JP5382575B2

JP5382575B2 - ロック・アンロック制御装置

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Publication number: JP5382575B2
Application number: JP2009088304A
Authority: JP
Inventors: 良平桜井
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP2010235095A

Description

本発明は、自動車等の車両用、家屋等の建物用のドアの開閉や、車両に搭載された荷物等の収容体の蓋部の開閉、あるいはパーソナルコンピュータ等の情報処理機器の起動・終了などの各種動作のロックやアンロックを制御するロック・アンロック制御装置に関し、特に安価に構成可能で高精度な動作制御を行うことができるロック・アンロック制御装置に関する。

自動車等の車両用のドアの施錠や解錠を行うものとして、下記特許文献１に開示されている車両用ドアの施・解錠意思確認装置が知られている。この車両用ドア施・解錠意思確認装置は、ドアのアウターパネル外面に配置された操作ハンドル（ドアハンドル）に、ドアを開放操作する際に内側からユーザが接触したことを検出して解錠意思を確認するアンロックセンサと、ドアを閉鎖操作する際に外側からユーザが接触したことを検出して施錠意思を確認するロックセンサとを備える。

そして、この車両用ドアの施・解錠意思確認装置は、アンロックセンサが、アウターパネルと操作ハンドルとの間にユーザの手が挿入可能な部位に対応して設けられるとともに、このアンロックセンサから操作ハンドルの長手方向に離れた位置の端部にロックセンサが設けられた構造を備えている。

特許第３５０２８４８号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示されている車両用ドアの施・解錠意思確認装置では、各センサの周囲に樹脂などの比誘電率において温度変動を持つ材料が配置してある。このため、温度変化によって検知される静電容量の変動に対応すべく、しきい値を緩やかな変動に対しては補正できるように構成したり、サーミスタを用いた温度補償回路でしきい値にも温度変動を持たせたりしているが、回路構成が高価となったり実装点数や工数が増大してしまうため、コストが高くなってしまうという問題がある。

また、上述した特許文献１の課題にも挙げられているが、例えばいわゆるスマートエントリーシステムのユーザ識別コードの送受信装置に用いられるアンテナ等が、操作ハンドル内のセンサに近接配置されている場合は、ユーザ識別コード信号や車両のラジオ、携帯電話等の電波ノイズの影響によって、センサにより検知する静電容量が変化してしまう場合がある。このため、現状ではセンサと送受信装置などの動作を同時に行わないようにする等のシステム的に回避する対策がなされているが、このような対策では設計自由度が著しく低下してしまうという問題がある。

さらに、例えば雨水などの水分のように比誘電率が８０と極めて大きい物質が操作ハンドルに付着し、センサの周囲に存在する場合にも同様に検知する静電容量は変化してしまう。このため、ＥＣＵ（電子制御ユニット）による変動パターンをすべてプログラミングしたり、センサ電極の構造を変更したりすることが行われているが、これによりＥＣＵやセンサなどのコストが高くなってしまうという問題がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、安価に構成可能で高精度な動作制御を行うことができるロック・アンロック制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係るロック・アンロック制御装置は、ユーザが所持する携帯機からの信号を受信する信号受信部と、該信号受信部によって受信された信号に基づいてユーザの識別を行うユーザ識別部と、被動作体の被接触部内に設けられた電極部と、前記電極部によって検知された静電容量を示す検知信号を出力する検知回路部と、前記ユーザ識別部の識別結果、および前記検知回路部から出力される検知信号に基づいて、前記被動作体の動作のロック・アンロックを制御する制御部と、を備えたロック・アンロック制御装置であって、前記電極部は、前記被接触部における前記ユーザの接触する面側に電極面がその面と正対するように配置された接地電極と、この接地電極と所定間隔空けて互いに平行に配置された検知電極とを有して構成されていることを特徴とする。

本発明に係るロック・アンロック意思検出装置は、上記のように構成することにより、被動作体の動作のロック・アンロックの制御を、安価に構成可能で高精度な動作のもとに行うことができる。

前記被接触部は、例えば少なくとも前記電極部配置箇所が弾性を有する部材からなり、前記電極部は、前記被接触部の内部にて前記接地電極および前記検知電極間が空間状態となるように設けられている。

前記電極部は、前記被接触部の内部に少なくとも一対設けられ、各電極部は前記検知電極側がいずれも内側に配置されていてもよい。

また、前記電極部は、前記検知電極の前記接地電極とは反対側に、該検知電極と同電位または所定の固定電位が与えられるガード電極をさらに備えて構成されていてもよい。

前記信号受信部は、例えば前記被接触部の内部に設けられたアンテナ部を有する。

前記電極部は、その周囲を覆うシールド電極をさらに備えてもよい。

前記電極部は、例えば少なくとも一部がフレキシブルプリント基板、メンブレン回路およびリジッドプリント基板のいずれか一つに形成されてなる。

前記電極部は、例えば少なくとも一部が前記被接触部の内部に塗布された導電性材料からなる。

前記検知回路部は、例えば前記電極部と同一基板上の同一面または反対面に実装されてなる。

前記被動作体は車両用または建物用のドアであり、前記被接触部は該ドアに設けられたドアハンドルである。

また、前記被動作体は車両に搭載された収容体の蓋部であり、前記被接触部は該蓋部に備えられた蓋開閉手段に設けられていてもよい。

さらに、前記被動作体は情報処理機器であり、前記被接触部は該情報処理機器に備えられたユーザ認証手段に設けられていてもよい。

以上のように本発明によれば、安価に構成可能で高精度な動作制御を行うことができるロック・アンロック制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るロック・アンロック制御装置の一部が設けられた被接触部の例を示す断面図である。同ロック・アンロック制御装置の一部が設けられたドアハンドルを透過して示す斜視図である。図２のＡ−Ａ’断面図である。同ロック・アンロック制御装置の全体構成の例を示す構成図である。図３に示したドアハンドルの他の状態の例を示す断面図である。静電容量に応じてデューティー比が変化する検知回路の構成例を示す回路図である。図６の回路における動作波形を示す動作波形図である。図５に示したドアハンドルのさらに他の構成例を示す断面図である。

以下に、添付の図面を参照して、本発明に係るロック・アンロック制御装置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ロック・アンロック制御装置の一部が設けられた被接触部の例を示す断面図、図２は同ロック・アンロック制御装置の一部が設けられたドアハンドルを透過して示す斜視図、図３は図２のＡ−Ａ’断面図、図４は同ロック・アンロック制御装置の全体構成の例を示す構成図、図５は図３に示したドアハンドルの他の状態の例を示す断面図である。

本実施形態のロック・アンロック制御装置は、ユーザを識別するとともに、この被動作体に設けられた被接触部へのユーザの接触を検知して、被動作体の動作のロック・アンロックの制御を行うものである。具体的には、ロック・アンロック制御装置は、例えば次のように構成されている。

すなわち、ロック・アンロック制御装置は、例えばロック・アンロックを行う被動作体側へ配置された本体機からユーザが所持する携帯機へ信号が送信され、この信号を受信した携帯機から本体機へユーザ識別用キーが応答信号として送信されて、ユーザが識別された場合に、この本体機から出力される信号（識別結果信号）を受信する信号受信部（以下、単に「受信部」と呼ぶ。）を備える。

また、ロック・アンロック制御装置は、被動作体に設けられた被接触部の内部に設けられた電極部と、この電極部によって検知された静電容量を示す検知信号を出力する検知回路部と、上記受信部および検知回路部からの信号（識別結果、検知結果を示す情報）により、被動作体の動作のロック・アンロックを制御する制御部とを備える。

図１に示すように、ロック・アンロック制御装置の電極部１０は、被接触部１の内部に設けられた検知電極１１と接地電極１２とを備えて構成されている。被接触部１は、例えば樹脂成形部材からなり、少なくとも電極部１０の配置箇所（電極部１０の周囲）においては、この配置箇所側の被接触部１が弾性を有するとともに、同様に弾性を有する樹脂層２が充填された構造を備えている。その他、被接触部１は、被接触部１と樹脂層２とが、同一の材料の樹脂成形部材（すなわち、一体成形された部材）からなり弾性を有するように構成されてもよい。

電極部１０は、例えば接触部１におけるユーザの指Ｆが接触する面側（すなわち、ユーザの指Ｆが接触する部分の被接触部１の外表面に近い面側）に電極面がその面と正対するように配置された接地電極１２と、この接地電極１２と所定間隔の距離Ｌだけ空けて、例えばその電極面が平行となるように配置された検知電極１１とを備える。なお、この電極部１０は、被接触部１の内部において各電極１１，１２間が距離Ｌだけ離れた空間１０ａを形成する状態となるように配置されている。

また、電極部１０は、少なくとも一部が、フレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）、メンブレン回路（メンブレンシート）およびリジッドプリント基板（ＲＰＣ）のいずれか一つに形成されたり、被接触部１の内部に塗布された導電性材料や金属箔などにより形成されたりして構成されている。さらに、電極部１０の各電極１１，１２は、電線のような導電部材や銀ペーストによりパターニングされた部材からなる構造であってもよい。

したがって、このように構成されたロック・アンロック制御装置では、図１中の二点短鎖線で示すように、被接触部１が設けられた被動作体側においてユーザが識別された後に、ユーザが指Ｆで被接触部１を押圧（タッチ）することにより、検知電極１１および接地電極１２間の距離Ｌが短くなる。

これにより、各電極１１，１２間の静電容量が増加して、検知回路部が増加した分の静電容量値に基づく信号を出力するため、この信号に応じて制御部が被動作体の動作のロック・アンロックを制御することができる。各電極１１，１２は樹脂層２で周囲が覆われるとともに、空間１０ａは空気（または真空）状態となるため、被接触部１や樹脂層２の材料等の比誘電率の温度特性による影響を受けにくい（すなわち、初期容量が一定である）ので、初期容量の温度変動が要らず安価に構成することができる。また、被接触部１に配置された電極部１０は、樹脂層２により覆われているため、防水加工処理の必要はない。

なお、被動作体としては、例えば車両用や建物用のドア、車両に搭載された収容体の蓋部（例えば、コンソールボックスの蓋等）、および情報処理機器（例えば、パーソナルコンピュータ等）が挙げられる。そして、被接触部１としては、例えば被動作体が車両用や建物用のドアである場合はこのドアに設けられたドアハンドル、車両に搭載された蓋部である場合はこの蓋部に設けられた蓋開閉手段（例えば、蓋開閉用取っ手やスイッチ等）、および情報処理機器である場合はこの情報処理機器に備えられたユーザ認証手段（例えば、指紋認証部等）が挙げられる。その他、被動作体および被接触部１は、本発明に係るロック・アンロック制御装置が適用できるものであれば限定されない。

次に、上述したロック・アンロック制御装置を車両用や建物用のドアおよびこのドアに設けられたドアハンドルに適用した例について説明する。なお、以降において、上述した部分と重複する説明は割愛する。本例のロック・アンロック制御装置は、ドア３においてユーザを識別するとともに、このドア３に設けられたドアハンドル４へのユーザの接触を検知して、ドア３の施錠（ロック）あるいは解錠（アンロック）の動作制御を行うものである。

図２〜図５に示すように、このロック・アンロック制御装置１００は、例えば中空成形され上壁部４ａ、下壁部４ｂ、側壁部４ｃ，４ｄを有するとともに、中空部分に樹脂層２が設けられた樹脂成形部材からなり、ドア３との間に空間部９を形成する形状のドアハンドル（上記接触部１に対応する）４を有する。

そして、ロック・アンロック制御装置１００は、このドアハンドル４の樹脂層２において、例えばドア３側の側壁部４ｄの内面に沿って設けられた第１電極部１０Ａと、側壁部４ｄと対向する側壁部４ｃの内面に沿って設けられた第２電極部１０Ｂとからなる一対の電極部を備えて構成されている。

なお、これら第１および第２電極部１０Ａ，１０Ｂは、検知電極１１側がいずれも内側となる状態でドアハンドル４に設けられるとともに、各検知電極１１の接地電極１２との対向面側とは反対側の面に形成されたガード電極１３を有して構成される。このガード電極１３は、例えば検知電極１１と同電位または所定の固定電位が与えられて駆動され、各電極部１０Ａ，１０Ｂの互いの静電容量変化による影響をガードするとともに、図５に示すように、例えばドアハンドル４の外表面に付着した水分Ｗによる水濡れ等の外乱要因の影響をガードする。

また、ロック・アンロック制御装置１００は、これら第１および第２電極部１０Ａ，１０Ｂと一体的あるいは別体的に形成されて、例えばドアハンドル４の内部の樹脂層２に設けられた回路部２０（図４参照）を備えている。この回路部２０は、各電極部１０Ａ，１０Ｂの検知電極１１により検知された静電容量に基づく静電容量値を検出して、ドア３の開閉を行わせるための制御信号であるスイッチ出力を図示しないドア開閉機構等に出力する。

回路部２０は、本例では図４に示すように、例えば電極部１０Ａ，１０Ｂが形成された基板１９と同一基板上の同一面や反対面に実装されて形成されている。この回路部２０は、例えばバッファ２１、検知回路２３、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２４、制御回路２５および受信部２６を備えて構成されている。

バッファ２１は、例えば１倍の増幅器で高入力インピーダンス低出力インピーダンスを実現し、ガード電極１３を常に高インピーダンスの状態として、例えば検知電極１１と同電位に駆動する。検知電極１１からの出力は、検知回路２３に入力される。検知回路２３は、検知電極１１と接地電極１２との間の静電容量に応じて周波数またはデューティー比が変化するパルス信号を出力する。

このパルス信号は、ＬＰＦ２４に入力される。ＬＰＦ２４は、検知回路２３からのパルス信号を平滑化して検知信号を出力する。制御回路２５は、受信部２６から出力された信号を入力するとともに、ＬＰＦ２４からの検知信号を入力し、これらの信号に応じて外部のドア開閉機構等にスイッチ出力を行う。受信部２６は、例えばドア３側に設けられた本体機（図示せず）からの識別結果信号を受信してその信号を出力する。

図６は、静電容量Ｃに応じてデューティー比が変化する検知回路２３の構成例を示す回路図、図７は図６の回路における動作波形を示す動作波形図である。検知回路２３は、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２３１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２３２とを備えて構成されている。

タイマー回路２３２は、例えば２つの比較器２３２１，２３２２と、これら比較器２３２１，２３２２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フリップフロップ回路（以下、「ＲＳ−ＦＦ」と呼ぶ。）２３２３と、このＲＳ−ＦＦ２３２３の出力ＤＩＳ（ディスチャージ信号）をＬＰＦ２４に出力するバッファ２３２４と、ＲＳ−ＦＦ２３２３の出力ＤＩＳでオン／オフ制御されるトランジスタ２３２５とを備えて構成されている。

比較器２３２２は、トリガ信号発生回路２３１から出力される図７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−ＦＦ２３２３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２３２５をオフ状態にし、検知電極１１および接地電極１２の間を、検知電極１１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、図７に示すように、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。

そして、入力信号Ｖｉｎが、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３により決まるしきい値Ｖｔｈ１を超えたら、比較器２３２１の出力が反転してＲＳ−ＦＦ２３２３の出力を反転させる。この結果、トランジスタ２３２５がオン状態となって検知電極１１に蓄積された電荷がトランジスタ２３２５を介して放電される。

したがって、このタイマー回路２３２は、図７に示すように、検知電極１１および接地電極１２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。ＬＰＦ２４は、この出力を平滑化することにより、図７に示すような直流の検知信号Ｖｏｕｔを出力する。なお、図７中、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、点線で示す波形はユーザの近接状態を示している。

このように構成されたロック・アンロック制御装置１００は、回路部２０の制御回路２５が受信部２６から出力された信号とともに、電極部１０Ａ，１０Ｂの検知電極１１および接地電極１２間の静電容量Ｃの増加によりドア３に設けられたドアハンドル４へのユーザの接触を検知して、ドア開閉機構等へドア３の施錠あるいは解錠を行わせるスイッチ出力を行う。したがって、安価に構成可能で高精度な動作制御を行うことが可能となる。

なお、上述した携帯機から送信される応答信号を受信する本体機のアンテナを、例えばドアハンドル４の内部に設けた場合は、電極部１０Ａ，１０Ｂは、次のような構成を備えればよい。図８は、図５に示したドアハンドルのさらに他の構成例を示す断面図である。

図８に示すように、本例のロック・アンロック制御装置は、一対の電極部１０Ａ’，１０Ｂ’を備える点は先の例と同様であるが、ドアハンドル４の内部における樹脂層２に認証本体機のアンテナ８が設けられているため、各電極部１０Ａ’，１０Ｂ’の周囲がシールド電極１４により覆われている点が相違している。このシールド電極１４は、磁気シールドとして動作し、アンテナ８の影響を各電極部１０Ａ’，１０Ｂ’に及ぼさない作用を有している。

このように構成することにより、回路部２０と本体機を同時に動作させることが可能となるため、ロック・アンロックの動作を制御するシステム的な設計自由度が向上する。なお、回路部２０と本体機を同時に動作させない場合は、上記シールド電極１４は設けられなくてもよい。

そして、上述した実施形態に係るロック・アンロック制御装置では、検知電極１１および接地電極１２間の静電容量Ｃを検知する検知回路２３として、抵抗とコンデンサの時定数によって出力パルスのデューティー比が変化する周知のタイマー回路（タイマーＩＣ）２３２を利用する構成のものを用いて説明したが、これに限定されるものではなく、次のようなものでもよい。

すなわち、例えば直接インピーダンスを測定する方法、発振回路を構成して発振周波数を測定する方法、ＲＣ充放電回路を構成して充放電時間を計測する方法、既知の電圧で充電した電荷を既知の容量に移動してその電圧を測定する方法、または電荷の移動を複数回行い既知容量に所定電圧が充電するまでの回数を測定する方法など、各種の方法があり、検出した静電容量にしきい値を設け、または静電容量の信号波形を解析して該当する静電容量の波形になったときにトリガとするなどの各種の処理を行うようにしてもよい。さらに、例えば検知電極１１の出力をＡ／Ｄコンバータなどで直接取り込んで扱ったり、検知回路２３を差動動作型に構成して静電容量Ｃを検知するようにしてもよい。

以上述べたように、本実施形態に係るロック・アンロック制御装置では、回路部２０の回路構成が簡単で実装点数や工数を減らすことができ、コストを抑えることが可能となる。また、アンテナ８がドアハンドル４内に設けられていても、回路部２０と本体機の動作を同時に行うことができるので、設計自由度を向上させることができる。

さらに、雨水などの水分Ｗがドアハンドル４に付着しても検知電極１１により確実に静電容量Ｃの変化量を検出することができるため、コストを抑えることが可能となる。このように、本発明に係るロック・アンロック制御装置は、安価に構成可能で高精度な動作制御を行うことが可能となる。

１被接触部
２樹脂層
３ドア
４ドアハンドル
８アンテナ
９空間部
１０電極部
１１検知電極
１２接地電極
１３ガード電極
１４シールド電極
２０回路部
２１バッファ
２３検知回路
２４ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２５制御回路
２６受信部
１００ロック・アンロック制御装置
２３１トリガ信号発生回路
２３２タイマー回路

Claims

ユーザが所持する携帯機からの信号を受信する信号受信部と、
該信号受信部によって受信された信号に基づいてユーザの識別を行うユーザ識別部と、
被動作体の被接触部内に設けられた電極部と、
前記電極部によって検知された静電容量を示す検知信号を出力する検知回路部と、
前記ユーザ識別部の識別結果、および前記検知回路部から出力される検知信号に基づいて、前記被動作体の動作のロック・アンロックを制御する制御部と、を備えたロック・アンロック制御装置であって、
前記電極部は、前記被接触部における前記ユーザの接触する面側に電極面がその面と正対するように配置された接地電極と、この接地電極と所定間隔空けて互いに平行に配置された検知電極とを有して構成されているとともに、
前記電極部は、前記被接触部の内部に少なくとも一対設けられ、各電極部は前記検知電極側がいずれも内側に配置されている
ことを特徴とするロック・アンロック制御装置。
前記被接触部は、少なくとも前記電極部配置箇所が弾性を有する部材からなり、
前記電極部は、前記被接触部の内部にて前記接地電極および前記検知電極間が空間状態となるように設けられていることを特徴とする請求項１記載のロック・アンロック制御装置。
前記電極部は、前記検知電極の前記接地電極とは反対側に、該検知電極と同電位または所定の固定電位が与えられるガード電極をさらに備えて構成されていることを特徴とする請求項１または２記載のロック・アンロック制御装置。
前記信号受信部は、前記被接触部の内部に設けられたアンテナ部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のロック・アンロック制御装置。
前記電極部は、その周囲を覆うシールド電極をさらに備えたことを特徴とする請求項４記載のロック・アンロック制御装置。
前記電極部は、少なくとも一部がフレキシブルプリント基板、メンブレン回路およびリジッドプリント基板のいずれか一つに形成されてなることを特徴とする請求項５記載のロック・アンロック制御装置。
前記電極部は、少なくとも一部が前記被接触部の内部に塗布された導電性材料からなることを特徴とする請求項５記載のロック・アンロック制御装置。
前記検知回路部は、前記電極部と同一基板上の同一面または反対面に実装されてなることを特徴とする請求項６記載のロック・アンロック制御装置。
前記被動作体は車両用または建物用のドアであり、前記被接触部は該ドアに設けられたドアハンドルであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載のロック・アンロック制御装置。
前記被動作体は車両に搭載された収容体の蓋部であり、前記被接触部は該蓋部に備えられた蓋開閉手段に設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載のロック・アンロック制御装置。
前記被動作体は情報処理機器であり、前記被接触部は該情報処理機器に備えられたユーザ認証手段に設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載のロック・アンロック制御装置。