(57)【要約】定義された平面内で小さい物体の存在を光学的に検出して、そして干渉している信号をふるい落とすために、セグメント化された光学式検出器と、そして検出器特定信号処理とを利用する障害物検出装置。１つの用途では、この障害物検出装置は自動的に閉まるウインドウにおいて利用され、ウインドウが閉じられるとき、指のような小さい物体が、ウインドウによって締めつけられるのを阻止する。この障害物検出装置の１つの実施例では、セグメント化された光学式検出器は、定義された平面に全体として垂直な一連のセグメント化された検出器素子を含んでいる。もう１つの障害物検出装置の実施例では、セグメント化された光学式検出器は、定義された平面に全体として平行なセグメント化された検出器素子を含んでいる。
2004500540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー・ウインドウ装置において、
１つの窓枠を含み、
前記窓枠の中に可動的に設けられているウインドウ本体を含み、
前記ウインドウ本体と前記窓枠とは、全体としてウインドウ平面を定義しており、
前記ウインドウ本体を前記窓枠の中で動かすために接続されているウインドウモーターを含み、
前記ウインドウ平面内に光エネルギーを発散するために、前記窓枠と前記ウインドウ本体に対して向けられた光エミッタを含み、
前記光エミッタに関して方向づけられているセグメント化された検出器素子を持っている光学式検出器を含み、
前記光学式検出器は、前記光エミッタからの前記光エネルギーの反射された部分を検出し、
前記光学式検出器は、前記セグメント化された検出器素子と結び付けられた複数のアウトプットを持っており、
前記アウトプットは、前記光エネルギーの前記反射された部分の検出に応えて電気信号を出力し、
前記複数のアウトプットからの前記電気信号を処理するための装置を含み、
前記電気信号処理装置は、前記ウインドウ平面内における妨害物体の存在を決定する、ことを特徴とするパワー・ウインドウ装置。
【請求項２】
前記処理装置が前記ウインドウ平面内において前記妨害物体の存在を示しているときには、前記ウインドウ本体の閉じをしばらく見合わせるために、前記処理装置ならびに前記ウインドウモーターと動作的に結び付けられた装置をさらに含む、請求項１記載のパワー・ウインドウ装置。
【請求項３】
前記光エミッタがファン発生レンズを含み、
前記ファン発生レンズは、前記ウインドウ平面内に全体として扇形のパターンで前記発散された光エネルギーを分配する、請求項１記載のパワー・ウインドウ装置。
【請求項４】
前記光エミッタが、ファン発生レンズを含み、
前記ファン発生レンズは、反射光が前記光学式検出器において受け取られるとき、その強度が全体的に一定であるように光エネルギーを分配する、請求項１に記載のパワー・ウインドウ装置。
【請求項５】
前記光エミッタおよび前記光学式検出器が、前記窓枠の１つのコーナーにともに設けられている、請求項１に記載のパワー・ウインドウ装置。
【請求項６】
前記光エミッタおよび前記光学式検出器がともに、前記窓枠のより低いＡピラーコーナーあるいはより高いＢピラーコーナーのいずれかに設けられている、請求項５に記載のパワー・ウインドウ装置。
【請求項７】
前記光学式検出器が、全体的に前記ウインドウ平面に垂直なセグメント化された検出器素子を持っている、請求項１に記載のパワー・ウインドウ装置。
【請求項８】
前記セグメント化された検出器素子が、共通的に接続された検出器素子の繰り返されるパターンを含んでいる、請求項７に記載のパワー・ウインドウ装置。
【請求項９】
前記処理装置が、フィルタリングアルゴリズムを実行するための装置を含み、
前記フィルタリングアルゴリズムは、前記ウインドウ平面内の小さい障害物への電気的応答を、前記ウインドウ平面を妨害していない物体によって起こされた電気的応答から識別する、請求項８に記載のパワー・ウインドウ装置。
【請求項１０】
前記光学式検出器が、前記ウインドウ平面と全体的に平行なセグメント化された検出器素子を持っている、請求項１に記載のパワー・ウインドウ装置。
【請求項１１】
前記処理が、前記セグメント化された検出器素子のアクティブなものを識別し、そして日光に直接曝されている前記セグメント化された検出器素子を無効とするための装置を含む、請求項１０に記載のパワー・ウインドウ装置。
【請求項１２】
送信電力モニタをさらに含み、
前記送信電力モニタは、前記光エミッタと光学的に接触状態にあり、そして前記処理装置とは電気的に接触状態にあり、
前記送信電力モニタが、１つのアウトプットを持っており、
前記１つのアウトプットは、前記光エミッタから発散された前記光エネルギーの強度を表す電気信号を発生させ、
前記処理装置は、前記複数のアウトプットからの前記電気信号を、前記送信電力モニタからの前記電気信号に比較するための装置を含んでいる、請求項１１に記載のパワー・ウインドウ装置。
【請求項１３】
定義された平面内における物体の存在を検出するための検出装置において、
前記定義された平面内に光エネルギーを発散するための装置を含み、
セグメント化された検出器素子を持つ光学式検出器を含み、
前記光学式検出器は、全体的に前記定義された平面と平行に方向づけられており、
前記セグメント化された検出器素子は、全体的に前記定義された平面に垂直に方向付けされており、
前記光学式検出器は、前記発散された光エネルギーの１部分が前記発散された光エネルギーの単独の反射によって、前記セグメント化された検出器素子によって検出されるように前記発散装置に対して方向付けされており、
前記セグメント化された検出器素子からの信号を処理するための装置を含み、
前記処理装置は、前記検出器素子上への次第に変化する光エネルギー入射を、前記検出器素子上への急激に変化する光エネルギー入射から識別する、ことを特徴とする定義された平面内における物体の存在を検出するための検出装置。
【請求項１４】
前記セグメント化された検出器素子が、セグメント化された検出器素子の繰り返されるパターンを形成し、
前記セグメント化された検出器素子は、接続された複数素子の検出器グループを形成するように接続される、請求項１３に記載の検出装置。
【請求項１５】
前記検出器グループのそれぞれが単独のアウトプットを持ち、
前記アウトプットは前記処理装置に接続される、請求項１４に記載の検出装置。
【請求項１６】
前記処理装置は、前記検出器グループの異なる組み合わせからの信号を加算し、そして減算するための装置を含んでいる、請求項１５に記載の検出装置。
【請求項１７】
パワー・ウインドウ装置において、
窓枠を含み、
前記窓枠の中に可動的に設けられているウインドウ本体を含み、
前記ウインドウ本体と前記窓枠とは、全体としてウインドウ平面を定義しており、
前記窓枠の上の部分から前記ウインドウ平面内の全体にまで光エネルギーを分配するための装置を含み、
前記分配装置からの前記光エネルギーの反射部分を検出するように前記分配装置に関して方向付けされた複数のセグメント化された検出器素子を持っている光学式検出器を含み、
前記複数のセグメント化された検出器素子は、前記光エネルギーの前記反射された部分の検出に応答して電気信号を出力するためのアウトプットを持っており、
前記複数のセグメント化された検出器素子の上に入射した干渉光エネルギーを、前記ウインドウ平面内に位置していて、そして前記ウインドウ本体の閉じを妨害する物体から反射された光エネルギーから識別するために前記アウトプットに接続された装置を含んでいる、ことを特徴とするパワー・ウインドウ装置。
【請求項１８】
前記素子が全体的に前記ウインドウ平面に対して垂直となるように前記検出器素子がセグメント化されて、そして検出器グループに分けられ、
前記検出器グループ内の前記検出器素子が共通のアウトプットに電気的に接続され、
前記ウインドウ平面内で妨害している小さい物体を検出するために、前記識別装置は前記アウトプットされた電気信号を空間的にフィルタする回路を含む、
請求項１７に記載のパワー・ウインドウ装置。
【請求項１９】
前記素子が全体的に前記ウインドウ平面に平行となるように前記検出器素子がセグメントされ、
前記光学式検出器は、前記光学式検出器の１方の側に沿って狭くセグメント化された検出器素子を持っており、そして前記光学式検出器の反対の側に沿って、前記狭い素子と比較して、比較的広くセグメント化された検出器素子を持っており、
前記識別装置は、直接日光に曝されているセグメント化された検出器を無効とさせる装置を含む、請求項１７に記載のパワー・ウインドウ装置。
【請求項２０】
前記素子が全体的に前記ウインドウ平面に垂直であって、そして検出器グループに分けられるように、前記検出器素子の第１の部分がセグメント化され、
前記検出器グループ内の前記検出器素子は、共通のアウトプットに電気的に接続されており、
前記識別装置は、前記ウインドウ平面内の小さい妨害物体を検出するために、前記アウトプット電気信号を空間的にフィルタリングするため回路を含み、
前記素子が全体的に前記のウインドウ平面に平行となるように、前記検出器素子の前記部分がセグメント化されており、
前記光学式検出器が、前記光学式検出器の１方の側に沿って狭くセグメント化された検出器素子を持っており、そして前記光学式検出器の反対の側に沿って、前記狭い素子と比較すると、比較的広くセグメント化された検出器素子を持っており、
前記識別装置は、直接日光に曝されているセグメント化された検出器素子を無効とさせるための装置を含む、請求項１７に記載のパワー・ウインドウ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
本発明は固定されている平面の中の小さい物体の光学式検出に関する。この出願は、１９９８年４月１３日に出願された、合衆国仮明細書第６０／０８１，６２１号の権利保護を請求する。そしてより特定すれば、本発明は、窓が閉じられるに従い自動車のパワー・ウインドウによって手および指のような物体が締めつけられるのを阻止する光学式検出装置に関する。
【０００２】
関連する技術の説明
開いている自動車の窓の平面内における障害物を検出するために、加えられた力の測定に頼る種々の技術が利用されてきた。現在では、ウインドウによって加えられた機械力の間接的な測定が主な解決策である。機械力の間接的な測定は、ウインドウの位置、ウインドウ重量、閉まり速度およびメカニカルアドバンテージに基づいてウインドウモーターの必要とされるトルクを推測することを伴っている。ウインドウモーターによって加えられる力の量はウインドウモーター電流と、そしてウインドウモーター回転速度に基づいて推測される。もしウインドウモーターによって加えられる推定される力が、推定要求トルクを超えているなら、ウインドウモーターは止められるか、あるいは逆回転させられる。
【０００３】
妨害物体に対するウインドウの圧縮力はまた、直接的に窓枠のウインドウガスケットの中に設けられている圧縮性の薄膜によって測定することができる。もし窓と窓枠との間に閉じ込められた物体の場合のように、力が非一様に膜に加えられるなら、薄膜は締めつけられ、そしてウインドウモーターは止められるか、あるいは逆回転させられる。機械的な力の測定に頼っているこの技術が、それらの意図された目的には十分に有効であるかもしれないが、ウインドウ平面の中の障害物の検出は、妨害物体とウインドウとの間に直接的な接触を必要とする。モーターの停止あるいは逆転が引き起こされる前には、例えば、腕がウインドウに重くのしかかるとか、あるいはウインドウと窓枠との間に指が部分的に締めつけられるなどの必要がある。
【０００４】
閉まりつつある物体の平面内で障害物を検出するために、光学式検出技術もまた利用されている。公知の技術は、光導波路を通して信号の減衰を測定するか、あるいは積層コンデンサ構造のキャパシタンスの変化を測定することを伴っている。これらの技術はそれらの意図された目的には十分に有効であるかもしれないが、これらの技術を十分には導入できない重要な設計上の問題がある。
【０００５】
パワー・ウインドウを持つ自動車において使用される光学式障害物検出装置に関する重大な設計上の問題とは、この装置が、開いている窓の平面内に位置している指のような、小さい物体を検出することができなければならないということである。小さい物体の検出は難しい。なぜならこの信号応答はしばしば、種々のバックグラウンド信号および／または干渉信号から識別することが難しいからである。種々のバックグラウンドおよび／または干渉信号は、例えば、ウインドウの動きあるいはウインドウの近くに座っている人からの反射によって発生されるかもしれない。光学式感知回路は、障害物検出装置の検出器の上に入射する直射日光あるいは散乱光によって引き起こされる干渉信号を識別することができなければならない。
【０００６】
従来技術の欠点から判断して必要とされるのは、小さい妨害物体を検出できる敏感さと、妨害物体の虚偽の検出を防止するために、妨害している物体が実際には存在していないとき、（例えば、ウインドウを閉じることから生じる）干渉信号を識別する能力とを持っている光学式検出装置である。
【０００７】
発明の要約
１つの障害物検出装置は、セグメント化された光学式検出器と検出器特定の信号処理を利用して、定義された平面の中における小さい物体の存在を光学的に検出し、そして干渉信号をさえぎることができる。障害物検出装置の１つの実施例では、セグメント化された光学式検出器は、定義された平面に対して全体的に垂直な一連のセグメント化された検出器素子を含んでいる。もう１つの実施例では、セグメント化された光学式検出器は、定義された平面に対して全体的に平行しているセグメント化された検出器素子を含んでいる。望ましい適用例においては、この装置は、指のような、小さい物体がウインドウによって締めつけられるのを阻止するために自動的に閉じつつあるウインドウと共に利用される。
【０００８】
完全な障害物検出装置は、光エミッタと、セグメント化された光学式検出器と、そして信号プロセッサとを含んでいる。もし障害物が検出されたなら、ウインドウを閉じることが止められるように、この装置は究極的にはウインドウモーター制御装置とウインドウモーターに接続される。望ましい実施例では、光エミッタはレーザダイオードであり、そしてセグメント化された光学式検出器はフォトダイオードのアレイである。光エミッタおよびセグメント化された光学式検出器の両方が窓枠のひとつのコーナーに設けられる。光エミッタは窓枠の内部に向かって光線を投射する。セグメント化された光学式検出器は、窓枠の内部によって、妨害物体によって、および／または他の近くの物体あるいは表面によって反射された、発散された光線の部分を受け取る。
【０００９】
望ましい信号プロセッサは、ウインドウ平面内に障害物があるときに反射される光線の量およびパターンと、ウインドウの平面内に障害物がないときに反射される光線の量およびパターンとにおける差異を検出する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）である。もし信号プロセッサが、ウインドウ平面内に障害物があると決定するなら、信号プロセッサはウインドウモーターを無効とするか、あるいは反転させるために使われる信号を発生させる。信号プロセッサによって利用される検出アルゴリズムは、セグメント化された光学式検出器のために利用されるセグメント化の型式に依存する。以下においては、セグメント化された光学式検出器および信号プロセッサの２つの代替的な実施例がより詳細に説明される。
【００１０】
第１の実施例では、セグメント化された光学式検出器は全体的にウインドウ平面に垂直な検出器素子の形態とされている。セグメント化された検出器素子は、別々の伝導性の配線路によって相互に接続され、究極的には関連した信号パッドに接続されている。１つの実施例では、セグメント化された検出器素子は４つの別のグループに分けられ、そしてそれぞれの検出器素子がそれぞれの伝導性の配線路によって１つの、そしてただ１つだけの信号パッドに接続されている。４つの検出器グループは繰り返しのパターンによって配分され、そして検出器素子は、指のような、小さい物体の検出に最適化される距離に配置されるよう間隔をあけらていれる。セグメント化された光学式検出器は、検出器の縦方向（水平）寸法が全体的に窓枠と平行となるように、そしてセグメント化された検出器素子が全体的にウインドウ平面に垂直となるように、ウインドウ平面に関して、方向づけられている。
【００１１】
空間フィルタリングアルゴリズムがセグメント化された光学式検出器と関連した信号プロセッサによって実行されて、光の強度のゆるやかな空間的な変化を、光の強度の突然の変化から識別する。このゆるやかな変化は一般的には干渉、あるいは明るくされたバックグラウンドによって生じるものであるが、一方、強度における突然の変化は小さい物体の存在によって起こされている可能性が高い。空間フィルタリングアルゴリズムは、セグメント化された検出器素子の異なった組み合わせから受信された信号を加えて、そしてその和を比較することを伴っている。望ましい空間フィルタリングアルゴリズムを実行するために必要とされる回路は、信号プロセッサの中に含まれている。信号プロセッサの内部では、セグメント化された検出器グループはグループ特定の信号アンプに、そして次に空間フィルタリングアルゴリズムの加算および差異関数を実行する処理回路に、接続されている。関数の結果は絶対値ユニットに転送され、そしてここではそれぞれの関数の絶対値が得られる。この絶対値は次に比較器ユニットに転送され、そして基準信号と比較されて、いずれかの信号が妨害物体の存在に応答している条件を引き起こすのに十分なほど基準信号から外れているかどうかが決定される。
【００１２】
他の実施例では、セグメント化された光学式検出器は全体的にウインドウ平面に平行な検出器素子を含んでいる。１つの望ましい実施例では、複数の狭い検出器素子が存在する。それらは検出器の１方の側に互いに接近して設けられている。また検出器の反対の側には、１つの広い検出器素子がある。セグメント化された検出器素子のそれぞれは、個々に信号プロセッサに接続されていて、それぞれの検出器素子が個々にサンプル採取されることができる。検出器は、狭い検出器素子がウインドウ平面に最も近くて、そしてそれと平行となるように方向づけられていることが望ましい。
【００１３】
狭い検出器素子は閉まりつつあるウインドウの移動によって、あるいは日光の直接の照射によって、引き起こされるかもしれない虚偽の検出を最小にするために備えられている。狭い検出器素子は、検出器の横方向を横切る光エネルギーの変化をモニタすることによって、ウインドウ平面の外からウインドウ平面内への（例えば、閉まりつつあるウインドウの移動）物体移動の虚偽の検出を最小にする。特定の素子が日光に直接照らされているとき、特定の検出器素子を非活性状態とするか、あるいは無視されるようにすることによって、狭い検出器素子は日光の直接の照射によって起こされる虚偽の検出に対する装置の感受性を減少させる。セグメント化された検出器素子と共に使用される信号プロセッサは、検出器サンプリングおよび太陽光線の検出を制御する。信号プロセッサを通して、セグメント化された検出器エレメントは個々にサンプリングされることができ、セグメント化された検出器上への光線の平行な分配に、より大きい検出感度を提供する。加えて、前に述べたとおり、素子が直射日光にさらされているとき、特定の平行なセグメント化された検出器素子をターンオフすることができる。
【００１４】
図面の説明
図１は、部分的に開いているフロントウインドウを持っている通常の自動車の描写図であり、
図２は、本発明による光学式検出を利用する障害物検出装置の全体的なブロック図であり、
図３Ａは、図１に示される自動車のフロントウインドウと関係した、本発明による障害物検出装置の一般的な位置設定の描写図であり、Ｂは、図１に示されるもう１つの自動車のフロントウインドウと関係する、本発明による障害物検出装置の一般的な位置関係の描写図であり、
図４は、本発明による、望ましい障害物検出モジュールの描写図であり、
図５Ａは、本発明によるセグメント化された光学式検出器の平面図であり、Ｂは、Ａに示されたセグメント化された光学式検出器の水平な長さを横切る反射光強度の図表であり、Ｃは、Ｂの急激な光の強度変化と、そして本発明の空間フィルタリングアルゴリズムの拡大された図表であり、
図６は、図５Ａのセグメント化された光学式検出器の１部分の描写図と、そして本発明による空間フィルタリングアルゴリズムを実行するためにの望ましい論理ブロックの描写図であり、
図７は、本発明による、セグメント化された光学式検出器と信号プロセッサを含んでいる障害物検出装置の１つの実施例の全般的な系統図であり、
図８は、本発明によるセグメント化された光学式検出器の平面図であり、
図９は、発明による信号プロセッサの機能ブロック図と関連している図８のセグメント化された光学式検出器の描写図である。
【００１５】
詳細な説明
図１を参照すると、開いているウインドウ１０と自動車１４の窓枠１２との間の障害物を検出するための、本発明の望ましい実施例が光学系に関連して説明される。窓と窓枠とによって定義される平面の中で障害物を検出することは、一時的にボタンを作動させることによって、完全に閉めることができるパワー・ウインドウを持っている自動車では特に重要である。人の指のような障害物がウインドウの経路内にあるかどうか検出するための装置がないなら、障害物は閉まりつつあるウインドウと窓枠との間に締めつけられるかもしれない。
【００１６】
図２は不注意なウインドウ締めつけを防止するために光学式検出を利用する障害物検出装置の一般的なブロック図である。障害物検出装置は光エミッタ２０と、セグメント化された光検出器２２と、そして信号プロセッサ２４とを含んでいる。障害物検出装置はウインドウモーター制御装置２６と、そしてウインドウモーター２８とに接続されている。そのようにして、もし障害物が検出されるなら、ウインドウを閉じることを停止することができる。１つの実施例では、光エミッタは、例えば１つ、あるいはそれ以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）あるいは１つあるいはそれ以上のレーザーであることができる。（ウインドウ平面に垂直に測定される）広いビームが望まれるときには、ＬＥＤが、そして細いビームが望まれるときには、レーザーが望ましい。セグメント化された光学式検出器はフォトダイオードのアレイである。異なった検出器セグメント配置を持っている検出装置の事例が以下にさらに詳細に説明される。
【００１７】
望ましい実施例では、光エミッタ２０とセグメント化された光学式検出器２２の両方が窓枠の同じコーナーに位置している。光エミッタは窓枠の内部に向かって光線を発生させる。発散された光エネルギーは窓枠の内部によって、妨害物体によって、および／または他の近くの物体あるいは表面によって反映され、セグメント化された光学式検出器はそれらの部分を受け取る。ウインドウの閉鎖を妨害していない、窓枠の内部から、および／または他の近くの物体から反射された光線は、全体的にバックグラウンドおよび／または干渉光線として扱われる。光学式検出器に影響を与えるバックグラウンド／干渉光線は、バックグラウンド／干渉電気信号を引き起こす。次にバックグラウンド／干渉信号は、ウインドウを妨害している物体によって引き起こされた信号から識別されなくてはならない。本発明の１つの望ましい実施例においては、窓枠の上または近くには、光線を反射するような特別な表面はない。しかし他の実施例では、このような表面を利用するかもしれない。
【００１８】
信号プロセッサ２４は、汎用マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、あるいは他の処理装置を含むことができる。信号プロセッサは光エミッタ２０とセグメント化された光学式検出器２２の近くに設けられることもでき、あるいはそれは遠く離れて設けられることもできる。例えば、もし自動車の中の他のところに十分な処理能力があるなら、セグメント化された光学式検出器からの信号も、他の機能を実行する汎用のプロセッサによって処理されることもできる。必要とされる処理もまた、光学式検出器の近くに位置しているプロセッサと、そして離れたプロセッサとの間で分けられるかもしれない。
【００１９】
信号プロセッサ２４は通常、ウインドウの平面内に障害物があるときの、反射される光線の量とパターンに対して、ウインドウの平面内に障害物がないときに反射される光線の量とパターンにおける差異を検出する。本発明においては、セグメント化された光学式検出器２２と信号プロセッサ２４との組み合わせは、（可能性としてはナノワットの範囲の）小信号変化を、定常的なバックグラウンド信号（可能性としてはマイクロワット範囲）と区別することができなければならない。もし信号プロセッサがウインドウ平面内に障害物があると決定するなら、それはウインドウを閉じるための電力を供給するウインドウモーターを停止させるか、あるいは反転させるために使われる信号を発生させる。信号プロセッサによって利用される検出アルゴリズムは、検出器によって利用されるセグメント配置に依存する。異なった検出器装置に特有の信号プロセッサ設計が、以下にさらに詳細に説明される。
【００２０】
図３Ａは、図１で示された自動車１４のフロントウインドウフレーム１２に関係する障害物検出装置３６の一般的な位置設定を例示している。障害物検出装置は、障害物検出装置から発散されて、窓枠の内側に向かって伝播する光エネルギーを生成する。障害物検出装置によって与えられた照明３８のパターンはウインドウの平面で２次元の弧を定義することが望ましい。最小限でも、照明パターンは窓枠の上の部分をカバーする。そこでは、ウインドウが窓枠内に引き込まれるにつれて、小さい物体は締めつけられるであろう。偽の検出を減らすために、光エネルギーは一般に全体として窓枠によって定義される平面内に制限されるべきである。検出装置に戻った信号の強度は、全体的にＩ／Ｒ３に従うことが知られており、ここにおいてＩは信号強度であり、そしてＲは検出装置から窓枠上の所定のポイントまでの距離である。所定のＩ／Ｒ３の関係においては、検出装置にもっと多くの一定の戻り信号を供給するためには、光の強度パターンは、ウインドウ平面の中に分配されることが望ましい。０．５ワットのレーザー源が利用されている１つの実施例では、レーザーの電力のおよそ２０％がセンター軸線４０の±５度の中に分配されている。このセンター軸は、フロントウインドウのより低い前側のコーナーからフロントウインドウの上方の後方コーナーまで移動する。
【００２１】
図３Ａにおける破線は、全体的な照明パターン３８の形状を示している。しかしながら、図３Ａは照明の程度を示すようには意図されていない。完全な検出有効範囲を提供するために、光エネルギーは窓枠の遠いコーナーにまでおよばなくてはならない。１つの実施例においては、単独の光エミッタから発散された光線は窓枠の幾何学的配置に合わせて仕立てられる。すなわち、より強い強度の光線が、障害物検出装置３６から最も遠くにある窓枠のエリアに向けられる。もう１つの実施例では、多数の光エミッタが窓枠に沿って仕立てられる光線の分配を生じさせるために利用される。障害物検出装置が窓枠のより低い（Ａピラー）コーナーに位置しているとしても、この装置は窓枠の上方の（Ｂピラー）コーナーのような、別の位置に置かれることもできる。図３Ｂは障害物検出装置が窓枠の上方の（Ｂピラー）コーナーに位置しているときの、窓枠１２と関係した障害物検出装置３６および照明パターン３８の描写図である。
【００２２】
図４は、望ましい障害物検出モジュール５０のコンポーネントを示している。障害物検出モジュール５０は、光エミッタ５２と、セグメント化された光検出器５４と、オプションの送信電力検出器５６と、プリント配線板５８と、送信レンズ６０と、受信機レンズ６２と、ファン発生器レンズ６４と、そして赤外線通過フィルタ６６とを含んでいる。この実施例では、光エミッタはレーザーである。そしてそれはＬＥＤより大きい照明パターンの上のコントロールを提供する。特に、レーザーの使用は、全体的な光エネルギーのより大きい割合が図３Ａおよび図３Ｂに示されている窓枠１２の遠いコーナーに向けられることを可能とする。これは障害物を検出するための、窓枠の遠いコーナー領域における信号対雑音比を増加させ、そしてそれは検出モジュール５０と窓枠の遠いコーナーとの間における増やされた距離のために望ましい。送信レンズとファン発生器レンズは、光エミッタからの光線を指向させ、そしてさらに照明パターンを定義する。望ましい実施例では、光エミッタは光線を投射して、そして閉められるウインドウのすぐ内側にある平面内を移動する光線を検出するために整列される。他の整列も可能であり、そして位置合せ許容差が考慮されなくてはならない。それぞれの据え付けに正確に一様な位置合せを持つことは難しいので、そしてすえ付けの後にドアをバタンと閉めたりすると位置合せは少し変化するので、位置合せ許容差が考慮されなくてはならない。
【００２３】
光学式送信電力検出器５６は、フォトダイオードを含むこともできる。それは光エミッタ５２によって発生された光の強さを検出して、そしてモニタする。送信電力検出器は、光エミッタによって発生させられ、そしてその後、送信レンズ６０とファン発生レンズ６４を通して送信される光の全体的な強さの表示を提供する。送信電力をモニタリングすることは、信号プロセッサ２４がセグメント化された光学式検出器２２および５４によって受け取られる信号を正規化することを可能にする。それによって、送信電力における変動が明らかになる。
【００２４】
図４の障害物検出モジュール５０においては、光エミッタ５２によって発生された光線６８と、そしてセグメント化された光学式検出器５４によって受けられた光線７０は、光スペクトルの赤外領域にあることが望ましい。赤外線の通過フィルタ６６は、赤外線が検出器まで通過することを可能とするが、しかし全般的には他の波長バンドの中の光線は阻止する。本発明のこの特色は、セグメント化された光学式検出器によって発生された信号に他の光源が与える影響を減少させる。受信機レンズ６２は、セグメント化された光学式検出器上で受け取られた光線に焦点を合わせている。
【００２５】
上記のとおり、この障害物検出装置は、２つのセグメント化された検出器装置のいずれか１つと共に実行されることが望ましい。第１のセグメント化された検出器装置は、全体的にウインドウ平面に垂直な光学式検出器素子を含んでいる。そして第２のセグメント化された検出器装置は、全体的にウインドウ平面に平行な光学式検出器素子を含んでいる。両方のセグメント化された検出器装置は、特定の検出器配置に特定の信号プロセッサを含んでいる。
【００２６】
図５Ａは、図２および４のセグメント化された光学式検出器７４の１つの装置の平面図を、より詳細に示している。図５Ａは、検出器素子が全体的にウインドウ平面に対して垂直であるようにセグメント化されている一連のセグメント化された検出器エレメント７６と、そして相互を接続している伝導性配線路７８とを含むセグメント化された光学式検出器のレイアウトを示している。そこには４つの別の配線路７８がある。それぞれは異なった信号パッド８２、８４、８６および８８に接続されている。それぞれの検出器素子７６は、それぞれの配線路によって、１つの、そして単に１つだけの信号パッドに接続される。最も左側の光検出器素子は信号パッド８６に接続されており、次（右手）の光学式検出器素子は信号パッド８８に接続されており、次の光学式検出器素子は信号パッド８４に接続されており、そして次の光学式検出器素子は信号パッド８２に接続されている。このパターンは、セグメント化された光学式検出器全体に繰り返される。検出器素子は、指のような、小さい物体の検出に最適な距離において間隔をあけられる。１つの実施例では、検出器素子は２５０ミクロンのピッチにおいて分けられている。セグメント化された光学式検出器はウインドウ平面に関して方向づけられていて、検出器の縦方向（水平）長さが窓枠と同じ平面内にある（全体的に平行である）ようにされ、そしてセグメント化された検出器素子が全体的にウインドウ平面に垂直であるようにされる。１つの望ましい実施例では、垂直な検出器素子を利用している障害物検出装置、ウインドウ上のＢピラーコーナーに位置している。垂直な検出器は直射日光の投射を補償することにそれほど熟練していないから、これは望ましい。図５Ａが垂直な検出器素子を持つセグメント化された光学式検出器の１つの例を描いているとしても、全体的に垂直な検出器素子を持っている他のセグメント化された検出器配置も可能である。
【００２７】
図５Ｂは、セグメント化された光学式検出器の水平長さ（ｘ軸）を横切って反射された光の強度９２の図表の１例である。示されているように、光の強さは検出器の大部分にわたって次第に変化する。しかしながら、光の強度は１つの急激な増加９４を有しており、これはウインドウの平面内に位置している小さい物体によって発散された光線の反射によってもたらされたものである。小さい物体は指であるかもしれない。これはウインドウと窓枠とによって定義された平面内において開いているウインドウを通して伸びているものである。
【００２８】
図５Ｂに示されるように、小さい物体の存在を検出することにおける重要な問題は光の強度における、光の強度のゆるやかな空間的な変化からの、そのような急激な変化を識別することを伴っている。例えば、光の強度の全体的な変化は、（例えば、ビームの近くのウインドウの移動によって起こされた）ゆるやかな変化に関しても、そして（例えば、ウインドウ平面内の指によって起こされた）急激な変化に関しても同じであるかもしれない。しかしながら、障害物検出に適用されるとき、光の強度の急激な変化だけに関する応答が一般には望ましい。最も多くあるのは、光の強度のゆるやかな変化は、直射日光あるいは近くの大きい物体からの散乱光からの、あるいは閉まりつつあるウインドウからの、干渉の結果である。空間フィルタリングアルゴリズムが、光の強度のゆるやかな変化を、光の強度の急激な変化から識別するために、セグメント化された光学式検出器と関連しながら実行される。
【００２９】
図５Ｂの急激な光の強度変化９４の拡大された図表を含んでいる図５Ｃを参照すると、空間フィルタリングアルゴリズムは、セグメント化された検出器素子の異なった組み合わせから受信された信号を加算して、そして次にその和を比較することを含んでいる。このアルゴリズムは｛（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝の和を｛｛Ａ＋Ｄ｝−｛Ｃ＋Ｂ｝｝の和と比較することを含んでいる。図５Ｃは全体の素子の１部分に関するＡ、Ｂ、ＣおよびＤ検出器素子上の反射光強度を示している。最初の加算行を参照すると、Ａ＋ＢはＡ１およびＢ１素子からの信号の和である。Ｃ＋ＤはＣ１およびＤ１素子からの信号の和である。図５Ｃに示されるように、組み合わせられた素子Ａ１＋Ｂ１によって受け取られる光エネルギーの和は、Ｃ１＋Ｄ１の組み合わせられた素子によって受けられる光エネルギーの和とおよそ等しく、そのため２つの和の間の差は小さい応答を示すのみである。
【００３０】
それと対照的に、第２の加算行を参照すると、Ａ＋Ｄは検出器素子Ｄ０およびＡ１からの信号の和である。その両方の信号とも比較的低い強度の反射光を受け取っている。Ｃ＋Ｂは、検出器素子Ｂ１およびＣ１からの信号の和である。その両方の信号とも比較的高い強度の反射光を受け取っている。それらの和の間の差異は、高い応答を生じさせる、それによってセグメント化された検出器アレイ上に光線を反射している小さい物体を識別する。加算するアルゴリズムは、ただ４つだけの検出器素子を参照しながら説明されたけれども、動作においては、この和は接続されている検出器素子のすべての結合された測定値であることは指摘されるべきである。すなわち、「Ａ」信号パッドと関係がある信号は、Ａ検出器素子すべての上に入射した反射光（例えば、Ａ１＋Ａ２……）を含んでいる。同じく、Ｂ、ＣおよびＤ信号パッドの上の信号は、それぞれＢ、ＣおよびＤ検出器すべての上に入射した反射光（例えば、Ｂ１＋Ｂ２…、Ｃ１＋Ｃ２…、Ｄ１＋Ｄ２…）を含んでいる。１つの望ましい実施例では、信号応答は２つの検出器素子の幅より小さなスパンの光の強度スパイクに関して最適である。
【００３１】
図６は、図５Ａのセグメント化された光学式検出器７４の１部と、そして空間フィルタリングアルゴリズムを実行するために望ましい論理ブロックとを描写している。Ａ、Ｂ、ＣおよびＤのセグメント化された検出器素子は、初めに信号アンプ９８に、そして次に処理ブロック１００に接続されている。この処理ブロックは、２つの加算と差異の関数｛
（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝と、そして｛
（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝を実行する。２つの関数の結果は絶対値ユニット１０２および１０４に転送される。そしてそこでそれぞれの関数の絶対値が得られる。この絶対値は次に、加算ユニット１０５と、そして比較器１０６に送られ、そして基準信号と比較されて、いずれかの信号が妨害物体を表す応答を引き起こすのに十分な程度に基準信号から外れているかどうか決定される。この望ましい論理ブロックは信号プロセッサに取り入れられている。
【００３２】
図６には示されていないとしても、信号プロセッサが利得校正機能を含んでいることもできる。利得校正機能は、初期のスタートアップルーチンにおいてフィルターアルゴリズム値をゼロに調整する。利得校正は、例えば、合計値を校正定数によって乗算することにより達成することができる。
【００３３】
図７は障害物検出装置の１つの実施例の全体的な概略図である。セグメント化された光学式検出器１１０は、４つの別々のフォトダイオードととして、信号プロセッサ１１２と関係して描かれているが、望ましい実施例では、検出器は図５Ａに示されるような、検出器素子の繰り返されるアレイを含んでいる。光エミッタ１１４と、そして送信電力モニタ１１６の概略図もまた、信号プロセッサと関係付けて示されている。この望ましい実施例では、光エミッタは、ウインドウ平面に垂直な方向で比較的狭いビーム幅を持っている光線を発散する。
【００３４】
図７は信号プロセッサ１１２の中の、加算回路網１１１と、そして演算増幅器（オペアンプ）１１８、１２０および１２２を示している。オペアンプ１１８は全体的として、パッド８２と８４、およびパッド８６と８８における信号の和の間の差異を提供する。オペアンプ１２０は一般に、信号パッド８８における信号と、信号パッド８６における信号との間の差異を提供する。オペアンプ１２２は一般に、オペアンプ１１８と１２０からのアウトプットを加える。信号プロセッサの中の付加機能ユニットは、バイアス回路１２４、レギュレータ１２６、ピーク検出ユニット１２８、電力モニタリングサブ装置１３０、トランジスタドライバ１３２および温度基準回路１３４を含むことができる。障害物検出装置をサポートする付加機能ユニットは、マイクロコントローラ１３６、ＥＥＰＲＯＭ１３８、外部Ｉ／Ｏユニット１４０および電圧レギュレータ１４２を含んでいる。図６と同じように、利得調整がこの装置内に取り入れられてもよい。
【００３５】
セグメント化された光学式検出器１１０の構造と、そしてオペアンプ１１８、１２０および１２２によって実行される動作との組み合わせは全体として、上で説明された空間フィルタリングアルゴリズムを提供する。空間フィルタリングアルゴリズムによれば、照明パターンの比較的小さい角度（狭い効果）にわたって反射された光の大きさに影響を与える物体が強調されるが、他方照明パターンの比較的大きい角度（広い効果）にわたって反射された光の大きさに影響を与える物体はそうではない。窓枠の中でウインドウの平面に垂直に置かれた薄い物体は、狭い効果を引き起こす。他方窓枠の中に置かれた大きい物体は、広い効果を引き起こす。広い効果に関しては、反射光の強度の変化は検出器素子の多くのグループにおいて検出される。隣接した検出器素子からの信号は実質的に互いに差し引かれるから、このようなゆるやかな変化は一般に相殺される。それでオペアンプ１２２のアウトプットは一般に広い効果を反映してはいない。他方、狭い効果に関しては、反射光の強度の変化は、わずかに少数の検出器において検出される。このような変化はフィルタリングアルゴリズム機能によっては相殺されないであろう。それでオペアンプ１２２のアウトプットは反射光の強度の変化を反映している。
【００３６】
本発明の望ましい実施例の主要な関心事は自動的に閉じられるウインドウのパス内に置かれている指であるから、上に述べられたような障害物検出装置によって実行される空間フィルタリングアルゴリズムは有利である。この場合、反射パターン上には狭い効果があり、そして障害物が検出されるであろう。それと対照的に、パスが妨害されているという正しくない決定をもたらすことができる多くの状態は、反射パターン上に比較的広い効果を伴っている。例えば、それが閉じられるにつれて、ウインドウ自身は反射パターンを変更するかもしれず、そしてそれはセグメント化された光学式検出器に障害物があると結論させることができる。その形状によっては、ウインドウは反射パターンにおいて広い効果を起こすことが避けられないが、しかしフィルタリングアルゴリズムがこの効果を軽減させる。このようにして、フィルタリングアルゴリズムは障害物の誤った検出の可能性を減少させて、そして正確に実在の障害物を検出する可能性を増やすことができる。
【００３７】
図８は、図２および図４のセグメント化された光学式検出器の配置の、もう１つの平面図を示している。図８の検出器は、検出器素子が全体的にウインドウ平面に平行となるようにセグメント化されている検出器エレメント１５２および１５４のアレイを含んでいる、セグメント化された光学式検出器１５０である。検出器の１つの側（図８の上部）には、互いに接近して間隔を置かれた多数の狭い検出器素子１５２がある。検出器の反対の側（図８の下部）には、ひとつの広い検出器素子１５４がある。検出器素子のそれぞれが個々に信号パッド１５６に接続されているため、それぞれの検出器素子は、個々に信号プロセッサによってサンプリングされることができる。１つの望ましい実施例では、多数の狭い検出器素子がウインドウ平面に最も近く、そしてウインドウ平面と平行になるよう、検出器が方向づけられている。加えて検出器は、検出器が窓枠および何らかの妨害物体からでも反射される光線を受け取るように、光エミッタに関して方向づけされている。１つの望ましい実施例では、平行な検出器素子を利用している障害物検出装置が、ウインドウのより低いＡピラーコーナーに位置している。直射日光に曝されている個別の検出器は、個々にターンオフさせるか、あるいは抑制することができるから、平行な検出器素子は直射日光受光を補償することに好都合である。図８は平行な検出器素子を持つセグメント化された光学式検出器の１つの例を表わしているけれども、他のセグメント化された検出器配置も可能である。
【００３８】
狭い検出器素子１５２は、閉まりつつあるウインドウの移動によって、または日光の直接照射によって起こされるかもしれない虚偽の検出を防止するために備えられている。横断方向における光エネルギーの変化に対する増加された検出感度を提供することによって、狭い検出器素子は閉まりつつあるウインドウの虚偽の検出を制限する。特定の素子が日光を直接受けているとき、特定の検出器素子を無効とするか、あるいは、無視することができるようにすることによって、狭い検出器素子は日光の直接の照射によって起こされる偽の検出の可能性を減らす。すなわち、もし最も外側の狭い検出器素子が直射日光にさらされているなら、その検出器素子を無視することができる。加えて、ウインドウが閉まる結果として生じる光の強度変化の特徴は、特に自動車の外から来る、あるいは閉まりつつある窓によって起こされている、干渉に関しては、１つの検出器素子から次の素子への強度変化として認知される。平行なセグメント化された検出器は、狭い検出器素子の上に入射する干渉を補償することができる一方、広い検出器素子は自動車の中側からウインドウ平面に入る物体（例えば、搭乗者の指）に対して良好な感度を可能にする。
【００３９】
図９は、信号プロセッサ１６４の機能ブロック図と関連した、セグメント化された光学式検出器１５０と、光エミッタ１６０と、そして送信電力検出器１６２とを描いた図である。信号プロセッサの中の第１の機能ブロック１６６は、検出器の切り替えと、そして太陽検出とをコントロールする。この機能ブロックの中で、検出器素子１５２および１５４からの信号が一度に１つずつ、あるいは組み合わせられて、検出されることができる。加えて、直接の照射の間だけ、直射日光にさらされている検出器素子をターンオフして、干渉を最小にすることができる。信号プロセッサはまた、プリアンプ１６８と、高域通過フィルタ１７０と、比較器１７２と、そしてセグメント化された光学式検出器からの信号を処理するピーク検出器１７４とを含んでいる。
【００４０】
光エミッタ１６０および送信電力検出器１６２は、信号プロセッサ１６４を通してマイクロプロセッサ１７６に接続されている。送信電力検出器からの信号は、乗算器１７８を通過した後で、セグメント化された検出器からの信号と比較される。この乗算器は、障害物が存在していないとき、送信信号の利得がセグメント化された検出器を通したリターン信号と等しくなるようにセットされる。乗算定数は電子回路内の長期間のドリフトを補償するために、必要に応じて調整されることができる。光線の初期の送信電力に関するリアルタイムフィードバックを提供することは、光送信電力が突然に変化したときに、障害物として誤って検出してしまうチャンスを減少させる。光エミッタは、トランジスタドライバ１８０を通してマイクロプロセッサに接続されている。平行な検出器素子配置と共に利用される光エミッタは、垂直な検出器素子配置のために発散される光線よりも、（ウインドウ平面に垂直に測定されて）より広い光線を発散することが望ましい。より広いビームは、セグメント化された平行な検出器素子を横切って、より良好に分配される反射光を提供する。
【００４１】
垂直、あるいは平行な検出器素子を利用するような、障害物検出装置が説明されたとは言っても、１つの障害物検出装置が単独のモジュール内に垂直な、そして平行な検出器素子を両方共に含んでいることもできる。ハイブリッドなアプローチを利用している装置は、平行な検出器素子によって提供される良好な直射日光補償と、そして垂直な検出器素子によって提供される小さい物体の高い検出感度の利益を、提供する。２つの説明された信号プロセッサのそれぞれの内部の基本構造ブロックは類似であるから、ハイブリッドの信号プロセッサは容易にＡＳＩＣ内に実現される。
【００４２】
セグメント化された検出器アレイを利用している障害物検出装置が自動車ウインドウを参照しながら説明されたけれども、この検出装置はまた他の定義されたエリアの内部における障害物検出に適用されることもできる。例えば、この検出装置は、自動車あるいは他の構造物における、自動的に閉じるドアに適用することもできる。この障害物検出装置はまた、建物のセキュリティ装置のような防護装置に適用することもできる。特に、この装置は窓に適用されることもできる。そこでは、セグメント化された検出器素子およびプロセッサが、移動するカーテンあるいは他の外乱に対して補償するように配置される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
部分的に開いているフロントウインドウを持っている通常の自動車の描写図である。
【図２】
本発明による光学式検出を利用する障害物検出装置の全体的なブロック図である。
【図３】
Ａは、図１に示される自動車のフロントウインドウと関係した、本発明による障害物検出装置の一般的な位置設定の描写図であり、Ｂは図１に示されるもう１つの自動車のフロントウインドウと関係する、本発明による障害物検出装置の一般的な位置関係の描写図である。
【図４】
本発明による、望ましい障害物検出モジュールの描写図である。
【図５】
Ａは、本発明によるセグメント化された光学式検出器の平面図であり、Ｂは、Ａに示されたセグメント化された光学式検出器の水平な長さを横切る反射光強度の図表であり、Ｃは、Ｂの急激な光の強度変化と、そして本発明の空間フィルタリングアルゴリズムの拡大された図表である。
【図６】
図５Ａのセグメント化された光学式検出器の１部分の描写図と、そして本発明による空間フィルタリングアルゴリズムを実行するためにの望ましい論理ブロックの描写図である。
【図７】
本発明による、セグメント化された光学式検出器と信号プロセッサを含んでいる障害物検出装置の１つの実施例の全般的な系統図である。
【図８】
本発明によるセグメント化された光学式検出器の平面図である。
【図９】
本発明による信号プロセッサの機能ブロック図と関連している図８のセグメント化された光学式検出器の描写図である。
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2004500540.tif 000042
2004500540.tif 000043