(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-11
(45)【発行日】2024-04-19
(54)【発明の名称】接触検知装置
(51)【国際特許分類】
G01L 1/14 20060101AFI20240412BHJP
【ＦＩ】
G01L1/14 L
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2022158514
(22)【出願日】2022-09-30
(65)【公開番号】P2024052067
(43)【公開日】2024-04-11
【審査請求日】2024-01-22
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000219602
【氏名又は名称】住友理工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000648
【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】柴田 哲好
(72)【発明者】
【氏名】那須 将樹
(72)【発明者】
【氏名】前田 拓磨
(72)【発明者】
【氏名】ゴー ティーン
(72)【発明者】
【氏名】黄田 尚宏
(72)【発明者】
【氏名】奥村 剛正
【審査官】松山 紗希
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－０６７１２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２５７１８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１０１８２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２７６２７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００６－５０４９４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００９／０１２７００３（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｌ １／００－１／２６
Ｇ０１Ｌ ５／００－５／２８
Ｇ０１Ｂ ７／００－７／３４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電源から定電圧である入力電圧を印加される印加電極と、前記印加電極に対向して配置されるとともに電位が計測される計測電極と、前記印加電極と前記計測電極との間に配置される誘電体と、を備え、導体が接触したことを検知するための静電型センサと、前記計測電極の第一計測位置とグランド電位との間に直列接続される第一ブリッジ用キャパシタと、
前記計測電極と前記グランド電位との間に直列接続されるとともに、前記第一ブリッジ用キャパシタに対して並列接続され、閉状態時に前記計測電極の電位をグランド電位に放電させる充放電用スイッチング素子と、
前記入力電圧を前記印加電極に印加していない状態にし且つ前記充放電用スイッチング素子を閉状態にすることで、前記計測電極の電位をグランド電位に放電する工程と、前記放電する工程の後に、前記充放電用スイッチング素子を開状態にし且つ前記入力電圧を前記印加電極に印加する状態にすることで、前記静電型センサに充電する工程とを実行する制御装置と、
前記充電する工程において、前記計測電極の前記第一計測位置と前記第一ブリッジ用キャパシタとの間の第一電位を取得する計測器と、
を備える接触検知装置であって、
前記静電型センサは、前記導体が接触した面積及び前記導体との距離の少なくとも一方に応じて静電容量が変化するように構成され、かつ、前記第一計測位置からの距離に応じた電気抵抗により時定数が変化するように構成され、
前記計測器は、
前記充電する工程における、前記静電型センサへの充電が開始されてから所定時間経過後の第一サンプリング時点に取得した前記第一電位である第一電位第一サンプリング値と、前記第一サンプリング時点から所定時間経過後の第二サンプリング時点に取得した前記第一電位である第一電位第二サンプリング値と、に基づいて、前記導体が前記静電型センサに接触した位置を検知する、接触検知装置。
【請求項2】
前記第一サンプリング時点は、前記静電型センサへの充電が開始されてから所定の第一時間経過後であって、前記計測電極の電位の変化が飽和状態になる前までの過渡状態における時点であり、前記第二サンプリング時点は、前記第一サンプリング時点よりも後であって、前記静電型センサへの充電が開始されてから所定の第二時間経過後の時点である、請求項１に記載の接触検知装置。
【請求項3】
前記計測器は、前記第一電位第二サンプリング値に対する前記第一電位第一サンプリング値の比に基づいて、前記導体が前記静電型センサに接触した位置を検知する、請求項２に記載の接触検知装置。
【請求項4】
前記静電型センサは、長手方向に細長い形状に形成され、前記長手方向の両端に第一端部と第二端部とを有しており、前記第一ブリッジ用キャパシタは、前記計測電極の前記第一計測位置である前記長手方向の前記第一端部と前記グランド電位との間に接続されており、
前記印加電極の前記長手方向の前記第一端部は、前記電源に接続されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の接触検知装置。
【請求項5】
前記静電型センサは、長手方向に細長い形状に形成され、前記長手方向の両端に第一端部と第二端部とを有しており、前記第一ブリッジ用キャパシタは、前記計測電極の前記第一計測位置である前記長手方向の前記第一端部と前記グランド電位との間に接続されており、
前記印加電極の前記長手方向の前記第二端部は、前記電源に接続されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の接触検知装置。
【請求項6】
前記静電型センサは、長手方向に細長い形状に形成され、前記長手方向の両端に第一端部と第二端部とを有しており、前記第一ブリッジ用キャパシタは、前記計測電極の前記第一計測位置である前記長手方向の前記第一端部と前記グランド電位との間に接続されており、
さらに、
前記計測電極の第二計測位置である前記長手方向の前記第二端部と前記グランド電位との間に直列接続される第二ブリッジ用キャパシタ、を備え、
前記計測電極は、前記第一計測位置からの距離に応じて電気抵抗が変化するように構成され、且つ、前記第二計測位置からの距離に応じて電気抵抗が変化するように構成され、
前記計測器は、
前記充電する工程において、前記計測電極の前記第二計測位置と前記第二ブリッジ用キャパシタとの間の第二電位を取得し、
前記充電する工程における、前記第一電位第一サンプリング値と、前記第一サンプリング時点において取得する前記第二電位である第二電位第一サンプリング値と、前記第一電位第二サンプリング値と、前記第二サンプリング時点に取得する前記第二電位である第二電位第二サンプリング値と、に基づいて、前記導体が前記静電型センサに接触した位置を検知する、請求項１～３のいずれか１項に記載の接触検知装置。
【請求項7】
前記制御装置は、前記計測器が前記第一電位を取得するために、前記放電する工程、および、前記放電する工程に続く前記充電する工程を含む第一サイクルを実行し、
前記第一サイクルの後に、前記計測器が前記第二電位を取得するために、前記放電する工程、および、前記放電する工程に続く前記充電する工程を含む第二サイクルを実行する、請求項６に記載の接触検知装置。
【請求項8】
前記計測電極および前記印加電極は、導電性エラストマーからなる、請求項１～３のいずれか１項に記載の接触検知装置。
【請求項9】
前記印加電極と前記計測電極は、単位長さ当たりの電気抵抗が異なる、請求項８に記載の接触検知装置。
【請求項10】
前記計測電極の単位長さ当たりの電気抵抗は、前記印加電極の単位長さ当たりの電気抵抗よりも大きい、請求項９に記載の接触検知装置。
【請求項11】
前記計測電極は、複数の貫通孔を有する、請求項１０に記載の接触検知装置。
【請求項12】
電源から定電圧である入力電圧を印加される印加電極と、前記印加電極に対向して配置されるとともに電位が計測される計測電極と、前記印加電極と前記計測電極との間に配置される誘電体と、を備え、導体が前記計測電極側に接触したことを検知するための静電型センサと、前記計測電極の第一計測位置とグランド電位との間に直列接続される第一ブリッジ用キャパシタと、
前記計測電極と前記グランド電位との間に直列接続されるとともに、前記第一ブリッジ用キャパシタに対して並列接続され、閉状態時に前記計測電極の電位をグランド電位に放電させる充放電用スイッチング素子と、
前記入力電圧を前記印加電極に印加していない状態にし且つ前記充放電用スイッチング素子を閉状態にすることで、前記計測電極の電位をグランド電位に放電する工程と、前記放電する工程の後に、前記充放電用スイッチング素子を開状態にし且つ前記入力電圧を前記印加電極に印加する状態にすることで、前記静電型センサに充電する工程とを実行する制御装置と、
前記充電する工程において、前記計測電極の前記第一計測位置と前記第一ブリッジ用キャパシタとの間の第一電位を取得する計測器と、
を備える接触検知装置であって、
前記静電型センサは、面積及び前記導体との距離の少なくとも一方に応じて静電容量が変化するように構成され、かつ、前記第一計測位置からの距離に応じた電気抵抗により時定数が変化するように構成され、
前記計測器は、
前記充電する工程において、前記静電型センサへの充電が開始されてから所定の第一時間経過後であって、前記計測電極の電位の変化が飽和状態になる前までの過渡状態となる第一時点よりも後であって、前記静電型センサへの充電が開始されてから所定の第二時間経過後である第二時点で取得した前記第一電位である第一電位第二サンプリング値に基づいて、前記導体が前記静電型センサに接触した面積を検知する、接触検知装置。
【請求項13】
前記計測器は、前記充電する工程において、前記第一時点における前記第一電位である第一電位第一サンプリング値を取得し、前記第一電位第一サンプリング値と、前記第一電位第二サンプリング値と、に基づいて、前記導体が前記静電型センサに接触した位置を検知する、請求項１２に記載の接触検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、接触検知装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、静電容量の変化で人体の接触を検知する接触検知装置が、例えば特許文献１に提案されている。
【0003】
この特許文献１の接触検知装置は、シート状に形成された可撓性を有するセンサ本体を備える。センサ本体は、複数行の第一電極と、複数列の第二電極と、を備える。複数の第一電極のそれぞれの第一電極は帯状に形成され、相互に平行に配置されている（特許文献１の図１１参照）。複数列の第二電極のそれぞれの第二電極は、帯状に形成され、相互に平行に配置されている。複数行の第一電極と、複数列の第二電極とは互いに交差して配置されている。
【0004】
複数行の第一電極と、複数列の第二電極とはマトリックス状に配置されている。これにより、センサ本体に人間の手や指などの導体が接触した場合、導体が接触した位置や面積を、マトリックス状に配置された複数行の第一電極および複数列の第二電極によって検知することができる。
【0005】
特許文献２には、押圧位置と押圧力の両方を検出することができる感圧装置が提案されている。この感圧装置は、誘電体、所定の体積抵抗率を有する第１の電極、および、第２の電極を有する感圧部２を備える。また、感圧装置は、第１の電極の左端に位置する第１左端子２１ａと第２の電極の左端に位置する第２左端子２２ａとに接続された第１測定器３０ａと、第１の電極の右端に位置する第１右端子２１ｂと第２の電極の右端に位置する第２右端子２２ｂとに接続された第２測定器３０ｂとを備える。
【0006】
感圧部２は、電極間の静電容量Ｃと、主として第１の電極の電気抵抗Ｒとによる、ＲＣ回路を形成する。感圧部は、外部から押圧力が加えられて変形することにより静電容量Ｃが変化する。また、第１の電極は、所定の体積抵抗率を有するため、外部から感圧部に加えられた押圧位置と第１左端子２１ａとの距離に応じて、押圧位置と第１左端子２１ａとの間の電気抵抗が変化し、同様に、押圧位置と第１右端子２１ｂとの間の電気抵抗が変化する。第１測定器３０ａの測定値におけるＲＣ遅延時間と、第２測定器３０ｂの測定値におけるＲＣ遅延時間とを用いて、押圧力と押圧位置とを求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２０１５－５５５８９号公報
【文献】特開２０１９－１９６９０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、特許文献１に記載の技術によれば、複数行の第一電極と、複数列の第二電極とをマトリックス状に配置するため、配線および配線を接続するための端子を多くする必要があり、部品点数が多くなり、構造が複雑化するという問題があった。
【0009】
特許文献２に記載の技術によれば、押圧力および押圧位置を求めるためには、それぞれ異なる位置の端子に接続された第１測定器の測定値および第２測定器の測定値を用いなければならない。つまり、押圧力および押圧位置を求めるためには、２つの測定器が必要となる。従って、部品点数が多くなり、構造が複雑化するという問題があった。
【0010】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、簡易な構成により接触位置および接触面積の少なくとも一方を検知可能な接触検知装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の一態様は、
電源から定電圧である入力電圧を印加される印加電極と、前記印加電極に対向して配置されるとともに電位が計測される計測電極と、前記印加電極と前記計測電極との間に配置される誘電体と、を備え、導体が接触したことを検知するための静電型センサと、
前記計測電極の第一計測位置とグランド電位との間に直列接続される第一ブリッジ用キャパシタと、
前記計測電極と前記グランド電位との間に直列接続されるとともに、前記第一ブリッジ用キャパシタに対して並列接続され、閉状態時に前記計測電極の電位をグランド電位に放電させる充放電用スイッチング素子と、
前記入力電圧を前記印加電極に印加していない状態にし且つ前記充放電用スイッチング素子を閉状態にすることで、前記計測電極の電位をグランド電位に放電する工程と、前記放電する工程の後に、前記充放電用スイッチング素子を開状態にし且つ前記入力電圧を前記印加電極に印加する状態にすることで、前記静電型センサに充電する工程とを実行する制御装置と、
前記充電する工程において、前記計測電極の前記第一計測位置と前記第一ブリッジ用キャパシタとの間の第一電位を取得する計測器と、
を備える接触検知装置であって、
前記静電型センサは、前記導体が接触した面積及び前記導体との距離の少なくとも一方に応じて静電容量が変化するように構成され、かつ、前記第一計測位置からの距離に応じた電気抵抗により時定数が変化するように構成され、
前記計測器は、
前記充電する工程における、前記静電型センサへの充電が開始されてから所定時間経過後の第一サンプリング時点に取得した前記第一電位である第一電位第一サンプリング値と、前記第一サンプリング時点から所定時間経過後の第二サンプリング時点に取得した前記第一電位である第一電位第二サンプリング値と、に基づいて、前記導体が前記静電型センサに接触した位置を検知する、接触検知装置にある。
電源から定電圧である入力電圧を印加される印加電極と、前記印加電極に対向して配置されるとともに電位が計測される計測電極と、前記印加電極と前記計測電極との間に配置される誘電体と、を備え、導体が接触したことを検知するための静電型センサと、
前記計測電極の第一計測位置とグランド電位との間に直列接続される第一ブリッジ用キャパシタと、
前記計測電極と前記グランド電位との間に直列接続されるとともに、前記第一ブリッジ用キャパシタに対して並列接続され、閉状態時に前記計測電極の電位をグランド電位に放電させる充放電用スイッチング素子と、
前記入力電圧を前記印加電極に印加していない状態にし且つ前記充放電用スイッチング素子を閉状態にすることで、前記計測電極の電位をグランド電位に放電する工程と、前記放電する工程の後に、前記充放電用スイッチング素子を開状態にし且つ前記入力電圧を前記印加電極に印加する状態にすることで、前記静電型センサに充電する工程とを実行する制御装置と、
前記充電する工程において、前記計測電極の前記第一計測位置と前記第一ブリッジ用キャパシタとの間の第一電位を取得する計測器と、
を備える接触検知装置であって、
前記静電型センサは、前記導体が接触した面積及び前記導体との距離の少なくとも一方に応じて静電容量が変化するように構成され、かつ、前記第一計測位置からの距離に応じた電気抵抗により時定数が変化するように構成され、
前記計測器は、
前記充電する工程における、前記静電型センサへの充電が開始されてから所定時間経過後の第一サンプリング時点に取得した前記第一電位である第一電位第一サンプリング値と、前記第一サンプリング時点から所定時間経過後の第二サンプリング時点に取得した前記第一電位である第一電位第二サンプリング値と、に基づいて、前記導体が前記静電型センサに接触した位置を検知する、接触検知装置にある。
【発明の効果】
【0012】
本発明の一態様によれば、１つの計測器を用いるという簡易な構成により、導体が静電型センサに接触した接触位置および接触面積の少なくとも一方を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】実施形態１の接触検知装置が適用されるステアリングホイールを示す正面図。
【図4】実施形態１の静電型センサを示す一部切欠平面図。
【図5】実施形態１の接触検知装置の構成を示すブロック図。
【図6】実施形態１において、充放電用スイッチング素子、第一入力用スイッチング素子、静電型センサの入力電位および出力電位の動作のタイミングチャート。
【図7】実施形態１の静電型センサを充電する工程において、静電型センサの出力電圧の経時変化を示すグラフ。
【図8】実施形態１の静電型センサにおいて、指等の導体の接近および接触による静電容量の変化を示す模式図。
【図9】実施形態１の静電型センサに指が接触した状態を示す模式的断面図。
【図10】実施形態１の静電型センサに手が接触した状態を示す模式的断面図。
【図11】実施形態１の静電型センサにおいて、手が接触したときの第一電圧、指が接触したときの第一電圧、および何も接触していない状態の第一電圧の経時変化を示すグラフ。
【図12】実施形態１の静電型センサに指が接触したときに、印加電極および計測電極に流れる電流を示す模式的断面図。
【図16】実施形態１の接触検知装置の動作を示すフローチャート。
【図17】実施形態２の接触検知装置の構成を示すブロック図。
【図18】実施形態２の静電型センサに指が接触したときに、印加電極および計測電極に流れる電流を示す模式的断面図。
【図20】実施形態３の接触検知装置の構成を示すブロック図。
【図21】実施形態３の静電型センサに指が接触したときに、印加電極および計測電極に流れる電流を示す模式的断面図。
【図25】実施形態４の接触検知装置の構成を示すブロック図。
【図26】実施形態４の接触検知装置に第一サイクルが実行され、且つ、静電型センサに指が接触したときに、印加電極および計測電極に流れる電流を示す模式的断面図。
【図27】実施形態４の接触検知装置に第二サイクルが実行され、且つ、静電型センサに指が接触したときに、印加電極および計測電極に流れる電流を示す模式的断面図。
【図28】実施形態４の接触検知装置の動作を示すフローチャート。
【図29】実施形態４の第一サイクルを示すフローチャート。
【図30】実施形態４の第二サイクルを示すフローチャート。
【図31】実施形態５の静電型センサを示す部分拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【0014】
（実施形態１）
１．ステアリングホイール１の構成
本発明に係る接触検知装置１０を車両（図示せず）のステアリングホイール１に適用した実施形態１について説明する。まず、ステアリングホイール１の構造について図１～図２を参照して説明する。ステアリングホイール１は、図１に示すように、円形リング状に形成されたリング部２と、リング部２よりも小さく形成されてリング部２の径方向の内側に配置されるコア部３と、コア部３とリング部２とを接続する複数（本形態では３つ）の接続部４とを備える。ただし、接続部４の個数は特に限定されず、１～２つ、又は４つ以上でもよい。
１．ステアリングホイール１の構成
本発明に係る接触検知装置１０を車両（図示せず）のステアリングホイール１に適用した実施形態１について説明する。まず、ステアリングホイール１の構造について図１～図２を参照して説明する。ステアリングホイール１は、図１に示すように、円形リング状に形成されたリング部２と、リング部２よりも小さく形成されてリング部２の径方向の内側に配置されるコア部３と、コア部３とリング部２とを接続する複数（本形態では３つ）の接続部４とを備える。ただし、接続部４の個数は特に限定されず、１～２つ、又は４つ以上でもよい。
【0015】
図２に示すように、リング部２は、芯体５、樹脂内層材６、静電型センサ７、及び、表皮材８を備える。芯体５は、リング部２の中心部を構成し、リング部２の形状に対応する形状に形成されている。つまり、芯体５は、円形リング状に形成され、円形状の軸直角断面を有している。ここで、芯体５の軸直角断面形状は、円形状に限られることなく、楕円形状、卵形状、Ｕ字状、Ｃ字状、多角形状等、任意の形状とすることができる。本形態の芯体５は、アルミニウム、マグネシウム等の金属により形成されており、導電性を有する。芯体５の材質は、金属以外の材料を適用することができる。
【0016】
樹脂内層材６は、芯体５の外面において、芯体５のリング形状の全周に亘って、且つ、芯体５の円断面形状の全周に亘って被覆する。本形態においては、樹脂内層材６の軸直角断面は円形状に形成されている。仮に、芯体５がＵ字状の軸直角断面を有する場合には、樹脂内層材６は、芯体５の軸直角断面における径方向外側に加えて、芯体５のＵ字状の凹所にも充填される。樹脂内層材６は、芯体５の外面側に射出成形により成形されており、芯体５の外面に直接的に接合されている。樹脂内層材６の軸直角断面形状は、円形状に限られることなく、卵形状、楕円形状、多角形状等、任意の形状とすることができる。樹脂内層材６は、例えば、発泡ウレタン樹脂を用いる。なお、樹脂内層材６は、非発泡樹脂を用いることもできる。
【0017】
樹脂内層材６の外面には、静電型センサ７が配置されている。静電型センサ７は、静電型センサ７に指または手等の導体（図示せず）が接触すると、静電型センサ７の静電容量相当値が変化するように構成されている。本形態に係る静電型センサ７は、車両のステアリングホイール１に適用されるステアリングホイール用センサである。静電型センサ７については、後に詳述する。
【0018】
表皮材８は、静電型センサ７の外面（静電型センサ７における樹脂内層材６とは反対側の面）において、静電型センサ７の全周に亘って被覆する。つまり、表皮材８は、後述するように、計測電極２２が誘電体２３の第一面２４側に露出している場合には、計測電極２２の被覆材としても機能する。表皮材８は、射出成形により成形されており、静電型センサ７の外面側に巻き付けられて静電型センサ７の外面に接合されている。表皮材８は、例えば、ウレタン樹脂により成形されている。表皮材８の外面は、意匠面を構成する。そこで、表皮材８は、非発泡ウレタン樹脂、又は、僅かに発泡させたウレタン樹脂を用いることが好ましい。
【0019】
２．静電型センサの構成
次に、図３および図４を参照して、静電型センサ７の構成について説明する。静電型センサ７は、印加電極２１と、計測電極２２と、誘電体２３と、を備える。印加電極２１は、後述する電源４１から定電圧である入力電圧Ｖｉｎを印加される。計測電極２２は、印加電極２１に対向して配置されるとともに電位が計測される。誘電体２３は、印加電極と計測電極との間に配置される。印加電極２１および計測電極２２は、導電性を有するとともに、層状に形成されている。
次に、図３および図４を参照して、静電型センサ７の構成について説明する。静電型センサ７は、印加電極２１と、計測電極２２と、誘電体２３と、を備える。印加電極２１は、後述する電源４１から定電圧である入力電圧Ｖｉｎを印加される。計測電極２２は、印加電極２１に対向して配置されるとともに電位が計測される。誘電体２３は、印加電極と計測電極との間に配置される。印加電極２１および計測電極２２は、導電性を有するとともに、層状に形成されている。
【0020】
印加電極２１は、誘電体２３の第一面２４に配置されている。印加電極２１は、誘電体２３よりもやや小さな相似形に形成されている。これにより、誘電体２３の第一面２４の端縁部は、印加電極２１の端縁部から露出している。
【0021】
計測電極２２は、誘電体２３の第二面２５に配置されている。計測電極２２は、誘電体２３よりもやや小さな相似形に形成されている。これにより、誘電体２３の第二面２５の端縁部は、計測電極２２の端縁部から露出している。
【0022】
図３および図４に示すように、計測電極２２は、計測電極２２の厚み方向に貫通する複数の貫通孔２６を有する。貫通孔２６は、計測電極２２の長手方向に並んで配置されている。また、貫通孔２６は、計測電極２２の長手方向と直交する幅方向に並んで配置されている。貫通孔２６の内形状は円形状に形成されている。複数の貫通孔２６は同形同大に形成されている。ただし、貫通孔２６は、長手方向に並んで配置されていなくてもよいし、幅方向に並んで配置されていなくてもよい。また、複数の貫通孔２６の内形状は円形状に限られず、四角形状等の多角形状でもよいし、長円形状でもよく、任意の形状を選択できる。また、複数の貫通孔２６は同形同大に限られず、任意の形状または大きさに適宜に形成できる。
【0023】
図３に示すように、本形態では、印加電極２１は、誘電体２３の第一面２４と面一に形成されている。また、計測電極２２は、誘電体２３の第二面２５と面一に形成されている。本形態においては、複数の貫通孔２６の内部に誘電体２３が充填されている。ただし、印加電極２１は誘電体２３の第一面２４から突出していてもよいし、計測電極２２は誘電体２３の第二面２５から突出していてもよい。
【0024】
誘電体２３は、例えばエラストマーを主成分として含んで形成されている。従って、誘電体２３は、柔軟である。つまり、誘電体２３は、可撓性を有し、かつ、面方向に伸長可能に構成されている。誘電体２３は、例えば、熱可塑性材料、特に熱可塑性エラストマーを主成分として含んで形成されている。誘電体２３は、熱可塑性エラストマー自身により形成されるようにしても良いし、熱可塑性エラストマーを素材として加熱することによって架橋されたエラストマーを主成分として形成されるようにしても良い。
【0025】
また、誘電体２３は、熱可塑性エラストマー以外のゴム、樹脂や他の材料などを含んでいても良い。例えば、誘電体２３がエチレン－プロピレンゴム（ＥＰＭ、ＥＰＤＭ）などのゴムを含む場合には、誘電体２３の柔軟性が向上する。誘電体２３の柔軟性を向上させるという観点から、誘電体２３に可塑剤などの柔軟性付与成分を含有させてもよい。さらに、誘電体２３は、反応硬化性エラストマー、熱硬化性エラストマーを主成分として構成されるようにしても良い。
【0026】
さらに、誘電体２３は、熱伝導性の良好な材料が好適である。そこで、誘電体２３は、熱伝導率の高い熱可塑性エラストマーを用いるようにしても良いし、熱伝導率を高めることができるフィラーを含有させるようにしても良い。
【0027】
印加電極２１は、誘電体２３の第一面２４側に配置されており、計測電極２２は、誘電体２３の第二面２５側に配置されている。印加電極２１および計測電極２２は、導電性を有する。さらに、印加電極２１および計測電極２２は、柔軟である。つまり、印加電極２１および計測電極２２は、可撓性を有し、かつ、面方向に伸長可能に構成されている。
【0028】
印加電極２１および計測電極２２は、導電性エラストマーにより形成されてもよい。印加電極２１および計測電極２２が導電性エラストマーにより形成される場合、印加電極２１および計測電極２２は、エラストマーを母材とし、導電性フィラーを含有させることにより形成されている。印加電極２１および計測電極２２の母材であるエラストマーは、誘電体２３と主成分を同種としてもよいし、異なる材料を用いてもよい。印加電極２１および計測電極２２と、誘電体２３とは、相互の融着（熱融着）によりと接合される。
【0029】
印加電極２１および計測電極２２は導電布により形成されてもよい。導電布は、導電性繊維により形成された織物または不織布である。ここで、導電性繊維は、柔軟性を有する繊維の表面を導電性材料により被覆することにより形成される。導電性繊維は、例えば、ポリエチレンなどの樹脂繊維の表面に、銅やニッケルなどをメッキすることにより形成される。この場合、印加電極２１および計測電極２２は、誘電体２３自身の融着（熱融着）により誘電体２３に接合される。
【0030】
印加電極２１および計測電極２２は金属箔により形成されてもよい。金属箔は、導通可能な金属材料であればよく、例えば、銅箔、アルミニウム箔などを適用できる。さらに、印加電極２１および計測電極２２は、導電布である場合と同様に、誘電体２３自身の融着（熱融着）によりセンサシートに接合される。
【0031】
印加電極２１は、印加電極２１を厚み方向に貫通する貫通孔を有していてもよいし、有していなくてもよい。印加電極２１が貫通孔を有していない場合、計測電極２２が複数の貫通孔２６を有することにより、計測電極２２の電気抵抗値は、印加電極２１の電気抵抗値よりも大きくすることができる。詳細には、長手方向について、計測電極２２の単位長さ当たりの電気抵抗値は、印加電極２１の単位長さ当たりの電気抵抗値よりも大きい構成とされる。
【0032】
一方、印加電極２１が貫通孔を有している場合、計測電極２２の貫通孔２６の孔径を、印加電極２１の貫通孔の孔径よりも大きく形成することにより、計測電極２２の電気抵抗値は、印加電極２１の電気抵抗値よりも大きくすることができる。
【0033】
３．接触検知装置１０の全体構成
図５に示すように、接触検知装置１０は、静電型センサ７と、第一入力用スイッチング素子１１と、第一ブリッジ用キャパシタ１２と、充放電用スイッチング素子１３と、制御装置１４と、計測器１５と、を備える。
図５に示すように、接触検知装置１０は、静電型センサ７と、第一入力用スイッチング素子１１と、第一ブリッジ用キャパシタ１２と、充放電用スイッチング素子１３と、制御装置１４と、計測器１５と、を備える。
【0034】
第一入力用スイッチング素子１１は、電源４１と印加電極２１の間に配置されて、電源４１から印加電極２１に印加される入力電圧Ｖｉｎをオンまたはオフする。本形態に係る電源４１は、図示しない直流電源に接続された電源ラインである。静電型センサ７は、長手方向に細長い形状に形成されている（図３および図４参照）。静電型センサ７は、長手方向の両端に第一端部２７と第二端部２８と、を有する。印加電極２１の長手方向の第一端部２７は、電源４１に接続されている。
【0035】
第一ブリッジ用キャパシタ１２は、計測電極２２の長手方向の第一端部２７と、グランド電位４２との間に直列接続されている。計測電極２２の長手方向の第一端部２７は、計測電極２２の第一計測位置２９の一例である。
【0036】
充放電用スイッチング素子１３は、計測電極２２の第一計測位置２９とグランド電位４２との間に直列接続されるとともに、第一ブリッジ用キャパシタ１２に対して並列接続されている。充放電用スイッチング素子１３は、閉状態時に計測電極２２の電位をグランド電位４２に放電させる。
【0037】
制御装置１４は、ＣＰＵ（図示せず）、ＲＡＭ（図示せず）、ＲＯＭ（図示せず）等を備えたマイクロコンピュータである。制御装置１４は、第一入力用スイッチング素子１１を開状態または閉状態に制御する。また、制御装置１４は、充放電用スイッチング素子１３を開状態または閉状態に制御する。
【0038】
制御装置１４は、第一入力用スイッチング素子１１を開状態にし且つ充放電用スイッチング素子１３を閉状態にする。これにより制御装置１４は、計測電極２２の電位をグランド電位４２に放電する工程と実行する。制御装置１４は、計測電極２２の電位をグランド電位４２に放電する工程の後に、充放電用スイッチング素子１３を開状態にし且つ第一入力用スイッチング素子１１を閉状態にする。これにより制御装置１４は、静電型センサ７に充電する工程を実行する。
【0039】
計測器１５は、静電型センサ７に充電する工程において、計測電極２２の第一計測位置２９と第一ブリッジ用キャパシタ１２との間の第一電位Ｖ１を取得する。
【0040】
記憶装置１６は、飽和第一電位ＳＶ１を格納する。飽和第一電位ＳＶ１は、静電型センサ７を充電する工程において静電型センサ７の計測電極２２側のすべての表面に導体が接触した状態で、計測電極２２の電位が飽和したときの第一電位Ｖ１である。
【0041】
４．静電型センサ７
（１）静電型センサ７の静電容量測定方法
次に、制御装置１４が実行する充放電用スイッチング素子１３の開閉のタイミングと、静電型センサ７の一端側の電位Ｖｉｎおよび出力電圧Ｖｏｕｔの関係について、図６を参照して説明する。ｔ１～ｔ２において、充放電用スイッチング素子１３がＯＮ（閉状態）とされる。また、第一入力用スイッチング素子１１がグランド電位４２側に接続される。従って、静電型センサ７の一端側の電位Ｖｉｎが、グランド電位４２となる。
（１）静電型センサ７の静電容量測定方法
次に、制御装置１４が実行する充放電用スイッチング素子１３の開閉のタイミングと、静電型センサ７の一端側の電位Ｖｉｎおよび出力電圧Ｖｏｕｔの関係について、図６を参照して説明する。ｔ１～ｔ２において、充放電用スイッチング素子１３がＯＮ（閉状態）とされる。また、第一入力用スイッチング素子１１がグランド電位４２側に接続される。従って、静電型センサ７の一端側の電位Ｖｉｎが、グランド電位４２となる。
【0042】
上記動作によって、静電型センサ７の電荷が、充放電用スイッチング素子１３を介して、放電される。その結果、静電型センサ７と第一ブリッジ用キャパシタ１２との間の電位（出力電圧）Ｖｏｕｔが基準状態としてのグランド電位４２となる。つまり、上記動作前においては、出力電圧Ｖｏｕｔが不定であったが、上記動作によって、出力電圧Ｖｏｕｔがグランド電位４２に設定される。
【0043】
続いて、ｔ２～ｔ４において、充放電用スイッチング素子１３がＯＦＦ（開状態）とされ、第一入力用スイッチング素子１１が電源４１側に接続される。従って、静電型センサ７の一端側の電位Ｖｉｎが、入力電圧Ｖｉｎとなる。上記動作によって、静電型センサ７に電荷が充電される。充電が開始された後、所定時間経過後の時刻（ＳＴ１、ＳＴ２）に、計測器１５が出力電圧Ｖｏｕｔを計測する。
【0044】
続いて、ｔ４～ｔ５において、充放電用スイッチング素子１３はＯＮ（閉状態）とされ、第一入力用スイッチング素子１１がグランド電位４２側に接続される。この動作によって、静電型センサ７の一端側の電位Ｖｉｎはグランド電位４２となり、静電型センサ７の電荷が放電される。すなわち、上記出力電圧Ｖｏｕｔがグランド電位４２になる。続いて、ｔ５～ｔ９は、上述したｔ１～ｔ５と同様の動作を繰り返す。
【0045】
上記のとおり、第一ブリッジ用キャパシタ１２が静電型センサ７に対して直列接続されており、計測器１５が、静電型センサ７の他端側の電位、すなわち静電型センサ７と第一ブリッジ用キャパシタ１２との間の電位（出力電圧）Ｖｏｕｔに基づいて静電容量相当値を取得している。ここで、単なる２つのキャパシタの中間電位は不定であるため、当該中間電位を用いて計測された静電容量は高精度ではない。
【0046】
しかし、上記の通り、充放電用スイッチング素子１３を閉状態にすることで、静電型センサ７の電荷が放電される。すなわち、上記出力電圧（中間電位）Ｖｏｕｔが基準状態としてのグランド電位４２になる。つまり、充放電用スイッチング素子１３を閉状態にすることによって、出力電圧Ｖｏｕｔのキャリブレーションを行うことができる。
【0047】
そして、計測器１５は、放電された後に、充放電用スイッチング素子１３を開状態にし、且つ、静電型センサ７の一端側に入力電圧Ｖｉｎを印加した状態にされた時に、静電型センサ７の他端側の電位を計測する。つまり、計測器１５が計測する電位は、静電型センサ７に応じた電位となる。従って、接触検知装置１０は、静電型センサ７を高精度に計測できる。
【0048】
（２）静電型センサ７の時定数τについて
図７に、上記したｔ２～ｔ３における、静電型センサ７の出力電圧Ｖｏｕｔの時間に対する変化を示す。静電型センサ７が充電されるにしたがって出力電圧Ｖｏｕｔは上昇し、十分に時間が経過すると、飽和電圧に収束する。
図７に、上記したｔ２～ｔ３における、静電型センサ７の出力電圧Ｖｏｕｔの時間に対する変化を示す。静電型センサ７が充電されるにしたがって出力電圧Ｖｏｕｔは上昇し、十分に時間が経過すると、飽和電圧に収束する。
【0049】
図７には、静電型センサ７をＲＣ等価回路と規定した場合における時定数τについて、静電型センサ７に充電を開始してから、τ、２τ（τの２倍）、３τ（τの３倍）、４τ（τの４倍）および５τ（τの５倍）経過したときの静電型センサ７の出力電圧Ｖｏｕｔの、飽和電圧に対する百分率が記載されている。静電型センサ７の充電を開始してからτ経過後における、静電型センサ７の出力電圧Ｖｏｕｔの、飽和電圧に対する百分率は６３．２％であり、２τ経過後は８６．５％であり、３τ経過後は９５．０％であり、４τ経過後は９８，２％であり、５τ経過後は９９．３％である。
【0050】
静電型センサ７の出力電圧Ｖｏｕｔを測定する際、出力電圧Ｖｏｕｔが飽和電圧に収束するまで待ってから測定すると、測定に時間を必要とするので効率が低下する。このため、静電型センサ７の出力電圧Ｖｏｕｔを測定する時点は、時定数τの５倍以上とされる。これにより、静電型センサ７の出力電圧Ｖｏｕｔを測定する効率を向上させることができる。
【0051】
（３）導体の接触または非接触による静電型センサ７の静電容量変化
次に、本形態の静電型センサ７に指５１等の導体が接触すること、または接触しないことにより、静電型センサ７の静電容量がどのように変化するかについて、図８を参照しつつ説明する。なお、説明の便宜のため、指５１の大きさは、誇張して記載してある。
次に、本形態の静電型センサ７に指５１等の導体が接触すること、または接触しないことにより、静電型センサ７の静電容量がどのように変化するかについて、図８を参照しつつ説明する。なお、説明の便宜のため、指５１の大きさは、誇張して記載してある。
【0052】
図８には、上段に、静電型センサ７と導体である指５１との状態が記載されている。図８の中段には、各状態における静電型センサ７の電気力線３０の状態が、静電型センサ７の一部拡大断面図を用いて記載されている。図８の下段には、各状態における静電型センサ７の静電容量について記載されている。
【0053】
図８の左端の上段には、非接触状態と記載されている。すなわち、導体の一例である指５１と静電型センサ７とが接触していない状態について記載されている。図８の左端の中段には、指５１と静電型センサ７とが接触していない状態における電気力線３０の状態が記載されている。印加電極２１と計測電極２２とが対向している領域においては、印加電極２１から計測電極２２へと電気力線３０が記載されている。電気力線３０は、計測電極２２の貫通孔２６から、計測電極２２について印加電極２１と反対側の領域に漏出している。貫通孔２６から漏出した電気力線３０のうち、貫通孔２６の孔縁部近傍に位置する電気力線３０は、計測電極２２の貫通孔２６の孔縁部に、印加電極２１と反対側の領域から回り込んで、計測電極２２に向かって流れるようになっている。
【0054】
図８の左端の下段には、非接触状態における静電型センサ７の静電容量が記載されている。非接触状態においては、計測電極２２の貫通孔２６から電気力線３０が漏出しているので、静電型センサ７の静電容量は、計測電極２２に貫通孔２６が形成されていない場合に比べて小さくなっている。一方、貫通孔２６の孔縁部の近傍に位置する電気力線３０は、貫通孔２６から外部に漏出した後に、計測電極２２に戻っている。このため、静電型センサ７の静電容量は、貫通孔２６から漏出した電気力線３０が計測電極２２に戻らない場合に比べて、やや大きくなっている。
【0055】
図８の上段中央には、接近状態と記載されている。すなわち、指５１と静電型センサ７とが非接触状態であり、且つ、指５１が静電型センサ７の近傍に接近している状態が示されている。図８の中段中央には、接近状態における電気力線３０の状態が記載されている。指５１は、静電型センサ７に対して、計測電極２２側に位置している。計測電極２２の貫通孔２６から漏出した電気力線３０は、指５１に引っ張られる。これにより、貫通孔２６の孔縁部の近傍に位置する電気力線３０の一部も、指５１に引っ張られる。すると、貫通孔２６から外部に漏出した後に、計測電極２２に戻る電気力線３０が減少する。この結果、図８の下段中央に示すように、接近状態における静電型センサ７の静電容量は、非接触状態における静電型センサ７の静電容量に比べて減少する。
【0056】
図８の右端の上段には、接触状態と記載されている。すなわち、指５１と静電型センサ７とが接触状態が示されている。図８の右端の中央には、接触状態における電気力線３０の状態が記載されている。指５１は、静電型センサ７の表皮材の表面に接触している。換言すると、指５１は、静電型センサ７のうち計測電極２２側に接触している。指５１は、計測電極２２の貫通孔２６の上方に位置している。換言すると、指５１は、計測電極２２の貫通孔２６を、表皮材を介して間接的に塞いている。貫通孔２６から漏出したすべての電気力線３０は指５１に引っ張られる。これにより、貫通孔２６から外部に漏出した後に、計測電極２２に回り込んで戻る電気力線３０は存在しない。
【0057】
一方、計測電極２２の貫通孔２６の孔縁部から、表皮材８の表面に接触する指５１に向かって電気力線３０が延びている。これにより、図８の右端の下段に示すように、導体である指５１が、擬似的に計測電極２２の一部となっている。このため、印加電極２１から計測電極２２に向かう電気力線３０が貫通孔２６から漏出しない構成となるので、静電型センサ７の静電容量が増加する。この結果、接触状態における静電型センサ７の静電容量は、貫通孔２６から電気力線３０が漏出する非接触状態および接近状態の静電型センサ７の静電容量よりも大きくなっている。
【0058】
本形態の静電型センサ７においては、指５１等の導体によって間接的に塞がれる貫通孔２６の個数が多くなるほど、静電型センサ７の静電容量は大きくなる。また、本形態の静電型センサ７は、指５１等の導体が接触した位置に対応する単位面積当たりの静電容量と、指５１等の導体が接触していない位置に対応する単位面積当たりの静電容量と、が異なる値となるように構成されている。
【0059】
【0060】
図９に、複数の貫通孔２６が指５１で間接的に塞がれた状態の静電型センサ７を示す。図９においては、５つの貫通孔２６から漏出した５本の電気力線３０が指５１に引き寄せられている。ただし、指５１に引き寄せられる電気力線３０の本数は限定されない。詳細に図示はしないが、他の貫通孔２６から漏出した電気力線３０は、各貫通孔２６の中央寄りに位置する電気力線３０が静電型センサ７の外部に漏出し、各貫通孔２６の孔縁部の近傍の電気力線３０が計測電極２２に戻っている。
【0061】
図１０に、複数の貫通孔２６が手５２の全体で間接的に塞がれた状態の静電型センサ７を示す。図１０においては、２０本の電気力線３０が手５２の全体に引き寄せられている。ただし、手５２の全体に引き寄せられる電気力線３０の本数は２０本に限定されない。他の貫通孔２６から漏出した電気力線３０については指５１の場合と同様である。
【0062】
図１１に、静電型センサ７に手５２が接触したときの出力電圧ＶＨｏｕｔと、静電型センサ７に指５１が接触したときの出力電圧ＶＦｏｕｔと、静電型センサ７に指５１または手５２等の導体が接触していないときの出力電圧ＶＮｏｕｔと、を示す。図１１において、静電型センサ７の出力電圧ＶＨｏｕｔ，ＶＦｏｕｔ，ＶＮｏｕｔは、静電型センサ７の静電容量が飽和した飽和時間Ｔｓにおける出力電圧ＶＨｏｕｔ，ＶＦｏｕｔ，ＶＮｏｕｔで比較する。静電型センサ７に指５１または手５２等の導体が接触していないときは、複数の貫通孔２６から電気力線３０が外部に漏出するので、静電型センサ７の静電容量は最も低くなり、静電型センサ７の出力電圧ＶＮｏｕｔは最も低い。
【0063】
静電型センサ７に指５１が接触するときは、複数の貫通孔２６のうち指５１で間接的に覆われた部分の電気力線３０が指５１に引き寄せられることにより、静電型センサ７の静電容量が増加し、静電型センサ７の出力電圧ＶＦｏｕｔが上昇する。
【0064】
静電型センサ７に手５２の全体が接触するときは、指５１に比べて多くの貫通孔２６を間接的に覆うことができるので、静電型センサ７の静電容量がさらに増加し、静電型センサ７の出力電圧ＶＨｏｕｔがさらに上昇する。
【0065】
上記した飽和第一電位ＳＶ１は、例えば、静電型センサ７の計測電極２２側のすべての表面に導体が接触した状態で、計測電極２２の電位が飽和したときの第一電位Ｖ１である。このため、図１１には詳細に示さないが、飽和第一電位ＳＶ１は、静電型センサ７に手５２が接触したときの出力電圧Ｖｏｕｔよりもさらに大きい。
【0066】
計測器１５は、導体が静電型センサ７に接触したときの第一電位Ｖ１の、飽和第一電位ＳＶ１に対する比に基づいて、指５１等の導体が静電型センサ７に接触した面積を検知することができる。
【0067】
（４）導体の接触位置の検知方法
次に、図１２～図１５を参照して、静電型センサ７に指５１に例示される導体が接触した位置の検知方法について説明する。図１２に、指５１が、静電型センサ７のうち第一計測位置２９に近い位置に接触している状態を示す。この状態で、上記した方法により静電型センサ７を充電すると、静電型センサ７を充電する電流は、印加電極２１を矢線Ａで示すように流れ、印加電極２１と計測電極２２とに電荷が充電され、計測電極２２のうち指５１と厚さ方向に重なる部分から第一計測位置２９に、矢線Ｂで示すように流れる。
次に、図１２～図１５を参照して、静電型センサ７に指５１に例示される導体が接触した位置の検知方法について説明する。図１２に、指５１が、静電型センサ７のうち第一計測位置２９に近い位置に接触している状態を示す。この状態で、上記した方法により静電型センサ７を充電すると、静電型センサ７を充電する電流は、印加電極２１を矢線Ａで示すように流れ、印加電極２１と計測電極２２とに電荷が充電され、計測電極２２のうち指５１と厚さ方向に重なる部分から第一計測位置２９に、矢線Ｂで示すように流れる。
【0068】
上記したように、計測電極２２の、長手方向について単位長さ当たりの電気抵抗値は、印加電極２１の、長手方向の単位長さ当たりの電気抵抗値よりも大きな構成とされている。これにより、計測電極２２の第一計測位置２９と、指５１が静電型センサ７に接触する位置との距離が変化すると、計測電極２２のうち、第一計測位置２９と、指５１に対応する位置との間の電気抵抗値Ｒ１が、印加電極２１に比べて大きく変化する。このため、計測電極２２の第一計測位置２９と、指５１が静電型センサ７に接触する位置との距離により、静電型センサ７の時定数τが変化する構成となっている。
【0069】
図１３に、指５１が、静電型センサ７のうち第一計測位置２９に近い位置に接触した状態で、静電型センサ７を充電する工程における、静電型センサ７の出力電圧Ｖｏｕｔの経時変化を示す。静電型センサ７の出力電圧Ｖｏｕｔは、時間とともに増加し、飽和する。静電型センサ７への充電が開始されてから所定時間経過後の第一サンプリング時点ＳＴ１における出力電位は、第一電位第一サンプリング値Ｖ１１とされる。また、第一サンプリング時点ＳＴ１から所定時間経過後の第二サンプリング時点ＳＴ２における出力電位は第一電位第二サンプリング値Ｖ１２とされる。
【0070】
第二サンプリング時点ＳＴ２は、計測電極２２の電位が飽和した時点である。計測電極２２の電位が飽和した時点とは、静電型センサ７への充電が開始されてから、計測電極２２の電位の変化が所定値よりも小さくなる状態をいう。本形態では、第二サンプリング時点ＳＴ２は、時定数τの５倍以上における時点である。
【0071】
第一サンプリング時点ＳＴ１は、静電型センサ７が飽和状態になる前の過渡状態における時点である。本形態では、第一サンプリング時点ＳＴ１は、時定数τの１～４倍における時点である。
【0072】
本形態では、第一電位第一サンプリング値Ｖ１１と、第一電位第二サンプリング値Ｖ１２との比に基づいて、指５１等の導体が、静電型センサ７に接触した位置を検知する。以下に詳細に説明する。上記したように、本形態の静電型センサ７は、計測電極２２の第一計測位置２９と、指５１が静電型センサ７に接触する位置との距離により、静電型センサ７の時定数τが変化する構成となっている。このため、計測電極２２の第一計測位置２９と、指５１が静電型センサ７に接触する位置との距離により、第一サンプリング時点ＳＴ１における第一電位第一サンプリング値Ｖ１１が異なる。そこで、第一電位第一サンプリング値Ｖ１１と、第一電位第二サンプリング値Ｖ１２との比（Ｖ１１／Ｖ１２）を算出することにより、指５１等の導体が、静電型センサ７のうち、第一計測点からどれだけ離れた位置で接触したかを検知することができる。
【0073】
図１４に、指５１が、静電型センサ７のうち第一計測位置２９から離れた位置に接触している状態を示す。この状態で、上記した方法により静電型センサ７を充電すると、静電型センサ７を充電する電流は、印加電極２１を矢線Ｃで示すように流れ、印加電極２１と計測電極２２とに電荷が充電され、計測電極２２のうち指５１と厚さ方向に重なる部分から第一計測位置２９に、矢線Ｄで示すように流れる。
【0074】
図１２と図１４とを比較すると、図１４においては、静電型センサ７のうち、第一計測点と、指５１が接触した部分との距離が、図１２に比べて大きくなっている。このため、第一計測位置２９から指５１が接触した部分における、図１４に記載された計測電極２２の電気抵抗値Ｒ２は、第一計測位置２９から指５１が接触した部分における、図１２に記載された計測電極２２の電気抵抗値Ｒ１に比べて大きくなっている（Ｒ２＞Ｒ１）。この結果、図１５に記載された静電型センサ７の時定数τは、図１３に記載された静電型センサ７の時定数τと比べて変化している。
【0075】
図１５に、指５１が、静電型センサ７のうち第一計測位置２９から離れた位置に接触した状態で、静電型センサ７を充電する工程における、静電型センサ７の出力電圧Ｖｏｕｔの経時変化を示す。静電型センサ７の出力電圧Ｖｏｕｔは、時間とともに増加し、飽和する。静電型センサ７への充電が開始されてから所定時間経過後の第一サンプリング時点ＳＴ１における出力電位は、第一電位第一サンプリング値Ｖ１１とされる。また、第一サンプリング時点ＳＴ１から所定時間経過後の第二サンプリング時点ＳＴ２における出力電位は第一電位第二サンプリング値Ｖ１２とされる。
【0076】
第一計測位置２９から離れた位置で指５１が静電型センサ７に接触した場合（図１４）は、第一計測位置２９に近い位置で指５１が静電型センサ７に接触した場合（図１２）に比べて、第一計測位置２９から指５１までの計測電極２２の電気抵抗値Ｒ２が大きくなり、時定数τが変化することにより、第一電位第一サンプリング値Ｖ１１が小さくなっている。このように、本形態によれば、静電型センサ７において、第一計測位置２９から指５１が接触した距離によって、第一電位第一サンプリング値Ｖ１１を異ならせることができる。この結果、第一電位第一サンプリング値Ｖ１１と、第一電位第二サンプリング値Ｖ１２との比（Ｖ１１／Ｖ１２）を算出することにより、指５１等の導体が、静電型センサ７のうち、第一計測点からどれだけ離れた位置で接触したかを検知することができる。
【0077】
５．接触検知装置の動作
図１６に本形態の接触検知装置の動作に係るフローチャートを示す。接触検知装置が起動されると、計測電極２２の電位をグランド電位４２に放電する工程（Ｓ１）が実行される。Ｓ１においては、制御装置１４は、第一入力用スイッチング素子１１を開状態にするとともに、充放電用スイッチング素子１３を閉状態にする。これにより、印加電極２１に入力電圧Ｖｉｎが印加されていない状態で、計測電極２２の電位がグランド電位４２に放電される。
図１６に本形態の接触検知装置の動作に係るフローチャートを示す。接触検知装置が起動されると、計測電極２２の電位をグランド電位４２に放電する工程（Ｓ１）が実行される。Ｓ１においては、制御装置１４は、第一入力用スイッチング素子１１を開状態にするとともに、充放電用スイッチング素子１３を閉状態にする。これにより、印加電極２１に入力電圧Ｖｉｎが印加されていない状態で、計測電極２２の電位がグランド電位４２に放電される。
【0078】
所定の時間が経過して、計測電極２２の電位がグランド電位４２に放電された後、静電型センサ７を充電する工程（Ｓ２）が実行される。Ｓ２においては、制御装置１４は、充放電用スイッチング素子１３を開状態にするとともに、第一入力用スイッチング素子１１を閉状態にする。これにより、静電型センサ７が充電される。
【0079】
静電型センサ７を充電する工程（Ｓ２）が実行されて、静電型センサ７が完全に充電されるまでの間に、計測器１５は、静電型センサ７への充電が開始されてから所定時間経過後の第一サンプリング時点ＳＴ１において第一電位サンプリング値を計測し（Ｓ３）、第一サンプリング時点ＳＴ１から所定時間経過後の第二サンプリング時点ＳＴ２において第一電に第二サンプリング値を計測する（Ｓ４）。
【0080】
計測器１５は、第一電位第二サンプリング値Ｖ１２に対する第一電位第一サンプリング値Ｖ１１の比に基づいて、導体が静電型センサ７に接触した位置を検知する（Ｓ５）。
【0081】
計測器１５は、第一電位第二サンプリング値Ｖ１２に基づいて、導体が静電型センサ７に接触した面積を検知する（Ｓ６）。
【0082】
以上により、接触検知装置１０の動作が終了する。
【0083】
６．本形態の作用効果
次に、本形態の作用効果について説明する。本形態の接触検知装置１０は、静電型センサ７と、第一ブリッジ用キャパシタ１２と、充放電用スイッチング素子１３と、制御装置１４と、計測器１５と、を備える。
次に、本形態の作用効果について説明する。本形態の接触検知装置１０は、静電型センサ７と、第一ブリッジ用キャパシタ１２と、充放電用スイッチング素子１３と、制御装置１４と、計測器１５と、を備える。
【0084】
静電型センサ７は、電源４１から定電圧である入力電圧Ｖｉｎを印加される印加電極２１と、印加電極２１に対向して配置されるとともに電位が計測される計測電極２２と、印加電極２１と計測電極２２との間に配置される誘電体２３と、を備え、導体が接触したことを検知する。
【0085】
第一ブリッジ用キャパシタ１２は、計測電極２２の第一計測位置２９とグランド電位４２との間に直列接続される。充放電用スイッチング素子１３は、計測電極２２とグランド電位４２との間に直列接続されるとともに、第一ブリッジ用キャパシタ１２に対して並列接続され、閉状態時に計測電極２２の電位をグランド電位４２に放電させる。
【0086】
制御装置１４は、入力電圧Ｖｉｎを印加電極２１に印加していない状態にし且つ充放電用スイッチング素子１３を閉状態にすることで、計測電極２２の電位をグランド電位４２に放電する工程を実行する。制御装置１４は、放電する工程の後に、充放電用スイッチング素子１３を開状態にし且つ入力電圧Ｖｉｎを印加電極２１に印加する状態にすることで、静電型センサ７に充電する工程を実行する。
【0087】
計測器１５は、静電型センサ７に充電する工程において、計測電極２２の第一計測位置２９と第一ブリッジ用キャパシタ１２との間の第一電位Ｖ１を取得する。
【0088】
静電型センサ７は、導体が接触した面積及び導体との距離の少なくとも一方に応じて静電容量が変化するように構成され、かつ、第一計測位置２９からの距離に応じた電気抵抗により時定数が変化するように構成される。
【0089】
計測器１５は、第一電位第一サンプリング値Ｖ１１と、第一電位第二サンプリング値Ｖ１２と、に基づいて、導体が静電型センサ７に接触した位置を検知する。第一電位第一サンプリング値Ｖ１１は、静電型センサ７に充電する工程における、静電型センサ７への充電が開始されてから所定時間経過後の第一サンプリング時点ＳＴ１に取得される第一電位Ｖ１である。第一電位第二サンプリング値Ｖ１２は、第一サンプリング時点ＳＴ１から所定時間経過後の第二サンプリング時点ＳＴ２に取得される第一電位Ｖ１である。
【0090】
本形態によれば、１つの計測器１５という簡易な構成により、導体が静電型センサ７に接触した位置を検知することができる。
【0091】
また、本形態によれば、第一サンプリング時点ＳＴ１は、静電型センサ７への充電が開始されてから所定の第一時間経過後であって、計測電極２２の電位の変化が飽和状態になる前までの過渡状態における時点である。また、第二サンプリング時点ＳＴ２は、第一サンプリング時点ＳＴ１よりも後であって、静電型センサ７への充電が開始されてから所定の第二時間経過後の時点である。過渡状態である第一サンプリング時点ＳＴ１に取得された第一電位第一サンプリング値Ｖ１１と、第一サンプリング時点ＳＴ１よりも後である第二サンプリング時点ＳＴ２に取得された第一電位第二サンプリング値Ｖ１２とに基づくことにより、導体が静電型センサ７に接触した位置を精度よく検知することができる。
【0092】
本形態によれば、計測器１５は、第一電位第二サンプリング値Ｖ１２に対する第一電位第一サンプリング値Ｖ１１の比に基づいて、導体が静電型センサ７に接触した位置を検知する。
【0093】
本形態によれば、静電型センサ７は、長手方向に細長い形状に形成され、長手方向の両端に第一端部２７と第二端部２８とを有している。第一ブリッジ用キャパシタ１２は、計測電極２２の第一計測位置２９である長手方向の第一端部２７とグランド電位４２との間に接続されている。印加電極２１の長手方向の第一端部２７は、電源４１に接続されている。静電型センサ７の第一端部２７に、第一ブリッジ用キャパシタ１２と、電源４１とが接続されているので、静電型センサ７の第一端部２７から、第一ブリッジ用キャパシタ１２および電源４１に接続されるリード線（図示せず）が導出される。これにより、静電型センサ７をステアリングホイール１に取付けたときに、リード線の配策を容易にすることができる。
【0094】
本形態によれば、計測電極２２および印加電極２１は、導電性エラストマーからなる。これにより、静電型センサ７は可撓性を有するので、ステアリングホイール１の形状に沿わせて取り付けることが容易になる。
【0095】
本形態の計測電極２２は、複数の貫通孔２６を有する。これにより、貫通孔２６から電気力線３０を静電型センサ７の外部に漏出させることができる。この結果、導体が貫通孔２６を塞ぐ位置において静電型センサ７に接触することにより、貫通孔２６からの電気力線３０の漏出を抑制することができる。これにより、導体が静電型センサ７に接触したときに静電型センサ７の静電容量を増加させることができるので、静電型センサ７への導体の接触を容易に検知することができる。
【0096】
本形態の静電型センサ７は、静電型センサ７と、第一ブリッジ用キャパシタ１２と、充放電用スイッチング素子１３と、制御装置１４と、計測器１５と、を備える。
【0097】
静電型センサ７は、電源４１から定電圧である入力電圧Ｖｉｎを印加される印加電極２１と、印加電極２１に対向して配置されるとともに電位が計測される計測電極２２と、印加電極２１と計測電極２２との間に配置される誘電体と、を備え、導体が計測電極２２側に接触したことを検知する。
【0098】
第一ブリッジ用キャパシタ１２は、計測電極２２の第一計測位置２９とグランド電位４２との間に直列接続される。充放電用スイッチング素子１３は、計測電極２２とグランド電位４２との間に直列接続されるとともに、第一ブリッジ用キャパシタ１２に対して並列接続され、閉状態時に計測電極２２の電位をグランド電位４２に放電させる。
【0099】
制御装置１４は、入力電圧Ｖｉｎを印加電極２１に印加していない状態にし且つ充放電用スイッチング素子１３を閉状態にすることで、計測電極２２の電位をグランド電位４２に放電する工程を実行する。制御装置１４は、放電する工程の後に、充放電用スイッチング素子１３を開状態にし且つ入力電圧Ｖｉｎを印加電極２１に印加する状態にすることで、静電型センサ７に充電する工程を実行する。
【0100】
計測器１５は、静電型センサ７に充電する工程において、計測電極２２の第一計測位置２９と第一ブリッジ用キャパシタ１２との間の第一電位Ｖ１を取得する。
【0101】
静電型センサ７は、面積及び導体との距離の少なくとも一方に応じて静電容量が変化するように構成され、かつ、第一計測位置２９からの距離に応じた電気抵抗により時定数が変化するように構成されている。
【0102】
計測器１５は、第一電位第二サンプリング値Ｖ１２に基づいて、導体が静電型センサ７に接触した面積を検知する。第一電位第二サンプリング値Ｖ１２は、静電型センサ７に充電する工程において、静電型センサ７への充電が開始されてから所定の第一時間経過後であって、計測電極２２の電位の変化が飽和状態になる前までの過渡状態となる第一時点よりも後であって、静電型センサ７への充電が開始されてから所定の第二時間経過後である第二時点で取得された第一電位Ｖ１である。
【0103】
本形態によれば、１つの計測器１５という簡易な構成により、導体が静電型センサ７に接触した面積を検知することができる。
【0104】
（実施形態２）
次に、図１７を参照して、実施形態２の接触検知装置６０について説明する。図１７に示すように、本形態の接触検知装置６０においては、印加電極２１の長手方向の第二端部２８は電源４１に接続されている。上記以外の構成については、実施形態１と略同様なので、同一部材については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
次に、図１７を参照して、実施形態２の接触検知装置６０について説明する。図１７に示すように、本形態の接触検知装置６０においては、印加電極２１の長手方向の第二端部２８は電源４１に接続されている。上記以外の構成については、実施形態１と略同様なので、同一部材については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【0105】
図１８に、指５１が、静電型センサ７のうち第一計測位置２９に近い位置に接触している状態を示す。この状態で、上記した方法により静電型センサ７を充電すると、静電型センサ７を充電する電流は、印加電極２１を矢線Ｅで示すように流れ、印加電極２１と計測電極２２とに電荷が充電され、計測電極２２のうち指５１と厚さ方向に重なる部分から第一計測位置２９に、矢線Ｆで示すように流れる。
【0106】
指５１が、静電型センサ７のうち第一計測位置２９に近い位置に接触している状態における計測電極２２の出力電位は、実施形態１の図１３に示したグラフと同じなので、重複する説明を省略する。
【0107】
図１９に、指５１が、静電型センサ７のうち第一計測位置２９から離れた位置に接触している状態を示す。この状態で、上記した方法により静電型センサ７を充電すると、静電型センサ７を充電する電流は、印加電極２１を矢線でＧ示すように流れ、印加電極２１と計測電極２２とに電荷が充電され、計測電極２２のうち指５１と厚さ方向に重なる部分から第一計測位置２９に、矢線Ｈで示すように流れる。
【0108】
指５１が、静電型センサ７のうち第一計測位置２９から離れた位置に接触している状態における計測電極２２の出力電位は、実施形態１の図１５に示したグラフと同じなので、重複する説明を省略する。
【0109】
本形態によれば、静電型センサ７は、長手方向に細長い形状に形成され、長手方向の両端に第一端部２７と第二端部２８とを有しており、第一ブリッジ用キャパシタ１２は、計測電極２２の第一計測位置２９である長手方向の第一端部２７とグランド電位４２との間に接続されており、印加電極２１の長手方向の第二端部２８は、電源４１に接続されている。
【0110】
本形態によれば、電源４１と、第一ブリッジ用キャパシタ１２とを、静電型センサ７の異なる端部に接続することができる。これにより、静電型センサ７の同じ端部からリード線を導出することが困難な場合にも、本発明を適用することができる。
【0111】
（実施形態３）
次に、図２０を参照して、実施形態３の接触検知装置７０について説明する。図２０に示すように、本形態の接触検知装置７０の静電型センサ７の第二端部２８には、グランド電位４２との間に第二ブリッジ用キャパシタ１７が直列接続されている。計測器１５は、静電型センサ７を充電する工程において、計測電極２２の第二端部２８と第二ブリッジ用キャパシタ１７との間の第二電位Ｖｏｕｔ２を取得する構成とされる。本形態においては、計測電極２２の第二端部２８は第二計測位置３１とされる。計測電極２２は、第二計測位置３１からの距離に応じて電気抵抗が変化するように構成されている。
次に、図２０を参照して、実施形態３の接触検知装置７０について説明する。図２０に示すように、本形態の接触検知装置７０の静電型センサ７の第二端部２８には、グランド電位４２との間に第二ブリッジ用キャパシタ１７が直列接続されている。計測器１５は、静電型センサ７を充電する工程において、計測電極２２の第二端部２８と第二ブリッジ用キャパシタ１７との間の第二電位Ｖｏｕｔ２を取得する構成とされる。本形態においては、計測電極２２の第二端部２８は第二計測位置３１とされる。計測電極２２は、第二計測位置３１からの距離に応じて電気抵抗が変化するように構成されている。
【0112】
計測器１５は、静電型センサ７を充電する工程において、第一電位第一サンプリング値Ｖ１１と、第二電位第一サンプリング値Ｖ２１と、第一電位第二サンプリング値Ｖ１２と、第二電位第二サンプリング値Ｖ２２と、に基づいて、導体が静電型センサ７に接触した位置を検知する。第二電位第一サンプリング値Ｖ２１は、第一サンプリング時点ＳＴ１において取得する第二電位Ｖｏｕｔ２である。第二電位第二サンプリング値Ｖ２２は、第二サンプリング時点ＳＴ２に取得する第二電位Ｖ２である。
【0113】
図２１に、指５１が、静電型センサ７のうち第一計測位置２９に近い位置に接触している状態を示す。この状態で、上記した方法により静電型センサ７を充電すると、静電型センサ７を充電する電流は、印加電極２１を矢線Iで示すように流れ、印加電極２１と計測電極２２とに電荷が充電され、計測電極２２のうち指５１と厚さ方向に重なる部分から第一計測位置２９に、矢線Ｊで示すように流れる。また、静電型センサ７を充電する電流は、矢線Ｋで示すように、計測電極２２のうち指５１と厚さ方向に重なる部分から第二計測位置３１に流れる。
【0114】
図２１に示すように、第一計測位置２９と、指５１が静電型センサ７に接触した位置との距離は、第二計測位置３１と、指５１が静電型センサ７に接触した位置との距離よりも短い。このため、第一計測位置２９と指５１との間における計測電極２２の電気抵抗値Ｒ３は、第二計測位置３１と指５１との間における計測電極２２の電気抵抗値Ｒ４よりも小さい（Ｒ３＜Ｒ４）。このため、静電型センサ７において、第一電位Ｖ１に係る時定数τは、第二電位Ｖ２に係る時定数τと異なっている。
【0115】
図２２には、第一電位Ｖｏｕｔ１および第二電位Ｖｏｕｔ２の経時変化を示す。第一電位Ｖｏｕｔ１が実線で示されており、第二電位Ｖｏｕｔ２が一点鎖線で示されている。第一電位Ｖｏｕｔ１に係る時定数τと、第二電位Ｖｏｕｔ２に係る時定数τが異なっているので、第一電位Ｖｏｕｔ１の経時変化よりも、第二電位Ｖｏｕｔ２の経時変化の方が緩やかになっている。
【0116】
計測器１５は、第一電位第一サンプリング値Ｖ１１と、第一電位第二サンプリング値とＶ１２を取得し、第一電位第二サンプリング値Ｖ１２に対する第一電位第一サンプリング値Ｖ１１の比（Ｖ１１／Ｖ１２）を算出する。計測器１５は、この比に基づいて、第一計測位置２９と、指５１が静電型センサ７に接触した位置との距離を算出する。
【0117】
計測器１５は、第二電位第一サンプリング値Ｖ２１と、第二電位第二サンプリング値Ｖ２２とを取得し、第二電位第二サンプリング値Ｖ２２に対する第二電位第一サンプリング値Ｖ２１の比（Ｖ２１／Ｖ２２）を算出する。計測器１５は、この比に基づいて、第二計測位置３１と、指５１が静電型センサ７に接触した位置との距離を算出する。
【0118】
計測器１５は、第一計測位置２９と、指５１が静電型センサ７に接触した位置との距離と、第二計測位置３１と、指５１が静電型センサ７に接触した位置との距離とに基づいて、指５１が、静電型センサ７に接触した位置を検知する。本形態によれば、計測器１５は、第一電位Ｖｏｕｔ１に係る第一電位第一サンプリング値Ｖ１１および第一電位第二サンプリング値Ｖ１２と、第二電位Ｖｏｕｔ２に係る第二電位第一サンプリング値Ｖ２１および第二電位第二サンプリング値Ｖ２２と、に基づいて、指５１が、静電型センサ７に接触した位置を検知することができるので、接触検知装置７０の精度を向上させることができる。
【0119】
図２３に、指５１が、静電型センサ７のうち第一計測位置２９から遠い位置に接触している状態を示す。この状態で、上記した方法により静電型センサ７を充電すると、静電型センサ７を充電する電流は、印加電極２１を矢線Ｌで示すように流れ、印加電極２１と計測電極２２とに電荷が充電され、計測電極２２のうち指５１と厚さ方向に重なる部分から第一計測位置２９に、矢線Ｍで示すように流れる。また、静電型センサ７を充電する電流は、矢線Ｎで示すように、計測電極２２のうち指５１と厚さ方向に重なる部分から第二計測位置３１に流れる。
【0120】
図２３に示すように、第一計測位置２９と、指５１が静電型センサ７に接触した位置との距離は、第二計測位置３１と、指５１が静電型センサ７に接触した位置との距離よりも長い。このため、第一計測位置２９と指５１との間における計測電極２２の電気抵抗値は、第二計測位置３１と指５１との間における計測電極２２の電気抵抗値よりも大きい。このため、静電型センサ７において、第一電位Ｖ１に係る時定数τは、第二電位Ｖ２に係る時定数τと異なっている。
【0121】
図２４には、第一電位Ｖ１および第二電位Ｖ２の経時変化を示す。第一電位Ｖ１を実線が実線で示されており、第二電位Ｖ２が一点鎖線で示されている。第一電位Ｖ１に係る時定数τと、第二電位Ｖ２に係る時定数τが異なっているので、第二電位Ｖ２の経時変化よりも、第一電位Ｖ１の経時変化の方が緩やかになっている。
【0122】
指５１が、静電型センサ７のうち第一計測位置２９に近い位置に接触した場合と同様に、計測器１５は、第一電位Ｖ１に係る第一電位第一サンプリング値Ｖ１１および第一電位第二サンプリング値Ｖ１２と、第二電位Ｖ２に係る第二電位第一サンプリング値Ｖ２１および第二電位第二サンプリング値Ｖ２２と、に基づいて、指５１が、静電型センサ７に接触した位置を検知することができる。これにより、接触検知装置７０の精度を向上させることができる。
【0123】
上記以外の構成については、実施形態１と略同様なので、同一部材については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【0124】
本形態によれば、印加電極２１と計測電極２２は、単位長さ当たりの電気抵抗が異なる。また、計測電極２２の単位長さ当たりの電気抵抗は、印加電極２１の単位長さ当たりの電気抵抗値よりも大きい。これにより、計測電極２２の第一端部２７から取得された第一電位Ｖ１と、第二端部２８から取得された第二電位Ｖ２とを、異ならせることができるので、導体の接触位置を検知する精度を向上させることができる。
【0125】
（実施形態４）
次に、図２５を参照して実施形態4について説明する。図２５に示すように、本形態の接触検知装置８０においては、印加電極２１の第二端部２８と、電源４１との間に第二入力用スイッチング素子１８が接続されている。第二入力用スイッチング素子１８は、電源４１から印加電極２１の第二端部２８に印加される入力電圧Ｖｉｎをオンまたはオフする。第二入力用スイッチング素子１８は、第一入力用スイッチング素子１１と並列接続されている。
次に、図２５を参照して実施形態4について説明する。図２５に示すように、本形態の接触検知装置８０においては、印加電極２１の第二端部２８と、電源４１との間に第二入力用スイッチング素子１８が接続されている。第二入力用スイッチング素子１８は、電源４１から印加電極２１の第二端部２８に印加される入力電圧Ｖｉｎをオンまたはオフする。第二入力用スイッチング素子１８は、第一入力用スイッチング素子１１と並列接続されている。
【0126】
制御装置１４は、第二入力用スイッチング素子１８を閉状態または開状態に制御する。制御装置１４は、第一入力用スイッチング素子１１および第二入力用スイッチング素子１８を開状態にし、且つ充放電用スイッチング素子１３を閉状態にすることで、計測電極２２の電位をグランド電位４２に放電する工程と実行する。制御装置１４は、計測電極２２の電位をグランド電位４２に放電する工程の後に、充放電用スイッチング素子１３を開状態にし、且つ第一入力用スイッチング素子１１を閉状態にし、且つ第二入力用スイッチング素子１８を開状態にすることで、静電型センサ７の第一端部２７から静電型センサ７を充電する工程を実行する。また、制御装置１４は、計測電極２２の電位をグランド電位４２に放電する工程の後に、充放電用スイッチング素子１３を開状態にし、且つ第一入力用スイッチング素子１１を開状態にし、且つ第二入力用スイッチング素子１８を閉状態にすることで、静電型センサ７の第二端部２８から静電型センサ７を充電する工程を実行する。
【0127】
図２６に、指５１が、静電型センサ７のうち第一計測位置２９に近い位置に接触している状態を示す。この状態で、第一端部２７から静電型センサ７を充電すると、静電型センサ７を充電する電流は、印加電極２１を矢線Ｏで示すように流れ、印加電極２１と計測電極２２とに電荷が充電され、計測電極２２のうち指５１と厚さ方向に重なる部分から第一計測位置２９に、矢線Ｐで示すように流れる。また、静電型センサ７を充電する電流は、矢線Ｑで示すように、計測電極２２のうち指５１と厚さ方向に重なる部分から第二計測位置３１に流れる。
【0128】
図２７に、指５１が、静電型センサ７のうち第一計測位置２９に近い位置に接触している状態を示す。この状態で、第二端部２８から静電型センサ７を充電すると、静電型センサ７を充電する電流は、印加電極２１を矢線Ｒで示すように流れ、印加電極２１と計測電極２２とに電荷が充電され、計測電極２２のうち指５１と厚さ方向に重なる部分から第一計測位置２９に、矢線Ｓで示すように流れる。また、静電型センサ７を充電する電流は、矢線Ｔで示すように、計測電極２２のうち指５１と厚さ方向に重なる部分から第二計測位置３１に流れる。
【0129】
次に、図２８を参照して、本形態の接触検知装置８０の動作について説明する。図２８に、本形態の接触検知装置８０のメインフローに係るフローチャートを示す。接触検知装置８０が起動されると、第一サイクルが実行される（Ｓ１０）。次に、第二サイクルが実行される（Ｓ２０）。次に、第一サイクルで得られた結果と、第二サイクルで得られた結果とに基づいて、指５１等の導体が静電型センサ７に接触した位置と、指５１等の導体が静電型センサ７に接触した面積と、を検知する（Ｓ３０）。以上により、接触検知装置８０の動作が終了する。
【0130】
図２９に、第一サイクルのフローチャートを示す。第一サイクルが実行されると（Ｓ１０）、制御装置１４は、第二入力用スイッチング素子１８を開状態にする。制御装置１４は、第一入力用スイッチング素子１１を開状態にするとともに、充放電用スイッチング素子１３を閉状態にする。これにより、印加電極２１に入力電圧Ｖｉｎが印加されていない状態で、計測電極２２の電位がグランド電位４２に放電される（Ｓ１１）。
【0131】
所定の時間が経過して、計測電極２２の電位がグランド電位４２に放電された後、静電型センサ７を充電する工程（Ｓ１２）が実行される。Ｓ１２においては、制御装置１４は、充放電用スイッチング素子１３を開状態にするとともに、第一入力用スイッチング素子１１を閉状態にする。これにより、静電型センサ７の第一端部２７から静電型センサ７が充電される。
【0132】
静電型センサ７を充電する工程（Ｓ１２）が実行されて、静電型センサ７が完全に充電されるまでの間に、計測器１５は、静電型センサ７への充電が開始されてから所定時間経過後の第一サンプリング時点ＳＴ１において第一電位第一サンプリング値Ｖ１１を計測して取得し、第一サンプリング時点ＳＴ１から所定時間経過後の第二サンプリング時点ＳＴ２において第一電位第二サンプリング値Ｖ１２を計測して取得する（Ｓ１３）。
【0133】
計測器１５は、第一電位第二サンプリング値Ｖ１２に対する第一電位第一サンプリング値Ｖ１１の比に基づいて、導体が静電型センサ７に接触した位置を検知する（Ｓ１４）。ただし、計測器１５は、第二電位第二サンプリング値Ｖ２２に対する第二電位第一サンプリング値Ｖ２１の比に基づいて、導体が静電型センサ７に接触した位置を検知してもよい。
【0134】
計測器１５は、第一電位第二サンプリング値Ｖ１２に基づいて、導体が静電型センサ７に接触した面積を検知する（Ｓ１５）。ただし、計測器１５は、第二電位第二サンプリング値Ｖ２２に基づいて、導体が静電型センサ７に接触した面積を検知してもよい。
【0135】
以上により、第一サイクル（Ｓ１０）が終了する。
【0136】
次に、図３０に第二サイクルのフローチャートを示す。第二サイクルが実行されると（Ｓ２０）、制御装置１４は、第一入力用スイッチング素子１１を開状態にする。制御装置１４は、第二入力用スイッチング素子１８を開状態にするとともに、充放電用スイッチング素子１３を閉状態にする。これにより、印加電極２１に入力電圧Ｖｉｎが印加されていない状態で、計測電極２２の電位がグランド電位４２に放電される（Ｓ２１）。
【0137】
所定の時間が経過して、計測電極２２の電位がグランド電位４２に放電された後、静電型センサ７を充電する工程（Ｓ２１）が実行される。Ｓ２１においては、制御装置１４は、充放電用スイッチング素子１３を開状態にするとともに、第二入力用スイッチング素子１８を閉状態にする。これにより、静電型センサ７の第二端部２８から静電型センサ７が充電される。
【0138】
静電型センサ７を充電する工程（Ｓ２１）が実行されて、静電型センサ７が完全に充電されるまでの間に、計測器１５は、静電型センサ７への充電が開始されてから所定時間経過後の第一サンプリング時点ＳＴ１において第二電位第一サンプリング値Ｖ２１を計測して取得し、第一サンプリング時点ＳＴ１から所定時間経過後の第二サンプリング時点ＳＴ２において第二電位第二サンプリング値Ｖ２２を計測して取得する（Ｓ２３）。
【0139】
計測器１５は、第二電位第二サンプリング値Ｖ２２に対する第二電位第一サンプリング値Ｖ２１の比に基づいて、導体が静電型センサ７に接触した位置を検知する（Ｓ２４）。ただし、計測器１５は、第一電位第二サンプリング値Ｖ１２に対する第一電位第一サンプリング値Ｖ１１の比に基づいて、導体が静電型センサ７に接触した位置を検知してもよい。
【0140】
計測器１５は、第二電位第二サンプリング値Ｖ２２に基づいて、導体が静電型センサ７に接触した面積を検知する（Ｓ２５）。ただし、計測器１５は、第一電位第二サンプリング値Ｖ１２に基づいて、導体が静電型センサ７に接触した面積を検知してもよい。
【0141】
以上により、第二サイクル（Ｓ２０）が終了する。
【0142】
上記以外の構成については、実施形態３と略同様なので、同一部材については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【0143】
本形態によれば、制御装置１４は、計測器１５が第一電位Ｖ１を取得するために、放電する工程、および、放電する工程に続く充電する工程を含む第一サイクルを実行し、第一サイクルの後に、計測器１５が第二電位Ｖ２を取得するために、放電する工程、および、放電する工程に続く充電する工程を含む第二サイクルを実行する。
【0144】
これにより、第一サイクルで得られた結果および第二サイクルで得られた結果に基づいて、導体が静電型センサ７に接触した位置を検出することができるので、接触検知装置８０の精度を向上させることができる。また、第一サイクルで得られた結果および第二サイクルで得られた結果に基づいて、導体が静電型センサ７に接触した面積を検出することができるので、接触検知装置８０の精度を向上させることができる。
【0145】
（実施形態５）
次に、図３１を参照して、実施形態５を説明する。実施形態５に係る静電型センサ７Ａの計測電極２２Ａは、印加電極２１と同形同大である。本形態の計測電極２２Ａは、貫通孔２６を有しない点で実施形態１と異なる。上記以外の構成については、実施形態１と略同様なので、同一部材については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
次に、図３１を参照して、実施形態５を説明する。実施形態５に係る静電型センサ７Ａの計測電極２２Ａは、印加電極２１と同形同大である。本形態の計測電極２２Ａは、貫通孔２６を有しない点で実施形態１と異なる。上記以外の構成については、実施形態１と略同様なので、同一部材については同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【0146】
静電型センサ７Ａの計測電極２２Ａ側に指５１等の導体が接触すると、計測電極２２Ａと、指５１等の導体との間に表皮材８が介された一種のコンデンサが形成される。これにより、静電型センサ７Ａの静電容量が変化する。この静電容量の変化に伴って、静電型センサ７Ａに充電されるので、上記した実施形態１と同様にして、指５１が静電型センサ７Ａに接触した位置、および指５１が静電型センサ７Ａに接触した面積を検知することができる。
【0147】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において下記の態様を含む。
【0148】
（１）電源から定電圧である入力電圧を印加される印加電極と、前記印加電極に対向して配置されるとともに電位が計測される計測電極と、前記印加電極と前記計測電極との間に配置される誘電体と、を備え、導体が前記計測電極側に接触したことを検知するための静電型センサと、
前記計測電極の第一計測位置とグランド電位との間に直列接続される第一ブリッジ用キャパシタと、
前記計測電極と前記グランド電位との間に直列接続されるとともに、前記第一ブリッジ用キャパシタに対して並列接続され、閉状態時に前記計測電極の電位をグランド電位に放電させる充放電用スイッチング素子と、
前記入力電圧を前記印加電極に印加していない状態にし且つ前記充放電用スイッチング素子を閉状態にすることで、前記計測電極の電位をグランド電位に放電する工程と、前記放電する工程の後に、前記充放電用スイッチング素子を開状態にし且つ前記入力電圧を前記印加電極に印加する状態にすることで、前記静電型センサに充電する工程とを実行する制御装置と、
前記充電する工程において、前記計測電極の前記第一計測位置と前記第一ブリッジ用キャパシタとの間の第一電位を取得する計測器と、
を備える接触検知装置であって、
前記静電型センサは、前記導体が接触した位置に対応する単位面積当たりの静電容量と、前記導体が接触していない位置に対応する単位面積当たりの静電容量と、が異なる値となるように構成され、
前記計測電極は、前記第一計測位置からの距離に応じて電気抵抗が変化するように構成され、
前記計測器は、
前記充電する工程における、前記静電型センサへの充電が開始されてから所定時間経過後の第一サンプリング時点に取得した前記第一電位である第一電位第一サンプリング値と、前記第一サンプリング時点から所定時間経過後の第二サンプリング時点に取得した前記第一電位である第一電位第二サンプリング値と、に基づいて、前記導体が前記静電型センサに接触した位置を検知する、接触検知装置。
前記計測電極の第一計測位置とグランド電位との間に直列接続される第一ブリッジ用キャパシタと、
前記計測電極と前記グランド電位との間に直列接続されるとともに、前記第一ブリッジ用キャパシタに対して並列接続され、閉状態時に前記計測電極の電位をグランド電位に放電させる充放電用スイッチング素子と、
前記入力電圧を前記印加電極に印加していない状態にし且つ前記充放電用スイッチング素子を閉状態にすることで、前記計測電極の電位をグランド電位に放電する工程と、前記放電する工程の後に、前記充放電用スイッチング素子を開状態にし且つ前記入力電圧を前記印加電極に印加する状態にすることで、前記静電型センサに充電する工程とを実行する制御装置と、
前記充電する工程において、前記計測電極の前記第一計測位置と前記第一ブリッジ用キャパシタとの間の第一電位を取得する計測器と、
を備える接触検知装置であって、
前記静電型センサは、前記導体が接触した位置に対応する単位面積当たりの静電容量と、前記導体が接触していない位置に対応する単位面積当たりの静電容量と、が異なる値となるように構成され、
前記計測電極は、前記第一計測位置からの距離に応じて電気抵抗が変化するように構成され、
前記計測器は、
前記充電する工程における、前記静電型センサへの充電が開始されてから所定時間経過後の第一サンプリング時点に取得した前記第一電位である第一電位第一サンプリング値と、前記第一サンプリング時点から所定時間経過後の第二サンプリング時点に取得した前記第一電位である第一電位第二サンプリング値と、に基づいて、前記導体が前記静電型センサに接触した位置を検知する、接触検知装置。
【0149】
（２）前記第一サンプリング時点は、前記静電型センサへの充電が開始されてから、前記計測電極の電位の変化が所定値よりも小さくなる飽和状態になる前までの過渡状態における時点であり、
前記第二サンプリング時点は、前記第一サンプリング時点よりも後であって、前記計測電極の電位が飽和した時点である、上記（１）に記載の接触検知装置。
前記第二サンプリング時点は、前記第一サンプリング時点よりも後であって、前記計測電極の電位が飽和した時点である、上記（１）に記載の接触検知装置。
【0150】
（３）前記計測器は、前記第一電位第二サンプリング値に対する前記第一電位第一サンプリング値の比に基づいて、前記導体が前記静電型センサに接触した位置を検知する、上記（２）に記載の接触検知装置。
【0151】
（４）前記第一サンプリング時点は、前記静電型センサをＲＣ等価回路と規定した場合における時定数τの１～４倍における時点であり、前記第二サンプリング時点は、前記時定数τの５倍以上における時点である、上記（２）に記載の接触検知装置。
【0152】
（５）前記計測器は、さらに、
前記充電する工程における前記第一電位第二サンプリング値に基づいて、前記導体が前記静電型センサに接触した面積を検知する、上記（２）に記載の接触検知装置。
前記充電する工程における前記第一電位第二サンプリング値に基づいて、前記導体が前記静電型センサに接触した面積を検知する、上記（２）に記載の接触検知装置。
【0153】
（６）さらに、
前記充電する工程において前記静電型センサの前記計測電極側のすべての表面に前記導体が接触した状態で、前記計測電極の電位が飽和したときの前記第一電位である飽和第一電位が格納された記憶装置、を備え、
前記計測器は、
前記充電する工程における前記第一電位第二サンプリング値と、前記飽和第一電位とに基づいて、前記導体が前記静電型センサに接触した面積を検知する、上記（５）に記載の接触検知装置。
前記充電する工程において前記静電型センサの前記計測電極側のすべての表面に前記導体が接触した状態で、前記計測電極の電位が飽和したときの前記第一電位である飽和第一電位が格納された記憶装置、を備え、
前記計測器は、
前記充電する工程における前記第一電位第二サンプリング値と、前記飽和第一電位とに基づいて、前記導体が前記静電型センサに接触した面積を検知する、上記（５）に記載の接触検知装置。
【0154】
（７）前記静電型センサは、長手方向に細長い形状に形成され、前記長手方向の両端に第一端部と第二端部とを有しており、
前記第一ブリッジ用キャパシタは、前記計測電極の前記第一計測位置である前記長手方向の前記第一端部と前記グランド電位との間に接続されており、
前記印加電極の前記長手方向の前記第一端部は、前記電源に接続されている、上記（１）～（６）のいずれか１つに記載の接触検知装置。
前記第一ブリッジ用キャパシタは、前記計測電極の前記第一計測位置である前記長手方向の前記第一端部と前記グランド電位との間に接続されており、
前記印加電極の前記長手方向の前記第一端部は、前記電源に接続されている、上記（１）～（６）のいずれか１つに記載の接触検知装置。
【0155】
（８）前記静電型センサは、長手方向に細長い形状に形成され、前記長手方向の両端に第一端部と第二端部とを有しており、
前記第一ブリッジ用キャパシタは、前記計測電極の前記第一計測位置である前記長手方向の前記第一端部と前記グランド電位との間に接続されており、
前記印加電極の前記長手方向の前記第二端部は、前記電源に接続されている、上記（１）～（６）のいずれか１つに記載の接触検知装置。
前記第一ブリッジ用キャパシタは、前記計測電極の前記第一計測位置である前記長手方向の前記第一端部と前記グランド電位との間に接続されており、
前記印加電極の前記長手方向の前記第二端部は、前記電源に接続されている、上記（１）～（６）のいずれか１つに記載の接触検知装置。
【0156】
（９）前記静電型センサは、長手方向に細長い形状に形成され、前記長手方向の両端に第一端部と第二端部とを有しており、
前記第一ブリッジ用キャパシタは、前記計測電極の前記第一計測位置である前記長手方向の前記第一端部と前記グランド電位との間に接続されており、
さらに、
前記計測電極の第二計測位置である前記長手方向の前記第二端部と前記グランド電位との間に直列接続される第二ブリッジ用キャパシタ、を備え、
前記計測電極は、前記第一計測位置からの距離に応じて電気抵抗が変化するように構成され、且つ、前記第二計測位置からの距離に応じて電気抵抗が変化するように構成され、
前記計測器は、
前記充電する工程において、前記計測電極の前記第二計測位置と前記第二ブリッジ用キャパシタとの間の第二電位を取得し、
前記充電する工程における、前記第一電位第一サンプリング値と、前記第一サンプリング時点において取得する前記第二電位である第二電位第一サンプリング値と、前記第一電位第二サンプリング値と、前記第二サンプリング時点に取得する前記第二電位である第二電位第二サンプリング値と、に基づいて、前記導体が前記静電型センサに接触した位置を検知する、上記（１）～（６）のいずれか１つに記載の接触検知装置。
前記第一ブリッジ用キャパシタは、前記計測電極の前記第一計測位置である前記長手方向の前記第一端部と前記グランド電位との間に接続されており、
さらに、
前記計測電極の第二計測位置である前記長手方向の前記第二端部と前記グランド電位との間に直列接続される第二ブリッジ用キャパシタ、を備え、
前記計測電極は、前記第一計測位置からの距離に応じて電気抵抗が変化するように構成され、且つ、前記第二計測位置からの距離に応じて電気抵抗が変化するように構成され、
前記計測器は、
前記充電する工程において、前記計測電極の前記第二計測位置と前記第二ブリッジ用キャパシタとの間の第二電位を取得し、
前記充電する工程における、前記第一電位第一サンプリング値と、前記第一サンプリング時点において取得する前記第二電位である第二電位第一サンプリング値と、前記第一電位第二サンプリング値と、前記第二サンプリング時点に取得する前記第二電位である第二電位第二サンプリング値と、に基づいて、前記導体が前記静電型センサに接触した位置を検知する、上記（１）～（６）のいずれか１つに記載の接触検知装置。
【0157】
（１０）前記第一サンプリング時点は、前記静電型センサへの充電が開始されてから、前記計測電極の電位の変化が所定値よりも小さくなる飽和状態になる前までの過渡状態における時点であり、
前記第二サンプリング時点は、前記第一サンプリング時点よりも後であって、前記計測電極の電位が飽和した時点であり、
前記計測器は、さらに、
前記充電する工程において、前記第一電位第二サンプリング値および前記第二電位第二サンプリング値に基づいて、前記導体が前記静電型センサに接触した面積を検知する、上記（９）に記載の接触検知装置。
前記第二サンプリング時点は、前記第一サンプリング時点よりも後であって、前記計測電極の電位が飽和した時点であり、
前記計測器は、さらに、
前記充電する工程において、前記第一電位第二サンプリング値および前記第二電位第二サンプリング値に基づいて、前記導体が前記静電型センサに接触した面積を検知する、上記（９）に記載の接触検知装置。
【0158】
（１１）前記制御装置は、
前記計測器が前記第一電位を取得するために、前記放電する工程、および、前記放電する工程に続く前記充電する工程を含む第一サイクルを実行し、
前記第一サイクルの後に、前記計測器が前記第二電位を取得するために、前記放電する工程、および、前記放電する工程に続く前記充電する工程を含む第二サイクルを実行する、上記（９）に記載の接触検知装置。
前記計測器が前記第一電位を取得するために、前記放電する工程、および、前記放電する工程に続く前記充電する工程を含む第一サイクルを実行し、
前記第一サイクルの後に、前記計測器が前記第二電位を取得するために、前記放電する工程、および、前記放電する工程に続く前記充電する工程を含む第二サイクルを実行する、上記（９）に記載の接触検知装置。
【0159】
（１２）前記計測電極および前記印加電極は、導電性エラストマーからなる、上記（１）～（６）のいずれか１項に記載の接触検知装置。
【0160】
（１３）前記印加電極と前記計測電極は、単位長さ当たりの電気抵抗が異なる、上記（１２）に記載の接触検知装置。
【0161】
（１４）前記計測電極の単位長さ当たりの電気抵抗は、前記印加電極の単位長さ当たりの電気抵抗よりも大きい、上記（１３）に記載の接触検知装置。
【0162】
（１５）前記計測電極は、複数の貫通孔を有する、上記（１４）に記載の接触検知装置。
【0163】
（１６）電源から定電圧である入力電圧を印加される印加電極と、前記印加電極に対向して配置されるとともに電位が計測される計測電極と、前記印加電極と前記計測電極との間に配置される誘電体と、を備え、導体が前記計測電極側に接触したことを検知するための静電型センサと、
前記計測電極の第一計測位置とグランド電位との間に直列接続される第一ブリッジ用キャパシタと、
前記計測電極と前記グランド電位との間に直列接続されるとともに、前記第一ブリッジ用キャパシタに対して並列接続され、閉状態時に前記計測電極の電位をグランド電位に放電させる充放電用スイッチング素子と、
前記入力電圧を前記印加電極に印加していない状態にし且つ前記充放電用スイッチング素子を閉状態にすることで、前記計測電極の電位をグランド電位に放電する工程と、前記放電する工程の後に、前記充放電用スイッチング素子を開状態にし且つ前記入力電圧を前記印加電極に印加する状態にすることで、前記静電型センサに充電する工程とを実行する制御装置と、
前記充電する工程において、前記計測電極の前記第一計測位置と前記第一ブリッジ用キャパシタとの間の第一電位を取得する計測器と、
を備える接触検知装置であって、
前記静電型センサは、前記導体が接触した位置に対応する単位面積当たりの静電容量と、前記導体が接触していない位置に対応する単位面積当たりの静電容量と、が異なる値となるように構成され、
前記計測電極は、前記第一計測位置からの距離に応じて電気抵抗が変化するように構成され、
前記計測器は、
前記充電する工程における、前記計測電極の電位が所定値よりも小さくなる飽和した時点で取得した前記第一電位である第一電位飽和サンプリング値に基づいて、前記導体が前記静電型センサに接触した面積を検知する、接触検知装置。
前記計測電極の第一計測位置とグランド電位との間に直列接続される第一ブリッジ用キャパシタと、
前記計測電極と前記グランド電位との間に直列接続されるとともに、前記第一ブリッジ用キャパシタに対して並列接続され、閉状態時に前記計測電極の電位をグランド電位に放電させる充放電用スイッチング素子と、
前記入力電圧を前記印加電極に印加していない状態にし且つ前記充放電用スイッチング素子を閉状態にすることで、前記計測電極の電位をグランド電位に放電する工程と、前記放電する工程の後に、前記充放電用スイッチング素子を開状態にし且つ前記入力電圧を前記印加電極に印加する状態にすることで、前記静電型センサに充電する工程とを実行する制御装置と、
前記充電する工程において、前記計測電極の前記第一計測位置と前記第一ブリッジ用キャパシタとの間の第一電位を取得する計測器と、
を備える接触検知装置であって、
前記静電型センサは、前記導体が接触した位置に対応する単位面積当たりの静電容量と、前記導体が接触していない位置に対応する単位面積当たりの静電容量と、が異なる値となるように構成され、
前記計測電極は、前記第一計測位置からの距離に応じて電気抵抗が変化するように構成され、
前記計測器は、
前記充電する工程における、前記計測電極の電位が所定値よりも小さくなる飽和した時点で取得した前記第一電位である第一電位飽和サンプリング値に基づいて、前記導体が前記静電型センサに接触した面積を検知する、接触検知装置。
【符号の説明】
【0164】
７，７Ａ 静電型センサ、１０、６０，７０，８０ 接触検知装置、１１ 第一入力用スイッチング素子、１２ 第一ブリッジ用キャパシタ、１３ 充放電用スイッチング素子、１４ 制御装置、１５ 計測器、１６ 記憶装置、１７ 第二ブリッジ用キャパシタ、１８ 第二入力用スイッチング素子、２１ 印加電極、２２，２２Ａ 計測電極、２３ 誘電体、２６ 貫通孔、２７ 第一端部、２８ 第二端部、２９ 第一計測位置、３１ 第二計測位置、４２ グランド電位、５１ 指（導体）５２ 手（導体）、ＳＴ１ 第一サンプリング時点、ＳＴ２ 第二サンプリング時点、ＳＶ１ 飽和第一電位、Ｔｓ 飽和時間、Ｖ１ 第一電位、Ｖ２ 第二電位、Ｖ１１ 第一電位第一サンプリング値、Ｖ１２ 第一電位第二サンプリング値、Ｖ２１ 第二電位第一サンプリング値、Ｖ２２ 第二電位第二サンプリング値、Ｖｉｎ 入力電圧、Ｖｏｕｔ 出力電圧、τ 時定数
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】