(57)【要約】【課題】本発明は、ウィンド・ペインが閉じた位置に指向されている場合に障害物をウィンド・ペインとウィンド・フレームとの間に挟ませないように構成された近接センサを提供する。【解決手段】本発明の車両電動装備品用コントローラは、細長いセンサ電極（１０２）と、センサ電極（１０２）をかなり越えて拡張している容量性シールド（１０４）とを含む。誘電体（１０６）は、容量性シールド（１０４）からセンサ電極（１０２）を分離するために容量性シールド（１０４）とセンサ電極（１０２）との間に配置されたる。センサ・プロセッサ（１１４）は、センサ電極（１０２）から受け取った感知データを処理するためにセンサ電極（１０２）と電気的に連通する。パワー・アクチュエータ（２０２）は、処理した感知データに従って電動装備品の動きをもたらすためにセンサ・プロセッサ（１１４）と電気的に連通する。センサ電極（１０２）は、障害物を検出しかつ警報または表示装置を起動する目的で様々な車両位置に適用することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長いセンサ電極と、
前記センサ電極をかなり越えて拡張している電導性金属シートと、
前記金属シートと前記センサ電極との間に配置された絶縁体と、
基板層と、及び
前記基板層と前記電導性金属シートとの間に挿入されかつ前記基板及び前記金属シートに結合された絶縁体層と
を備えていることを特徴とする容量性近接センサ。
【請求項２】
前記細長いセンサ電極は、横断面を有し、該断面は、円形及び矩形断面の一つを備えていることを特徴とする請求項１に記載の近接センサ。
【請求項３】
前記金属シートは、実質的にプレーナ電導性金属シートを備え、かつ前記センサ電極に対して部分容量性シールディングを供給することを特徴とする請求項２に記載の近接センサ。
【請求項４】
前記絶縁体層は、前記絶縁体と統合的に形成されることを特徴とする請求項３に記載の近接センサ。
【請求項５】
細長いセンサ電極と、
前記センサ電極をかなり越えて拡張している容量性シールドと、
前記容量性シールドと前記センサ電極との間に配置されかつ該容量性シールドから該センサ電極に結合された絶縁体と、
前記センサ電極から受け取ったセンサ・データを処理するために前記センサ電極と電気的に連通するセンサ・プロセッサと、及び
前記処理されたセンサ・データに従って前記装備品の動きをもたらすために前記センサ・プロセッサと電気的に連通する電動装備品アクチュエータと
を備えていることを特徴とする電動装備品コントローラ。
【請求項６】
前記細長いセンサ電極は、横断面を有しているワイヤを備え、該断面は、円形及び矩形断面の一つを備えていることを特徴とする請求項５に記載の電動装備品コントローラ。
【請求項７】
前記センサ・プロセッサは、環境条件から生起される容量性の変化を補償するように構成されることを特徴とする請求項６に記載の電動装備品コントローラ。
【請求項８】
前記センサ・プロセッサは、感知データの変化率が前記容量性の補償の変化率を超えたときに障害物を検出するように構成されることを特徴とする請求項６に記載の電動装備品コントローラ。
【請求項９】
前記センサ・プロセッサは、前記センサ電極にサイクル・カウント・パルスのトレインを供給し、かつ各パルス・トレインの端で前記センサ電極におけるサイクル・カウントを測定することによって、感知データを受け取るように構成されることを特徴とする請求項６に記載の電動装備品コントローラ。
【請求項１０】
前記センサ・プロセッサは、測定したサイクル・カウントに対する平均零入力値を決定することによって環境条件を補償するように構成されることを特徴とする請求項８に記載の電動装備品コントローラ。
【請求項１１】
前記容量性シールドは、前記センサ電極に対して部分容量性シールディングを提供する電導性金属シートと、前記自動車への装着のために構成された基板と、及び前記基板と前記電導性金属シートとの間に挿入されかつ前記基板及び前記金属シートに結合された絶縁体層とを備えていることを特徴とする請求項９に記載の電動装備品コントローラ。
【請求項１２】
前記センサ・プロセッサは、前記センサ電極及び前記金属シートに電圧パルスのトレインを供給し、かつ各パルス・トレインの端で前記センサ電極におけるサイクル・カウントを測定することによって前記感知データを受け取るように構成され、かつ測定したサイクル・カウントに対する平均零入力値を決定することによって環境状態を補償するようにも構成されることを特徴とする請求項１０に記載の電動装備品コントローラ。
【請求項１３】
前記センサ・プロセッサは、前記絶縁体層内に配置されたアプリケーション特定集積回路を備えていることを特徴とする請求項１１に記載の電動装備品コントローラ。
【請求項１４】
前記センサ・プロセッサは、障害物を検出した後、前記アクチュエータに前記動きを効果的に終了させることを特徴とする請求項１３に記載の電動装備品コントローラ。
【請求項１５】
前記センサ・プロセッサは、前記アクチュエータに前記動きを終了させた後、前記アクチュエータに反対方向に該アクチュエータの動きをもたらすべく該アクチュエータを効果的にもたらすことを特徴とする請求項１３に記載の電動装備品コントローラ。
【請求項１６】
前記細長いセンサ電極は、横断面を有しているワイヤを備え、該断面は、円形及び矩形断面の一つを備えていることを特徴とする請求項５に記載の電動装備品コントローラ。
【請求項１７】
前記金属シートは、実質的にプレーナ電導性金属シートを備え、かつ前記センサ電極に対して部分容量性シールディングを供給することを特徴とする請求項１６に記載の電動装備品コントローラ。
【請求項１８】
前記絶縁体層は、前記絶縁体と統合的に形成されることを特徴とする請求項１７に記載の電動装備品コントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触近接センサに関する。特に、本発明は、自動車の電動装備品（パワー・アクセサリ）の動きを制御することに用いられる容量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
近接センサは、電動装備の制御を自動化するために自動車産業で広く用いられている。例えば、近接センサは、ウィンド・ペインが閉じた位置へ指向されているときにウィンド・フレーム（窓枠）における障害物の存在を検出するためにパワー・ウィンド・コントローラでよく用いられる。
【０００３】
パワー・ウィンド・コントローラとして一般的に用いられる一つの近接センサは、ウィンド・アクチュエータとアクチュエータ電源との間に結合された電圧センサを備えている。ウィンドを閉じているときに障害物がウィンド・フレームで発生した場合、障害物は、ウィンド・アクチュエータに課された電気負荷を増大し、それによりウィンド・アクチュエータにおける負荷電圧を降下させる。電圧センサは、負荷電圧における降下を感知しかつそのような電圧降下が検出されたときにウィンド・ペインの移動を停止するかまたはその方向を逆にすべくウィンド・アクチュエータに命令するように構成されている。
【０００４】
電動窓（パワー・ウィンド）・コントローラとして一般的に用いられる別の近接センサは、ウィンド・アクチュエータに結合された速度センサを備えている。ウィンドが閉じているときに障害物がウィンド・フレームで発生した場合、障害物は、ウィンド・アクチュエータに課せられた機械的負荷を増大し、それによってアクチュエータの速度を降下させる。速度センサは、アクチュエータ速度における変化を感知し、かつアクチュエータにおけるそのような変化が検出された場合にウィンド・ペインの動きを停止するかまたは動きの方向を逆にするようにウィンド・アクチュエータに命令するように構成される。
【０００５】
採用される別の近接センサは、ウィンド・フレームの上縁の周りに配置された感圧ストリップを備えている。ウィンド・ペインとウィンド・フレームとの間で障害物が検出された場合、感圧ストリップは、ウィンド・ペインの更なる動きを停止するためにウィンド・アクチュエータに信号で知らせる。
【０００６】
電圧センサ、速度センサ及び圧力センサは、パワー・ウィンド・コントローラで一般的に用いられるが、それらは、手のような、障害物がウィンド・ペインとウィンド・フレームとの間に挟まれることを防ぐために十分な速さで反応することができない。その結果、通常の近接センサ機構を改善する試みがなされている。
【０００７】
例えば、Ｐｅｔｅｒによる発明（米国特許第５，８０１，３４０号公報）は、ウィンド・フレームの最上部にあるウェザー・シールに取り付けられた容量センサを用いる解決策を教示する。容量センサは、ウィンド・シート・メタルの上に配置された第１の絶縁層と、第１の絶縁層の上に配置された電導性保護層と、保護層の上に配置された第２の絶縁層と、及び第２の絶縁層の上に配置されたタッチ・プレートとを備えている。保護層は、タッチ・プレートに課された電圧に振幅及び位相が同じである交流電圧信号によって駆動される。この構成により、タッチ・プレートとウィンド・シール・メタルとの間の静電容量（キャパシタンス）は、打ち消され合い、それによって、ウィンド・フレームの障害物から生起される容量変化に対するセンサの感度を増大する。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許第５，８０１，３４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
Ｐｅｔｅｒによる発明は、ウィンド・アクチュエータにウィンド・フレームにおける障害物に対してより迅速に応答させるが、Ｐｅｔｅｒによる発明は、タッチ・プレート・キャパシタンスの最適な打ち消し合いのために保護層がタッチ・プレートと同じサイズであることを必要とする。事実、Ｐｅｔｅｒによる発明は、保護プレートがタッチ・プレートを超えて拡張するならば、障害物に対するセンサの感度が低減されるであろうということを指摘している。その結果、Ｐｅｔｅｒによる発明は、保護層がタッチ・プレートを超えて１０/１０００インチだけ拡張するということを開示する。開示された製造許容誤差は、容量センサの製造コストをかなり増大しうる。その結果、ウィンド・ペインが閉じた位置に指向されている場合に障害物をウィンド・ペインとウィンド・フレームとの間に挟ませない近接センサに対する必要性がそのまま存在している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
従来技術の欠点は、非接触ピンチ・センサ及び非接触障害物センサとして用いることができる容量センサを提供することによって克服されうる。
【００１１】
本発明の一形態によれば、細長いセンサ電極と、センサ電極をかなり越えて拡張している電導性金属シートと、金属シートとセンサ電極との間に配置された絶縁体と、基板層と、及び基板層と電導性金属シートとの間に挿入されかつ基板及び金属シートに結合された絶縁体層とを含む容量近接センサを提供する。
【００１２】
本発明の別の形態によれば、細長いセンサ電極と、センサ電極をかなり越えて拡張している容量シールドと、容量シールドとセンサ電極との間に配置されかつ容量シールドからセンサ電極に結合された絶縁体と、センサ電極から受け取ったセンサ・データを処理するためにセンサ電極と電気的に連通するセンサ・プロセッサと、及び処理されたセンサ・データに従って装備品の動きをもたらすためにセンサ・プロセッサと電気的に連通する電動装備品アクチュエータとを含む車両電動装備品コントローラを提供する。
【実施例】
【００１３】
添付した図面を参照して、一例として、本発明を説明する。
ここで、図１及び２を参照すると、参照番号１００で示された、センサ電極１０２、容量シールド１０４及び絶縁体１０６を備えている容量近接センサが示されている。センサ電極１０２は、センサ電極１０２の近傍における電界の強度を検出するために用いられ、かつ真直ぐ細長い電導性ワイヤを備えている。好適には、センサ電極１０２は、実質的に円形またはフラット横断面を有する。センサ電極１０２の提案した形状は、センサ電極１０２の表面領域を増大し、それによって、近接センサ１００の感度を強化する。しかしながら、近接センサ１００の適用に従ってその他の導体形状及び配向を利用しうる。
【００１４】
容量シールド１０４は、センサ電極１０２に対して部分容量シールディングを提供するように構成される。容量シールド１０４は、電導性金属シール１０８、接着層１１０、及び接着層１１０と金属シート１０８との間に挿入された絶縁層１１２を備えている。好適には、金属シート１０８は、実質的に平面（プレーナ）な金属シートを備えかつセンサ電極１０２の縦軸に実質的に並行に配置される。更に、図示するように、センサ電極１０２の適切なシールディングのために、金属シート１０８によって占有される領域は、センサ電極１０２の領域よりも実質的に大きい。
【００１５】
絶縁体１０６は、容量シールド１０４とセンサ電極１０２との間に配置されかつ容量シールド１０４からセンサ電極１０２を電気的に分離する。好適には、絶縁体１０６は、センサ電極１０２を閉じ込め、それによって、外部衝撃からセンサ電極１０２を保護する。更に、好適には、容量シールド１０４の絶縁層１１２は、絶縁体１０６及び絶縁層１１２が、センサ電極１０２及び金属シート１０８を閉じ込める単一絶縁体本体を一緒に形成するように、絶縁体１０６と統合的に形成される。
【００１６】
センサ電極１０２、容量シールド１０４及び絶縁体１０６に加えて、好適には、また、近接センサ１００は、容量シールド１０４の絶縁層１１２内に配置されたセンサ・プロセッサ１１４を含む。しかしながら、また、センサ・プロセッサ１１４は、望ましいならば、近接センサ１００に対して外部に配置されうる。好適には、センサ・プロセッサ１１４は、専用集積回路（ＡＳＩＣ）を備え、かつセンサ電極１０２から受け取った感知データを処理するためにセンサ電極１０２と電気的に連通する。
【００１７】
センサ・プロセス（プロセッサ）１１４は、近接センサ１００に接続された入出力（Ｉ/Ｏ）ポート、電圧パルス・トレイン発生器、電圧パルスを近接センサ１００に適用するためにパルス・トレイン発生器と入出力ポートとの間に接続された第１の電子スイッチ、内部記憶キャパシタ、近接センサ１００から記憶キャパシタに電子電荷を移動するために記憶キャパシタと入出力ポートとの間に接続された第２の電子スイッチ、及び電荷移動からもたらされる寄生電圧をブリード・オフするために記憶キャパシタと接地との間に接続された第３の電子スイッチを含む。
【００１８】
センサ電極１０２から感知データを取得するために、センサ・プロセッサ１１４は、（第１の電子スイッチを閉じることによって）パルス・トレイン発生器からセンサ電極１０２に電圧パルス・トレインを適用し、かつ各パルス・トレインの終りで（第２の電子スイッチを閉じることによって）結果として得られた電荷を近接センサ１００から記憶キャパシタに移動するように構成される。また、センサ・プロセッサ１１４は、各電荷移動の終りで、（第３の電子スイッチを一時的に閉じることによって）電荷移動からもたらされる寄生電圧効果をブリード・オフするように構成される。
【００１９】
センサ・プロセッサ１１４は、環境状態（例えば、湿度、温度、センサ電極１０２条の埃）から生起される容量変化を補償すると同時に、近接センサ１００の近傍でオブジェクトを検出することができる。そのようにするために、センサ・プロセッサ１１４は、所定の数の電荷移動サイクル後に記憶キャパシタのサイクル・カウントを測定し、かつ測定したサイクル・カウント値から平均零入力サイクル・カウント値を計算するように構成される。また、センサ・プロセッサ１１４は、平均零入力サイクル・カウント値における変化率に対する測定したサイクル・カウントの変化率を比較するように構成される。測定したサイクル・カウントが平均零入力サイクル・カウント値における変化率を超えるならば、センサ・プロセッサ１１４は、環境状態における変化よりも、サイクル・カウントにおける変化が近接センサ１００の近傍におけるオブジェクトの存在からもたらされたと仮定する。
【００２０】
図３は、電動装備品コントローラの構成部分としてインプリメントされた近接センサ１００を示す。近接センサ１００は、（ウィンド・フレームにおけるウィンド・ペイン（窓ガラス）の動きまたはスライディング・ドアの動きを制御する）自動車のパワー・アクチュエータ２０２に接続されているセンサ・プロセッサ１１４を伴って、（例えば、ウィンド・フレームまたはパワー・スライディング・ドアのゴム・シーリング・ストリップ内に配置された）自動車金属本体部分に取り付けられる。更に、図は、自動車に関連付けられた真性キャパシタンスＣｉ、及び人間の手のような、障害物に関連付けられたキャパシタンスＣｏを示す。
【００２１】
図４は、近接センサ１００の変形である近接センサ２００の略図である。近接センサ２００は、近接センサ１００に実質的に類似し、かつ電動装備品コントローラの構成部分としてインプリメントされる。しかしながら、図３と対象に、近接センサ２００のセンサ・プロセッサ１１４は、センサ電極１０２及び金属シート１０８と電気的に連通しかつセンサ電極１０２及び金属シート１０８に電気パルスを伝送し、かつセンサ電極１０２から受け取った結果として得られた感知データを処理するように構成される。この変形は、（センサ・プロセッサ１１４から伝送された電気パルスにより）金属シート１０８によって生成された電界が、自動車本体部分のスチール本体がセンサ電極１０２によって検出された電界の形状に有しうる衝撃を、低減するので有利である。
【００２２】
ここで、図５を参照して近接センサ１００、２００の動作を説明する。ステップ３００では、センサ・プロセッサ１１４は、ループ・カウンタをリセットし、内部記憶キャパシタに記憶された全ての変更を取り除く。次いでセンサ・プロセッサ１１４は、ステップ３０２で、電気パルスのトレインをセンサ電極１０２（またはセンサ電極１０２と金属シート１０８の両方）に伝送し、電荷をセンサ電極１０２に移動させる。センサ電極１０２上の電荷が記憶キャパシタに記憶された後、ステップ３０６ではセンサ・プロセッサ１１４は、電荷移動段階（即ち、ステップ３０４）からもたらされる寄生電圧効果をブリード・オフする。
【００２３】
ステップ３０８では、センサ・プロセッサ１１４は、ループ・カウンタを増分し、それからループ・カウンタが所定の最大ループ値に達したかどうかを決定する。最大ループ値に達していないならば、センサ・プロセッサ１１４は、再びステップ３０２から３０６を繰り返す。しかしながら、最大ループ値に達したならば、センサ・プロセッサ１１４は、ステップ３１０で、記憶キャパシタに記憶された電荷のサイクル・カウントを測定する。
各電気パルスのパルス幅と（ステップ３０２で）センサ電極１０２に移動された電気パルスの数、及び最大ループ値は、最大ループ値に達した場合にセンサ電極１０２の容量値を記憶キャパシタのサイクル・カウンタから決定することができるようにセンサ電極１０２の長さ及び種類に従って全て選択される。
【００２４】
ステップ３１２では、センサ・プロセッサ１１４は、基準零入力センサ・サイクル・カウントを決定するために（ステップ３１０で測定した）全てのセンサ・サイクル・カウント値を統合する。基準サイクル・カウントがダイナミックに決定されるので、基準サイクル・カウントは、例えば、センサ電極１０２上の埃による、容量ドリフトに従って変化する。ステップ３１４では、センサ・プロセッサ１１４は、センサ・サイクル・カウントの瞬間変化率を基準サイクル・カウントの平均変化率と比較する。（例えば、ウィンド・フレームにおける人間の手の存在により）センサ・サイクル・カウントの瞬間変化率が基準サイクル・カウントの平均変化率を超えたならば、センサ・プロセッサ１１４は、ステップ３１６で、パワー・アクチュエータ２０２に出力制御信号を伝送し、それによって障害物をパワー・アクチュエータ２０２に知らせる。それ以外は、センサ・プロセッサ１１４は、ステップ３００からステップ３１２を繰り返す。
【００２５】
センサ・プロセッサ１１４が障害物を検出したならば、センサ・プロセッサ１１４は、パワー・アクチュエータ２０２に装備品（アクセサリ）の動きを終了させることを効果的にもたらす。代替的に、センサ・プロセッサ１１４は、パワー・アクチュエータ２０２に装備品の動きを終了しかつ逆にさせることをもたらすことができる。
【００２６】
明らかなように、測定したサイクル・カウントの大きさは、センサ電極１０２によって占有される領域、センサ電極１０２と自動車本体部分との間の間隙（ギャップ）の大きさ、及び障害物キャパシタンスＣｏの有無に従って変化する。しかしながら、容量シールド１０４の金属シート１０８がセンサ電極１０２から電気的に分離され、かつ金属シート１０８がセンサ電極１０２よりも領域に関して実質的に大きいので、測定したサイクル・カウントは、自動車に関連付けられた真性キャパシタンスＣｉによってそれと分かるほどにはもたらされない。
【００２７】
パワー・アクチュエータ２０２が閉じた位置に自動車ウィンド・フレームのウィンド・ペイン（またはスライディング・ドア）を指向しているならば、制御信号の受信によりパワー・アクチュエータ２０２は、ウィンド・ペイン（またはスライディング・ドア）の動きを直ぐに停止する。しかしながら、センサ・プロセッサ１１４によって測定されたサイクル・カウントが自動車に関連付けられた真性キャパシタンスＣｉにそれと分かるほどに依存しないので、障害物キャパシタンスＣｏによるサイクル・カウント差の存在は、測定したサイクル・カウントが、真性キャパシタンスＣｉによってもたらされた場合よりも容易に識別されうる。その結果、パワー・アクチュエータ２０２への必要な出力制御信号は、容量シールド１０４を欠く近接センサ構成によるよりも迅速かつ信頼性をもって生成される。
【００２８】
本発明は、上述した説明が本発明の好適な実施形態の説明であることによる、ここに添付した特許請求の範囲によって規定される。当業者は、ここに明示的に提案されていないが、添付した特許請求の範囲によって規定された、本発明の適用範囲から逸脱しない、説明した実施形態に対するある一定の追加、削除、及び/又は変更を認識しうる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】センサ電極、容量シールド、絶縁体及びセンサ・プロセッサを示している、本発明による、容量近接センサの平面図である。
【図２】図１に示した近接センサの縦断面図である。
【図３】図１に示した近接センサ、及びセンサ・プロセッサに結合された電動装備品アクチュエータを示している、本発明による、電動装備品コントローラの略図である。
【図４】図３に示した電動装備品コントローラの一つの変形の略図である。
【図５】近接センサを用いる近接検出処理を示しているフローチャートである。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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2005501375.tif 000023
2005501375.tif 000024
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005501375.tif 000025
2005501375.tif 000026
【国際調査報告】
2005501375.tif 000027
2005501375.tif 000028
2005501375.tif 000029