感度可変型の電界測定機能を備えた物体検知装置
【課題】感度可変型の電界測定機能を備えた物体検知装置を提供する。
【解決手段】自動車の窓枠とウィンドガラスとのうちの少なくとも一方には、３つ以上の電極３２，３４が配置されている。電界測定部５２は、これらの電極３２，３４のうちの任意の２電極間の静電容量を測定して、２電極間に存在する物体を検知する。制御回路６０は、ウィンドガラスの移動に応じて２電極の組み合わせを変更することによって、電界測定部５２の感度を変更する。
【解決手段】自動車の窓枠とウィンドガラスとのうちの少なくとも一方には、３つ以上の電極３２，３４が配置されている。電界測定部５２は、これらの電極３２，３４のうちの任意の２電極間の静電容量を測定して、２電極間に存在する物体を検知する。制御回路６０は、ウィンドガラスの移動に応じて２電極の組み合わせを変更することによって、電界測定部５２の感度を変更する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感度可変型の電界測定機能を備えた物体検知装置、およびその装置を利用した挟み込み防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両のパワーウィンド装置やビルの自動開閉扉には、手や頭などの人体の一部の挟み込みを防止する挟み込み防止装置が用いられている。例えば、パワーウィンド装置に搭載される挟み込み防止装置では、閉動作中のウィンドガラスと窓枠との間に異物すなわち物体が存在すると、ウィンドガラスの閉動作が停止されて、異物の挟み込みが防止される。近年、この挟み込み検知を静電容量の測定に基づいて行うことが提案されている。
【０００３】
特許文献１は、静電容量検出部を備える従来の挟み込み防止装置を記載している。この挟み込み防止装置は、窓枠に設けられたセンサ電極とウィンドガラスとの間に形成される静電容量を測定して、その静電容量が基準静電容量を超えている場合に異物の挟み込みを検知する。しかしながら、この構成では、窓枠とウィンドガラスとの間に異物が挟み込まれたときに形成される静電容量が上記基準静電容量として設定されるため、異物が実際に挟み込まれた状態で検知される。つまり、特許文献１の装置は、異物がウィンドガラスに接触することを前提として挟み込み検知を行うため、挟み込み検知の精度が基準静電容量の値に大きく依存するものであった。このため、実際には挟み込みが生じているにもかかわらず、挟み込みを適切に検知できないことがあった。また、例えば異物のサイズが大きい場合、異物に大きな力が加わった後に挟み込みが検知されることがあった。
【０００４】
特許文献２は、従来の挟み込み防止装置の他の例を記載している。特許文献２に記載された装置は、静電容量センサを用いて物体を非接触で検出する。静電容量センサでは、２つの電極間に異物（人体の一部など）が存在すると、静電容量が増大する。特許文献２の装置は、この静電容量センサの特性を利用して、静電容量の変化量が一定値を超えると、閉動作中の可動体（ウィンドガラスなど）に異物が接近していると判定して可動体を停止または開動作させる。この構成では、異物が挟み込まれる前に検出されるため、挟み込みを未然に防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３２６２８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２の装置では、可動体に近接する異物が必要以上に検知されることがあった。例えば、降雨時にウィンドガラスが閉動作しているときに静電容量センサが雨滴に過敏に反応し、挟み込み防止装置が雨滴を異物として検知する場合があった。その結果、ウインドガラスの不必要な停止や予期せぬ開動作が行われることがあった。このため、従来の挟み込み防止装置では、挟み込み検知の精度を好適に維持しつつ、可動体の不所望な動作を防止するという点において、未だ改善の余地が残されていた。
【０００７】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、可動体に近接する物体の検知精度を好適に維持しつつ、必要以上に物体を過敏に検知することを防止する物体検知装置およびそれを利用した挟み込み防止装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様は、フレームとフレームに対して移動する可動体との間に存在する物体を検知する物体検知装置である。３つ以上の第１の複数の電極が、フレームと可動体との少なくとも一方に配置されている。電界測定部は、第１の複数の電極に接続され、第１の複数の電極のうちの任意の２つの電極間の静電容量を測定して物体を検知する。制御回路は、電界測定部に接続され、可動体の移動に応じて第１の複数の電極間で２つの電極を切り替えて電界測定部の感度を変更する。
【０００９】
本発明の別の態様は、フレームとフレームに対して移動する可動体との間の物体の挟み込みを防止する挟み込み防止装置である。駆動部は、フレームに対して可動体を相対移動させる。３つ以上の第１の複数の電極が、フレームと可動体との少なくとも一方に配置されている。電界測定部は、第１の複数の電極に接続され、第１の複数の電極のうちの任意の２つの電極間の静電容量を測定して物体を検知する。制御回路は、駆動部と電界測定部とに接続され、電界測定部により測定された静電容量に基づいて駆動部を制御する。制御回路は、可動体の移動に応じて第１の複数の電極間で２つの電極を切り替えて電界測定部の感度を変更する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の物体検知装置によれば、可動体に近接する物体の検知精度を維持しつつ、必要以上に物体を過敏に検知することを防止することができる。また、本発明の挟み込み防止装置によれば、挟み込み検知の精度を維持しつつ、可動体の不所望な動作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】自動車の窓枠に設けられたウィンドガラスを示す概略的な側面図。
【図２】窓枠とウィンドガラスとの両方に電極を配置した場合の配置例を示す図１の部分拡大図。
【図３】ウィンドガラスのみに電極を配置した場合の配置例を示す図１の部分拡大図。
【図４】窓枠のみに電極を配置した場合の配置例を示す図１の部分拡大図。
【図５】窓内に規定された複数の検知ゾーンの一例を示す説明図。
【図６】一実施形態の物体検知装置（挟み込み防止装置）の概略的なブロック回路図。
【図７】一実施形態の挟み込み防止処理の概略的なフローチャート。
【図８】図７の初期化ステップを示す概略的なフローチャート。
【図９】図７の測定および解析ステップを示す概略的なフローチャート。
【図１０】図７の引き込み制御ステップを示す概略的なフローチャート。
【図１１】複数の電極を用いて生成される静電容量の分布パターンの例を示す説明図。
【図１２】複数の電極を用いて生成される静電容量の分布パターンの例を示す説明図。
【図１３】物体サイズの推定処理を示す概略的なフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、例えば自動車１０のパワーウィンド装置に搭載される一実施形態の物体検知装置およびそれを備えた挟み込み防止装置を図１〜図１３を参照して説明する。
図１に示すように、自動車１０のドア１２には、窓枠１６（フレーム）で区画される窓１４（空間）を開閉するためのウィンドガラス１８（可動体）が設けられている。窓枠１６はウィンドガラス１８と当接する内周面２０を有するとともに、ウィンドガラス１８は窓枠１６と当接する外周面２２を有している。ウィンドガラス１８の外周面２２が窓枠１６の内周面２０と当接すると、窓１４が全閉される。
【００１３】
図２に示すように、ウィンドガラス１８の外周面２２には静電容量センサ（電界センサとも呼ばれる）用の第１の複数の電極３２が配置されている。なお、図２は、３つの電極３２ａ，３２ｂ，３２ｃのみを示しているが、実際には、多数の電極３２が配置されている。例えば、電極３２は、ウィンドガラス１８が窓枠１６の内周面２０と当接する範囲２４（図１参照）において、ウィンドガラス１８の外周面２２に所定の間隔を隔てて配置される。同様に窓枠１６の内周面２０にも、静電容量センサ（電界センサ）用の第２の複数の電極３４が配置されている。なお、図２は、３つの電極３４ａ，３４ｂ，３４ｃのみを示しているが、実際には、多数の電極３４が配置されている。例えば、電極３４は、上述した範囲２４において、窓枠１６の内周面２０に所定の間隔を隔てて配置される。ウィンドガラス１８の電極３２と窓枠１６の電極３４とは、ウィンドガラス１８が窓枠１６に近接した状態で互いに実質的に対向するように位置付けられることが好ましい。
【００１４】
図３および図４は、電極の別の配置例を示す。図３では、ウィンドガラス１８の外周面２２のみに電極３２が配置され、図４では、窓枠１６の内周面２０のみに電極３４が配置されている。このように、ウィンドガラス１８と窓枠１６との一方のみに電極を配置してもよいが、物体検知の精度すなわち挟み込み検知の精度をより向上するには、図２に示すようにウィンドガラス１８と窓枠１６との双方に電極を配置することが好ましい。なお、以下の説明では、ウィンドガラス１８と窓枠１６との双方に電極が配置されているものとする。
【００１５】
電極３２，３４は、導電性の透明薄膜、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）によって四角形状に形成されている。ただし、電極３２，３４の材料および形状によって本発明は限定されない。静電容量センサは、複数の電極３２のうちのいずれか２つ、または複数の電極３４のうちのいずれか２つ、あるいは対向するいずれか２つの電極３２，３４（例えば電極３２ａと電極３４ａなど）を選択して、その選択された２つの電極間に形成される静電容量を測定する。この場合、２つの電極のうちの一方が正極電極として機能し、他方が負極電極として機能する。
【００１６】
ここで、使用電極に応じた４つの検知モードについて説明する。
第１の検知モードは「平行電極モード」である。平行電極モードでは、静電容量センサは、ウィンドガラス１８と窓枠１６との間で対向する何れか２つの電極３２，３４を選択して、その２つの電極３２，３４間に形成される静電容量を測定する。例えば、図２において電極３２ａと電極３４ａとが選択される場合、人体の一部などの物体が電極３２ａ，３４ａ間に存在すると、静電容量センサによって測定される静電容量が大きくなる。この静電容量の変化量が閾値を超えるとき、静電容量センサは、電極３２ａ，３４ａ間に物体が存在すると検知する。
【００１７】
第２の検知モードは「水平電極モード」である。水平電極モードでは、ウィンドガラス１８に設けられた複数の電極３２のうちのいずれか２つか、または窓枠１６に設けられた複数の電極３４のうちのいずれか２つが使用される。例えば、図２において電極３２ａと電極３２ｂとが選択される場合、静電容量センサは、電極３２ａ，３２ｂ間に形成される静電容量を測定する。この静電容量の変化量が閾値を超えると、静電容量センサは、電極３２ａ，３２ｂ間に物体が存在する、つまりウィンドガラス１８の近傍に物体が存在すると検知する。また、図２において電極３４ａと電極３４ｂとが選択される場合、静電容量センサは、電極３４ａ，３４ｂ間に形成される静電容量を測定する。この静電容量の変化量が閾値を超えると、静電容量センサは、電極３４ａ，３２４間に物体が存在する、つまり窓枠１６の近傍に物体が存在すると検知する。この水平電極モードでは、使用される電極群において２電極間の距離は固定される。
【００１８】
第３の検知モードは「感度可変水平電極モード」である。この感度可変水平電極モードは、使用される電極群において２電極の組み合わせ、すなわち２電極間の距離が変更されるという点を除いて、上記水平電極モード（第２の検知モード）と同じである。静電容量センサでは、電極間距離が２倍になると静電容量は１／２になる。従って、電極間距離が長くなると、静電容量センサの感度すなわち検知精度は下がる。一実施形態では、電極間距離（２電極の組み合わせ）は、ウィンドガラス１８の上動に応じて短くなるように変更される。
【００１９】
第４の検知モードは「単電極モード」である。単電極モードでは、電極３２，３４のうちのいずれか１つが単電極として選択される。この場合、検知対象物は、単電極と対をなす対向電極として働く。従って、選択された単電極の近傍に物体が存在しない場合、電界は形成されない。
【００２０】
平行電極モード（第１の検知モード）では、対向する２つの電極間に電界が形成されるのに対して、水平電極モード（第２の検知モード）および感度可変水平電極モード（第３の検知モード）では、横方向に配置される２つの電極間に電界が形成される。このため、平行電極モードでは、水平電極モードおよび感度可変水平電極モードに比べて、電極間の距離を短くして、より高い感度を得ることができる。
【００２１】
図５は、窓１４内に規定された複数（例えば３つ）の検知ゾーンＡ，Ｂ，Ｃの例を示す説明図である。なお、検知ゾーンとは、窓１４内でウィンドガラス１８が位置するエリアを意味する。一実施形態では、この検知ゾーンがウィンドガラス１８の閉動作中に判定され、判定された検知ゾーンに応じて上述した検知モードが選択される。
【００２２】
第１の検知ゾーンＣは、ウィンドガラス１８が窓枠１６に向かって最大離間位置（すなわち窓１４の全開位置）から第１の接近位置４０Ｃまで移動するときのエリアである。第１の検知ゾーンＣでは、好ましくは、窓枠１６に設けられた電極３４を使用して感度可変水平電極モードが実行される。なお、２つの電極３４間の距離、すなわち静電容量センサの感度は、第１の検知ゾーンＣ内で一定でもよいが、ウィンドガラス１８が所定距離だけ上動するごとに、２つの電極３４間の距離が短くなるように変更されるのが好ましい。
【００２３】
ウィンドガラス１８が第１の検知ゾーンＣ（特に全開位置またはその近傍位置）にあるときには、挟み込みが生じる可能性が小さいためそれほど高い感度は要求されない。従って、第１の検知ゾーンＣでは、全ての検知ゾーンのうちで感度は最も低く設定される。これにより、第１の検知ゾーンＣにおいて必要以上に物体が過敏に検知されることが防止される。また、窓枠１６の電極３４が使用されるため、例えば降雨時にウィンドガラス１８に付着または接近する雨滴が異物として過敏に検知されることも抑制される。
【００２４】
第２の検知ゾーンＢは、ウィンドガラス１８が窓枠１６に向かって第１の接近位置４０Ｃから第２の接近位置４０Ｂまで移動するときのエリアである。第２の検知ゾーンＢでは、好ましくは、ウィンドガラス１８に設けられた電極３２を使用して感度可変水平電極モードが実行される。なお、２つの電極３２間の距離、すなわち静電容量センサの感度は、第２の検知ゾーンＢ内で一定でもよいが、ウィンドガラス１８が所定距離だけ上動するごとに、２つの電極３２間の距離が短くなるように変更されるのが好ましい。
【００２５】
第２の検知ゾーンＢでは、第１の検知ゾーンＣよりも挟み込みが生じる可能性が大きいため、静電容量センサの感度は、第１の検知ゾーンＣの場合よりも高く設定される。これにより、物体の検知精度を好適に維持しつつ、必要以上に物体が過敏に検知されることが防止される。また、第２の検知ゾーンＢでは、ウィンドガラス１８の電極３２が使用されることから、静電容量センサはウィンドガラス１８に近接する物体を検知する。従って、ウィンドガラス１８の外周面２２に手や指などの物体が近接している場合には、その検知を適切に行うことができる。
【００２６】
第３の検知ゾーンＡは、ウィンドガラス１８が窓枠１６に向かって第２の接近位置４０Ｂから接触位置４０Ａ（すなわち窓１４の全閉位置）まで移動するときのエリアである。第３の検知ゾーンＡでは、好ましくは、平行電極モードが選択される。上記したように、平行電極モードでは、感度可変水平電極モードよりも高い感度が得られる。従って、第３の検知ゾーンＡでは、ウィンドガラス１８と窓枠１６との間に存在する物体をより適切に検知することができる。
【００２７】
図６は、一実施形態の物体検知装置５０（挟み込み防止装置５１）の概略的なブロック回路図である。
物体検知装置５０は、電界測定部５２、モータ駆動回路５４、位置検出回路５６、外部記憶装置５８、およびそれらに接続された制御回路６０を含む。制御回路６０は、ユーザによってウィンドガラス１８の開閉操作時に使用される開閉スイッチ６２に接続されている。制御回路６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを含むマイクロコンピュータであって、ＲＯＭおよびＲＡＭに記憶された制御プログラムおよびアプリケーションプログラムに従って、電界測定部５２、モータ駆動回路５４、位置検出回路５６、および外部記憶装置５８を統括制御する。一実施形態では、検知ゾーンＡ〜Ｃの各々で使用する検知モードや、各検知モードで使用する２つの電極の組み合わせのパターンは、ＲＯＭまたはＲＡＭに記憶されている。
【００２８】
制御回路６０は、開閉スイッチ６２からの開信号又は閉信号に応答してモータ駆動回路５４を制御する。モータ駆動回路５４は、ウィンドガラス１８を駆動するアクチュエータとしての駆動モータ６４に接続され、制御回路６０からの駆動制御信号に基づいて、駆動モータ６４を回転駆動する。一実施形態では、駆動モータ６４が正回転すると、ウィンドガラス１８が上動して窓１４が閉まり、反対に駆動モータ６４が逆回転すると、ウィンドガラス１８が下動して窓１４が開く。
【００２９】
位置検出回路５６は、ウィンドガラス１８の位置を検出する位置センサとしてのロータリエンコーダ６６に接続されている。位置検出回路５６は、駆動モータ６４に設けられたロータリエンコーダ６６からの検出信号に基づいてウィンドガラス１８の移動方向を求める。一実施形態では、ロータリエンコーダ６６は、駆動モータ６４が所定量回動するごとに、９０度の位相差を有する２つの矩形波信号（検出信号）を生成する。位置検出回路５６は、この２つの矩形波信号のレベルを比較することによって駆動モータ６４が正転しているか逆転しているかを判定して、ウィンドガラス１８の移動方向を示すデータを生成する。この移動方向データは、制御回路６０に供給されるとともに、制御回路６０を介して外部記憶装置５８に一時的に記憶される。
【００３０】
また、位置検出回路５６は、図示しない加減算カウンタを含み、２つの矩形波信号のうちの一方を用いてカウント値を加減算することにより、ウィンドガラス１８の位置を求める。例えば、加減算カウンタは、ウィンドガラス１８の開動作中に矩形波信号を受信する毎にカウント値をインクリメントし、ウィンドガラス１８の閉動作中に矩形波信号を受信する毎にカウント値をデクリメントする。そして、位置検出回路５６は、加減算カウンタのその時々のカウント値を位置データとして生成する。この位置データは、制御回路６０に供給されるとともに、制御回路６０を介して外部記憶装置５８に一時的に記憶される。
【００３１】
電界測定部５２は、ウィンドガラス１８に設けられた電極３２に接続されるとともに、窓枠１６に設けられた電極３４に接続されている。電界測定部５２は、電極３２，３４のうちの任意の２電極と組み合わせて使用されることで１つの静電容量センサとして機能する。従って、物体検知装置５０は、実質的に複数の静電容量センサを含む。
【００３２】
電界測定部５２は、発振回路７０および静電容量検出部７２を含む。発振回路７０は、制御回路６０からの選択制御信号に基づいて、全電極３２，３４の中から、上述した検知モードで使用される電極群（すなわち、複数組の２電極）を特定し、その複数組の２電極に所定の交流信号（ここでは、例えば正弦波信号）を供給する。静電容量検出部７２は、各組の２電極間に形成される静電容量を、各電極に供給された正弦波信号の振幅の変化と位相の変化とに基づいて検出する。なお、静電容量は２電極間の距離と誘電率とに応じて変化する。
【００３３】
一実施形態では、静電容量検出部７２は、波形整形回路７４および出力電圧検出回路７６を含む。波形整形回路７４は、全波整流回路およびローパスフィルタを含み、全波整流回路は、２電極間の静電容量に応じて変化する正弦波電圧を各組の２つの電極から受信して、その正弦波電圧を全波整流する。ローパスフィルタは、全波整流回路を介して正弦波電圧を受信し、その正弦波電圧を直流電圧に変換するとともに、直流電流のリップルを平滑化する。こうして、波形整形回路７４は、静電容量の大きさに応じた直流電圧を生成する。
【００３４】
出力電圧検出回路７６は、Ａ／Ｄ変換回路を含み、各組の２つの電極から波形整形回路７４を通じて供給される直流電圧をデジタル値に変換する。このデジタル値は、静電容量データとして制御回路６０に供給されるとともに、制御回路６０を通じて外部記憶装置５８に一時的に記憶される。
【００３５】
制御回路６０は、位置検出回路５６によって生成された移動方向データと位置データとに基づいてウィンドガラス１８の現在の移動方向における移動距離を算出する。そして、ウィンドガラス１８の移動距離が予め定めた基準距離に達するごとに、制御回路６０は、各組の２つの電極間に形成される静電容量（デジタル値）を静電容量検出部７２から受信する。この静電容量は、制御回路６０によって外部記憶装置５８に一時的に記憶される。
【００３６】
制御回路６０は、ウィンドガラス１８が閉動作中にあるとき、静電容量検出部７２から受信した現在の静電容量Ｃｎと外部記憶装置５８に記憶された一つ前の静電容量Ｃｎ−１とを比較する。この比較は、制御回路６０が静電容量検出部７２から新たな静電容量Ｃｎを受信する毎に行われる。従って、制御回路６０は、閉動作中にウィンドガラス１８の移動距離が予め定めた基準距離に達する毎に、物体（人体の一部など）がウィンドガラス１８または窓枠１６に近づいたかどうかを判定する。このとき、制御回路６０は、現在の静電容量Ｃｎから一つ前の静電容量Ｃｎ−１を減算することによって得られた値が所定の閾値よりも大きい場合に、ウィンドガラス１８と窓枠１６との間に人体の一部が存在していると判定する。なお、閾値は、好ましくは各検知モードで異なる値に設定され、より好ましくは検知ゾーンに応じて変更される。
【００３７】
制御回路６０は、人体の一部を検知すると、モータ駆動回路５４に駆動モータ１６を逆回転させるための駆動制御信号を供給する。モータ駆動回路５４は、この駆動制御信号に応答して駆動モータ６４を正転から直ちに逆回転させ、ウィンドガラス１８を全開状態にすべく下動させる。その結果、人体の一部がウィンドガラス１８と窓枠１６との間に挟まれることが未然に防止される。
【００３８】
次に、図７〜図１０を参照して、制御回路６０によって実行される挟み込み防止処理を説明する。一実施形態では、挟み込み防止処理は、自動車１０の図示しないキースイッチがオンされると（制御回路６０に電源が投入されると）開始される。
【００３９】
図７に示すように、ステップ１００において、制御回路６０は、まず初期化を行う。図８は、この初期化ステップの詳細処理を示す。図８に示すように、ステップ１０２において、制御回路６０は、ウィンドガラス１８（可動体）の現在の位置を位置検出回路５６により測定して記憶する。
【００４０】
次にステップ１０４において、制御回路６０は、ウィンドガラス１８の現在の位置から検知ゾーンを判定する。つまり、制御回路６０は、ウィンドガラス１８が検知ゾーンＡ〜Ｃのうちのいずれに位置しているのかを判定する。
【００４１】
次にステップ１０６において、制御回路６０は、判定された検知ゾーンに基づいて検知モードを選択し、その検知モードで測定に用いる電極群を電極３２，３４の中から特定して２電極の全ての組み合わせ（複数組の２電極）を設定する。
【００４２】
次にステップ１０８において、制御回路６０は、２電極の全ての組み合わせについて、各組の２電極間の静電容量を電界測定部５２により測定して記憶する。
初期化ステップが終了すると、次にステップ２００（図７参照）において、制御回路６０はウィンドガラス１８の上動中に静電容量の測定および解析を逐次実行する。図９は、この測定および解析ステップの詳細処理を示す。
【００４３】
図９に示すように、ステップ２０２において、制御回路６０は、ウィンドガラス１８（可動体）の現在の位置を位置検出回路５６により測定して記憶する。一実施形態では、このステップ２０２は、ウインドガラス１８の閉方向への移動距離が予め定めた基準距離に達するごとに行われる。
【００４４】
次にステップ２０４において、制御回路６０は、ウィンドガラス１８の現在の位置から検知ゾーンを判定する。つまり、制御回路６０は、ウィンドガラス１８が検知ゾーンＡ〜Ｃのうちのいずれに位置しているのかを判定する。
【００４５】
次にステップ２０６において、制御回路６０は、判定された検知ゾーンに基づいて検知モードを選択し、その検知モードで測定に用いる電極群を電極３２，３４の中から特定して２電極の全ての組み合わせ（複数組の２電極）を設定する。
【００４６】
次にステップ２０８において、制御回路６０は、２電極の全ての組み合わせについて、各組の２電極間の静電容量を電界測定部５２により測定して記憶する。さらに、制御回路６０は、現在の静電容量Ｃｎから直前の静電容量Ｃｎ−１を減算して減算値を得る。
【００４７】
次にステップ３００において、制御回路６０は、上記ステップ２０８で得られた減算値に基づいて、ウィンドガラス１８と窓枠１６との間に物体（人体の一部など）が存在するか否かを判定する。
【００４８】
具体的に、まずステップ３０２において、制御回路６０は、減算値が所定の閾値を超えるか否かを判定する。なお、ＲＯＭには複数の閾値が予め記憶されており、制御回路６０は、現在の検知モード（あるいは検知ゾーン）に対応する閾値を読み出してステップ３０２の判定処理を行う。
【００４９】
減算値が閾値を超えるとき、制御回路６０は、ウィンドガラス１８と窓枠１６との間に物体が存在すると判定する（ステップ３０４）。減算値が閾値を超えないとき、制御回路６０は、ウィンドガラス１８と窓枠１６との間に物体が存在しないと判定する（ステップ３０６）。なお、物体が存在しない場合、処理は、ステップ２０２に戻る。そして、制御回路６０は、ウインドガラス１８が更に上記基準距離だけ上動するまで待機する。
【００５０】
物体が存在する場合、ステップ４００（図７参照）において、制御回路６０はウィンドガラス１８の引き込み制御を行う。図１０は、この引き込み制御ステップの詳細を示す。図１０に示すように、まずステップ４０２において、制御回路６０は、ウィンドガラス１８（可動体）が全開位置か否かを判定する。このステップ４０２の判定処理は、位置検出回路５６の加減算カウンタのカウント値を確認することによって行われる。
【００５１】
ウィンドガラス１８が全開位置でない場合、ステップ４０４において、制御回路６０はウィンドガラス１８の引き込みを行う。すなわち、制御回路６０は、ウィンドガラス１８を全開状態にすべく下動させる。その結果、人体の一部がウィンドガラス１８と窓枠１６との間に挟まれることが未然に防止される。このとき、制御回路６０は、ウィンドガラス１８を単に停止させるだけとしてもよい。ウィンドガラス１８が全開位置にある場合は、制御回路６０は、処理を終了する。
【００５２】
次に、図１１〜図１３を参照して、物体サイズの推定処理について説明する。
物体検知装置５０は、検知対象物体のサイズ推定機能を有する。制御回路６０は、このサイズ推定処理を任意の検知モードで実行することができる。具体的に、制御回路６０は、各検知モードで使用される複数の電極に対応する物体検知範囲において静電容量の分布パターンを生成する。制御回路６０は、この分布パターンをＲＯＭに予め記憶されている所定の基準パターンと照合し、その照合結果に基づいて、検知対象物体のサイズを推定する。図１１および図１２は、水平電極モードまたは感度可変水平電極モードでウィンドガラス１８の複数の電極３２（１０個の電極３２ａ〜３２ｊのみを示す）を用いて形成された分布パターン８２，８４の例を示している。
【００５３】
図１３は、制御回路６０によって実行されるサイズ推定処理５００の概略的なフローチャートである。まずステップ５０２において、制御回路６０は、各検知モードで予め設定されている２電極の組み合わせに従って、２電極間の静電容量を測定して記憶する。
【００５４】
次にステップ５０４において、制御回路６０は、２電極の全ての組み合わせについて、２電極間の静電容量を測定したか否かについて判定する。全ての組み合わせについて測定が完了している場合、ステップ５０６において、制御回路６０は、得られた各静電容量に基づいて、静電容量の分布パターンを生成する（図１１および図１２参照）。
【００５５】
次にステップ５０８において、制御回路６０は、静電容量の分布パターンを所定の基準パターンと照合する。そして、ステップ５１０において、制御回路６０は、その照合結果に基づいて検知対象物体のサイズを推定する。
【００５６】
このサイズ推定処理によれば、制御回路６０は、基準容量の分布パターンを例えば雨滴のサイズに対応する基準パターンと照合することによって、検知対象物体が雨滴であるか否かを判定することができる。
【００５７】
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・検知ゾーンは規定されなくてもよい。例えば、検知モードは、検知ゾーンに依存することなく、ウィンドガラス１８の移動に応じて変更されてもよい。
【００５８】
・検知ゾーンの数は２つまたは４つ以上でもよい。
・第１の検知ゾーンＣで窓枠１６の電極３４を使用することに限定されない。例えば、ウィンドガラス１８の電極３２を使用した感度可変水平電極モードを第１の検知ゾーンＣで実行してもよい。この場合、ウィンドガラス１８に近づく物体を、ウィンドガラス１８の移動に応じて動的に検知することができる。
【００５９】
・窓枠１６の電極３４を用いた感度可変水平電極モードと、ウィンドガラス１８の電極３２を用いた感度可変水平電極モードとの両方を、第１の検知ゾーンＣで実行してもよい。
【００６０】
・第２の検知ゾーンＢでウィンドガラス１８の電極３２を使用することに限定されない。例えば、窓枠１６の電極３４を使用した感度可変水平電極モードを第２の検知ゾーンＢで実行してもよい。更には、窓枠１６の電極３４を用いた感度可変水平電極モードと、ウィンドガラス１８の電極３２を用いた感度可変水平電極モードとの両方を、第２の検知ゾーンＢで実行してもよい。あるいは、第２の検知ゾーンＢで平行電極モードを実行してもよい。
【００６１】
・感度可変水平電極モードが全ての検知ゾーンＡ〜Ｃで実行されてもよい。この場合にも、好ましくは、２電極間の距離（２電極の組み合わせ）を変更することによって、検知ゾーンＢが検知ゾーンＣよりも高い感度に設定され、検知ゾーンＡが検知ゾーンＢよりも高い感度に設定される。
【００６２】
・ウィンドガラス１８が窓枠１６に接近するとき、ウィンドガラス１８の位置によらずに２電極間の距離が単に段階的に短くなるように２電極の組み合わせを切り替えてもよい。この場合、ウィンドガラス１８の位置を検出する必要はない。
【００６３】
・物体検知装置５０（挟み込み防止装置５１）は、パワーウィンド装置への適用だけでなく、ビルやエレベータの自動開閉扉に適用することもできる。
【符号の説明】
【００６４】
１４：窓、１６：窓枠（フレーム）、１８：ウィンドガラス１８（可動体）、３２，３４：電極、Ａ〜Ｃ：検知ゾーン、５０：物体検知装置、５１：挟み込み防止装置、５２：電界測定部、５６：位置検出回路、６０：制御回路。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感度可変型の電界測定機能を備えた物体検知装置、およびその装置を利用した挟み込み防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両のパワーウィンド装置やビルの自動開閉扉には、手や頭などの人体の一部の挟み込みを防止する挟み込み防止装置が用いられている。例えば、パワーウィンド装置に搭載される挟み込み防止装置では、閉動作中のウィンドガラスと窓枠との間に異物すなわち物体が存在すると、ウィンドガラスの閉動作が停止されて、異物の挟み込みが防止される。近年、この挟み込み検知を静電容量の測定に基づいて行うことが提案されている。
【０００３】
特許文献１は、静電容量検出部を備える従来の挟み込み防止装置を記載している。この挟み込み防止装置は、窓枠に設けられたセンサ電極とウィンドガラスとの間に形成される静電容量を測定して、その静電容量が基準静電容量を超えている場合に異物の挟み込みを検知する。しかしながら、この構成では、窓枠とウィンドガラスとの間に異物が挟み込まれたときに形成される静電容量が上記基準静電容量として設定されるため、異物が実際に挟み込まれた状態で検知される。つまり、特許文献１の装置は、異物がウィンドガラスに接触することを前提として挟み込み検知を行うため、挟み込み検知の精度が基準静電容量の値に大きく依存するものであった。このため、実際には挟み込みが生じているにもかかわらず、挟み込みを適切に検知できないことがあった。また、例えば異物のサイズが大きい場合、異物に大きな力が加わった後に挟み込みが検知されることがあった。
【０００４】
特許文献２は、従来の挟み込み防止装置の他の例を記載している。特許文献２に記載された装置は、静電容量センサを用いて物体を非接触で検出する。静電容量センサでは、２つの電極間に異物（人体の一部など）が存在すると、静電容量が増大する。特許文献２の装置は、この静電容量センサの特性を利用して、静電容量の変化量が一定値を超えると、閉動作中の可動体（ウィンドガラスなど）に異物が接近していると判定して可動体を停止または開動作させる。この構成では、異物が挟み込まれる前に検出されるため、挟み込みを未然に防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３２６２８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２の装置では、可動体に近接する異物が必要以上に検知されることがあった。例えば、降雨時にウィンドガラスが閉動作しているときに静電容量センサが雨滴に過敏に反応し、挟み込み防止装置が雨滴を異物として検知する場合があった。その結果、ウインドガラスの不必要な停止や予期せぬ開動作が行われることがあった。このため、従来の挟み込み防止装置では、挟み込み検知の精度を好適に維持しつつ、可動体の不所望な動作を防止するという点において、未だ改善の余地が残されていた。
【０００７】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、可動体に近接する物体の検知精度を好適に維持しつつ、必要以上に物体を過敏に検知することを防止する物体検知装置およびそれを利用した挟み込み防止装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様は、フレームとフレームに対して移動する可動体との間に存在する物体を検知する物体検知装置である。３つ以上の第１の複数の電極が、フレームと可動体との少なくとも一方に配置されている。電界測定部は、第１の複数の電極に接続され、第１の複数の電極のうちの任意の２つの電極間の静電容量を測定して物体を検知する。制御回路は、電界測定部に接続され、可動体の移動に応じて第１の複数の電極間で２つの電極を切り替えて電界測定部の感度を変更する。
【０００９】
本発明の別の態様は、フレームとフレームに対して移動する可動体との間の物体の挟み込みを防止する挟み込み防止装置である。駆動部は、フレームに対して可動体を相対移動させる。３つ以上の第１の複数の電極が、フレームと可動体との少なくとも一方に配置されている。電界測定部は、第１の複数の電極に接続され、第１の複数の電極のうちの任意の２つの電極間の静電容量を測定して物体を検知する。制御回路は、駆動部と電界測定部とに接続され、電界測定部により測定された静電容量に基づいて駆動部を制御する。制御回路は、可動体の移動に応じて第１の複数の電極間で２つの電極を切り替えて電界測定部の感度を変更する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の物体検知装置によれば、可動体に近接する物体の検知精度を維持しつつ、必要以上に物体を過敏に検知することを防止することができる。また、本発明の挟み込み防止装置によれば、挟み込み検知の精度を維持しつつ、可動体の不所望な動作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】自動車の窓枠に設けられたウィンドガラスを示す概略的な側面図。
【図２】窓枠とウィンドガラスとの両方に電極を配置した場合の配置例を示す図１の部分拡大図。
【図３】ウィンドガラスのみに電極を配置した場合の配置例を示す図１の部分拡大図。
【図４】窓枠のみに電極を配置した場合の配置例を示す図１の部分拡大図。
【図５】窓内に規定された複数の検知ゾーンの一例を示す説明図。
【図６】一実施形態の物体検知装置（挟み込み防止装置）の概略的なブロック回路図。
【図７】一実施形態の挟み込み防止処理の概略的なフローチャート。
【図８】図７の初期化ステップを示す概略的なフローチャート。
【図９】図７の測定および解析ステップを示す概略的なフローチャート。
【図１０】図７の引き込み制御ステップを示す概略的なフローチャート。
【図１１】複数の電極を用いて生成される静電容量の分布パターンの例を示す説明図。
【図１２】複数の電極を用いて生成される静電容量の分布パターンの例を示す説明図。
【図１３】物体サイズの推定処理を示す概略的なフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、例えば自動車１０のパワーウィンド装置に搭載される一実施形態の物体検知装置およびそれを備えた挟み込み防止装置を図１〜図１３を参照して説明する。
図１に示すように、自動車１０のドア１２には、窓枠１６（フレーム）で区画される窓１４（空間）を開閉するためのウィンドガラス１８（可動体）が設けられている。窓枠１６はウィンドガラス１８と当接する内周面２０を有するとともに、ウィンドガラス１８は窓枠１６と当接する外周面２２を有している。ウィンドガラス１８の外周面２２が窓枠１６の内周面２０と当接すると、窓１４が全閉される。
【００１３】
図２に示すように、ウィンドガラス１８の外周面２２には静電容量センサ（電界センサとも呼ばれる）用の第１の複数の電極３２が配置されている。なお、図２は、３つの電極３２ａ，３２ｂ，３２ｃのみを示しているが、実際には、多数の電極３２が配置されている。例えば、電極３２は、ウィンドガラス１８が窓枠１６の内周面２０と当接する範囲２４（図１参照）において、ウィンドガラス１８の外周面２２に所定の間隔を隔てて配置される。同様に窓枠１６の内周面２０にも、静電容量センサ（電界センサ）用の第２の複数の電極３４が配置されている。なお、図２は、３つの電極３４ａ，３４ｂ，３４ｃのみを示しているが、実際には、多数の電極３４が配置されている。例えば、電極３４は、上述した範囲２４において、窓枠１６の内周面２０に所定の間隔を隔てて配置される。ウィンドガラス１８の電極３２と窓枠１６の電極３４とは、ウィンドガラス１８が窓枠１６に近接した状態で互いに実質的に対向するように位置付けられることが好ましい。
【００１４】
図３および図４は、電極の別の配置例を示す。図３では、ウィンドガラス１８の外周面２２のみに電極３２が配置され、図４では、窓枠１６の内周面２０のみに電極３４が配置されている。このように、ウィンドガラス１８と窓枠１６との一方のみに電極を配置してもよいが、物体検知の精度すなわち挟み込み検知の精度をより向上するには、図２に示すようにウィンドガラス１８と窓枠１６との双方に電極を配置することが好ましい。なお、以下の説明では、ウィンドガラス１８と窓枠１６との双方に電極が配置されているものとする。
【００１５】
電極３２，３４は、導電性の透明薄膜、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）によって四角形状に形成されている。ただし、電極３２，３４の材料および形状によって本発明は限定されない。静電容量センサは、複数の電極３２のうちのいずれか２つ、または複数の電極３４のうちのいずれか２つ、あるいは対向するいずれか２つの電極３２，３４（例えば電極３２ａと電極３４ａなど）を選択して、その選択された２つの電極間に形成される静電容量を測定する。この場合、２つの電極のうちの一方が正極電極として機能し、他方が負極電極として機能する。
【００１６】
ここで、使用電極に応じた４つの検知モードについて説明する。
第１の検知モードは「平行電極モード」である。平行電極モードでは、静電容量センサは、ウィンドガラス１８と窓枠１６との間で対向する何れか２つの電極３２，３４を選択して、その２つの電極３２，３４間に形成される静電容量を測定する。例えば、図２において電極３２ａと電極３４ａとが選択される場合、人体の一部などの物体が電極３２ａ，３４ａ間に存在すると、静電容量センサによって測定される静電容量が大きくなる。この静電容量の変化量が閾値を超えるとき、静電容量センサは、電極３２ａ，３４ａ間に物体が存在すると検知する。
【００１７】
第２の検知モードは「水平電極モード」である。水平電極モードでは、ウィンドガラス１８に設けられた複数の電極３２のうちのいずれか２つか、または窓枠１６に設けられた複数の電極３４のうちのいずれか２つが使用される。例えば、図２において電極３２ａと電極３２ｂとが選択される場合、静電容量センサは、電極３２ａ，３２ｂ間に形成される静電容量を測定する。この静電容量の変化量が閾値を超えると、静電容量センサは、電極３２ａ，３２ｂ間に物体が存在する、つまりウィンドガラス１８の近傍に物体が存在すると検知する。また、図２において電極３４ａと電極３４ｂとが選択される場合、静電容量センサは、電極３４ａ，３４ｂ間に形成される静電容量を測定する。この静電容量の変化量が閾値を超えると、静電容量センサは、電極３４ａ，３２４間に物体が存在する、つまり窓枠１６の近傍に物体が存在すると検知する。この水平電極モードでは、使用される電極群において２電極間の距離は固定される。
【００１８】
第３の検知モードは「感度可変水平電極モード」である。この感度可変水平電極モードは、使用される電極群において２電極の組み合わせ、すなわち２電極間の距離が変更されるという点を除いて、上記水平電極モード（第２の検知モード）と同じである。静電容量センサでは、電極間距離が２倍になると静電容量は１／２になる。従って、電極間距離が長くなると、静電容量センサの感度すなわち検知精度は下がる。一実施形態では、電極間距離（２電極の組み合わせ）は、ウィンドガラス１８の上動に応じて短くなるように変更される。
【００１９】
第４の検知モードは「単電極モード」である。単電極モードでは、電極３２，３４のうちのいずれか１つが単電極として選択される。この場合、検知対象物は、単電極と対をなす対向電極として働く。従って、選択された単電極の近傍に物体が存在しない場合、電界は形成されない。
【００２０】
平行電極モード（第１の検知モード）では、対向する２つの電極間に電界が形成されるのに対して、水平電極モード（第２の検知モード）および感度可変水平電極モード（第３の検知モード）では、横方向に配置される２つの電極間に電界が形成される。このため、平行電極モードでは、水平電極モードおよび感度可変水平電極モードに比べて、電極間の距離を短くして、より高い感度を得ることができる。
【００２１】
図５は、窓１４内に規定された複数（例えば３つ）の検知ゾーンＡ，Ｂ，Ｃの例を示す説明図である。なお、検知ゾーンとは、窓１４内でウィンドガラス１８が位置するエリアを意味する。一実施形態では、この検知ゾーンがウィンドガラス１８の閉動作中に判定され、判定された検知ゾーンに応じて上述した検知モードが選択される。
【００２２】
第１の検知ゾーンＣは、ウィンドガラス１８が窓枠１６に向かって最大離間位置（すなわち窓１４の全開位置）から第１の接近位置４０Ｃまで移動するときのエリアである。第１の検知ゾーンＣでは、好ましくは、窓枠１６に設けられた電極３４を使用して感度可変水平電極モードが実行される。なお、２つの電極３４間の距離、すなわち静電容量センサの感度は、第１の検知ゾーンＣ内で一定でもよいが、ウィンドガラス１８が所定距離だけ上動するごとに、２つの電極３４間の距離が短くなるように変更されるのが好ましい。
【００２３】
ウィンドガラス１８が第１の検知ゾーンＣ（特に全開位置またはその近傍位置）にあるときには、挟み込みが生じる可能性が小さいためそれほど高い感度は要求されない。従って、第１の検知ゾーンＣでは、全ての検知ゾーンのうちで感度は最も低く設定される。これにより、第１の検知ゾーンＣにおいて必要以上に物体が過敏に検知されることが防止される。また、窓枠１６の電極３４が使用されるため、例えば降雨時にウィンドガラス１８に付着または接近する雨滴が異物として過敏に検知されることも抑制される。
【００２４】
第２の検知ゾーンＢは、ウィンドガラス１８が窓枠１６に向かって第１の接近位置４０Ｃから第２の接近位置４０Ｂまで移動するときのエリアである。第２の検知ゾーンＢでは、好ましくは、ウィンドガラス１８に設けられた電極３２を使用して感度可変水平電極モードが実行される。なお、２つの電極３２間の距離、すなわち静電容量センサの感度は、第２の検知ゾーンＢ内で一定でもよいが、ウィンドガラス１８が所定距離だけ上動するごとに、２つの電極３２間の距離が短くなるように変更されるのが好ましい。
【００２５】
第２の検知ゾーンＢでは、第１の検知ゾーンＣよりも挟み込みが生じる可能性が大きいため、静電容量センサの感度は、第１の検知ゾーンＣの場合よりも高く設定される。これにより、物体の検知精度を好適に維持しつつ、必要以上に物体が過敏に検知されることが防止される。また、第２の検知ゾーンＢでは、ウィンドガラス１８の電極３２が使用されることから、静電容量センサはウィンドガラス１８に近接する物体を検知する。従って、ウィンドガラス１８の外周面２２に手や指などの物体が近接している場合には、その検知を適切に行うことができる。
【００２６】
第３の検知ゾーンＡは、ウィンドガラス１８が窓枠１６に向かって第２の接近位置４０Ｂから接触位置４０Ａ（すなわち窓１４の全閉位置）まで移動するときのエリアである。第３の検知ゾーンＡでは、好ましくは、平行電極モードが選択される。上記したように、平行電極モードでは、感度可変水平電極モードよりも高い感度が得られる。従って、第３の検知ゾーンＡでは、ウィンドガラス１８と窓枠１６との間に存在する物体をより適切に検知することができる。
【００２７】
図６は、一実施形態の物体検知装置５０（挟み込み防止装置５１）の概略的なブロック回路図である。
物体検知装置５０は、電界測定部５２、モータ駆動回路５４、位置検出回路５６、外部記憶装置５８、およびそれらに接続された制御回路６０を含む。制御回路６０は、ユーザによってウィンドガラス１８の開閉操作時に使用される開閉スイッチ６２に接続されている。制御回路６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを含むマイクロコンピュータであって、ＲＯＭおよびＲＡＭに記憶された制御プログラムおよびアプリケーションプログラムに従って、電界測定部５２、モータ駆動回路５４、位置検出回路５６、および外部記憶装置５８を統括制御する。一実施形態では、検知ゾーンＡ〜Ｃの各々で使用する検知モードや、各検知モードで使用する２つの電極の組み合わせのパターンは、ＲＯＭまたはＲＡＭに記憶されている。
【００２８】
制御回路６０は、開閉スイッチ６２からの開信号又は閉信号に応答してモータ駆動回路５４を制御する。モータ駆動回路５４は、ウィンドガラス１８を駆動するアクチュエータとしての駆動モータ６４に接続され、制御回路６０からの駆動制御信号に基づいて、駆動モータ６４を回転駆動する。一実施形態では、駆動モータ６４が正回転すると、ウィンドガラス１８が上動して窓１４が閉まり、反対に駆動モータ６４が逆回転すると、ウィンドガラス１８が下動して窓１４が開く。
【００２９】
位置検出回路５６は、ウィンドガラス１８の位置を検出する位置センサとしてのロータリエンコーダ６６に接続されている。位置検出回路５６は、駆動モータ６４に設けられたロータリエンコーダ６６からの検出信号に基づいてウィンドガラス１８の移動方向を求める。一実施形態では、ロータリエンコーダ６６は、駆動モータ６４が所定量回動するごとに、９０度の位相差を有する２つの矩形波信号（検出信号）を生成する。位置検出回路５６は、この２つの矩形波信号のレベルを比較することによって駆動モータ６４が正転しているか逆転しているかを判定して、ウィンドガラス１８の移動方向を示すデータを生成する。この移動方向データは、制御回路６０に供給されるとともに、制御回路６０を介して外部記憶装置５８に一時的に記憶される。
【００３０】
また、位置検出回路５６は、図示しない加減算カウンタを含み、２つの矩形波信号のうちの一方を用いてカウント値を加減算することにより、ウィンドガラス１８の位置を求める。例えば、加減算カウンタは、ウィンドガラス１８の開動作中に矩形波信号を受信する毎にカウント値をインクリメントし、ウィンドガラス１８の閉動作中に矩形波信号を受信する毎にカウント値をデクリメントする。そして、位置検出回路５６は、加減算カウンタのその時々のカウント値を位置データとして生成する。この位置データは、制御回路６０に供給されるとともに、制御回路６０を介して外部記憶装置５８に一時的に記憶される。
【００３１】
電界測定部５２は、ウィンドガラス１８に設けられた電極３２に接続されるとともに、窓枠１６に設けられた電極３４に接続されている。電界測定部５２は、電極３２，３４のうちの任意の２電極と組み合わせて使用されることで１つの静電容量センサとして機能する。従って、物体検知装置５０は、実質的に複数の静電容量センサを含む。
【００３２】
電界測定部５２は、発振回路７０および静電容量検出部７２を含む。発振回路７０は、制御回路６０からの選択制御信号に基づいて、全電極３２，３４の中から、上述した検知モードで使用される電極群（すなわち、複数組の２電極）を特定し、その複数組の２電極に所定の交流信号（ここでは、例えば正弦波信号）を供給する。静電容量検出部７２は、各組の２電極間に形成される静電容量を、各電極に供給された正弦波信号の振幅の変化と位相の変化とに基づいて検出する。なお、静電容量は２電極間の距離と誘電率とに応じて変化する。
【００３３】
一実施形態では、静電容量検出部７２は、波形整形回路７４および出力電圧検出回路７６を含む。波形整形回路７４は、全波整流回路およびローパスフィルタを含み、全波整流回路は、２電極間の静電容量に応じて変化する正弦波電圧を各組の２つの電極から受信して、その正弦波電圧を全波整流する。ローパスフィルタは、全波整流回路を介して正弦波電圧を受信し、その正弦波電圧を直流電圧に変換するとともに、直流電流のリップルを平滑化する。こうして、波形整形回路７４は、静電容量の大きさに応じた直流電圧を生成する。
【００３４】
出力電圧検出回路７６は、Ａ／Ｄ変換回路を含み、各組の２つの電極から波形整形回路７４を通じて供給される直流電圧をデジタル値に変換する。このデジタル値は、静電容量データとして制御回路６０に供給されるとともに、制御回路６０を通じて外部記憶装置５８に一時的に記憶される。
【００３５】
制御回路６０は、位置検出回路５６によって生成された移動方向データと位置データとに基づいてウィンドガラス１８の現在の移動方向における移動距離を算出する。そして、ウィンドガラス１８の移動距離が予め定めた基準距離に達するごとに、制御回路６０は、各組の２つの電極間に形成される静電容量（デジタル値）を静電容量検出部７２から受信する。この静電容量は、制御回路６０によって外部記憶装置５８に一時的に記憶される。
【００３６】
制御回路６０は、ウィンドガラス１８が閉動作中にあるとき、静電容量検出部７２から受信した現在の静電容量Ｃｎと外部記憶装置５８に記憶された一つ前の静電容量Ｃｎ−１とを比較する。この比較は、制御回路６０が静電容量検出部７２から新たな静電容量Ｃｎを受信する毎に行われる。従って、制御回路６０は、閉動作中にウィンドガラス１８の移動距離が予め定めた基準距離に達する毎に、物体（人体の一部など）がウィンドガラス１８または窓枠１６に近づいたかどうかを判定する。このとき、制御回路６０は、現在の静電容量Ｃｎから一つ前の静電容量Ｃｎ−１を減算することによって得られた値が所定の閾値よりも大きい場合に、ウィンドガラス１８と窓枠１６との間に人体の一部が存在していると判定する。なお、閾値は、好ましくは各検知モードで異なる値に設定され、より好ましくは検知ゾーンに応じて変更される。
【００３７】
制御回路６０は、人体の一部を検知すると、モータ駆動回路５４に駆動モータ１６を逆回転させるための駆動制御信号を供給する。モータ駆動回路５４は、この駆動制御信号に応答して駆動モータ６４を正転から直ちに逆回転させ、ウィンドガラス１８を全開状態にすべく下動させる。その結果、人体の一部がウィンドガラス１８と窓枠１６との間に挟まれることが未然に防止される。
【００３８】
次に、図７〜図１０を参照して、制御回路６０によって実行される挟み込み防止処理を説明する。一実施形態では、挟み込み防止処理は、自動車１０の図示しないキースイッチがオンされると（制御回路６０に電源が投入されると）開始される。
【００３９】
図７に示すように、ステップ１００において、制御回路６０は、まず初期化を行う。図８は、この初期化ステップの詳細処理を示す。図８に示すように、ステップ１０２において、制御回路６０は、ウィンドガラス１８（可動体）の現在の位置を位置検出回路５６により測定して記憶する。
【００４０】
次にステップ１０４において、制御回路６０は、ウィンドガラス１８の現在の位置から検知ゾーンを判定する。つまり、制御回路６０は、ウィンドガラス１８が検知ゾーンＡ〜Ｃのうちのいずれに位置しているのかを判定する。
【００４１】
次にステップ１０６において、制御回路６０は、判定された検知ゾーンに基づいて検知モードを選択し、その検知モードで測定に用いる電極群を電極３２，３４の中から特定して２電極の全ての組み合わせ（複数組の２電極）を設定する。
【００４２】
次にステップ１０８において、制御回路６０は、２電極の全ての組み合わせについて、各組の２電極間の静電容量を電界測定部５２により測定して記憶する。
初期化ステップが終了すると、次にステップ２００（図７参照）において、制御回路６０はウィンドガラス１８の上動中に静電容量の測定および解析を逐次実行する。図９は、この測定および解析ステップの詳細処理を示す。
【００４３】
図９に示すように、ステップ２０２において、制御回路６０は、ウィンドガラス１８（可動体）の現在の位置を位置検出回路５６により測定して記憶する。一実施形態では、このステップ２０２は、ウインドガラス１８の閉方向への移動距離が予め定めた基準距離に達するごとに行われる。
【００４４】
次にステップ２０４において、制御回路６０は、ウィンドガラス１８の現在の位置から検知ゾーンを判定する。つまり、制御回路６０は、ウィンドガラス１８が検知ゾーンＡ〜Ｃのうちのいずれに位置しているのかを判定する。
【００４５】
次にステップ２０６において、制御回路６０は、判定された検知ゾーンに基づいて検知モードを選択し、その検知モードで測定に用いる電極群を電極３２，３４の中から特定して２電極の全ての組み合わせ（複数組の２電極）を設定する。
【００４６】
次にステップ２０８において、制御回路６０は、２電極の全ての組み合わせについて、各組の２電極間の静電容量を電界測定部５２により測定して記憶する。さらに、制御回路６０は、現在の静電容量Ｃｎから直前の静電容量Ｃｎ−１を減算して減算値を得る。
【００４７】
次にステップ３００において、制御回路６０は、上記ステップ２０８で得られた減算値に基づいて、ウィンドガラス１８と窓枠１６との間に物体（人体の一部など）が存在するか否かを判定する。
【００４８】
具体的に、まずステップ３０２において、制御回路６０は、減算値が所定の閾値を超えるか否かを判定する。なお、ＲＯＭには複数の閾値が予め記憶されており、制御回路６０は、現在の検知モード（あるいは検知ゾーン）に対応する閾値を読み出してステップ３０２の判定処理を行う。
【００４９】
減算値が閾値を超えるとき、制御回路６０は、ウィンドガラス１８と窓枠１６との間に物体が存在すると判定する（ステップ３０４）。減算値が閾値を超えないとき、制御回路６０は、ウィンドガラス１８と窓枠１６との間に物体が存在しないと判定する（ステップ３０６）。なお、物体が存在しない場合、処理は、ステップ２０２に戻る。そして、制御回路６０は、ウインドガラス１８が更に上記基準距離だけ上動するまで待機する。
【００５０】
物体が存在する場合、ステップ４００（図７参照）において、制御回路６０はウィンドガラス１８の引き込み制御を行う。図１０は、この引き込み制御ステップの詳細を示す。図１０に示すように、まずステップ４０２において、制御回路６０は、ウィンドガラス１８（可動体）が全開位置か否かを判定する。このステップ４０２の判定処理は、位置検出回路５６の加減算カウンタのカウント値を確認することによって行われる。
【００５１】
ウィンドガラス１８が全開位置でない場合、ステップ４０４において、制御回路６０はウィンドガラス１８の引き込みを行う。すなわち、制御回路６０は、ウィンドガラス１８を全開状態にすべく下動させる。その結果、人体の一部がウィンドガラス１８と窓枠１６との間に挟まれることが未然に防止される。このとき、制御回路６０は、ウィンドガラス１８を単に停止させるだけとしてもよい。ウィンドガラス１８が全開位置にある場合は、制御回路６０は、処理を終了する。
【００５２】
次に、図１１〜図１３を参照して、物体サイズの推定処理について説明する。
物体検知装置５０は、検知対象物体のサイズ推定機能を有する。制御回路６０は、このサイズ推定処理を任意の検知モードで実行することができる。具体的に、制御回路６０は、各検知モードで使用される複数の電極に対応する物体検知範囲において静電容量の分布パターンを生成する。制御回路６０は、この分布パターンをＲＯＭに予め記憶されている所定の基準パターンと照合し、その照合結果に基づいて、検知対象物体のサイズを推定する。図１１および図１２は、水平電極モードまたは感度可変水平電極モードでウィンドガラス１８の複数の電極３２（１０個の電極３２ａ〜３２ｊのみを示す）を用いて形成された分布パターン８２，８４の例を示している。
【００５３】
図１３は、制御回路６０によって実行されるサイズ推定処理５００の概略的なフローチャートである。まずステップ５０２において、制御回路６０は、各検知モードで予め設定されている２電極の組み合わせに従って、２電極間の静電容量を測定して記憶する。
【００５４】
次にステップ５０４において、制御回路６０は、２電極の全ての組み合わせについて、２電極間の静電容量を測定したか否かについて判定する。全ての組み合わせについて測定が完了している場合、ステップ５０６において、制御回路６０は、得られた各静電容量に基づいて、静電容量の分布パターンを生成する（図１１および図１２参照）。
【００５５】
次にステップ５０８において、制御回路６０は、静電容量の分布パターンを所定の基準パターンと照合する。そして、ステップ５１０において、制御回路６０は、その照合結果に基づいて検知対象物体のサイズを推定する。
【００５６】
このサイズ推定処理によれば、制御回路６０は、基準容量の分布パターンを例えば雨滴のサイズに対応する基準パターンと照合することによって、検知対象物体が雨滴であるか否かを判定することができる。
【００５７】
なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・検知ゾーンは規定されなくてもよい。例えば、検知モードは、検知ゾーンに依存することなく、ウィンドガラス１８の移動に応じて変更されてもよい。
【００５８】
・検知ゾーンの数は２つまたは４つ以上でもよい。
・第１の検知ゾーンＣで窓枠１６の電極３４を使用することに限定されない。例えば、ウィンドガラス１８の電極３２を使用した感度可変水平電極モードを第１の検知ゾーンＣで実行してもよい。この場合、ウィンドガラス１８に近づく物体を、ウィンドガラス１８の移動に応じて動的に検知することができる。
【００５９】
・窓枠１６の電極３４を用いた感度可変水平電極モードと、ウィンドガラス１８の電極３２を用いた感度可変水平電極モードとの両方を、第１の検知ゾーンＣで実行してもよい。
【００６０】
・第２の検知ゾーンＢでウィンドガラス１８の電極３２を使用することに限定されない。例えば、窓枠１６の電極３４を使用した感度可変水平電極モードを第２の検知ゾーンＢで実行してもよい。更には、窓枠１６の電極３４を用いた感度可変水平電極モードと、ウィンドガラス１８の電極３２を用いた感度可変水平電極モードとの両方を、第２の検知ゾーンＢで実行してもよい。あるいは、第２の検知ゾーンＢで平行電極モードを実行してもよい。
【００６１】
・感度可変水平電極モードが全ての検知ゾーンＡ〜Ｃで実行されてもよい。この場合にも、好ましくは、２電極間の距離（２電極の組み合わせ）を変更することによって、検知ゾーンＢが検知ゾーンＣよりも高い感度に設定され、検知ゾーンＡが検知ゾーンＢよりも高い感度に設定される。
【００６２】
・ウィンドガラス１８が窓枠１６に接近するとき、ウィンドガラス１８の位置によらずに２電極間の距離が単に段階的に短くなるように２電極の組み合わせを切り替えてもよい。この場合、ウィンドガラス１８の位置を検出する必要はない。
【００６３】
・物体検知装置５０（挟み込み防止装置５１）は、パワーウィンド装置への適用だけでなく、ビルやエレベータの自動開閉扉に適用することもできる。
【符号の説明】
【００６４】
１４：窓、１６：窓枠（フレーム）、１８：ウィンドガラス１８（可動体）、３２，３４：電極、Ａ〜Ｃ：検知ゾーン、５０：物体検知装置、５１：挟み込み防止装置、５２：電界測定部、５６：位置検出回路、６０：制御回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームと前記フレームに対して移動する可動体との間に存在する物体を検知する物体検知装置であって、
前記フレームと前記可動体とのうち少なくとも一方に配置された３つ以上の第１の複数の電極と、
前記第１の複数の電極に接続され、前記第１の複数の電極のうちの任意の２つの電極間の静電容量を測定して前記物体を検知する電界測定部と、
前記電界測定部に接続され、前記可動体の移動に応じて前記第１の複数の電極間で前記２つの電極を切り替えて前記電界測定部の感度を変更する制御回路と、
を備える物体検知装置。
【請求項２】
請求項１に記載の物体検知装置において、
前記制御回路は、前記可動体が前記フレームに接近するほど前記２つの電極間の距離が短くなるように前記第１の複数の電極間で前記２つの電極を切り替えることを特徴とする物体検知装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の物体検知装置はさらに、
前記制御回路に接続され、前記可動体の位置を検出する位置検出回路を備え、
前記制御回路は、前記可動体の位置に応じて前記第１の複数の電極間で前記２つの電極を切り替えることを特徴とする物体検知装置。
【請求項４】
請求項３に記載の物体検知装置において、
前記制御回路は、前記可動体が位置する検知ゾーンを判定し、前記検知ゾーンに応じて前記２つの電極を前記第１の複数の電極間で切り替えることを特徴とする物体検知装置。
【請求項５】
請求項４に記載の物体検知装置において、
前記検知ゾーンは、前記可動体が可動する空間に設定された複数の検知ゾーンのうちの１つであり、前記複数の検知ゾーンは、
前記可動体が前記フレームに向かって最大離間位置から第１の接近位置まで移動するときに検出される第１の検知ゾーンと、
前記可動体が前記フレームに向かって前記第１の接近位置から第２の接近位置まで更に移動するときに検出される第２の検知ゾーンとを含み、
前記制御回路は、前記第１の検知ゾーンよりも前記第２の検知ゾーンにおいて前記電界測定部の感度を高く設定することを特徴とする物体検知装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の物体検知装置において、
前記第１の複数の電極は、前記可動体または前記フレームに配置されていることを特徴とする物体検知装置。
【請求項７】
請求項５に記載の物体検知装置において、
前記第１の複数の電極は、前記フレームに配置されており、
前記物体検知装置はさらに、前記可動体に配置され、かつ前記電界測定部に接続された３つ以上の第２の複数の電極を備え、
前記制御回路は、前記可動体が前記第１の検知ゾーン内にあるとき、前記電界測定部を用いて前記第１の複数の電極のうちの任意の２つの電極間の静電容量を測定し、前記可動体が前記第２の検知ゾーン内にあるとき、前記電界測定部を用いて前記第２の複数の電極のうちの任意の２つの電極間の静電容量を測定することを特徴とする物体検知装置。
【請求項８】
請求項７に記載の物体検知装置において、
前記複数の検知ゾーンはさらに、
前記可動体が前記フレームに向かって前記第２の接近位置から接触位置まで更に移動するときに検出される第３の検知ゾーンを含み、
前記制御回路は、前記可動体が前記第３の検知ゾーン内にあるとき、前記電界測定部を用いて前記第１の複数の電極のうちの１つと前記第２の複数の電極のうちの１つとの間の静電容量を測定することを特徴とする物体検知装置。
【請求項９】
請求項１に記載の物体検知装置において、
前記制御回路は、前記可動体が前記フレームに接近するとき、前記２つの電極間の距離が段階的に短くなるように前記第１の複数の電極間で前記２つの電極を切り替えることを特徴とする物体検知装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の物体検知装置において、
前記電界測定部はさらに、前記第１の複数の電極の各々と前記物体との間に形成される静電容量に基づいて前記物体を検知可能であることを特徴とする物体検知装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０に記載の物体検知装置において、
前記制御回路は、前記第１の複数の電極に対応する物体検知範囲で静電容量の分布パターンを生成し、当該生成された分布パターンを予め規定されたパターンと照合して前記物体のサイズを推定するように構成されていることを特徴とする物体検知装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の物体検知装置において、
前記制御回路は、前記照合に基づいて、前記物体が雨滴か否かを判定することを特徴とする物体検知装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の物体検知装置において、
前記フレームは、前記自動車のドアに設けられた窓枠であり、前記可動体は、前記窓枠内に移動可能に設けられたウィンドガラスであることを特徴とする物体検知装置。
【請求項１４】
フレームと前記フレームに対して移動する可動体との間における物体の挟み込みを防止する挟み込み防止装置であって、
前記フレームに対して前記可動体を相対移動させる駆動部と、
前記フレームと前記可動体とのうち少なくとも一方に配置された３つ以上の第１の複数の電極と、
前記第１の複数の電極に接続され、前記第１の複数の電極のうちの任意の２つの電極間の静電容量を測定して前記物体を検知する電界測定部と、
前記駆動部と前記電界測定部とに接続され、前記電界測定部により測定された前記静電容量に基づいて前記駆動部を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記可動体の移動に応じて前記第１の複数の電極間で前記２つの電極を切り替えて前記電界測定部の感度を変更することを特徴とする挟み込み防止装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の挟み込み防止装置において、
前記制御回路は、前記電界測定部により測定された前記静電容量に基づいて前記物体が雨滴か否かを判定し、前記物体が雨滴の場合、前記フレームへの接近方向への前記可動体の移動を継続させることを特徴とする挟み込み防止装置。
【請求項１】
フレームと前記フレームに対して移動する可動体との間に存在する物体を検知する物体検知装置であって、
前記フレームと前記可動体とのうち少なくとも一方に配置された３つ以上の第１の複数の電極と、
前記第１の複数の電極に接続され、前記第１の複数の電極のうちの任意の２つの電極間の静電容量を測定して前記物体を検知する電界測定部と、
前記電界測定部に接続され、前記可動体の移動に応じて前記第１の複数の電極間で前記２つの電極を切り替えて前記電界測定部の感度を変更する制御回路と、
を備える物体検知装置。
【請求項２】
請求項１に記載の物体検知装置において、
前記制御回路は、前記可動体が前記フレームに接近するほど前記２つの電極間の距離が短くなるように前記第１の複数の電極間で前記２つの電極を切り替えることを特徴とする物体検知装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の物体検知装置はさらに、
前記制御回路に接続され、前記可動体の位置を検出する位置検出回路を備え、
前記制御回路は、前記可動体の位置に応じて前記第１の複数の電極間で前記２つの電極を切り替えることを特徴とする物体検知装置。
【請求項４】
請求項３に記載の物体検知装置において、
前記制御回路は、前記可動体が位置する検知ゾーンを判定し、前記検知ゾーンに応じて前記２つの電極を前記第１の複数の電極間で切り替えることを特徴とする物体検知装置。
【請求項５】
請求項４に記載の物体検知装置において、
前記検知ゾーンは、前記可動体が可動する空間に設定された複数の検知ゾーンのうちの１つであり、前記複数の検知ゾーンは、
前記可動体が前記フレームに向かって最大離間位置から第１の接近位置まで移動するときに検出される第１の検知ゾーンと、
前記可動体が前記フレームに向かって前記第１の接近位置から第２の接近位置まで更に移動するときに検出される第２の検知ゾーンとを含み、
前記制御回路は、前記第１の検知ゾーンよりも前記第２の検知ゾーンにおいて前記電界測定部の感度を高く設定することを特徴とする物体検知装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の物体検知装置において、
前記第１の複数の電極は、前記可動体または前記フレームに配置されていることを特徴とする物体検知装置。
【請求項７】
請求項５に記載の物体検知装置において、
前記第１の複数の電極は、前記フレームに配置されており、
前記物体検知装置はさらに、前記可動体に配置され、かつ前記電界測定部に接続された３つ以上の第２の複数の電極を備え、
前記制御回路は、前記可動体が前記第１の検知ゾーン内にあるとき、前記電界測定部を用いて前記第１の複数の電極のうちの任意の２つの電極間の静電容量を測定し、前記可動体が前記第２の検知ゾーン内にあるとき、前記電界測定部を用いて前記第２の複数の電極のうちの任意の２つの電極間の静電容量を測定することを特徴とする物体検知装置。
【請求項８】
請求項７に記載の物体検知装置において、
前記複数の検知ゾーンはさらに、
前記可動体が前記フレームに向かって前記第２の接近位置から接触位置まで更に移動するときに検出される第３の検知ゾーンを含み、
前記制御回路は、前記可動体が前記第３の検知ゾーン内にあるとき、前記電界測定部を用いて前記第１の複数の電極のうちの１つと前記第２の複数の電極のうちの１つとの間の静電容量を測定することを特徴とする物体検知装置。
【請求項９】
請求項１に記載の物体検知装置において、
前記制御回路は、前記可動体が前記フレームに接近するとき、前記２つの電極間の距離が段階的に短くなるように前記第１の複数の電極間で前記２つの電極を切り替えることを特徴とする物体検知装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の物体検知装置において、
前記電界測定部はさらに、前記第１の複数の電極の各々と前記物体との間に形成される静電容量に基づいて前記物体を検知可能であることを特徴とする物体検知装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０に記載の物体検知装置において、
前記制御回路は、前記第１の複数の電極に対応する物体検知範囲で静電容量の分布パターンを生成し、当該生成された分布パターンを予め規定されたパターンと照合して前記物体のサイズを推定するように構成されていることを特徴とする物体検知装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の物体検知装置において、
前記制御回路は、前記照合に基づいて、前記物体が雨滴か否かを判定することを特徴とする物体検知装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の物体検知装置において、
前記フレームは、前記自動車のドアに設けられた窓枠であり、前記可動体は、前記窓枠内に移動可能に設けられたウィンドガラスであることを特徴とする物体検知装置。
【請求項１４】
フレームと前記フレームに対して移動する可動体との間における物体の挟み込みを防止する挟み込み防止装置であって、
前記フレームに対して前記可動体を相対移動させる駆動部と、
前記フレームと前記可動体とのうち少なくとも一方に配置された３つ以上の第１の複数の電極と、
前記第１の複数の電極に接続され、前記第１の複数の電極のうちの任意の２つの電極間の静電容量を測定して前記物体を検知する電界測定部と、
前記駆動部と前記電界測定部とに接続され、前記電界測定部により測定された前記静電容量に基づいて前記駆動部を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記可動体の移動に応じて前記第１の複数の電極間で前記２つの電極を切り替えて前記電界測定部の感度を変更することを特徴とする挟み込み防止装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の挟み込み防止装置において、
前記制御回路は、前記電界測定部により測定された前記静電容量に基づいて前記物体が雨滴か否かを判定し、前記物体が雨滴の場合、前記フレームへの接近方向への前記可動体の移動を継続させることを特徴とする挟み込み防止装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２４０７７５（Ｐ２０１１−２４０７７５Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１３１６１（Ｐ２０１０−１１３１６１）
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（５０４１９９１２７）フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド (806)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（５０４１９９１２７）フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド (806)
【Ｆターム（参考）】
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