JPH1048346A - 静電容量に基づく物体検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 障害物検出の安定性を高くすること。モ−ド
切替手段の静電容量のばらつきおよびモ−ド切替による
静電容量の変化を低減する。 【解決手段】 第１電極１０ａ，第２電極１０ｂ，接地
した第３電極１０ｃを含む電極ユニット１０，第２電極
１０ｂにアノ−ドが、カソ−ドに第１電極１０ａおよび
定電流回路２０が接続された第１ダイオ−ドＤ２ａ，そ
のカソ−ドにカソ−ドが接続された第２ダイオ−ドＤ２
ｂ，そのアノ−ドを高周波的に接地する高周波接続素子
Ｃ３、および、第２ダイオ−ドＤ２ｂを選択的に導通す
るための第１スイッチング手段ＴＲ１を含む接続切替回
路Ｃｓｗ；および、第１スイッチング手段ＴＲ１を介し
て第２ダイオ−ドＤ２ｂを導通してレベル調整回路を介
してレベルを設定値に定めた後、第２ダイオ−ドＤ２ｂ
を非導通とし、前記レベルに基づいて第１電極１０ａへ
の物体の接近を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電極と物体との間
に形成される静電容量に基づいて物体の接近を検知する
装置に関し、特に、これに限定する意図ではないが、車
両周辺の障害物を検出する障害物検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、車両周辺の障害物を検出する装
置としては、導体板に高周波電圧を印加し、障害物の接
近に伴い変化する導体板の入力インピーダンスの変化か
ら障害物の有無を検知する装置が多数あり、例えば、特
開昭５８−１１５３８４号公報，特開昭６０−１１１９
８３号公報，特開平３−２３３３９０号公報あるいは米
国特許第３，６８９，８１４号明細書に開示されてい
る。

【０００３】それらの検出原理の代表的なものの１つ
は、発振回路の出力をＲ，Ｃ直列回路に出力する。ここ
でＣは検出電極と障害物との間に形成される静電容量で
ある。検出電極の面積をＳとすると、障害物が有る場合
にはそれと検出電極との距離ＤとＳに対応する静電容量
Ｃが形成される。静電容量Ｃ（障害物との距離Ｄ）の変
化により、検出電極の端子電圧が変化する。この端子電
圧の変化を監視して障害物の接近を感知する。もう１つ
のものでは、発振回路の発振定数に上述の静電容量Ｃを
導入している。障害物の接近によりＣが変化し発振周波
数が変化する。この変化を監視して障害物の接近を感知
する。

【０００４】ところが、静電容量Ｃは、障害物以外の周
囲条件によっても変化する。例えば温度，湿度，天候，
地形，周囲の建造物，あるいは走行車両などにより変化
する。特に車両上で障害物検知を行なう場合、検出電極
は車両上に限られるので、車の外周りの環境によって静
電容量Ｃが大きく変化し易く、検出電極直近への障害物
の接近のみを正確に検知するのが難かしい。

【０００５】そこで本発明者等は、静電容量Ｃの零点補
正を正確に行なう障害物検出装置を開発し提示した（特
願平７−３１３１２２号）。この障害物検出装置は、障
害物との間に静電容量を形成する第１電極，この第１電
極に平行な第２電極、および、第２電極と平行に、第２
電極に関し第１電極と反対側に配置され、接地電位に接
続された第３電極、を用いるものである。第１電極を接
地電位に接続することにより第２電極を第１電極および
第３電極でシ−ルドして（零点補正モ−ド）、そのとき
の第２電極の対地静電容量に従って発振器を励振し、発
振が基準状態となるように、第２電極に並列接続した電
気回路の容量を調整している。この調整により、障害物
検出電極（第２電極）の、発振器から見た見掛け上の静
電容量が基準値に設定されたことになる。この調整が終
わると、第１電極を接地電位から分離して第２電極に接
続する（検出モ−ド）。これにより第１および第２電極
が障害物検出用の電極となる。発振器の発振レベルが低
下すると、障害物有信号が発生される。つまり、障害物
の接近により、第１電極の静電容量が変化するのに伴
い、発振器の発振条件が満たされなくなり、発振器の発
振レベルが低下もしくは停止する。これを電気回路が検
知して障害物有信号を発生する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、零点補正モ−
ドの接続と検出モ−ドの接続への切替えをリレ−で行な
うと、リレ−個々による静電容量のばらつきが大きく、
また、切替前後でもリレ−部の静電容量が変化し、これ
らにより、零点補正モ−ドで障害物検出電極（第２電
極）の、発振器から見た見掛け上の静電容量を調整した
にもかかわらず、検出モ−ドでの障害物検出の安定性が
ばらつく。

【０００７】従って、本発明は、障害物検出の安定性を
高くすることを第１の目的とし、モ−ド切替手段の静電
容量のばらつきおよびモ−ド切替による静電容量の変化
を低減することを第２の目的とする。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】本発明の物体検出装置は、
物体との間に静電容量を形成するための第１電極(10
a)；第１電極と平行な第２電極(10b)；第２電極と平行
に、第２電極に関し第１電極と反対側に配置され、基準
電位(接地)に接続された第３電極(10c)；第２電極と基
準電位の間の静電容量に対応するレベルの高周波電圧を
発生する発振回路(3)；該発振回路(3)に第２電極(10b)
を結合し、第２電極と基準電位の間の静電容量に対す
る、前記発振回路が発生する高周波電圧のレベル(VL)を
調整する回路(2)；第２電極(10b)にアノ−ドが接続さ
れ、カソ−ドに第１電極(10a)および定電流回路(20)が
接続された第１ダイオ−ド(D2a)，そのカソ−ドにカソ
−ドが接続された第２ダイオ−ド(D2b)，そのアノ−ド
を高周波に関して実質上基準電位に接続する高周波接続
素子(C3)、および、第２ダイオ−ド(D2b)に順方向電圧
(Vcc)を選択的に印加するための第１スイッチング手段
(TR1)、を含む接続切替回路(Csw)；および、第１スイッ
チング手段(TR1)を介して第２ダイオ−ド(D2b)に順方向
電圧を印加して前記レベル調整回路(2)を介して前記レ
ベル(VL)を設定値(Vx)に定めた後、順方向電圧(Vcc)の
印加を止めて、前記発振手段(3)が発生する電気信号の
レベル(VL)に基づいて第１電極(10a)への物体の接近を
検出する監視手段(1)；を備える。

【０００９】なお、理解を容易にするためにカッコ内に
は、図面に示し後述する実施例の対応要素又は対応事項
の符号を、参考までに付記した。

【００１０】監視手段(1)が第１スイッチング手段(TR1)
を介して第２ダイオ−ド(D2b)に順方向電圧(Vcc)を印加
すると、高周波電圧に関して第２ダイオ−ド(D2b)がオ
ンとなり、第１電極(10a)が、第２ダイオ−ド(D2b)およ
び高周波接続素子(C3)を介して、高周波的に基準電位
(接地)に接続となり、一方、第２ダイオ−ド(D2b)を通
して第１ダイオ−ド(D2a)のカソ−ドに電圧(Vcc)すなわ
ち逆バイアスが加わり、第１ダイオ−ド(D2a)はオフと
なる。すなわち第１電極(10a)が高周波的に接地とな
り、第１〜第３電極(10a〜10c)は、零点補正モ−ドの接
続となり、第１電極(10a)および第３電極(10c)が、第２
電極(10b)をシ−ルドする。すなわち静電遮蔽する。

【００１１】監視手段(1)が第１スイッチング手段(TR1)
を介して第２ダイオ−ド(D2b)への順方向電圧を遮断す
ると、第２ダイオ−ド(D2b)が高周波的にオフとなり、
第１ダイオ−ド(D2a)の逆バイアスが消え、第１ダイオ
−ド(D2a)がオンに戻り、第２ダイオ−ド(D2b)のオフに
より第１電極(10a)は基準電位(接地)から遮断され、第
１ダイオ−ド(D2a)のオンにより第２電極に接続とな
る。すなわち、第１電極(10a)が高周波的に第２電極(10
b)と接続、基準電位(接地)から遮断の、検出モ−ドとな
る。

【００１２】上述の零点補正モ−ドおよび検出モ−ドの
いずれにおいても、定電流回路(20)が、第１および第２
ダイオ−ド(D2a,D2b)と基準電位(接地)との間の電流値
を一定値に維持するので、零点補正モ−ドと検出モ−ド
のときに第２ダイオ−ド(D2b)と第１ダイオ−ド(D2a)に
流れる電流は実質上同一である。これにより、両ダイオ
−ドの接合容量は実質上同一となり、モ−ド切替による
切替回路(D2a,D2b)原因の静電容量の変化を実質上生じ
ない。また、定電流回路によりダイオ−ドに流れる電流
を一定に維持するので、ダイオ−ドの接合容量は一定で
あり、ダイオ−ドによる個別のばらつきを実質上生じな
い。したがって、監視手段(1)の障害物検知の信頼性お
よび安定性が向上する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施例のレベル
調整回路(2)は、一次側が発振回路(3)に、二次側の一端
が第２電極(10b)に接続された誘導コイル(L)を含む共振
結合回路であり、接続切替回路(Csw)は更に、誘導コイ
ル(L)の他端にバイアス電圧を印加するバイアス回路(4
0)、および、該他端に接続され第２ダイオ−ド(D2b)に
順方向電圧が印加されるとき、すなわち零点補正モ−ド
で、該他端を基準電位(接地)に接続する第２スイッチン
グ手段(TR2)、を備える。

【００１４】これによれば、零点補正モ−ドでは誘導コ
イル(L)の他端が基準電位（接地）になるが、検出モ−
ドではバイアス電圧になる。このバイアス電圧が、発振
回路(3)から加わる高周波電圧の振幅変動により第１ダ
イオ−ド(D2a)がオフに転ずるのを抑止する。これによ
り、検出モ−ドにおける障害物検知の信頼性および安定
性が高い。

【００１５】本発明の好ましい実施例の接続切替回路(C
sw)は更に、第２電極(10B)に接続されそれに加わる高周
波電圧の振幅を制限する回路(30)を備える。これによ
り、共振結合回路(2)および第１ダイオ−ド(D2a)を通し
て第２ダイオ−ド(D2b)のカソ−ドに加わる電圧が制限
され、零点補正モ−ドにおいて、高周波電圧の振幅変動
により第２ダイオ−ド(D2b)がオフ（接続エラ−）する
のが防止される。これにより零点補正のためのレベル調
整回路(2)を介しての発振回路(3)の出力レベル(VL)の調
整の信頼性および安定性が高い。

【００１６】本発明の他の目的および特徴は、図面を参
照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００１７】

【実施例】図１に、本発明の一実施例のシステム構成を
示し、図２には、図１に示した共振／結合回路２の回路
構成を示す。本実施例は、車両の前部バンパおよび後部
バンパに搭載されるものであり、後述する第１電極１０
ａより約４０〜５０ｃｍ以内の範囲における障害物を検
知する。まず、この障害物検出装置の主要構成及び障害
物検出機能の概要を説明する。

【００１８】水晶発振器を含む発振回路３は、共振／結
合回路２に接続されており、高周波の交流電圧ｖ１を発
生して、共振／結合回路２内部の誘導コイルＬ（図２）
の１次側に印加する。誘導コイルＬの２次側には、電極
ユニット１０の第２電極１０ｂが接続されている。電極
ユニット１０は、相互に平行な第１電極１０ａ，第２電
極１０ｂおよび第３電極１０ｃで構成される。切替回路
Ｃｓｗは、第１電極１０ａを、第２電極１０ｂ又はグラ
ンド（接地：基準電位）に選択的に接続する。切替回路
Ｃｓｗが第１電極１０ａを第２電極１０ｂに接続してい
る状態が、障害物検出を行なう状態（検出モ−ド）であ
り、第１および第２電極１０ａ，１０ｂが共振／結合回
路２の誘導コイルＬの２次側に並列接続されている。切
替回路Ｃｓｗが第１電極１０ａをグランドに接続してい
る状態では、第２電極１０ａが、接地された第１電極１
０ａと第３電極１０ｃで、シ−ルドされることになる
（零点補正モ−ド）。

【００１９】図３の（ａ）に、検出モ−ドのときの、電
極ユニット１０周りの電気力線の分布を示し、図３の
（ｂ）に零点補正モ−ドのときの電気力線の分布を示
す。図３の（ａ）に示す検出モードにおいては、第１電
極１０ａと第２電極１０ｂが接続され、第１電極１０ａ
と第２電極１０ｂとの接続点と、グランドとの間に交流
電圧ｖｎが印加される。第３電極１０ｃは接地（グラン
ド接続）されている。第１電極１０ａ〜第３電極１０ｃ
は平行平板であり、２枚の電極を一組で、一種のコンデ
ンサと考えると、第２電極１０ｂと第３電極１０ｃの間
の静電容量Ｃｏ１は、両者間の距離をｄとし、真空の誘
電率をεｏ，各電極の比誘電率をεｒとするとともに、
互いに向い合う面積をＳとすれば、 Ｃｏ１＝〔εｏ・εｒ・Ｓ〕／ｄ で表される。第１電極１０ａの遠方に仮想境界ＬＬを想
定し、仮想境界ＬＬまでの第１電極１０ａからの放射電
界における静電容量をＣｓとすれば、第２電極１０ａと
グランド（接地された第３電極１０ｃ）との間のインピ
ーダンスＺｉｎ１は、第２電極１０ｂと第３電極１０ｃ
間のインピーダンス〔−１／（ｊωＣｏ１）〕と、第１
電極１０ａと仮想境界ＬＬ間のインピーダンス〔−１／
（ｊωＣｓ）の合成となり、 Ｚｉｎ１＝−１／〔ｊω（Ｃｏ１＋Ｃｓ）〕 で示される。ここで、仮想境界ＬＬと第１電極１０ａの
間に、人，建造物，金属等の障害物が存在すると、仮想
境界ＬＬと第１電極１０ａ間の放射電界の静電容量Ｃｓ
が変化する。これにより、インピーダンスＺｉｎ１が変
化する。なお、第２電極１０ｂと第３電極１０ｃの間の
静電容量Ｃｏ１は、第３電極１０ｃが接地されているこ
とにより一定となる。

【００２０】図３の（ｂ）に示す零点補正モードにおい
ては、第２電極１０ｂと第３電極１０ｃとの間に交流電
圧ｖｎが印加される。この時、第１電極１０ａと第２電
極１０ｂは切り離され、第１電極１０ａ及び第３電極１
０ｃは接地されており、第２電極１０ｂから放射される
電界は、静電遮蔽される。従って、無限遠方の仮想境界
ＬＬと第１電極１０ａとの間の障害物の存在の有無にか
かわらず、第２電極１０ｂとグランド（接地された第１
および第３電極１０ａ，１０ｃ）との間のインピーダン
スＺｉｎ２は、第２電極１０ｂと第１電極１０ａ間のイ
ンピーダンス〔−１／（ｊωＣｏ２）〕と、第２電極１
０ａと第３電極１０ｃ間のインピーダンス〔−１／（ｊ
ωＣｏ１）〕の合成となり、 Ｚｉｎ２＝−１／〔ｊω（Ｃｏ１＋Ｃｏ２）〕 で示される。ここで、第２電極１０ｂと第１電極１０ａ
の間の静電容量Ｃｏ２は、第１電極１０ａが接地されて
いることにより一定であるので、このインピ−ダンスＺ
ｉｎ２は、無限遠方の仮想境界ＬＬと第１電極１０ａと
の間の障害物の存在の有無にかかわらず、一定である。
静電容量Ｃｏ２は、検出モードにおいて無限遠方の仮想
境界ＬＬと第１電極１０ａとの間に障害物が存在しない
時の、仮想境界ＬＬと第１電極１０ａ間の静電容量Ｃｓ
に等しい。従って、Ｚｉｎ２は無限遠方の仮想境界ＬＬ
と第１電極１０ａとの間に障害物が存在しない時の第２
電極１０ｂとグランド間のインピーダンスＺｉｎ１に等
しい。

【００２１】再び図１を参照されたい。電源回路Ｐが直
流の定電圧Ｖｃｃを、電気回路各要素に印加する。本実
施例において、図１に示した障害物検出装置の検出制御
を行うのは、ＣＰＵ（中央演算処理装置）１である。Ｃ
ＰＵ１のＩ／ＯポートであるＩ／Ｏ−３には、切替回路
Ｃｓｗが接続されており、ＣＰＵ１は切替信号Ｓ３を出
力して切替回路Ｃｓｗを駆動し、電極ユニット１０の各
電極間の接続態様を、検出モードあるいは零点補正モー
ドに設定する。

【００２２】ＣＰＵ１は、「検出モード」あるいは「零
点補正モード」に切替回路Ｃｓｗのモードを切替えた直
後に、まず発振回路３の発振を安定させる。発振回路３
の発振を安定させる為にＣＰＵ１は、交流電圧ｖ１の発
振レベルを表す直流電圧信号である発振レベルＶＬを読
み込む。次に、発振レベルＶＬに応じて、共振／結合回
路２が発振回路３の発振条件を満たすようなデジタルデ
ータ制御電圧Ｖｍを算出する。そして、Ｉ／Ｏポートの
ＩＯ−２からラダー抵抗ＲＡを介してデジタルデータ制
御電圧ＶｍをＤ／Ａ変換し、共振／結合回路２に与え
る。後述するが、「検出モード」と「零点補正モード」
では、制御電圧Ｖｍの電圧レベルが異る。制御電圧Ｖｍ
は共振／結合回路２内部のバリキャップダイオード（可
変容量ダイオード）ＶＤ（図２）の直列コンデンサＣｚ
１側に印加され、制御電圧Ｖｍの電圧レベルに応じたバ
リキャップダイオードＶＤの容量変化により、共振／結
合回路２の２次側の静電容量が変化し、発振回路３の発
振条件が満たされて発振が安定する。

【００２３】ＣＰＵ１からの切替信号Ｓ３に応じた切替
回路Ｃｓｗの切替により、電極ユニット１０が検出モー
ド（図１で、切替回路ＣｓｗのスイッチがＴａ側に接：
図３の（ａ））となっており、発振回路３の発振が安定
している場合において、電極ユニット１０（電極１０
ａ）に、人，建造物，金属等の障害物が接近すると、電
極ユニット１０のインピーダンスＺｉｎ１が変化する。
ここで、切替回路Ｃｓｗの容量が一定であれば、電極ユ
ニット１０のインピーダンスＺｉｎ１の変化に応じて共
振／結合回路２の２次側の容量が変化する。これに伴
い、発振回路３の発振条件が満たされなくなり、発振回
路３の発生する交流電圧ｖ１の発振レベルが変化する。
障害物が直近に存在すると、発振が停止することもあ
る。

【００２４】発振回路３には、検波／増幅回路４が接続
されており、交流電圧ｖ１を検波・増幅し、交流電圧ｖ
１の発振レベルの変化に応じて増減する直流の電圧であ
る発振レベルＶＬに変換してＣＰＵ１のＩ／Ｏポートの
ＩＯ−１に与える。ＣＰＵ１は、発振レベルＶＬを、障
害物と電極ユニット１０間の距離に比例したデジタル信
号に変換し、Ｉ／ＯポートのＩＯ−４からラダー抵抗Ｒ
Ｂを介して直流電圧にＤ／Ａ変換してアナログ信号Ｓ１
として外部に出力する。アナログ信号Ｓ１は、図示しな
い警報チャイムの周波数制御さらに、後述する異常判定
に使われる。またＣＰＵ１は、発振レベルＶＬがしきい
値以下となると、Ｉ／ＯポートのＩＯ−５からＯＮ／Ｏ
ＦＦ信号すなわち障害物の有無を表わす２値信号Ｓ２を
出力する。この２値信号Ｓ２は、障害物検出装置が障害
物を検知したことを知らせるものであり、前述の警報チ
ャイムや図示しない表示ランプの電源投入に使われる。

【００２５】図４に、切替回路Ｃｓｗの回路構成を示
す。ＣＰＵ１が与える切替信号Ｓ３が零点補正モードを
指定するＬレベルになると、ＰＮＰトランジスタである
ＴＲ１がＯＮ状態になり、ダイオードＤ２ｂのアノード
側がＶｃｃレベルになるのでダイオードＤ２ｂがオンさ
れ、コンデンサＣ１を介して第１電極１０ａは高周波的
にＧＮＤ状態になる。すなわち発振回路３が発生する高
周波に関しては接地となる。同時に、ＮＰＮトランジス
タであるＴＲ２のベース電位がＨレベルになり、トラン
ジスタＴＲ２がオンとなる。共振／結合回路２のコイル
Ｌ（図２）の端子２ｂには、トランジスタＴＲ２がオフ
の場合には、バイアス回路４０の抵抗Ｒ２，Ｒ３による
Ｖｃｃの分圧すなわち直流バイアス電圧Ｖｂがかけられ
ている。しかし、トランジスタＴＲ２がオンとなること
により、端子２ｂが実質上接地状態となるので、直流バ
イアスＶｂが０Ｖとなり、スイッチ回路５０のダイオー
ドＤ２ａのアノード側すなわち第２電極１０ｂには、コ
イルＬの２次側に交流電圧ｖ１により誘置された高周波
の交流電圧ｖｎが、０Ｖを中心に印加される。

【００２６】このとき、ダイオードＤ２ａのカソード側
は、トランジスタＴＲ１及びダイオードＤ２ｂのオンに
より、ほぼＶｃｃレベルになっているため、ダイオード
Ｄ２ａはオフである。ダイオードＤ２ａのオフにより、
第１電極１０ａと第２電極１０ｂは切り離された状態に
なるので、第２電極１０ｂがＧＮＤ電極に挾まれた図３
（ｂ）に示す「零点補正モード」になり、第１電極１０
ａの前の障害物ｍの有無に関係なく、電極ユニット１０
（第２電極１０ｂ）の静電容量（Ｃｏ１，Ｃｏ２）すな
わち入力インピーダンスＺｉｎ２が定まるので、共振／
結合回路２の結合容量が決定し、発振回路３の発振条件
が定まる。

【００２７】切替信号Ｓ３のレベルが、検出モ−ドを指
定するＨレベルになるとトランジスタＴＲ１はオフとな
り、ダイオードＤ２ｂのアノード側が０Ｖになるので、
ダイオードＤｂ２はオフ状態になる。これと同時にトラ
ンジスタＴＲ２のベース電位が０Ｖになり、トランジス
タＴＲ２はオフする。トランジスタＴＲ２がオフする
と、コイルＬの端子２ｂには、抵抗Ｒ２，Ｒ３によるＶ
ｃｃの分圧すなわち直流バイアス電圧Ｖｂがかかる。こ
れにより、コイルＬの端子２ａに表れる信号波形は、コ
イルＬの端子２ｂにかかる直流バイアス電圧Ｖｂに高周
波の交流電圧ｖｎが重なり、直流バイアス電圧Ｖｂを中
心にして交流電圧ｖｎの波高値分だけ振動する脈流の高
周波信号Ｖｓになる。

【００２８】この高周波信号Ｖｓの最大値は、Ｄ１ａ，
Ｄ１ｂ，Ｒ１，Ｃ１からなる制限回路３０によって制限
される。つまり、高周波信号Ｖｓの最大値がＶｃｃを越
えると、制限回路３０のダイオードＤ１ｂのカソード側
よりアノード側が高電位となるので、ダイオードＤ１ｂ
がオンとなり、ダイオードＤ１ａのアノード側よりカソ
ード側が高電位となるのでダイオードＤ１ａがオフとな
る。こうして、制限回路３０に流れ込んだＶｃｃを越え
る高周波信号成分Ｖｓは、Ｒ１，Ｃ１を介してＧＮＤに
逃がされ、その最大値はＶｃｃに制限される。なお、制
限回路３０は「零点補正モード」においても、電源投入
時や切替信号Ｓ３の切替時に、一時的に大電圧が印加さ
れてもＶｃｃを越えるものについては遮断して（ＧＮＤ
に逃がして）、ダイオードＤ２ａがオンするのを防止す
る。

【００２９】脈流の高周波信号ＶｓはダイオードＤ２ａ
のアノード側にかかり、ダイオードＤ２ａはオン状態と
なる。ダイオードＤ２ａのカソード側には定電流回路２
０のトランジスタＴＲ３のコレクタ側が接続されてい
る。トランジスタＴＲ３，抵抗Ｒ５〜Ｒ８からなる定電
流回路２０には、ＶｃｃとＲ５，Ｒ７の値で決定される
一定電流が流れる。定電流回路２０は、制限回路３０に
より入力の最大値を制限されているので、常に安定して
定電流回路として働くことができる。通常ダイオード
は、オン時に流れる順方向電流の影響を受けて、オン時
とオフ時で接合容量が異る。しかし、本実施例において
は、定電流回路２０を設けてダイオードＤ２ａのオン時
の電流を定め、ダイオードＤ２ａに流れる電流を印加電
圧にかかわらずに一定とすることによりダイオードＤ２
ａの容量を一定としている。よって、容量変化は電極ユ
ニット１０（第１電極１０ａ）の前方にある障害物のみ
になり、これを検知することができる。

【００３０】図５，図６及び図７に、ＣＰＵ１の制御動
作を示す。まず図５を参照する。電源Ｖｃｃが供給され
ると、ＣＰＵ１は、ステップ１において初期化すなわ
ち、内部レジスタ，フラグ等、メモリのクリアを実行す
る。以下、カッコ内には「ステップ」という言葉を省略
してステップ番号のみを示す。

【００３１】「零点補正モード」：ステップ２〜１１ 初期化が終了するとＣＰＵはまず、ポートＩ／Ｏ−３の
切替信号Ｓ３をＬレベル（零点補正モ−ド指定）とする
（２）。これにより、切替回路Ｃｓｗを介して電極ユニ
ット１０が「零点補正モード」の接続（図３の（ｂ）と
なる。ここでＣＰＵ１は、回数フラグＦ１の内容に１を
加算する（３）。初回であれば回数フラグＦ１にはデー
タが存在しないので、０＋１＝１となる。そして、ポー
トＩ／Ｏ−１より、発振レベルＶＬを読み込んで
（４）、デジタル変換し、その値が「零点補正モード」
の第１設定値Ｖｘであるかを判定する（５）。

【００３２】ここで、発振レベルＶＬが第１設定値Ｖｘ
でなければ、ステップ６に進み、発振レベルＶＬと第１
設定値Ｖｘの偏差を算出し、ＣＰＵ１の内部メモリに記
憶する。そして、今回の「零点補正モード」のルーチン
（２〜１１）実行においてステップ６で算出した、発振
レベルＶＬと第１設定値Ｖｘの偏差と、やはりＣＰＵ１
の内部メモリに記憶されている、前回の「零点補正モー
ド」ルーチン実行においてステップ６で算出した、発振
レベルＶＬと第１設定値Ｖｘの偏差とを比較し、今回算
出した発振レベルＶＬと第１設定値Ｖｘの偏差が、前回
算出した偏差より小さければ、発振レベルＶＬは安定し
つつあると判断して、ステップ１０に進む。しかし、今
回算出した発振レベルＶＬと第１設定値Ｖｘの偏差が、
前回算出した偏差以上（同値も含む）であれば、発振レ
ベルＶＬは発散の傾向にあると判断して、ステップ８に
進む（７）。ここで、今回の「零点補正モード」ルーチ
ン実行が初回であり、内部メモリに前回の偏差が記憶さ
れていなければ、ＣＰＵ１はそのままステップ１０に進
む。

【００３３】発振レベルＶＬが発散の傾向にあると判断
されると、ＣＰＵ１は、回数フラグＦ１をチェックする
（８）。ここで、「零点補正モード」ルーチン実行の回
数を示す回数フラグＦ１の内容が、所定数Ｆｎに達して
いない場合には、ＣＰＵ１はステップ１０に戻る。しか
し、回数フラグＦ１の内容が所定数Ｆｎに達しているこ
とを示すＦｎである場合には、ＣＰＵ１は「異常判定」
（９）に進み、そこでＣＰＵ１は、アナログ信号Ｓ１を
異常を示すデータに設定してポートＩ／Ｏ−４から出力
する。これにより、外部の図示しない警報ランプが点滅
する。

【００３４】発振レベルＶＬが収束しつつある場合ある
いは、発振レベルＶＬが発散の傾向にあっても、ルーチ
ン実行の回数を示す回数フラグＦ１の内容が、所定数Ｆ
ｎに達していない場合には、ＣＰＵ１はステップ６で算
出した偏差を補償する（零とする）ための制御電圧Ｖｍ
の補正値を算出し、この補正値を現在出力中の制御電圧
に加えた値を算出し（１０）、算出値に制御電圧Ｖｍを
変更する（１１）。すなわち算出したデジタルデータ制
御電圧Ｖｍを、ポートＩ／Ｏ−２より共振／結合回路２
に出力する。そしてステップ３に戻る。

【００３５】こうしてＣＰＵ１は、発振レベルＶＬが第
１設定値Ｖｘになるまでステップ３〜ステップ１１の処
理を繰り返し、発振レベルＶＬが第１設定値Ｖｘとなる
と、ステップ１２に進む。また、ステップ３〜ステップ
１１の実行ルーチンを回数フラグＦ１の内容が、所定数
Ｆｎに達するまで繰り返しても発振レベルＶＬが第１設
定値Ｖｘに一致しない場合には、ステップ９の異常判定
の処理を行う。

【００３６】「検出モード」：ステップ１２〜２３ ステップ１２においてＣＰＵは、ポートＩ／Ｏ−３より
切替信号Ｓ３を、検出モ−ドを指定するＨレベルとす
る。これにより、切替回路Ｃｓｗを介して電極ユニット
１０が「検出モード」の接続に切替わる。そして、「零
点補正モード」における制御電圧Ｖｍの値に、第２設定
値ｖｙを加算して、「検出モード」の制御電圧Ｖｍとし
て出力する（１３）。

【００３７】「零点補正モード」において設定した制御
電圧Ｖｍのレベルを、第２設定値ｖｙだけ増加すること
により、「零点補正モード」において設定された値より
共振／結合回路２の容量が減少し、発振回路３の発振レ
ベルＶＬが増加する。これは、電極ユニット１０の容器
に付着した水滴，泥水等により検出側の容量（共振／結
合回路２，切替回路Ｃｓｗ，電極ユニット１０の合成容
量）が増加して発振回路３の発振レベルＶＬが減少し、
ＣＰＵ１が障害物有りと誤認識するのを、予め水滴，泥
水等による容量の増加分（見込量）よりやや大きい量だ
け検出側の容量を差し引いておくことにより防止する為
である。

【００３８】なお、以下に述べる「検出モード」の実行
ルーチンの説明において、制御電圧Ｖｍとは、「零点補
正モード」における制御電圧Ｖｍの値に第２設定値ｖｙ
を加算したものである。

【００３９】次にＣＰＵ１は、回数フラグＦ２の内容に
１を加算する（１４）。ステップ１２〜２２の「検出モ
ード」ルーチン実行が初回であれば、回数フラグＦ２に
はデータが存在しないので、０＋１＝１となる。そし
て、ポートＩ／Ｏ−１より、発振レベルＶＬを読み込ん
で（１５）、デジタル変換し、その値が第１設定値Ｖｘ
からＶｘ＋ｄＶまでの範囲にあるかを判定する（１
６）。ｄＶは、制御電圧Ｖｍのレベルを第２設定値ｖｙ
だけ増加することにより増加する発振レベルの変化量で
ある。ここで、障害物による電極ユニット１０の静電容
量の変化は、水滴，泥水等の付着による変化よりも大き
い。従って、障害物による発振レベルの減少量はｄＶよ
りも大きな値となるので、制御電圧Ｖｍのレベルを第２
設定値ｖｙだけ増加することは、電極ユニット１０に水
滴，泥水等の付着物が無い場合においても、障害物の有
無判定に影響しない。

【００４０】ＣＰＵ１は、発振レベルＶＬが、Ｖｘから
Ｖｘ＋ｄＶまでの範囲内か否かをチェックして（１
６）、範囲外であれば、ステップ１７（図６）に進み、
発振レベルＶＬと第１設定値Ｖｘの偏差を算出し、ＣＰ
Ｕ１の内部メモリに記憶する。そして、今回の「検出モ
ード」ルーチン（１２〜２２）の実行においてステップ
１７で算出した、発振レベルＶＬと第１設定値Ｖｘの偏
差と、やはりＣＰＵ１の内部メモリに記憶されている、
前回のルーチン１２〜２２の実行においてステップ１７
で算出した、発振レベルＶＬと第１設定値Ｖｘの偏差と
を比較し、今回算出した発振レベルＶＬと第１設定値Ｖ
ｘの偏差が、前回算出した偏差以下（同値を含む）であ
るかをチェックして（１８）、そうであれば、発振レベ
ルＶＬは安定しつつあると判断して、今回算出した偏差
を零とするための制御電圧の補正量を算出し、算出した
補正値を現在出力中の制御電圧に加算した和を求めて
（２１）、この和を表わすデ−タを制御電圧デ−タ（Ｖ
ｍ）として出力する（２２）。そしてステップ１４に戻
る。しかし、今回算出した発振レベルＶＬと第１設定値
Ｖｘの偏差が、前回算出した偏差より大きく（同値は含
まない）なっていれば、発振レベルＶＬは発散の傾向に
あると判断して、ステップ１９に進む。今回の「検出モ
ード」ルーチン実行が初回であり、内部メモリに前回の
偏差が記憶されていなければ、ＣＰＵ１はステップ１
９，２１，２２を経てステップ１４に戻る。

【００４１】発振レベルＶＬが発散の傾向にあると判断
されると、ＣＰＵ１は、回数フラグＦ２をチェックする
（１９）。ここで、「検出モード」ルーチン実行の回数
を示す回数フラグＦ２の内容が、所定数Ｆｍに達してい
ない場合には、ＣＰＵ１はステップ１４に戻る。しか
し、回数フラグＦ２の内容が所定数Ｆｍに達している場
合には、ＣＰＵ１は異常判定（２０）を実行する。これ
においてＣＰＵ１は、アナログ信号Ｓ１を異常を示すデ
ータに設定して、ポートＩ／Ｏ−４から出力する。これ
により、外部の図示しない警報ランプが点滅する。

【００４２】こうしてＣＰＵ１は、発振レベルＶＬが安
定し、しかも第１設定値Ｖｘ〜Ｖｘ＋Ｖｄの範囲に入る
までステップ１４〜ステップ２２の処理を繰り返し、発
振レベルＶＬが該範囲内になると、ステップ２３に進
む。しかし、ステップ１４〜ステップ２０の実行ルーチ
ンを、回数フラグＦ２の内容が所定数Ｆｍに達するまで
繰り返しても発振レベルＶＬが安定しない場合には、ス
テップ２０の異常判定の処理を行う。

【００４３】「障害物検出制御」：２３（２３ａ〜２３
ｅ） 図７に、図５に示したステップ２１の障害物検出制御の
サブルーチンを示す。ＣＲＵ１は、発振レベルＶＬを読
み込み（２３ａ）、障害物有の判定基準レベルであるＶ
ｒと比較する（２３ｂ）。ここで、発振レベルＶＬが判
定基準レベルＶｒ以上となるまで、発振レベルＶＬの読
み込みを繰り返す。そして、発振レベルＶＬが判定基準
レベルＶｒ以上になると、ポートＩ／Ｏ−５を障害物有
を示すＨレベルに設定して（２３ｃ）、発振レベルＶＬ
をもとに障害物と電極ユニット１０間の距離に比例した
デジタル信号Ｓ１を算出する（２３ｄ）。算出したデジ
タル信号Ｓ１は、Ｉ／ＯポートのＩＯ−４からラダー抵
抗ＲＢを介して直流電圧にＤ／Ａ変換し、アナログ信号
Ｓ１として出力する（２３ｅ）。これにより、図示しな
い外部の警報ランプが点灯し、警報チャイムが電極ユニ
ット１０と障害物との距離に応じた周波数で鳴り、運転
者に障害物の存在と障害物までの車体との距離（緊迫
度）を知らせる。

【００４４】零点補正モードにおいて電極ユニット１０
を外部に対してシールドした状態で制御電圧Ｖｍを設定
し、検出側の容量を決定するので、検出モードに切替え
られた時点で電極ユニット１０のシールドが解除される
と、障害物の存在は検出側の容量変化となって表れる。
この場合には、「検出モ−ド」に切替わったときに「異
常判定」（２０）が実行される。例えば、電極ユニット
１０に電源が投入された時点で既に電極ユニット１０の
近傍に障害物が存在していた場合、「検出モ−ド」に切
替り後のステップ１６のチェック結果がＮＯとなり、ス
テップ１４〜２２のサブル−チンをＦｍ回実行しても、
ステップ１６のチェック結果がＮＯに留まり、「異常判
定」（２０）が実行される。従って、電源オン時点で既
に存在する障害物の存在を、電源投入時の補正が原因で
見逃すことが無い。

【００４５】電源オン時点に障害物が存在しないが、電
極ユニット１０に水滴・泥等が付着していた場合、ある
いは、上述の「障害物検出制御」（２３）を実行中に水
滴・泥等が付着した場合、「零点補正モ−ド」から「検
出モード」に切替えられた時点で障害物検出に影響を与
えない範囲で制御電圧Ｖｍを、第２設定値ｖｙ分補正し
ているので、水滴・泥等の付着により電極ユニット１０
の容量に変化があっても、ＣＰＵ１が誤判定をすること
が無い。従って、障害物検知の信頼性が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例のシステム構成を示すブロ
ック図である。

【図２】 図１に示す共振／結合回路２の回路構成を示
す電気回路図である。

【図３】 （ａ）は、電極ユニット１０の「検出モー
ド」における電極ユニット１０周りの電気力線の分布の
概要（推定）を示す平面図であり、（ｂ）は、「零点補
正モード」における電気力線の分布を示す平面図であ
る。

【図４】 図１に示す切替回路Ｃｓｗの回路構成を示す
電気回路図である。

【図５】 図１に示すＣＰＵ１の制御動作の一部を示す
フローチャートである。

【図６】 図１に示すＣＰＵ１の制御動作の残部を示す
フローチャートである。

【図７】 図５に示す「障害物検出制御」（２３）の内
容を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１：ＣＰＵ（中央演算処理装置） ２：共振／結合
回路 ３：発振回路 ４：検波／増幅
回路 ５：温度補償回路 ６：リセット回
路 １０：電極ユニット 10a,10b,10c：
第１，第２，第３電極 ２０：定電流回路 ３０：制限回路 ４０：バイアス回路 ５０：スイッチ
回路 Ｌ：誘導コイル Ｃ，Ｃｃ，Ｃｚ
１：コンデンサ ＬＬ：仮想境界 ＶＤ：バリキャ
ップダイオード Ｃｓｗ：切替回路 Ｃ１〜Ｃ３：コ
ンデンサ D1a,D1b,D2a,D2b：ダイオード Ｒ１〜Ｒ８：抵
抗 ＴＲ１，ＴＲ２：トランジスタ ＴＲ３：定電流
トランジスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鶴 田 学 愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地 アイシ ン精機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体との間に静電容量を形成するための第
   １電極；第１電極と平行な第２電極；第２電極と平行
   に、第２電極に関し第１電極と反対側に配置され、基準
   電位に接続された第３電極；第２電極と基準電位の間の
   静電容量に対応するレベルの高周波電圧を発生する発振
   回路；該発振回路に第２電極を結合し、第２電極と基準
   電位の間の静電容量に対する、前記発振回路が発生する
   高周波電圧のレベルを調整する回路；第２電極にアノ−
   ドが接続され、カソ−ドに第１電極および定電流回路が
   接続された第１ダイオ−ド，そのカソ−ドにカソ−ドが
   接続された第２ダイオ−ド，そのアノ−ドを高周波に関
   して実質上基準電位に接続する高周波接続素子、およ
   び、第２ダイオ−ドに順方向電圧を選択的に印加するた
   めの第１スイッチング手段、を含む接続切替回路；およ
   び、 第１スイッチング手段を介して第２ダイオ−ドに順方向
   電圧を印加して前記レベル調整回路を介して前記レベル
   を設定値に定めた後、順方向電圧の印加を止めて、前記
   発振手段が発生する電気信号のレベルに基づいて第１電
   極への物体の接近を検出する監視手段；を備える、静電
   容量に基づく物体検出装置。
2. 【請求項２】レベル調整回路は、一次側が発振回路に、
   二次側の一端が第２電極に接続された誘導コイルを含む
   共振結合回路であり；装置は更に、誘導コイルの他端に
   バイアス電圧を印加するバイアス回路；および、該他端
   に接続され第２ダイオ−ドに順方向電圧が印加されると
   き該他端を基準電位に接続する第２スイッチング手段；
   を備える請求項１記載の、静電容量に基づく物体検出装
   置。
3. 【請求項３】装置はさらに、第２電極に接続されそれに
   加わる高周波電圧の振幅を制限する回路；を備える、請
   求項１または請求項２記載の、静電容量に基づく物体検
   出装置。