JP4142952B2 - 同期検知に使用する障害物検知システム - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
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連邦支援研究又は開発に関する声明
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発明の背景
この発明は、光センサを用いるパワーウインドウ、パワーサンルーフ、パワードア又はパワーハッチのような自動開閉装置の作動する行程（パス）における狭隘な領域における障害物の存在を検知する方法と装置とに関し、さらに詳しくは、外光と電子音の存在下、所望の光信号を選択的に増幅する同期検知増幅器を組み込んだ光センサの使用に関するものである。

自動車の窓、サンルーフ及びスライディングドアのような開口部の開閉機構は、今では一般的にモータ駆動になっている。自動車の運転者又は同乗者に便利なように、パワウインドウには、多くの場合、運転者又は同乗者からの簡単で短い指示にしたがって開口部を自動的に開閉するコントロール主要部が備えられている。また別に、降雨センサ又は温度センサのような別個の器具からの入力に応じて開口部が自動開閉されるようになっているものもある。例えば、運転者のサイドウインドウは、ウインドウ・コントロールスイッチの一部を単にほんのちょっとの間持ち上げてから該スイッチを離すことにより、下げられた位置から完全に閉まった位置へ上がるように指令される。これをしばしば“特急閉止”特徴と言うことにする。この特徴は、また、一般的に自動車のサンルーフにも設けられている。自動車メーカーは、これらの特徴をパワードア、ハッチ又はそのようなものに設けている。このような自動開口開閉特徴は、また、種々の家庭用又は産業用設備にも利用されている。

しかしながら、便利さを与えるほかに、これらの特徴は、予期し得ない安全面での問題を誘起する。指令によってウインドウ又はドアが自動的に閉まる場合、身体の一部又は生命体に関係の無いものが開口部内に存在するかもしれない。例えば、自動ウインドウ開閉特徴部は、自動車内のペットがウインドウの外部へ頭を出しているときでも、相互に連結のレインセンサに雨が当たると作動してしまう。また別の例には、ウインドウ越し又はサンルーフ越しに子供が頭を出しているとき、運転者、同乗者又は誤って子供自身によりウインドウ又はサンルーフが閉止してしまう場合も含まれる。

パワーウインドウ又はサンルーフに捉えられて挟まれてしまう対象物を含む悲劇的な事故又は資産の損失を防ぐために、システム類が開発され、ウインドウが閉じられるように指令された状況を検知し、ある所定の時間の間は、閉じられないようになるようになっている。例えば、ウインドウが完全に閉められるまでの時間をセンサでモニタするようになっている。時間の閾値を越えると、ウインドウは、自動的に下がる。別のモニタシステムでは、ウインドウを駆動するモータに寄与する電流ドレーンをモニタする。該電流ドレーンがウインドウを閉じる操作の間、適切でない時間で所定の閾値を越えると、ウインドウが再び下がるようになっている。

このような安全システムの問題点は、安全装置がウインドウを下げたり、サンルーフ又は他の開閉装置を逆転したりする前に、間に挟まれるものが先ず最初に挟まれてしまい、ついでウインドウ又は他の閉じる装置を閉じる力を定まっていない別々の時間にわたり受けてしまう点である。人的傷害又は資産の損害は、それでも生じてしまう。これに加え、ウインドウ駆動システムに機械的欠陥が生じたり、ヒューズがとんだりすると、人又は物がとらわれたままになってしまう。

非接触物検知システムが知られており、これは、開放された領域内に介在している物の存在を検知する。このようなシステムには、例えば、セキュリティシステムやガレージ扉安全インターロック装置が含まれ、開放された空間を横切る光線の遮断を検知する。ウインドウ、サンルーフ及びサウライディングドアのような自動開閉部材を有する自動車の開口部に別のシステムが使用され、それぞれの開口部に近接又は横切る介在する物を検知するようになっている。したがって、開口部開閉部材の望ましくない動きは、指や腕などが閉まりつつある開口部に突き出ているとき阻止されるようになっている；閉止部材は、介在するものに接触しなくても検知すべきものを検知できる。

このような対象物検知システムは、一般的には、反射された信号のマグニチュードを計測し、介在するものが存在するか、存在していないかを決定する。光エミッタ（発光源）から発光された光線を光学システムでモニターすべき開口部に横断させる。開口部になにも介在していなければ、前記開口部の対向側から発光された光線の少なくとも一部が反射されることになる。適当に配置された受光器が反射された光線を受け、この反射された光線の強度を示す出力信号を出す。通常、対向する側からの反射は、強度がうまく定められた反射信号となって受光器へ戻る。また別に、投射された光線は、その向きで相手とするものに対しかすめたり、全く当たらないことがあり、そのような場合には、前記開口部に介在するものが存在していないものとして僅かな光エネルギーが戻るか、光エネルギーは、一切戻らない。光線が通るパスに介在するものが存在していれば、反射される光線の強度が変化し、検出器の出力信号において反射される条件が変化する。このように、モニターされる開口部に、ものが介在しているときの検出器の出力信号は、ものが介在していないときの検出器出力信号と相違する。介在するものの反射力と開口部の環境下の反射率特性とに基づいて、検出器出力信号は、前記検出器からのノミナルの出力信号よりも高かったり、低かったりする。

しかしながら、これらの光学システムは、太陽光ならびに頭上からの蛍光灯照明及び白熱灯照明のような周囲の光による干渉に対し無防備なものである。従来技術による解決策には、いくつかの論理回路を一緒に組み合わせてなる同期検出器及び“判断回路”の使用が含まれている。しかしながら、これらの判断回路は、依然として太陽光の干渉を受ける。さらに加えて、これらの判断回路には、一般的に、それぞれがいくつかのディタル論理回路を含む幾つかの工程が含まれている。これらの判断回路には、多数の部品類が関連していて、これらの部品類が電力をいたずらに消耗したり、熱を発散させたりし、さらにまた、介在もの検知回路に関連するコストが高くなる。

したがって、周囲から光が当たっても、受ける光線信号の変化を測定し、この測定においては、介在するものに関係しない信号の部分をキャンセルするようにして、較正又は初期化することにより、介在ものの存在を検知する装置と方法とを提供できることが望ましい。このような装置は、従来技術に比較し部品の使用数を減らし、省電力ではあるが、周囲の光の影響度を少なくし、精度を向上できることが好ましい。

発明の概略説明
同期検知と周囲の光と電子ノイズとからの所望の光学信号を分離する積分器ならびに開口部における介在ものに関連しない周囲の特徴物からのモデュレートされたエネルギーをキャンセルする手段を活用する光学センサにより介在ものを検知するための方法と装置とが記載されている。

一つの実施の態様においては、前記システムには、光エミッタを駆動する変調器と第１及び第２の変調信号それぞれで転換される増幅器とが含まれている。光検出器が締め付けられてしまう帯域及び／又はそこにおける介在ものから反射された光の部分を受光し、変換される増幅器へ光学検知信号を供給する。

変換される増幅器は、前記光学検知信号に結合した第１の入力と基準電圧へ接続した第２の入力とを有している。この増幅器は、かくして前記光エミッタの動作状態に相当する第１のゲインと光エミッタの不動作状態に対応する反対の極性の第２のゲインを与える二つの相を切り替える。前記変換される増幅器は、出力信号を供給するもので、この信号には、第１の電圧と、さらに続く第２の電圧とが含まれ、前記第１の電圧は、前記第１の入力における増幅された光学検知信号と、アクティブな相の間における前記第１のゲインにより増幅された第２の入力における基準信号との差から生じるものであり、前記第２の電圧は、検出器出力信号と不動作状態の間における前記第２のゲインにより増幅された基準信号との間の差から生じるものである。第１と第２のゲイン及び計測時間の動作ならびに不動作の相は、前記変換される増幅器のゲインは、所定の計測時間を越えて平均されたときとき、光学信号が全く存在しなければ平均値がゼロであるように選択されるものであり、前記計測時間には、少なくとも一対の動作及び不動作の相が含まれ、さらに、そのような対が多く含まれもよい。

介在物検知システムは、さらに、変換される増幅器の出力と所定の継続時間に対し調節可能な基準電圧との差を電子的に積分する手段を含む。この積分器は、少なくとも一つの動作の相と不動作の相を越えての変換される増幅器の出力信号を積分し、積分器出力信号を供給する構成になっている。検知器が前記積分器の出力信号を受け、前記締め付けられてしまう帯域内に介在物が存在するか。存在しないかを示す構成になっている。好ましい実施の態様においては、前記積分器への基準電圧入力は、モニターされている開口部に介在物が存在するときにのみ、顕著に前記出力電圧が変動するように選択されている。検知器要素は、前記積分器出力信号をモニターし、前記締め付けられてしまう帯域内に介在物が存在するか。存在しないかを示す構成になっている。

発明の詳細な説明
パワーサンルーフ、パワーウインドウ又はパワードア又はパワーハッチのような自動開閉装置における挟み締め付けられてしまう帯域内における介在物の存在を検知する方法と装置が記載されている。前記挟み締め付けられてしまう帯域の定義は、前記自動開閉装置の構成に応じて変わるものである。例えば、パワーサンルーフ、パワーウインドウ、又は、パワードアのように自動開閉装置が動力で補助されているスライドする閉止部材からなる場合、挟み締め付けられてしまう帯域は、閉止部材の開閉する側の端縁をいい、開口部の一部は、閉止部材の開閉する側の端縁を含む開口部の終端部分をいう。前記開閉装置が駆動されるヒンジ付きドア又はハッチ又は駆動される回転扉であると、前記挟み締め付けられてしまう帯域は、概略的には、前記ドア又はハッチの開閉する側縁が近づく開口部の側縁及び前記ドア又はハッチの開閉する側縁が通る開口部側縁に近接したラインにより区分される面である。

ここに記載の実施の態様においては、計測時間は、少なくとも一つの動作の相と少なくとも一つの不動作の相とを含む所定の時間である。ここに使用されているように、動作の相は、光エミッタが発光している間の時間域である。同様に、ここに使用されているように、不動作の相は、光エミッタが発光していない間の時間域である。

前記介在物検知システムには、変調信号により一時的にコントロールされる光エミッタから供給される変調された光シグナルを受ける光学センサが含まれる。この光エミッタにより、ウインドウ又は他の開口部が測定時間において二度又はそれ以上にわたる動作の相及び不動作の相の間、照らされる。挟み締め付けられる帯域内にある挟まれるものにより、前記光エミッタにより照らされる光の一部が反射され、反射光信号を供給する。これに加え、発光された光ビームの方向と形状とに応じて、前記開口部の対向する側から前記光学センサへ光が再反射されたり、又は、再反射されなかったりする。１基又は複数基の光検知器が前記反射された光信号を受け、受光した反射光信号における一つ又は複数の特性を示す検知器出力信号を供給する。この検知器出力信号は、電圧又は電流のようなアナログ信号であるか、又は、デジタル出力信号である。介在物検知システムは、前記検知器出力信号を処理し、挟み締め付けられる帯域内に挟まれるものが存在するか、存在しないかを示す。

検知器出力信号は、まず予め増幅され、ついで、スイッチング増幅器により同期検知される。この結果の信号は、所定の測定時間にわたり積分され、ついで、所定の閾値と比較される。この所定の閾値は、開口部における介在物の作用を表すように決められている。ここに使用されているように、同期検知は、第１と第２の入力をもつスイッチング増幅器を利用する。各入力は、測定時間における動作の相と不動作の相に同期するようにして第１と第２のゲインとの間でスイッチされる。このスイッチング増幅器は、変調された光源による照明と同期して検知器出力信号を第１のゲイン第２のゲインへ切り替える。

前記第１と第２のゲイン、動作及び不動作の相の継続時間及び測定時間内の動作及び不動作の相の回数が選択されて、周りの光源からのバックグラウンド干渉作用のレベルを下げる。上記の値は、変調された光源がないときに、スイッチング増幅器の出力の平均値又は積分値が測定時間にわたり初期の値から変化しないように選択される。このようにして、変調された光源信号、即ち、測定時間内の動作及び不動作の両方の間に存在する信号に同期しない信号は、測定時間にわたり平均されるか、又は、ゼロに積分される。切り替えられた増幅器出力を平均又は積分することにより、同期しないバックグラウンド信号をさらなる処理から除き、これによって、挟み締め付けられる帯域内における介在物の検知に干渉しないようにする。スイッチング増幅器からの出力は、一つ又はそれ以上の動作及び不動作の相を含む測定時間にわたり積分される。前記測定時間内にマルチプルの相を含ませることにより、一つ又は二つの動作期間のみにわたる変調された信号に同時に較正されるスプリアウスな信号を除くことができ、誤警報の数を減らすことができる。平均又は積分された値は、所定の閾値と比較され、挟み締め付けられる帯域内における介在物の存在又は不存在を決定し、適切な指示が得られるようになっている。

図１を参照すると、タイミングシステムを内蔵する変調器１１０又は別には、マイクロ−コントローラ１２２により、変調信号１０９が光エミッタ・ドライバ１１１に与えられる。この光エミッタ・ドライバ（発光駆動回路）１１１により光エミッタ１０２にパワーが与えられ、該光エミッタにより変調された光信号１０３が与えられる。光エミッタ１０２は、光学システム構成になっており、種々のパターンでの照明を行う。例えば、照明の種々のパーターンは、光の面であったり、複数の指をもった多数の側面がある扇形状のもの又は狭い光線の形状をしている。介在物１０１は、入射光線１０３の少なくとも一部を反射し、反射された光線信号１０５のある部分は、光検知器１０４に当たる。光検知器１０４は、検知器出力信号１０７を発生するもので、この信号は、反射された光線信号１０５の少なくとも一つの特性を示す。光検知器１０４は、検知器出力信号１０７を前置増幅器１０６の入力側へ送る。前置増幅器１０６が検知器出力信号１０７を増幅し、増幅された検知器出力信号が転換された増幅器１０８へ送られる。

転換された増幅器１０８は、変調信号１２３に結合される。この変調信号１２３は、転換された増幅器１０３を制御し、転換された増幅器１０８は、第１と第２のゲインの間のプリアンプされた検知器出力信号と基準電圧信号１２５とを転換する。転換された増幅器１０８により出力が与えられ、この出力は、対応するゲインにより増加された二つの入力の差である。後記するように、いくつかの実施の態様においては、変調信号１２３の不動作の相の期間は、光エミッタ・ドライバ１１１に与えられる変調信号１０９の対応する動作の相のそれよりも僅かに永くなっている。このながくなった期間により、プリアンプ１０６の光信号に生じるであろう小さな位相変移が経時的にこのアンプの不活性相に変移して、自己介入を生じることが防止される。単一レールの供給電圧が使用されるときは、非ゼロ基準電圧信号を使用して、「非信号」電圧レベルを確立することもできる。以下で説明されるように、プリ増幅された検出器出力信号は、測定期間の活性相中は第１の利得で増倍され、そして測定期間の不活性相中は第２の利得で増倍される。変調信号１０３によって駆動されるスイッチングアンプ１０８は、プリ増幅された検出器出力信号を同期検出する。

調整可能な所定のオフセット電圧１１２を、同期検出された信号と、演算によって組み合わせることができる。これは、スイッチトアンプの出力と基準電圧１１３との間の差を減少して、ピンチゾーン内に障害物がないときは、実質的にゼロの平均値を与えるためである。それ故、監視された開口の対向部材からいくらか反射光が戻ってきても、殆どまたは全く信号は存在しない。以下で説明されるように、調整可能なオフセット電圧１１２は、その使用に先立つ校正または初期化処理の間に決定されるか、あるいは周期的に、または必要時に、決定される。

積分器１１４は、同期検出された信号と調整可能なオフセット電圧１１２との差を入力される。積分器１１４は、この差信号を測定期間を通して積分し、検出器１１６に対しその積分信号を与える。測定期間は、この積分器を既知の値にリセットすることで初期化される。

積分器の出力は、検出器１１６によって監視される。検出器は、測定期間中の積分信号を所定の閾値と比較して、前記ピンチゾーン内における対象物の不存在または存在の兆候を生成する。別の実施例では、積分器段の出力が所定量だけ変化するに必要な時間を検出器が測定し、その測定された時間が所定値より短い場合に、対象物が検出される。他の実施例では、前述したように、マイクロコントローラ１２２が、電圧または時間のいずれかを監視する。さらに他の実施例では、検出器１１６が、マイクロコントローラの介入に関係なくリセットパルスを生成するように構成されている。この実施例では、リセットパルスが生成される周波数は、開口中の障害物の兆候として使用できる。

図５は、障害物検出システムと共に使用するに適した変調器１１０および発光器ドライバ１１１の一実施例を示す。変調器１１０は、発振器５０２を有している。この発振器は、所定周波数および所定デューティサイクルの好適なパルス列を分周器５０４に与えるように動作する。図示の実施例では、分周器５０４は、分周器として構成されたＤ型フリップフロップである。このＤ型フリップフロップは、前記発振器の所定周波数の１／２となる周波数の矩形波パルスの出力を与え、そしてデューティサイクルをほぼ５０％に設定する。この信号は、スイッチングアンプを変調することに使用される。デューティサイクルをほぼ５０％にすることで、スイッチングアンプの活性相と不活性相が同じ持続時間を有するようになる。その結果、変調の活性相中のアンプ利得が不活性相中のアンプ利得と逆極性で大きさが等しい時に、スイッチングアンプのゼロ平均利得の条件は達成される。信号位相変移に関連したいくつかの誤差が許容できる場合には、信号１２３もまた光源を直接変調することに使用できる。そうでなければ、図示されるように、デューティサイクル５０％の矩形波変調は、スイッチングアンプを変調することに使用される信号の活性相より短い持続時間のパルスをトリガすることに使用できる。上述したように、この２次パルス発生器を使用すると、アンプ誘導の位相変移が存在する場合、光出力の活性相が完全にスイッチングアンプの活性相に強制されて、自己介入を防止する。

他の実施例では、図７に示すように、前記アンプは、周期的であるが、５０％以外のデューティサイクルを有する。この場合、一対のサイクルにわたるゼロ平均利得に対する必要条件は、活性相中のアンプ利得と活性相の持続時間７０８の積が、不活性相の利得とその持続時間７１０の積に対して、逆極性で大きさが等しい時に満たされる。デューティサイクル５０％変調の場合でのように、発光器の活性相の持続時間７０６は、位相変移に起因する誤差を避けるために、スイッチングアンプの対応する位相７０８よりも短く設定できる。スイッチングアンプ１０８は、この矩形波７０２の出力１２３を、分周器５０４から受信する。スイッチングアンプ１０８は、第１及び第２の利得間でスイッチングアンプ入力をスイッチングするために、この矩形波パルス列を使用する。加えて、単安定マルチバイブレータ（モノマルチ）５０６が、矩形波パルス列７０２を受け取る。図示の実施例では、モノマルチ５０６は、各パルスの正に向かう遷移をトリガする。モノマルチ５０６は、分周器５０４によってスイッチングアンプ１０８に与えられる正のパルス７０８よりも持続時間が僅かに短い幅を有するパルスを生成する。図７には、パルス列７０２がスイッチングアンプ１０８とモノマルチ５０６に与えられることが示されている。モノマルチ５０６の出力１０９、即ちパルス列７０４は、パルス列７０２の持続時間７０８と比べて短い持続時間７０６を有することが判る。活性相の持続時間におけるこの差は、発光器１０２の照明時間がスイッチトアンプの活性相よりも小さくなることを確実にする。このことは、活性相による測定期間の不活性相への「スピルオーバ（こぼれ）」を防止する。好ましい実施例では、発振器５０２は、非安定動作用に構成された５５５タイマであり、また１つの実施例では、５５６デュアルタイマが、回路の非安定部分と単安定部分の双方に使用できる。

ある場合には、一層複雑な波形が使用できる。例えば、セキュリティが必要な応用では、変調スキームが単純な外部装置に負けないことが有用である。この場合、デューティサイクルと、波形の周期性および対称性に関して異なる特性を有した一層複雑な波形を生成するために、マイクロコントローラ１２２が使用できる。例えば、マイクロコントローラ１２２をプログラムして、デューティサイクルが５０％より遙かに小さいか、遙かに大きい非周期性または疑似ランダム性のパルス列を与えるようにすることができる。これらの場合には、各測定期間に１以上の活性および不活性相の対が存在することがある。スイッチングアンプ利得が測定期間を通してゼロ平均となる条件が達成される限り、検出スキームは所望の選択性を与えることができる。

この実施例では、マイクロコントローラは、疑似ランダム値の所定のテーブルから位相持続時間を選択することに使用される。この疑似ランダム値は、活性及び不活性相の合計持続時間が、測定期間を通して合計されたときに、同じになるように計算されたものである。この代わりに、ＲＤＡＣがＲ３１２およびＲ３０８として使用され、信号を位相毎にバランスするように、マイクロコントローラによってプログラムされる。

ある応用では、フラッシュランプやある種のＬＥＤおよびレーザデバイスのように、活性相が非常に短い持続時間のイベントとして特徴付けられる発光器を使用することが望ましい。これらの例では、活性相に関連したデューティサイクルは０％に接近することがある。この条件を適用すると、スイッチトアンプの非常に単純な実施が可能になる。このアンプは、それぞれの位相における正利得と非正利得をスイッチングする代わりに、不活性期間のゼロ利得と光源が活性なときの非ゼロ利得とをスイッチングすることだけを必要とする。換言すれば、このスイッチングアンプは単に、光が点灯されているときにターンオンされ、光が消灯されているときにターンオフされるアンプである。この平均利得は、測定期間を通して約ゼロになる。波形８０２及び８０４は、変調信号１２３および１０９をそれぞれ示している。ここで、波形８０４は、より短い持続時間の活性相パルス８０６を含んでいる。図示されているように、この波形は、５０％より遙かに少ないデューティサイクルを有し、そして、その中には測定期間８０８当たり１以上の活性相および不活性相が存在できる。

モノマルチ５０６は、短い持続時間の活性相パルスを発光器アンプ／ドライバ５０８に与え、このドライバは、発光器１０２を駆動して発光させる。発光器１０２は、１台、２台、またはそれより多い台数の発光器であって、ピンチゾーンが完全に照明されるように構成されている。好ましい実施例では、発光器は、光学スペクトルの赤外領域で動作する発光ダイオード（ＬＥＤ）である。

図示の実施例では、このアンプ／ドライバは、光学温度補償モジュール５１０を有している。既知のように、周囲温度の変化は、ＬＥＤの照明強度を変化させる。温度によって引き起こされた照明強度の変動に起因する誤警報や誤介在物を回避するために、安定した一定レベルの照明が望ましい。十分な量の背景エネルギがある場合、温度によって誘導された照明信号の変化は、障害物から生じたものと混同される。１つの実施例では、温度補償モジュール５１０は、温度センサ（図示せず）からの信号５１２に応答して、ＬＥＤに対する一定の駆動レベルを維持できる。

図６は、障害物検出システム１００で使用するに適した温度補償回路５１０およびＬＥＤ駆動／増幅回路５０８の一実施例を示している。ＬＥＤ駆動／増幅回路５０８は、変調器１１０に接続された一対のインバータ６１０および６１２を備え、活性出力を、駆動トランジスタ６１８のベースをスイッチングするに適した信号に変換する。抵抗６１４および６１６からなる電圧駆動回路は、トランジスタ６１８のベースに公称バイアス電圧を設定する。好ましい実施例では、トランジスタ６１８は、少なくとも３００の電流利得を有するダーリントン接続トランジスタである。このダーリントン接続トランジスタ６１８のエミッタ電圧は、トランジスタ６１８のベースにかかるバイアス電圧より、ダイオード２個分に相当する約１．３Ｖ降下している。このエミッタ電圧は、抵抗６３４に印加されて、トランジスタ６１８と３段のＬＥＤ６２６，６２８，６３０の双方に流れるコレクタ電流を決定する。次に、このコレクタ電流は、ＬＥＤの照明強度を決定する。抵抗６２０，６２２，６２４は、ＬＥＤが突然ターンオフしたときの電流経路を与えることによって、高周波放射を消去する過渡緩衝素子として作用する。これらの抵抗は、典型的には高抵抗であって、ＬＥＤオン電流の実質的な部分を伝導することはない。

温度センサ（図示せず）は、オペアンプ６０４と抵抗６０６，６０８からなる非反転アンプに温度信号を与える。この非反転アンプの出力は、抵抗６３５を通してトランジスタ６１８のベースに与えられる。この出力は、トランジスタ６１８のベースに温度で変化するＤＣバイアスを生じさせ、上述したように、エミッタ電圧と抵抗６３４を流れるコレクタ電流を調整する。このようにして、ＬＥＤの照明強度は、所定の温度範囲にわたって一定値に維持される。

しかしながら、当業者には知られているように、ＬＥＤを駆動し、且つその温度補償を与えるために、種々の他の手段が使用できる。

発光器１０２は、発光器および関連する光学システム１０２から放射された実質的に平坦な光ビームが、ピンチゾーンの少なくとも一部を横断して、開口を囲む関連トリム素子（図示せぬ）を潜在的に含んだ車両内部に到達するように、選択的に配置される。

発光された光ビームの範囲内に、ある物体が存在するイベントでは、その物体から反射した信号の振幅（図示せず）は、その物体のサイズ、方位、反射率に基づいて変化しようとする。障害物検出システムは、光検出器１０４からの出力信号の変化を検出して、その出力を既知に閾値と比較し、ピンチゾーン内の物体の存在、不存在を決定する。障害物検出システムは、ピンチゾーン内の物体の存在、不存在を示す信号を出力する。

図２は、好適な光検出器１０４および入力アンプ段の一実施例を示している。光検出器１０４は、入射光強度の関数である光電流を生じるフォトダイオード２０１で構成できる。好適なフォトダイオードは、典型的には所望の変調周波数で満足できる動作を可能にするに十分高速な応答時間を有するＰＩＮフォトダイオードである。加えて、このＰＩＮフォトダイオードは、図２に示すように、逆バイアスモードでも動作可能である。これは、空乏領域の幅を増加し、動作のバンド幅をより大きくするためである。図示の実施例では、フォトダイオードは、赤外波長で動作可能なように選択され、そして日光に関連した波長に対する可視光遮断フィルタを有している。

オペアンプ２０２と抵抗２０４は、フォトダイオード２０１で生成された光電流を電圧に変換する電流−電圧変換器２２８を形成する。好ましい実施例では、抵抗２０４は、１０ｋの抵抗である。オペアンプ２０２は、フォトダイオード２０１から受信された信号電流よりも実質的に少ない入力バイアス電流を有することが好ましく、また１０ＫＨｚより高い変調周波数で動作するために、少なくとも３〜４Ｖ／μｓのスルーレートを有すべきである。図示の実施例では、オペアンプ２０２は、単一電源オペアンプであるので、非ゼロ電圧基準レールは、信号が振れる値より上に設定されなければならない。この基準レールは、オペアンプ２０６，抵抗２０８および２１０，およびＶｃｃ即ち電源電圧２０３の組み合わせによって設定される。電源電圧２０３の分圧は、一対の抵抗２０８および２１０による基準レールを設定する。好ましい実施例では、抵抗２０８および２１０は等しい値であるので、基準レール２３６は、Ｖｃｃ／２に設定される。オペアンプ２０６は、不変利得アンプとして構成され、そして低インピーダンスの基準レール２３６を、ＡＣアンプ２３０と、以下で説明されるこのシステムの他の部分に与える。

オペアンプ２０２の出力は、キャパシタ２２９を介してＡＣ結合され、ＡＣアンプ２３０に与えられる。これは、周囲照明、特に日光から生じる低周波およびＤＣ信号を阻止するためである。キャパシタ２２９と抵抗２２２は、カットオフ周波数が数１００Ｈｚの単極ハイパスフィルタを形成する。この実施例の次段は、オペアンプ２１２、抵抗２１４および２１８，およびキャパシタ２１６および２２０からなるＡＣアンプである。ＡＣアンプ２３０は、増幅された信号を線２２４に出力する。単一電源動作用に好ましいオペアンプ２０２，２０６，２１２の種類は、低オフセット電圧および低雑音のレール対レール入力および出力オペアンプである。単一レール電圧源が使用されているので、オペアンプの共通モード入力範囲は、接地とＶｃｃの双方を含むべきである。好ましい実施例では、抵抗２１４は１００ｋ、キャパシタ２１６は３ｐｆ、抵抗２１８は５．１ｋ、キャパシタ２２０は０．０１ｕｆ、キャパシタ２２９は０．２２ｕｆである。オペアンプ２１２はＭＡＸ４１２６、オペアンプ２０６はＴＬＣ０８２、そしてオペアンプ２０２はＴＬＣ０８２である。全ての値は、好ましい実施例の例である。

図３は、変調器１１０の出力信号１２３と組み合わせたスイッチトアンプ１０８の一実施例を示す。これは、プリ増幅された検出器出力信号の同期検出を提供するもので、ここに開示された障害物検出システムと共に使用するに好適である。スイッチングアンプ１０８は、変調信号１２３に応答して、入力線２２４および２２６を、常開（ＮＯ）位置と常閉（ＮＣ）位置との間で同時に切り換える双極双投型スイッチ対３０２を使用する。プリ増幅された検出器出力信号に接続される入力線２２４と、基準電圧に接続される入力線２２６は、差動アンプ３１６におけるオペアンプ３１０の入力端子３０５と３０７との間で切り換えられる。スイッチ３０２は、入力線２２４上のプリ増幅された検出器出力信号を、変調信号１２３の活性相の間、負入力３０５に与え、また変調信号１２３の不活性相の間、正入力３０７に与える。同様に、基準電圧信号は、変調信号の活性相の間、正入力３０７に与えられ、また変調信号１２３の不活性相の間、負入力３０５に与えられる。

オペアンプ３１０と、抵抗３０４，３０６，３０８，３１２は、通常の差動アンプを構成する。抵抗３０８，３１２は同じ値であり、また抵抗３０４，３０６は同じ値である。スイッチトアンプが活性相にあるとき、差動アンプ３１６の出力は、下式によって与えられる。

Ｖｏ＝Ｖ（基準）＋Ｇ［Ｖ（信号）−Ｖ（基準）］

ここで、利得は、Ｇ＝Ｒ３０８／Ｒ３０４である。スイッチトアンプが不活性相にあるとき、差動アンプへの入力は反転され、その結果、出力電圧は、大きさが同じで極性が逆になり、下式によって与えられる。

Ｖｏ＝Ｖ（基準）−Ｇ［Ｖ（信号）−Ｖ（基準）］

スイッチトアンプの活性相の持続時間が不活性相の持続時間に等しいとき、出力電圧は、少なくとも１測定期間を通して平均化され、Ｖ（基準）に近づく。

図示の実施例では、抵抗３０８および３１２は１００ｋであり、また抵抗３０４および３０６は１０ｋである。かくして、この図示の実施例の差動アンプは、１０（Ｖ_＋−Ｖ₋）の公称出力を与える。ここで、Ｖ_＋は正入力３０７上の電圧であり、またＶ₋は負入力３０５上の電圧である。

図４は、障害物検出システムを共に使用するに好適な差動モジュール１１８および積分器１１４の一実施例を示す。図示の実施例では、差動モジュール１１８および積分器１１４は、オペアンプ４０６，キャパシタ４０２，抵抗４０４，およびオフセット電圧源１２６からなる回路１２０に組み込まれている。かくして、出力線４０８上に存在する信号は、抵抗４０４を流れる電流を積分することによって生ずる。この電流は、線１３４上の入力信号の電圧とオペアンプ４０６の非反転端子に印加される調整可能なオフセット電圧４１６との差の結果として生ずる。

図４の回路は、積分器用の調整可能なオフセット電圧４１６を与える調整可能な電圧源の一実施例を示している。この実施例では、ＡＤ８４００のような抵抗型デジタル／アナログ変換器（ＲＤＡＣ）４１４が使用されている。このデバイスは、２５６通りの可能な抵抗設定値を有するデジタル制御型ポテンショメータの均等物である。これは、抵抗４１３および４１５と関連した分圧器として構成されている。通常のデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）の代わりにＲＤＡＣを使用することによって、総合的な電圧調整を、システムの基準電圧のいずれかの側の狭い範囲に閉じ込めることが可能になる。図示の実施例では、例えば、抵抗４１３および４１５は同じ値を有し、そして抵抗４１３，４１４，４１５の値は、２５６ステップのそれぞれについて２００μＶの増分を与えるように選択されている。他の実施例では、回路機能１１２は、ＤＡＣや、手動設定型ポテンショメータ、あるいはＲＤＡＣ、ＤＡＣおよび手動ポテンショメータの組み合わせを使用することによって実施可能である。

に示された単極単投型スイッチは、回路１２０の積分キャパシタ４０２を放電する機能を果たす。これは、常開型または常閉型のスイッチ、例えばＭＡＸ４５０２やＭＡＸ４５０１である。両デバイスは、マイクロコントローラ１２２のような制御システムによる動作に応答する。測定サイクルは、キャパシタ４０２を放電するに十分な時間の間、閉位置に設定されたスイッチから開始する。放電時間は、キャパシタ４０２および抵抗４１６に関連した時定数の小さい倍数である。抵抗４１６は、スイッチの固有抵抗と任意の抵抗との組み合わせを表す。この任意の抵抗は、キャパシタ４０２の放電電流がスイッチ４１０に関連した特定の限界を超えることを防止するために追加されるものである。図示の実施例では、リセットのイベント４１２は、スイッチ４１０が最低１ｍｓの間、閉じられることを必要とする。

いくつかの実施例、特にコストが主たる要因であって高性能が要求されない実施例では、スイッチ４１０は、抵抗によって置き換えることができる。この代用抵抗の値は、選択された抵抗値とキャパシタ４０２の値の積によって表される時定数が測定時間と釣り合うように選択される。

開口に対象物が存在することによって生ずる線１３４上の信号の不存在下では、回路１２０の積分出力を一定値に維持しておくことが望ましい。これは、積分出力の状態の変化が、開口内に障害物が存在することを示すために使用できるからである。信号３１４の電子積分回路１２０用の調整可能な基準電圧の存在は、窓またはドア開口の対向部材またはその近傍の固定された形態からセンサに戻される、対象物から生じたものではない、如何なる変調信号でもキャンセルするように、センサを初期化することを可能にする。開口内に障害物が存在しないことが判っているときはいつでも、初期化することができる。このことが起こる典型的な事例は、センサおよび関連したドアまたは窓からなる一体化システムを組み立てる時である。しかしながら、システムの寿命を通して初期化できる他の時もある。それは、その応用の性質に依存している。初期化の過程は、積分器４０８の出力を監視しながら、同時に回路１１２からの基準電圧を調整することによって、通常モードで動作しているセンサで起こる。開口内に対象物が不存在の場合、オフセット電圧は、積分器出力４０８が測定期間を通して一定であるための値に調整される。かくして、開口内に現れて、反射信号に初期化された値からの変化を起こす如何なる対象物も、その存在を示す兆候を与えることになる。

上述した検出スキームの感度は、測定時間の持続時間と共に増加する。しかしながら、この応用はまた、測定サイクルの間に他の対象物と衝突したり捕らえることなく、窓の動きが迅速化されるように、測定過程が十分な迅速性をもって起こることを必要とする。図示の実施例では、関心のある最小障害物を検出するに必要な最大測定時間は、１００ｍｓに設定されている。より大きな障害物は、より少ない時間で指示を与えるものであることが認識されるべきである。

上述した初期化は、活性相と不活性相を切り換えて変調された照明を開口に与える発光器についてなされる。より広い範囲の環境条件にわたって、より大きな感度や動作を必要とするいくつかの実施例では、発光器が不活性となった検知システムを初期化することも有用である。上述した初期化と同様の手法で、不活性となった発光器についてオフセット電圧は調整される。この場合、測定期間を通して出力電圧が一定となるまで、スイッチトアンプへの変調入力を維持する。このようにして、活性化された発光器で後続の測定をする前に、回路自身に固有の信号、例えば漏れ電流やオフセット電圧はキャンセルされる。この２次初期化過程は、活性な測定の直前またはセンサが休止しているときはいつでもなされる。

検出器１１６は、基準閾値電圧に接続された第１の入力と、積分器１１４の出力４０８に接続された第２の入力を有する電圧比較器でよい。この比較器は、積分器出力が基準閾値電圧を超えたときに、出力状態を変化させる。この場合、積分器が閾値電圧に達するに要する時間の長さは、図４のスイッチ４１０のリセットの時間から測定され、障害物の相対サイズを推測することに使用できる。好ましい実施例では、１．２５Ｖの閾値が使用される。上述したように、比較器の出力は、スイッチ４１０をリセットして新たな測定期間を開始するパルス発生器をトリガすることに使用できる。この場合、フリーラン発振器が形成され、これによりリセットパルスの周波数が、観察された開口の状態の指示として使用できる。

この代わりに、検出器は、内部アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を有するか、外部Ａ／Ｄ変換器を制御するマイクロコントローラやマイクロプロセッサでもよい。この場合、積分器１１４の出力は、２値数に変換され、予めメモリに記憶された閾値と比較される。

ここに開示された発明の概念を逸脱することなく、前述した閉鎖部材の経路における開口内の対象物検出用の方法及び装置を変形し修正できる点を、当業者は、更に認めるべきである。

この発明は、図面に関連した詳細な説明を参照して、より完全に理解される。
ここで開示された発明で使用される光学検知システムのブロック図である。 図１の光検出器と入力アンプの模式図である。 図１のスイッチトアンプの模式図である。 図１の減算モジュールと積分器の模式図である。 図１の変調器と発光器ドライバ／アンプの模式図である。 図５のドライバ／アンプ回路５０８と典型的な温度補償回路５１０の模式図である。 図１のスイッチトアンプと発光器に供給される変調信号のタイミング図である。 図１のスイッチトアンプと発光器に供給される変調信号のタイミング図である。

Claims (25)

1. 変調器と、発光器と、唯一の光検出器と、スイッチトアンプと、積分器と、検出器とを備えたピンチゾーン内の障害物を検出するための装置であって、
   前記変調器は、第１の持続時間の活性相および第２の持続時間の不活性相を有する第１の変調信号を与えるものであり、
   前記発光器は、前記第１の変調信号を受信するために前記変調器に接続され、そして活性相中は前記変調信号に応答して光信号を与えるように、また不活性相中はターンオフされるように動作するものであり、
   前記光検出器は、前記発光器に光結合され、そして前記ピンチゾーンから反射された、前記ピンチゾーンに応答する前記光信号の一部を受信するように構成されたものであり、前記光検出器は、前記受信した光信号の光強度を示す光検出器出力信号を与えるものであり、
   前記スイッチトアンプは、前記光検出器出力信号に接続された第１の入力と、基準電圧に接続された第２の入力とを有し、前記スイッチトアンプはまた、前記第１の変調信号に結合され、且つ前記第１の変調信号の前記活性相に対応する第１の利得と、前記不活性相に対応する第２の利得とを有し、前記スイッチトアンプは、出力信号として、前記活性相の間は、前記第１の利得を乗算した前記光検出器出力信号と前記基準電圧の差を与え、また前記不活性相の間は、前記第２の利得を乗算した前記光検出器出力信号と前記基準電圧の差を与え、
   前記積分器は、前記スイッチトアンプに接続されて、前記スイッチトアンプの出力信号を受信し、前記積分器は、前記スイッチトアンプの出力信号を、少なくとも一対の活性及び不活性相に対応する所定の測定期間を通して積分し、且つ積分器出力信号を与えるように構成されて配置され、
   前記検出器は、前記積分器出力信号を受信するためのものであって、前記積分器出力信号に基づいて、前記ピンチゾーン内に対象物の存在または不存在の兆候を与えるように構成されて配置されていることを特徴とする装置。
2. 前記発光器は、ＬＥＤである請求項１の装置。
3. 前記ＬＥＤは、赤外領域の光を放射するものである請求項２の装置。
4. 前記発光器は、レーザダイオードである請求項１の装置。
5. 前記発光器は、フラッシュ管またはフラッシュランプである請求項１の装置。
6. 前記発光器は、平面光、複数の指を有する扇形光、狭い光ビーム、および複ファセット型光ビームからなる群から選択された形態で前記光信号を与える請求項１の装置。
7. 前記光検出器は、フォトダイオードである請求項１の装置。
8. 前記フォトダイオードは、赤外光に応答するものである請求項７の装置。
9. 前記フォトダイオードは、可視光フィルタを有する請求項８の装置。
10. プリアンプを更に備え、このプリアンプは、前記光検出器に接続された入力と、前記スイッチトアンプに対してプリ増幅された検出器出力信号を与える出力とを有したものである請求項１の装置。
11. 前記プリアンプは、前記光検出器に結合された電流／電圧変換器を有する請求項１０の装置。
12. 前記プリアンプは、前記電流／電圧変換器の出力に結合された利得段アンプを有し、増幅された検出器出力信号を前記スイッチトアンプに与えるものである請求項１１の装置。
13. 減算モジュールを更に備え、前記減算モジュールは、前記スイッチトアンプの出力に結合された第１の入力と、調整可能なオフセット電圧に結合された第２の入力と、前記積分器に結合された出力とを有し、前記調整可能なオフセット電圧は、測定期間を通して前記積分器出力信号が実質的に一定値に維持されるように選択されている請求項１の装置。
14. メモリに接続された制御素子を更に備え、前記制御素子は、前記オフセット電圧を調整して、測定期間を通して前記積分器の出力を実質的に一定に維持するように構成されて配置されている請求項１３の装置。
15. 前記変調信号は、実質的にデューティサイクル５０％の矩形波であり、前記スイッチングアンプの第１及び第２の利得は、大きさが同じで極性が逆である請求項１の装置。
16. 変調器と、発光器と、唯一の光検出器と、スイッチトアンプと、積分器と、検出器とを備えたピンチゾーン内の障害物を検出するための装置であって、
    前記変調器は、第１の持続時間の活性相および第２の持続時間の不活性相を有する第１の変調信号を与え、また第３の持続時間の活性相および第４の持続時間の不活性相を有する第２の変調信号を更に与えるものであり、ここで、前記第３の持続時間は、前記第１の持続時間よりも大きく、前記第４の持続時間は、前記第２の持続時間よりも大きいものであり、
    前記変調器は、前記第１の変調信号を前記発光器に与え、また前記第２の変調信号を前記スイッチトアンプに与えるように構成され、
    前記発光器は、前記第１の変調信号を受信するために前記変調器に接続され、そして活性相中は前記変調信号に応答して光信号を与えるように、また不活性相中はターンオフされるように動作するものであり、
    前記光検出器は、前記発光器に光結合され、そして前記ピンチゾーンから反射された、前記ピンチゾーンに応答する前記光信号の一部を受信するように構成されたものであり、前記光検出器は、前記受信した光信号の光強度を示す光検出器出力信号を与えるものであり、
    前記スイッチトアンプは、前記光検出器出力信号に接続された第１の入力と、基準電圧に接続された第２の入力とを有し、前記スイッチトアンプはまた、前記第２の変調信号に結合され、且つ前記第２の変調信号の前記活性相に対応する第１の利得と、前記不活性相に対応する第２の利得とを有し、前記スイッチトアンプは、出力信号として、前記活性相の間は、前記第１の利得を乗算した前記光検出器出力信号と前記基準電圧の差を与え、また前記不活性相の間は、前記第２の利得を乗算した前記光検出器出力信号と前記基準電圧の差を与え、
    前記積分器は、前記スイッチトアンプに接続されて、前記スイッチトアンプの出力信号を受信し、前記積分器は、前記スイッチトアンプの出力信号を、少なくとも一対の活性及び不活性相に対応する所定の測定期間を通して積分し、且つ積分器出力信号を与えるように構成されて配置され、
    前記検出器は、前記積分器出力信号を受信するためのものであって、前記積分器出力信号に基づいて、前記ピンチゾーン内に対象物の存在または不存在の兆候を与えるように構成されて配置されていることを特徴とする前記ピンチゾーン内に対象物の存在または不存在の兆候を与えるように構成されて配置されている装置。
17. 前記変調信号の活性相の持続時間は、不活性相の持続時間よりも実質的に少ないものであり、さらに前記スイッチトアンプの第１の利得は、非ゼロ値を有し、また前記スイッチトアンプの第２の利得は、実質的にゼロ利得を有する請求項１の装置。
18. 閾値電圧信号を更に備え、そして前記検出器は、比較器であり、この比較器は、前記積分器出力信号に結合された第１の入力と、前記閾値電圧信号に結合された第２の入力とを有し、前記比較器は、ピンチゾーン内の対象物の存在または不存在を示す信号を与えるものである請求項１の装置。
19. 前記検出器は、マイクロコントローラに結合されたＡ／Ｄ変換器を有する請求項１の装置。
20. 前記積分器は、信号の数値積分を行うマイクロコントローラである請求項１９の装置。
21. 前記モジュレータは、マイクロコントローラである請求項１の装置。
22. 前記積分器に結合されて、この積分器を所定値にリセットするリセットスイッチを更に備える請求項１の装置。
23. 前記リセットスイッチは、マイクロコントローラである請求項２２の装置。
24. 前記リセットスイッチは、アナログスイッチである請求項２２の装置。
25. 前記リセットスイッチは、抵抗である請求項２２の装置。

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