JP2009144498A

JP2009144498A - 障害物感知システム及び障害物感知方法

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Publication number: JP2009144498A
Application number: JP2008144594A
Authority: JP
Inventors: Seung Won Cho; チョ，スンウォン
Original assignee: AUTO TECH KK
Current assignee: AUTO TECH KK
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2009-07-02
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Abstract

【課題】障害物感知システムに使用される静電容量感知回路を製造するとき、複雑な周波数チューニング工程を経ないようにし、製品の生産性を高めること。
【解決手段】本発明は位相ロックループを利用した静電容量方式の障害物感知システムおよび感知方法を開示する。本発明一態様の障害物感知システムは、静電容量を感知するセンサーストリップ、前記センサーストリップに連結したＲＦ発振器、前記ＲＦ発振器の発振周波数を設定値で維持させる位相ロックループ部、及び前記位相ロックループ部の動作を制御する第１ＭＣＵを含む静電容量感知モジュールと、前記静電容量感知モジュールの前記第１ＭＣＵを遠隔制御する第２ＭＣＵを有する制御モジュールと、前記静電容量感知モジュールと前記制御モジュールを連結し、前記第１ＭＣＵで獲得し前記制御モジュールに伝送する情報と、前記第２ＭＣＵから前記第１ＭＣＵに伝送する制御信号と、前記静電容量感知モジュールの駆動電源と、を伝送する伝送ラインと、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、静電容量の変化を利用し、障害物感知システム及び方法に係わり、より具体的には、位相ロックループ（ＰＬＬ）を利用することにより、感知精度や信頼性をより高めることのできる障害物感知システム及びその感知方法に関する。

従来は自動車のドアを手動でオン／オフする場合が大部分であったが、最近になってボタン操作を通して、自動でオン／オフする場合が増えている。

これに伴って、手や身体の一部がドアやウインドーに挟まれるような事故を防止するために、障害物が感知されれば、ドアやウインドーの作動を直ちに中断させる一方、反対方向に動作させる障害物感知システムに対する要求も大きくなっている。

障害物感知システムは、大きく接触式と非接触式に区分され、接触式は障害物の接触により発生する電気的負荷の変化や空圧の変化を感知して、障害物の存在の有無を判断する方法で、非接触式はドアやウインドーに障害物が触る前に障害物の存在の有無を判断する方法として、特許文献１に開示された通り静電容量を利用する方法が代表的である。

図１に、静電容量の変化を感知する従来の障害物感知システムの概略的な構成図を示す。この障害物感知システムは、静電容量を感知する静電容量感知モジュール１２、静電容量感知モジュール１２から出力された信号を利用し、障害物の存在の有無を判断する制御モジュール１８、静電容量感知モジュール１２の出力信号を制御モジュール１８で伝達する伝送ライン２０を含む。

静電容量感知モジュール１２は、ドアやウインドーの周辺部に従って設置される一つ以上のセンサーストリップ１４と、上記各センサーストリップ１４の端部に結合させ、センサーストリップ１４の静電容量を感知する静電容量感知回路１６を含む。

センサーストリップ１４は柔軟性に優れたゴム材質の絶縁体内部に薄い帯形態の伝導体が挿入されたものとして、上記伝導体がキャパシタ（ｃａｐａｃｉｔｏｒ）の電極の役割をするため、近くに障害物がある場合の静電容量とない場合の静電容量がお互いに違って現れる。

センサーストリップ１４は図示されたように２つに限定されるのではなく、自動車のドアやウインドー周囲にはどこにでも設置され得る。また図面にはセンサーストリップ１４が直線形態で図示されているが、位置によりいくらでも曲げて設置され得る。

静電容量感知回路１６は、図２に概略的に示された通り、センサーストリップ１４と連結して、可変的なｆＲＦの周波数信号を発生させるＲＦ発振器４２、ｆ_ＬＯの周波数信号を発生させるローカル（ｌｏｃａｌ）発振器４０、上記ＲＦ発振器４２とローカル発振器４０の信号を混合してｆ_ＬＯ＋ｆ_ＲＦ、ｆ_ＬＯ−ｆ_ＲＦの周波数信号を発生させるミキサー（ｍｉｘｅｒ）４４、ミキサー４４の出力信号の中から低周波信号だけを通過させる低周波通過フィルター４６、低周波通過フィルター４６の出力を増幅させる増幅器４８等を含む。

制御モジュール１８は、ＭＣＵ（ＭｉｃｒｏＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）を含み、静電容量感知回路１６の出力信号が入力されれば、予め設定されている基準値と比較しながら許容範囲を超えるかどうか判断する役割をする。この時、許容範囲を超えたと判断されれば、ドアやウインドーを自動でオン／オフさせる開閉モジュール３０に制御信号を伝送し、ドアの動作を中断させ、また反対方向に動作させる。

ローカル発振器４０の発振周波数（ｆ_ＬＯ）及びＲＦ発振器４２の周波数は回路製作時に決定されるため、障害物がない正常な状態では静電容量感知回路１６の出力信号は一定の周波数を有する。

ところで人の手や身体の一部が門やドアに接近すれば、センサーストリップ１４の静電容量が変化するため、センサーストリップ１４に連結したＲＦ発振器４２の発振周波数が変わる。

ＲＦ発振器４２の発振周波数が変わり、静電容量感知回路１６の出力信号が許容周波数範囲を超えれば、制御モジュール１８は障害物があると判断する。

例えば、ＲＦ発振器４２の発振周波数が９２０ＭＨｚであり、ローカル発振器４０の発振周波数が９２５ＭＨｚであれば、静電容量感知回路１６の出力信号は障害物がない状態では５ＭＨｚを維持する。

この状態で万一、ＲＦ発振器４２の発振周波数が例えば９１６ＭＨｚに変化すれば、静電容量感知回路１６の出力信号は９ＭＨｚに変更されるため、制御モジュール１８はこれを通じてドア及びウインドーの近辺に障害物があることを知り得る。

ところで、このような方式の障害物感知システムは、次のようないくつかの問題点を持っている。

第１は、ＲＦ発振器４２及びローカル発振器４０の発振周波数は静電容量感知回路１６の製作過程でチューニング（ｔｕｎｉｎｇ）作業を通し決定されるが、このようなチューニング作業は作業者の経験と試行錯誤に依存するため、生産性に大きな制限要因として作用している。

すなわち、周波数チューニングは発振器に連結した配線のインダクタンスＬとキャパシタンスＣを調節することによって形成されるが、インダクタンスＬは銅箔（パターン）の長さを変更することによって調節され、キャパシタンスＣは銅箔の面積を変更することによって調節されるため、作業者が銅箔（パターン）を所定の長さに切断する方式で周波数チューニングが進行される。

静電容量感知回路１６のＰＣＢパターンを現わした図３を参照し説明すれば、ローカル発振器４０の発振周波数ｆ_ＬＯチューニング作業は、発振周波数ｆ_ＬＯを確認しながらＰＣＢ下段部付近のローカル発振器チューニング部６０でレーザーを利用し配線を切断していく方式により進行される。

また、ＲＦ発振器４２の発振周波数ｆ_ＲＦチューニング作業は、発振周波数ｆ_ＲＦを確認しながらＲＦ発振器チューニング部６２で配線の長さを調節する方式により形成される。

第２に、時間が経過するほど静電容量感知回路１２の信頼性が低下するおそれが大である。すなわち、回路製作時に発振周波数ｆ_ＲＦ、ｆ_ＬＯをチューニングしても時間が経過するほどＰＣＢおよびセンサーストリップ１４の劣化、又はその他要因により発振周波数が少しずつ変わるようになるため、これにより製品の誤作動が発生する可能性が高まる。

またこのような理由で誤作動が発生すれば、使用者の立場で発振周波数を再度チューニングすることは難しいため、製品を再度交換しなければならないという問題点がある。

第３に、障害物が接近してもこれを感知できない地点（以下‘デッドポイント’）がセンサーストリップに周期的に現れるという問題点がある。

実験によれば、９００ＭＨｚのＲＦ発振器を使用する場合には概略１４ｃｍの間隔でデッドポイントが現れ、４５０ＭＨｚのＲＦ発振器を使用する場合には概略２８ｃｍの間隔でデッドポイントが現れる。このようなデッドポイントの発生原因は正確ではないが、センサーストリップ１４がＲＦ発振器のアンテナと似た役割をしつつ、発振信号のλ／２となんらかの関係があるものと推測しているのみである。

したがって、発振周波数を低くしてデッドポイントの間隔を最大限広げることや、発振周波数を高めてデッドポイントの間隔を最大限狭めることで、障害物が感知されない現象をある程度は防止することができる。例えば、発振周波数を４０ＭＨｚに下げれば、デッドポイントの間隔が約２８０ｃｍに広がるため、より小さいセンサーストリップを使用することができる。また、発振周波数を９ＧＨｚに上げれば、デッドポイントの間隔が約１．４ｃｍに狭まるため１．４ｃｍの幅を持つ障害物を十分に感知することもできる。

しかし、発振周波数を低くすればセンサーストリップに障害物が接近した時、発振周波数の変化量が小さくなり感度が落ちるため、障害物を正しく感知できない場合が発生し、発振周波数を高め過ぎれば費用の上昇と設計上の困難を伴うという問題点がある。
韓国公開特許第２００４−４１６９７号公報

本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたもので、第１の目的は障害物感知システムに使用される静電容量感知回路を製造するとき、複雑な周波数チューニング工程を経ないようにし、製品の生産性を高めることである。

本発明の第２の目的は、製品の劣化によって発振周波数が変わる場合にも、簡単に発振周波数を再設定することができるようにすることにより、製品の信頼性を高めることである。本発明の第３の目的は、デッドポイントの発生による感知不良問題を解決することである。

本発明は上記目的を達成するために、静電容量を感知するセンサーストリップ、前記センサーストリップに連結したＲＦ発振器、前記ＲＦ発振器の発振周波数を設定値で維持させる位相ロックループ部、及び前記位相ロックループ部の動作を制御する第１ＭＣＵを含む静電容量感知モジュールと、前記静電容量感知モジュールの前記第１ＭＣＵを遠隔制御する第２ＭＣＵを有する制御モジュールと、前記静電容量感知モジュールと前記制御モジュールを連結し、前記第１ＭＣＵで獲得し前記制御モジュールに伝送する情報と、前記第２ＭＣＵから前記第１ＭＣＵに伝送する制御信号と、前記静電容量感知モジュールの駆動電源と、を伝送する伝送ラインと、を有することを特徴とする障害物感知システムを提供する。

上記障害物感知システムは、一端は上記第１ＭＣＵに連結し他端は上記ＲＦ発振器に連結し、上記第１ＭＣＵの制御により上記ＲＦ発振器を複数の周波数に交替し発振させる周波数変更部を含むことが特徴と言える。

また本発明は、静電容量を感知するセンサーストリップ、前記センサーストリップに対して並列に連結され、各々異なる周波数で発振する複数のＲＦ発振器、前記複数のＲＦ発振器が各々設定された発振周波数を維持するように制御する位相ロックループ部、及び前記位相ロックループ部を制御して、前記複数のＲＦ発振器を設定された順に発振させる第１ＭＣＵを含む静電容量感知モジュールと、前記静電容量感知モジュールと前記制御モジュールを連結し、前記第１ＭＣＵで獲得した情報と、前記第２ＭＣＵから前記第１ＭＣＵに伝送する制御信号と、前記静電容量感知モジュールの駆動電源とを伝送する伝送ラインと、を有することを特徴とする障害物感知システムを提供する。

本発明によれば、障害物感知システムに使われる静電容量感知回路を複雑な周波数チューニングの工程なく製造できるため、生産性を大きく向上させることができる。すなわち、一旦回路を製作した後で位相ロックループを制御してＲＦ発振器の発振周波数をチューニングすることが可能となる効果がある。

また、ローカル発振器やミキサー等を省略してＲＦ発振器だけを利用し、製品を構成できるため、製品構成を単純化させて、単価を低くすることもできる。また位相ロックループ部がＲＦ発振器の発振周波数を常に一定に維持させられるため、製品の誤作動が防止され、従って製品の信頼性を大きく向上させられる。また、障害物感知システムのセンサーストリップにデッドポイントが形成されても、障害物を正確に感知できるため製品の信頼性を大きく向上させられる。

以下、図面を参照し本発明の望ましい実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図４は本発明の第１の実施形態に伴う静電容量感知システムの回路ブロック図で、静電容量感知モジュール１００、制御モジュール３００、静電容量感知モジュール１００と制御モジュール３００の間で信号を伝達する伝送ライン２００を含む。

静電容量感知モジュール１００は静電容量を感知するセンサーストリップ１１０と上記センサーストリップ１１０の静電容量が変われば、これに対応する信号を出力する静電容量感知回路１２０を含む。

センサーストリップ１１０は従来と同じようにゴム材質の絶縁体内部に薄い帯形態の伝導体が挿入された形態で、静電容量感知回路１２０は小型のＰＣＢ基板の上に構成され、上記センサーストリップ１１０の一端部に内蔵される。

静電容量感知回路１２０は、上記センサーストリップ１１０に連結するＲＦ発振器１２１、ＲＦ発振器１２１の発振周波数ｆ_ＲＦを一定に維持させる位相ロックループ部１５０、位相ロックループ部１５０の特定部分の状態を感知して障害物の存在有無を自身が判断しまた感知された電圧を制御モジュール３００に転送する第１ＭＣＵ１６０を含む。

位相ロックループ部１５０は、一端がＲＦ発振器１２１に連結する可変容量ダイオード１５１、位相ロックループＩＣ１５２、位相ロックループＩＣ１５２と可変容量ダイオード１５１を連結する周波数調整用信号線１５６、検出用キャパシタ１５４を含む。

可変容量ダイオード１５１は印加される電圧により静電容量が変わる性質を有し、一端が周波数調整用信号線１５６に連結する一方、他端は接地される。従ってＲＦ発振器１２１の発振周波数ｆ_ＲＦを能動的に調整し、また変更が必要な場合には、上記可変容量ダイオード１５１に印加される周波数調整用電圧を変更すればよい。

ＲＦ発振器１２１と位相ロックループＩＣ１５２は可変容量ダイオード１５１に対し並列に連結される。

位相ロックループＩＣ１５２は、検出用キャパシタ１５４を通し、ＲＦ発振器１２１の発振周波数を持続的にチェックする一方、上記周波数調整用信号線１５６を通し、上記可変容量ダイオード１５１に周波数調整用電圧を供給してＲＦ発振器１２１の発振周波数を一定に維持させる役割をする。

上記周波数調整用信号線１５６には供給される電源をＤＣ電源に変換するループフィルター１５３が設置され得る。

本発明の障害物感知システムは、門やドアが閉じられる動作モードで位相ロックループＩＣ１５２を利用してＲＦ発振器１２１の発振周波数を一定に維持するという点に特徴がある。

しかし、センサーストリップ１１０に障害物が接近し、静電容量が変化すればＲＦ発振器１２１の発振周波数が変わるので、この時は位相ロックループＩＣ１５２で可変容量ダイオード１５１に印加される周波数調整用電圧を、適切に変化させることによって発振周波数を一定に維持させる。

結局、周波数調整用電圧が設定された基準値を維持するということは、障害物がなくＲＦ発振器１２１の発振周波数が基準状態を維持していることを意味し、したがって周波数調整用電圧の変動有無を基準として障害物の存在有無を判断することができる。

第１ＭＣＵｌ６０は位相ロックループＩＣ１５２の駆動を制御する一方、ループフィルター１５３に連結する電圧感知線１５７を通して周波数調整用電圧の変化を感知する。

そして感知された電圧値を土台として障害物の存在有無を直接判断することもでき、感知された電圧値を制御モジュール３００の第２ＭＣＵ３１０に伝送して、第２ＭＣＵ３１０で障害物の存在有無を判断するようにすることもできる。

制御モジュール３００は第２ＭＣＵ３１０、入力部３２０、通信インターフェース３３０、電源部３４０等を含む。

第２ＭＣＵ３１０は、静電容量感知回路１２０の出力信号を感知して障害物の存在有無を判断する一方、自動車のウインドーやドアを自動で開け閉めする開閉モジュール４００の動作有無を感知して、所定の制御信号を静電容量感知回路１２０の第１ＭＣＵ１６０に伝送する役割をする。

入力部３２０は、使用者が操作信号やリセット（ｒｅｓｅｔ）信号等を入力する部分であり、通信インターフェース３３０は外部の開閉モジュールと通信する部分である。

電源部３４０は制御モジュール３００および静電容量感知モジュール１００の駆動電源（駆動電力）を供給する部分で、例えばＤＣ５Ｖの直流電源を提供する。

静電容量感知モジュール１００と制御モジュール３００を連結する伝送ライン２００は、静電容量感知回路１２０の内部で制御信号ライン１２８と電源線１２９に分岐される。

制御信号ライン１２８は制御モジュール３００から供給される矩形波又はサイン波形態の制御信号を伝送するためのもので、制御モジュール３００から供給されるＤＣ電源信号を遮断するために中間にＤＣフィルター１２６が設置される。

電源線１２９は制御モジュール３００の電源部３４０から供給されるＤＣ電源をＲＦ発振器１２１、位相ロックループ部１５０、第１ＭＣＵ１６０等に供給するためのものであり、上記電源線１２９には矩形波、サイン波等の制御信号を遮断するためのＡＣフィルター１３０が設置される。

したがって静電容量感知モジュール１００と制御モジュール３００を連結する伝送ライン２００には、制御モジュール３００の電源部３４０から供給されるＤＣ電力（例：ＤＣ５Ｖ）、第２ＭＣＵ３１０から出力された矩形波又はサイン波制御信号、第１ＭＣＵ１６０から第２ＭＣＵ３１０に伝達される障害物存在有無に対する情報信号又は周波数調整用電圧に対する情報信号等が共存する。

前述した通り、障害物存在有無は、第１ＭＣＵ１６０又は第２ＭＣＵ３１０ですることができ、いかなる方法によってでも一旦障害物が存在すると判断されれば、第２ＭＣＵ３１０は開閉モジュール４００を制御して門を閉める動作を中断させるか反対方向に動作させる。

以下では、図４を参照し本発明の第１実施形態に伴う障害物感知方法を説明する。

まず、位相ロックループＩＣ１５２にはＲＦ発振器１２１の基準周波数とこれを維持するために出力する周波数調整用電圧の基準値を設定しておかなければならない。また障害物接近により変化するＲＦ発振器１２１の発振周波数を基準周波数に復元させるためには、どの程度の周波数調整用電圧を印加しなければならないかを判断することができるソフトウェアを搭載するか、該当アルゴリズムを具現するハードウェアを具備していなければならない。

但し、このような基準周波数、基準値等を第１ＭＣＵ１６０に設定しておき、第１ＭＣＵ１６０により位相ロックループ１５２を制御するようにすることも可能である。これは以下の実施形態でも同様である。

基準周波数と周波数調整用電圧の基準値が設定された状態で、使用者が開閉ボタン等を操作すれば制御モジュール３００は開閉モジュール４００を動作させる一方、障害物感知システムを待機状態から動作モードに転換させる。

障害物感知システムが待機状態にある場合、例えば自動車のドアやウインドーが開いている場合には、ＲＦ発振器１２１は任意の周波数で動作するか動作が中断された状態にある。

待機状態のシステムを動作モードに転換させるためには、制御モジュール３００の第２ＭＣＵ３１０が例えば矩形波又はサイン波形態の制御信号を、伝送ライン２００を通し第１ＭＣＵ１６０に伝送する。

動作モードで障害物が接近しセンサーストリップ１１０の静電容量が変化すれば発振周波数ｆ_ＲＦが基準周波数から外れるようになるので、位相ロックループＩＣ１５２は基準周波数を維持するために周波数調整用電圧を基準値と異なるように出力して、可変容量ダイオード１５１の静電容量を調節することによって発振周波数ｆ_ＲＦを基準周波数に維持させる。

このとき、第１ＭＣＵ１６０は位相ロックループＩＣ１５２から出力される周波数調整用電圧を電圧感知線１５７を通して監視し、検出された電圧を基準値と比較して許容範囲を超えたかどうかを判断し、検出された電圧値を第２ＭＣＵ３１０に伝送する。

第１ＭＣＵ１６０又は第２ＭＣＵ３１０で周波数調整用電圧が許容範囲を超えたと判断されれば、制御モジュール３００の第２ＭＣＵ３１０は制御信号を送出して、開閉モジュール４００の動作を中断させるか反対方向に動作させる。

もし門が閉められる過程（動作モード）で特に障害物がなければ、位相ロックループＩＣ１５２から出力される周波数調整用電圧は基準値を継続して維持し、門を閉める動作は正常に進行される。

（第２の実施形態）
本発明の第１の実施形態は、位相ロックループを利用してＲＦ発振器の発振周波数を一定に維持させる障害物感知システムおよび方法に関するものである。

しかし、第１の実施形態による障害物感知システムでも従来と同じようにセンサーストリップに所定間隔のデッドポイントが発生することが明らかになった。

本発明の第２の実施形態は、デッドポイントによる感知不良問題を解決するために提案されたもので、第１の実施形態の感知システムに周波数変更部１７０を含めてＲＦ発振器１２１が複数の周波数を交替して発信するようにした点に特徴がある。

以下では説明の便宜のために、第１実施形態と重複する部分に対する説明は省略する。

上記周波数変更部１７０はその一端が第１ＭＣＵ１６０に連結する一方、その他端がＲＦ発振器１２１に連結され、第１ＭＣＵ１６０から出力される制御信号によってＲＦ発振器１２１の発振周波数を変更させる役割をする。

周波数変更部１７０は、例えばＲＦ発振器１２１に連結するキャパシタと上記キャパシタに直列に連結するスイッチング素子で構成される。

上記スイッチング素子はトランジスタであることが望ましく、この時トランジスタのコレクター（又はドレイン）端子は上記キャパシタに連結して、エミッター（又はソース）端子は接地させることが望ましい。

この状態でトランジスタのベース（又はゲート）端子に第１ＭＣＵ１６０の制御信号を印加して、トランジスタを設定された周期ごとに所定間隔に通過させれば、キャパシタの静電容量値が周期的に変化する。したがってキャパシタに連結されたＲＦ発振器１２１は互いに異なる第１周波数と第２周波数を交替して発振できるようになる。

前述したように、デッドポイントの間隔は発振周波数の大きさに伴い変化するので、このような方法でＲＦ発振器１２１が互いに異なる第１周波数と第２周波数を交替して発振するようにし、第１および第２周波数を適切に調節する。すると、図６に示すように、ＲＦ発振器１２１が第１周波数を出力する間に現れるデッドポイントであるＰｆｌと第２周波数を出力する間に現れるデッドポイントＰｆ２が互いに重ならないようにすることができる。

したがって動作モードでＲＦ発振器１２１が第１周波数で発振する間にもしデッドポイントＰｆ２に障害物が接近すればこれを感知できない。しかし、例えば数〜数１０ｍｓｅｃの短い時間以後に発振周波数を第２周波数に変更すれば、デッドポイントＰｆ１が消滅して新しい地点にデッドポイントＰｆ２が発生するため、第２周波数出力期間にはデットポイントＰｆ１に接近した障害物を感知できるようになり、デッドポイントによる感知不能の問題を解決することができる。

以下では図５および図６を参照し、本発明の第２実施形態に伴う障害物感知システムが動作する過程を詳細に説明する。

まず位相ロックループＩＣ１５２に第１周波数と第２周波数をＲＦ発振器１２１の基準発振周波数で設定する。基準発振周波数の設定は制御モジュール３００の第２ＭＣＵ３１０により遠隔で制御される第１ＭＣＵ１６０を通して行える。

待機状態で使用者が開閉ボタン等を操作すれば制御モジュール３００は開閉モジュール４００を動作させて、ドアやウインドーを閉じると同時に障害物感知システムを動作モードに転換させる。

第１ＭＣＵ１６０も第２ＭＣＵ３１０の制御により、待機状態から動作モードに転換され、設定されたＴ１時間の間、位相ロックループＩＣ１５２を制御してＲＦ発振器１２１の発振周波数を第１周波数ｆ１で発振させる。

続いて第１ＭＣＵ１６０は設定されたＴ２時間の間、周波数変更部１７０に制御信号を伝送してＲＦ発振器１２１の発振周波数を第２周波数ｆ２に変更させる。このとき、第１ＭＣＵ１６０は位相ロックループＩＣ１５２を制御してＲＦ発振器１２１の発振周波数が第１周波数に再び復帰せず、第２周波数ｆ２を継続して維持するようにする。

したがってドアやウインドーが閉じる動作モードではＲＦ発振器１２１は時間Ｔ１中には第１周波数を出力し、時間Ｔ２中には第２周波数を出力する動作を繰り返す。この時Ｔ１およびＴ２は任意時間であり、互いに同じ場合もあるが、異なる場合もある。

もし動作モードで障害物がセンサーストリップ１１０に接近すれば、ＲＦ発振器１２１の発信周波数が変化し、位相ロックループＩＣ１５２は発振周波数を現在設定された第１周波数又は第２周波数に維持させるために可変容量ダイオード１５１に伝送される周波数調整用電圧を変更する。

より具体的に説明すれば、基準発振周波数が第１周波数に設定された時間Ｔ１の間には位相ロックループＩＣ１５２は第１周波数調整用電圧を出力して可変容量ダイオード１５１で印加し、基準発信周波数が第２周波数に設定された時間Ｔ２の間には位相ロックループＩＣ１５２は第２周波数調整用電圧を出力して、可変容量ダイオード１５１に印加する。

したがって障害物が近接すれば第１ＭＣＵ１６０は時間Ｔ１間には位相ロックループＩＣ１５２で出力される第１周波数調整用電圧を基準値と比較して、その差が許容範囲を超えているかどうかを判断し、時間Ｔ２間には位相ロックループＩＣ１５２から出力される第２周波数調整用電圧を基準値と比較して、その差が許容範囲を超えているかどうかを判断する。

上記の判断結果、許容範囲を超えていれば障害物が近接していると判断し、判断結果を制御モジュール３００の第２ＭＣＵ３１０に伝送して、開閉モジュール４００の作動を中断させるか反対方向に動作させる。

このとき、第１ＭＣＵｌ６０は第２ＭＣＵ３１０に電圧感知線１５７を通して感知された周波数調整用電圧値だけを伝送し、第２ＭＣＵ３１０で障害物の存在有無を判断できることは前述した通りである。

もしドアやウインドーが閉じる過程で何らかの障害物がなければ、時間Ｔ１の間、第１周波数調整用電源が一定に維持され、次の時間Ｔ２の間第２周波数調整電源が一定に維持されるため、開閉モジュール４００は正常に動作する。

一方、以上ではＲＦ発振器１２１が２つの発振周波数を交替して出力したが、より正確な感知のために３つ以上の発振周波数を交替して出力するようすることもできる。

（第３の実施形態）
前述した第２の実施形態では、第１ＭＣＵ１６０が周波数変更部１７０を周期的に制御して一つのＲＦ発振器１２１が第１周波数と第２周波数に交替して発振するようにした。

本発明の第３の実施形態ではこれとは違い、図７に図示された通り第１周波数で発振する第１ＲＦ発振器１２１と第２周波数で発振する第２ＲＦ発振器１８１を利用する点に特徴がある。

本発明の第３実施形態による障害物感知システムは、第１実施形態および第２実施形態と同じく静電容量感知モジュール１００、制御モジュール３００、静電容量感知モジュール１００と制御モジュール３００を連結する伝送ライン２００を含む。また静電容量感知モジュール１００はセンサーストリップ１１０とセンサーストリップ１１０の端部に結合する静電容量感知回路１２０を含む。

静電容量感知回路１２０は、第１ＲＦ発振器１２１、第２ＲＦ発振器１８１、位相ロックループＩＣ１５２等と共に位相ロックループ部１５０を形成し、上記位相ロックループ部１５０は、位相ロックループＩＣ１５２が第１ＲＦ発振器１２１を制御する第１位相ロックループと第２ＲＦ発振器１８１を制御する第２位相ロックループに区分される。

第１位相ロックループはセンサーストリップ１１０に連結する第１ＲＦ発振器１２１、第１ＲＦ発振器１２１に連結され静電容量の変化を利用して第１ＲＦ発振器の発振周波数を変更させる第１可変容量ダイオード１５１、第１検出用キャパシタ１５４を利用して第１ＲＦ発振器１２１の発振周波数を監視して周波数調整用電圧を出力する位相ロックループＩＣ１５２、上記位相ロックループＩＣ１５２から出力される上記周波数調整用電圧を上記第１可変容量ダイオード１５１に印加する第１周波数調整用信号線１５６、上記第１周波数調整用信号線１５６に設置され周波数調整用電圧をＤＣ電圧に変換する第１ループフィルターを含む。

第２位相ロックループは、センサーストリップ１１０に第１ＲＦ発振器１２１と並列で連結される第２ＲＦ発振器１８１、第２ＲＦ発振器１８１に連結され静電容量の変化を利用して第２ＲＦ発振器１８１の発振周波数を変更させる第２可変容量ダイオード１８２、第２検出用キャパシタ１８４を利用して、第２ＲＦ発振器１８１の発振周波数を監視し、周波数調整用電圧を出力する位相ロックループＩＣ１５２、上記位相ロックループＩＣ１５２から出力される上記周波数調整用電圧を上記第２可変容量タイオード１８２に印加する第２周波数調整用信号線１８６、上記第２周波数調整用信号線１８６に設置されて、周波数調整用電圧をＤＣ電圧に変換する第２ループフィルター１８３を含む。

本発明の第３実施形態では一つの位相ロックループＩＣ１５２を第１位相ロックループと第２位相ロックループに共通に含ませたが、これは一つの位相ロックループＩＣ１５２でそれぞれの位相ロックループを独立的に処理するように設計することが可能なためである。したがって各位相ロックループごとに別途の位相ロックループＩＣを設置することが排除されはしない。

その他に、静電容量感知回路１２０は第１ＭＣＵ１６０を含むが、第１ＭＣＵ１６０は位相ロックループＩＣ１５２を制御する一方、第１および第２可変容量ダイオード１５１、１８２で各々印加される周波数調整用電圧を第１電圧感知線１５７と第２電圧感知線１８７を通して感知し、センサーストリップ１１０に障害物が接近しているのかどうかを判断し、また感知された電圧値を第２ＭＣＵ３１０に伝送する。

本発明の第３の実施形態に伴う障害物感知方法は次の通りである。

まず位相ロックループＩＣ１５２に第１ＲＦ発振器１２１の発振周波数と第２ＲＦ発振器１８１の発振周波数を設定する一方、第１ＲＦ発振器１２１と第２ＲＦ発振器ｌ８１の動作周期および動作時間を設定する。

このような設定過程は制御モジュール３００の第２ＭＣＵ３１０を通して遠隔で制御される第１ＭＣＵｌ６０により行うことができる。したがって第１ＲＦ発振器１２１を任意時間Ｔ１の間、第１周波数で発振させて、続いて第２ＲＦ発振器１８１を任意時間Ｔ２の間第１周波数と異なる第２周波数で発振させる過程を交替で繰り返す。

第１ＭＣＵ１６０は、第１ＲＦ発振器１２１が発振する間には、第１電圧感知線１５７を通し、第１可変容量ダイオード１５１で印加される周波数調整用電圧を監視して障害物存在有無を判断する。

また第２ＲＦ発振器１８１が発振する間には第２電圧感知線１８７を通し、第２可変容量ダイオード１８２で印加される周波数調整用電圧を監視して、障害物存在の有無を判断する。時間Ｔ１とＴ２は任意時間であるため、両者は同じ場合も異なる場合もあることは前述した通りである。

本発明の第３実施形態で、第１ＲＦ発振器１２１と第２ＲＦ発振器１８１の交替間隔を数〜数１０ｍｓｅｃ間隔で設定すれば、第１ＲＦ発振器１２１が発振する間にデッドポイントＰｆ１に接近する障害物を感知できなくても、数〜数１０ｍｓｅｃ以後に第１ＲＦ発振器１２１の代わりに第２ＲＦ発振器１８１が発振して、デッドポイントＰｆ１はなくなり、新しいデッドポイントＰｆ２が形成されるので、デッドポイントＰｆ１に接近した障害物を感知できるようになる。

一旦障害物が感知されれば、制御モジュール３００の第２ＭＣＵ３１０が開閉モジュール４００を制御してその動作を中断させるか反対方向に動作させる。

一方、以上では第１ＲＦ発振器１２１と第２ＲＦ発振器１８１が互いに交替して発振するものと説明したが、第１ＲＦ発振器１２１と第２ＲＦ発振器１８１を同時に駆動させても本発明の目的を達成することができる。

また以上では、静電容量感知回路１２０に互いに異なる周波数で発振する２つのＲＦ発振器１２１、１８１が設置されたが、感知正確度を高めるために３つ以上のＲＦ発振機器を設置することもできる。

本発明によれば、障害物感知システムに使われる静電容量感知回路を複雑な周波数チューニングの工程なしで製造することができるので、製品の生産性を大きく向上させることができる。すなわち、一旦回路を製作した後に位相ロックループを制御して、ＲＦ発振器の発振周波数をチューニングすることが可能になる。また、ローカル発振器やミキサー等を省略して、ＲＦ発振器だけを利用し、製品を構成できるため製品構成を単純化させ、単価を低くすることもできる。

また、位相ロックループ部がＲＦ発振器の発振周波数を常に一定に維持させられるために製品の誤作動が防止され、したがって製品の信頼性を大きく向上させられる。また、障害物感知システムのセンサーストリップにデッドポイントが形成されても、障害物を正確に感知できるため製品の信頼性を大きく向上させられる。

以上では本発明の望ましい実施形態を説明したが、本発明は当業者によって多様な形態で変形して実施することができ、このような変形された実施形態が、特許請求の範囲に記載された技術的事項を含むものであれば、本発明の権利範囲に属する。

静電容量変化を利用する障害物感知システムの概略的な構成図。障害物感知システムの回路ブロック図。センサーストリップの端部に挿入される感知回路のＰＣＢパターンを表した図。本発明の第１の実施形態に伴う障害物感知システムの回路ブロック図。本発明の第２の実施形態に伴う障害物感知システムの回路ブロック図。センサーストリップでデッドポイントの位置を例示した図。本発明の第３の実施形態に伴う障害物感知システムの回路ブロック図。

符号の説明

１００・・・静電容量感知モジュール、
１１０・・・センサーストリップ、
１２０・・・静電容量感知回路、
１２１・・・ＲＦ発振器、
１２６・・・ＤＣフィルター、
１２８・・・制御信号ライン、
１２９・・・電源線、
１３０・・・ＡＣフィルター、
１５０・・・位相ロックループ、
１５１・・・可変容量ダイオード、
１５２・・・位相ロックループＩＣ、
１５３・・・ループフィルター、
１５４・・・検出用キャパシタ、
１５６・・・周波数調整用信号線、
１５７・・・電圧感知線、
１６０・・・第１ＭＣＵ、
１７０・・・周波数変更部、
２００・・・伝送ライン、
３００・・・制御モジュール、
３１０・・・第２ＭＣＵ、
３２０・・・入力部、
３３０・・・通信インターフェース、
３４０・・・電源部、
４００・・・開閉モジュール。

Claims

静電容量を感知するセンサーストリップ、前記センサーストリップに連結したＲＦ発振器、前記ＲＦ発振器の発振周波数を設定値で維持させる位相ロックループ部、及び前記位相ロックループ部の動作を制御する第１ＭＣＵを含む静電容量感知モジュールと、
前記静電容量感知モジュールの前記第１ＭＣＵを遠隔制御する第２ＭＣＵを有する制御モジュールと、
前記静電容量感知モジュールと前記制御モジュールを連結し、前記第１ＭＣＵで獲得し前記制御モジュールに伝送する情報と、前記第２ＭＣＵから前記第１ＭＣＵに伝送する制御信号と、前記静電容量感知モジュールの駆動電源と、を伝送する伝送ラインと、
を有することを特徴とする障害物感知システム。
前記位相ロックループ部は、
前記ＲＦ発振器に連結する可変容量ダイオードと、
前記第１ＭＣＵに連結され前記第１ＭＣＵによって制御される位相ロックループＩＣと、
前記位相ロックループＩＣから出力される周波数調整用電圧を前記可変ダイオードに印加する周波数調整用信号線と、
前記ＲＦ発振器の発振周波数を感知するために前記ＲＦ発振器と前記位相ロックループＩＣの間に設置される周波数感知手段と、
を有することを特徴とする請求項１記載の障害物感知システム。
前記第１ＭＣＵには、前記位相ロックループＩＣから出力される周波数調整用電圧を感知するための電圧感知線が連結されることを特徴とする請求項１記載の障害物感知システム。
一端は前記第１ＭＣＵに連結し、他端は前記ＲＦ発振器に連結され、前記第１ＭＣＵの制御により前記ＲＦ発振器を複数の周波数を交替に発振させる周波数変更部を、更に有することを特徴とする請求項１記載の障害物感知システム。
前記周波数変更部は、
前記ＲＦ発振器に連結するキャパシタと、
前記キャパシタに第１端子は連結され第２端子は接地され第３端子は前記第１ＭＣＵに連結されるスイッチ素子と、
を有することを特徴とする請求項４記載の障害物感知システム。
静電容量を感知するセンサーストリップ、前記センサーストリップに対して並列に連結され、各々異なる周波数で発振する複数のＲＦ発振器、前記複数のＲＦ発振器が各々設定された発振周波数を維持するように制御する位相ロックループ部、及び前記位相ロックループ部を制御して、前記複数のＲＦ発振器を設定された順に発振させる第１ＭＣＵを含む静電容量感知モジュールと、
前記静電容量感知モジュールと前記制御モジュールを連結し、前記第１ＭＣＵで獲得した情報と、前記第２ＭＣＵから前記第１ＭＣＵに伝送する制御信号と、前記静電容量感知モジュールの駆動電源とを伝送する伝送ラインと、
を有することを特徴とする障害物感知システム。
前記静電容量感知モジュールの前記位相ロックループは、
前記複数のＲＦ発振器に各々連結される複数の可変容量ダイオードと、
前記第１ＭＣＵにより制御され、前記複数のＲＦ発振器が各々設定された発振周波数を出力するように前記複数のＲＦ発振器各々に対し周波数調整用電圧を出力する位相ロックループＩＣと、
前記複数の周波数調整用電圧を前記複数の可変容量ダイオードに各々印加する複数の周波数調整用信号線と、
前記複数のＲＦ発振器の発振周波数を感知するために前記複数のＲＦ発振器と前記位相ロックループＩＣの間に各々設置される複数の周波数感知手段と、
を有することを特徴とする請求項６記載の障害物感知システム。
前記請求項２に記載の障害物感知システムを用いて障害物を感知する方法において、
前記ＲＦ発振器の発振周波数を設定値で維持するために前記位相ロックループＩＣで前記可変容量ダイオードに第１の周波数調整用電圧を印加するステップと、
前記第１ＭＣＵで前記第１の周波数調整用電圧を感知するステップと、
前記ＲＦ発振周波数が設定値を超えたとき、これを再び設定値に復帰させるために前記位相ロックループＩＣで前記可変容量ダイオードに前記第１の周波数調整用電圧と異なる第２の周波数調整用電圧を印加するステップと、
前記第１ＭＣＵで前記第２の周波数調整用電圧を感知して、前記第１周波数調整用電圧と比較した後、障害物の存在有無対する情報を前記制御モジュールの第２ＭＣＵに伝送し、また前記感知された第２の周波数調整用電圧に対する情報を、前記第２ＭＣＵに伝送するステップと、
を有することを特徴とする障害物感知方法。
前記請求項４に記載の障害物感知システムを用いて障害物を感知する方法において、
前記ＲＦ発振器が第１周波数で発振するステップと、
前記ＲＦ発振器が前記第１周波数で発振する間、前記位相ロックループ部から受信した電気的信号を利用して、前記第１ＭＣＵ又は前記第２ＭＣＵで障害物の存在有無を判断するステップと、
前記ＲＦ発振器が第２周波数で発振するステップと、
前記ＲＦ発振器が前記第２周波数で発振する間、前記位相ロックループ部から受信した電気的信号を利用して、前記第１ＭＣＵ又は前記第２ＭＣＵで障害物存在有無を判断するステップと、
を有することを特徴とする障害物感知方法。
前記請求項６に記載の障害物感知システムを用いて障害物を感知する方法において、
前記複数のＲＦ発振器の中で第１ＲＦ発振器が第１周波数で発振するステップと、
前記第１ＲＦ発振器が前記第１周波数で発振する間、前記位相ロックループ部から受信した電気的信号を利用して、前記第１ＭＣＵ又は前記第２ＭＣＵで障害物存在の有無を判断するステップと、
前記複数のＲＦ発振器の中で第２ＲＦ発振器が第２周波数で発振するステップと、
前記第２ＲＦ発振器が前記第２周波数で発振する間、前記位相ロックループ部から受信した電気的信号を利用して、前記第１ＭＣＵ又は前記第２ＭＣＵで障害物存在の有無を判断するステップと、
を有することを特徴とする障害物感知方法。