JP2012506042A - 検出エリア内の物体を検出するセンサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】誘電率が高いもしくは抵抗率が低い構造体、または、導体層を有する構造体を通して物体の存在を効率よく感知できるセンサ装置を提供する。
【解決手段】センサパッド(6)のインピーダンス変動を測定して、自動車両の近くの検出エリア内の物体(4)を検出するセンサパッド(6)を有するセンサ装置(2)であって、検出エリアに対してセンサパッド(6)の後方に置かれたバックフォーカスプレート(8)と、センサパッド(6)の周囲に配置された第１のサラウンディングフォーカスプレート(10)と、をさらに有し、センサパッド(6)を駆動する信号発生器と、一定の位相、周波数および電圧振幅の同一の信号を有するプレート(8、10)と、を有して構成される。このセンサ装置(2)は、第１のサラウンディングフォーカスプレート(10)の周囲に配置され、センサパッド(6)に供給する信号と異なる信号によって駆動される第２のサラウンディングフォーカスプレート(14)をさらに有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、検出エリア内の物体の存在によって生じるセンサパッドのインピーダンス変動を測定することによって、自動車両の近くの検出エリア内の物体を検出するセンサパッドを有するタイプのセンサ装置に関する。このセンサ装置は、検出エリアに対してセンサパッドの後方に置かれたバックフォーカスプレートと、センサパッドの周囲に配置された第１のサラウンディングフォーカスプレートと、をさらに有する。このセンサ装置は、センサパッドを駆動する信号発生器と、予め定められた一定の位相、周波数および電圧振幅の同一の信号を有するプレートと、を有する。

また、本発明は、このセンサ装置を有する外部装備品と、この外部装備品を有する自動車両と、に関する。

これらの装置は、周知であり、例えば、運転者に車両の周りにある障害物に接近したことを通知することによって、運転者が車を駐車するのを補助するのに用いられる。一般に、このセンサ装置は、運転中に車両の周囲における障害物の存在を運転者に通知する。

一般的なシングルパッド容量性センサ装置は、センサパッドに電荷を与え、検出エリア内の物体の存在によって生じる電圧変化を測定することによって、動作する。物体の存在によって、センサパッドの周囲への結合キャパシタンスは変化する。入力信号を近いゲインでフォローする増幅器から駆動される近傍のプレートを用いることは、いくつかの寄生キャパシタンスを排除するため、すなわち、電界をターゲットに向かって真っ直ぐにするための周知のガード原理である。入力信号を異なるゲインでフォローする増幅器から駆動される他の近傍のプレートを用いることによって、測定した物体の立体を効果的に移動することができる。しかしながら、多くの場合、システムを容易に振動させることができるより大きいゲインでセンサパッド上の信号をフォローするガードアンプから近傍のプレートを駆動することは、実用的な解決法ではない。

容量性センサ装置がセンサパッドとほぼ同じくらいのサイズの構造体に適用された場合、このセンサを用いて、構造体の中を感知して構造体中の奥深くにある物体を検出したり、構造体を通して感知して反対側にある物体を検出したりすることができる。しかしながら、構造体がセンサパッドより大きい場合、電力線は、構造体を迂回して近傍の寄生アースに移動するので、構造体の中および／または構造体を通して感知する感度は、減少する。構造体について、誘電率が高いもしくは抵抗率が低い場合、または、いずれかの表面に導体層を有する場合、構造体の内部および／または反対側にあるターゲットに対する感度の減少は最も著しい。特に、自動車衝突センサに容量性センサを用いることは、静電塗装処理によってバンパの表面に残された導体下塗層のため困難である。

一般に、自動車両において、センサ装置は、外部装備品の後方または外部装備品の中に位置付けられ、導体下塗層は、外部装備品の外側の面上に位置付けられるので、センサ装置の効率は減少する。

本発明の目的の１つは、これらの欠点を克服するため、構造体の誘電率が高いもしくは抵抗率が低い構造体、または、いずれかの表面に導体層を有する構造体を通して物体の存在を効率よく感知することができるセンサ装置を提供することである。

この目的のため、本発明は、上記のタイプのセンサ装置に関する。このセンサ装置は、第１のサラウンディングフォーカスプレートの周囲に配置された少なくとも第２のサラウンディングフォーカスプレートをさらに有し、第２のサラウンディングフォーカスプレートは、センサパッドに供給される信号と異なる信号によって駆動される。

異なる信号が供給される第２のサラウンディングフォーカスプレートを用いて、センサ装置によって放出される電力線を真っ直ぐにする。内部の誘電率が大きいもしくは抵抗率が小さい場合、または、センサ装置が位置付けられた構造体の表面上に導体がコーティングされている場合であっても、電力線はより平行になる。これによって、アースへの内部寄生キャパシタンスは減少し、センサパッドから検出エリア内の物体へほぼ垂直に進む電力線の割合は増加する。したがって、センサ装置の効率は改善される。

この検出装置の他の特徴は、以下の通りである。
−第２のサラウンディングフォーカスプレートを駆動する信号の電圧振幅は、センサパッドを駆動する信号より大きい。
−センサパッドのインピーダンスは、インバータと、オシレータと、インバータの電力供給レールのための２つのＤＣ電圧オフセットフォロアアンプ出力を有する電力供給レール駆動部と、インバータの電力供給レール駆動部の入力へのオシレータの駆動をオンにしたりオフにしたりすることによってパッドの機能を受信部から送信部／インピーダンス測定部に変更するスイッチと、を有する、駆動レールインピーダンス測定システムによって制御される。
−センサ装置は、２つより多いサラウンディングフォーカスプレートを有し、プレートは、互いの周囲にあり、それぞれのプレートは、センサパッドからより遠くなるにつれて増加する電圧振幅の信号によって駆動される。

また、本発明は、外部装備品が搭載された自動車両の近くの検出エリア内の物体を検出する上記のセンサ装置を有する、自動車両のための外部装備品に関する。

この外部装備品の他の特徴は、以下の通りである。
−この外部装備品は、少なくとも２つのセンサ装置を有し、１つのセンサ装置は電圧または電流送信部として動作し、他の装置は電圧または電流受信部として動作して、センサ装置間の結合キャパシタンスを測定することによって、検出エリア内の物体の存在を決定する、または、センサ装置のそれぞれのセンサパッドのインピーダンスを測定することによって、検出エリア内の物体の存在を決定する。
−センサ装置は、外部装備品の内側の面に固定される。
−センサ装置は、外部装備品の材料によってオーバモールドされる。
−導体層は、外部装備品の外側の面上に置かれる。

また、本発明は、少なくとも上記外部装備品を有する自動車両に関する。

本発明に係るセンサ装置を有する外部装備品の一部の断面図である。 本発明に係るセンサ装置の一部の平面図である。 本発明に係るセンサ装置を制御する駆動レールインピーダンス測定システムの概略図である。

本発明の他の態様および利点は、添付図面を参照しながら実施例によって与えられる以下の説明を読むことによって分かるであろう。

以下の説明において、「内」、「外」、「前」、「後」などの用語は、登載される自動車両における通常の方向に対して規定される。

図１を参照しながら、自動車両（図示省略）の前部または後部に搭載される外部装備品１について説明する。外部装備品は、例えばバンパである。本発明は、自動車両の前部および後部に適用することができる。検出装置は、特に、自動車両の前部および後部に登載することによってより広い検出エリアを提供する場合、有利である。また、検出装置は、自動車両の側面に登載することによって、より広い検出エリアを提供することができる。一般に、本発明は、自動車両のフェイシアなどの任意の外部装備品に適用可能である。また、本発明は、構造体を通してまたは構造体の後方の物体またはターゲットを検出する必要がある場合、自動車産業以外の分野に適用することができる。次に、本発明に関して、自動車両の近くの検出エリア内の物体を検出する検出装置について説明する。

図１に示すように、検出装置２は、外部装備品１の後側で外部装備品１に固定される。代替方法として、検出装置２は、外部装備品１によってオーバモールドしてもよい。すなわち、検出装置２は、外部装備品を形成する材料の中に位置付けられる。

検出装置２は、外部装備品１の前、すなわち、自動車両の周囲に広がる検出エリア内の物体３の存在を検出するよう配置される。したがって、センサ装置２は、外部装備品１によって形成された構造体「を通して」物体を検出しなければならない。

センサ装置２は、センサパッド６を有し、検出エリア内の物体４の存在によって生じる上記センサパッド６のインピーダンス変動を測定することによって検出エリア内の物体４を検出する。センサ装置２は、検出エリアに対してセンサパッド６の後方に置かれたバックフォーカスプレート８と、センサパッド６の周囲に配置された第１のサラウンディングフォーカスプレート１０と、をさらに有する。図１に示す実施例では、センサパッド６と第１のサラウンディングフォーカスプレート１０との両方は、外部装備品１の背面に接して置かれ、同じ平面上に広がる。一方、バックフォーカスプレート８は、センサパッド６および第１のサラウンディングフォーカスプレート１０から間隔を空けて、センサパッド６が広がる平面と平行な平面に広がる。また、図２に示すように、第１のサラウンディングフォーカスプレートは、外部装備品１を形成する材料のエリア１２によってセンサパッド６から間隔を空けている。

図２に示すように、センサ装置２は、第１のサラウンディングフォーカスプレート１０の周囲に配置され外部装備品１を形成する材料のエリア１６によって、前記第１フォーカスプレート１０から間隔を空けた第２のサラウンディングフォーカスプレート１４をさらに有する。センサパッド６と第１および第２のサラウンディングフォーカスプレート１０および１４とは、すべて、同じ平面に広がる。

ガードプレート１６をセンサパッド６の後方および／または周囲に置くことによって、センサパッドは一方向において感度がより良くなる。

センサパッド６、バックフォーカスプレート８、ならびに、第１および第２のサラウンディングフォーカスプレート１０および１４は、導体材料から作られ、センサ装置２を制御する図３で表された駆動レールインピーダンス測定システム１８に接続される。駆動レールインピーダンス測定システム１８は、センサ装置２に駆動信号を提供する。

駆動レールインピーダンス測定システム１８は、センサパッド６が一定の位相、周波数および電圧振幅の固定信号によって駆動されるよう配置される。バックフォーカスプレート８および第１のサラウンディングプレート１０は、センサパッド６を駆動する信号と同じ一定の位相、周波数および電圧振幅を有する固定信号によって駆動される。

第２のサラウンディングプレート１４は、センサパッドを駆動する信号と同じ一定の位相および周波数を有するが、センサパッドを駆動する信号より大きい電圧振幅を有する信号によって駆動される。

図１示されるように、異なる信号によって駆動される第２のサラウンディングフォーカスプレート１４を用いることによって、センサ装置が放出する電力線を真っ直ぐにすることができる。内部の誘電率が大きいもしくは抵抗率が小さい場合、または、センサ装置が位置付けられた構造体の表面上に導体がコーティングされている場合であっても、電力線はより平行になる。これによって、アースへの内部寄生キャパシタンスは減少し、センサパッドから検出エリア内の物体へほぼ垂直に進む電力線の割合は増加する。したがって、センサ装置の効率は改善される。

特に、外部装備品１に関して、導体層１９は、外部装備品の前側に残される。この導体層１９は、静電塗装処理によって外部装備品の表面に残された導体下塗層である。第２のサラウンディングフォーカスプレート１４を用いると、用いない場合の導体層１９の影響によるセンサ装置２の感度の減少を克服するのに有用である。

この駆動フォーカスプレートのシステムによって、センサパッド６の周囲の３Ｄリング内のセンサパッド６上と等しい外部装備品１によって形成された構造体内の内部電位が確立される。これによって、電力線が真っ直ぐになり、センサパッド６の上方のターゲットに対する感度が増加するよう機能する。構造体を通して観測することが所望される場合、フォーカスプレートを、この内部電位が構造体の他の表面に広がるセンサパッド６上の内部電位に等しくなるよう駆動する。この駆動フォーカスプレートのシステムを有することによって、センサパッド６が観測する寄生インピーダンスは、ターゲットから遠ざかる方向において非常に大きくなる。これによって、構造体の内側または構造体の外側のセンサの上のターゲット４のインピーダンスの変化は、断片的により大きくなる。後述するように、上記の駆動レールインピーダンス測定システム１８では、周囲のフィードバックを伴うインバータの電力レールは、固定ＡＣオシレータ信号によって駆動されるので、フィードバック経路がない場合の振動に関する問題は起きない。

第２のサラウンディングフォーカスプレート１４をセンサパッド６より高いＡＣ電圧で駆動する。これによって、リング境界の立体の外部装備品によって形成された構造体を通して、このフォーカスリングプレートの右により高い電圧を印可して電力線を真っ直ぐにする。この電圧は、表面に到達したときアースに近接するため減少する。ここで、図１の矢印によって示されるように、内部の誘電率が大きいもしくは抵抗率が小さい場合、または、導体コーティング１９が表面上にある場合であっても、電力線は、より平行になることが分かる。このより高い電圧で第２のサラウンディングフォーカスプレート１４を駆動することによって、いずれかまたは両方の影響が打ち消される。これによって、アースへの内部寄生キャパシタンスは減少し、センサパッド６からターゲット４へほぼ垂直に進む電力線の割合は増加する。ターゲット４は、導体、半導体または絶縁体のいずれでもよい。ターゲット４は、アースされている、または、容量的にアースされている、と想定される。

一実施例によれば、センサ装置２は、２つより多いサラウンディングフォーカスプレート１０および１４を有する。これらのプレートは、お互いの周囲にあり、それぞれのプレートは、センサパッド６から遠いほど増加する電圧振幅を有する信号によって駆動される。

検出エリア内の物体の存在を検出するのに複数のセンサ装置２が用いられる場合、上記のセンサ装置２は、インピーダンスが測定されるパッド、電圧もしくは電流の送信部、または、電圧もしくは電流の受信部として用いることができる。

この駆動レールインピーダンス測定システム１８では、インバータ２０が用いられる。このインバータ２０は、２つの反対の極性のドレインが接続された拡張モードＭＯＳＦＥＴまたはレール間の点をベースとする非反転入力を有するオペアンプから構成される。ガードプレート１６は、インバータ２０のＶＳＳレールに接続される。電力供給レール駆動部２２は、インバータ２０のＶＤＤおよびＶＳＳレールへのＤＣ電圧オフセット出力２４および２６を有する。

電力供給レール駆動部２２への入力２８は、ライン３５を形成する３つのスイッチ３０、３２、３４のＴ配置の一部であるスイッチ３０から来る。スイッチ３２は、オシレータ３６に接続され、スイッチ３４は、アース３８に接続される。スイッチ３４は、スイッチ３０および３２の間に挿入される。スイッチ３０および３２が閉じ、スイッチ３４が開いている場合、オシレータ３６が電力供給レール駆動部２２の入力２８に接続されるため、ＤＣ電圧オフセット出力２４および２６ＡＣは、オシレータ３６をフォローする。回路が受信部として用いられる場合、すなわちレールを駆動しない場合、スイッチ３４を用いてライン３５を０Ｖに接続することによって、絶縁性を増加させる。

仮想アース入力４０は、ＡＣに近い形態でインバータレールをフォローする。これは、ガードプレート１６をＶＳＳレール２６、ＶＤＤレールまたはレール駆動部２２への入力２８によって駆動することによって、センサパッド６とガードプレート１６との間の実効キャパシタンスを減少させることができることを意味する。

スイッチ３０および３２が開いている場合、オシレータ３６は、電力供給レール駆動部２２の入力２８に接続されなくなる。スイッチ３４を閉じることによって、スイッチ３２とスイッチ３０とを接続するライン３５は、スイッチ３４を介してアース３８に接続される。これによって、スイッチ３０を横切るキャパシタンスを横切るオシレータ信号を介したいかなる供給も排除される。

上記で説明したシステムは、センサパッド６に接続された長い同軸ケーブルを用いて、擬似振動を伴わずに、マルチプレクサを前に有する回路によって達成される同様の機能より高い周波数および小さいキャパシタンスを測定することができる。ここで、これらのマルチプレクサは、レールへのキャパシタンスを効果的に小さくするよう駆動される電源供給ラインを前に有する。

このように入力ラインにマルチプレクサを有しないで機能（インピーダンス測定部、送信部または受信部）を選択することによって、特に、送信オシレータの固定数サイクルでゼロを交差する時点で行われた場合、グリッチを排除することができる。この効果は、低いインピーダンスでスイッチングを行うため、達成される。したがって、スイッチのキャパシタンスによって発生する比較的高いインピーダンスで現れるいかなるグリッチも、影響は非常に小さい。グリッチのない性能によって、異なるプレートを送信部または受信部として選択することができる速度を上げることができる。

Claims (10)

1. 検出エリア内の物体の存在によって生じるセンサパッドのインピーダンス変動を測定することによって、自動車両の近くの前記検出エリア内の物体を検出する前記センサパッドを有するセンサ装置であって、該センサ装置は、
   前記検出エリアに対して前記センサパッドの後方に置かれたバックフォーカスプレートと、前記センサパッドの周囲に配置された第１のサラウンディングフォーカスプレートと、をさらに有し、
   前記センサパッドを駆動する信号発生器と、予め定められた一定の位相、周波数、および電圧振幅の同一の信号を有する前記プレートと、を有し、
   前記センサ装置は、前記第１のサラウンディングフォーカスプレートの周囲に配置された少なくとも第２のサラウンディングフォーカスプレートをさらに有し、前記第２のサラウンディングフォーカスプレートは、前記センサパッドに供給される信号と異なる信号によって駆動されることを特徴とする、センサ装置。
2. 前記第２のサラウンディングフォーカスプレートを駆動する信号の電圧振幅は、前記センサパッドを駆動する信号より大きいことを特徴とする、請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記センサパッドのインピーダンスは、インバータと、オシレータと、前記インバータの電力供給レールのための２つのＤＣ電圧オフセットフォロアアンプ出力を有する電力供給レール駆動部と、前記インバータの前記電力供給レール駆動部の入力への前記オシレータの駆動をオンにしたりオフにしたりすることによって前記パッドの機能を受信部から送信部／インピーダンス測定部に変更するスイッチと、を有する、駆動レールインピーダンス測定システムによって制御されることを特徴とする、請求項１または２に記載のセンサ装置。
4. ２つより多いサラウンディングフォーカスプレートをさらに有し、前記プレートは、互いの周囲にあり、それぞれのプレートは、前記センサパッドからより遠くなるにつれて増加する電圧振幅の信号によって駆動されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサ装置。
5. 外部装備品が搭載された自動車両の近くの検出エリア内の物体を検出するセンサ装置を有し、
   該センサ装置は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセンサ装置であることを特徴とする、前記自動車両のための外部装備品。
6. 少なくとも２つのセンサ装置を有し、
   １つのセンサ装置は電圧または電流送信部として動作し、他の装置は電圧または電流受信部として動作して、前記センサ装置間の結合キャパシタンスを測定することによって、前記検出エリア内の物体の存在を決定する、または、前記少なくとも２つのセンサ装置のそれぞれのセンサパッドのインピーダンスを測定することによって、前記検出エリア内の物体の存在を決定することを特徴とする、請求項５に記載の外部装備品。
7. 前記センサ装置は、前記外部装備品の内側の面に固定されることを特徴とする、請求項５または６に記載の外部装備品。
8. 前記センサ装置は、前記外部装備品の材料によってオーバモールドされることを特徴とする、請求項５または６に記載の外部装備品。
9. 導体層は、前記外部装備品の外側の面上に置かれることを特徴とする、請求項５〜８のいずれか一項に記載の外部装備品。
10. 少なくとも外部装備品を有し、
    該外部装備品は、請求項５〜９のいずれか一項に記載の外部装備品であることを特徴とする、自動車両。

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