JP3671264B2 - Obstacle detection device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、自動車の障害物検出装置に関するものであり、特に、アンテナを利用して人、物体、建造物、金属等の自動車の移動に障害となる障害物を検出する障害物検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の自動車の障害物検出装置に関する技術としては、特開昭58−115384号公報、特開昭60−111983号公報、特開平3−233390号公報、米国第3689814号明細書等の技術を挙げることができる。
【0003】
この種の従来技術は、何れも自動車の障害物検出装置に関するものであり、その検出原理は、図9乃至図11に集約される。
【0004】
図9は特開昭60−111983号公報に掲載された自動車の障害物検出装置の原理図である。図10は特開昭59−115384号公報に掲載された自動車の障害物検出装置の原理図である。図11は特開平3−233390号公報に掲載された自動車の障害物検出装置の原理図である。
【0005】
図9において、発振回路OSCの出力を抵抗R1 及びコンデンサC1 からなる直列回路に接続するもので、センサとして面積So なる極板Aを用いると、障害物Gの有無及びその距離Dw により、極板Aと障害物Gとの間の浮遊容量である静電容量(コンデンサ)C1 が形成される。この静電容量C1 を前述の直列回路を構成するコンデンサC1 となるもので、コンデンサC1 の容量変化により、コンデンサC1 の端子電圧が変化し、この電圧変化をもって障害物Gを検出する。なお、ここでは、浮遊容量或いはその容量性を意味するとき静電容量と記し、回路素子としての定数的な意味のとき、コンデンサと記載するが、基本的に、両者は同一意味である。
【0006】
一般に形成される静電容量C1 は、障害物Gがセンサの極板Aと近似する面積であるならば、静電容量C1 は、εo ・εr ・S/Dw で現わされる。但し、εo は真空中の誘電率、εr は媒質の比誘電率である。
【0007】
しかし、天候等の環境条件により、媒質の比誘電率εr が変化し、コンデンサC1 の端子電圧レベルが変動する。
【0008】
そこで、図10に示す技術では、環境条件による静電容量C1 の変化に対して、同一条件で変化する静電容量C2 と抵抗R2 からなる直列抵抗を用意しておき、天候等の環境条件により媒質の比誘電率εr が変化すれば、コンデンサC2 の端子電圧も変動する。そこで、発振回路OSCの出力を抵抗R1 びコンデンサC1 からなる直列回路と、抵抗R2 及び環境条件として空気等を電極間に介在させたコンデンサC2 からなる直列回路から構成されるブリッジに接続し、両者の電位差により、障害物を検出している。
【0009】
図11に示す技術は、他の障害物検出を行う事例である。
【0010】
図11においては、複数のコンデンサC2 ,C3 ,C4 と、環境条件によって決定される静電容量C1 と共に、発振回路OSCを構成する。そして、その発振回路OSCの発振周波数をF/V変換回路Fで周波数電圧変換させ、障害物Gが近接すると発振回路OSCの発振条件が変化し、この結果、発振周波数が変化する。この変化を検知し、障害物Gの有無を検出するものである。
【0011】
更に、前者は、変化量の大きさを判定して障害物を検出し、距離Dw が十分小さいまま自動車が放置されると、再度、自動車を動かすとき、距離Dw が一定であるため、コンデンサC1 も変化せず障害物Gの検出ができない。そこで、自動車が放置された直後の電圧レベルを記憶しておき、そのレベルから変化量の大きさを判定しようとするものである。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上記図9及び図10の回路では、距離Dw が「0」のとき、コンデンサC1 が無限大となり、コンデンサC1 の端子電圧は非常に小さい値(無限小)となり、極板Aに障害物Gが近接した状態では、端子電圧は非常に微小レベルの変化を検知することになる。
【0013】
このような微小レベルの変化を検知する場合には、一般に、所定以上の増幅度を持つ増幅器を利用する必要がある。しかし、センサの極板Aと障害物Gとの距離Dw が無限大のとき、コンデンサC1 が無限小となり、コンデンサC1 の端子電圧は非常に大きい値となり、増幅器の出力が飽和してしまい、増幅度を距離Dw の値に応じて異なる値を設定する必要がある。即ち、可変増幅器が必要となる。
【0014】
更に、図9乃至図11に示す自動車の障害物検出装置では、距離Dw が至近距離を対象としているため、一般に、微小レベルの検出となり、微小レベルの信号処理を行なうため、帯域炉波器により雑音を除去する必要が生じ、回路の部品点数の増加等が余儀なくされる。
【0015】
例えば、前述した従来の技術では、距離Dw を40cm以上に設定することができない。また、センサの大きさに起因する初期の静電容量は、並列共振回路への結合量を大きくし、その検出精度を低下、即ち、分解能を低下させることになる。
【0016】
一方、米国第3689814号明細書の技術では、一端を接地したコイルの他端にセンサとしての金属からなるループ状のアンテナが接続されている。一方、モータで上昇・下降制御される窓の枠の上部端部には、金属箔が設置されており、この金属箔とループ状のアンテナ間に形成される静電容量を検出するものである。この種の技術では、ごく至近距離または接触でなければ、この静電容量を検出することができない。形成される静電容量は、取付けのための電極面積に比較して等価的な面積が極めて小さいからである。また、環境変化(温度,湿度等)と障害物の接近の区別ができない。
【0017】
一般に、発振回路OSCの発振条件は振幅に関する条件と、周波数に関する条件を同時に満たす必要がある。しかし、極板Aに障害物Gが接近すると、周波数が変化すると同時に、振幅も変化する。更に、2つの条件を満たすことができないときは発振停止となる。
【0018】
特に、図11の技術では、周波数の変化を電圧レベルに変えるF/V変換回路Fを利用しており、一般に、F/V変換回路Fは振幅を一定としたとき、周波数の変化に対応した電圧出力が得られるが、振幅と周波数が同時に変化した場合、障害物Gとの距離Dw が一定であっても、得られたF/V変換後の信号のレベルはフラクチュエーションを伴うから、この不確定さを考慮した判定が必要となる。更に、温度、湿度等の環境条件、周囲条件の影響による周波数と振幅の変化、即ち、F/V変換後の電圧出力からこれらの影響によるフラクチュエーションをも取り除く必要があり、常に零点補正が必要となる。この種の対応は、現状技術では可能であるが、量産性、コストを考慮した場合、計測器等の分野を除くと、商品価値が乏しくなる。また、電源の投入直後の障害物Gの検出は、零点補正後行なわれることになるため、遅延時間が伴う。
【0019】
このように、センサを構成する電極と障害物で形成される静電容量(コンデンサC1 )の値及びその変化は、一般には、極めて小さい値となり、その結果、検出距離が数cmのオーダーとなり、この静電容量を発振回路OSCの発振定数の一部として用いると、発振周波数及び振幅ともに障害物に接近するに伴い変動するため、その判定が複雑となってしまう。
【0020】
そこで、本発明は、40cm前後の距離にある障害物の検出が可能で、簡単な回路でそれが実現できる障害物検出装置の提供を課題とするものである。
【0021】
【課題を解決するための手段】
請求項1にかかる障害物検出装置は、障害物に接近すると、その入力インピーダンスが変化するセンサと、前記センサの入力インピーダンスの変化によって共振周波数を変化させるインピーダンスと他の2個のインピーダンスと共に形成する発振回路と、前記発振回路からの発振レベルの低下を検出して、前記発振レベルの低下に対応して前記発振回路を形成するインピーダンスを変化させ、前記発振回路の発振周波数を所定の周波数領域内とする発振制御回路とを具備するものである。
【0022】
請求項2にかかる障害物検出装置は、直列接続されたインピーダンスZ2 及びインピーダンスZ3 と、前記インピーダンスZ2 及びインピーダンスZ3 の両端子に接続されたインピーダンスZ1 によって発振条件を定め、同じ極性とするインピーダンスZ1 とインピーダンスZ3 の共振回路を有する発振回路を具備する障害物検出装置において、前記共振回路のインピーダンスZ3 は、共振周波数をf3 、その回路のQファクタをQ3 とし、また、前記共振回路のインピーダンスZ1 は、共振周波数をf1 、その回路のQファクタをQ1 とするとき、f1 >f3 で、かつ、Q3 >Q1 となるように、インピーダンスZ3 は電気的機械振動子とし、インピーダンスZ1 はコイルとコンデンサで形成したものである。
【0023】
請求項3にかかる障害物検出装置は、前記発振回路の発振レベルが一定となるようインピーダンスZ3 の共振周波数f3 と、インピーダンスZ1 の共振周波数f1 との共振周波数の差を制御するものである。
【0024】
請求項4にかかる障害物検出装置は、前記発振回路のインピーダンスZ1 に、センサと障害物で形成されるコンデンサのインピーダンスを加え、発振周波数を変化させることなく、発振レベルの変化に変換するものである。
【0025】
請求項5にかかる障害物検出装置は、前記インピーダンスZ1 に加える静電容量の変化は、並列共振回路のコイルに結合されている可変容量ダイオードによって行ったものである。
【0026】
請求項6にかかる障害物検出装置は、前記センサと前記障害物とが所定以上接近したとき、前記障害物の検出状態を保持するものである。
【0027】
請求項7にかかる障害物検出装置は、前記センサと前記障害物とが所定以上接近したとき、前記発振回路の発振を停止させ障害物の検出状態を保持するものである。
【0028】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【0029】
図1は本発明の第一実施形態の障害物検出装置を説明するための公知の発振回路の基本的原理説明図で、(a)はFETを使用した発振回路図であり、(b)はトランジスタを使用した発振回路図、(c)は等価回路図である。
【0030】
ここでは、(a)に示すFETを用いた回路で原理を説明するが、基本的動作はトランジスタについても同様である。
【0031】
図1(a)に示す発振回路は、電界効果型トランジスタ(以下、単に『FET』と記す)のドレインDとゲートG間に接続されたインピーダンスZ2 と、FETのソースSとゲートG間に接続されたインピーダンスZ3 と、前記インピーダンスZ2 及びインピーダンスZ3 の両端子間、即ち、FETのドレインDとソースS間に接続されたインピーダンスZ1 によって発振条件を定める。
【0032】
この等価回路は図1(c)のよう、増幅回路Aと帰還回路Fの組合わせとして相互コンダクタンスgm 、ドレイン抵抗rd を用いて、等価回路に表わすことができる。ここでは原理を明らかにするため、ソース接地型とし、ゲート抵抗RG は十分大きいものとして等価回路から省略し、インピーダンスZ1 ,Z2 ,Z3 は純虚数とした。
【0033】
このときの発振条件を求めると、次式のようになる。
【0034】
式(1)の左辺は実数で振幅条件となり、右辺は虚数で周波数条件となる。
【0035】
rd ・gm ・Z1 ・Z3 +Z1 ・Z3 +Z1 ・Z2 ≦0 ・・・・ (2)
Z1 +Z2 +Z3 =0 ・・・・・ (3)
ここで、式(2)は振幅に関係し、式(3)は周波数の変化に対応する条件となる。式(2),(3)から周波数が変化すると振幅が変化することがわかる。一般に、インピーダンスZ1 ,Z3 を誘導性、インピーダンスZ2 を容量性とする場合をハートレー型、その逆のインピーダンスZ1 ,Z3 を容量性、インピーダンスZ2 を誘導性とするインピーダンスの組合わせをコルピッツ型と呼ばれている。
【0036】
なお、本発明を実施する場合には、ハートレー型、コルピッツ型の何れであっても用いることができるが、ここではハートレー型の場合で説明を進めることとする。
【0037】
また、図1(b)のトランジスタTRを使用した発振回路についても、実質的動作は同一であるのでその説明を省略する。
【0038】
図2は本発明の第一実施形態の障害物検出装置を説明するためのハートレー型発振回路の基本的原理説明図である。図3は図2のインピーダンスZ3 の等価回路図であり、図4は図3の周波数とリアクタンスとの関係を示す特性図である。
【0039】
図2において、抵抗RG はFETのゲートGの直流バイアスのための抵抗で、抵抗Rs はFETのソースSの直流バイアスのための抵抗で、コンデンサCs ,コンデンサCc はバイパス用のコンデンサである。故に、発振条件を決める要素はインピーダンスZ1 ,Z2 ,Z3 となる。本実施の形態では、インピーダンスZ2 が容量性、即ち、コンデンサCdgで、インピーダンスZ3 をクリスタル振動子等からなる誘導性とした。インピーダンスZ1 を誘導性及び容量性のインダクタンスL及びコンデンサCからなる共振回路で形成した。
【0040】
インピーダンスZ3 は、図3の等価回路に示すように、抵抗R3 及びコンデンサC3 及びリアクタンスL3 からなる直列回路と、その回路に並列接続されてコンデンサC0 で表される。この抵抗R3 及びコンデンサC3 及びリアクタンスL3 からなる直列回路の共振周波数f3sは、
f3s=1/2π√(L3 ・C3 )
となり、また、並列回路の共振周波数f3pは、
f3s=1/2π√{(L3 ・C3 ・C0 )/(C3 +C0 )}
となる。即ち、図4の実線に示すように共振周波数f3sと共振周波数f3pの間で誘導性となる。
【0041】
そこで、図5の破線で示されるインピーダンスZ1 のリアクタンスを誘導性とすれば、周波数f3s乃至周波数f3pの間で発振することがわかる。即ち、インピーダンスZ1 の共振周波数f1 =1/2π√(L・C)をf1 >f3p、f1 >f3sと調整すれば発振することになる。
【0042】
一般に、電気的機械振動子のQファクタは非常に大きく、共振周波数f3p≒f3sであり、この発振周波数f3 とすれば、発振回路の発振周波数f1 はf1 >f3 であれば、式(3)を満足し、式(2)を満たす任意の周波数差Δf=f1 −f3 の範囲で、発振周波数f3 で発振する。即ち、発振周波数を固定すれば、発振レベルの変化を検出することができる。しかし、式(2)を満たす周波数差Δfは、所定の周波数範囲を持つため、発振レベルは一定値とならない。
【0043】
そこで、共振回路を構成するインピーダンスZ1 の共振周波数f1 を周波数条件の式(3)を満たす範囲、即ち、f1 >f3 で変化させ、発振レベルV0 を常に一定になるようにして、発振レベルの変化を検出し、それを脱したとき、障害物Gの検出とするものである。
【0044】
図5は本発明の第一実施形態の障害物検出装置の全体回路図である。
【0045】
図5において、FETのドレインDとゲートG間に接続されたインピーダンスZ2 はコンデンサCz2と、FETのソースSとゲートG間に接続された水晶振動子XTAL からなるインピーダンスZ3 と、前記インピーダンスZ2 及びインピーダンスZ3 の両端子間、即ち、FETのドレインDとソースS間に接続されたインピーダンスZ1 によって発振条件を定めている。これら、FETとインピーダンスZ1 、インピーダンスZ2 、インピーダンスZ3 によって発振回路を構成している。基本的回路構成は、図2に示す回路と共通しているのでその説明を省略する。
【0046】
また、カップリングコンデンサC10を介してFETのドレインD側に接続された検波回路1は、ダイオードD11及びダイオードD12及び抵抗R11、コンデンサC11からなり、抵抗R11に印加された電圧がダイオードD12を介してコンデンサC11に充電される。この回路によって、発振レベルは検波回路1で直流電圧V0 に変換され、判定回路2と発振制御回路3に伝送される。
【0047】
判定回路2は、一方に、定電圧電源Vccから供給した電圧を直列接続された抵抗R21及び抵抗R22に印加し、分圧した所定の閾値電圧VT1を入力し、他方に検波回路1で得られた直流電圧V0 を入力し、両者を比較回路COMPで比較している。閾値電圧VT1よりも検波回路1で得られた直流電圧V0 が大きいとき、比較回路COMPの出力は“L”となり、閾値電圧VT1よりも直流電圧V0 が小さいとき、比較回路COMPの出力は“H”となる。なお、通常状態の閾値電圧VT1は直流電圧V0 よりも小さく、比較回路COMPの出力は“L”となっている。
【0048】
また、発振制御回路3では、定電圧電源Vccから供給した電圧を直列接続された抵抗R31及び抵抗R32に印加し、分圧した所定の閾値電圧V1 を入力し、他方に検波回路1で得られた直流電圧V0 を入力抵抗R30を介して入力し、その出力V2 として、V2 =V1 −V0 がオペアンプOPの出力として得られ、それが出力抵抗R33及びR35を介して可変容量ダイオードVDに印加される。オペアンプOPの出力の抵抗R33と抵抗R35の接続点には、抵抗R34とコンデンサC31の並列回路によって定電圧電源Vccに接続され、また、ダイオードD31がアースとの間に接続されており、オペアンプOPの出力が負にならないようにし、かつ、その変化速度を高くしている。閾値電圧V1 に設定されたオペアンプOPにより、検波回路1で得られた直流電圧V0 が閾値電圧V1 と等しくなるよう、制御電圧V2 が作られる。制御電圧V2 は、インピーダンスZ1 に接続された可変容量ダイオードVDに加えられ、インピーダンスZ1 の共振周波数f1 を、V2 =V0 の一定値となるよう制御される。
【0049】
インピーダンスZ1 は、インダクタンスL及びキャパシタンスCからなる共振回路となっており、このインダクタンスLとしては1:nの巻線比の相互インダクタンスで構成されている。インダクタンスLの巻線比1側はコンデンサCが接続されている。インダクタンスLの巻線比n側はコンデンサCz1及び可変容量ダイオードVDの直列回路が接続されている。また、インダクタンスLの巻線比n側とコンデンサCz1との接続点には、板材または線材からなるセンサSが配設されている。
【0050】
次に、この実施形態の障害物検出装置の動作を説明する。
【0051】
まず、人、建造物、金属等の障害物Gに近付くと、その周囲の媒介定数が変化し、アンテナとして機能するセンサSの入力インピーダンスが変化し、それが容量の変化となってインピーダンスZ1 に加えられ、発振回路の共振周波数fが変化し、検波回路1で得られた直流電圧V0 も低下し、障害物Gを検出し続ける。ここで発振制御回路3は直流電圧V0 と所定の閾値電圧V1 と比較し、本来の検波回路1で得られた直流電圧V0 にするために、オペアンプOPの出力V2 を変化させ、その出力V2 の変化は可変容量ダイオードVDに加えられ、インピーダンスZ1 の共振周波数fを、一定値となるよう制御される。このように、所定の閾値電圧V1 の変化を環境の変化のみに応答させ、その発振回路の発振周波数fを一定とすることにより、発振レベルも一定となる。これにより、センサSの容量が経時変化等の障害物Gに寄与しない変化を、自動的に補正することができる。また、センサSの大きさに起因する初期容量は、並列共振回路への結合量を可変することで任意に設定できる。
【0052】
また、センサSと障害物Gが接近した位置に停止しているとき、検波回路1で得られた直流電圧V0 が低下し、障害物Gを検出し続ける。しかし、検波回路1で得られた直流電圧V0 の低下は環境の変化と同様の現象となる。このため、検波回路1で得られた直流電圧V0 を所定の閾値電圧V1 と等しくするようにオペアンプOPの出力V2 を変化させる。これによって、検波回路1で得られた直流電圧V0 は徐々に所定の閾値電圧V1 に等しくなるので障害物Gが無いものとみなされる。結果、障害物Gに接近した位置に停止したとき、時間の経過とともに障害物Gを検出しなくなり、その状態が環境の状態として初期状態となる。
【0053】
一方、障害物Gに所定以上に近づくと、アンテナとして機能しているセンサSのインピーダンスが変化し、その結果、それが容量の変化となってインピーダンスZ1 に加えられ、発振回路の共振周波数fが変化し、周波数条件式(3)が満たされなくなり、発振が停止する。これにより、検波回路1で得られた直流電圧V0 も低下し、比較回路COMPの閾値電圧VT1よりも直流電圧V0 が小さくなり、比較回路COMPの出力は“H”となり、障害物Gに所定以上接近していることが検出される。
【0054】
また、センサSの入力インピーダンスが変化し、その変化がインピーダンスZ1 に加えられ、発振回路の共振周波数fが変化するよりも速く、障害物Gに急激に接近したとき、検波回路1で得られた直流電圧V0 が低下し、比較回路COMPの閾値電圧VT1よりも直流電圧V0 が小さくなり、比較回路COMPの出力は“H”となり、障害物Gの検出状態となる。
【0055】
この実施の形態では、障害物Gに接近した位置に停止したとき、時間の経過とともに障害物Gを検出しなくなり、その状態が環境の状態と判定するものであるが、障害物Gの検出を記憶しておくこともできる。
【0056】
図6は本発明の第二実施形態の障害物検出装置の全体回路図である。
【0057】
なお、図中、第一実施形態と同一符号及び記号は第一実施形態の構成部分と同一または相当する構成部分を示すものであるから、ここでは重複する説明を省略する。
【0058】
図6において、インピーダンスZ1 は、インダクタンスL及びキャパシタンスCからなる共振回路となっており、このインダクタンスLとしては1個のコイルを1:nの巻線比の個所で端子を出し、インダクタンスLz10 及びインダクタンスLz11 からなる単巻コイルで構成されている。インダクタンスLから引出した端子には、コンデンサCz1及び可変容量ダイオードVDの直列回路が接続されている。また、インダクタンスLの端子とコンデンサCz1との接続点には、板材または線材からなるセンサSが配設されており、また、コンデンサCz1と可変容量ダイオードVDの接続点には、発振制御回路3のオペアンプOPの出力V2 が入力されている。
【0059】
なお、この回路の動作は、基本的に第一実施形態の動作と同一であるから、その説明を省略する。
【0060】
図7は本発明の第三実施形態の障害物検出装置の全体回路図である。
【0061】
なお、図中、上記実施形態と同一符号及び記号は上記実施形態の構成部分と同一または相当する構成部分を示すものであるから、ここでは重複する説明を省略する。
【0062】
図7において、判定回路2は、一方に、所定の閾値電圧VT1を入力し、他方に検波回路1で得られた直流電圧V0 を入力し、両者を比較回路COMPで比較し、閾値電圧VT1よりも検波回路1で得られた直流電圧V0 が大きいとき、比較回路COMPの出力は“L”となり、閾値電圧VT1よりも直流電圧V0 が小さいとき、比較回路COMPの出力は“H”となる。なお、通常状態の閾値電圧VT1は直流電圧V0 よりも小さく、比較回路COMPの出力は“L”となっている。
【0063】
また、nビットアップ/ダウンカウンタ10は、比較回路COMPの出力は“L”でプリセットされている。クロック入力はカウンタ制御ロジック13のクロックスタート・ストップで開閉されるANDゲートを介して入力され、発振回路の出力を図示しない波形成形回路を介したものを使用している。また、nビットアップ/ダウンカウンタ10はカウンタ制御回路13から加算または減算指令となるカウンタ制御信号及びnビットアップ/ダウンカウンタ10を動作状態とするイネーブル信号を入力している。なお、ANDゲートのクロック信号入力は、本実施の形態では自己の発振回路の信号を使用しているが、本発明を実施する場合には、他のクロック発生器からクロック信号を入力してもよい。
【0064】
D/A変換回路11は、nビットアップ/ダウンカウンタ10のカウンタ出力を受けてアナログ出力V01を出力している。
【0065】
また、出力制御回路12は、検波回路1で得られた直流電圧V0 とD/A変換回路11からのアナログ出力V01を受けて、出力差V0 −V01を補償するもので、抵抗R35を介して可変容量ダイオードVDに加えられ、インピーダンスZ1 の共振周波数fを、一定値となるよう制御される。
【0066】
一方、検波回路1で得られた直流電圧V0 とD/A変換回路11からのアナログ出力V01は、カウンタ制御回路13に入力されており、出力差V0 −V01の極性によってnビットアップ/ダウンカウンタ10のカウンタ出力の増減を決定し、出力差V0 −V01の大きさが所定の範囲以上になったとき、nビットアップ/ダウンカウンタ10を動作状態とするイネーブル信号を出力し、かつ、ANDゲートを開き、インピーダンスZ1 ,Z2 ,Z3 で構成される発振回路から図示しない波形成形回路を介してnビットアップ/ダウンカウンタ10のクロック信号としている。
【0067】
ここで、nビットアップ/ダウンカウンタ10、D/A変換回路11、出力制御回路12、カウンタ制御回路13は、発振制御回路30を構成する。
【0068】
次に、この実施形態の障害物検出装置の動作を説明する。
【0069】
まず、人、建造物、金属等の障害物Gに近付き、徐々に環境条件が変化すると、センサSの入力インピーダンスが変化し、それが容量の変化となってインピーダンスZ1 に加えられ、発振回路の共振周波数fが変化し、検波回路1で得られた直流電圧V0 が低下し、障害物Gを検出する。ここで出力制御回路12は直流電圧V0 とD/A変換回路11からの所定の閾値電圧V01と比較し、本来の検波回路1で得られた直流電圧V0 にするために、出力制御回路12の出力V2 を変化させ、その出力V2 の変化は可変容量ダイオードVDに加えられ、インピーダンスZ1 の共振周波数fを、一定値となるよう制御される。当然、発振周波数fが一定であり、発振レベルも一定となる。センサSと障害物Gが所定の接近した位置に停止しても、検波回路1で得られた直流電圧V0 が低下し、障害物Gを検出し、それを環境の変化として補正された状態を維持する。これにより、センサSの容量が経時変化等の障害物Gに寄与しない変化を、自動的に補正することができる。また、センサSの大きさに起因する初期容量は、並列共振回路への結合量を可変することで任意に設定できる。
【0070】
しかし、障害物Gに所定以上に近づくと、センサSの入力インピーダンスが変化し、その結果、容量の変化となってインピーダンスZ1 に加えられ、発振回路の共振周波数fが変化し、周波数条件が満たされなくなり、発振が停止したり発振レベルが急激に低下する。これにより、検波回路1で得られた直流電圧V0 も低下し、判定回路2を構成する比較回路COMPの閾値電圧VT1よりも直流電圧V0 が小さくなり、比較回路COMPの出力は“H”となり、障害物Gの検出状態となる。
【0071】
同時に、nビットアップ/ダウンカウンタ10をプリセットし、検波回路1で得られた直流電圧V0 とD/A変換回路11からのアナログ出力V01は、カウンタ制御回路13に入力され、出力差V0 −V01の極性によってnビットアップ/ダウンカウンタ10のカウンタ出力の増減を決定し、出力差V0 −V01の絶対値の大きさが所定の範囲以上のとき、nビットアップ/ダウンカウンタ10を動作状態とするイネーブル信号を出力し、かつ、ANDゲートを開き、インピーダンスZ1 ,Z2 ,Z3 で構成される発振回路から図示しない波形成形回路を介してnビットアップ/ダウンカウンタ10のクロック信号としている。出力差V0 −V01によってnビットアップ/ダウンカウンタ10が計数を行い、nビットアップ/ダウンカウンタ10の計数値はD/A変換回路11によってアナログ値に変換され、出力差V0 −V01が所定の値以下になるまでnビットアップ/ダウンカウンタ10が計数を行い、そのnビットアップ/ダウンカウンタ10の計数値はD/A変換回路11によってアナログ値に変換され、所定の出力差V0 −V01、例えば、V0 −V01が略零になったとき、nビットアップ/ダウンカウンタ10による制御を停止する。
【0072】
この状態で、例えば、V0 >V01になったとき、発振回路は発振周波数fで再度発振を継続し、この間にnビットアップ/ダウンカウンタ10はプリセットされnビットアップ/ダウンカウンタ10は初期値に戻る。
【0073】
しかし、この状態で、例えば、V0 >V01にならないとき、発振回路は発振周波数fで発振できなくなり、nビットアップ/ダウンカウンタ10は停止状態となり、センサSと障害物Gが接近した検出状態を維持する。即ち、センサSと障害物Gが接近した障害物検出状態が維持される。
【0074】
この実施の形態では、nビットアップ/ダウンカウンタ10を用いて、D/A変換回路11からのアナログ出力V01の精度を高くしている。しかし、本発明を実施する場合には、最小カウンタ値に設定することもできる。しかし、このときには、回路的に簡単化することもできる。
【0075】
図8は本発明の第四実施形態の障害物検出装置の全体回路図である。
【0076】
なお、図中、上記実施形態と同一符号及び記号は上記実施形態の構成部分と同一または相当する構成部分を示すものであるから、ここでは重複する説明を省略する。
【0077】
図8において、判定回路2は、一方に、所定の閾値電圧VT1を入力し、他方に検波回路1で得られた直流電圧V0 を入力し、両者を比較回路COMPで比較し、閾値電圧VT1よりも検波回路1で得られた直流電圧V0 が大きいとき、比較回路COMPの出力は“L”となり、閾値電圧VT1よりも直流電圧V0 が小さいとき、比較回路COMPの出力は“H”となる。なお、通常状態の閾値電圧VT1は直流電圧V0 よりも小さく、比較回路COMPの出力は“L”となっている。
【0078】
また、ラッチ回路20は、比較回路COMPの出力は“L”でリセットされている。ラッチ回路20は、そのセットまたはリセットによって選択回路21の切替を行う。ラッチ回路20のセット信号は、一方に、所定の閾値電圧VT2を入力し、他方に検波回路1で得られた直流電圧V0 を入力し、両者を比較回路COMP2で比較し、閾値電圧VT2よりも検波回路1で得られた直流電圧V0 が小さいとき、比較回路COMP2の出力は“L”でセット信号となり、閾値電圧VT2よりも直流電圧V0 が大きいとき、比較回路COMP2の出力は“H”となる。なお、通常状態の閾値電圧VT2は直流電圧V0 よりも大きく、比較回路COMPの出力は“L”となっている。ここで、検波回路1で得られた直流電圧V0 と閾値電圧VT1、閾値電圧VT2との関係は、V0 >VT1>VT2である。
【0079】
選択回路21は、ラッチ回路20がリセット状態のとき、その出力を出力V02とし、ラッチ回路20がセット状態のとき、その出力を出力V03として、出力制御回路22の入力としている。ここで、検波回路1で得られた直流電圧V0 と閾値電圧VT1、閾値電圧VT2との関係及び選択回路21の出力の関係は、V02>VT1>V03>VT2である。
【0080】
また、出力制御回路22は、検波回路1で得られた直流電圧V0 と選択回路21の出力V02または出力V03を受けて、出力差V0 −V02または出力差V0 −V03を補償するもので、それが抵抗R35を介して可変容量ダイオードVDに加えられ、インピーダンスZ1 の共振周波数fを、一定値となるよう制御される。
【0081】
障害物Gがないとき、或いはその影響が少ないとき、ラッチ回路20がリセット状態で、出力制御回路22の入力は選択回路21の出力は出力V02で、検波回路1で得られた直流電圧V0 との関係は、検波回路1で得られた直流電圧V0 と閾値電圧VT1、閾値電圧VT2との関係及び選択回路21の出力の関係は、V0 ≒V02>VT1>V03>VT2である。
【0082】
まず、人、建造物、金属等の障害物Gに近付き、徐々に環境条件が変化すると、センサSの入力インピーダンスが変化し、それが容量の変化となってインピーダンスZ1 に加えられ、発振回路の共振周波数fが変化し、検波回路1で得られた直流電圧V0 が低下し、障害物Gを検出する。ここで出力制御回路22は直流電圧V0 と選択回路21からの所定の閾値電圧V02と比較し、本来の検波回路1で得られた直流電圧V0 にするために、出力制御回路22の出力V2 を変化させ、その出力V2 の変化は可変容量ダイオードVDに加えられ、インピーダンスZ1 の共振周波数fを、一定値となるよう制御される。このように、発振周波数fが一定であり、発振レベルも一定となる。センサSと障害物Gが所定の接近した位置に停止しても、検波回路1で得られた直流電圧V0 が低下し、障害物Gを検出し、それを環境の変化として補正された状態を維持する。これにより、センサSの容量が経時変化等の障害物Gに寄与しない変化を、自動的に補正することができる。また、センサSの大きさに起因する初期容量は、並列共振回路への結合量を可変することで任意に設定できる。
【0083】
しかし、障害物Gに所定以上に近づくと、センサSの入力インピーダンスが変化し、その結果、容量の変化となってインピーダンスZ1 に加えられ、発振回路の共振周波数fが変化し、周波数条件が満たされなくなり、発振が停止したり発振レベルが急激に低下する。これにより、検波回路1で得られた直流電圧V0 も低下し、判定回路2を構成する比較回路COMPの閾値電圧VT1よりも直流電圧V0 が小さくなり、比較回路COMPの出力は“H”となり、障害物Gの検出状態となる。
【0084】
更に、発振レベルが低下し、直流電圧V0 が比較回路COMP2の閾値電圧VT2 よりも小さくなると、比較回路COMP2の出力が“L”となり、ラッチ回路20はセットされ、その出力によって選択回路21からの出力は出力V03に切替えられ、検波回路1で得られた直流電圧V0 と選択回路21からの出力V03は、出力制御回路22に入力されており、出力差V0 −V03のによって出力V2 を得て、その出力V2 の変化は可変容量ダイオードVDに加えられ、インピーダンスZ1 の共振周波数fを、一定値となるよう制御される。所定の出力差V0 −V03、例えば、V0 −V03が略零になったとき、発振回路は発振周波数fで再度発振を継続し、センサSと障害物Gが接近した検出状態を維持する。即ち、センサSと障害物Gが接近した障害物検出状態が維持される。しかし、この状態で、例えば、直流電圧V0 が比較回路COMPの閾値電圧VT1よりも大きくなると、ラッチ回路20はリセットされ初期値に戻る。
【0085】
しかし、この状態で、例えば、V0 −V01が略零にならないとき、発振回路は発振周波数fで発振できなくなり、ラッチ回路20はリセット状態を維持し、センサSと障害物Gが接近した検出状態を維持する。即ち、センサSと障害物Gが接近した障害物検出状態が維持される。
【0086】
このように、本実施の形態における障害物検出装置は、障害物Gに接近すると発振回路のアンテナとしてのセンサSの周囲の媒介定数が変化し、センサSの入力インピーダンスの変化によって共振周波数を変化させるインピーダンスZ1 と他の2個のインピーダンスZ2 ,Z3 と共に形成する発振回路と、前記発振回路からの発振レベルの低下を判定回路2で検出して、発振制御回路3で前記発振レベルの低下に対応して前記発振回路を形成するインピーダンスを変化させ、前記発振回路3の発振周波数を所定の周波数領域内とし、所定の発振レベルが維持できるか否かで障害物Gの検出を行うものであり、これを請求項に対応する実施の形態とすることができる。
【0087】
したがって、アンテナとして機能するセンサSの入力インピーダンスは、自由空間と異なる媒質が接近すると変化し、この入力インピーダンスの変化を、発振周波数を補償できるコンデンサCz1と可変容量ダイオードVDからなる共振回路に加え、発振レベルの変化のみで障害物Gが検出できるものであるから、電圧レベルの単位時間当たりの変化量の大きさを判定し、障害物Gを検出することができる。或いは電圧レベルの所定量の低下を判定し、障害物Gを検出することができる。本発明者等の実験によれば、アンテナとして機能するセンサSのインピーダンスの変化で検出するものであるから、40cm前後の障害物Gの検出距離が維持でき、簡単な回路でそれが実現できる。そして、センサSの容量が経時変化等障害物の寄与でない場合の変化を、自動的に補正することができる。センサSの大きさに起因する初期の容量は、並列共振回路への結合量を可変することで任意に設定できる。
【0088】
また、この実施の形態においては、直列接続されたインピーダンスZ2 及びインピーダンスZ3 と、前記インピーダンスZ2 及びインピーダンスZ3 の両端子に接続されたインピーダンスZ1 によって発振条件を定め、同じ極性とするインピーダンスZ1 及びインピーダンスZ3 の共振回路を有する発振回路と、前記共振回路のインピーダンスZ3 は、共振周波数をf3 、回路のQファクタをQ3 とし、また、インピーダンスZ1 は、共振周波数をf1 、回路のQファクタをQ1 とするとき、f1 >f3 で、かつ、Q3 >Q1 となるように、インピーダンスZ3 は電気的機械振動子とし、インピーダンスZ1 はコイルとコンデンサで形成し、前記発振回路の発振周波数を所定の周波数領域内とし、所定の発振レベルが維持できるか否かで障害物Gの検出を行うものであり、これを請求項に対応する実施の形態とすることができる。
【0089】
即ち、共振回路のインピーダンスZ3 を共振周波数をf3 、回路のQファクタをQ3 とし、インピーダンスZ1 を共振周波数をf1 、回路のQファクタをQ1 としたとき、f1 >f3 とすることにより、周波数の調整領域の幅を持たせ、その調整範囲を広くし、かつ、Q3 >Q1 とすることにより、周波数f1 を変更してもQ1 の変化を少なくする。当然、周波数f1 を変更してもQ1 の変化を少なくする回路のQファクタとしてはQ3 >>Q1 が好適である。
【0090】
したがって、アンテナとして機能するセンサの入力インピーダンスは、自由空間と異なる媒質が接近すると変化し、この入力インピーダンスの変化を、発振周波数を補償できる共振回路に加え、発振レベルの変化のみで障害物Gが検出できるから、電圧レベルの単位時間当たりの変化量の大きさを判定し、障害物Gを検出することができる。故に、アンテナとして機能するセンサSのインピーダンスの変化で検出するものであるから、40cm前後の障害物Gの検出距離が維持でき、簡単な回路でそれが実現できる。そして、センサSの容量が経時変化等障害物の寄与でない場合の変化を、自動的に補正することができる。センサSの大きさに起因する初期の容量は、並列共振回路への結合量を可変することで任意に設定できる。
【0091】
そして、この実施の形態においては、前記発振回路の発振レベルが一定となるようインピーダンスZ3 の共振周波数f3 と、インピーダンスZ1 の共振周波数f1 との共振周波数の差を制御するものであり、これを請求項に対応する実施の形態とすることができ、発振回路の発振周波数の制御及びそれによる発振レベルが既知となり、発振回路の発振制御が容易になる。
【0092】
更に、この実施の形態においては、発振回路のインピーダンスZ1 に、センサSと障害物Gで形成されるコイルLとコンデンサCのインピーダンスに加え、発振周波数を変化させることなく、発振レベルの変化に変換するものであるから、発振回路の周波数特性に左右されることなく、発振レベルの変化速度及び変化量の大きさによって障害物Gの検出ができる。
【0093】
更にまた、この実施の形態においては、インピーダンスZ1 に加える静電容量の変化は、並列共振回路のコイルに結合されている可変容量ダイオードVDによって行うものであるから、前記並列共振回路の相互インダクダンスとして設定でき回路設計の自由度が高くなる。
【0094】
ところで、この実施の形態においては、インピーダンスZ1 のコイルLに可変容量ダイオードVDを並列接続し、機械的変位を使用することなく静電容量の変化を得ているが、本発明を実施する場合には、発振制御回路3の出力を可変コンデンサの可変出力、または、可変リアクタンスの可変出力とすることができる。
【0095】
また、この実施の形態においては、障害物Gの接近に伴うこの入力インピーダンスの変化を、発振周波数を一定として発振レベルの変化として検出するとき、センサの入力インピーダンスの変化を図6では共振回路コイルの2次側に加えたが、図7のように中間タップに加えても同様に使用できる。
【0096】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の障害物検出装置は、障害物に接近すると、その入力インピーダンスが変化するセンサの入力インピーダンスの変化によって共振周波数を変化させるインピーダンスと他の2個のインピーダンスと共に形成する発振回路と、前記発振回路からの発振レベルの低下を検出して、発振制御回路で前記発振レベルの低下に対応して前記発振回路を形成するインピーダンスを変化させ、前記発振回路の発振周波数を所定の周波数領域内とし、所定の発振レベルが維持できるか否かで障害物の検出を行うものである。
【0097】
したがって、アンテナとして機能するセンサの入力インピーダンスは、自由空間と異なる媒質が接近すると変化し、この入力インピーダンスの変化を、発振周波数を補償できる共振回路に加え、発振レベルの変化のみで障害物が検出できるものであるから、電圧レベルの単位時間当たりの変化量の大きさを判定し、障害物を検出することができる。故に、40cm前後の障害物の検出距離が維持でき、簡単な回路で実現できる。
【0098】
請求項2の障害物検出装置は、直列接続されたインピーダンスZ2 及びインピーダンスZ3 と、前記インピーダンスZ2 及びインピーダンスZ3 の両端子に接続されたインピーダンスZ1 によって発振条件を定め、同じ極性とするインピーダンスZ1 及びインピーダンスZ3 の共振回路を有する発振回路を具備し、前記インピーダンスZ3 を、共振周波数をf3 、回路のQファクタをQ3 とし、また、前記インピーダンスZ1 を、共振周波数をf1 、回路のQファクタをQ1 とするとき、f1 >f3 で、かつ、Q3 >Q1 となるように、インピーダンスZ3 は電気的機械振動子とし、インピーダンスZ1 はコイルとコンデンサで形成し、前記発振回路の発振周波数を所定の周波数領域内とし、所定の発振レベルが維持できるか否かで障害物の検出を行うものである。
【0099】
したがって、アンテナとして機能するセンサの入力インピーダンスは、自由空間と異なる媒質が接近すると変化し、この入力インピーダンスの変化を、発振周波数を補償できる共振回路に加え、発振レベルの変化のみで障害物が検出できるから、電圧レベルの単位時間当たりの変化量の大きさを判定し、障害物を検出することができる。故に、40cm前後の障害物の検出距離が維持でき、簡単な回路で実現できる。
【0100】
請求項3の障害物検出装置は、前記発振回路はその発振レベルが一定となるようインピーダンスZ1 の誘導性と容量性の並列回路の各共振周波数の差を制御するものであるから、請求項2の効果に加えて、発振回路の発振周波数の制御及びそれによる発振レベルが既知となり、制御が容易になる。
【0101】
請求項4の障害物検出装置は、前記発振回路のインピーダンスZ1 に、センサと障害物で形成される静電容量を加え、発振周波数を変化させることなく、発振レベルの変化に変換するものであるから、請求項2の効果に加えて、発振回路の周波数特性に左右されることなく、障害物検出ができる。
【0102】
請求項5の障害物検出装置は、前記インピーダンスZ1 に加える静電容量の変化は、並列共振回路のコイルに結合されているものであるから、請求項2の効果に加えて、前記並列共振回路の相互インダクダンスとして設定でき回路設計の自由度が高くなる。
【0103】
請求項6の障害物検出装置は、前記センサと前記障害物とが所定以上接近したとき、前記障害物の検出状態を保持するものであるから、請求項1の効果に加えて、障害物検出装置の動作が確認でき、それ以上に接近させるような無理な移動には応答しなくなる。
【0104】
請求項7の障害物検出装置は、前記センサと前記障害物とが所定以上接近したとき、前記発振回路の発振を停止させ障害物の検出状態を保持するものであるから、請求項2乃至請求項5の何れか1つに記載の効果に加えて、障害物検出装置の動作が確認でき、それ以上に接近させるような無理な移動には応答しなくなり、かつ、その検出によって発振が停止し、無用な電力消費がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は本発明の第一実施形態の障害物検出装置を説明するための公知の発振回路の基本的原理説明図である。
【図2】 図2は本発明の第一実施形態の障害物検出装置を説明するためのハートレー型発振回路の基本的原理説明図である。
【図3】 図3は図2のインピーダンスZ3 の等価回路図である。
【図4】 図4は図3の周波数とリアクタンスとの関係を示す特性図である。
【図5】 図5は本発明の第一実施形態の障害物検出装置の全体回路図である。
【図6】 図6は本発明の第二実施形態の障害物検出装置の全体回路図である。
【図7】 図7は本発明の第三実施形態の障害物検出装置の全体回路図である。
【図8】 図8は本発明の第四実施形態の障害物検出装置の全体回路図である。
【図9】 図9は第1の従来例の自動車の障害物検出装置の原理図である。
【図10】 図10は第2の従来例の自動車の障害物検出装置の原理図である。
【図11】 図11は第3の従来例の自動車の障害物検出装置の原理図である。
【符号の説明】
FET 電界効果型トランジスタ
Z1 インピーダンス
Z2 インピーダンス
Z3 インピーダンス
COMP 比較回路
COMP2 比較回路
OP オペアンプ
VD 可変容量ダイオード
L インダクタンス
C コンデンサ
1 検波回路
2 判定回路
3,30 発振制御回路[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to an obstacle detection apparatus for automobiles, and more particularly to an obstacle detection apparatus for detecting obstacles that obstruct the movement of automobiles such as people, objects, buildings, and metals using an antenna. It is.
[0002]
[Prior art]
Examples of conventional techniques for detecting obstacles in automobiles include techniques disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-115384, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-111983, Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-233390, and US Pat. No. 3,698,814. be able to.
[0003]
All of the conventional techniques of this type relate to an obstacle detection device for automobiles, and the detection principle is summarized in FIGS.
[0004]
FIG. 9 is a diagram showing the principle of an obstacle detection device for automobiles disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-111983. FIG. 10 is a diagram showing the principle of an obstacle detection device for automobiles disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-115384. FIG. 11 is a diagram showing the principle of an obstacle detection device for automobiles disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-233390.
[0005]
In FIG. 9, the output of the oscillation circuit OSC is connected to a series circuit composed of a resistor R1 and a capacitor C1, and when the electrode plate A having the area So is used as a sensor, the electrode plate is determined by the presence or absence of the obstacle G and the distance Dw. An electrostatic capacitance (capacitor) C1 which is a stray capacitance between A and the obstacle G is formed. The capacitance C1 becomes the capacitor C1 constituting the above-described series circuit. The terminal voltage of the capacitor C1 changes due to the capacitance change of the capacitor C1, and the obstacle G is detected by this voltage change. Here, when stray capacitance or its capacitance is meant, it is described as capacitance, and when it has a constant meaning as a circuit element, it is described as a capacitor, but basically both have the same meaning.
[0006]
If the capacitance C1 generally formed is an area where the obstacle G approximates the electrode plate A of the sensor, the capacitance C1 is expressed by εo · εr · S / Dw. Where εo is the dielectric constant in vacuum and εr is the relative dielectric constant of the medium.
[0007]
However, the relative dielectric constant εr of the medium changes due to environmental conditions such as the weather, and the terminal voltage level of the capacitor C1 varies.
[0008]
Therefore, in the technique shown in FIG. 10, a series resistance consisting of a capacitance C2 and a resistance R2 that change under the same conditions is prepared for changes in the capacitance C1 due to environmental conditions. If the relative dielectric constant εr of the medium changes, the terminal voltage of the capacitor C2 also changes. Therefore, the output of the oscillation circuit OSC is connected to a bridge composed of a series circuit consisting of a resistor R1 and a capacitor C1, and a series circuit consisting of a resistor R2 and a capacitor C2 with air or the like interposed between electrodes as environmental conditions. Obstacles are detected by the potential difference.
[0009]
The technique shown in FIG. 11 is an example of performing another obstacle detection.
[0010]
In FIG. 11, an oscillation circuit OSC is configured with a plurality of capacitors C2, C3, C4 and a capacitance C1 determined by environmental conditions. Then, the oscillation frequency of the oscillation circuit OSC is frequency-voltage converted by the F / V conversion circuit F, and when the obstacle G approaches, the oscillation condition of the oscillation circuit OSC changes, and as a result, the oscillation frequency changes. This change is detected and the presence or absence of the obstacle G is detected.
[0011]
Further, the former detects the obstacle by determining the magnitude of the change amount, and if the automobile is left with the distance Dw being sufficiently small, the distance Dw is constant when the automobile is moved again, so that the capacitor C1 The obstacle G cannot be detected. Therefore, the voltage level immediately after the automobile is left is stored, and the magnitude of the change amount is determined from the level.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
9 and 10, when the distance Dw is "0", the capacitor C1 is infinite, the terminal voltage of the capacitor C1 is very small (infinitely small), and the obstacle G is present on the electrode plate A. In a close state, the terminal voltage will detect a very small level change.
[0013]
In order to detect such a minute level change, it is generally necessary to use an amplifier having a predetermined degree of amplification. However, when the distance Dw between the sensor electrode plate A and the obstacle G is infinite, the capacitor C1 becomes infinitely small, the terminal voltage of the capacitor C1 becomes very large, and the output of the amplifier is saturated. It is necessary to set a different value for the degree according to the value of the distance Dw. That is, a variable amplifier is required.
[0014]
Further, in the vehicle obstacle detection apparatus shown in FIG. 9 to FIG. 11, since the distance Dw is targeted for a close distance, in general, the detection is performed at a minute level, and signal processing at a minute level is performed. It is necessary to remove noise, and the number of parts of the circuit is inevitably increased.
[0015]
For example, in the conventional technique described above, the distance Dw cannot be set to 40 cm or more. In addition, the initial capacitance due to the size of the sensor increases the amount of coupling to the parallel resonant circuit, thereby reducing its detection accuracy, that is, reducing the resolution.
[0016]
On the other hand, in the technology of US Pat. No. 3,688,814, a loop antenna made of metal as a sensor is connected to the other end of a coil whose one end is grounded. On the other hand, a metal foil is installed at the upper end of the window frame that is controlled to move up and down by the motor, and the capacitance formed between the metal foil and the loop antenna is detected. . This type of technology cannot detect this capacitance unless it is in close proximity or contact. This is because the formed capacitance has a very small equivalent area compared to the electrode area for attachment. In addition, it is impossible to distinguish between environmental changes (temperature, humidity, etc.) and obstacle approach.
[0017]
In general, the oscillation condition of the oscillation circuit OSC needs to satisfy both the condition related to amplitude and the condition related to frequency. However, when the obstacle G approaches the electrode plate A, the frequency changes and the amplitude also changes. Further, when the two conditions cannot be satisfied, the oscillation is stopped.
[0018]
In particular, the technique of FIG. 11 uses an F / V conversion circuit F that changes a change in frequency to a voltage level. Generally, the F / V conversion circuit F corresponds to a change in frequency when the amplitude is constant. Although voltage output is obtained, if the amplitude and frequency change simultaneously, even if the distance Dw to the obstacle G is constant, the level of the obtained signal after F / V conversion is accompanied by fractionation. Judgment that considers uncertainty is required. Furthermore, it is necessary to remove frequency and amplitude changes due to the influence of environmental conditions such as temperature and humidity, and the influence of ambient conditions, that is, to eliminate the fractation caused by these influences from the voltage output after F / V conversion. It becomes. This type of response is possible with the current technology, but considering the mass productivity and cost, the value of the product will be poor if fields such as measuring instruments are excluded. Further, since the detection of the obstacle G immediately after the power is turned on is performed after the zero point correction, a delay time is involved.
[0019]
In this way, the value of the capacitance (capacitor C1) formed by the electrodes constituting the sensor and the obstacle and its change are generally very small, resulting in a detection distance on the order of several centimeters. If this capacitance is used as part of the oscillation constant of the oscillation circuit OSC, the oscillation frequency and amplitude both vary as the obstacle approaches, and the determination becomes complicated.
[0020]
Therefore, an object of the present invention is to provide an obstacle detection device that can detect an obstacle at a distance of about 40 cm and can realize it with a simple circuit.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
The obstacle detection device according to
[0022]
The obstacle detection device according to
[0023]
The obstacle detection apparatus according to
[0024]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an obstacle detection device for adding an impedance of a capacitor formed by a sensor and an obstacle to the impedance Z1 of the oscillation circuit and converting it into a change in oscillation level without changing the oscillation frequency. is there.
[0025]
In the obstacle detection device according to the fifth aspect, the change in capacitance applied to the impedance Z1 is performed by a variable capacitance diode coupled to a coil of a parallel resonance circuit.
[0026]
The obstacle detection device according to a sixth aspect of the invention holds the detection state of the obstacle when the sensor and the obstacle are closer than a predetermined distance.
[0027]
According to a seventh aspect of the present invention, the obstacle detection device stops the oscillation of the oscillation circuit and holds the obstacle detection state when the sensor and the obstacle are approached by a predetermined distance or more.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0029]
FIG. 1 is a diagram illustrating the basic principle of a known oscillation circuit for explaining an obstacle detection device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is an oscillation circuit diagram using an FET, and FIG. An oscillation circuit diagram using a transistor, (c) is an equivalent circuit diagram.
[0030]
Here, the principle will be described with the circuit using the FET shown in FIG. 4A, but the basic operation is the same for the transistor.
[0031]
The oscillation circuit shown in FIG. 1A includes an impedance Z2 connected between a drain D and a gate G of a field effect transistor (hereinafter simply referred to as “FET”), and a connection between a source S and a gate G of the FET. Oscillation conditions are determined by the impedance Z3 and the impedance Z1 connected between the terminals of the impedance Z2 and impedance Z3, that is, between the drain D and source S of the FET.
[0032]
As shown in FIG. 1C, this equivalent circuit can be expressed as an equivalent circuit using a mutual conductance gm and a drain resistance rd as a combination of the amplifier circuit A and the feedback circuit F. In order to clarify the principle, the grounded source type is used, the gate resistance RG is assumed to be sufficiently large and omitted from the equivalent circuit, and the impedances Z1, Z2, and Z3 are pure imaginary numbers.
[0033]
The oscillation condition at this time is obtained as follows.
[0034]
The left side of equation (1) is a real number and an amplitude condition, and the right side is an imaginary number and a frequency condition.
[0035]
rd · gm · Z1 · Z3 + Z1 · Z3 + Z1 · Z2 ≤ 0 (2)
Z1 + Z2 + Z3 = 0 (3)
Here, Expression (2) relates to amplitude, and Expression (3) is a condition corresponding to a change in frequency. It can be seen from equations (2) and (3) that the amplitude changes as the frequency changes. In general, impedance Z1 and Z3 are inductive, impedance Z2 is capacitive and Hartley type, and the opposite impedance Z1 and Z3 is capacitive and impedance Z2 is inductive is called Colpitts type. ing.
[0036]
When implementing the present invention, either the Hartley type or the Colpitts type can be used, but here, the explanation will be made in the case of the Hartley type.
[0037]
Further, the oscillation circuit using the transistor TR in FIG. 1B is also substantially the same in operation, and the description thereof is omitted.
[0038]
FIG. 2 is a diagram illustrating the basic principle of a Hartley oscillation circuit for explaining the obstacle detection device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the impedance Z3 in FIG. 2, and FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the frequency and reactance in FIG.
[0039]
In FIG. 2, a resistor RG is a resistor for DC bias of the gate G of the FET, a resistor Rs is a resistor for DC bias of the source S of the FET, and capacitors Cs and Cc are capacitors for bypassing. Therefore, the factors that determine the oscillation conditions are impedances Z1, Z2, and Z3. In this embodiment, the impedance Z2 is capacitive, that is, the capacitor Cdg, and the impedance Z3 is inductive consisting of a crystal resonator or the like. The impedance Z1 is formed by a resonance circuit composed of an inductive and capacitive inductance L and a capacitor C.
[0040]
As shown in the equivalent circuit of FIG. 3, the impedance Z3 is represented by a series circuit composed of a resistor R3, a capacitor C3 and a reactance L3, and a capacitor C0 connected in parallel to the circuit. The resonance frequency f3s of the series circuit composed of the resistor R3, the capacitor C3 and the reactance L3 is
f3s = 1 / 2π√ (L3 · C3)
The resonance frequency f3p of the parallel circuit is
f3s = 1 / 2π√ {(L3 · C3 · C0) / (C3 + C0)}
It becomes. That is, as shown by the solid line in FIG. 4, the inductivity is between the resonance frequency f3s and the resonance frequency f3p.
[0041]
Thus, it can be seen that if the reactance of the impedance Z1 indicated by the broken line in FIG. 5 is inductive, oscillation occurs between the frequency f3s and the frequency f3p. That is, if the resonance frequency f1 = 1 / 2π√ (L · C) of the impedance Z1 is adjusted to f1> f3p and f1> f3s, oscillation will occur.
[0042]
In general, the Q factor of an electromechanical vibrator is very large, and the resonance frequency f3p≈f3s. If this oscillation frequency f3, the oscillation frequency f1 of the oscillation circuit is f1> f3, the equation (3) is obtained. Satisfies and oscillates at the oscillation frequency f3 in the range of an arbitrary frequency difference Δf = f1−f3 satisfying the expression (2). That is, if the oscillation frequency is fixed, a change in the oscillation level can be detected. However, since the frequency difference Δf satisfying Expression (2) has a predetermined frequency range, the oscillation level does not become a constant value.
[0043]
Therefore, the resonance frequency f1 of the impedance Z1 constituting the resonance circuit is changed within a range satisfying the expression (3) of the frequency condition, that is, f1> f3, and the oscillation level V0 is always kept constant to change the oscillation level. Is detected and the obstacle G is detected when it is removed.
[0044]
FIG. 5 is an overall circuit diagram of the obstacle detection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
[0045]
In FIG. 5, an impedance Z2 connected between the drain D and the gate G of the FET is a capacitor Cz2, an impedance Z3 consisting of a crystal resonator XTAL connected between the source S and the gate G of the FET, the impedance Z2 and the impedance. The oscillation condition is determined by the impedance Z1 connected between both terminals of Z3, that is, between the drain D and source S of the FET. These FET, impedance Z1, impedance Z2 and impedance Z3 constitute an oscillation circuit. The basic circuit configuration is the same as that of the circuit shown in FIG.
[0046]
The
[0047]
The
[0048]
In the
[0049]
The impedance Z1 is a resonance circuit composed of an inductance L and a capacitance C. The inductance L is constituted by a mutual inductance having a winding ratio of 1: n. A capacitor C is connected to the winding
[0050]
Next, the operation of the obstacle detection device of this embodiment will be described.
[0051]
First, when approaching an obstacle G such as a person, a building, or a metal, the median constant around it changes, the input impedance of the sensor S functioning as an antenna changes, and this changes the capacitance, resulting in an impedance Z1. In addition, the resonance frequency f of the oscillation circuit changes, the DC voltage V0 obtained by the
[0052]
Further, when the sensor S and the obstacle G are stopped at a close position, the DC voltage V0 obtained by the
[0053]
On the other hand, when the obstacle G approaches a predetermined value or more, the impedance of the sensor S functioning as an antenna changes, and as a result, it changes in capacitance and is added to the impedance Z1, and the resonance frequency f of the oscillation circuit is changed. The frequency condition formula (3) is not satisfied and oscillation stops. As a result, the DC voltage V0 obtained by the
[0054]
Further, when the input impedance of the sensor S changes, the change is added to the impedance Z1, and the resonance frequency f of the oscillation circuit fluctuates faster than when it approaches the obstacle G, the
[0055]
In this embodiment, when the vehicle stops at a position close to the obstacle G, the obstacle G is not detected as time passes, and the state is determined as an environmental state. You can also remember it.
[0056]
FIG. 6 is an overall circuit diagram of the obstacle detection apparatus according to the second embodiment of the present invention.
[0057]
In the figure, the same reference numerals and symbols as those in the first embodiment denote the same or corresponding components as those in the first embodiment, and therefore, duplicate description is omitted here.
[0058]
In FIG. 6, the impedance Z1 is a resonance circuit composed of an inductance L and a capacitance C. As the inductance L, one coil is connected to a terminal at a winding ratio of 1: n, and the inductance Lz10 and the inductance L It is composed of a single-winding coil made of Lz11. A terminal extracted from the inductance L is connected to a series circuit of a capacitor Cz1 and a variable capacitance diode VD. A sensor S made of a plate or wire is disposed at the connection point between the terminal of the inductance L and the capacitor Cz1, and the connection point of the
[0059]
Since the operation of this circuit is basically the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
[0060]
FIG. 7 is an overall circuit diagram of the obstacle detection apparatus according to the third embodiment of the present invention.
[0061]
In the drawings, the same reference numerals and symbols as those in the above embodiment indicate the same or corresponding components as those in the above embodiment, and therefore, duplicate description is omitted here.
[0062]
In FIG. 7, a
[0063]
In the n-bit up / down
[0064]
The D /
[0065]
The
[0066]
On the other hand, the DC voltage V0 obtained by the
[0067]
Here, the n-bit up / down
[0068]
Next, the operation of the obstacle detection device of this embodiment will be described.
[0069]
First, when approaching an obstacle G, such as a person, a building, or a metal, and the environmental conditions gradually change, the input impedance of the sensor S changes, which is changed in capacitance and added to the impedance Z1, and the oscillation circuit The resonance frequency f changes, the DC voltage V0 obtained by the
[0070]
However, when the obstacle G approaches a predetermined value or more, the input impedance of the sensor S changes, and as a result, the capacitance is changed and added to the impedance Z1, the resonance frequency f of the oscillation circuit changes, and the frequency condition is satisfied. The oscillation stops and the oscillation level drops rapidly. As a result, the DC voltage V0 obtained by the
[0071]
At the same time, the n-bit up / down
[0072]
In this state, for example, when V0> V01, the oscillation circuit continues to oscillate again at the oscillation frequency f, during which the n-bit up / down
[0073]
However, in this state, for example, when V0> V01 is not satisfied, the oscillation circuit cannot oscillate at the oscillation frequency f, the n-bit up / down
[0074]
In this embodiment, the n-bit up / down
[0075]
FIG. 8 is an overall circuit diagram of the obstacle detection apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
[0076]
In the drawings, the same reference numerals and symbols as those in the above embodiment indicate the same or corresponding components as those in the above embodiment, and therefore, duplicate description is omitted here.
[0077]
In FIG. 8, a
[0078]
The
[0079]
When the
[0080]
The
[0081]
When there is no obstacle G or when the influence is small, the
[0082]
First, when approaching an obstacle G, such as a person, a building, or a metal, and the environmental conditions gradually change, the input impedance of the sensor S changes, which is changed in capacitance and added to the impedance Z1, and the oscillation circuit The resonance frequency f changes, the DC voltage V0 obtained by the
[0083]
However, when the obstacle G approaches a predetermined value or more, the input impedance of the sensor S changes, and as a result, the capacitance is changed and added to the impedance Z1, the resonance frequency f of the oscillation circuit changes, and the frequency condition is satisfied. The oscillation stops and the oscillation level drops rapidly. As a result, the DC voltage V0 obtained by the
[0084]
Further, when the oscillation level is lowered and the DC voltage V0 becomes smaller than the threshold voltage VT2 of the comparison circuit COMP2, the output of the comparison circuit COMP2 becomes "L", the
[0085]
However, in this state, for example, when V0-V01 does not become substantially zero, the oscillation circuit cannot oscillate at the oscillation frequency f, the
[0086]
As described above, in the obstacle detection device according to the present embodiment, when the obstacle G approaches the obstacle G, the median constant around the sensor S as the antenna of the oscillation circuit changes, and the resonance frequency changes due to the change in the input impedance of the sensor S. The oscillation circuit formed together with the impedance Z1 to be generated and the other two impedances Z2 and Z3, and a decrease in the oscillation level from the oscillation circuit is detected by the
[0087]
Accordingly, the input impedance of the sensor S functioning as an antenna changes when a medium different from the free space approaches, and this change in input impedance is added to the resonance circuit composed of the capacitor Cz1 and variable capacitance diode VD capable of compensating the oscillation frequency, Since the obstacle G can be detected only by the change of the oscillation level, the magnitude of the change amount of the voltage level per unit time can be determined and the obstacle G can be detected. Or the fall of the predetermined amount of a voltage level can be determined and the obstruction G can be detected. According to the experiments by the present inventors, since the detection is performed by the change in impedance of the sensor S functioning as an antenna, the detection distance of the obstacle G around 40 cm can be maintained, and this can be realized with a simple circuit. Then, a change in the case where the capacity of the sensor S is not a contribution of an obstacle such as a change over time can be automatically corrected. The initial capacity resulting from the size of the sensor S can be arbitrarily set by varying the amount of coupling to the parallel resonant circuit.
[0088]
In this embodiment, the oscillation conditions are determined by the impedance Z2 and impedance Z3 connected in series and the impedance Z1 connected to both terminals of the impedance Z2 and impedance Z3, and the impedance Z1 and impedance Z3 have the same polarity. When the resonance frequency f3 and the circuit Q factor are Q3, and the impedance Z1 is the resonance frequency f1 and the circuit Q factor Q1. , F1> f3 and Q3> Q1, the impedance Z3 is an electromechanical vibrator, the impedance Z1 is formed of a coil and a capacitor, and the oscillation frequency of the oscillation circuit is within a predetermined frequency range. The obstacle G is detected based on whether or not the predetermined oscillation level can be maintained. A Umono may be the embodiment corresponding to this claim.
[0089]
In other words, when the impedance Z3 of the resonant circuit is the resonant frequency f3, the Q factor of the circuit is Q3, the impedance Z1 is the resonant frequency f1, and the Q factor of the circuit is Q1, the frequency is adjusted by setting f1> f3. By giving the width of the region, widening the adjustment range, and satisfying Q3> Q1, the change in Q1 is reduced even if the frequency f1 is changed. Naturally, Q3 >> Q1 is suitable as the Q factor of the circuit that reduces the change of Q1 even if the frequency f1 is changed.
[0090]
Therefore, the input impedance of the sensor that functions as an antenna changes when a medium different from the free space approaches, and this change in input impedance is added to the resonance circuit that can compensate for the oscillation frequency, and the obstacle G is changed only by the change in the oscillation level. Since it can be detected, the magnitude of the change amount of the voltage level per unit time can be determined, and the obstacle G can be detected. Therefore, since the detection is performed by the change in impedance of the sensor S functioning as an antenna, the detection distance of the obstacle G around 40 cm can be maintained, and this can be realized with a simple circuit. Then, a change in the case where the capacity of the sensor S is not a contribution of an obstacle such as a change over time can be automatically corrected. The initial capacity resulting from the size of the sensor S can be arbitrarily set by varying the amount of coupling to the parallel resonant circuit.
[0091]
In this embodiment, the difference in resonance frequency between the resonance frequency f3 of the impedance Z3 and the resonance frequency f1 of the impedance Z1 is controlled so that the oscillation level of the oscillation circuit is constant. In this embodiment, the oscillation frequency of the oscillation circuit can be controlled and the oscillation level thereby can be known, and the oscillation control of the oscillation circuit can be facilitated.
[0092]
Further, in this embodiment, the impedance Z1 of the oscillation circuit is converted into a change in the oscillation level without changing the oscillation frequency in addition to the impedance of the coil L and the capacitor C formed by the sensor S and the obstacle G. Therefore, the obstacle G can be detected by the change speed of the oscillation level and the magnitude of the change without depending on the frequency characteristics of the oscillation circuit.
[0093]
Furthermore, in this embodiment, since the change in the capacitance applied to the impedance Z1 is performed by the variable capacitance diode VD coupled to the coil of the parallel resonance circuit, the mutual inductance of the parallel resonance circuit is changed. The degree of freedom in circuit design is increased.
[0094]
By the way, in this embodiment, the variable capacitance diode VD is connected in parallel to the coil L having the impedance Z1, and the change in capacitance is obtained without using mechanical displacement. The output of the
[0095]
Further, in this embodiment, when the change in the input impedance accompanying the approach of the obstacle G is detected as a change in the oscillation level with the oscillation frequency being constant, the change in the input impedance of the sensor is shown in FIG. However, it can be used in the same manner even if it is added to the intermediate tap as shown in FIG.
[0096]
【The invention's effect】
As described above, the obstacle detection device according to
[0097]
Therefore, the input impedance of the sensor functioning as an antenna changes when a medium different from the free space approaches, and this change in input impedance is added to the resonance circuit that can compensate for the oscillation frequency, and obstacles are detected only by the change in the oscillation level. Since it is possible, the magnitude of the change amount of the voltage level per unit time can be determined to detect the obstacle. Therefore, the obstacle detection distance of about 40 cm can be maintained, which can be realized with a simple circuit.
[0098]
The obstacle detection device according to
[0099]
Therefore, the input impedance of the sensor functioning as an antenna changes when a medium different from the free space approaches, and this change in input impedance is added to the resonance circuit that can compensate for the oscillation frequency, and obstacles are detected only by the change in the oscillation level. Therefore, it is possible to detect the obstacle by determining the magnitude of the change amount of the voltage level per unit time. Therefore, the obstacle detection distance of about 40 cm can be maintained, which can be realized with a simple circuit.
[0100]
The obstacle detection device according to
[0101]
The obstacle detection device according to claim 4 converts the impedance Z1 of the oscillation circuit into a change in oscillation level without changing the oscillation frequency by adding a capacitance formed by a sensor and an obstacle. Therefore, in addition to the effect of the second aspect, the obstacle can be detected without being influenced by the frequency characteristic of the oscillation circuit.
[0102]
In the obstacle detection device according to claim 5, since the change in capacitance applied to the impedance Z1 is coupled to the coil of the parallel resonance circuit, in addition to the effect of
[0103]
The obstacle detection device according to the sixth aspect maintains the detection state of the obstacle when the sensor and the obstacle approach each other more than a predetermined distance. The operation of the device can be confirmed, and it will not respond to an unreasonable movement that brings it closer.
[0104]
The obstacle detection device according to a seventh aspect stops the oscillation of the oscillation circuit and maintains an obstacle detection state when the sensor and the obstacle approach each other more than a predetermined distance. In addition to the effect described in any one of items 5, the operation of the obstacle detection device can be confirmed, and it does not respond to an unreasonable movement that approaches the obstacle detection device, and the oscillation stops by the detection. Eliminate unnecessary power consumption.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a basic principle explanatory diagram of a known oscillation circuit for explaining an obstacle detection apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a basic principle explanatory diagram of a Hartley oscillation circuit for explaining the obstacle detection device of the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of the impedance Z3 in FIG.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between the frequency and reactance in FIG. 3;
FIG. 5 is an overall circuit diagram of the obstacle detection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an overall circuit diagram of an obstacle detection apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an overall circuit diagram of an obstacle detection apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an overall circuit diagram of an obstacle detection apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating the principle of an obstacle detection device for an automobile according to a first conventional example.
FIG. 10 is a diagram illustrating the principle of an obstacle detection device for a vehicle according to a second conventional example.
FIG. 11 is a diagram illustrating the principle of a third conventional example of an obstacle detection device for an automobile.
[Explanation of symbols]
FET Field Effect Transistor
Z1 impedance
Z2 impedance
Z3 impedance
COMP comparison circuit
COMP2 comparison circuit
OP operational amplifier
VD variable capacitance diode
L Inductance
C capacitor
1 Detection circuit
2 Judgment circuit
3,30 Oscillation control circuit
Claims (7)
前記センサの入力インピーダンスの変化によって共振周波数を変化させるインピーダンスと他の2個のインピーダンスと共に形成する発振回路と、
前記発振回路からの発振レベルの低下を検出して、前記発振レベルの低下に対応して前記発振回路を形成するインピーダンスを変化させ、前記発振回路の発振周波数を所定の周波数領域内とする発振制御回路と
を具備することを特徴とする障害物検出装置。A sensor whose input impedance changes when approaching an obstacle,
An oscillation circuit formed together with an impedance for changing a resonance frequency according to a change in an input impedance of the sensor and two other impedances;
Oscillation control that detects a decrease in the oscillation level from the oscillation circuit, changes the impedance that forms the oscillation circuit in response to the decrease in the oscillation level, and sets the oscillation frequency of the oscillation circuit within a predetermined frequency range An obstacle detection device comprising a circuit.
前記共振回路のインピーダンスZ3 は、共振周波数をf3 、その回路のQファクタをQ3 とし、また、前記共振回路のインピーダンスZ1 は、共振周波数をf1 、その回路のQファクタをQ1 とするとき、f1 >f3 で、かつ、Q3 >Q1 となるように、インピーダンスZ3 は電気的機械振動子とし、インピーダンスZ1 はコイルとコンデンサで形成したことを特徴とする障害物検出装置。An oscillation circuit having a resonance circuit of impedance Z1 and impedance Z3 having the same polarity, wherein the oscillation conditions are determined by impedance Z2 and impedance Z3 connected in series and impedance Z1 connected to both terminals of the impedance Z2 and impedance Z3. In the obstacle detection device to
The impedance Z3 of the resonance circuit has a resonance frequency f3 and the Q factor of the circuit Q3, and the impedance Z1 of the resonance circuit has a resonance frequency f1 and the circuit Q factor Q1 when f1> An obstacle detection device characterized in that the impedance Z3 is an electromechanical vibrator and the impedance Z1 is formed of a coil and a capacitor so that f3 and Q3> Q1.
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