JP2005134131A

JP2005134131A - 静電容量型距離測定装置

Info

Publication number: JP2005134131A
Application number: JP2003366980A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ota; 裕二太田
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2003-10-28
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2005-05-26

Abstract

【課題】遠距離の測定対象物を感度良く検出でき、測定の分解能が高く、且つ、測定可能距離範囲が広い静電容量型距離測定装置を提供する。
【解決手段】本発明の静電容量型距離測定装置は、行列状に配置された９個の静電容量型距離センサＳ１１〜Ｓ３３を備える。各静電容量型距離センサＳ１１〜Ｓ３３は、送信電極１１１および受信電極１１２を備えている。センサ選択部１２０は、互いに隣接する静電容量型距離センサを複数個選択し、選択された静電容量型距離センサの送信電極１１１どうしおよび受信電極１１２どうしを相互に接続する。これにより、電極１１１，１１２の実質的な面積を任意に変更することができる。測定感度を高くしたいときは電極１１１，１１２の実質的な面積が小さく設定され、測定分解能を高くしたいときや測定可能距離範囲を広くしたいときは電極１１１，１１２の実質的な面積が小さく設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電容量型距離センサを用いた距離測定装置に関する。

従来より、静電容量型距離センサを用いて測定対象物までの距離を測定する距離測定装置が知られている。この種の距離測定装置を開示する文献としては、例えば下記特許文献１が知られている。

図５は、この種の距離測定装置の一従来例を示す概念図である。図５に示したように、移動体５００には、１個の静電容量型距離センサ５１０と、電圧検出部５２０と、判定部５３０とが搭載されている。静電容量型距離センサ５１０は、移動体５００の測定面に設置され、電磁界を発生する送信電極５１１と、送信電極５１１が発生した電磁界の強度を検出する受信電極５１２とを備えている。電圧検出部５２０は、送信電極５１１と受信電極５１２との間の電圧を検出し、この検出結果をこれら電極５１１，５１２間の静電容量に変換する。判定部５３０は、電圧検出部５２０から入力した静電容量値を、静電容量型距離センサ５１０と測定対象物５４０との距離に変換する。ここで、測定対象物５４０は、接地された誘電体である。

図５に示したような距離測定装置では、距離測定の感度および分解能が、電極５１１，５１２の面積に応じて変化する。すなわち、電極５１１，５１２の面積を大きくすると、感度が向上して遠距離の測定対象物５４０を検出しやすくなるが、その一方で、距離の分解能すなわち測定精度が悪化する。測定精度が悪化すると、例えば、小さい測定対象物５４０が電極近くにあった場合に測定距離が実際の距離よりも長く測定されてしまう。逆に、電極５１１，５１２の面積を小さくすると、分解能は向上するが、遠距離の測定対象物５４０を検出できなくなる。

また、図５の距離測定装置では、電極５１１，５１２の面積と比較して非常に大きい測定対象物５４０が接近した場合に、静電容量の変化が大きくなりすぎて、測定装置の測定可能距離範囲の下限を下回ってしまう。測定可能距離範囲の下限を短くするためには、電極５１１，５１２の面積を大きくすればよいが、この場合には、上述したように分解能が低下してしまう。
特開２００１−３３６９０８号公報（段落００２８、図２）

本発明の課題は、遠距離の測定対象物を感度良く検出でき、測定の分解能が高く、且つ、測定可能距離範囲が広い静電容量型距離測定装置を提供することにある。

本発明に係る静電容量型距離測定装置は、電磁界を発生する送信電極と電磁界を受信する受信電極とを有する静電容量型距離センサを同一平面上に等間隔で複数個配置してなる距離検出部と、互いに隣接する静電容量型距離センサを複数個選択して被選択静電容量型距離センサの送信電極どうしおよび受信電極どうしを相互に接続するセンサ選択部と、送信電極と受信電極との電圧によって静電容量型距離センサの静電容量を検出する電圧検出部と、該電圧検出部の検出結果を用いて測定対象物の存在／非存在、距離または方向を判定する判定部とを備える。

本発明では、静電容量型距離センサを同一平面上に等間隔で複数個配置し、センサ選択部が隣接する静電容量型距離センサを複数個選択して選択された静電容量型距離センサの送信電極および受信電極を相互に接続することとした。したがって、静電容量型距離センサに設けられた送信電極および受信電極の実質的な面積を、選択部によって適宜変更することができる。このため、本発明によれば、遠距離の測定対象物を感度良く検出でき、測定の分解能が高く、且つ、測定可能範囲が広い静電容量型距離測定装置を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、図中、各構成成分の大きさ、形状および配置関係は、この発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的条件は単なる例示にすぎない。

図１は、本発明の一実施形態に係る静電容量型距離測定装置の構成を示す概念図である。また、図２は、図１に示した距離検出部の平面構造を示す概念図である。

図１、図２に示したように、本実施形態の距離測定装置１００は、距離検出部１１０と、センサ選択部１２０と、電圧検出部１３０と、判定部１４０とを備えている。

距離検出部１１０は、移動体５００の測定面に設けられた、複数個（本実施形態では９個）の静電容量型距離センサＳ１１〜Ｓ３３を備えている。図２に示したように、これらの静電容量型距離センサＳ１１〜Ｓ３３は、行列状に等間隔で配置されている。また、図１に示したように、各静電容量型距離センサＳ１１〜Ｓ３３は、電磁界を発生する送信電極１１１と、送信電極１１１が発生した電磁界の強度を検出する受信電極１１２とを備えている。

センサ選択部１２０は、静電容量型距離センサＳ１１〜Ｓ３３から、隣接するものを複数個選択する。そして、センサ選択部１２０は、選択された静電容量型距離センサの送信電極１１１どうしおよび受信電極１１２どうしを、相互に、電気的に接続する。選択方法の詳細は、後述する。

電圧検出部１３０は、各静電容量型距離センサＳ１１〜Ｓ３３の、送信電極１１１と受信電極１１２との間の電圧を検出し、これらの検出結果を各センサＳ１１〜Ｓ３３の静電容量値に変換する。

判定部１４０は、各静電容量型距離センサＳ１１〜Ｓ３３の静電容量値を電圧検出部１３０から入力し、これらの静電容量値を用いて、静電容量型距離センサと測定対象物（図示せず）との存在／非存在、距離、方向を判定する。ここで、測定対象物は、従来と同様、接地された誘電体である。判定方法の詳細は、後述する。

次に、距離測定装置１００の動作原理について、図３および図４を用いて説明する。

図３は、測定対象物３００が距離検出部１１０の中央部分に対向する方向に位置している場合を示している。

まず、センサ選択部１２０が静電容量型距離センサＳ１１〜Ｓ３３を選択していない状態で、測定を行う。この状態では、静電容量型距離センサＳ１１〜Ｓ３３の送信電極１１１どうしおよび受信電極１１２どうしは相互に接続されていないので、各静電容量型距離センサＳ１１〜Ｓ３３は個別に測定を行う。すなわち、小面積の静電容量型距離センサを９個用いて測定を行うことになる。

この測定の結果、静電容量型距離センサＳ２２では、送信電極１１１で発生した電磁界の多くが受信電極１１２に受信され、したがって、電極１１１，１１２間の電圧値が非常に高くなる。これに対して、静電容量型距離センサＳ１２，Ｓ２１，Ｓ２３，Ｓ３２では、電極１１１，１１２間の電圧値が、静電容量型距離センサＳ２２よりもやや低くなる。さらに、静電容量型距離センサＳ１１，Ｓ１３，Ｓ３１，Ｓ３３では、電極１１１，１１２間の電圧値が、静電容量型距離センサＳ１２，Ｓ２１，Ｓ２３，Ｓ３２よりもさらに低くなる。これらの電圧は、電圧検出部１３０によって検出されて、静電容量値に変換される。判定部１４０は、静電容量型距離センサＳ１１〜Ｓ３３の静電容量値の比較により、測定対象物３００が距離検出部１１０に接近しており、且つ、測定対象物３００の方向が距離検出部１１０の中心と対向する方向であると判定する。

一方、測定対象物３００が非常に遠いために、距離検出部１１０は、この測定対象物３００を検出することができない場合がある。このような場合には、センサ選択部１２０を用いて、すべての静電容量型距離センサＳ１１〜Ｓ３３の送信電極１１１どうしおよび受信電極１１２どうしを相互に接続する。これにより、実質的には、大面積（上記の９倍）の静電容量型距離センサを１個用いて測定を行うことになるので、遠距離の測定対象物３００を検知することが可能になる。

また、測定対象物３００が非常に接近したために静電容量型距離センサＳ１１〜Ｓ３３の電極１１１，１１２間電圧が飽和してしまった場合には、すべての静電容量型距離センサＳ１１〜Ｓ３３の送信電極１１１どうしおよび受信電極１１２どうしを相互に切断すればよい。これにより、測定可能距離範囲の下限が小さくなって、測定対象物３００の距離等を検知することが可能になる。

図４は、測定対象物３００が距離検出部１１０の左上部分に対向する方向に位置している場合を示している。

まず、図３の場合と同様、センサ選択部１２０が静電容量型距離センサＳ１１〜Ｓ３３を選択していない状態で、測定を行う。すなわち、小面積の静電容量型距離センサを９個用いて測定を行う。

この測定の結果、静電容量型距離センサＳ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２では、送信電極１１１で発生した電磁界の一部が受信電極１１２に受信され、したがって、電極１１１，１１２間の電圧値が高くなる。これに対して、静電容量型距離センサＳ１３，Ｓ２３，Ｓ３１，Ｓ３２，Ｓ３３は、送信電極１１１で発生した電磁界が受信電極１１２に受信されず、したがって対象物３００に反応しない。これらの電圧は、電圧検出部１３０によって検出され、静電容量値に変換される。判定部１４０は、静電容量型距離センサＳ１１〜Ｓ３３の静電容量値の比較により、測定対象物３００の方向が距離検出部１１０の左上部分と対向する方向であると判定する。

次に、センサ選択部１２０を用いて、４個の静電容量型距離センサＳ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２の送信電極１１１どうしおよび受信電極１１２どうしを相互に接続する。これにより、実質的には、大面積（上記の４倍）の静電容量型距離センサを１個用いて測定を行うことになる。したがって、測定対象物３００が遠距離の場合や非常に接近した場合でも、検知および距離測定を行うことが可能になる。

図３、図４の例では、静電容量型距離センサＳ１１〜Ｓ３３をすべて個別のセンサとして使用する場合、９倍の面積の１個のセンサとして使用する場合、および、隣接する４個のセンサ（図４の例ではＳ１１，Ｓ１２，Ｓ２１，Ｓ２２）を接続して使用する場合を示したが、隣接する２個、３個、６個など、任意の個数のセンサを接続して使用することも可能である。

また、図３、図４の例では、静電容量型距離センサＳ１１〜Ｓ３３をすべて個別のセンサとして使用した場合の測定結果に応じて、２回目の測定での被選択センサを決定する場合を示したが、複数種類のセンサ選択パターンを予め決定しており、これらのセンサ選択パターンによる測定を順次行うことによって、測定対象物３００の存在／非存在、距離、方向を判定することとしてもよい。

本発明に係る静電容量型距離測定装置は、例えば、自動車などの移動体に搭載して、障害物の検出に使用することができる。但し、本発明の静電容量型距離測定装置を非移動体に搭載して測定対象物を測定することも可能である。

実施形態に係る静電容量型距離測定装置の構成を示す概念図である。図１に示した距離検出部の平面構造を示す概念図である。実施形態に係る静電容量型距離測定装置の動作原理を説明するための概念図である。実施形態に係る静電容量型距離測定装置の動作原理を説明するための概念図である。従来の静電容量型距離測定装置の構成例を示す概念図である。

符号の説明

１００距離測定装置
１１０距離検出部
１１１送信電極
１１２受信電極
１２０センサ選択部
１３０電圧検出部
１４０判定部
Ｓ１１〜Ｓ３３静電容量型距離センサ

Claims

電磁界を発生する送信電極と電磁界を受信する受信電極とを有する静電容量型距離センサを、同一平面上に、等間隔で、複数個配置してなる距離検出部と、
互いに隣接する前記静電容量型距離センサを複数個選択し、選択された前記静電容量型距離センサの前記送信電極どうしおよび前記受信電極どうしを相互に接続するセンサ選択部と、
前記送信電極と前記受信電極との電圧によって前記静電容量型距離センサの静電容量を検出する電圧検出部と、
該電圧検出部の検出結果を用いて、測定対象物の存在／非存在、距離または方向を判定する判定部と、
を備えることを特徴とする静電容量型距離測定装置。
前記静電容量型距離センサが、行列状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型距離測定装置。
前記センサ選択部によって前記静電容量型距離センサの前記送信電極および前記受信電極を相互に接続されていない状態で、前記判定部が前記距離検出部と前記測定対象物の存在／非存在を前記静電容量型距離センサ毎に検出することにより、該測定対象物の方向を判定すること特徴とする請求項１または２に記載の静電容量型距離測定装置。
前記センサ選択部によって前記静電容量型距離センサの前記送信電極および前記受信電極を相互に接続されていない状態で１回目の測定を行い、該第１の測定で前記測定対象物が検出された前記静電容量型距離センサのみを前記センサ選択部が選択し、選択された該静電容量型距離センサのみを用いて２回目の測定を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の静電容量型距離測定装置。