JP7035382B2

JP7035382B2 - 静電容量検出装置

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Publication number: JP7035382B2
Application number: JP2017166722A
Authority: JP
Inventors: 秀哉倉知
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2022-03-15
Anticipated expiration: 2037-08-31
Also published as: JP2019045237A

Description

本発明は、静電容量検出装置に関する。

特許文献１には、車両用ドアの開錠操作の検出に用いられる静電容量検出装置が記載されている。特許文献１の静電容量検出装置は、複数のコンデンサ及び複数のスイッチを有する制御回路を備えている。特許文献１の静電容量検出装置における制御回路は、高電位側電源及び低電位側電源の間に基準コンデンサ及び測定コンデンサが直列に接続されている。基準コンデンサは、測定コンデンサよりも高電位側に接続されている。また、この基準コンデンサの両端子間には、第１スイッチが接続されている。さらに、基準コンデンサと測定コンデンサとの間には、第２スイッチが接続されている。また、測定コンデンサの両端子間には、第３スイッチが接続されている。

特許文献１の静電容量検出装置は、各スイッチを開状態や閉状態に制御する制御部を備えている。特許文献１の静電容量検出装置における制御部は、第１スイッチを閉状態にする第１スイッチング処理を行っている。これにより、基準コンデンサが放電されて、基準コンデンサと測定コンデンサとの間の中間電位が高電位側電源と同じ電位になる。その後、特許文献１の静電容量検出装置における制御部は、第１スイッチを開状態にしつつ第２スイッチ及び第３スイッチを相補的に開状態及び閉状態に切り替える第２スイッチング処理を繰り返し行っている。これにより、基準コンデンサと測定コンデンサとの間の中間電位は段階的に低くなる。

特許文献１の静電容量検出装置は、第２スイッチング処理の度に、基準コンデンサと測定コンデンサとの間の中間電位が予め設定された参照電位よりも低くなったか否かを判定する比較処理を行う比較部を備えている。また、特許文献１の静電容量検出装置は、比較部の比較処理の結果に基づいて、測定コンデンサの静電容量値を検出する容量値検出処理を行う演算部を備えている。特許文献１の静電容量検出装置における演算部は、中間電位が予め設定された参照電位よりも低くなったと判定されたときの第２スイッチング処理の繰り返し回数に基づいて、測定コンデンサの静電容量値を検出している。

特開２００５‐１０６６６５号公報

特許文献１の静電容量検出装置においては、基準コンデンサと測定コンデンサとの間の中間電位がノイズによって変化することがある。この場合、特許文献１の静電容量検出装置では、ノイズがない理想的な中間電位が参照電位よりも低くなっていないにも拘らず中間電位が参照電位よりも低くなったと判定されたり、ノイズがない理想的な中間電位が参照電位よりも低くなっているにも拘らず中間電位が参照電位よりも低くなっていないと判定されたりすることがある。その結果、特許文献１の静電容量検出装置では、中間電位が参照電位よりも低くなったと判定されたときの第２スイッチング処理の繰り返し回数がばらつき、測定コンデンサの静電容量値の検出精度が悪くなるおそれがある。

上記課題を解決するための静電容量検出装置は、高電位側電源及び低電位側電源の間に直列に接続されている基準コンデンサ及び測定コンデンサと、前記基準コンデンサの両端子間に接続されている第１スイッチと、前記基準コンデンサと前記測定コンデンサとの間に接続されている第２スイッチと、前記測定コンデンサの両端子間に接続されている第３スイッチと、前記第１スイッチを閉状態にするとともに前記第２スイッチ及び前記第３スイッチを開状態にする第１スイッチング処理を行った後、前記第１スイッチを開状態にしつつ前記第２スイッチ及び前記第３スイッチを相補的に開状態及び閉状態に切り替える第２スイッチング処理を繰り返し行う制御部と、前記第２スイッチング処理の度に、前記基準コンデンサと前記測定コンデンサとの間の中間電位が予め設定された参照電位を越えたか否かを判定する比較処理を行う比較部と、を備え、前記第２スイッチング処理において、前記第２スイッチ及び前記第３スイッチを相補的に開状態及び閉状態に切り替えるとは、前記第２スイッチ及び前記第３スイッチが共に閉状態になることは含まず、前記第２スイッチング処理の期間内において、前記第２スイッチ及び前記第３スイッチが共に開状態になること、及び前記第２スイッチが閉状態であるときに前記第３スイッチが開状態になること、及び前記第３スイッチが閉状態であるときに前記第２スイッチが開状態になることが含まれる、静電容量検出装置であって、一定期間内の前記比較部における各比較処理で前記中間電位が前記参照電位を越えたと判定された回数が予め設定された複数回数である基準回数以上となったときの前記第２スイッチング処理の繰り返し回数を検出回数として検出し、前記検出回数の変化に基づいて、前記測定コンデンサの静電容量値の変化を判定する容量値検出処理を行う演算部を備えた。

上記構成では、複数の比較処理に基づいて容量値検出処理を行っているため、例えば一回の比較処理に基づいて容量値検出処理を行う場合に比べて、ノイズによる比較処理の結果のばらつきを平準化できる。その結果、測定コンデンサの静電容量値の検出結果がばらつくことを抑制でき、静電容量値の検出精度の向上に寄与できる。

本発明によれば、測定コンデンサの静電容量値の検出結果がばらつくことを抑制でき、静電容量値の検出精度の向上に寄与できる。

本実施形態にかかる静電容量検出装置の概略図。本実施形態にかかる静電容量検出装置の動作説明図。本実施形態にかかる中間電位の変化を示す説明図。本実施形態において中間電位が参照電位を越える確率を示す説明図。本実施形態にかかる繰り返し回数の算出態様を示す説明図。本実施形態にかかる繰り返し回数の算出態様を示す説明図。比較例において算出される繰り返し回数を示す説明図。本実施形態において算出される繰り返し回数を示す説明図。

以下、静電容量検出装置を、図１～図８にしたがって説明する。静電容量検出装置は、例えば、車両用ドアの取手に搭載されるタッチセンサとして用いることができる。静電容量検出装置によって、車両用ドアの取手の付近に物が配置されたことを検出し、それに基づいて車両用ドアの施錠開錠の許可等を行う。

図１に示すように、静電容量検出装置は、複数のコンデンサ及び複数のスイッチを有する制御回路１０を備えている。制御回路１０は、高電位側電源１１及び低電位側電源１２の間に接続されている基準コンデンサ１３及び測定コンデンサ１４を備えている。基準コンデンサ１３の一端は、高電位側電源１１に接続されている。基準コンデンサ１３の他端は、第２スイッチ２２の一端に接続されている。第２スイッチ２２の他端は、測定コンデンサ１４の一端に接続されている。測定コンデンサ１４の他端は、低電位側電源１２に接続されている。すなわち、測定コンデンサ１４は、基準コンデンサ１３に対して直列に接続されている。測定コンデンサ１４は、車両用ドアの取手の付近に物が配置されることにより静電容量値が変化する。すなわち、測定コンデンサ１４は、車両用ドアの取手の付近に物が配置されているか否かによって容量値が変化する可変容量として機能する。なお、本実施形態では、低電位側電源１２の電位Ｖ２は接地電位（グランド）である。また、高電位側電源１１の電位Ｖ１は低電位側電源１２よりも高い電位であり、例えば、高電位側電源１１は、車両の１２ボルト電源や２４ボルト電源で動作するＤＣ／ＤＣコンバータにより変換された安定化した５ボルト電源である。

基準コンデンサ１３の一端には、第１スイッチ２１の一端が接続されている。基準コンデンサ１３の他端には、第１スイッチ２１の他端が接続されている。すなわち、基準コンデンサ１３の両端子間には、基準コンデンサ１３に対して並列に第１スイッチ２１が接続されている。測定コンデンサ１４の一端には、第３スイッチ２３の一端が接続されている。第３スイッチ２３の他端は、低電位側電源１２に接続されている。すなわち、測定コンデンサ１４の両端子間には、測定コンデンサ１４に対して並列に第３スイッチ２３が接続されている。第１スイッチ２１、第２スイッチ２２、及び第３スイッチ２３は、いずれもＨｉｇｈレベル（以下、Ｈレベルという。）の信号が入力されることにより閉状態になり、Ｌｏｗレベル（以下、Ｌレベルという。）の信号が入力されることにより開状態になるＭＯＳトランジスタである。

図１に示すように、静電容量検出装置は、制御回路１０に接続されている制御装置３０を備えている。制御装置３０は、各スイッチを開状態や閉状態に制御する制御部３１と、測定コンデンサ１４の静電容量値を検出する容量値検出処理を行う検出部３２とを備えている。

制御部３１は、制御回路１０における第１スイッチ２１を開閉するための第１信号Ｓ１を出力する。制御部３１は、第１スイッチ２１に対してＨレベル又はＬレベルの第１信号Ｓ１を出力する。制御部３１は、制御回路１０における第２スイッチ２２を開閉するための第２信号Ｓ２を出力する。制御部３１は、第２スイッチ２２に対してＨレベル又はＬレベルの第２信号Ｓ２を出力する。制御部３１は、制御回路１０における第３スイッチ２３を開閉するための第３信号Ｓ３を出力する。制御部３１は、第３スイッチ２３に対してＨレベル又はＬレベルの第３信号Ｓ３を出力する。また、制御部３１は、制御回路１０の制御状況に応じた制御信号を検出部３２に出力する。

検出部３２は、基準コンデンサ１３と測定コンデンサ１４との間の中間電位Ｖｍを取得するコンパレータ３３と、コンパレータ３３から出力される信号や制御部３１から出力される各スイッチの制御信号（第１信号Ｓ１～第３信号Ｓ３）が入力される演算部３４とを備えている。

コンパレータ３３の反転入力端子は、基準コンデンサ１３と第２スイッチ２２との間の第１接続ノードＮ１に接続されている。コンパレータ３３の非反転入力端子は、参照電源４１に接続されている。参照電源４１の参照電位Ｖｒｅｆは、低電位側電源１２の電位Ｖ２よりも高く、高電位側電源１１の電位Ｖ１よりも低い電位に予め設定されている。

コンパレータ３３の出力端子は、演算部３４に接続されている。コンパレータ３３は、中間電位Ｖｍと参照電位Ｖｒｅｆとの比較結果を示す出力信号Ｖｏｕｔを演算部３４に出力する。演算部３４は、コンパレータ３３が出力した出力信号Ｖｏｕｔや各スイッチに対する第１信号Ｓ１、第２信号Ｓ２、第３信号Ｓ３に基づいて、測定コンデンサ１４の静電容量値を検出する。

次に、図２を参照して、制御部３１が実行するスイッチング処理について説明する。制御部３１は、静電容量検出装置に電力が供給されている間において各スイッチング処理を繰り返し実行する。なお、スイッチング処理の開始前の時点において、第１スイッチ２１、第２スイッチ２２、及び第３スイッチ２３は、それぞれ開状態となっている。

図２に示すように、制御部３１は、第１スイッチ２１を閉状態にする第１スイッチング処理を行う。具体的には、時刻ｔ１において、制御部３１は、第１スイッチ２１に対してＨレベルの第１信号Ｓ１を出力する。これにより、第１スイッチ２１は閉状態になる。第１スイッチ２１が閉状態になることで基準コンデンサ１３が放電され、第１接続ノードＮ１の中間電位Ｖｍは高電位側電源１１と同じ電位Ｖ１となる。すなわち、一連のスイッチング処理における第１接続ノードＮ１の中間電位Ｖｍが、初期電位としての電位Ｖ１になる。そして、時刻ｔ２において、制御部３１は、第１スイッチ２１に対してＬレベルの第１信号Ｓ１を出力する。これにより、第１スイッチ２１が開状態になる。

その後、制御部３１は、第２スイッチ２２及び第３スイッチ２３を相補的に開状態及び閉状態に切り替える第２スイッチング処理を行う。なお、制御部３１は、第２スイッチング処理中には、第１スイッチ２１に対してＬレベルの第１信号Ｓ１を出力し続ける。これにより、第２スイッチング処理中は、第１スイッチ２１は開状態のままである。

第２スイッチング処理が開始される時刻ｔ３において、制御部３１は、第２スイッチ２２に対してＨレベルの第２信号Ｓ２を出力し、第３スイッチ２３に対してＬレベルの第３信号Ｓ３を出力する。これにより、第２スイッチ２２は閉状態になり、第３スイッチ２３は開状態になる。その結果、基準コンデンサ１３及び測定コンデンサ１４が充電され、第１接続ノードＮ１の中間電位Ｖｍは低くなる。そして、時刻ｔ４において、制御部３１は、第２スイッチ２２に対してＬレベルの第２信号Ｓ２を出力し、第３スイッチ２３に対してＬレベルの第３信号Ｓ３を出力する。これにより、第２スイッチ２２及び第３スイッチ２３は共に開状態になる。

さらに、時刻ｔ５において、制御部３１は、第２スイッチ２２に対してＬレベルの第２信号Ｓ２を出力し、第３スイッチ２３に対してＨレベルの第３信号Ｓ３を出力する。これにより、第２スイッチ２２は開状態になり、第３スイッチ２３は閉状態になる。その結果、測定コンデンサ１４は放電されて、測定コンデンサ１４の両端子の電圧は低電位側電源１２と同じ電位Ｖ２となる。そして、時刻ｔ６において、制御部３１は、第２スイッチ２２に対してＬレベルの第２信号Ｓ２を出力し、第３スイッチ２３に対してＬレベルの第３信号Ｓ３を出力する。これにより、第２スイッチ２２及び第３スイッチ２３は共に開状態になる。

そして、時刻ｔ７において、制御部３１は、次の第２スイッチング処理を行う。すなわち、これ以後は、時刻ｔ３～時刻ｔ７までの一連の第２スイッチング処理を繰り返し行う。これにより、第２スイッチング処理の度に、第１接続ノードＮ１の中間電位Ｖｍは段階的に低くなる。なお、第２スイッチング処理において、第２スイッチ２２及び第３スイッチ２３は共に開状態となるが、第２スイッチ２２が閉状態であるときに第３スイッチ２３が開状態であり、第３スイッチ２３が閉状態であるときに第２スイッチ２２が開状態であるため、第２スイッチ２２及び第３スイッチ２３は相補的に開状態及び閉状態に切り替わるといえる。

次に、検出部３２が実行する測定コンデンサ１４の静電容量値を検出する容量値検出処理について説明する。検出部３２は、静電容量検出装置に電力が供給されている間において容量値検出処理を繰り返し実行する。

検出部３２におけるコンパレータ３３は、中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたか否かを判定する比較処理を行う。具体的には、コンパレータ３３は、中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆよりも高い場合にＬレベルの信号を演算部３４に出力する。また、コンパレータ３３は、中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆよりも低い場合にＨレベルの信号を演算部３４に出力する。すなわち、本実施形態では、コンパレータ３３が比較処理を行う比較部である。本実施形態では、中間電位Ｖｍの初期電位が参照電位Ｖｒｅｆよりも高いため、中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆよりも低くなった場合に中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定される。

検出部３２における演算部３４は、第１スイッチング処理の後から、中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定されたときまでの第２スイッチング処理の繰り返し回数を検出する。そして、当該第２スイッチング処理の繰り返し回数と比較のための比較回数とを比較して容量値検出処理を行う。比較回数は、車両用ドアの取手の付近に物が配置されていない状態での第２スイッチング処理の繰り返し回数である。なお、比較回数は、予め実験等によって定めたり、容量値検出処理において過去に測定コンデンサ１４の静電容量値が検出された際の第２スイッチング処理の繰り返し回数を用いたりできる。

車両用ドアの取手の付近に物が配置されることによって測定コンデンサ１４の静電容量値が変化すると、１回の第２スイッチング処理によって低下する中間電位Ｖｍの大きさが変化する。これに伴い、中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定されたときの第２スイッチング処理の繰り返し回数が変化する。そのため、中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定されたときの第２スイッチング処理の繰り返し回数と比較回数とを比較することで、車両用ドアの取手の付近に物が配置されているか否かを判定できる。なお、演算部３４は、第１スイッチング処理の度に、第２スイッチング処理の繰り返し回数をリセットする。

本実施形態では、容量値検出処理において第２スイッチング処理の繰り返し回数を以下の２つの態様により算出する。
第１態様では、演算部３４は、第２スイッチング処理を行う度に、最新を含む連続した３２回の第２スイッチング処理における中間電位Ｖｍと参照電位Ｖｒｅｆとの比較結果を参照する。ここで、図５に示すように、第２スイッチング処理の繰り返し回数が多くなるほど、３２回の第２スイッチング処理において中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定された回数は多くなる。そして、演算部３４は、３２回の第２スイッチング処理において中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定された回数が、予め設定された基準回数となったか否かを判断する。そして、演算部３４は、中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定された回数が基準回数となったときの第２スイッチング処理の繰り返し回数を、比較用算出回数ＸＡとして検出する。本実施形態では、基準回数は、演算部３４が比較結果を参照する３２回の第２スイッチング処理の半分の値として１６回が設定されている。さらに、演算部３４は、比較用算出回数ＸＡから３２回中の半分である１６回分を減算する。すなわち、第１態様において最終的に算出する第２スイッチング処理の繰り返し回数である最終第１回数ＹＡは、比較用算出回数ＸＡ－（３２／２）回となる。

第２態様では、第１態様と同様に、演算部３４は、第２スイッチング処理を行う度に、最新を含む連続した３２回の第２スイッチング処理における中間電位Ｖｍと参照電位Ｖｒｅｆとの比較結果を参照する。ここで、図６に示すように、第２スイッチング処理の繰り返し回数が多くなるほど、３２回の第２スイッチング処理において中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定された回数は多くなる。まずは、演算部３４は、３２回の第２スイッチング処理において中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定された回数が、第１規定回数となったか否かを判断する。そして、演算部３４は、中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定された回数が第１規定回数となったときの第２スイッチング処理の繰り返し回数を、第１算出回数ＸＢとして検出する。本実施形態では、第１規定回数は、第１態様の基準回数よりも小さい値の１０回が設定されている。

また、演算部３４は、３２回の第２スイッチング処理において中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定された回数が、第２規定回数となったか否かを判断する。そして、演算部３４は、中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定された回数が第２規定回数となったときの第２スイッチング処理の繰り返し回数を、第２算出回数ＸＣとして検出する。本実施形態では、第２規定回数は、第１態様の基準回数と第１規定回数との差分だけ、第１態様の基準回数よりも大きい値の２２回が設定されている。

そして、演算部３４は、第１算出回数ＸＢと第２算出回数ＸＣとの平均値である演算回数を求め、当該演算回数から３２回中の半分である１６回分を減算する。すなわち、第２態様において最終的に算出する第２スイッチング処理の繰り返し回数である最終第２回数ＹＢは、（第１算出回数ＸＢ＋第２算出回数ＸＣ）／２－（３２／２）回となる。

次に、演算部３４は、最終第１回数ＹＡと最終第２回数ＹＢとの差が予め設定された所定回数Ｚ（例えば、５回）以内であるか否かを判定する。所定回数Ｚは、予め実験等によって定められている。最終第１回数ＹＡと最終第２回数ＹＢとの差が所定回数Ｚ以内である場合には、最終第１回数ＹＡ及び最終第２回数ＹＢの算出が正常であるとして正常判定を行う。そして、演算部３４は、最終第２回数ＹＢを用いて容量値検出処理を行う。すなわち、本実施形態では、第２態様における演算回数が容量値検出処理に用いる検出回数である。

一方、最終第１回数ＹＡと最終第２回数ＹＢとの差が所定回数Ｚよりも大きい場合には、最終第１回数ＹＡ及び最終第２回数ＹＢの算出が異常であるとして異常判定を行う。そして、演算部３４は、今回算出した最終第１回数ＹＡ及び最終第２回数ＹＢ用いて容量値検出処理を行わない。すなわち、本実施形態では、第１態様の比較用算出回数ＸＡに基づく最終第１回数ＹＡと第２態様の演算回数に基づく最終第２回数ＹＢとの差と、所定回数Ｚとを比較する。

その後、制御部３１は、第１スイッチング処理及び第２スイッチング処理の各スイッチング処理を再び実行する。また、検出部３２は、容量値検出処理を再び実行する。このように制御装置３０は、各スイッチング処理及び容量値検出処理を繰り返し実行する。

次に、本実施形態の作用を説明する。
図３に示すように、第１接続ノードＮ１にノイズが重畳することにより中間電位Ｖｍが変化することがある。この場合、例えば、図３に示す領域Ｂの範囲においては、ノイズがない理想的な中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆよりも低くなっていないにも拘らず中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定され得る。また、図３に示す領域Ｂの範囲においては、ノイズがない理想的な中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆよりも低くなっているにも拘らず中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えていないと判定され得る。そして、ノイズがない理想的な中間電位Ｖｍにおいて算出される第２スイッチング処理の繰り返し回数Ｔに対して、実際に算出する第２スイッチング処理の繰り返し回数がばらつく。具体的には、図３に示す領域Ｂの範囲の前半部分においては、ノイズがない理想的な中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えるタイミングよりも早い段階でノイズの影響を受けて中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定され得る。その結果、測定コンデンサ１４の静電容量値の検出精度が悪くなるおそれがある。

ここで、図３に示すように、第１接続ノードＮ１に重畳されるノイズの大きさとその発生確率は正規分布となると考えられる。そのため、ノイズがない理想的な中間電位Ｖｍと参照電位Ｖｒｅｆとが同じ値である場合、ノイズが重畳された中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越える確率と、ノイズが重畳された中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えない確率とは同じになる。

また、図４に示すように、ノイズがない理想的な中間電位Ｖｍにおいて算出される第２スイッチング処理の繰り返し回数Ｔのときには、中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定される確率が５０％となる。そして、ノイズがない理想的な中間電位Ｖｍにおいて算出される第２スイッチング処理の繰り返し回数Ｔよりも実際の第２スイッチング処理の繰り返し回数が多くなるほど、中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定される確率が高くなり、中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えていないと誤判定される確率が低くなる。また、ノイズがない理想的な中間電位Ｖｍにおいて算出される第２スイッチング処理の繰り返し回数Ｔよりも実際の第２スイッチング処理の繰り返し回数が少なくなるほど、中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定される確率が低くなり、中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと誤判定される確率が低くなる。

つまり、ノイズがない理想的な中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越える前において、中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと誤判定される回数と、ノイズがない理想的な中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えた後において、中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えていないと誤判定される回数とは、統計上は同じ回数となる。

本実施形態における第１態様では、最新を含む連続した３２回の第２スイッチング処理における中間電位Ｖｍと参照電位Ｖｒｅｆとの比較結果を参照する。ここで、ノイズがない理想的な中間電位Ｖｍにおいて算出される第２スイッチング処理の繰り返し回数Ｔ付近における比較結果の参照について説明する。まず、ノイズがない理想的な中間電位Ｖｍと参照電位Ｖｒｅｆとの比較結果を参照する場合、前半の１６回では中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えていないと判定され、後半の１６回では中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えていると判定される。

これに対して、ノイズが重畳された中間電位Ｖｍと参照電位Ｖｒｅｆとの比較結果を参照する場合、例えば、前半の１６回において中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと５回誤判定されると、後半の１６回において中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えていないと５回誤判定される可能性が高い。そのため、複数回の第２スイッチング処理における中間電位Ｖｍと参照電位Ｖｒｅｆとの比較結果を参照すると、誤判定の影響を小さくできる。そして、上記の場合、３２回中の最も新しい第２スイッチング処理の繰り返し回数と３２回中の最も古い第２スイッチング処理の繰り返し回数との中央付近には、ノイズがない理想的な中間電位Ｖｍにおいて算出される第２スイッチング処理の繰り返し回数Ｔが位置している可能性が高い。

本実施形態における第１態様では、最新を含む連続した３２回の第２スイッチング処理において中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定される回数が、３２回中の半分である１６回となったときの第２スイッチング処理の繰り返し回数として比較用算出回数ＸＡを検出する。比較用算出回数ＸＡを検出した際には、３２回の第２スイッチング処理のうちの中央付近に、ノイズがない理想的な中間電位Ｖｍにおいて算出される第２スイッチング処理の繰り返し回数Ｔが位置している可能性が高い。そこで、本実施形態における第１態様では、検出した比較用算出回数ＸＡから３２回中の半分である１６回分を減算し、第１態様おける第２スイッチング処理の繰り返し回数である最終第１回数ＹＡを算出している。このように本実施形態における第１態様では、複数回の比較処理に基づいて比較処理を行っているため、例えば、中間電位Ｖｍと参照電位Ｖｒｅｆとの比較処理を一回行う場合に比べて、比較処理の結果のばらつきを平準化できる。そして、第１態様において算出する最終第１回数ＹＡのばらつきを平準化できる。

本実施形態における第２態様では、最新を含む連続した３２回の第２スイッチング処理において中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定される回数が、第１規定回数である１０回となったときの第２スイッチング処理の繰り返し回数として第１算出回数ＸＢを検出する。また、本実施形態における第２態様では、最新を含む連続した３２回の第２スイッチング処理において中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定される回数が、第２規定回数である２２回となったときの第２スイッチング処理の繰り返し回数として第２算出回数ＸＣを検出する。そして、第１規定回数は３２回の半分である１６回よりも６回分小さい値の１０回であり、第２規定回数は３２回の半分である１６回よりも６回分大きい値の２２回である。上述したように実際の第２スイッチング処理の繰り返し回数はノイズがない理想的な中間電位Ｖｍにおいて算出される第２スイッチング処理の繰り返し回数Ｔに対して対称的にばらつくため、第１算出回数ＸＢと第２算出回数ＸＣとの平均値である演算回数は第１態様における比較用算出回数ＸＡに相当する。そこで、本実施形態における第２態様では、第１算出回数ＸＢと第２算出回数ＸＣとの平均値である演算回数から３２回中の半分である１６回分を減算し、第２態様おける第２スイッチング処理の繰り返し回数である最終第２回数ＹＢを算出している。これにより、本実施形態における第２態様では、上記の第１態様と同様に、比較処理の結果のばらつきを平準化でき、最終第２回数ＹＢのばらつきを平準化できる。

ここで、測定コンデンサ１４の静電容量値の検出精度を高める手段としては、一回当りの第２スイッチング処理による中間電位Ｖｍの変化を小さくすることが考えられる。しかし、この場合には、中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定されるまでに行われる第２スイッチング処理の繰り返し回数が増加してしまう。

本実施形態における第２態様では、第１算出回数ＸＢ及び第２算出回数ＸＣの２種類の回数に基づいているため、最終第２回数ＹＢを、実際に行う第２スイッチング処理の繰り返し回数よりも細かい、０．５回単位で算出できる。そのため、一回当りの第２スイッチング処理による中間電位Ｖｍの変化を小さくすることに伴って実際に行う第２スイッチング処理の繰り返し回数を増やすことなく、測定コンデンサ１４の静電容量値の検出精度を高めることができる。

ところで、本実施形態における第２態様では、第１算出回数ＸＢ及び第２算出回数ＸＣの２種類の回数に基づいて最終第２回数ＹＢを算出しているため、第１態様よりも広い範囲の中間電位Ｖｍに基づいて比較処理を行う。そのため、比較処理を行う中間電位Ｖｍの中に正規分布に従わない突発的なノイズが含まれる可能性が高くなる。このような突発的なノイズが中間電位Ｖｍに含まれると、第１算出回数ＸＢ及び第２算出回数ＸＣの２種類の回数に基づいた演算回数から算出される最終第２回数ＹＢが、ノイズがない理想的な中間電位によって算出される第２スイッチング処理の繰り返し回数Ｔに対して乖離することがある。この場合、容量値検出処理において、例えば、測定コンデンサ１４の静電容量値が変化していないにも拘らず、測定コンデンサ１４の静電容量値が誤って検出されるおそれもある。

これに対して、本実施形態では、最終第１回数ＹＡと最終第２回数ＹＢとの差が所定回数Ｚよりも大きい場合には、突発的なノイズが含まれやすい第２態様において算出する最終第２回数ＹＢを用いて容量値検出処理を行わない。そのため、容量値検出処理において、測定コンデンサ１４の静電容量値が変化していないにも拘らず、測定コンデンサ１４の静電容量値が誤って検出されることを抑制できる。

上記実施形態の効果をまとめると次のとおりである。
（１）図７に示すように、仮に、容量値検出処理において、一回の比較処理に基づいて第２スイッチング処理の繰り返し回数を検出すると、実際に検出される第２スイッチング処理の繰り返し回数は、ノイズがない理想的な中間電位Ｖｍにおいて算出される第２スイッチング処理の繰り返し回数Ｔよりも時間的に前側にばらつく可能性が高い。

これに対して、本実施形態では、複数回の比較処理に基づいて比較処理を行っているため、例えば、一回の比較処理に基づいて第２スイッチング処理の繰り返し回数を検出する場合に比べて、比較処理の結果のばらつきを平準化できる。すなわち、第１態様において算出する最終第１回数ＹＡや第２態様において算出する最終第２回数ＹＢのばらつきを平準化できる。その結果、図８に示すように、仮に中間電位Ｖｍにノイズが含まれていても、ノイズがない理想的な中間電位Ｖｍにおいて算出される第２スイッチング処理の繰り返し回数Ｔと同じ繰り返し回数を検出できる可能性が高い。また、検出された繰り返し回数がばらついたとしても、図７の例のように時間的に前側にばらつくのではなく、繰り返し回数Ｔに対して時間的に前後に均等にばらつく。したがって、理想的な条件下で検出される繰り返し回数Ｔに対して、検出される繰り返し回数が大きくずれてしまうことはない。その結果、測定コンデンサ１４の静電容量値の検出精度の向上に寄与できる。

（２）本実施形態では、複数回の比較処理に基づいて比較処理を行っているため、例えば、一回の比較処理に基づいて第２スイッチング処理の繰り返し回数を検出する場合に比べれば、第２スイッチング処理の繰り返し回数を算出するための時間が長くなり、容量値検出処理の時間も長くなる。しかし、第２スイッチング処理の一回当りの時間は極めて短くできるため、本実施形態では、第２スイッチング処理の繰り返し回数を算出するための時間が長くなることの影響は小さい。その結果、本実施形態では、容量値検出処理の時間が長くなることを抑制しつつ、測定コンデンサ１４の静電容量値の検出精度の向上に寄与できる。

（３）本実施形態では、第１算出回数ＸＢ及び第２算出回数ＸＣの２種類の回数に基づいて、最終第２回数ＹＢを細かい単位で算出できる。そのため、一回当りの第２スイッチング処理による中間電位Ｖｍの変化を小さくすることに伴って実際に行う第２スイッチング処理の繰り返し回数を増やすことなく、測定コンデンサ１４の静電容量値の検出精度を高めることができる。

（４）本実施形態では、最終第１回数ＹＡと最終第２回数ＹＢとの差が所定回数Ｚよりも大きい場合には、突発的なノイズが含まれやすい第２態様の演算回数に基づいて算出する最終第２回数ＹＢを用いて容量値検出処理を行わない。そのため、突発的なノイズが含まれやすい演算回数に基づいて、測定コンデンサ１４の静電容量値が誤って検出されることを抑制できる。

なお、上記の実施形態は、以下のように変更できる。
・上記実施形態では、中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆよりも低くなったときに中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定されていたが、これに限らない。例えば、中間電位Ｖｍの初期電位が参照電位Ｖｒｅｆよりも低く、第２スイッチング処理の度に中間電位Ｖｍが段階的に高くなる場合には、中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆよりも高くなったときに中間電位Ｖｍが参照電位Ｖｒｅｆを越えたと判定されてもよい。

・上記実施形態における第１態様及び第２態様では、容量値検出処理において、最新を含む連続した３２回の第２スイッチング処理における中間電位Ｖｍを参照していたが、参照する第２スイッチング処理の回数は適宜変更できる。第１態様及び第２態様では、例えば、１６回や６４回の第２スイッチング処理における中間電位Ｖｍを参照してもよい。

この場合、第１態様では、例えば、１６回の第２スイッチング処理における中間電位Ｖｍを参照する構成における基準回数は、１６回の第２スイッチング処理の半分の値として８回を設定すればよい。そして、第１態様において最終的に算出する第２スイッチング処理の繰り返し回数である最終第１回数ＹＡは、比較用算出回数ＸＡ－（１６／２）回となる。

また、この場合、第２態様では、１６回の第２スイッチング処理における中間電位Ｖｍを参照する構成における第１規定回数は、第１態様の基準回数よりも小さい値の、例えば、５回が設定されていればよい。この場合、第２態様における第２規定回数は、第１態様の基準回数と第１規定回数との差分だけ、第１態様の基準回数よりも大きい値の、例えば、１１回が設定されていればよい。そして、第２態様において最終的に算出する第２スイッチング処理の繰り返し回数である最終第２回数ＹＢは、（第１算出回数ＸＢ＋第２算出回数ＸＣ）／２－（１６／２）回となる。

・上記実施形態では、比較部としてコンパレータ３３を用いていたが、中間電位Ｖｍと参照電位Ｖｒｅｆとの大小関係を検出できるのであれば、他の回路を採用してもよい。
・上記実施形態では、第１態様の比較用算出回数ＸＡに基づく最終第１回数ＹＡと第２態様の演算回数に基づく最終第２回数ＹＢとの差が所定回数Ｚ以内であるか否かを判定していたが、これに限らない。例えば、第１態様の比較用算出回数ＸＡと第２態様の演算回数との差が所定回数以内であるか否かを判定してもよい。

・上記実施形態では、最終第１回数ＹＡと最終第２回数ＹＢとの差が所定回数Ｚよりも大きい場合には、今回算出した最終第１回数ＹＡ及び最終第２回数ＹＢを用いて容量値検出処理を行わなかったが、これに限らない。例えば、最終第１回数ＹＡと最終第２回数ＹＢとの差が所定回数Ｚよりも大きい場合には、第２態様よりも突発的なノイズが含まれにくい第１態様における最終第１回数ＹＡ用いて容量値検出処理を行ってもよい。

また、静電容量検出装置が故障した際にも、最終第１回数ＹＡと最終第２回数ＹＢとの差が所定回数Ｚよりも大きくなることもある。そこで、例えば、最終第１回数ＹＡと最終第２回数ＹＢとの差が所定回数Ｚよりも大きいとの判定が繰り返し行われた場合には、静電容量検出装置が故障していると判定し、車両の運転者等に異常を報知してもよい。なお、異常を報知する構成としては、車両の警告灯を点灯する等が考えられる。

・上記実施形態において、第１態様における最終第１回数ＹＡと第２態様における最終第２回数ＹＢとの比較に用いる所定回数Ｚは、適宜変更してもよい。ここで、算出される最終第１回数ＹＡ及び最終第２回数ＹＢは重畳するノイズや回路構成等によって変わり得るため、算出される最終第１回数ＹＡ及び最終第２回数ＹＢのばらつきに合わせて所定回数Ｚを定めるとよい。

・上記実施形態では、第１態様における最終第１回数ＹＡと第２態様における最終第２回数ＹＢとの差が所定回数Ｚ以内であるか否かを判定していたが、これに限らない。例えば、第２態様における最終第２回数ＹＢの算出に際して、正規分布に従わない突発的なノイズが中間電位Ｖｍに含まれる可能性が低いのであれば、上記判定を省略してもよい。この場合には、第１態様における最終第１回数ＹＡの算出を省略して、第２態様における最終第２回数ＹＢのみを行ってもよい。

・上記実施形態では、最終第２回数ＹＢを用いて容量値検出処理を行っていたが、これに限らない。例えば、上記実施形態では、第２態様において第１算出回数ＸＢ及び第２算出回数ＸＣの２種類の回数に基づいて最終第２回数ＹＢを細かい単位で算出し、最終第２回数ＹＢを用いて容量値検出処理を行っていたが、それほど細かい単位で算出する必要がないのであれば、第１態様における最終第１回数ＹＡを用いて容量値検出処理を行ってもよい。

・上記実施形態では、静電容量検出装置を、車両用ドアの取手に搭載されるタッチセンサとして適用していたが、例えば、車両室内に搭載される操作スイッチとして適用してもよい。

・上記実施形態において、高電位側電源１１の電位Ｖ１、参照電源４１の参照電位Ｖｒｅｆ、及び低電位側電源１２の電位Ｖ２は、適宜変更できる。この場合においても、高電位側電源１１の電位Ｖ１は参照電源４１の参照電位Ｖｒｅｆよりも高い電位であり、参照電源４１の参照電位Ｖｒｅｆは低電位側電源１２の電位Ｖ２よりも高い電位であればよい。

Ｎ１…第１接続ノード、Ｓ１…第１信号、Ｓ２…第２信号、Ｓ３…第３信号、ＸＡ…比較用算出回数、ＸＢ…第１算出回数、ＸＣ…第２算出回数、ＹＡ…最終第１回数、ＹＢ…最終第２回数、Ｖ１…電位、Ｖ２…電位、Ｖｍ…中間電位、Ｖｏｕｔ…出力信号、Ｖｒｅｆ…参照電位、１０…制御回路、１１…高電位側電源、１２…低電位側電源、１３…基準コンデンサ、１４…測定コンデンサ、２１…第１スイッチ、２２…第２スイッチ、２３…第３スイッチ、３０…制御装置、３１…制御部、３２…検出部、３３…コンパレータ（比較部）、３４…演算部、４１…参照電源。

Claims

高電位側電源及び低電位側電源の間に直列に接続されている基準コンデンサ及び測定コンデンサと、
前記基準コンデンサの両端子間に接続されている第１スイッチと、
前記基準コンデンサと前記測定コンデンサとの間に接続されている第２スイッチと、
前記測定コンデンサの両端子間に接続されている第３スイッチと、
前記第１スイッチを閉状態にするとともに前記第２スイッチ及び前記第３スイッチを開状態にする第１スイッチング処理を行った後、前記第１スイッチを開状態にしつつ前記第２スイッチ及び前記第３スイッチを相補的に開状態及び閉状態に切り替える第２スイッチング処理を繰り返し行う制御部と、
前記第２スイッチング処理の度に、前記基準コンデンサと前記測定コンデンサとの間の中間電位が予め設定された参照電位を越えたか否かを判定する比較処理を行う比較部と、を備え、
前記第２スイッチング処理において、前記第２スイッチ及び前記第３スイッチを相補的に開状態及び閉状態に切り替えるとは、前記第２スイッチ及び前記第３スイッチが共に閉状態になることは含まず、前記第２スイッチング処理の期間内において、前記第２スイッチ及び前記第３スイッチが共に開状態になること、及び前記第２スイッチが閉状態であるときに前記第３スイッチが開状態になること、及び前記第３スイッチが閉状態であるときに前記第２スイッチが開状態になることが含まれる、静電容量検出装置であって、
一定期間内の前記比較部における各比較処理で前記中間電位が前記参照電位を越えたと判定された回数が予め設定された複数回数である基準回数以上となったときの前記第２スイッチング処理の繰り返し回数を検出回数として検出し、前記検出回数の変化に基づいて、前記測定コンデンサの静電容量値の変化を判定する容量値検出処理を行う演算部を備えた
ことを特徴とする静電容量検出装置。