JP4176970B2 - 物体検知装置及び物体検知方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学式の物体検知装置及び物体検知方法に係り、特に、バックグランドの明るさや周囲の材質に依らず確実に物体を検知できる物体検知装置及び物体検知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両のドアを施解錠するためキーレスリモコン送受信機を利用したキーレスエントリーシステムが利用されている。キーレスリモコン送信機には、例えばドアをロックするための押しボタンと、ドアをアンロックするための押しボタンとが別々に２つ設けられており、車両の近くで所望のキーが押されると、施錠情報または解錠情報とともにＩＤ情報が付加された電波が発射される。
【０００３】
そして、車両に設けられたキーレスリモコン受信機では、この電波を受信して抽出したＩＤ情報と、予め登録されているＩＤ情報と比較し、両者が一致した場合には、当該車両の正当な利用者であると判断して、ロック／アンロック動作を行うように制御するものである。
【０００４】
また近年、キーレスリモコンの押しボタン操作を省略して、キーレス送受信機を保持した運転者がドアを開けるために、ドアハンドルに手をかけたことを物体検知装置で検知し、これを契機として車両側の送受信機と運転者の送受信機とが通信を行ってＩＤ情報を確認し、ドアロックを解除するものがある。
【０００５】
そして、このような物体検知装置としては、欧州特許ＥＰ９７２８９７号が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の物体検知装置が組み込まれるドアハンドルには、表面がメッキされたものや、車体と同一色に塗装されたもの、艶消しの黒等多くの種類があり、種類によって極端に光の反射率が異なっている。このため、ドアハンドル及び周辺の部材の反射率によって、物体検知装置の回路定数を変えて感度を調整しなければならないという問題点があった。
【０００７】
また、従来の物体検知装置は、発光部に用いられる発光ダイオードの駆動電流は一定レベルであったので、待機時の消費電流（暗電流）が大きく、電源となる電池の残存容量が低下し易いという問題点があった。
【０００８】
また、従来の物体検知装置においては、長期間使用するうちに発光ダイオードの輝度が低下して、検知性能が低下するという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ドアハンドルの種類に係わらず回路定数の変更を不要とするとともに、物体を確実に検知することができる物体検知装置及び物体検知方法を提供することである。
【００１０】
また本発明の目的は、待機時の消費電流を減少させて、電池の放電を減少させることができる物体検知装置及び物体検知方法を提供することである。
【００１１】
また本発明の目的は、発光部の駆動電流を低下させて、発光部の長寿命化を図り、部品交換を不要とすることができる物体検知装置及び物体検知方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記目的を達成するため、発光部と、該発光部が発光した光を受光する受光部と、物体の有無を判定する制御部とを備え、発光部から受光部に至る光路を物体が遮ることにより物体を検知する物体検知装置において、前記発光部は、順次強度が増加する鋸歯状波形の発光を所定の周期で繰り返し、前記受光部は、前記発光部が発光を始めてから受光の強度が所定値に達するまでの時間を示す信号を発生し、前記制御部は、発光開始から前記信号が発生されるまでの時間を前記周期毎に計測し、前回までの計測時間に基づくしきい値を新たな計測時間が超えたときに物体を検知したと判定するとともに、前記制御部は、受光部が受光した光の強度が所定値に達したときに、当該周期における前記発光部の発光を中断することを要旨とする物体検知装置である。
【００１４】
請求項２記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１記載の物体検知装置において、前記発光部が発する光は、可聴帯域を超える周波数で変調され、前記受光部は、受光した光の強度の前記変調成分を増幅して、受光の強度を判定することを要旨とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１または請求項２に記載の物体検知装置において、前記発光部と前記受光部との間の光路には、少なくとも１つの反射部材が配置され、検知対象の物体が存在しないときには、前記発光部からの光は前記反射部材を介して前記受光部へ入射することを要旨とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、上記目的を達成するため、発光部と、該発光部が発光した光を受光する受光部と、物体の有無を判定する制御部とを備えた物体検知装置における物体検知方法であって、前記発光部は、順次強度が増加する鋸歯状波形の発光を行い、前記受光部は、前記発光部が発光を始めてから受光の強度が所定値に達するまでの時間を示す信号を発生し、前記制御部は、発光開始から前記信号が発生されるまでの時間を計測し、前回までの計測時間に基づくしきい値を新たな計測時間が超えたときに物体を検知したと判定するとともに、前記制御部は、受光部が受光した光の強度が所定値に達したときに、当該周期における前記発光部の発光を中断することを要旨とする物体検知方法である。
【００１８】
請求項５記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項４記載の物体検知方法において、前記発光部が発する光は、可聴帯域を超える周波数で変調され、前記受光部は、受光した光の強度の前記変調成分を増幅して、受光の強度を判定することを要旨とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る物体検知装置の実施形態を適用した自動車用キーレスエントリシステムの全体構成を示すシステム構成図である。同図において、キーレスエントリシステム１は、ユーザの手が運転席ドアの図示しないアウトサイドハンドルに掛かったことを検知する物体検知装置２と、物体検知装置２がユーザの手を検知したとき後述する携帯機８との通信を行ってＩＤコードを受信する送受信部３と、照合用のＩＤコードを記憶するコード記憶部４と、ＩＤコードの照合及びキーレスエントリシステム全体を制御するキーレスエントリ制御部５と、ＩＤコードの照合結果が正しければ解錠信号を出力する施解錠信号出力部６と、施解錠信号出力部６から出力される施錠信号／解錠信号により図示しない運転席ドアの施解錠を行うアクチュエータ７と、ユーザが携帯する携帯機８とを備えている。
【００２０】
携帯機８は、制御部９と送受信部１０とＩＤコードを記憶するコード記憶部１１とを備え、車両側の送受信部３からの問い合わせに対して、ＩＤコードを含む情報を送信するものである。
【００２１】
物体検知装置２は、順次強度が増加する鋸歯状波形の発光を所定の周期で繰り返す発光部３１と、発光部３１が発した光を受光して発光部３１が発光を始めてから受光の強度が所定値に達するまでの時間を示す信号を発生する受光部２１と、発光部３１の発光開始から受光部２１が前記信号を発生するまでの時間を所定の周期毎に計測し、前回までの計測時間に基づくしきい値を新たな計測時間が超えたときに物体を検知したと判定する制御部２７と、を備えている。
【００２２】
発光部３１は、制御部２７が発する所定周期の繰り返し信号により鋸歯状波形を発生する鋸歯状波発生回路３２と、鋸歯状波の緩衝増幅器であるバッファアンプ（Ｂ）３３と、可聴帯域を超える周波数（例えば数十ｋＨｚ）の方形波を発生する方形波発生回路３４と、方形波の緩衝増幅器であるバッファアンプ（Ｂ）３５と、バッファアンプ３３の出力をバッファアンプ３５の出力で変調するために両バッファアンプ３３と３５との出力を接続する接続点３６と、接続点３６の電圧値を発光ダイオード３８の駆動電流に変換する電圧電流変換回路３７と、方形波で変調されるとともに順次強度が増加する鋸歯状波形の発光を所定の周期で繰り返す発光ダイオード（以下、ＬＥＤと略す）３８とを備えている。
【００２３】
受光部２１は、ＬＥＤ３８の発する光の波長を検出することができるフォトダイオード（以下、ＰＤと略す）２２と、交流アンプ（ＡＣアンプ）２３と、方形波発生回路３４が発生する方形波の繰り返し周波数を通過帯域とする帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）２４と、検波回路２５と、発光部３１が発光を始めてから受光の強度が所定値に達するまでの時間を示す信号を制御部２７へ出力する波形整形回路２６と、を備えている。
【００２４】
ここで、繰り返しの所定周期を２５ｍＳ、ＬＥＤ３８の最大発光時間を５ｍＳ、発光休止時間を２０ｍＳとすれば、鋸歯状波発生回路３２の出力波形は、図３（ａ）となり、方形波発生回路３４の出力波形は、図３（ｂ）となる。従って、図３（ａ）の波形と図３（ｂ）の波形とのアナログ的な乗算結果である接続点３６の波形は、図３（ｃ）となり、この電圧波形を電流変換したものがＬＥＤ３８の駆動電流となる。尚実施形態では、方形波の繰り返し周波数を４０ｋＨｚ（周期２５μＳ）、デューティ比５０％としているので、ＬＥＤ３８は、１２．５μＳの点灯と、１２．５μＳの消灯とを繰り返しながら、順次発光強度が高くなるように駆動される。ＬＥＤ３８が発する光の波長は、特に限定されないが、本実施形態では、赤外光としている。
【００２５】
次に、図２のフローチャートを参照して、上記構成の物体検知装置２の動作を説明する。尚、物体検知装置２の制御部２７は、マイクロコンピュータで構成され、０から１５を循環する制御変数ｉと、過去１６回の計測時間を記憶するための記憶領域と、書換可能なしきい値記憶領域と、３つのフラグＦ１，Ｆ２，Ｆ３とを用いている。
【００２６】
制御変数ｉは、４ビットのソフトウェアカウンタとして構成され、直近の１６サンプルの計測時間Δｔｉ の記憶及び読み出しのためのものである。フラグＦ１は、今回の計測周期において、しきい値Ｔthを超える計測時間Δｔｉ を得たときに”１”にセットされ、しきい値Ｔth以下の時に、”０”にセットされるフラグである。同様にフラグＦ２、Ｆ３は、それぞれ前回、前々回の周期において、しきい値Ｔthを超える計測時間Δｔｉ を得たときに”１”にセットされ、しきい値Ｔth以下の時に、”０”にセットされるフラグである。従って、Ｆ１＝Ｆ２＝Ｆ３＝１であれば、３回連続してしきい値Ｔthを超えたことになる。
【００２７】
図２において、まず、制御部２７から発光部へ与えられる信号により、鋸歯状波発生回路３２の出力が上昇し始めて、ＬＥＤ３８が発光を始める（ステップＳ１０）。次いで、制御部２７で５ｍＳ間のソフトウェアタイマーをスタートさせ（ステップＳ１２）、受光部から制御部に対して、受光した光の強度が所定値に達するまでの計測時間を示す信号が出力されるか（ステップＳ１４）、或いは５ｍＳのタイマがタイムアップ（ステップＳ４２）するまでループして待つ。
【００２８】
５ｍＳのタイマがタイムアップするということは、５ｍＳの最大発光強度においても受光部が所定レベルを超える受光強度が得られなかったことになり、即ち発光部と受光部との間に物体が存在すると判定する。かくしてステップＳ４２の判定がＹｅｓであれば、消費電流を削減するため発光ダイオードをオフし（ステップＳ４４）、フラグＦ３，Ｆ２，Ｆ１をリセットして（ステップＳ４６）、ステップＳ２６へ分岐する。
【００２９】
受光部が信号を出力するとステップＳ１４の判定結果がＹｅｓとなり、次いで４ビットのカウンタｉの内容を１だけ増加し（ステップＳ１６）、発光ダイオードが点灯を始めてから信号が出力されるまでの計測時間をΔｔｉ として格納し（ステップＳ１８）、消費電流を節約するため発光ダイオードを消灯する（ステップＳ２０）。
【００３０】
次いで、Δｔｉ がしきい値Ｔthを超えているか否かを判定し（ステップＳ２２）、しきい値Ｔthを超えていなければ、Ｆ３←Ｆ２、Ｆ２←Ｆ１、Ｆ１←”０”の移送を行って（ステップＳ２４）。ステップＳ３２へ分岐する。
【００３１】
ステップＳ２２の判定で、計測時間Δｔｉ がしきい値Ｔthを超えていれば、Ｆ３←Ｆ２、Ｆ２←Ｆ１、Ｆ１←”１”の移送を行って（ステップＳ２６）、３回連続してしきい値を超えたかどうか、即ちＦ１、Ｆ２、Ｆ３が全て１かどうかの判定を行う（ステップＳ２８）。３回連続してしきい値を超えていれば、制御部２７からキーレスエントリ制御部５へ物体検知信号を出力して（ステップＳ３０）、ステップ３２へ進む。
【００３２】
この物体検知信号を受けたキーレスエントリ制御部５は、送受信部３からユーザの携帯機８に対して、ＩＤコードの問い合わせ信号を送信し、携帯機８から応答されたＩＤコードを含む信号を送受信部３で受信する。そして、コード記憶部４に記憶された登録済みのＩＤコードのいずれかに一致していれば、施解錠信号出力部６からアクチュエータ７に解錠信号を出力し、ドアロックが解除される。
【００３３】
ステップＳ２８の判定において、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３のいずれかが０であれば、３回連続してしきい値を超えていないので、ステップＳ３２へ分岐する。
【００３４】
ステップＳ３２においては、５ｍＳタイムアップするまでセルフループして待つ。５ｍＳタイムアップすると、過去１６回分の計測時間Δｔｉ 〜Δｔｉ−１５から平均値Δｔmeanを算出し（ステップＳ３４）、平均値Δｔmeanに基づいてしきい値Ｔthを算出して、しきい値Ｔthを更新する（ステップＳ３６）。
【００３５】
次いで、２０ｍＳの休止のために、２０ｍＳのタイマをスタートさせ（ステップＳ３８）、２０ｍＳがタイムアップしたかどうかをループして待つ（ステップＳ４０）。制御部２７は、この２０ｍＳのタイマがタイムアップするまでスリープモードとなって、電流消費を極めて少量に抑制する。２０ｍＳのタイマがタイムアップすると、ステップＳ１０へ分岐してＬＥＤの点灯を始める。
【００３６】
本発明においては、このような前回までの計測時間Δｔｉ 〜Δｔｉ−１５の平均値Δｔmeanに基づいて、ダイナミックなしきい値Ｔthを設定して、物体の有無を判定するようにしたので、ドアハンドル及びその周辺の部材の表面処理の種類、即ち、メッキ処理、車体と同色の塗装、艶消しの黒等に依らず、正確に物体を検知することができる。
【００３７】
図４は、実施形態の波形例を示す図である。ＬＥＤ３８とＰＤ２２との間に物体がない場合には、ＬＥＤ３８から発せられた光が遮られることなく直接ＰＤ２２へ入射するので、検波回路２５の出力が所定レベルに達したかどうかを判定する波形整形回路２６は、Δｔ１、Δｔ２という極めて短時間で出力する。これに対して、ＬＥＤ３８とＰＤ２２との間に物体がある場合、Δｔ３のように５ｍＳのタイムアップをするか、或いは物体の反射光が多い場合には、Δｔ４のように検出される。
【００３８】
図５は、本発明に係る物体検知装置の実装状態を説明する斜視組立図であり、右ハンドル自動車の運転席ドアに実装する例を示している。
【００３９】
図５において、ドアハンドルの把持部であるグリップ５１とグリップ５１を図示しないドアに取り付けるためのベース５２とのには、手を入れるスペース５８が形成される。そして、このスペース５８を前後に挟んでＬＥＤ３８とＰＤ２２とを対向配置するために、ベース５２に凹部５２ａ、５２ｂが設けられている。凹部５２ａには、ＬＥＤ３８が填め込まれ、凹部５２ｂにはＰＤ２２が填め込まれる。そして、ベース５２に対して上方より嵌合するホルダ５３によりＬＥＤ３８及びＰＤ２２が固定される。
【００４０】
またベース５２の裏面中央部には、略方形の凹部５２ｃが設けられ、この凹部５２ｃには、物体検知装置のＬＥＤ３８とＰＤ２２とを除く回路素子を実装したプリント配線基板（ＰＣＢ）５４が填め込まれ、カバー５５で覆われるようになっている。そして、ＬＥＤ３８及びＰＤ２２とＰＣＢ５４とは、それぞれコード５６、５７で接続されている。またＰＣＢ５４と図外のキーレスエントリ制御部とは、図示しないケーブルで接続されるようになっている。
【００４１】
図６は、物体検知装置のＬＥＤ３８とＰＤ２２との間の各種光路の構成例を示す平面図であり、各光路は２点鎖線で表示されている。
【００４２】
図６（ａ）は、グリップ５１とベース５２との間の手を入れるスペース５８を前後に縦断するようにＬＥＤ３８とＰＤ２２とを配設した例であるり、図５に対応する。
【００４３】
図６（ｂ）は、グリップ５１の内面に反射部材６０を設け、ＬＥＤ３８とＰＤ２２とをベース５２に配設した例を示している。この例によれば、ＬＥＤ３８から発した光が反射部材６０で反射し、反射部材６０からＰＤ２２へ入射するので、グリップ５１とベース５２との間の手を入れるスペース５８を斜めに横断する光路を構成する。
【００４４】
図６（ｃ）は、グリップ５１の内面に２つの反射部材６２、６３を設け、ＬＥＤ３８とＰＤ２２とをベース５２に配設して、略３角形の光路を形成した例を示している。この例によれば、ＬＥＤ３８とＰＤ２２とをスペース５８の中央部に対向するベース５２に配設するとともに、反射部材６１、６４を備える透明なキャップ６５によりＬＥＤ３８とＰＤ２２との入出射面を覆っている。そして、ＬＥＤ３８から出射した光は、反射部材６１、反射部材６２、反射部材６３、反射部材６４の順で順次反射されて、ＰＤ２２へ入射する光路を構成する。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、発光部と、該発光部が発光した光を受光する受光部と、物体の有無を判定する制御部とを備え、発光部から受光部に至る光路を物体が遮ることにより物体を検知する物体検知装置において、前記発光部は、順次強度が増加する鋸歯状波形の発光を所定の周期で繰り返し、前記受光部は、前記発光部が発光を始めてから受光の強度が所定値に達するまでの時間を示す信号を発生し、前記制御部は、発光開始から前記信号が発生されるまでの時間を前記周期毎に計測し、前回までの計測時間に基づくしきい値を新たな計測時間が超えたときに物体を検知したと判定するようにしたので、ドアハンドルの種類に係わらず回路定数の変更を不要とするとともに、物体を確実に検知することができる物体検知装置を提供することができるという効果がある。
また、前記制御部は、受光部が受光した光の強度が所定値に達したときに、当該周期における前記発光部の発光を中断するようにしたので、発光素子の通電電流が削減され、発光素子の寿命を伸延して交換を不要にするとともに、物体検知装置の待機時の消費電流を削減して、バッテリの負担を軽減することができるという効果がある。
【００４７】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、前記発光部が発する光は、可聴帯域を超える周波数で変調され、前記受光部は、受光した光の強度の前記変調成分を増幅して、受光の強度を判定するようにしたので、特に光学フィルタ等を設けることなく、外来光の影響を除去して信頼性の高い物体検知装置を提供することができるという効果がある。
【００４８】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の発明の効果に加えて、前記発光部と前記受光部との間の光路には、少なくとも１つの反射部材が配置され、検知対象の物体が存在しないときには、前記発光部からの光は前記反射部材を介して前記受光部へ入射するようにしたので、発光部と受光部との実装位置の制約が少なくなり、自由度の高い配置を行うことができるという効果がある。
【００４９】
請求項４記載の発明によれば、発光部と、該発光部が発光した光を受光する受光部と、物体の有無を判定する制御部とを備えた物体検知装置における物体検知方法であって、前記発光部は、順次強度が増加する鋸歯状波形の発光を行い、前記受光部は、前記発光部が発光を始めてから受光の強度が所定値に達するまでの時間を示す信号を発生し、前記制御部は、発光開始から前記信号が発生されるまでの時間を計測し、前回までの計測時間に基づくしきい値を新たな計測時間が超えたときに物体を検知したと判定するようにしたので、ドアハンドルの種類に係わらず回路定数の変更を不要とするとともに、物体を確実に検知することができる物体検知方法を提供することができるという効果がある。
また、前記制御部は、受光部が受光した光の強度が所定値に達したときに、当該周期における前記発光部の発光を中断するようにしたので、発光素子の通電電流が削減され、発光素子の寿命を伸延して交換を不要にするとともに、物体検知装置の待機時の消費電流を削減して、バッテリの負担を軽減することができるという効果がある。
【００５１】
請求項５記載の発明によれば、請求項４に記載の発明の効果に加えて、前記発光部が発する光は、可聴帯域を超える周波数で変調され、前記受光部は、受光した光の強度の前記変調成分を増幅して、受光の強度を判定するようにしたので、特に光学フィルタ等を設けることなく、外来光の影響を除去して信頼性の高い物体検知方法を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る物体検知装置の実施形態を適用した自動車用キーレスエントリシステムの全体構成を示すシステム構成図である。
【図２】物体検知装置の実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図３】物体検知装置の実施形態の動作を説明する波形図である。
【図４】物体検知装置の実施形態の動作を説明する波形図である。
【図５】物体検知装置の実装状態を説明する斜視組立図である。
【図６】物体検知装置の各種実装状態を説明する平面図である。
【符号の説明】
１ キーレスエントリシステム
２ 物体検知装置
３ 送受信部
４ コード記憶部
５ キーレスエントリ制御部
６ 施解錠信号出力部
７ アクチュエータ
８ 携帯機
９ 制御部
１０ 送受信部
１１ コード記憶部
２１ 受光部
２２ フォトダイオード（ＰＤ）
２３ ＡＣアンプ
２４ 帯域フィルタ（ＢＰＦ）
２５ 検波回路
２６ 波形整形回路
２７ 制御部
３１ 発光部
３２ 鋸歯状波発生回路
３３ バッファ（Ｂ）
３４ 方形波発生回路
３５ バッファ（Ｂ）
３６ 接続点
３７ 電圧電流変換回路
３８ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学式の物体検知装置及び物体検知方法に係り、特に、バックグランドの明るさや周囲の材質に依らず確実に物体を検知できる物体検知装置及び物体検知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両のドアを施解錠するためキーレスリモコン送受信機を利用したキーレスエントリーシステムが利用されている。キーレスリモコン送信機には、例えばドアをロックするための押しボタンと、ドアをアンロックするための押しボタンとが別々に２つ設けられており、車両の近くで所望のキーが押されると、施錠情報または解錠情報とともにＩＤ情報が付加された電波が発射される。
【０００３】
そして、車両に設けられたキーレスリモコン受信機では、この電波を受信して抽出したＩＤ情報と、予め登録されているＩＤ情報と比較し、両者が一致した場合には、当該車両の正当な利用者であると判断して、ロック／アンロック動作を行うように制御するものである。
【０００４】
また近年、キーレスリモコンの押しボタン操作を省略して、キーレス送受信機を保持した運転者がドアを開けるために、ドアハンドルに手をかけたことを物体検知装置で検知し、これを契機として車両側の送受信機と運転者の送受信機とが通信を行ってＩＤ情報を確認し、ドアロックを解除するものがある。
【０００５】
そして、このような物体検知装置としては、欧州特許ＥＰ９７２８９７号が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の物体検知装置が組み込まれるドアハンドルには、表面がメッキされたものや、車体と同一色に塗装されたもの、艶消しの黒等多くの種類があり、種類によって極端に光の反射率が異なっている。このため、ドアハンドル及び周辺の部材の反射率によって、物体検知装置の回路定数を変えて感度を調整しなければならないという問題点があった。
【０００７】
また、従来の物体検知装置は、発光部に用いられる発光ダイオードの駆動電流は一定レベルであったので、待機時の消費電流（暗電流）が大きく、電源となる電池の残存容量が低下し易いという問題点があった。
【０００８】
また、従来の物体検知装置においては、長期間使用するうちに発光ダイオードの輝度が低下して、検知性能が低下するという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ドアハンドルの種類に係わらず回路定数の変更を不要とするとともに、物体を確実に検知することができる物体検知装置及び物体検知方法を提供することである。
【００１０】
また本発明の目的は、待機時の消費電流を減少させて、電池の放電を減少させることができる物体検知装置及び物体検知方法を提供することである。
【００１１】
また本発明の目的は、発光部の駆動電流を低下させて、発光部の長寿命化を図り、部品交換を不要とすることができる物体検知装置及び物体検知方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記目的を達成するため、発光部と、該発光部が発光した光を受光する受光部と、物体の有無を判定する制御部とを備え、発光部から受光部に至る光路を物体が遮ることにより物体を検知する物体検知装置において、前記発光部は、順次強度が増加する鋸歯状波形の発光を所定の周期で繰り返し、前記受光部は、前記発光部が発光を始めてから受光の強度が所定値に達するまでの時間を示す信号を発生し、前記制御部は、発光開始から前記信号が発生されるまでの時間を前記周期毎に計測し、前回までの計測時間に基づくしきい値を新たな計測時間が超えたときに物体を検知したと判定するとともに、前記制御部は、受光部が受光した光の強度が所定値に達したときに、当該周期における前記発光部の発光を中断することを要旨とする物体検知装置である。
【００１４】
請求項２記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１記載の物体検知装置において、前記発光部が発する光は、可聴帯域を超える周波数で変調され、前記受光部は、受光した光の強度の前記変調成分を増幅して、受光の強度を判定することを要旨とする。
【００１５】
請求項３記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項１または請求項２に記載の物体検知装置において、前記発光部と前記受光部との間の光路には、少なくとも１つの反射部材が配置され、検知対象の物体が存在しないときには、前記発光部からの光は前記反射部材を介して前記受光部へ入射することを要旨とする。
【００１６】
請求項４記載の発明は、上記目的を達成するため、発光部と、該発光部が発光した光を受光する受光部と、物体の有無を判定する制御部とを備えた物体検知装置における物体検知方法であって、前記発光部は、順次強度が増加する鋸歯状波形の発光を行い、前記受光部は、前記発光部が発光を始めてから受光の強度が所定値に達するまでの時間を示す信号を発生し、前記制御部は、発光開始から前記信号が発生されるまでの時間を計測し、前回までの計測時間に基づくしきい値を新たな計測時間が超えたときに物体を検知したと判定するとともに、前記制御部は、受光部が受光した光の強度が所定値に達したときに、当該周期における前記発光部の発光を中断することを要旨とする物体検知方法である。
【００１８】
請求項５記載の発明は、上記目的を達成するため、請求項４記載の物体検知方法において、前記発光部が発する光は、可聴帯域を超える周波数で変調され、前記受光部は、受光した光の強度の前記変調成分を増幅して、受光の強度を判定することを要旨とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る物体検知装置の実施形態を適用した自動車用キーレスエントリシステムの全体構成を示すシステム構成図である。同図において、キーレスエントリシステム１は、ユーザの手が運転席ドアの図示しないアウトサイドハンドルに掛かったことを検知する物体検知装置２と、物体検知装置２がユーザの手を検知したとき後述する携帯機８との通信を行ってＩＤコードを受信する送受信部３と、照合用のＩＤコードを記憶するコード記憶部４と、ＩＤコードの照合及びキーレスエントリシステム全体を制御するキーレスエントリ制御部５と、ＩＤコードの照合結果が正しければ解錠信号を出力する施解錠信号出力部６と、施解錠信号出力部６から出力される施錠信号／解錠信号により図示しない運転席ドアの施解錠を行うアクチュエータ７と、ユーザが携帯する携帯機８とを備えている。
【００２０】
携帯機８は、制御部９と送受信部１０とＩＤコードを記憶するコード記憶部１１とを備え、車両側の送受信部３からの問い合わせに対して、ＩＤコードを含む情報を送信するものである。
【００２１】
物体検知装置２は、順次強度が増加する鋸歯状波形の発光を所定の周期で繰り返す発光部３１と、発光部３１が発した光を受光して発光部３１が発光を始めてから受光の強度が所定値に達するまでの時間を示す信号を発生する受光部２１と、発光部３１の発光開始から受光部２１が前記信号を発生するまでの時間を所定の周期毎に計測し、前回までの計測時間に基づくしきい値を新たな計測時間が超えたときに物体を検知したと判定する制御部２７と、を備えている。
【００２２】
発光部３１は、制御部２７が発する所定周期の繰り返し信号により鋸歯状波形を発生する鋸歯状波発生回路３２と、鋸歯状波の緩衝増幅器であるバッファアンプ（Ｂ）３３と、可聴帯域を超える周波数（例えば数十ｋＨｚ）の方形波を発生する方形波発生回路３４と、方形波の緩衝増幅器であるバッファアンプ（Ｂ）３５と、バッファアンプ３３の出力をバッファアンプ３５の出力で変調するために両バッファアンプ３３と３５との出力を接続する接続点３６と、接続点３６の電圧値を発光ダイオード３８の駆動電流に変換する電圧電流変換回路３７と、方形波で変調されるとともに順次強度が増加する鋸歯状波形の発光を所定の周期で繰り返す発光ダイオード（以下、ＬＥＤと略す）３８とを備えている。
【００２３】
受光部２１は、ＬＥＤ３８の発する光の波長を検出することができるフォトダイオード（以下、ＰＤと略す）２２と、交流アンプ（ＡＣアンプ）２３と、方形波発生回路３４が発生する方形波の繰り返し周波数を通過帯域とする帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）２４と、検波回路２５と、発光部３１が発光を始めてから受光の強度が所定値に達するまでの時間を示す信号を制御部２７へ出力する波形整形回路２６と、を備えている。
【００２４】
ここで、繰り返しの所定周期を２５ｍＳ、ＬＥＤ３８の最大発光時間を５ｍＳ、発光休止時間を２０ｍＳとすれば、鋸歯状波発生回路３２の出力波形は、図３（ａ）となり、方形波発生回路３４の出力波形は、図３（ｂ）となる。従って、図３（ａ）の波形と図３（ｂ）の波形とのアナログ的な乗算結果である接続点３６の波形は、図３（ｃ）となり、この電圧波形を電流変換したものがＬＥＤ３８の駆動電流となる。尚実施形態では、方形波の繰り返し周波数を４０ｋＨｚ（周期２５μＳ）、デューティ比５０％としているので、ＬＥＤ３８は、１２．５μＳの点灯と、１２．５μＳの消灯とを繰り返しながら、順次発光強度が高くなるように駆動される。ＬＥＤ３８が発する光の波長は、特に限定されないが、本実施形態では、赤外光としている。
【００２５】
次に、図２のフローチャートを参照して、上記構成の物体検知装置２の動作を説明する。尚、物体検知装置２の制御部２７は、マイクロコンピュータで構成され、０から１５を循環する制御変数ｉと、過去１６回の計測時間を記憶するための記憶領域と、書換可能なしきい値記憶領域と、３つのフラグＦ１，Ｆ２，Ｆ３とを用いている。
【００２６】
制御変数ｉは、４ビットのソフトウェアカウンタとして構成され、直近の１６サンプルの計測時間Δｔｉ の記憶及び読み出しのためのものである。フラグＦ１は、今回の計測周期において、しきい値Ｔthを超える計測時間Δｔｉ を得たときに”１”にセットされ、しきい値Ｔth以下の時に、”０”にセットされるフラグである。同様にフラグＦ２、Ｆ３は、それぞれ前回、前々回の周期において、しきい値Ｔthを超える計測時間Δｔｉ を得たときに”１”にセットされ、しきい値Ｔth以下の時に、”０”にセットされるフラグである。従って、Ｆ１＝Ｆ２＝Ｆ３＝１であれば、３回連続してしきい値Ｔthを超えたことになる。
【００２７】
図２において、まず、制御部２７から発光部へ与えられる信号により、鋸歯状波発生回路３２の出力が上昇し始めて、ＬＥＤ３８が発光を始める（ステップＳ１０）。次いで、制御部２７で５ｍＳ間のソフトウェアタイマーをスタートさせ（ステップＳ１２）、受光部から制御部に対して、受光した光の強度が所定値に達するまでの計測時間を示す信号が出力されるか（ステップＳ１４）、或いは５ｍＳのタイマがタイムアップ（ステップＳ４２）するまでループして待つ。
【００２８】
５ｍＳのタイマがタイムアップするということは、５ｍＳの最大発光強度においても受光部が所定レベルを超える受光強度が得られなかったことになり、即ち発光部と受光部との間に物体が存在すると判定する。かくしてステップＳ４２の判定がＹｅｓであれば、消費電流を削減するため発光ダイオードをオフし（ステップＳ４４）、フラグＦ３，Ｆ２，Ｆ１をリセットして（ステップＳ４６）、ステップＳ２６へ分岐する。
【００２９】
受光部が信号を出力するとステップＳ１４の判定結果がＹｅｓとなり、次いで４ビットのカウンタｉの内容を１だけ増加し（ステップＳ１６）、発光ダイオードが点灯を始めてから信号が出力されるまでの計測時間をΔｔｉ として格納し（ステップＳ１８）、消費電流を節約するため発光ダイオードを消灯する（ステップＳ２０）。
【００３０】
次いで、Δｔｉ がしきい値Ｔthを超えているか否かを判定し（ステップＳ２２）、しきい値Ｔthを超えていなければ、Ｆ３←Ｆ２、Ｆ２←Ｆ１、Ｆ１←”０”の移送を行って（ステップＳ２４）。ステップＳ３２へ分岐する。
【００３１】
ステップＳ２２の判定で、計測時間Δｔｉ がしきい値Ｔthを超えていれば、Ｆ３←Ｆ２、Ｆ２←Ｆ１、Ｆ１←”１”の移送を行って（ステップＳ２６）、３回連続してしきい値を超えたかどうか、即ちＦ１、Ｆ２、Ｆ３が全て１かどうかの判定を行う（ステップＳ２８）。３回連続してしきい値を超えていれば、制御部２７からキーレスエントリ制御部５へ物体検知信号を出力して（ステップＳ３０）、ステップ３２へ進む。
【００３２】
この物体検知信号を受けたキーレスエントリ制御部５は、送受信部３からユーザの携帯機８に対して、ＩＤコードの問い合わせ信号を送信し、携帯機８から応答されたＩＤコードを含む信号を送受信部３で受信する。そして、コード記憶部４に記憶された登録済みのＩＤコードのいずれかに一致していれば、施解錠信号出力部６からアクチュエータ７に解錠信号を出力し、ドアロックが解除される。
【００３３】
ステップＳ２８の判定において、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３のいずれかが０であれば、３回連続してしきい値を超えていないので、ステップＳ３２へ分岐する。
【００３４】
ステップＳ３２においては、５ｍＳタイムアップするまでセルフループして待つ。５ｍＳタイムアップすると、過去１６回分の計測時間Δｔｉ 〜Δｔｉ−１５から平均値Δｔmeanを算出し（ステップＳ３４）、平均値Δｔmeanに基づいてしきい値Ｔthを算出して、しきい値Ｔthを更新する（ステップＳ３６）。
【００３５】
次いで、２０ｍＳの休止のために、２０ｍＳのタイマをスタートさせ（ステップＳ３８）、２０ｍＳがタイムアップしたかどうかをループして待つ（ステップＳ４０）。制御部２７は、この２０ｍＳのタイマがタイムアップするまでスリープモードとなって、電流消費を極めて少量に抑制する。２０ｍＳのタイマがタイムアップすると、ステップＳ１０へ分岐してＬＥＤの点灯を始める。
【００３６】
本発明においては、このような前回までの計測時間Δｔｉ 〜Δｔｉ−１５の平均値Δｔmeanに基づいて、ダイナミックなしきい値Ｔthを設定して、物体の有無を判定するようにしたので、ドアハンドル及びその周辺の部材の表面処理の種類、即ち、メッキ処理、車体と同色の塗装、艶消しの黒等に依らず、正確に物体を検知することができる。
【００３７】
図４は、実施形態の波形例を示す図である。ＬＥＤ３８とＰＤ２２との間に物体がない場合には、ＬＥＤ３８から発せられた光が遮られることなく直接ＰＤ２２へ入射するので、検波回路２５の出力が所定レベルに達したかどうかを判定する波形整形回路２６は、Δｔ１、Δｔ２という極めて短時間で出力する。これに対して、ＬＥＤ３８とＰＤ２２との間に物体がある場合、Δｔ３のように５ｍＳのタイムアップをするか、或いは物体の反射光が多い場合には、Δｔ４のように検出される。
【００３８】
図５は、本発明に係る物体検知装置の実装状態を説明する斜視組立図であり、右ハンドル自動車の運転席ドアに実装する例を示している。
【００３９】
図５において、ドアハンドルの把持部であるグリップ５１とグリップ５１を図示しないドアに取り付けるためのベース５２とのには、手を入れるスペース５８が形成される。そして、このスペース５８を前後に挟んでＬＥＤ３８とＰＤ２２とを対向配置するために、ベース５２に凹部５２ａ、５２ｂが設けられている。凹部５２ａには、ＬＥＤ３８が填め込まれ、凹部５２ｂにはＰＤ２２が填め込まれる。そして、ベース５２に対して上方より嵌合するホルダ５３によりＬＥＤ３８及びＰＤ２２が固定される。
【００４０】
またベース５２の裏面中央部には、略方形の凹部５２ｃが設けられ、この凹部５２ｃには、物体検知装置のＬＥＤ３８とＰＤ２２とを除く回路素子を実装したプリント配線基板（ＰＣＢ）５４が填め込まれ、カバー５５で覆われるようになっている。そして、ＬＥＤ３８及びＰＤ２２とＰＣＢ５４とは、それぞれコード５６、５７で接続されている。またＰＣＢ５４と図外のキーレスエントリ制御部とは、図示しないケーブルで接続されるようになっている。
【００４１】
図６は、物体検知装置のＬＥＤ３８とＰＤ２２との間の各種光路の構成例を示す平面図であり、各光路は２点鎖線で表示されている。
【００４２】
図６（ａ）は、グリップ５１とベース５２との間の手を入れるスペース５８を前後に縦断するようにＬＥＤ３８とＰＤ２２とを配設した例であるり、図５に対応する。
【００４３】
図６（ｂ）は、グリップ５１の内面に反射部材６０を設け、ＬＥＤ３８とＰＤ２２とをベース５２に配設した例を示している。この例によれば、ＬＥＤ３８から発した光が反射部材６０で反射し、反射部材６０からＰＤ２２へ入射するので、グリップ５１とベース５２との間の手を入れるスペース５８を斜めに横断する光路を構成する。
【００４４】
図６（ｃ）は、グリップ５１の内面に２つの反射部材６２、６３を設け、ＬＥＤ３８とＰＤ２２とをベース５２に配設して、略３角形の光路を形成した例を示している。この例によれば、ＬＥＤ３８とＰＤ２２とをスペース５８の中央部に対向するベース５２に配設するとともに、反射部材６１、６４を備える透明なキャップ６５によりＬＥＤ３８とＰＤ２２との入出射面を覆っている。そして、ＬＥＤ３８から出射した光は、反射部材６１、反射部材６２、反射部材６３、反射部材６４の順で順次反射されて、ＰＤ２２へ入射する光路を構成する。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、発光部と、該発光部が発光した光を受光する受光部と、物体の有無を判定する制御部とを備え、発光部から受光部に至る光路を物体が遮ることにより物体を検知する物体検知装置において、前記発光部は、順次強度が増加する鋸歯状波形の発光を所定の周期で繰り返し、前記受光部は、前記発光部が発光を始めてから受光の強度が所定値に達するまでの時間を示す信号を発生し、前記制御部は、発光開始から前記信号が発生されるまでの時間を前記周期毎に計測し、前回までの計測時間に基づくしきい値を新たな計測時間が超えたときに物体を検知したと判定するようにしたので、ドアハンドルの種類に係わらず回路定数の変更を不要とするとともに、物体を確実に検知することができる物体検知装置を提供することができるという効果がある。
また、前記制御部は、受光部が受光した光の強度が所定値に達したときに、当該周期における前記発光部の発光を中断するようにしたので、発光素子の通電電流が削減され、発光素子の寿命を伸延して交換を不要にするとともに、物体検知装置の待機時の消費電流を削減して、バッテリの負担を軽減することができるという効果がある。
【００４７】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、前記発光部が発する光は、可聴帯域を超える周波数で変調され、前記受光部は、受光した光の強度の前記変調成分を増幅して、受光の強度を判定するようにしたので、特に光学フィルタ等を設けることなく、外来光の影響を除去して信頼性の高い物体検知装置を提供することができるという効果がある。
【００４８】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の発明の効果に加えて、前記発光部と前記受光部との間の光路には、少なくとも１つの反射部材が配置され、検知対象の物体が存在しないときには、前記発光部からの光は前記反射部材を介して前記受光部へ入射するようにしたので、発光部と受光部との実装位置の制約が少なくなり、自由度の高い配置を行うことができるという効果がある。
【００４９】
請求項４記載の発明によれば、発光部と、該発光部が発光した光を受光する受光部と、物体の有無を判定する制御部とを備えた物体検知装置における物体検知方法であって、前記発光部は、順次強度が増加する鋸歯状波形の発光を行い、前記受光部は、前記発光部が発光を始めてから受光の強度が所定値に達するまでの時間を示す信号を発生し、前記制御部は、発光開始から前記信号が発生されるまでの時間を計測し、前回までの計測時間に基づくしきい値を新たな計測時間が超えたときに物体を検知したと判定するようにしたので、ドアハンドルの種類に係わらず回路定数の変更を不要とするとともに、物体を確実に検知することができる物体検知方法を提供することができるという効果がある。
また、前記制御部は、受光部が受光した光の強度が所定値に達したときに、当該周期における前記発光部の発光を中断するようにしたので、発光素子の通電電流が削減され、発光素子の寿命を伸延して交換を不要にするとともに、物体検知装置の待機時の消費電流を削減して、バッテリの負担を軽減することができるという効果がある。
【００５１】
請求項５記載の発明によれば、請求項４に記載の発明の効果に加えて、前記発光部が発する光は、可聴帯域を超える周波数で変調され、前記受光部は、受光した光の強度の前記変調成分を増幅して、受光の強度を判定するようにしたので、特に光学フィルタ等を設けることなく、外来光の影響を除去して信頼性の高い物体検知方法を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る物体検知装置の実施形態を適用した自動車用キーレスエントリシステムの全体構成を示すシステム構成図である。
【図２】物体検知装置の実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図３】物体検知装置の実施形態の動作を説明する波形図である。
【図４】物体検知装置の実施形態の動作を説明する波形図である。
【図５】物体検知装置の実装状態を説明する斜視組立図である。
【図６】物体検知装置の各種実装状態を説明する平面図である。
【符号の説明】
１ キーレスエントリシステム
２ 物体検知装置
３ 送受信部
４ コード記憶部
５ キーレスエントリ制御部
６ 施解錠信号出力部
７ アクチュエータ
８ 携帯機
９ 制御部
１０ 送受信部
１１ コード記憶部
２１ 受光部
２２ フォトダイオード（ＰＤ）
２３ ＡＣアンプ
２４ 帯域フィルタ（ＢＰＦ）
２５ 検波回路
２６ 波形整形回路
２７ 制御部
３１ 発光部
３２ 鋸歯状波発生回路
３３ バッファ（Ｂ）
３４ 方形波発生回路
３５ バッファ（Ｂ）
３６ 接続点
３７ 電圧電流変換回路
３８ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
Claims (5)
- 発光部と、該発光部が発光した光を受光する受光部と、物体の有無を判定する制御部とを備え、発光部から受光部に至る光路を物体が遮ることにより物体を検知する物体検知装置において、
前記発光部は、順次強度が増加する鋸歯状波形の発光を所定の周期で繰り返し、
前記受光部は、前記発光部が発光を始めてから受光の強度が所定値に達するまでの時間を示す信号を発生し、
前記制御部は、発光開始から前記信号が発生されるまでの時間を前記周期毎に計測し、前回までの計測時間に基づくしきい値を新たな計測時間が超えたときに物体を検知したと判定するとともに、
前記制御部は、受光部が受光した光の強度が所定値に達したときに、当該周期における前記発光部の発光を中断することを特徴とする物体検知装置。 - 前記発光部が発する光は、可聴帯域を超える周波数で変調され、前記受光部は、受光した光の強度の前記変調成分を増幅して、受光の強度を判定することを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
- 前記発光部と前記受光部との間の光路には、少なくとも１つの反射部材が配置され、検知対象の物体が存在しないときには、前記発光部からの光は前記反射部材を介して前記受光部へ入射することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の物体検知装置。
- 発光部と、該発光部が発光した光を受光する受光部と、物体の有無を判定する制御部とを備えた物体検知装置における物体検知方法であって、
前記発光部は、順次強度が増加する鋸歯状波形の発光を行い、
前記受光部は、前記発光部が発光を始めてから受光の強度が所定値に達するまでの時間を示す信号を発生し、
前記制御部は、発光開始から前記信号が発生されるまでの時間を計測し、前回までの計測時間に基づくしきい値を新たな計測時間が超えたときに物体を検知したと判定するとともに、
前記制御部は、受光部が受光した光の強度が所定値に達したときに、当該周期における前記発光部の発光を中断することを特徴とする物体検知方法。 - 前記発光部が発する光は、可聴帯域を超える周波数で変調され、前記受光部は、受光した光の強度の前記変調成分を増幅して、受光の強度を判定することを特徴とする請求項４記載の物体検知方法。
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