JP7322681B2

JP7322681B2 - 静電容量センサ

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Publication number: JP7322681B2
Application number: JP2019217709A
Authority: JP
Inventors: 治樹辻; 貴明小泉; 沙耶小林
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2023-08-08
Anticipated expiration: 2039-12-02
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Description

本発明は、静電容量の変化に基づいて検出対象物の近接を検出する静電容量センサに関する。

従来、検出対象物の近接を検出する静電容量センサが利用されてきた。静電容量センサには、例えば検出対象物との間で容量結合を行う検出電極を備えて構成され、静電容量の変化に基づいて検出対象物の近接を検出しているものがある。このような静電容量センサにあっては、検出電極や当該検出電極を接続する線が短絡状態や開放状態にあると適切に検出対象物の近接を検出できないことから、故障を診断する技術が検討されてきた（例えば特許文献１及び２）。

特許文献１には、手による対象物の把持を検出するグリップセンサが記載されている。このグリップセンサは、把持検出用電極と、第１端付近に配置される断線判断用電極と、第２端付近に配置される断線判断用電極と断線判断用電極との状態を接地と非接地とに切り替えるスイッチとを備えて構成され、断線判断用電極の状態を非接地から接地に切り替える時の把持検出用電極の静電容量の変化に基づいて、把持検出用電極の断線の有無を判断している。

特許文献２には、開閉体の端部に設けられた静電容量式のセンサ電極から出力される検出信号を基に、当該検出信号と挟み込み判定閾値とを比較することにより、作動中の開閉体による物体の挟み込みの有無を判定し、挟み込みが検出されれば作動中の開閉体を反転又は停止させる開閉体制御装置が記載されている。この開閉体制御装置は、開閉体の開閉位置を検出する開閉位置検出部と、センサ電極の断線の有無を判定するときに用いる断線閾値とセンサ電極の検出信号と断線閾値とに基づき、当該センサ電極が断線していると判定する断線判定部とを備えている。断線判定部は、挟み込み判定をしない領域に開閉体が位置するとき、断線閾値を用いた断線有無の判定を行う。

特開２０１８－６７４２３号公報特開２０１７－４８６４０号公報

特許文献１に記載の技術にあっては、把持検出用電極の断線判定を行うにあたり、把持検出に使用しないスイッチを必要とする。このため、特許文献１に記載の技術は、部品が増えることから、製造コスト及び搭載スペースが増大し、改良の余地がある。また、特許文献２に記載の技術にあっては、断線の有無を判定する際には、開閉体が挟み込み判定をしない領域に位置する必要があり、利便性を向上する余地がある。

そこで、低コストで、且つ、故障判定を行うにあたり、利便性が高い静電容量センサが求められる。

本発明に係る静電容量センサの特徴構成は、検出対象物と第１検出電極との間の静電容量の変化及び前記検出対象物と第２検出電極との間の静電容量の変化に基づいて前記検出対象物の近接を検出可能な静電容量センサであって、一方の端子に予め設定された第１電位が印加されるコンデンサと、前記コンデンサの一方の端子と他方の端子とに亘って設けられる第１スイッチと、一方の端子が前記コンデンサの他方の端子に接続される第２スイッチと、一方の端子が前記第２スイッチの他方の端子及び前記第１検出電極に接続され、他方の端子に前記第１電位より低い第２電位が印加される第３スイッチと、一方の端子が前記コンデンサの他方の端子に接続される第４スイッチと、一方の端子が前記第２検出電極に接続可能で且つ前記第４スイッチの他方の端子に接続され、他方の端子に前記第２電位が印加される第５スイッチと、前記コンデンサの他方の端子の電位と前記第１電位に応じて設定された基準電位との電位差に基づいて少なくとも前記第１検出電極の故障を判定する判定部と、を備えている点にある。

このような特徴構成とすれば、判定部が第１検出電極自体に電流が流れているか否かに基づいて第１検出電極が故障しているか否かを判定するので、第１検出電極の故障判定を高精度に行うことが可能となる。また、元々備えているスイッチを利用して故障判定を行うので、故障判定のために新たにスイッチを設ける必要がない。したがって、低コストで故障判定を行えると共に、部品の搭載領域の増大を抑制できる。また、検出対象物の検出時に行われるスイッチの開閉動作に基づき故障判定を実施するので、利便性も高い。

また、前記判定部は、前記第１スイッチを所定時間に亘って閉状態にした後で開状態にし、その後に前記第５スイッチが開状態である場合において前記第２スイッチを閉状態にした時の前記コンデンサの他方の端子の電位に基づいて、前記第１検出電極が短絡状態であるか否かを判定すると好適である。

このような構成とすれば、第１検出電極による検出対象物の検出時に用いられる第２スイッチを利用して第１検出電極が短絡状態であるか否かを判定できるので、新たにスイッチを設ける必要がない。したがって、低コストで故障判定が実現できる。

また、前記判定部は、前記第１スイッチを所定時間に亘って閉状態にした後で開状態にし、その後に前記第２スイッチ及び前記第５スイッチの双方を閉状態にした時の前記コンデンサの他方の端子の電位に基づいて、前記第１検出電極が開放状態であるか否かを判定すると好適である。

このような構成とすれば、第１検出電極による検出対象物の検出時に用いられる第２スイッチと、第２検出電極が検出対象物を検出する際に用いられる第５スイッチとを利用して第１検出電極が開放状態であるか否かを判定できるので、新たにスイッチを設ける必要がない。したがって、低コストで故障判定が実現できる。

また、前記第２検出電極が、前記第５スイッチの一方の端子に接続された場合に、前記判定部は、前記第１スイッチを所定時間に亘って閉状態にした後で開状態にし、その後に前記第３スイッチが開状態である場合において前記第４スイッチを閉状態にした時の前記コンデンサの他方の端子の電位に基づいて、前記第２検出電極が短絡状態であるか否かを判定すると好適である。

このような構成とすれば、第２検出電極による検出対象物の検出時に用いられる第４スイッチを利用して第２検出電極が短絡状態であるか否かを判定できるので、新たにスイッチを設ける必要がない。したがって、低コストで故障判定が実現できる。

また、前記第２検出電極が、前記第５スイッチの一方の端子に接続された場合に、前記判定部は、前記第１スイッチを所定時間に亘って閉状態にした後で開状態にし、その後に前記第３スイッチ及び前記第４スイッチの双方を閉状態にした時の前記コンデンサの他方の端子の電位に基づいて、前記第２検出電極が開放状態であるか否かを判定すると好適である。

このような構成とすれば、第１検出電極による検出対象物の検出時に用いられる第３スイッチと、第２検出電極による検出対象物の検出時用いられる第４スイッチとを利用して第２検出電極が開放状態であるか否かを判定できるので、新たにスイッチを設ける必要がない。したがって、低コストで故障判定が実現できる。

また、前記第１検出電極の故障判定後、前記第１スイッチを所定時間、閉状態にした後に開状態とする第１動作を行った後、前記第２スイッチを、開状態とした後に閉状態とし、更に開状態とする第２動作と、前記第３スイッチを、開状態とした後に閉状態とし、更に開状態とする第３動作とを交互に繰り返して前記第１検出電極の静電容量を検出すると好適である。

このような構成とすれば、第１検出電極の故障判定後に、第１検出電極による検出対象物の検出動作を行うことができる。

また、前記判定部は、前記第２検出電極が前記第５スイッチの一方の端子に接続された場合に前記第２検出電極の故障を判定し、前記第２検出電極の故障判定後、前記第１スイッチを所定時間、閉状態にした後に開状態とする第１動作を行った後、前記第４スイッチを、開状態とした後に閉状態とし、更に開状態とする第４動作と、前記第５スイッチを、開状態とした後に閉状態とし、更に開状態とする第５動作とを交互に繰り返して前記第２検出電極の静電容量を検出すると好適である。

このような構成とすれば、第２検出電極の故障判定後に、第２検出電極による検出対象物の検出動作を行うことができる。

また、前記第２スイッチの前記第１検出電極の故障判定時における閉状態の時間は、前記第２動作の閉状態の時間より長いと好適である。

このような構成とすれば、第１検出電極の故障判定時においてコンデンサの電荷を完全に放電することができるので、精度良く故障判定を行うことが可能となる。

また、前記第４スイッチの前記第２検出電極の故障判定時における閉状態の時間は、前記第４動作の閉状態の時間より長いと好適である。

このような構成とすれば、第２検出電極の故障判定時においてコンデンサの電荷を完全に放電することができるので、精度良く故障判定を行うことが可能となる。

静電容量センサの構成を示す図である。静電容量センサの動作を示すタイムチャートである。故障判定の処理及び判定基準を示す図である。

本発明に係る静電容量センサは、検出対象物と第１検出電極との間の静電容量の変化及び検出対象物と第２検出電極との間の静電容量の変化に基づいて検出対象物の近接を検出可能であって、新たな部品を備えることなく故障判定が行えるように構成されている。以下、本実施形態の静電容量センサ１について説明する。

図１は、静電容量センサ１の構成を示す図である。本実施形態の静電容量センサ１は、コンデンサＣｓ、第１スイッチ１１、第２スイッチ１２、第３スイッチ１３、第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、第１検出電極２１、第２検出電極２２、比較部３０、判定部３１を備えている。

コンデンサＣｓは、一方の端子に予め設定された第１電位が印加される。このコンデンサＣｓは、検出対象物の検出時及び故障判定時の双方において利用される。コンデンサＣｓは一対の端子を有し、一方の端子に定電圧である第１電位が印加される。本実施形態では、この第１電位がＶｃｃとして示される。なお、この第１電位の変動（リップル電圧）を低減するために、コンデンサＣｓは一対の端子と接地電位との間に平滑用コンデンサＣ１が設けられる。

第１スイッチ１１は、コンデンサＣｓの一方の端子と他方の端子とに亘って設けられる。コンデンサＣｓの一方の端子と他方の端子とは、上述したコンデンサＣｓが有する一対の端子である。一方の端子と他方の端子とに亘って設けられるとは、第１スイッチ１１が有する一方の端子とコンデンサＣｓの一方の端子とが電気的に接続され、第１スイッチ１１が有する他方の端子とコンデンサＣｓの他方の端子とが電気的に接続されることを意味する。したがって、第１スイッチ１１が開状態である時には、コンデンサＣｓは第１電位Ｖｃｃで充電され、第１スイッチ１１が閉状態である時には、コンデンサＣｓに蓄えられた電荷が放電される。

第２スイッチ１２は一対の端子を有する。第２スイッチ１２は、一方の端子がコンデンサＣｓの他方の端子に接続される。コンデンサＣｓの他方の端子とは、コンデンサＣｓの一対の端子のうち、第１電位Ｖｃｃが印加されていない側の端子である。したがって、第２スイッチ１２は、一対の端子のうちの一方の端子が、コンデンサＣｓの一対の端子のうち、第１電位Ｖｃｃが印加されていない側の端子に電気的に接続される。

第３スイッチ１３は一対の端子を有する。第３スイッチ１３は、一方の端子が第２スイッチ１２の他方の端子及び第１検出電極２１に接続され、他方の端子に第１電位Ｖｃｃより低い第２電位Ｖｓｓが印加される。第２スイッチ１２の他方の端子とは、第２スイッチ１２の一対の端子のうち、コンデンサＣｓと接続されていない側の端子である。第１検出電極２１とは、検出対象物との間で容量結合を行う電極である。また、第１電位Ｖｃｃより低い第２電位Ｖｓｓとは、本実施形態では接地電位である。したがって、第３スイッチ１３は、一対の端子のうちの一方の端子が、第２スイッチ１２の一対の端子のうち、コンデンサＣｓと接続されていない側の端子及び検出対象物との間で容量結合を行う電極に電気的に接続され、一対の端子のうちの他方の端子は接地電位が印加される。なお、本実施形態では、第３スイッチ１３の一方の端子と第１検出電極２１との間には、抵抗器Ｒ、コンデンサＣ、コイルＬ、バリスタＶｓから構成されたフィルタ部５１が設けられる。

第４スイッチ１４は一対の端子を有する。第４スイッチ１４は、一方の端子がコンデンサＣｓの他方の端子に接続される。コンデンサＣｓの他方の端子とは、コンデンサＣｓの一対の端子のうち、第１電位Ｖｃｃが印加されていない側の端子である。したがって、第４スイッチ１４は、一対の端子のうちの一方の端子が、コンデンサＣｓの一対の端子のうち、第１電位Ｖｃｃが印加されていない側の端子に電気的に接続される。

第５スイッチ１５は一対の端子を有する。第５スイッチ１５は、一方の端子が第２検出電極２２に接続可能で且つ第４スイッチ１４の他方の端子に接続され、他方の端子に第２電位Ｖｓｓが印加される。第２検出電極２２とは、検出対象物との間で容量結合を行う電極である。接続可能とは、静電容量センサ１が検出対象物を検出するにあたり、第１検出電極２１のみで検出対象物の検出を行っても良いし、第１検出電極２１及び第２検出電極２２の双方で検出対象物の検出を行っても良いことを意味する。したがって、第２検出電極２２は備えなくても良い。本実施形態では、第２検出電極２２が備えている場合の例を挙げている。第４スイッチ１４の他方の端子とは、第４スイッチ１４の一対の端子のうち、コンデンサＣｓと接続されていない側の端子である。また、第２電位Ｖｓｓとは、本実施形態では接地電位である。したがって、第５スイッチ１５は、一対の端子のうちの一方の端子が、第４スイッチ１４の一対の端子のうち、コンデンサＣｓと接続されていない側の端子及び第１検出電極２１とは異なる、検出対象物との間で容量結合を行う電極に電気的に接続され、一対の端子のうちの他方の端子は接地電位が印加される。なお、本実施形態では、第５スイッチ１５の一方の端子と第２検出電極２２との間には、抵抗器Ｒ、コンデンサＣ、コイルＬ、バリスタＶｓから構成されたフィルタ部５２が設けられる。

ここで、本実施形態では、第１検出電極２１は抵抗器Ｒ１及びダイオードＤ１を介してフィルタ部５２に電気的に接続される。したがって、第１検出電極２１は抵抗器Ｒ１、ダイオードＤ１、フィルタ部５２のコイルＬ、抵抗器Ｒ、及び第５スイッチ１５を介して接地可能に構成される。また、第２検出電極２２は抵抗器Ｒ２及びダイオードＤ２を介してフィルタ部５１に電気的に接続される。したがって、第２検出電極２２は抵抗器Ｒ２、ダイオードＤ２、フィルタ部５１のコイルＬ、抵抗器Ｒ、及び第３スイッチ１３を介して接地可能に構成される。

比較部３０は、コンデンサＣｓの他方の端子の電位と、第１電位Ｖｃｃに応じて設定された基準電位Ｖｒとの大小関係を比較する。そこで、比較部３０が有する一対の入力端子のうちの一方の端子はコンデンサＣｓの一対の端子のうち、第１電位Ｖｃｃが印加されていない側の端子と電気的に接続され（接続されたノードの電位をＶｃｓとする）、比較部３０が有する一対の入力端子のうちの他方の端子は第１電位Ｖｃｃを所定の抵抗値を有する２つの抵抗器Ｒ３，Ｒ４で分圧された電位が印加される（印加される電位をＶｒとする）。本実施形態では、比較部３０が有する一対の入力端子のうちの他方の端子には第１電位Ｖｃｃの１／２の電位が印加されるように構成される。

判定部３１は、コンデンサＣｓの他方の端子の電位と第１電位Ｖｃｃに応じて設定された基準電位Ｖｒとの電位差に基づいて少なくとも第１検出電極２１の故障を判定する。コンデンサＣｓの他方の端子の電位と第１電位Ｖｃｃに応じて設定された基準電位との電位差とは、本実施形態ではコンデンサＣｓの他方の端子の電位と、第１電位Ｖｃｃに応じて設定された基準電位との大小関係であって、比較部３０により比較される。したがって、判定部３１は、比較部３０の比較結果に応じて第１検出電極２１が故障しているか否かを判定する。ここで、本実施形態では第２検出電極２２も備えられている。このため、判定部３１は、第１検出電極２１及び第２検出電極２２が故障しているか否かを判定する。

以下、判定部３１による故障判定について説明する。図２には、静電容量センサ１の動作を示すタイムチャートが示される。図２に示されるように、故障判定は、静電容量センサ１が検出対象物の近接を検出する近接検出よりも前に行われる。例えば、静電容量センサ１の通電開始時に故障判定を行うと好適である。なお、図２に示されるように、故障判定及び近接検出は、所定時間を計数するＣＬＫ信号に基づき行われる。

静電容量センサ１に通電が開始された時点では（ｔ１以前）、第１スイッチ１１、第２スイッチ１２、第３スイッチ１３、第４スイッチ１４、第５スイッチ１５は開状態とされる。このとき、コンデンサＣｓに電荷が蓄えられる。判定部３１は、故障判定を行う場合には、まず、第１スイッチ１１を所定時間にわたって閉状態にする。第１スイッチ１１を閉状態にする時間（上記「所定時間」）は、コンデンサＣｓに蓄えられた電荷が放電されるまでの時間よりも長く設定すると良い。図２の例では、ｔ１からｔ２までの間（Ｔ１[ミリ秒]）に亘って第１スイッチ１１が閉状態にされ、これによりコンデンサＣｓの他方の端子の電位が所定値以下となる（ゼロに近くなる）。ここで、以下では理解を容易にするために、コンデンサＣｓの他方の端子の電位をＶｃｓとする。

判定部３１は、第１スイッチ１１を閉状態にしてＶｃｓが所定値以下になった後、第１スイッチ１１を開状態にし、その後に第５スイッチ１５が開状態である場合において第２スイッチ１２を閉状態にする。図２の例では、ｔ２からｔ３までの間（Ｔ２[ミリ秒]）に亘って第５スイッチ１５が開状態にされると共に、第２スイッチ１２が閉状態にされる。判定部３１は、この時のコンデンサＣｓの他方の端子の電位Ｖｃｓに基づいて、第１検出電極２１が短絡状態であるか否かを判定する。すなわち、第１検出電極２１が短絡状態にあれば、第２スイッチ１２が閉状態になった場合にＶｃｓが上昇する。この時、Ｖｃｓが判定閾値として設定した基準電位Ｖｒまで上昇すると、判定部３１は第１検出電極２１が短絡状態であると判定する。一方、第１検出電極２１が短絡状態でなければ、第２スイッチ１２が閉状態になった場合でも図２に示されるように、Ｖｃｓは大きく上昇しない。そこで、Ｖｃｓが判定閾値である基準電位Ｖｒまで上昇しない場合には、判定部３１は第１検出電極２１が短絡状態でないと判定する。

次に、判定部３１は、第２スイッチ１２及び第５スイッチ１５の双方を閉状態にする。図２の例では、ｔ３からｔ４までの間（Ｔ３[ミリ秒]）に亘って第２スイッチ１２及び第５スイッチ１５の双方が閉状態にされる。判定部３１は、この時のコンデンサＣｓの他方の端子の電位Ｖｃｓに基づいて、第１検出電極２１が開放状態であるか否かを判定する。すなわち、第１検出電極２１が開放状態にあれば、第２スイッチ１２及び第５スイッチ１５が閉状態になった場合でもＶｃｓが上昇しない。そこで、この時、Ｖｃｓが判定閾値として設定した基準電位Ｖｒまで上昇しないと、判定部３１は第１検出電極２１が開放状態であると判定する。一方、第１検出電極２１が開放状態でなければ、第２スイッチ１２及び第５スイッチ１５が閉状態になった場合にはＶｃｓが大きく上昇する。そこで、図２に示されるように、Ｖｃｓが判定閾値である基準電位Ｖｒまで上昇する場合には、判定部３１は第１検出電極２１が開放状態でないと判定する。

また、本実施形態のように第５スイッチ１５の一方の端子に第２検出電極２２が接続されている場合には、第２検出電極２２の故障判定を行うことも可能である、第２検出電極２２の故障判定を行う場合には、判定部３１は、第１スイッチ１１を所定時間に亘って閉状態にする。図２の例では、ｔ５からｔ６までの間（Ｔ１[ミリ秒]）に亘って第１スイッチ１１が閉状態にされ、これによりＶｃｓがゼロとなる。

判定部３１は、第１スイッチ１１を閉状態にしてＶｃｓが所定値以下になった後、第１スイッチ１１を開状態にし、その後に第３スイッチ１３が開状態である場合において第４スイッチ１４を閉状態にする。図２の例では、ｔ６からｔ７までの間（Ｔ２[ミリ秒]）に亘って第３スイッチ１３が開状態にされると共に、第４スイッチ１４が閉状態にされる。判定部３１は、この時のコンデンサＣｓの他方の端子の電位Ｖｃｓに基づいて、第２検出電極２２が短絡状態であるか否かを判定する。すなわち、第２検出電極２２が短絡状態にあれば、第４スイッチ１４が閉状態になった場合にＶｃｓが上昇する。この時、Ｖｃｓが判定閾値として設定した基準電位Ｖｒまで上昇すると、判定部３１は第２検出電極２２が短絡状態であると判定する。一方、第２検出電極２２が短絡状態でなければ、第４スイッチ１４が閉状態になった場合でも図２に示されるように、Ｖｃｓは大きく上昇しない。そこで、Ｖｃｓが判定閾値である基準電位Ｖｒまで上昇しない場合には、判定部３１は第２検出電極２２が短絡状態でないと判定する。

次に、判定部３１は、第３スイッチ１３及び第４スイッチ１４の双方を閉状態にする。図２の例では、ｔ７からｔ８までの間（Ｔ３[ミリ秒]）に亘って第３スイッチ１３及び第４スイッチ１４の双方が閉状態にされる。判定部３１は、この時のコンデンサＣｓの他方の端子の電位Ｖｃｓに基づいて、第２検出電極２２が開放状態であるか否かを判定する。すなわち、第２検出電極２２が開放状態にあれば、第３スイッチ１３及び第４スイッチ１４が閉状態になった場合でもＶｃｓが上昇しない。そこで、この時、Ｖｃｓが判定閾値として設定した基準電位Ｖｒまで上昇しないと、判定部３１は第２検出電極２２が開放状態であると判定する。一方、第２検出電極２２が開放状態でなければ、第３スイッチ１３及び第４スイッチ１４が閉状態になった場合にはＶｃｓが大きく上昇する。そこで、図２に示されるように、Ｖｃｓが判定閾値である基準電位Ｖｒまで上昇する場合には、判定部３１は第２検出電極２２が開放状態でないと判定する。なお、図２には、判定部３１が故障判定に利用する、すなわち、Ｖｃｓが基準電位Ｖｒを上回った場合に出力される比較部３０の出力（比較結果）も示される。

図３には、上述した本実施形態の故障判定の処理及び判定基準が示される。なお、図３にあっては、示されていないスイッチは開状態である。第１検出電極２１の故障判定にあっては、第１スイッチ１１が所定時間に亘って閉状態にされ、コンデンサＣｓが放電される（ステップ＃１）。第１スイッチ１１が開状態にされると、第２スイッチ１２が閉状態にされ、第５スイッチ１５が開状態にされる（ステップ＃２）。この時、Ｖｃｓが基準電位Ｖｒより小さい場合には第１検出電極２１は短絡状態でないと判定され、Ｖｃｓが基準電位Ｖｒより大きい場合には第１検出電極２１は短絡状態であると判定される。続いて、第２スイッチ１２及び第５スイッチ１５が閉状態にされる（ステップ＃３）。この時、Ｖｃｓが基準電位Ｖｒより大きい場合には第１検出電極２１は開放状態でないと判定され、Ｖｃｓが基準電位Ｖｒより小さい場合には第１検出電極２１は開放状態であると判定される。

第２検出電極２２にあっては、第１スイッチ１１が所定時間に亘って閉状態にされ、コンデンサＣｓが放電される（ステップ＃１）。第１スイッチ１１が開状態にされると、第３スイッチ１３が開状態にされ、第４スイッチ１４が閉状態にされる（ステップ＃２）。この時、Ｖｃｓが基準電位Ｖｒより小さい場合には第２検出電極２２は短絡状態でないと判定され、Ｖｃｓが基準電位Ｖｒより大きい場合には第２検出電極２２は短絡状態であると判定される。続いて、第３スイッチ１３及び第４スイッチ１４が閉状態にされる（ステップ＃３）。この時、Ｖｃｓが基準電位Ｖｒより大きい場合には第２検出電極２２は開放状態でないと判定され、Ｖｃｓが基準電位Ｖｒより小さい場合には第２検出電極２２は開放状態であると判定される。

以上のようにして、本静電容量センサ１は故障判定を行う。係る故障判定にあっては、故障判定のためにスイッチを設けるのではなく、元々、備えているスイッチを利用して故障判定を行う。すなわち、第１検出電極２１の故障判定には第１検出電極２１による検出対象物の検出に利用する第２スイッチ１２及び第２検出電極２２による検出対象物の検出に利用する第５スイッチ１５を利用して故障判定を行う。また、第２検出電極２２の故障判定には第２検出電極２２による検出対象物の検出に利用する第４スイッチ１４及び第１検出電極２１による検出対象物の検出に利用する第３スイッチ１３を利用して故障判定を行う。したがって、故障判定に係るコストが増大することなく、且つ、故障判定に係る制御も容易で利便性が高いものとなる。

第１検出電極２１及び第２検出電極２２の故障判定後、すなわち第１検出電極２１及び第２検出電極２２が故障していないと判定されると、静電容量センサ１は検出対象物の検出を開始する。静電容量センサ１による検出対象物の検出は公知であるので詳細な説明は省略するが、図２のｔ９以降において「検出動作」として示される。例えば第１検出電極２１にあっては、第１スイッチ１１を所定時間、閉状態にした後に開状態とする第１動作（図２にあっては、各「検出動作」の直前の第１スイッチ１１の動作が相当）を行った後に、第２スイッチ１２を、開状態とした後に閉状態とし、更に開状態とする第２動作と、第３スイッチ１３を、開状態とした後に閉状態とし、更に開状態とする第３動作とを交互に繰り返して第１検出電極２１の静電容量を検出する（第１動作は繰り返さず、第２動作と第３動作とを交互に繰り返す）、すなわちこの時のＶｃｓの値により検出対象物が近接しているか否かを判定する。また、第２検出電極２２も同様に、第１スイッチ１１を所定時間、閉状態にした後に開状態とする第１動作（図２にあっては、各「検出動作」の直前の第１スイッチ１１の動作が相当するが、第１検出電極２１による検出動作に続いて行う場合には、当該第１動作を行わなくても良い）を行った後に、第４スイッチ１４を、開状態とした後に閉状態とし、更に開状態とする第４動作と、第５スイッチ１５を、開状態とした後に閉状態とし、更に開状態とする第５動作とを交互に繰り返して第２検出電極２２の静電容量を検出する（第１動作は繰り返さず、第４動作と第５動作とを交互に繰り返す）、すなわちこの時のＶｃｓの値により検出対象物が近接しているか否かを判定する。

すなわち、検出対象物の検出は、第１スイッチ１１の開状態から閉状態の切り替えに応じて行われる。なお、上述したように、第１検出電極２１及び第２検出電極２２の故障判定を行う場合にも、第１スイッチ１１を所定時間、閉状態にした後に開状態とする第１動作が行われるが、第２スイッチ１２の第１検出電極２１の故障判定時における閉状態の時間は、第２動作の閉状態の時間より長く設定される。すなわち、図２における第１検出電極２１の故障判定に要するｔ２－ｔ３、ｔ３－ｔ４の時間が、「検出動作」時の第２スイッチ１２の閉状態より長く設定される。また、第５スイッチ１５の第１検出電極２１の故障判定時における閉状態の時間は、第５動作の閉状態の時間より長く設定される。すなわち、図２における第１検出電極２１の故障判定に要するｔ３－ｔ４の時間が、「検出動作」時の第５スイッチ１５の閉状態より長く設定される。また、第４スイッチ１４の第２検出電極２２の故障判定時における閉状態の時間は、第４動作の閉状態の時間より長く設定される。すなわち、図２における第２検出電極２２の故障判定に要するｔ６－ｔ７、ｔ７－ｔ８の時間が、「検出動作」時の第４スイッチ１４の閉状態より長く設定される。また、第３スイッチ１３の第２検出電極２２の故障判定時における閉状態の時間は、第３動作の閉状態の時間より長く設定される。すなわち、図２における第２検出電極２２の故障判定に要するｔ７－ｔ８の時間が、「検出動作」時の第３スイッチ１３の閉状態より長く設定される。これにより、故障判定時においてコンデンサＣｓの電荷を完全に放電することができるので、精度良く故障判定を行うことが可能となる。

〈その他の実施形態〉
上記実施形態では、第５スイッチ１５の一方の端子に第２検出電極２２が接続されている場合の例を挙げて説明したが、第２検出電極２２は第５スイッチ１５の一方の端子に接続されていなくても良い。係る構成であっても、第１検出電極２１の故障判定及び第１検出電極２１による検出対象物の検出を行うことが可能である。

上記実施形態では、第２スイッチ１２の第１検出電極２１の故障判定時における閉状態の時間は、第２動作の閉状態の時間より長く設定され、第４スイッチ１４の第２検出電極２２の故障判定時における閉状態の時間は、第４動作の閉状態の時間より長く設定されるとして説明したが、第２スイッチ１２の第１検出電極２１の故障判定時における閉状態の時間や、第４スイッチ１４の第２検出電極２２の故障判定時における閉状態の時間は、夫々、第２動作の閉状態に時間や、第４動作の閉状態の時間と同じであっても良いし、短くても良い。

本発明は、静電容量の変化に基づいて検出対象物の近接を検出する静電容量センサに用いることが可能である。

１：静電容量センサ
１１：第１スイッチ
１２：第２スイッチ
１３：第３スイッチ
１４：第４スイッチ
１５：第５スイッチ
２１：第１検出電極
２２：第２検出電極
３１：判定部
Ｖｃｃ：第１電位
Ｖｒ：基準電位
Ｖｓｓ：第２電位

Claims

検出対象物と第１検出電極との間の静電容量の変化及び前記検出対象物と第２検出電極との間の静電容量の変化に基づいて前記検出対象物の近接を検出可能な静電容量センサであって、
一方の端子に予め設定された第１電位が印加されるコンデンサと、
前記コンデンサの一方の端子と他方の端子とに亘って設けられる第１スイッチと、
一方の端子が前記コンデンサの他方の端子に接続される第２スイッチと、
一方の端子が前記第２スイッチの他方の端子及び前記第１検出電極に接続され、他方の端子に前記第１電位より低い第２電位が印加される第３スイッチと、
一方の端子が前記コンデンサの他方の端子に接続される第４スイッチと、
一方の端子が前記第２検出電極に接続可能で且つ前記第４スイッチの他方の端子に接続され、他方の端子に前記第２電位が印加される第５スイッチと、
前記コンデンサの他方の端子の電位と前記第１電位に応じて設定された基準電位との電位差に基づいて少なくとも前記第１検出電極の故障を判定する判定部と、
を備える静電容量センサ。
前記判定部は、前記第１スイッチを所定時間に亘って閉状態にした後で開状態にし、その後に前記第５スイッチが開状態である場合において前記第２スイッチを閉状態にした時の前記コンデンサの他方の端子の電位に基づいて、前記第１検出電極が短絡状態であるか否かを判定する請求項１に記載の静電容量センサ。
前記判定部は、前記第１スイッチを所定時間に亘って閉状態にした後で開状態にし、その後に前記第２スイッチ及び前記第５スイッチの双方を閉状態にした時の前記コンデンサの他方の端子の電位に基づいて、前記第１検出電極が開放状態であるか否かを判定する請求項１又は２に記載の静電容量センサ。
前記第２検出電極が、前記第５スイッチの一方の端子に接続された場合に、前記判定部は、前記第１スイッチを所定時間に亘って閉状態にした後で開状態にし、その後に前記第３スイッチが開状態である場合において前記第４スイッチを閉状態にした時の前記コンデンサの他方の端子の電位に基づいて、前記第２検出電極が短絡状態であるか否かを判定する請求項１から３のいずれか一項に記載の静電容量センサ。
前記第２検出電極が、前記第５スイッチの一方の端子に接続された場合に、前記判定部は、前記第１スイッチを所定時間に亘って閉状態にした後で開状態にし、その後に前記第３スイッチ及び前記第４スイッチの双方を閉状態にした時の前記コンデンサの他方の端子の電位に基づいて、前記第２検出電極が開放状態であるか否かを判定する請求項１から４のいずれか一項に記載の静電容量センサ。
前記第１検出電極の故障判定後、前記第１スイッチを所定時間、閉状態にした後に開状態とする第１動作を行った後、前記第２スイッチを、開状態とした後に閉状態とし、更に開状態とする第２動作と、前記第３スイッチを、開状態とした後に閉状態とし、更に開状態とする第３動作とを交互に繰り返して前記第１検出電極の静電容量を検出する請求項１から５のいずれか一項に記載の静電容量センサ。
前記判定部は、前記第２検出電極が前記第５スイッチの一方の端子に接続された場合に前記第２検出電極の故障を判定し、
前記第２検出電極の故障判定後、前記第１スイッチを所定時間、閉状態にした後に開状態とする第１動作を行った後、前記第４スイッチを、開状態とした後に閉状態とし、更に開状態とする第４動作と、前記第５スイッチを、開状態とした後に閉状態とし、更に開状態とする第５動作とを交互に繰り返して前記第２検出電極の静電容量を検出する請求項６に記載の静電容量センサ。
前記第２スイッチの前記第１検出電極の故障判定時における閉状態の時間は、前記第２動作の閉状態の時間より長い請求項６又は７に記載の静電容量センサ。
前記第４スイッチの前記第２検出電極の故障判定時における閉状態の時間は、前記第４動作の閉状態の時間より長い請求項７に記載の静電容量センサ。