and a set terminal S, respectively. ) 203, a buffer 204 that outputs the output DIS of the RS-FF 203 to the LPF 103, and a transistor 205 that is turned on / off by the output DIS of the RS-FF 203.
  • RS-FF RS flip-flop
  • the comparator 202 compares the trigger signal TG as shown in FIG. 4 output from the trigger signal generation circuit 101 with a predetermined threshold value Vth2 divided by the resistors R1, R2, and R3, and generates a trigger signal TG. Output synchronized set pulse. This set pulse sets the Q output of the RS-FF 203.
  • the Q output turns off the transistor 205 as a discharge signal DIS, and between the sensor electrode 1 (2 to 5) and the ground, the capacitance C to the ground of the sensor electrode 1 (2 to 5), the input terminal, and the power supply
  • the battery is charged at a speed determined by a time constant by a resistor R4 connected to the line.
  • the potential of the input signal Vin increases at a speed determined by the capacitance C.
  • the output of the comparator 201 is inverted and the output of the RS-FF 203 is inverted.
  • the transistor 205 is turned on, and the charge accumulated in the sensor electrode 1 (2 to 5) is discharged through the transistor 205.
  • the timer circuit 102 oscillates at a duty ratio based on the capacitance C between the sensor electrode 1 (2 to 5) and the detection target (not shown) existing in the detection region.
  • the pulse signal Po to be output is output.
  • the LPF 103 smoothes the output to output a DC signal Vout as shown in FIG.
  • a waveform indicated by a solid line and a waveform indicated by a dotted line indicate that the former has a smaller capacitance than the latter, and for example, the latter indicates an object approaching state.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining an operation example of the capacitive sensor according to one embodiment of the present invention.
  • the symbol “S” indicates a sensor potential
  • “G” indicates a guard potential.
  • the pair of guard electrodes 28a and 28b are always driven at the guard potential. Even when the sensor electrodes 1 and 5 arranged on the outermost side of the electrode are active, a state in which there are guard potential electrodes on both sides of the sensor electrodes 1 and 5 (both sides in the juxtaposed direction) is realized. Can do. Therefore, it is possible to suppress electrical capacitive coupling in the outward direction of the sensor electrode group 6.
  • the detection target and each sensor are reduced while reducing the difference in output change between the sensor electrodes 1 to 5 constituting the sensor electrode group 6 and the difference in initial capacitance.
  • the distance between the electrodes 1 to 5 can be accurately measured, and the detection target can be detected with high accuracy.
  • the area of the pair of guard electrodes 28a and 28b may be the same as each of the sensor electrodes 1 to 5 constituting the sensor electrode group 6 or may be larger than that.
  • the surface shape of the detection object is scanned. It is preferable that at least three sensor electrodes are arranged in parallel along the direction, and a pair of guard electrodes are provided on both outer sides in the arrangement direction. And the sensor electrode group 6 arranges each sensor electrode in parallel over at least 1/2, preferably 3/4 or more of the total length of the detection object.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining another example of the electrode structure of the capacitive sensor according to the embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals are assigned to the same parts as those already described, the description thereof is omitted, and parts not particularly relevant to the present invention may not be specified.
  • a part (for example, sensor electrodes 1 to 3) of the sensor electrodes 1 to 5 constituting the sensor electrode group 6 is along the short direction.
  • the other (eg, sensor electrodes 4 and 5) are arranged in parallel so that the short direction is along the direction intersecting with the parallel direction (that is, short direction) of each of the sensor electrodes 1 to 3.
  • this state here, the state in which each of the sensor electrodes 1 to 3 is sandwiched
  • the pair of guard electrodes 28a and 28b are disposed on the outer sides of the sensor electrodes 1 to 3 in parallel, and the sensor electrodes Another pair of guard electrodes 28c and 28d are arranged on the outer sides of the four and five juxtaposed directions, respectively.
  • Other functions and effects are the same as those described above, and a description thereof will be omitted here.
  • FIG. 8 is an explanatory view showing an example in which the capacitive sensor according to one embodiment of the present invention is applied to a headrest position adjusting device for a seat
  • FIG. 9 is an explanation showing an excerpt of the headrest portion in the headrest position adjusting device.
  • the capacitive sensor according to the present embodiment is configured as a sensor unit 10 and is employed in the headrest position adjusting device 100.
  • the headrest position adjusting device 100 is provided, for example, inside a headrest 43 of a seat 40 such as a vehicle.
  • the sensor electrodes 1 to 5 and the pair of guard electrodes 28a and 28b constituting the sensor electrode group 6 are provided on the front side of the headrest 43.
  • the sensor unit 10 is arranged in a state where the headrest 43 is arranged along the height direction of the headrest 43, and the drive motor unit 30 is arranged, for example, on the backrest 41 of the seat 40.
  • the sensor unit 10 and the drive motor unit 30 are electrically connected by a harness 29.
  • the sensor unit 10 and the drive motor unit 30 may be configured to be controllable by radio or the like.
  • the sensor unit 10 includes the sensor electrodes 1 to 5 and the guard electrodes 28a and 28b formed on one surface side of the substrate 19, and the switching circuit 20 and the above-described switching circuit 20 provided on the other surface side of the substrate 19, for example.
  • a detection circuit unit 27 including a sensor IC 21 (not shown) is included.
  • the capacitance between the head (detection target) 49 of the human body 48 seated on the seating portion 42 of the seat 40 and the headrest 43 (specifically, the sensor electrodes 1 to 5 of the sensor electrode group 6). Is detected.
  • the sensor IC 21 of the detection circuit unit 20 detects the capacitance value based on the detection signals from the sensor electrodes 1 to 5, and outputs information on the detection result to the ECU 22 (not shown).
  • the ECU 22 detects, for example, the sensor electrode having the highest signal output value among the sensor electrodes 1 to 5 based on the input information, and the center position of the head 49 estimated by calculation according to the detection result. (Estimated center position) and the like are determined, and drive information of the headrest 43 corresponding to the result is output to the drive motor unit 30.
  • the drive motor unit 30 moves the support shaft 43a on which the headrest 43 is supported with respect to the backrest unit 41 in accordance with the output from the ECU 22, for example, up and down, left and right, or in the front-and-rear direction.
  • (Direction center position) is adjusted so as to match the proper position with respect to the head 49.
  • the detected position of one sensor electrode is adjusted so as to face the center position in the height direction of the headrest 43 in the horizontal direction, or the position of this sensor electrode is the center position in the height direction of the headrest 43.
  • the headrest 43 is adjusted so that the headrest 43 is positioned to a certain extent above, or the shape profile information of the head 49 based on the detected result is created, and the headrest 43 is adjusted to an appropriate position based on the profile information.
  • the sensor unit 10 including the capacitance type sensor according to the above-described embodiment is employed, and therefore the position of the headrest 43 is detected by detecting the detection target with high accuracy. Can be automatically adjusted to an appropriate position. Thereby, for example, when the seat 40 is mounted on a vehicle, it is possible to prevent an accident such as a cervical spine damage at the time of a collision when the position of the headrest 43 is not adjusted.
  • the capacitance-type sensor according to the above-described embodiment, the difference in output change between the sensor electrodes 1 to 5 constituting the sensor electrode group 6 and the difference in initial capacitance are reduced.
  • the distance between the detection object and the sensor can be accurately measured, and the detection object can be detected with high accuracy.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Abstract

　センサの出力変化量の差や初期容量の差などを小さくして検知対象物とセンサとの間の距離を正確に測定し、検知対象物を高精度に検出する。静電容量型センサは、センサ電極群６を構成する各センサ電極１～５および一対のガード電極２８ａ，２８ｂを備えて構成される。各センサ電極１～５には、センサ電位またはガード電位が与えられて駆動され、ガード電極２８ａ，２８ｂにはガード電位が与えられて駆動される。センサ電極群６の最外側のセンサ電極１，５がアクティブな場合であっても、ガード電極２８ａ，２８ｂはガード電位で駆動されるため、センサ電極群６を構成する各センサ電極１～５の出力変化量の差や初期容量の差をほぼ均一にすることができる。

Description

静電容量型センサ
　本発明は、検知領域に存する検知対象物との間の静電容量を検知する静電容量型センサに関し、特に高精度に検知領域における検知対象物の位置を検知することができる静電容量型センサに関する。
　従来より、検知領域に存する検知対象物（物体など）を検知するものとして、次のようなものが知られている。すなわち、下記特許文献１に開示されているヘッドレスト駆動装置は、ヘッドレストを移動可能に支持する支持手段と、ヘッドレストを往復駆動する駆動手段と、ヘッドレスト外カバーの頭部を支える部位の内側に互いに離れて設けられた複数の検出電極（検知電極）と、これら複数の検出電極が共通電位ラインに対して形成する静電容量を検出する静電容量検出手段と、静電容量がバランスする方向にヘッドレストを移動させるように駆動する駆動手段を制御する位置制御手段とを備えている。
　そして、このヘッドレスト駆動装置は、頭部が複数の検出電極の中心に位置するように、換言すると、頭部の動きに追従してヘッドレストが移動するように、ヘッドレストが位置制御手段に制御された駆動手段によって駆動され、自動的にヘッドレストの位置を調整するようにしている。
　また、下記特許文献２に開示されているヘッドレストを調節するための装置は、乗員の頭部位置を検知するためのヘッドレスト内に配置されている二つのコンデンサプレートを含むセンサを有して構成され、これら二つのコンデンサプレートは、ヘッドレスト内に上下に配置されている。
　そして、一方のコンデンサプレートのセンサ信号の増加が他方のコンデンサプレートのセンサ信号の減少と同時に生じる限り、ヘッドレストの高さ位置が、ヘッドレストが引っ込められている定位置から出発して変化するように調節されるようにしている。
　また、下記特許文献３に開示されているヘッドレスト調整装置は、モータの駆動によって上下動可能なようにシートバック（背もたれ部）の上部に配置されたヘッドレストと、着座者（乗員）の頭部位置を検出する頭部検出センサと、頭部検出センサからの信号に基づいて、着座者の頭部位置に応じてヘッドレストの高さを調整するＣＰＵとを備えている。
　このヘッドレスト調整装置は、ＣＰＵがイグニッションスイッチの電気的導通を検知し、かつ着座センサが着座があることを検知し、さらにシートベルトバックルスイッチが車両のシートベルトが装着されていることを検知したときに、ヘッドレストの調整作動を開始するようにしている。
　さらに、下記特許文献４に開示されている物体検出装置は、電極間隔が一定とされた複数のセンサ電極を樹脂にインサートして、インサート成形によりセンサ電極ユニットを形成している。このセンサ電極ユニットは、中空の断面略矩形状で、その少なくとも一辺にセンサ電極が設けられ、これにより検出性能を維持して取付自由度を向上させるとしている。
特開昭６４－１１５１２号公報 特開２０００－３０９２４２号公報 特開平１１－１８０２００号公報 特開平１１－２１３２９６号公報
　しかしながら、上述した特許文献１に開示されているヘッドレスト駆動装置では、ヘッドレストと車両の天井部などとの間の静電容量によって、ヘッドレストの位置調整を行うとされている。また、上述した特許文献２に開示されているヘッドレストを調節するための装置では、二つもしくは三つのコンデンサプレートによって、頭部と検知電極との間の静電容量を測定して位置調整に利用するとされている。
　また、上述した特許文献３に開示されているヘッドレスト位置調整装置では、シート各部の調整結果によってヘッドレストの位置調整を行うとされている。さらに、上述した特許文献４に開示されている物体検出装置では、例えば複数のセンサ電極の中心と検知対象物の中心とが正対しているような場合においては、各センサ電極によって安定的に静電容量を検知するとされている。
　このように、従来のものでは、センサの出力バランスや各検知電極の出力ピークなどを比較して物体を検知する必要があり、このような検知方式では、例えば複数の検知電極を配置する位置によって、検知電極の初期静電容量（すなわち、検知対象物が存在しない状態での静電容量値）や検知感度が大きく異なってしまう場合があった。
　一例として、本出願人が行った実験についての試料構成を図１０に、および実験結果を図１１に示す。本実験では、図１０に示すように、例えば発泡スチロールからなる台座１０１上に、複数のセンサ電極１０２ａ～１０２ｅが基板１０２ｆ上に形成されたセンサ部１０２を配置した。そして、所定の厚みＬを持たせた発泡スチロールからなる板材１０３を挟んで図１０中白抜き矢印方向に接地（ＧＮＤ）電位が与えられた平板１０４をセンサ部１０２上に被せて配置した。
　このように、センサ部１０２の各センサ電極１０２ａ～１０２ｅと平板１０４との間の距離（板材１０３の厚みＬ）が一定となる状態において、センサ部１０２と平板１０４との間の距離Ｌに対する各センサ電極１０２ａ～１０２ｅの出力（Ｖ）（図１１（ａ）参照）と、距離Ｌの変化に対する出力変化量（Ｖ）（図１１（ｂ）参照）とを測定した。
　なお、図１１（ａ）におけるグラフの縦軸はセンサ出力（Ｖ）を表し、横軸は各センサ電極１０２ａ～１０２ｅに付した電極番号（例えば、センサ電極１０２ａから１０２ｅにかけて順番に電極番号１～５を付した。）を表している。また、図１１（ｂ）におけるグラフの縦軸はセンサ出力（Ｖ）を表し、横軸は移動距離（ｍｍ）を表している。
　そして、測定結果により、例えば図１１（ａ）に示すように、センサ部１０２と平板１０４との距離Ｌを２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍ、７５ｍｍと変化させた場合は、センサ電極１０２ａ（電極番号１）とセンサ電極１０２ｅ（電極番号５）のセンサ出力（Ｖ）がそれぞれ最も大きくなった。つまり、各センサ電極１０２ａ～１０２ｅの配列方向（並設方向）の最も外側に配置された電極の出力が最も大きくなる結果となった。
　また、例えば図１１（ｂ）に示すように、距離Ｌの変化量ΔＬを２０ｍｍ－４０ｍｍ、４０ｍｍ－６０ｍｍ、６０ｍｍ－７５ｍｍとした場合のそれぞれの静電容量値の差（＝ΔＣ）は、各センサ電極１０２ａ～１０２ｅごとに異なった軌跡を描いた。特に、この軌跡の差は、出力変化量の差となるものであり、例えば変化量ΔＬが２０ｍｍ－４０ｍｍの場所における各センサ出力の点集団は、約１００ｍＶのばらつきがある範囲内に収まっていることが分かった。
　したがって、このような各センサ電極１０２ａ～１０２ｅごとのセンサ出力の出力変化量の差が顕著になると、上述したような各種の検知方式によっては正確に検知対象物とセンサ部１０２との間の距離を測定することが困難となる場合がある。
　本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、センサの出力変化量の差や初期容量の差などを小さくして検知対象物とセンサとの間の距離を正確に測定することができ、検知対象物を高精度に検出することができる静電容量型センサを提供することを目的とする。
　本発明に係る静電容量型センサは、検知領域に存する検知対象物との間の静電容量を検知する静電容量型センサであって、基板上に配置された複数のセンサ電極からなるセンサ電極群と、前記センサ電極群の周囲の少なくとも一部に該センサ電極群を挟むようにそれぞれ形成された少なくとも一対のガード電極とを備えることを特徴とする。
　本発明の静電容量型センサは、以上のように構成することにより、センサ電極群を構成する複数のセンサ電極の配置位置の相違によるセンサの出力変化量の差や初期容量の差などを小さくして、検知対象物とセンサとの間の距離を正確に測定することができ、検知対象物を高精度に検出することができる。
　前記センサ電極群を構成する複数のセンサ電極は、例えばそれぞれセンサ電位または該センサ電位と同等のガード電位が与えられて駆動され、前記少なくとも一対のガード電極は、前記ガード電位が与えられて駆動される。
　本発明に係る静電容量型センサは、好ましくは、前記複数のセンサ電極からの出力に基づき前記検知対象物の静電容量値を検出する検出回路をさらに備え、前記検出回路は、例えば前記複数のセンサ電極に与える前記センサ電位または前記ガード電位を切り替える切替手段と、前記切替手段を介して前記複数のセンサ電極に前記センサ電位または前記ガード電位を与えるとともに、前記少なくとも一対のガード電極に該ガード電位を与え、各センサ電極によって検知された静電容量値を検出する検出手段とを有する。
　前記切替手段は、例えば前記センサ電極群を構成する複数のセンサ電極のうちの一のセンサ電極に前記センサ電位が与えられているときは、他のセンサ電極に前記ガード電位が与えられるように切り替える。
　前記センサ電極群を構成する複数のセンサ電極は、例えば矩形短冊状に形成されてその短手方向に沿って並設された状態で前記基板上に配置されている。
　この場合、例えば前記少なくとも一対のガード電極は、前記複数のセンサ電極の並設方向両外側に配置されている。
　また、前記センサ電極群を構成する複数のセンサ電極は、例えば矩形短冊状に形成されて一部がその短手方向に沿って並設されるとともに、他が前記短手方向と交差する方向にその短手方向が沿うように並設された状態で前記基板上に配置されている。
　この場合、例えば前記ガード電極は、少なくとも二対設けられ、前記複数のセンサ電極の一部の並設方向両外側および他の並設方向両外側それぞれに配置されている。
　なお、前記検出手段は、例えば前記複数のセンサ電極からの静電容量値を前記並設方向の一方から他方に向けて順番に検出するようにしてもよい。
　また、前記検出手段は、例えば前記複数のセンサ電極からの静電容量値を各センサ電極に割り当てた電極番号順に検出するようにしてもよい。
　さらに前記検出手段は、前記複数のセンサ電極からの静電容量値に基づいて検知対象物の表面形状を検出するようにしてもよい。
　この場合、検知対象物の表面形状を走査する方向に沿って少なくとも３つのセンサ電極を並設したセンサ電極群と、前記センサ電極の並設方向両外側に設けた一対のガード電極とを備えることが好ましい。
　また前記センサ電極群は、複数のセンサ電極を、検知対象物の全長の少なくとも１／２に渡って並設したものであることが好ましい。
　本発明によれば、センサの出力変化量の差や初期容量の差などを小さくして検知対象物とセンサとの間の距離を正確に測定することができ、検知対象物を高精度に検出することができる。
　以下、添付の図面を参照して、本発明に係る静電容量型センサの好適な実施の形態について詳細に説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る静電容量型センサの電極構造の例を説明するための説明図、図２は同静電容量型センサの全体構成の例を示すブロック図、図３は同静電容量型センサのセンサＩＣの構成例を示すブロック図、図４は同静電容量型センサのセンサＩＣの動作波形の例を示す動作波形図である。
　図１に示すように、本発明の一実施形態に係る静電容量型センサは、例えば矩形短冊状に形成されてその短手方向（長手方向と交差する方向）に沿って図示しない基板上に並設した状態で配置された複数のセンサ電極１～５からなるセンサ電極群６と、このセンサ電極群６の周囲の少なくとも一部にこのセンサ電極群６を挟むように（すなわち、ここではセンサ電極群６における各センサ電極１～５の並設方向最外側に配置されたセンサ電極（例えば、センサ電極１，５）のさらに外側）に、センサ電極群６における各センサ電極１～５とは非接触状態となるようにそれぞれ形成された一対の（一組の）ガード電極２８ａ，２８ｂとを備えて構成されている。
　この静電容量型センサは、センサ電極群６を構成するこのように配置された各センサ電極１～５によって、検知領域に存する検知対象物との間の静電容量を検知するものである。そして、各センサ電極１～５は、それぞれ所定のセンサ電位またはこのセンサ電位と同等のガード電位が与えられて駆動され、各ガード電極２８ａ，２８ｂには、ガード電位が常時与えられる。
　これら各センサ電極１～５およびガード電極２８ａ，２８ｂは、それぞれ例えばフレキシブルプリント基板、リジッド基板あるいはリジッドフレキシブル基板からなる基板上に形成され配置されている。また、各センサ電極１～５およびガード電極２８ａ，２８ｂは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリアミド（ＰＡ）あるいはガラスエポキシ樹脂などの絶縁体からなる基板上にパターン形成された銅、銅合金またはアルミニウム等の導電材や、基板上に配置された単なる電線等の導電材などからなる。
　センサ電極群６を構成する各センサ電極１～５には、例えばそれぞれ電極番号１～５が割り当てられている。これら各センサ電極１～５は、ここでは５つ設けられているが、例えば５つ以上設けられていてもよい。
　また、ガード電極２８ａ，２８ｂは、センサ電極群６を配置した基板と同一の基板上に配置されている。この場合、ガード電極２８ａ，２８ｂは、センサ電極群６を配置した面と同一面側および反対面側の何れに設けてもよく、また、例えば各ガード電極２８ａ，２８ｂを、絶縁材を介して基板上に配置してもよい。
　そして、図２に示すように、センサ電極群６を構成する各センサ電極１～５は、これらのセンサ電極１～５からの出力に基づき検知対象物の静電容量値を検出する検出回路に接続されている。検出回路は、各センサ電極１～５に与えるセンサ電位またはガード電位を切り替える切替回路２０と、この切替回路２０を介して各センサ電極１～５にセンサ電位またはガード電位を与え、各センサ電極１～５によって検知された静電容量値を検出するセンサＩＣ２１とを備えている。なお、センサＩＣ２１は、各ガード電極２８ａ，２８ｂに対してガード電位を常時供給する。
　また、検出回路は、センサＩＣ２１からの出力に基づいて切替回路２０を制御するとともに、上記出力に基づく各種処理を行うＥＣＵ（電子制御ユニット）２２を備えている。切替回路２０は、例えばセンサＩＣ２１からのセンサ電位またはガード電位を切り替えて各センサ電極１～５に供給可能に構成された複数のＦＥＴ、複数のアナログスイッチまたは複数のマルチプレクサにより構成されている。
　この切替回路２０は、例えばセンサ電極群６を構成する各センサ電極１～５のうちの一のセンサ電極（例えば、センサ電極１）に対してセンサ電位が与えられているときは、他のセンサ電極（例えばセンサ電極２～５）に対してガード電位を与えるようにセンサＩＣ２１からの出力電位を切り替える。
　センサＩＣ２１は、センサ電極群６の各センサ電極１～５からの静電容量値を、例えば並設方向の一方から他方に向けて順番（例えば、電極番号１→５と異時的な順番）に走査して検出したり、あらかじめ割り当てられた電極番号順（例えば、電極番号１→３→５→２→４と異時的な順番）に走査して検出したりする。
　このセンサＩＣ２１は、例えばセンサ電極群６の各センサ電極１～５と検知対象物（図示せず）との間の静電容量に応じてデューティー比が変化するパルス信号を生成するとともに平滑化して信号を出力する。ＥＣＵ２２は、例えばＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを備えてなり、センサＩＣ２１によって検出された静電容量値を用いた各種処理を行う。
　センサＩＣ２１は、図３に示すように、静電容量Ｃに応じてデューティー比が変化するものであり、例えば一定周期のトリガ信号ＴＧを出力するトリガ信号発生回路１０１と、入力端に接続された静電容量Ｃの大きさによってデューティー比が変化するパルス信号Ｐｏを出力するタイマー回路１０２と、このパルス信号Ｐｏを平滑化するローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０３とを備えて構成されている。
　タイマー回路１０２は、例えば２つの比較器２０１，２０２と、これら比較器２０１，２０２の出力がそれぞれリセット端子Ｒおよびセット端子Ｓに入力されるＲＳフリップフロップ（以下、「ＲＳ－ＦＦ」と呼ぶ。）２０３と、このＲＳ－ＦＦ２０３の出力ＤＩＳをＬＰＦ１０３に出力するバッファ２０４と、ＲＳ－ＦＦ２０３の出力ＤＩＳでオン／オフ制御させるトランジスタ２０５とを備えて構成されている。
　比較器２０２は、トリガ信号発生回路１０１から出力される図４に示すようなトリガ信号ＴＧを、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３によって分割された所定のしきい値Ｖｔｈ２と比較して、トリガ信号ＴＧに同期したセットパルスを出力する。このセットパルスは、ＲＳ－ＦＦ２０３のＱ出力をセットする。
　このＱ出力は、ディスチャージ信号ＤＩＳとしてトランジスタ２０５をオフ状態にし、センサ電極１（２～５）およびグランドの間を、センサ電極１（２～５）の対接地静電容量Ｃおよび入力端と電源ラインとの間に接続された抵抗Ｒ４による時定数で決まる速度で充電する。これにより、入力信号Ｖｉｎの電位が静電容量Ｃによって決まる速度で上昇する。
　入力信号Ｖｉｎが、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で決まるしきい値Ｖｔｈ１を超えたら、比較器２０１の出力が反転してＲＳ－ＦＦ２０３の出力を反転させる。この結果、トランジスタ２０５がオン状態となって、センサ電極１（２～５）に蓄積された電荷がトランジスタ２０５を介して放電される。
　したがって、このタイマー回路１０２は、図４に示すように、センサ電極１（２～５）および検知領域に存する検知対象物（図示せず）との間の静電容量Ｃに基づくデューティー比で発振するパルス信号Ｐｏを出力する。ＬＰＦ１０３は、この出力を平滑化することにより、図４に示すような直流の信号Ｖｏｕｔを出力する。なお、図４中において、実線で示す波形と点線で示す波形は、前者が後者よりも静電容量が小さいことを示しており、例えば後者が物体接近状態を示している。
　このように構成された静電容量型センサでは、具体的には、次のような動作によって検知対象物との間の静電容量Ｃが検知される。図５は、本発明の一実施形態に係る静電容量型センサの動作例を説明するための説明図である。なお、図５中記号「Ｓ」はセンサ電位であることを示し、「Ｇ」はガード電位であることを示している。
　まず、ＥＣＵ２２からの制御により、切替回路２０によってセンサ電極群６のセンサ電極１がアクティブとなった場合は、同図（ａ）に示すように、他のセンサ電極２～５および一対のガード電極２８ａ，２８ｂにガード電位が与えられて「センサ測定状態１」となる。
　次に、センサ電極群６のセンサ電極２がアクティブとなった場合は、同図（ｂ）に示すように他のセンサ電極１，３～５および一対のガード電極２８ａ，２８ｂにガード電位が与えられて「センサ測定状態２」となる。さらに、センサ電極群６のセンサ電極３がアクティブとなった場合は、同図（ｃ）に示すように他のセンサ電極１，２，４，５および一対のガード電極２８ａ，２８ｂにガード電位が与えられて「センサ測定状態３」となる。
　また、センサ電極群６のセンサ電極４がアクティブとなった場合は、同図（ｄ）に示すように他のセンサ電極１～３，５および一対のガード電極２８ａ，２８ｂにガード電位が与えられて「センサ測定状態４」となる。同様に、センサ電極群６のセンサ電極５がアクティブとなった場合は、同図（ｅ）に示すように他のセンサ電極１～４および一対のガード電極２８ａ，２８ｂにガード電位が与えられて「センサ測定状態５」となる。
　このように、センサ電極群６の各センサ電極１～５が順次アクティブになった場合であっても、一対のガード電極２８ａ，２８ｂは常時ガード電位にて駆動されるため、例えばセンサ電極群６の最外側に配置されたセンサ電極１，５がアクティブとなっている場合であっても、このセンサ電極１，５の両側（並設方向両側）にガード電位の電極がある状態を実現することができる。したがって、センサ電極群６の外側方向への電気的な静電容量結合を抑えることが可能となる。
　すなわち、上述したように、図１０および図１１を用いて説明した条件と同様の条件にて測定を行った場合、図６（ａ）に示すように、センサ電極群６の各センサ電極１～５のセンサ出力電圧はほぼ均一の状態（すなわち、センサ感度がほぼ均一）となった。また、同図（ｂ）に示すように、人体の頭部４９を測定した場合は、センサ電極群６の各センサ１～５のセンサ出力電圧には差が生じ、確実に頭部４９の後頭部形状（すなわち、凹凸形状）を検出することが可能となった。
　したがって、本実施形態に係る静電容量型センサでは、センサ電極群６を構成する各センサ電極１～５の出力変化量の差や初期容量の差などを小さくしつつ、検知対象物と各センサ電極１～５との間の距離を正確に測定することができ、検知対象物を高精度に検出することができる。なお、一対のガード電極２８ａ，２８ｂの面積は、センサ電極群６を構成する各センサ電極１～５のそれぞれと同じ面積であってもよいし、それよりも大きな面積であってもよい。
　また、上述したように、複数のセンサ電極からの静電容量値に基づいて検知対象物の表面形状（例えば、頭部４９の後頭部形状）を検出する場合、検知対象物の表面形状を走査する方向に沿って、少なくとも３つのセンサ電極を並設するとともに、その並設方向両外側に一対のガード電極を設けることが好ましい。そしてセンサ電極群６は、各センサ電極を、検知対象物の全長の少なくとも１／２、好ましくは３／４以上に渡って並設する。
　図７は、本発明の一実施形態に係る静電容量型センサの電極構造の他の例を説明するための説明図である。なお、以降において、既に説明した部分と重複する箇所には同一の符号を付して説明を省略し、本発明に特に関連のない部分については明記しないことがあるとする。
　図７に示すように、本例の静電容量型センサは、センサ電極群６を構成する各センサ電極１～５のうち、一部（例えばセンサ電極１～３）がその短手方向に沿って並設されるとともに、他（例えばセンサ電極４，５）が各センサ電極１～３の並設方向（すなわち、短手方向）と交差する方向にその短手方向が沿うように並設された状態（ここでは、各センサ電極１～３を挟むような状態）で基板上に配置されて構成されている。
　そして、この静電容量型センサでは、ガード電極が少なくとも二対設けられ、一対のガード電極２８ａ，２８ｂは、各センサ電極１～３の並設方向のさらに外側それぞれに配置されるとともに、センサ電極４，５の並設方向のさらに外側それぞれに他の一対のガード電極２８ｃ，２８ｄが配置されている。このように構成されることにより、センサ電極群６においては、センサ電極１～３の並設方向とともにセンサ電極４，５の並設方向の出力も、出力変化量の差や初期容量の差などを小さくして検出することが可能となる。その他の作用効果は上述したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。
　図８は、本発明の一実施形態に係る静電容量型センサを座席のヘッドレスト位置調整装置に適用した例を示す説明図、図９は同ヘッドレスト位置調整装置におけるヘッドレスト部分を抜粋して示す説明図である。図８および図９に示すように、本実施形態に係る静電容量型センサは、センサ部１０として構成され、ヘッドレスト位置調整装置１００に採用されている。
　このヘッドレスト位置調整装置１００は、例えば車両などの座席４０のヘッドレスト４３の内部に設けられ、センサ電極群６を構成する各センサ電極１～５および一対のガード電極２８ａ，２８ｂがヘッドレスト４３の前面側においてヘッドレスト４３の高さ方向に沿って並設された状態で配置されたセンサ部１０と、例えば座席４０の背もたれ部４１に配置された駆動モータ部３０とを備えて構成されている。
　なお、ここではセンサ部１０および駆動モータ部３０は、ハーネス２９により電気的に接続されている。また、これらセンサ部１０および駆動モータ部３０は、無線等により制御可能に構成されていてもよい。
　センサ部１０は、基板１９の一方の面側に形成された上記各センサ電極１～５およびガード電極２８ａ，２８ｂと、例えばこの基板１９の他方の面側に設けられた上述した切替回路２０やセンサＩＣ２１（図示せず）を備える検出回路部２７等を備えて構成されている。そして、座席４０の着座部４２に着座した人体４８の頭部（検知対象物）４９とヘッドレスト４３（具体的には、センサ電極群６の各センサ電極１～５）との間の静電容量を検知する。
　検出回路部２０のセンサＩＣ２１は、各センサ電極１～５からの検知信号に基づいて静電容量値を検出し、ＥＣＵ２２（図示せず）に対してその検出結果に関する情報を出力する。ＥＣＵ２２は、入力した上記情報に基づいて各センサ電極１～５のうち、例えば信号の出力値が最も高いセンサ電極を検出し、この検出結果に応じて演算により推定される頭部４９の中心位置（推定中心位置）等を割り出し、この結果に応じたヘッドレスト４３の駆動情報を駆動モータ部３０に出力する。
　駆動モータ部３０は、ＥＣＵ２２からの出力に応じて、ヘッドレスト４３が背もたれ部４１に対して支持される支持軸４３ａを、例えば上下、左右あるいは前後方向に移動させ、ヘッドレスト４３の位置（例えば高さ方向中心位置）を頭部４９に対する適正位置に合わせるように調整する。具体的には、例えば検出した一のセンサ電極の位置が、ヘッドレスト４３の高さ方向中心位置と水平方向に正対するように調整したり、このセンサ電極の位置がヘッドレスト４３の高さ方向中心位置よりもある程度上方に位置するように調整したり、検出した結果に基づく頭部４９の形状プロファイル情報を作成してこのプロファイル情報に基づいてヘッドレスト４３を適正位置に調整したりする。
　このように構成されたヘッドレスト位置調整装置１００では、上述した実施形態に係る静電容量型センサを有するセンサ部１０を採用しているので、検知対象物を高精度に検出してヘッドレスト４３の位置を自動的に適正位置に調整することができる。これにより、例えば座席４０が車両に搭載された場合などに、ヘッドレスト４３の位置未調整における衝突時等の頸椎損傷などの事故を未然に防止することを図ることが可能となる。
　以上述べたように、上述した実施形態に係る静電容量型センサによれば、センサ電極群６を構成する各センサ電極１～５の出力変化量の差や初期容量の差などを小さくして、検知対象物とセンサとの間の距離を正確に測定することができ、検知対象物を高精度に検出することができる。
本発明の一実施形態に係る静電容量型センサの電極構造の例を説明するための説明図である。 同静電容量型センサの全体構成の例を示すブロック図である。 同静電容量型センサのセンサＩＣの構成例を示すブロック図である。 同静電容量型センサのセンサＩＣの動作波形の例を示す動作波形図である。 本発明の一実施形態に係る静電容量型センサの動作例を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態に係る静電容量型センサの測定結果を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る静電容量型センサの電極構造の他の例を説明するための説明図である。 本発明の一実施形態に係る静電容量型センサを座席のヘッドレスト位置調整装置に適用した例を示す説明図である。 同ヘッドレスト位置調整装置におけるヘッドレスト部分を抜粋して示す説明図である。 本出願人が行った実験についての試料構成を示す図である。 本出願人が行った実験についての実験結果を示す図である。
　１～５…センサ電極、６…センサ電極群、１０…センサ部、２０…切替回路、２１…センサＩＣ、２２…ＥＣＵ、２７…検出回路部、２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ…ガード電極、２９…ハーネス、３０…駆動モータ部、４０…座席、４１…背もたれ部、４２…着座部、４３…ヘッドレスト、４３ａ…支持軸、４８…人体、４９…頭部、１００…ヘッドレスト位置調整装置。

Claims (13)

  1. 　検知領域に存する検知対象物との間の静電容量を検知する静電容量型センサであって、
    　基板上に配置された複数のセンサ電極からなるセンサ電極群と、
    　前記センサ電極群の周囲の少なくとも一部に該センサ電極群を挟むようにそれぞれ形成された少なくとも一対のガード電極とを備える
    　ことを特徴とする静電容量型センサ。
  2. 　前記センサ電極群を構成する複数のセンサ電極は、それぞれセンサ電位または該センサ電位と同等のガード電位が与えられて駆動され、前記少なくとも一対のガード電極は、前記ガード電位が与えられて駆動されることを特徴とする請求項１項記載の静電容量型センサ。
  3. 　前記複数のセンサ電極からの出力に基づき前記検知対象物の静電容量値を検出する検出回路をさらに備え、
    　前記検出回路は、前記複数のセンサ電極に与える前記センサ電位または前記ガード電位を切り替える切替手段と、前記切替手段を介して前記複数のセンサ電極に前記センサ電位または前記ガード電位を与えるとともに、前記少なくとも一対のガード電極に該ガード電位を与え、各センサ電極によって検知された静電容量値を検出する検出手段とを有することを特徴とする請求項２記載の静電容量型センサ。
  4. 　前記切替手段は、前記センサ電極群を構成する複数のセンサ電極のうちの一のセンサ電極に前記センサ電位が与えられているときは、他のセンサ電極に前記ガード電位が与えられるように切り替えることを特徴とする請求項３記載の静電容量型センサ。
  5. 　前記センサ電極群を構成する複数のセンサ電極は、矩形短冊状に形成されてその短手方向に沿って並設された状態で前記基板上に配置されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項記載の静電容量型センサ。
  6. 　前記少なくとも一対のガード電極は、前記複数のセンサ電極の並設方向両外側に配置されていることを特徴とする請求項５記載の静電容量型センサ。
  7. 　前記センサ電極群を構成する複数のセンサ電極は、矩形短冊状に形成されて一部がその短手方向に沿って並設されるとともに、他が前記短手方向と交差する方向にその短手方向が沿うように並設された状態で前記基板上に配置されていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項記載の静電容量型センサ。
  8. 　前記ガード電極は、少なくとも二対設けられ、前記複数のセンサ電極の一部の並設方向両外側および他の並設方向両外側それぞれに配置されていることを特徴とする請求項７記載の静電容量型センサ。
  9. 　前記検出手段は、前記複数のセンサ電極からの静電容量値を前記並設方向の一方から他方に向けて順番に検出することを特徴とする請求項３～６のいずれか１項記載の静電容量型センサ。
  10. 　前記検出手段は、前記複数のセンサ電極からの静電容量値を各センサ電極に割り当てた電極番号順に検出することを特徴とする請求項３～７記載の静電容量型センサ。
  11. 　前記検出手段は、前記複数のセンサ電極からの静電容量値に基づいて検知対象物の表面形状を検出することを特徴とする請求項３～１０記載の静電容量センサ。
  12. 　検知対象物の表面形状を走査する方向に沿って、少なくとも３つのセンサ電極を並設したセンサ電極群と、
    　前記センサ電極の並設方向両外側に設けた一対のガード電極と
    を備えることを特徴とする請求項１１記載の静電容量型センサ。
  13. 　前記センサ電極群は、複数のセンサ電極を、検知対象物の全長の少なくとも１／２に渡って並設したことを特徴とする請求項１１または１２記載の静電容量型センサ。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013533952A (ja) * 2010-05-07 2013-08-29 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 探知機
US10077064B2 (en) 2014-02-07 2018-09-18 Fujikura Ltd. Grip detection device

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100222969A1 (en) * 2007-08-28 2010-09-02 Fujikura Ltd. Headrest position adjusting device, and headrest position adjusting method
CN102596639B (zh) * 2009-10-19 2014-01-01 株式会社藤仓 头枕位置调节装置
JP5353991B2 (ja) * 2010-11-30 2013-11-27 株式会社日本自動車部品総合研究所 静電容量式乗員検知装置
DE102011121775B3 (de) 2011-12-21 2013-01-31 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kg, Hallstadt Steuersystem
DE102015119701A1 (de) * 2015-11-15 2017-05-18 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Bamberg Verfahren für den Betrieb einer kapazitiven Sensoranordnung eines Kraftfahrzeugs
CN105823411B (zh) * 2016-03-18 2019-02-22 苏州椒图电子有限公司 一种曲面轮廓测量方法
KR102098693B1 (ko) * 2018-01-12 2020-04-08 주식회사 지티에스엠 웨이퍼의 챔버에 대한 갭핑을 감지하는 웨이퍼형 갭핑 감지 센서
GB2580164A (en) * 2018-12-21 2020-07-15 Imperial College Sci Tech & Medicine A sensor
CN114543644B (zh) * 2022-02-18 2022-11-15 广州市欧智智能科技有限公司 一种头部位置检测方法、装置、终端和介质

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6411512A (en) 1987-07-06 1989-01-17 Aisin Seiki Headrest driving apparatus
JPH01285801A (ja) * 1988-05-12 1989-11-16 Koko Res Kk 近接距離センサー及び形状判別装置
JPH11180200A (ja) 1997-12-24 1999-07-06 Aisin Seiki Co Ltd ヘッドレスト調整装置
JPH11213296A (ja) 1998-01-28 1999-08-06 Aisin Seiki Co Ltd 車両の物体検出装置
JP2000309242A (ja) 1999-04-14 2000-11-07 Bayerische Motoren Werke Ag 車両のヘッドレストを調節するための装置及びこの種の装置を使用する方法
JP2001017412A (ja) * 1999-07-12 2001-01-23 Toshiba Tec Corp 個体認証装置
JP2001249001A (ja) * 2000-03-03 2001-09-14 Mitsutoyo Corp 静電容量式変位検出装置
JP2002221579A (ja) * 2001-01-29 2002-08-09 Honda Motor Co Ltd 乗員検知装置
JP3347069B2 (ja) * 1998-08-31 2002-11-20 日本電気株式会社 乗員検知システム
JP2004513377A (ja) * 2000-11-16 2004-04-30 イドロ−ケベック 対向した表面間の距離を表す信号を生成するための無接触測定方法および装置
JP2006145413A (ja) * 2004-11-22 2006-06-08 Fujikura Ltd 静電容量式近接センサ

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5317071B2 (ja) * 1972-09-29 1978-06-06
JPS5146152A (ja) * 1974-10-18 1976-04-20 Osaka Seimitsu Kikai Kk Keijosokuteiki
US4182981A (en) * 1977-12-08 1980-01-08 Westinghouse Electric Corp. Apparatus for gauging the shape of a conducting surface
JPS5914007U (ja) * 1982-07-20 1984-01-27 イ−グル工業株式会社 表面粗さ計
JPS59230103A (ja) * 1983-06-10 1984-12-24 Inoue Japax Res Inc 表面粗さ計
JPS6022602A (ja) * 1983-07-18 1985-02-05 Mitsubishi Electric Corp 記録計制御装置
JPS6022603A (ja) * 1983-07-18 1985-02-05 Mitsubishi Electric Corp 表示制御装置
JPS6162812A (ja) * 1984-09-05 1986-03-31 Kawasaki Steel Corp 金属ストリツプの形状検出方法
DE4119244A1 (de) * 1991-06-11 1992-12-17 Weidmueller Interface Kapazitive sensoreinrichtung
CH689190A5 (fr) * 1993-10-19 1998-11-30 Hans Ulrich Meyer Instrument de mesure de longueurs ou d'angles.
NO304766B1 (no) * 1997-06-16 1999-02-08 Sintef Fingeravtrykksensor
JP2000229075A (ja) * 1999-02-10 2000-08-22 Toshiba Tec Corp 指の凹凸情報入力装置及びこの装置を使用した個人認証装置
JP4198306B2 (ja) * 1999-07-22 2008-12-17 東京エレクトロン株式会社 静電容量型センサ、半導体製造装置および液晶表示素子製造装置
JP4531469B2 (ja) * 2004-07-15 2010-08-25 株式会社フジクラ 静電容量式近接センサ
US7332915B2 (en) * 2004-09-28 2008-02-19 General Electric Company Sensor system and method of operating the same
US7395717B2 (en) * 2006-02-10 2008-07-08 Milliken & Company Flexible capacitive sensor
EP1857330B1 (en) * 2006-05-17 2009-11-25 Hitachi Computer Products (Europe) S.A.S. Method for determining the morphology of an occupant in an automotive seat with capacitive sensors

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6411512A (en) 1987-07-06 1989-01-17 Aisin Seiki Headrest driving apparatus
JPH01285801A (ja) * 1988-05-12 1989-11-16 Koko Res Kk 近接距離センサー及び形状判別装置
JPH11180200A (ja) 1997-12-24 1999-07-06 Aisin Seiki Co Ltd ヘッドレスト調整装置
JPH11213296A (ja) 1998-01-28 1999-08-06 Aisin Seiki Co Ltd 車両の物体検出装置
JP3347069B2 (ja) * 1998-08-31 2002-11-20 日本電気株式会社 乗員検知システム
JP2000309242A (ja) 1999-04-14 2000-11-07 Bayerische Motoren Werke Ag 車両のヘッドレストを調節するための装置及びこの種の装置を使用する方法
JP2001017412A (ja) * 1999-07-12 2001-01-23 Toshiba Tec Corp 個体認証装置
JP2001249001A (ja) * 2000-03-03 2001-09-14 Mitsutoyo Corp 静電容量式変位検出装置
JP2004513377A (ja) * 2000-11-16 2004-04-30 イドロ−ケベック 対向した表面間の距離を表す信号を生成するための無接触測定方法および装置
JP2002221579A (ja) * 2001-01-29 2002-08-09 Honda Motor Co Ltd 乗員検知装置
JP2006145413A (ja) * 2004-11-22 2006-06-08 Fujikura Ltd 静電容量式近接センサ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013533952A (ja) * 2010-05-07 2013-08-29 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング 探知機
US10077064B2 (en) 2014-02-07 2018-09-18 Fujikura Ltd. Grip detection device

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