静電容量型距離センサ及び静電容量センサを備えた車高測定装置
【課題】静電容量の変化量に基づいて被測定面と静電容量センサとの間の距離を正確に測定することのできる静電容量型距離センサを提供すること。
【解決手段】静電容量センサ１により検出された静電容量の変化を検出電圧に変換する第１のＣＶ変換器３と、被測定面Ａからのオフセット距離に応じたオフセット容量を検出電圧に変換する第２のＣＶ変換器６と、第１のＣＶ変換器３と第２のＣＶ変換器６からの差分電圧を検出する差分増幅器５とを備えている。静電容量の変化量に基づいて被測定面Ａと静電容量センサ１との間の距離を正確に測定することができる。また、オフセット距離をメカニカルな機構によらずに非接触方式で直接的に測定が可能となる。
【解決手段】静電容量センサ１により検出された静電容量の変化を検出電圧に変換する第１のＣＶ変換器３と、被測定面Ａからのオフセット距離に応じたオフセット容量を検出電圧に変換する第２のＣＶ変換器６と、第１のＣＶ変換器３と第２のＣＶ変換器６からの差分電圧を検出する差分増幅器５とを備えている。静電容量の変化量に基づいて被測定面Ａと静電容量センサ１との間の距離を正確に測定することができる。また、オフセット距離をメカニカルな機構によらずに非接触方式で直接的に測定が可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量型距離センサ及び静電容量センサを備えた車高測定装置に関し、より詳細には、静電容量の変化量に基づいて被測定面と静電容量センサとの間の距離を正確に測定することのできる静電容量型距離センサ及び静電容量センサを備えた車高測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両、特に自動車の車高の変化を検出するものとしては、従来から磁気センサを用いたものが提案されている。例えば、特許文献１に記載のものは、車体側又は車輪側に固定された磁気センサと、この磁気センサの周囲を円運動するように設けられた磁石と、車高の変化を磁石の回転に変換する運動変換手段と、磁気センサからの電圧信号に基づいて磁気センサに対する磁石の回転角度を車高として検出する検出手段を備えたものである。つまり、この特許文献１のものは、サスペンションの上下運動（直線運動）をメカニカルな機構により回転運動に変えて、その回転角度から車高の変化量を測定する構造になっている。
【０００３】
また、静電容量を用いて物体までの距離を検知する静電容量型変位センサが提案されている。例えば、特許文献２に記載のものは、検知電極と物体までの距離により定まる静電容量と、検知電極が入力端に接続され帰還抵抗を有するシュミットトリガインバータを設け、このシュミットトリガインバータの帰還抵抗と静電容量値によって定まる周波数で発振させ、この発振周波数を周期カウンタで計測することによって、物体までの距離を検出するものである。
【０００４】
また、静電容量型センサを用いて自動車の障害物への衝突を防止する静電容量型検出装置が提案されている。例えば、特許文献３に記載のものは、自動車の前部と後部のバンパーに電極を配置し、この電極の近傍に物体が存在していた場合にこれを検出することができるというものである。
【０００５】
【特許文献１】実開平２−３５００３号公報
【特許文献２】特開平６−３４３０７号公報
【特許文献３】特開２００１−２６４４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１のものは、車高の変化を検出するという点では、本発明と目的を同じくするものであるが、センサとして磁気センサを用いており、しかも、メカニカルな機構を用いているため非接触な検出が不可能であり、経年変化量が増加するという問題があった。
【０００７】
また、上述した特許文献２及び３のものは、静電容量型センサを用いている点で非接触な検出は可能であるが、静電容量型センサが自動車の後輪又はバンパーに取り付けられているため、ハーネスの引き回しが増えるという問題があった。しかも、特許文献２及び３のものは、物体の存在、つまり、物体の「有」「無」を検知するだけであって、接地面と静電容量センサとの間の静電容量の微妙な変化量を正確に検知することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、静電容量の変化量に基づいて被測定面と静電容量センサとの間の距離を正確に測定することのできる静電容量型距離センサ及び静電容量センサを備えた車高測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、被測定面との間の静電容量の変化量を検出する静電容量センサを備えた静電容量型距離センサにおいて、前記静電容量センサにより検出された静電容量の変化を検出電圧に変換する第１のＣＶ変換器と、前記被測定面からのオフセット距離に応じたオフセット容量を検出電圧に変換する第２のＣＶ変換器と、前記第１のＣＶ変換器と前記第２のＣＶ変換器からの差分電圧を検出する差分増幅器とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１のＣＶ変換器のゲインは、前記差分電圧に基づいて調整されることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記差分増幅器からの差分電圧の所定範囲以外の電圧をクリップするリミッタと、該リミッタからのリミット信号を所望のゲインに基づいて増幅する可変増幅器とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記可変増幅器のゲインは、前記差分電圧に基づいて調整されることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、予め決められた前記被測定面からのオフセット距離に応じた前記オフセット容量を設定するオフセット調整回路を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記オフセット調整回路は、前記差分電圧に基づいて、前記設定したオフセット容量を更に調整することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明は、請求項３又は４に記載の発明において、前記可変増幅器で増幅された出力信号の値をリニア値に変換する演算制御部と、該演算制御部に接続され、予め決められた前記オフセット距離のデータを記憶するメモリとを備え、前記オフセット容量は、該メモリに記憶された前記オフセット距離のデータに基づいて設定されることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、環境温度変化を検出する温度センサを備え、該温度センサが前記演算制御部に接続され、前記オフセット調整回路のオフセット容量及び前記第１のＣＶ変換器のゲイン並びに前記可変増幅器のゲインは、前記温度センサからの温度検出信号に基づいて調整されることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項９に記載の発明は、車両の車高との間の静電容量の変化量を検出する静電容量センサを備えた車高測定装置において、前記静電容量センサにより検出された静電容量の変化を検出電圧に変換する第１のＣＶ変換器と、前記車高長であるオフセット距離に応じたオフセット容量を検出電圧に変換する第２のＣＶ変換器と、前記第１のＣＶ変換器と前記第２のＣＶ変換器からの差分電圧を検出する差分増幅器とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記第１のＣＶ変換器のゲインは、前記差分電圧に基づいて調整されることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項９又は１０に記載の発明において、前記差分増幅器からの差分電圧の所定範囲以外の電圧をクリップするリミッタと、該リミッタからのリミット信号を所望のゲインに基づいて増幅する可変増幅器とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の発明において、前記可変増幅器のゲインは、前記差分電圧に基づいて調整されることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項９乃至１２のいずれかに記載の発明において、予め決められた前記被測定面からのオフセット距離に応じた前記オフセット容量を設定するオフセット調整回路を備えたことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の発明において、前記オフセット調整回路は、前記差分電圧に基づいて、前記設定したオフセット容量を更に調整することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１１又は１２に記載の発明において、前記可変増幅器で増幅された出力信号の値をリニア値に変換する演算制御部と、該演算制御部に接続され、予め決められた前記オフセット距離のデータを記憶するメモリとを備え、前記オフセット容量は、該メモリに記憶されたデータに基づいて設定されることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の発明において、環境温度変化を検出する温度センサを備え、該温度センサが前記演算制御部に接続され、前記オフセット容量及び前記第１のＣＶ変換器のゲイン並びに前記可変増幅器のゲインは、前記温度センサからの温度検出信号に基づいて調整されることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１７に記載の発明は、請求項９乃至１６のいずれかに記載の発明において、前記車両用のオートレベリング機能を有するヘッドライトの直下に前記静電容量センサを配置したことを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１８に記載の発明は、請求項１７に記載の発明において、前記演算制御部は、前記オートレベリング機能の制御用の電子制御ユニットに接続されていることを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１９に記載の発明は、請求項１７又は１８に記載の車高測定装置を備えたことを特徴とする自動車用のヘッドライトのオートレベリング装置である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、静電容量センサにより検出された静電容量の変化を検出電圧に変換する第１のＣＶ変換回路と、被測定面からのオフセット距離に応じたオフセット容量を検出電圧に変換する第２のＣＶ変換器と、第１のＣＶ変換器と第２のＣＶ変換器からの差分電圧を検出する差分増幅器とを備えているので、静電容量の変化量に基づいて被測定面と静電容量センサとの間の距離を正確に測定することのできる静電容量型距離センサ及び静電容量センサを備えた車高測定装置を実現することができる。また、オフセット距離をメカニカルな機構によらずに非接触方式で直接的に測定が可能となる。
【００２９】
また、静電容量センサを用いることにより、従来のメカニカルな機構が無くなり、非接触な測定が可能となるので経年変化量も減少する。また、ハーネスの引き回しが減るため小型車での適応も可能となる。また、静電容量センサの設置場所を自動車のヘッドライドの直下に配置することができ、工場出荷時やメンテナンス時などの調整が簡素化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００３１】
＜実施例１；静電容量型距離センサ＞
図１は、本発明の実施例１に係る静電容量型距離センサを説明するためのブロック図である。本実施例１の静電容量型距離センサは、被測定面Ａとの間の静電容量Ｃｄの変化量を検出する静電容量センサ１を備えたものである。静電容量センサ１は、被測定面（例えば、ＧＮＤ）Ａとの間の静電容量を検知するためのセンサ部（電極）１ａとシールド部１ｂとから構成され、このシールド部１ｂは、外部ノイズを除去する目的で、センサ部１ａの周囲を取り囲むようにして配置されている溝部を介して設けられたもので、シールドドライブ回路２に接続されている。
【００３２】
静電容量センサ１のセンサ部１ａには、静電容量センサ１により検出された静電容量Ｃｄの変化を検出電圧に変換する第１のＣＶ変換器３が接続されている。
【００３３】
この第１のＣＶ変換器３は、静電容量Ｃｄに接続されたスイッチング素子ＳＷ３１とＳＷ３２を有するスイッチトキャパシタ方式のＣＶ変換器で、センサ部１ａを構成する静電容量Ｃｄが演算増幅器３１の非反転入力端子に接続され、非反転入力端子とグランド間にはスイッチング素子ＳＷ３２が接続され、非反転入力端子と出力端子間にはスイッチング素子ＳＷ３１と可変容量素子Ｃ３が並列に接続され、反転入力端子はアナロググランドに接続されている。
【００３４】
演算増幅器３１の出力端は、差分増幅器５に接続されている。また、差分増幅器５には、被測定面からのオフセット距離に応じたオフセット容量を検出電圧に変換する第２のＣＶ変換器６が接続されている。
【００３５】
この第２のＣＶ変換器６は、スイッチング素子ＳＷ６１とＳＷ６２を有するスイッチトキャパシタ方式のＣＶ変換器で、スイッチング素子ＳＷ６２が演算増幅器６１の非反転入力端子とグランド間に接続され、非反転入力端子と出力端子間にはスイッチング素子ＳＷ６１と容量素子Ｃ６が並列に接続され、反転入力端子はアナロググランドに接続されている。また、演算増幅器３１、６１には、この演算増幅器３１、６１のオフセットをキャンセルするためのオフセットキャンセル部４ａ，４ｂが接続されている。
【００３６】
オフセット調整回路７は、予め決められた被測定面Ａからのオフセット距離に応じたオフセット容量を設定するもので、第２のＣＶ変換器６に接続され、演算制御部１１からの制御信号に基づいて第２のＣＶ変換器６のオフセット容量を設定するように構成されている。
【００３７】
図２は、本発明の静電容量型距離センサに用いられるオフセット調整回路の構成図である。このオフセット調整回路７は、キャップバンク及びバリキャップを含むものである。
【００３８】
このオフセット調整回路７は、測定範囲の中心となる基準値として第２のＣＶ変換器６のオフセット容量を与える機能を有するものであって、キャップバンクＣ７１乃至Ｃ７ｎ、バリキャップＣ７、及びＭＯＳトランジスタＭＯＳ７１〜ＭＯＳ７ｎで構成される。キャップバンクＣ７１乃至Ｃ７ｎを粗調用に、バリキャップＣ７は微調用に用いるものであり、キャップバンクＣ７１乃至Ｃ７ｎにより所望の容量値を粗く設定でき、バリキャップＣ７によりその容量値を更に微細に設定できる。これらのキャップバンクＣ７１乃至Ｃ７ｎ及びバリキャップＣ７は、スイッチとしてＭＯＳトランジスタ７１乃至７ｎが接続されており、各スイッチは不揮発性メモリ１２に格納されたデータに基づき演算制御部１１によって開閉制御される。差分増幅器５は、第１のＣＶ変換器３と第２のＣＶ変換器６からの差分電圧を検出するためのものである。この第１のＣＶ変換器３のゲインは、差分電圧に基づいて調整される。
【００３９】
リミッタ９ａは、フィルタ回路８を介して、差分増幅器５からの差分電圧をクリップするためのものである。このリミッタ９ａは、電圧をクリップするために、測定範囲の上限値及び下限値を有するウインドウが設定されている。差動電圧がウインドウ内にあればそのまま出力するが、ウインドウの上限値以上または下限値以下の差動電圧が入力された場合は所定の値に電圧クリップされる。ウインドウの範囲は、第２のＣＶ変換器６のオフセット容量、すなわち、測定範囲の中心となる基準値に対し、予め所定の範囲となるように設定しておいても良いし、演算制御部１１を介して外部から任意に設定してもよい。
【００４０】
可変増幅器９ｂは、リミッタ９ａからのリミット信号を増幅するためのものであって後段のＡ／Ｄ変換器１０への入力レベルを調整するためのものである。この可変増幅器９ｂのゲインは、差分増幅器５により検出された第１のＣＶ変換器３と第２のＣＶ変換器６からの差分電圧に基づいて調整される。
【００４１】
演算制御部１１には、Ａ／Ｄ変換器１０を介して可変増幅器９ｂで調整された出力信号をリニア値に変換するためのものであって、静電容量の特性（ノンリニア）をリニアな特性に変換する回路が内蔵されている。また、この演算制御部１１には、プログラマブル補正回路１１ａとサンプリング時間／平均回数設定回路１１ｂが含まれている。プログラマブル補正回路１１ａは、静電容量センサの感度バラツキ、オフセットバラツキ、温度変動に伴う出力のバラツキなどを補正するためのものである。また、サンプリング時間／平均回数設定回路１１ｂは、外部ノイズ対策のために、Ａ／Ｄ変換器１０を介して可変増幅器９ｂで調整された出力信号に対して、サンプリング時間の可変を行うと共に、その信号の平均化を行うものである。
【００４２】
不揮発性メモリ１２は、演算制御部１１に接続され、予め設定されたオフセット距離のデータを記憶するためのものである。また、この不揮発性メモリ１２には、オフセット距離のデータの他に、第１のＣ／Ｖ変換器３の可変容量素子Ｃ３（感度調整値）及び差分増幅器５のゲイン値、リミッタ９ａによる測定範囲値（ウインドウの幅）、可変増幅器９ｂのゲイン値などが格納されている。また、静電容量の特性（ノンリニア）をリニアな特性に変換する回路における調整・補正データが格納されている。
【００４３】
オフセット調整回路７は、Ａ／Ｄ変換器１０を介して可変増幅器９ｂで調整された出力信号に基づいて第２のＣＶ変換器６のオフセット容量を調整することもでき、例えば、Ａ／Ｄ変換器１０からの出力信号がオフセット等により所望の値からずれている場合に演算制御部１１からの制御信号によりオフセット容量を補正するものである。
【００４４】
温度センサ１３は、環境温度変化を検出するためのものである。この温度センサ１３は、演算制御部１１に接続され、オフセット距離のデータの他に、第１のＣ／Ｖ変換器３の可変容量素子Ｃ３（感度調整値）、リミッタ９ａによる測定範囲値（ウインドウの幅）、可変増幅器９ｂのゲイン値などは、この温度センサ１３からの温度検出信号に基づいて調整されるように構成されている。
【００４５】
このような構成において、センサ部１ａで検知された静電容量Ｃｄは、第１のＣ／Ｖ変換器３で静電容量を電圧に変換される。この第１のＣ／Ｖ変換器３は、被測定面Ａとセンサ部１ａとの距離に応じた感度調整機能を有し、演算制御部１１からの制御信号により可変コンデンサＣ３の容量を可変することによって感度調整をするものである。予め設定された感度調整の基となる変換値は、差分増幅器５で予め設定された距離オフセットの調整値との差を取り、この差分値がフィルタ回路８を通って、リミッタ９ａで測定範囲分が取り出され、可変増幅器９ｂでダイナミックレンジが調整される。可変増幅器９ｂは、Ａ／Ｄ変換器１０のビット数に合わせるようにダイナミックレンジを調整し、この調整値は、Ａ／Ｄ変換器１０を介して演算制御部１１に入力される。
【００４６】
また、この演算制御部１１は、ノンリニア値を距離値に準ずるリニアな値に変換する。また、この演算制御部１１は、静電型容量センサ１やその後の信号処理を行う処理ＩＣ、外部部品などの個体ばらつき、温度センサ１３により検出された環境温度変化などを予め学習する機能を有している。つまり、演算制御部１１は、ばらつき（静電型容量センサの個体値、環境温度、外部部品の個体値）に対して、補正や調整を行う回路を有している。
【００４７】
また、演算制御部１１には、不揮発性メモリ１２が接続されていて、これらの補正や調整されたデータを、不揮発性メモリ１２に格納する機能を有している。これらの調整データは、外部機器からの書換えを可能とする。
【００４８】
これにより、工場出荷時の初期調整をデジタル化することを可能とし、工程数の削減に貢献できる。また、短時間の路面変化や外部誘電に対して不感帯を持つことが出来るため耐外部ノイズの向上に繋がる。
【００４９】
Ａ／Ｄ変換器１０のデジタル信号は、演算制御部１１を介して外部に出力することができる。また、演算制御部１１には、Ｄ／Ａ変換器１４が接続され、演算制御部１１からのデジタル信号をアナログ信号に変換して、アナログ信号を外部に出力することもできる。
【００５０】
＜実施例２；車高測定装置＞
本発明の実施例２である静電容量センサを備えた車高測定装置は、図１に示した静電容量型距離センサを車高測定に適用した実施例である。
【００５１】
本実施例２の車高測定装置は、車両、特に自動車の車高とＧＮＤ（接地面Ａ）との間の静電容量の変化量を検出する静電容量型センサを備えたものである。この車高測定装置は、図１に示した構成と同じ構成を有し、オフセット距離を車高長としたものである。
【００５２】
図３は、静電容量型センサとＧＮＤとの間の車高に応じて変化する静電容量を示した図である。センサ部（電極）１ａとＧＮＤＡとの間が変化すれば、その間で静電容量が生じる。この静電容量Ｃｄは次式で示される。
Ｃｄ＝εＳ／ｄ
【００５３】
ここで、Ｓは電極１ａの面積、ｄは物体までの距離、εは空気中の誘電率を示している。
【００５４】
つまり、静電容量Ｃｄは、距離ｄに応じて変化量（ダイナミックレンジ）が減少する。本実施例２は、車高に応じての静電容量のオフセットを、オフセット調整回路７により任意に設定可能とする。また、感度調整機能を有する第１のＣＶ変換器３と、測定範囲幅用のリミッタ９ａと、ゲイン調整機能を有する可変増幅器９ｂを有することにより、このオフセットを中心とした測定幅を、ダイナミックレンジの変化に応じて、任意に設定可能とする。
【００５５】
図３を参照に、感度調整及びゲイン調整の調整方法を具体的に説明する。
車高値（車高の中心値）が、例えば、１５０ｍｍの場合、演算制御部１１は、不揮発性メモリ１２からそれに応じたデータ値を読み出し、オフセット調整回路７へ制御信号が出力される。オフセット調整回路７は、その制御信号に基づいて第２のＣＶ変換器６のオフセット容量を設定する。
【００５６】
第１のＣＶ変換器３は、測定した静電容量Ｃｄの静電容量を電圧に変換し、差分増幅器５は、第１のＣＶ変換器３からの電圧と第２のＣＶ変換器６からの電圧との差分電圧を検出する。図３に示すように、静電容量Ｃｄは車高ｄに反比例する、すなわち、差分増幅器５からの差動電圧も車高ｄに反比例する。
【００５７】
次に、リミッタ９ａは、例えば、車高の中心値１５０ｍｍに対し±５０ｍｍの測定範囲となるように設定されたウインドウに基づき、フィルタ回路を介した差分増幅器５からの差分電圧をリミットする。リミット後の信号は、可変増幅器９ｂ、Ａ／Ｄ変換器１０を介して演算制御部１１に入力される。
【００５８】
演算制御部１１は、Ａ／Ｄ変換器１０からの信号に基づき、第１のＣＶ変換器３の可変容量素子Ｃ３を調節することにより感度調整を行うと共に、可変増幅器９ｂのゲインを調整することによりゲイン調整を行う。車高ｄに対する静電容量Ｃｄ（車高ｄに対する差分増幅器５からの差動電圧）のグラフの変化量が小さいときは可変容量素子Ｃ３の容量値を大きくし、変化量が大きいときは可変容量素子Ｃ３の容量値を小さくして、粗く調節した後に、可変増幅器９ｂによりＡ／Ｄ変換器１０のビット数に合わせるように細かく調整して、図３に示すように、所望の変化量になるように調節する。
【００５９】
これにより、車高に反比例する静電容量のダイナミックレンジを一定とすることが可能となり、正確な距離測定を可能とする。また、リミッタ９ａにより測定範囲外は不感帯となり、耐ノイズ性の向上にも繋がる。
【００６０】
自動車の車種によって、表１に示すような種々の異なる車高値を有する。
【００６１】
【表１】
【００６２】
表１に示すように、車種（小型乃至大型）により車高が異なるため、車種に応じて車高の中心値（静電容量のオフセット）を設定する必要がある。処理ＩＣは、この車高の中心値を設定可能とするキャップバンクやバリキャップを備えたオフセット調整回路７を備えている。つまり、様々な車種（小型〜大型）に適応するために、第２のＣ／Ｖ変換器６にはオフセット調整機能を有するオフセット調整回路７が接続されている。
【００６３】
これらのオフセット容量は、演算制御部１１により設定可能としている。この機能は、工場出荷時の初期調整をデジタル化可能とし、工程数の削減に貢献する。また、経年変化に因る車高の減少に対しても外部機器からの調整／書換えを可能とする。
【００６４】
第１のＣＶ変換器３によりＣＶ変換された値は、図３に示すようにノンリニアな状態である。外部ＥＣＵでのデータ加工を簡略化させるために、この処理ＩＣはリニア変換回路を有している。このリニア変換回路は、テーブルデータや演算回路から構成されている。また、ＥＣＵ（電子制御ユニット；ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）とのＩ／Ｆは、デジタルとアナログ双方に対応する。
【００６５】
本実施例２の車高測定装置は、Ｄ／Ａ変換器１４及びＥＣＵ Ｉ／Ｆ１５を備えており、これらのＤ／Ａ変換器１４及びＥＣＵ Ｉ／Ｆ１５は、演算制御部１１に接続されている。Ｄ／Ａ変換回路１４は、演算制御部１１からのデジタル信号をアナログ信号に変換するもので、アナログ値を外部機器に出力するものである。また、外部ＥＣＵ Ｉ／Ｆ１５は、デジタルデータとして外部機器Ｉ／Ｆを通して出力するもので、後述する自動車のヘッドライトのオートレベリング機能を実現するためのＥＣＵに接続されている。
【００６６】
図４は、本発明の実施例２に係る車高測定装置を自動車に搭載した構成図で、自動車用のオートレベリング機能を有するヘッドライトの直下に静電容量センサを配置したものである。図中符号４０は車高測定装置、４１は静電容量型センサ、４２は処理ＩＣ、４３はＥＣＵ、４４はヘッドライト、４５は車輪、４６は自動車本体を示している。なお、処理ＩＣ４２は、図１に示した静電容量センサ１以外の処理部をＩＣ化したもので、ＥＣＵ Ｉ／Ｆ１５又はＤ／Ａ変換器１４を介して、ＥＣＵ４３に制御信号を供給するように構成されている。
【００６７】
オートレベリング機能は、乗員や荷物によって車両姿勢が変わっても、ヘッドライトの光軸を自動的に一定の高さに保つ機構である。車両の前後方向の傾斜（ピッチ角）に基づいて、光軸傾動調整用のアクチュエータを駆動制御することで、ヘッドランプの光軸をピッチ角相当相殺する方向に自動的に傾動調整する。この種のヘッドランプでは、例えば、光源を挿着したリフレクターがランプボディに対し水平傾動軸周りに傾動可能に支持されるとともに、アクチュエータによってリフレクター（ヘッドランプ）の光軸が水平傾動軸周りに傾動できる構造となっている。そして、ピッチ角検出手段や車速センサやこれらからの検出信号に基づいてアクチュエータの駆動を制御する制御部等を車両に設けて構成され、ヘッドランプ（リフレクター）の光軸が路面に対し常に一定の状態となるように調整するようになっている。
【００６８】
しかしながら、従来のオートレベリング装置では、乗員や荷物によって車両姿勢が変わって光軸が望ましいレベリング位置より上向きに固定された場合は、運転者にとっては視認性がよいが、対向車にとってはまぶしいため危険である。逆に、光軸が下向きに固定された場合は、対向車に迷惑をかけないが、視認距離が短く、障害物の発見が遅れて危険であるという問題があった。
【００６９】
このような問題を解決するためには、表１に示したように車種によって種々の車高値を有するため、そのような車種に応じた車高値の設定と、車両姿勢の変化に応じたオフセットの正確な設定が必要とされていた。そこで、本実施例２の車高測定装置をヘッドランプの直下に配置することにより、ハーネスの引き回しが減るため小型車での適応も可能となる。また、メカニカルな機構が無くなるため、設置容量の減少が可能となり、接地面と静電容量センサとの間の絶対値測定を可能とする。
【００７０】
以上は、本発明の静電容量型距離センサの適用として車高測定装置について説明したが、これ以外にも他の距離センサとして利用可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施例１に係る静電容量型距離センサを説明するためのブロック図である。
【図２】本発明の静電容量型距離センサに用いられるオフセット調整回路の構成図である。
【図３】静電容量型センサとＧＮＤとの間の車高に応じて変化する静電容量を示した図である。
【図４】本発明の実施例２に係る車高測定装置を自動車に搭載した構成図で、自動車用のオートレベリング機能を有するヘッドライトの直下に静電容量センサを配置した構成図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 静電容量センサ
１ａ センサ部（電極）
１ｂ シールド部
２ シールドドライブ回路
３ 第１のＣＶ変換器
４ａ，４ｂ オフセットキャンセル部
５ 差分増幅器
６ 第２のＣＶ変換器
７ オフセット調整回路
８ フィルタ回路
９ａ リミッタ
９ｂ 可変増幅器
１０ Ａ／Ｄ変換器
１１ 演算制御部
１１ａ プログラマブル補正回路
１１ｂ サンプリング時間／平均回数設定回路
１２ 不揮発性メモリ
１３ 温度センサ
１４ Ｄ／Ａ変換器
１５ ＥＣＵ Ｉ／Ｆ
３１、６１ 演算増幅器
４０ 車高測定装置
４１ 静電容量型センサ
４２ 処理ＩＣ
４３ ＥＣＵ
４４ ヘッドライト
４５ 車輪
４６ 自動車本体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量型距離センサ及び静電容量センサを備えた車高測定装置に関し、より詳細には、静電容量の変化量に基づいて被測定面と静電容量センサとの間の距離を正確に測定することのできる静電容量型距離センサ及び静電容量センサを備えた車高測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両、特に自動車の車高の変化を検出するものとしては、従来から磁気センサを用いたものが提案されている。例えば、特許文献１に記載のものは、車体側又は車輪側に固定された磁気センサと、この磁気センサの周囲を円運動するように設けられた磁石と、車高の変化を磁石の回転に変換する運動変換手段と、磁気センサからの電圧信号に基づいて磁気センサに対する磁石の回転角度を車高として検出する検出手段を備えたものである。つまり、この特許文献１のものは、サスペンションの上下運動（直線運動）をメカニカルな機構により回転運動に変えて、その回転角度から車高の変化量を測定する構造になっている。
【０００３】
また、静電容量を用いて物体までの距離を検知する静電容量型変位センサが提案されている。例えば、特許文献２に記載のものは、検知電極と物体までの距離により定まる静電容量と、検知電極が入力端に接続され帰還抵抗を有するシュミットトリガインバータを設け、このシュミットトリガインバータの帰還抵抗と静電容量値によって定まる周波数で発振させ、この発振周波数を周期カウンタで計測することによって、物体までの距離を検出するものである。
【０００４】
また、静電容量型センサを用いて自動車の障害物への衝突を防止する静電容量型検出装置が提案されている。例えば、特許文献３に記載のものは、自動車の前部と後部のバンパーに電極を配置し、この電極の近傍に物体が存在していた場合にこれを検出することができるというものである。
【０００５】
【特許文献１】実開平２−３５００３号公報
【特許文献２】特開平６−３４３０７号公報
【特許文献３】特開２００１−２６４４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１のものは、車高の変化を検出するという点では、本発明と目的を同じくするものであるが、センサとして磁気センサを用いており、しかも、メカニカルな機構を用いているため非接触な検出が不可能であり、経年変化量が増加するという問題があった。
【０００７】
また、上述した特許文献２及び３のものは、静電容量型センサを用いている点で非接触な検出は可能であるが、静電容量型センサが自動車の後輪又はバンパーに取り付けられているため、ハーネスの引き回しが増えるという問題があった。しかも、特許文献２及び３のものは、物体の存在、つまり、物体の「有」「無」を検知するだけであって、接地面と静電容量センサとの間の静電容量の微妙な変化量を正確に検知することができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、静電容量の変化量に基づいて被測定面と静電容量センサとの間の距離を正確に測定することのできる静電容量型距離センサ及び静電容量センサを備えた車高測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、被測定面との間の静電容量の変化量を検出する静電容量センサを備えた静電容量型距離センサにおいて、前記静電容量センサにより検出された静電容量の変化を検出電圧に変換する第１のＣＶ変換器と、前記被測定面からのオフセット距離に応じたオフセット容量を検出電圧に変換する第２のＣＶ変換器と、前記第１のＣＶ変換器と前記第２のＣＶ変換器からの差分電圧を検出する差分増幅器とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１のＣＶ変換器のゲインは、前記差分電圧に基づいて調整されることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記差分増幅器からの差分電圧の所定範囲以外の電圧をクリップするリミッタと、該リミッタからのリミット信号を所望のゲインに基づいて増幅する可変増幅器とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記可変増幅器のゲインは、前記差分電圧に基づいて調整されることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、予め決められた前記被測定面からのオフセット距離に応じた前記オフセット容量を設定するオフセット調整回路を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記オフセット調整回路は、前記差分電圧に基づいて、前記設定したオフセット容量を更に調整することを特徴とする。
【００１５】
また、請求項７に記載の発明は、請求項３又は４に記載の発明において、前記可変増幅器で増幅された出力信号の値をリニア値に変換する演算制御部と、該演算制御部に接続され、予め決められた前記オフセット距離のデータを記憶するメモリとを備え、前記オフセット容量は、該メモリに記憶された前記オフセット距離のデータに基づいて設定されることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、環境温度変化を検出する温度センサを備え、該温度センサが前記演算制御部に接続され、前記オフセット調整回路のオフセット容量及び前記第１のＣＶ変換器のゲイン並びに前記可変増幅器のゲインは、前記温度センサからの温度検出信号に基づいて調整されることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項９に記載の発明は、車両の車高との間の静電容量の変化量を検出する静電容量センサを備えた車高測定装置において、前記静電容量センサにより検出された静電容量の変化を検出電圧に変換する第１のＣＶ変換器と、前記車高長であるオフセット距離に応じたオフセット容量を検出電圧に変換する第２のＣＶ変換器と、前記第１のＣＶ変換器と前記第２のＣＶ変換器からの差分電圧を検出する差分増幅器とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の発明において、前記第１のＣＶ変換器のゲインは、前記差分電圧に基づいて調整されることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項９又は１０に記載の発明において、前記差分増幅器からの差分電圧の所定範囲以外の電圧をクリップするリミッタと、該リミッタからのリミット信号を所望のゲインに基づいて増幅する可変増幅器とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の発明において、前記可変増幅器のゲインは、前記差分電圧に基づいて調整されることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項９乃至１２のいずれかに記載の発明において、予め決められた前記被測定面からのオフセット距離に応じた前記オフセット容量を設定するオフセット調整回路を備えたことを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の発明において、前記オフセット調整回路は、前記差分電圧に基づいて、前記設定したオフセット容量を更に調整することを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１１又は１２に記載の発明において、前記可変増幅器で増幅された出力信号の値をリニア値に変換する演算制御部と、該演算制御部に接続され、予め決められた前記オフセット距離のデータを記憶するメモリとを備え、前記オフセット容量は、該メモリに記憶されたデータに基づいて設定されることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の発明において、環境温度変化を検出する温度センサを備え、該温度センサが前記演算制御部に接続され、前記オフセット容量及び前記第１のＣＶ変換器のゲイン並びに前記可変増幅器のゲインは、前記温度センサからの温度検出信号に基づいて調整されることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１７に記載の発明は、請求項９乃至１６のいずれかに記載の発明において、前記車両用のオートレベリング機能を有するヘッドライトの直下に前記静電容量センサを配置したことを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１８に記載の発明は、請求項１７に記載の発明において、前記演算制御部は、前記オートレベリング機能の制御用の電子制御ユニットに接続されていることを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１９に記載の発明は、請求項１７又は１８に記載の車高測定装置を備えたことを特徴とする自動車用のヘッドライトのオートレベリング装置である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、静電容量センサにより検出された静電容量の変化を検出電圧に変換する第１のＣＶ変換回路と、被測定面からのオフセット距離に応じたオフセット容量を検出電圧に変換する第２のＣＶ変換器と、第１のＣＶ変換器と第２のＣＶ変換器からの差分電圧を検出する差分増幅器とを備えているので、静電容量の変化量に基づいて被測定面と静電容量センサとの間の距離を正確に測定することのできる静電容量型距離センサ及び静電容量センサを備えた車高測定装置を実現することができる。また、オフセット距離をメカニカルな機構によらずに非接触方式で直接的に測定が可能となる。
【００２９】
また、静電容量センサを用いることにより、従来のメカニカルな機構が無くなり、非接触な測定が可能となるので経年変化量も減少する。また、ハーネスの引き回しが減るため小型車での適応も可能となる。また、静電容量センサの設置場所を自動車のヘッドライドの直下に配置することができ、工場出荷時やメンテナンス時などの調整が簡素化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００３１】
＜実施例１；静電容量型距離センサ＞
図１は、本発明の実施例１に係る静電容量型距離センサを説明するためのブロック図である。本実施例１の静電容量型距離センサは、被測定面Ａとの間の静電容量Ｃｄの変化量を検出する静電容量センサ１を備えたものである。静電容量センサ１は、被測定面（例えば、ＧＮＤ）Ａとの間の静電容量を検知するためのセンサ部（電極）１ａとシールド部１ｂとから構成され、このシールド部１ｂは、外部ノイズを除去する目的で、センサ部１ａの周囲を取り囲むようにして配置されている溝部を介して設けられたもので、シールドドライブ回路２に接続されている。
【００３２】
静電容量センサ１のセンサ部１ａには、静電容量センサ１により検出された静電容量Ｃｄの変化を検出電圧に変換する第１のＣＶ変換器３が接続されている。
【００３３】
この第１のＣＶ変換器３は、静電容量Ｃｄに接続されたスイッチング素子ＳＷ３１とＳＷ３２を有するスイッチトキャパシタ方式のＣＶ変換器で、センサ部１ａを構成する静電容量Ｃｄが演算増幅器３１の非反転入力端子に接続され、非反転入力端子とグランド間にはスイッチング素子ＳＷ３２が接続され、非反転入力端子と出力端子間にはスイッチング素子ＳＷ３１と可変容量素子Ｃ３が並列に接続され、反転入力端子はアナロググランドに接続されている。
【００３４】
演算増幅器３１の出力端は、差分増幅器５に接続されている。また、差分増幅器５には、被測定面からのオフセット距離に応じたオフセット容量を検出電圧に変換する第２のＣＶ変換器６が接続されている。
【００３５】
この第２のＣＶ変換器６は、スイッチング素子ＳＷ６１とＳＷ６２を有するスイッチトキャパシタ方式のＣＶ変換器で、スイッチング素子ＳＷ６２が演算増幅器６１の非反転入力端子とグランド間に接続され、非反転入力端子と出力端子間にはスイッチング素子ＳＷ６１と容量素子Ｃ６が並列に接続され、反転入力端子はアナロググランドに接続されている。また、演算増幅器３１、６１には、この演算増幅器３１、６１のオフセットをキャンセルするためのオフセットキャンセル部４ａ，４ｂが接続されている。
【００３６】
オフセット調整回路７は、予め決められた被測定面Ａからのオフセット距離に応じたオフセット容量を設定するもので、第２のＣＶ変換器６に接続され、演算制御部１１からの制御信号に基づいて第２のＣＶ変換器６のオフセット容量を設定するように構成されている。
【００３７】
図２は、本発明の静電容量型距離センサに用いられるオフセット調整回路の構成図である。このオフセット調整回路７は、キャップバンク及びバリキャップを含むものである。
【００３８】
このオフセット調整回路７は、測定範囲の中心となる基準値として第２のＣＶ変換器６のオフセット容量を与える機能を有するものであって、キャップバンクＣ７１乃至Ｃ７ｎ、バリキャップＣ７、及びＭＯＳトランジスタＭＯＳ７１〜ＭＯＳ７ｎで構成される。キャップバンクＣ７１乃至Ｃ７ｎを粗調用に、バリキャップＣ７は微調用に用いるものであり、キャップバンクＣ７１乃至Ｃ７ｎにより所望の容量値を粗く設定でき、バリキャップＣ７によりその容量値を更に微細に設定できる。これらのキャップバンクＣ７１乃至Ｃ７ｎ及びバリキャップＣ７は、スイッチとしてＭＯＳトランジスタ７１乃至７ｎが接続されており、各スイッチは不揮発性メモリ１２に格納されたデータに基づき演算制御部１１によって開閉制御される。差分増幅器５は、第１のＣＶ変換器３と第２のＣＶ変換器６からの差分電圧を検出するためのものである。この第１のＣＶ変換器３のゲインは、差分電圧に基づいて調整される。
【００３９】
リミッタ９ａは、フィルタ回路８を介して、差分増幅器５からの差分電圧をクリップするためのものである。このリミッタ９ａは、電圧をクリップするために、測定範囲の上限値及び下限値を有するウインドウが設定されている。差動電圧がウインドウ内にあればそのまま出力するが、ウインドウの上限値以上または下限値以下の差動電圧が入力された場合は所定の値に電圧クリップされる。ウインドウの範囲は、第２のＣＶ変換器６のオフセット容量、すなわち、測定範囲の中心となる基準値に対し、予め所定の範囲となるように設定しておいても良いし、演算制御部１１を介して外部から任意に設定してもよい。
【００４０】
可変増幅器９ｂは、リミッタ９ａからのリミット信号を増幅するためのものであって後段のＡ／Ｄ変換器１０への入力レベルを調整するためのものである。この可変増幅器９ｂのゲインは、差分増幅器５により検出された第１のＣＶ変換器３と第２のＣＶ変換器６からの差分電圧に基づいて調整される。
【００４１】
演算制御部１１には、Ａ／Ｄ変換器１０を介して可変増幅器９ｂで調整された出力信号をリニア値に変換するためのものであって、静電容量の特性（ノンリニア）をリニアな特性に変換する回路が内蔵されている。また、この演算制御部１１には、プログラマブル補正回路１１ａとサンプリング時間／平均回数設定回路１１ｂが含まれている。プログラマブル補正回路１１ａは、静電容量センサの感度バラツキ、オフセットバラツキ、温度変動に伴う出力のバラツキなどを補正するためのものである。また、サンプリング時間／平均回数設定回路１１ｂは、外部ノイズ対策のために、Ａ／Ｄ変換器１０を介して可変増幅器９ｂで調整された出力信号に対して、サンプリング時間の可変を行うと共に、その信号の平均化を行うものである。
【００４２】
不揮発性メモリ１２は、演算制御部１１に接続され、予め設定されたオフセット距離のデータを記憶するためのものである。また、この不揮発性メモリ１２には、オフセット距離のデータの他に、第１のＣ／Ｖ変換器３の可変容量素子Ｃ３（感度調整値）及び差分増幅器５のゲイン値、リミッタ９ａによる測定範囲値（ウインドウの幅）、可変増幅器９ｂのゲイン値などが格納されている。また、静電容量の特性（ノンリニア）をリニアな特性に変換する回路における調整・補正データが格納されている。
【００４３】
オフセット調整回路７は、Ａ／Ｄ変換器１０を介して可変増幅器９ｂで調整された出力信号に基づいて第２のＣＶ変換器６のオフセット容量を調整することもでき、例えば、Ａ／Ｄ変換器１０からの出力信号がオフセット等により所望の値からずれている場合に演算制御部１１からの制御信号によりオフセット容量を補正するものである。
【００４４】
温度センサ１３は、環境温度変化を検出するためのものである。この温度センサ１３は、演算制御部１１に接続され、オフセット距離のデータの他に、第１のＣ／Ｖ変換器３の可変容量素子Ｃ３（感度調整値）、リミッタ９ａによる測定範囲値（ウインドウの幅）、可変増幅器９ｂのゲイン値などは、この温度センサ１３からの温度検出信号に基づいて調整されるように構成されている。
【００４５】
このような構成において、センサ部１ａで検知された静電容量Ｃｄは、第１のＣ／Ｖ変換器３で静電容量を電圧に変換される。この第１のＣ／Ｖ変換器３は、被測定面Ａとセンサ部１ａとの距離に応じた感度調整機能を有し、演算制御部１１からの制御信号により可変コンデンサＣ３の容量を可変することによって感度調整をするものである。予め設定された感度調整の基となる変換値は、差分増幅器５で予め設定された距離オフセットの調整値との差を取り、この差分値がフィルタ回路８を通って、リミッタ９ａで測定範囲分が取り出され、可変増幅器９ｂでダイナミックレンジが調整される。可変増幅器９ｂは、Ａ／Ｄ変換器１０のビット数に合わせるようにダイナミックレンジを調整し、この調整値は、Ａ／Ｄ変換器１０を介して演算制御部１１に入力される。
【００４６】
また、この演算制御部１１は、ノンリニア値を距離値に準ずるリニアな値に変換する。また、この演算制御部１１は、静電型容量センサ１やその後の信号処理を行う処理ＩＣ、外部部品などの個体ばらつき、温度センサ１３により検出された環境温度変化などを予め学習する機能を有している。つまり、演算制御部１１は、ばらつき（静電型容量センサの個体値、環境温度、外部部品の個体値）に対して、補正や調整を行う回路を有している。
【００４７】
また、演算制御部１１には、不揮発性メモリ１２が接続されていて、これらの補正や調整されたデータを、不揮発性メモリ１２に格納する機能を有している。これらの調整データは、外部機器からの書換えを可能とする。
【００４８】
これにより、工場出荷時の初期調整をデジタル化することを可能とし、工程数の削減に貢献できる。また、短時間の路面変化や外部誘電に対して不感帯を持つことが出来るため耐外部ノイズの向上に繋がる。
【００４９】
Ａ／Ｄ変換器１０のデジタル信号は、演算制御部１１を介して外部に出力することができる。また、演算制御部１１には、Ｄ／Ａ変換器１４が接続され、演算制御部１１からのデジタル信号をアナログ信号に変換して、アナログ信号を外部に出力することもできる。
【００５０】
＜実施例２；車高測定装置＞
本発明の実施例２である静電容量センサを備えた車高測定装置は、図１に示した静電容量型距離センサを車高測定に適用した実施例である。
【００５１】
本実施例２の車高測定装置は、車両、特に自動車の車高とＧＮＤ（接地面Ａ）との間の静電容量の変化量を検出する静電容量型センサを備えたものである。この車高測定装置は、図１に示した構成と同じ構成を有し、オフセット距離を車高長としたものである。
【００５２】
図３は、静電容量型センサとＧＮＤとの間の車高に応じて変化する静電容量を示した図である。センサ部（電極）１ａとＧＮＤＡとの間が変化すれば、その間で静電容量が生じる。この静電容量Ｃｄは次式で示される。
Ｃｄ＝εＳ／ｄ
【００５３】
ここで、Ｓは電極１ａの面積、ｄは物体までの距離、εは空気中の誘電率を示している。
【００５４】
つまり、静電容量Ｃｄは、距離ｄに応じて変化量（ダイナミックレンジ）が減少する。本実施例２は、車高に応じての静電容量のオフセットを、オフセット調整回路７により任意に設定可能とする。また、感度調整機能を有する第１のＣＶ変換器３と、測定範囲幅用のリミッタ９ａと、ゲイン調整機能を有する可変増幅器９ｂを有することにより、このオフセットを中心とした測定幅を、ダイナミックレンジの変化に応じて、任意に設定可能とする。
【００５５】
図３を参照に、感度調整及びゲイン調整の調整方法を具体的に説明する。
車高値（車高の中心値）が、例えば、１５０ｍｍの場合、演算制御部１１は、不揮発性メモリ１２からそれに応じたデータ値を読み出し、オフセット調整回路７へ制御信号が出力される。オフセット調整回路７は、その制御信号に基づいて第２のＣＶ変換器６のオフセット容量を設定する。
【００５６】
第１のＣＶ変換器３は、測定した静電容量Ｃｄの静電容量を電圧に変換し、差分増幅器５は、第１のＣＶ変換器３からの電圧と第２のＣＶ変換器６からの電圧との差分電圧を検出する。図３に示すように、静電容量Ｃｄは車高ｄに反比例する、すなわち、差分増幅器５からの差動電圧も車高ｄに反比例する。
【００５７】
次に、リミッタ９ａは、例えば、車高の中心値１５０ｍｍに対し±５０ｍｍの測定範囲となるように設定されたウインドウに基づき、フィルタ回路を介した差分増幅器５からの差分電圧をリミットする。リミット後の信号は、可変増幅器９ｂ、Ａ／Ｄ変換器１０を介して演算制御部１１に入力される。
【００５８】
演算制御部１１は、Ａ／Ｄ変換器１０からの信号に基づき、第１のＣＶ変換器３の可変容量素子Ｃ３を調節することにより感度調整を行うと共に、可変増幅器９ｂのゲインを調整することによりゲイン調整を行う。車高ｄに対する静電容量Ｃｄ（車高ｄに対する差分増幅器５からの差動電圧）のグラフの変化量が小さいときは可変容量素子Ｃ３の容量値を大きくし、変化量が大きいときは可変容量素子Ｃ３の容量値を小さくして、粗く調節した後に、可変増幅器９ｂによりＡ／Ｄ変換器１０のビット数に合わせるように細かく調整して、図３に示すように、所望の変化量になるように調節する。
【００５９】
これにより、車高に反比例する静電容量のダイナミックレンジを一定とすることが可能となり、正確な距離測定を可能とする。また、リミッタ９ａにより測定範囲外は不感帯となり、耐ノイズ性の向上にも繋がる。
【００６０】
自動車の車種によって、表１に示すような種々の異なる車高値を有する。
【００６１】
【表１】
【００６２】
表１に示すように、車種（小型乃至大型）により車高が異なるため、車種に応じて車高の中心値（静電容量のオフセット）を設定する必要がある。処理ＩＣは、この車高の中心値を設定可能とするキャップバンクやバリキャップを備えたオフセット調整回路７を備えている。つまり、様々な車種（小型〜大型）に適応するために、第２のＣ／Ｖ変換器６にはオフセット調整機能を有するオフセット調整回路７が接続されている。
【００６３】
これらのオフセット容量は、演算制御部１１により設定可能としている。この機能は、工場出荷時の初期調整をデジタル化可能とし、工程数の削減に貢献する。また、経年変化に因る車高の減少に対しても外部機器からの調整／書換えを可能とする。
【００６４】
第１のＣＶ変換器３によりＣＶ変換された値は、図３に示すようにノンリニアな状態である。外部ＥＣＵでのデータ加工を簡略化させるために、この処理ＩＣはリニア変換回路を有している。このリニア変換回路は、テーブルデータや演算回路から構成されている。また、ＥＣＵ（電子制御ユニット；ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）とのＩ／Ｆは、デジタルとアナログ双方に対応する。
【００６５】
本実施例２の車高測定装置は、Ｄ／Ａ変換器１４及びＥＣＵ Ｉ／Ｆ１５を備えており、これらのＤ／Ａ変換器１４及びＥＣＵ Ｉ／Ｆ１５は、演算制御部１１に接続されている。Ｄ／Ａ変換回路１４は、演算制御部１１からのデジタル信号をアナログ信号に変換するもので、アナログ値を外部機器に出力するものである。また、外部ＥＣＵ Ｉ／Ｆ１５は、デジタルデータとして外部機器Ｉ／Ｆを通して出力するもので、後述する自動車のヘッドライトのオートレベリング機能を実現するためのＥＣＵに接続されている。
【００６６】
図４は、本発明の実施例２に係る車高測定装置を自動車に搭載した構成図で、自動車用のオートレベリング機能を有するヘッドライトの直下に静電容量センサを配置したものである。図中符号４０は車高測定装置、４１は静電容量型センサ、４２は処理ＩＣ、４３はＥＣＵ、４４はヘッドライト、４５は車輪、４６は自動車本体を示している。なお、処理ＩＣ４２は、図１に示した静電容量センサ１以外の処理部をＩＣ化したもので、ＥＣＵ Ｉ／Ｆ１５又はＤ／Ａ変換器１４を介して、ＥＣＵ４３に制御信号を供給するように構成されている。
【００６７】
オートレベリング機能は、乗員や荷物によって車両姿勢が変わっても、ヘッドライトの光軸を自動的に一定の高さに保つ機構である。車両の前後方向の傾斜（ピッチ角）に基づいて、光軸傾動調整用のアクチュエータを駆動制御することで、ヘッドランプの光軸をピッチ角相当相殺する方向に自動的に傾動調整する。この種のヘッドランプでは、例えば、光源を挿着したリフレクターがランプボディに対し水平傾動軸周りに傾動可能に支持されるとともに、アクチュエータによってリフレクター（ヘッドランプ）の光軸が水平傾動軸周りに傾動できる構造となっている。そして、ピッチ角検出手段や車速センサやこれらからの検出信号に基づいてアクチュエータの駆動を制御する制御部等を車両に設けて構成され、ヘッドランプ（リフレクター）の光軸が路面に対し常に一定の状態となるように調整するようになっている。
【００６８】
しかしながら、従来のオートレベリング装置では、乗員や荷物によって車両姿勢が変わって光軸が望ましいレベリング位置より上向きに固定された場合は、運転者にとっては視認性がよいが、対向車にとってはまぶしいため危険である。逆に、光軸が下向きに固定された場合は、対向車に迷惑をかけないが、視認距離が短く、障害物の発見が遅れて危険であるという問題があった。
【００６９】
このような問題を解決するためには、表１に示したように車種によって種々の車高値を有するため、そのような車種に応じた車高値の設定と、車両姿勢の変化に応じたオフセットの正確な設定が必要とされていた。そこで、本実施例２の車高測定装置をヘッドランプの直下に配置することにより、ハーネスの引き回しが減るため小型車での適応も可能となる。また、メカニカルな機構が無くなるため、設置容量の減少が可能となり、接地面と静電容量センサとの間の絶対値測定を可能とする。
【００７０】
以上は、本発明の静電容量型距離センサの適用として車高測定装置について説明したが、これ以外にも他の距離センサとして利用可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施例１に係る静電容量型距離センサを説明するためのブロック図である。
【図２】本発明の静電容量型距離センサに用いられるオフセット調整回路の構成図である。
【図３】静電容量型センサとＧＮＤとの間の車高に応じて変化する静電容量を示した図である。
【図４】本発明の実施例２に係る車高測定装置を自動車に搭載した構成図で、自動車用のオートレベリング機能を有するヘッドライトの直下に静電容量センサを配置した構成図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ 静電容量センサ
１ａ センサ部（電極）
１ｂ シールド部
２ シールドドライブ回路
３ 第１のＣＶ変換器
４ａ，４ｂ オフセットキャンセル部
５ 差分増幅器
６ 第２のＣＶ変換器
７ オフセット調整回路
８ フィルタ回路
９ａ リミッタ
９ｂ 可変増幅器
１０ Ａ／Ｄ変換器
１１ 演算制御部
１１ａ プログラマブル補正回路
１１ｂ サンプリング時間／平均回数設定回路
１２ 不揮発性メモリ
１３ 温度センサ
１４ Ｄ／Ａ変換器
１５ ＥＣＵ Ｉ／Ｆ
３１、６１ 演算増幅器
４０ 車高測定装置
４１ 静電容量型センサ
４２ 処理ＩＣ
４３ ＥＣＵ
４４ ヘッドライト
４５ 車輪
４６ 自動車本体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定面との間の静電容量の変化量を検出する静電容量センサを備えた静電容量型距離センサにおいて、
前記静電容量センサにより検出された静電容量の変化を検出電圧に変換する第１のＣＶ変換器と、前記被測定面からのオフセット距離に応じたオフセット容量を検出電圧に変換する第２のＣＶ変換器と、前記第１のＣＶ変換器と前記第２のＣＶ変換器からの差分電圧を検出する差分増幅器とを備えたことを特徴とする静電容量型距離センサ。
【請求項２】
前記第１のＣＶ変換器のゲインは、前記差分電圧に基づいて調整されることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型距離センサ。
【請求項３】
前記差分増幅器からの差分電圧の所定範囲以外の電圧をクリップするリミッタと、該リミッタからのリミット信号を所望のゲインに基づいて増幅する可変増幅器とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の静電容量型距離センサ。
【請求項４】
前記可変増幅器のゲインは、前記差分電圧に基づいて調整されることを特徴とする請求項３に記載の静電容量型距離センサ。
【請求項５】
予め決められた前記被測定面からのオフセット距離に応じた前記オフセット容量を設定するオフセット調整回路を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の静電容量型距離センサ。
【請求項６】
前記オフセット調整回路は、前記差分電圧に基づいて、前記設定したオフセット容量を更に調整することを特徴とする請求項５に記載の静電容量型距離センサ。
【請求項７】
前記可変増幅器で増幅された出力信号の値をリニア値に変換する演算制御部と、該演算制御部に接続され、予め決められた前記オフセット距離のデータを記憶するメモリとを備え、前記オフセット容量は、該メモリに記憶された前記オフセット距離のデータに基づいて設定されることを特徴とする請求項３又は４に記載の静電容量型距離センサ。
【請求項８】
環境温度変化を検出する温度センサを備え、該温度センサが前記演算制御部に接続され、前記オフセット調整回路のオフセット容量及び前記第１のＣＶ変換器のゲイン並びに前記可変増幅器のゲインは、前記温度センサからの温度検出信号に基づいて調整されることを特徴とする請求項７に記載の静電容量型距離センサ。
【請求項９】
車両の車高との間の静電容量の変化量を検出する静電容量センサを備えた車高測定装置において、
前記静電容量センサにより検出された静電容量の変化を検出電圧に変換する第１のＣＶ変換器と、前記車高長であるオフセット距離に応じたオフセット容量を検出電圧に変換する第２のＣＶ変換器と、前記第１のＣＶ変換器と前記第２のＣＶ変換器からの差分電圧を検出する差分増幅器とを備えたことを特徴とする車高測定装置。
【請求項１０】
前記第１のＣＶ変換器のゲインは、前記差分電圧に基づいて調整されることを特徴とする請求項９に記載の車高測定装置。
【請求項１１】
前記差分増幅器からの差分電圧の所定範囲以外の電圧をクリップするリミッタと、該リミッタからのリミット信号を所望のゲインに基づいて増幅する可変増幅器とを備えたことを特徴とする請求項９又は１０に記載の車高測定装置。
【請求項１２】
前記可変増幅器のゲインは、前記差分電圧に基づいて調整されることを特徴とする請求項１１に記載の車高測定装置。
【請求項１３】
予め決められた前記被測定面からのオフセット距離に応じた前記オフセット容量を設定するオフセット調整回路を備えたことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の車高測定装置。
【請求項１４】
前記オフセット調整回路は、前記差分電圧に基づいて、前記設定したオフセット容量を更に調整することを特徴とする請求項１３に記載の車高測定装置。
【請求項１５】
前記可変増幅器で増幅された出力信号の値をリニア値に変換する演算制御部と、該演算制御部に接続され、予め決められた前記オフセット距離のデータを記憶するメモリとを備え、前記オフセット容量は、該メモリに記憶されたデータに基づいて設定されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の車高測定装置。
【請求項１６】
環境温度変化を検出する温度センサを備え、該温度センサが前記演算制御部に接続され、前記オフセット容量及び前記第１のＣＶ変換器のゲイン並びに前記可変増幅器のゲインは、前記温度センサからの温度検出信号に基づいて調整されることを特徴とする請求項１５に記載の車高測定装置。
【請求項１７】
前記車両用のオートレベリング機能を有するヘッドライトの直下に前記静電容量センサを配置したことを特徴とする請求項９乃至１６のいずれかに記載の車高測定装置。
【請求項１８】
前記演算制御部は、前記オートレベリング機能の制御用の電子制御ユニットに接続されていることを特徴とする請求項１７に記載の車高測定装置。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載の車高測定装置を備えたことを特徴とする自動車用のヘッドライトのオートレベリング装置。
【請求項１】
被測定面との間の静電容量の変化量を検出する静電容量センサを備えた静電容量型距離センサにおいて、
前記静電容量センサにより検出された静電容量の変化を検出電圧に変換する第１のＣＶ変換器と、前記被測定面からのオフセット距離に応じたオフセット容量を検出電圧に変換する第２のＣＶ変換器と、前記第１のＣＶ変換器と前記第２のＣＶ変換器からの差分電圧を検出する差分増幅器とを備えたことを特徴とする静電容量型距離センサ。
【請求項２】
前記第１のＣＶ変換器のゲインは、前記差分電圧に基づいて調整されることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型距離センサ。
【請求項３】
前記差分増幅器からの差分電圧の所定範囲以外の電圧をクリップするリミッタと、該リミッタからのリミット信号を所望のゲインに基づいて増幅する可変増幅器とを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の静電容量型距離センサ。
【請求項４】
前記可変増幅器のゲインは、前記差分電圧に基づいて調整されることを特徴とする請求項３に記載の静電容量型距離センサ。
【請求項５】
予め決められた前記被測定面からのオフセット距離に応じた前記オフセット容量を設定するオフセット調整回路を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の静電容量型距離センサ。
【請求項６】
前記オフセット調整回路は、前記差分電圧に基づいて、前記設定したオフセット容量を更に調整することを特徴とする請求項５に記載の静電容量型距離センサ。
【請求項７】
前記可変増幅器で増幅された出力信号の値をリニア値に変換する演算制御部と、該演算制御部に接続され、予め決められた前記オフセット距離のデータを記憶するメモリとを備え、前記オフセット容量は、該メモリに記憶された前記オフセット距離のデータに基づいて設定されることを特徴とする請求項３又は４に記載の静電容量型距離センサ。
【請求項８】
環境温度変化を検出する温度センサを備え、該温度センサが前記演算制御部に接続され、前記オフセット調整回路のオフセット容量及び前記第１のＣＶ変換器のゲイン並びに前記可変増幅器のゲインは、前記温度センサからの温度検出信号に基づいて調整されることを特徴とする請求項７に記載の静電容量型距離センサ。
【請求項９】
車両の車高との間の静電容量の変化量を検出する静電容量センサを備えた車高測定装置において、
前記静電容量センサにより検出された静電容量の変化を検出電圧に変換する第１のＣＶ変換器と、前記車高長であるオフセット距離に応じたオフセット容量を検出電圧に変換する第２のＣＶ変換器と、前記第１のＣＶ変換器と前記第２のＣＶ変換器からの差分電圧を検出する差分増幅器とを備えたことを特徴とする車高測定装置。
【請求項１０】
前記第１のＣＶ変換器のゲインは、前記差分電圧に基づいて調整されることを特徴とする請求項９に記載の車高測定装置。
【請求項１１】
前記差分増幅器からの差分電圧の所定範囲以外の電圧をクリップするリミッタと、該リミッタからのリミット信号を所望のゲインに基づいて増幅する可変増幅器とを備えたことを特徴とする請求項９又は１０に記載の車高測定装置。
【請求項１２】
前記可変増幅器のゲインは、前記差分電圧に基づいて調整されることを特徴とする請求項１１に記載の車高測定装置。
【請求項１３】
予め決められた前記被測定面からのオフセット距離に応じた前記オフセット容量を設定するオフセット調整回路を備えたことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれかに記載の車高測定装置。
【請求項１４】
前記オフセット調整回路は、前記差分電圧に基づいて、前記設定したオフセット容量を更に調整することを特徴とする請求項１３に記載の車高測定装置。
【請求項１５】
前記可変増幅器で増幅された出力信号の値をリニア値に変換する演算制御部と、該演算制御部に接続され、予め決められた前記オフセット距離のデータを記憶するメモリとを備え、前記オフセット容量は、該メモリに記憶されたデータに基づいて設定されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の車高測定装置。
【請求項１６】
環境温度変化を検出する温度センサを備え、該温度センサが前記演算制御部に接続され、前記オフセット容量及び前記第１のＣＶ変換器のゲイン並びに前記可変増幅器のゲインは、前記温度センサからの温度検出信号に基づいて調整されることを特徴とする請求項１５に記載の車高測定装置。
【請求項１７】
前記車両用のオートレベリング機能を有するヘッドライトの直下に前記静電容量センサを配置したことを特徴とする請求項９乃至１６のいずれかに記載の車高測定装置。
【請求項１８】
前記演算制御部は、前記オートレベリング機能の制御用の電子制御ユニットに接続されていることを特徴とする請求項１７に記載の車高測定装置。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載の車高測定装置を備えたことを特徴とする自動車用のヘッドライトのオートレベリング装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１２２１１６（Ｐ２０１０−１２２１１６Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９７１０６（Ｐ２００８−２９７１０６）
【出願日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【出願人】（３０３０４６２７７）旭化成エレクトロニクス株式会社 (840)
【Ｆターム（参考）】
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