JP4389874B2

JP4389874B2 - 移動体検知装置

Info

Publication number: JP4389874B2
Application number: JP2006001716A
Authority: JP
Inventors: 俊昌高木; 文宏笠野; 英彦藤川
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-01-06
Filing date: 2006-01-06
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2026-01-06
Also published as: JP2007183828A; CN101151552B; CN101151552A

Description

本発明は、超音波のドップラシフトを用いて検知範囲における移動体の有無を検出する移動体検知装置に関するものである。

従来から、超音波を検知範囲に放射し、検知範囲で移動する移動体によって超音波が反射されたときに生じるドップラシフトに基いて、検知範囲における移動体の有無を検知する移動体検知装置が提供され、防犯装置などに用いられている。

この種の移動体検知装置として、検知範囲における移動体の有無を一定時間おきに判定する１次判定部と、１次判定部によって移動体の存在が判定された回数を計数する存在計数部と、存在計数部によって計数された計数値が所定の検出閾値を超えたときに移動体の存在を示す検知信号を生成する２次判定部とを備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。検知信号は、例えば警報用のブザーの駆動を開始させるトリガとして用いられる。すなわち、ノイズなどの影響で１次判定部が誤って移動体の存在を判定しても、その回数が検出閾値に対して少なければ２次判定部は検知信号を出力しないから、１次判定部によってのみ検知信号を出力する場合に比べて誤報が低減される。
特開平９−２７２４０２号公報

しかし、超音波を用いた上記従来の移動体検知装置においては、検知範囲に移動体が存在しなくとも、検知範囲における空気の流動に起因する低周波ノイズにより、１次判定部が誤って移動体の存在を判定してしまうことがある。このように１次判定部が誤って移動体の存在を判定した回数が検出閾値に達すると、やはり２次判定部が検知信号を出力して誤報が発生してしまう。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、誤報が低減される移動体検知装置を提供することにある。

請求項１の発明は、検知範囲に対し所定の周波数の超音波を送波する送波部と、送波部から送波され検知範囲において反射された超音波を受波するとともに受波した超音波を電気信号に変換する受波部と、検知範囲において受波部との間の距離を変化させる方向に移動する移動体が存在するか否かを、送波部が送波した超音波の周波数と受波部に受波された超音波の周波数との関係に基いて判定する１次判定部と、１次判定部による判定結果が定期的に入力され１次判定部による判定が存在であるときには計数値に所定の数値を加算し１次判定部による判定が非存在であるときには計数値を変動させない存在計数部と、存在計数部における計数値の絶対値が所定の検出閾値を超えたときに移動体が検出されたことを示す検知信号を出力する２次判定部と、１次判定部による判定結果が定期的に入力され１次判定部による非存在との判定結果が連続した回数を計数する非存在計数部と、非存在計数部によって計数された計数値が所定の減算閾値を超えたときに、存在計数部における計数値の絶対値が一定数以下であれば存在計数部における計数値を０とし、存在計数部における計数値の絶対値が前記一定数より大きければ存在計数部における計数値の絶対値を前記一定数だけ減少させる計数値減算部とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、１次判定部による非存在との判定結果が連続するようなときには２次判定部からの検知信号の出力が抑えられるから、１次判定部において存在との判定の間に非存在との判定が連続して出されやすい低周波ノイズによる誤報が低減される。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、送波部が送波する超音波の周波数を有する正弦波形の第１の基準信号を生成する発振部と、第１の基準信号の位相を９０°ずらした第２の基準信号を生成する移相部と、第１の基準信号と受波部の出力とを混合して検波することにより、第１の基準信号の周波数と受波部の出力の周波数との差の周波数を有する第１のドップラ信号を生成する第１のミキサと、第２の基準信号と受波部の出力とを混合して検波することにより、第２の基準信号の周波数と受波部の出力の周波数との差の周波数を有する第２のドップラ信号を生成する第２のミキサと、第１のドップラ信号のレベルをＸ座標とし第２のドップラ信号のレベルをＹ座標とする転位点が存在する象限を定期的に検出するとともに転位点の象限間の転位を判定し、転位点が互いに隣接する象限間を転位した場合に移動体の存在を判定するとともに転位点の転位方向に基いて移動体の移動方向が受波部に近付く方向か受波部から遠ざかる方向かを判定し、その他の場合に移動体の非存在を判定する１次判定部としての象限転位判定部とを備え、存在計数部は、象限転位判定部によって移動体の存在が判定されたときに、移動体の移動方向が受波部に近付く方向か受波部から遠ざかる方向かに応じて正負の符号が互いに異なる数値を計数値に加算することを特徴とする。

この発明によれば、移動体が受波部に近付く方向と受波部から遠ざかる方向とに交互に移動する場合には、存在計数部において正負の符号が互いに異なる数値が互いに相殺される結果、存在計数部における計数値の絶対値が検出閾値を超えにくく２次判定部から検知信号が出力されにくいから、例えば風に揺れるカーテンのように検知範囲内で揺動する物体を誤って検知することによる誤報が低減される。

本発明によれば、１次判定部による判定結果が定期的に入力され１次判定部による非存在との判定結果が連続した回数を計数する非存在計数部と、非存在計数部によって計数された計数値が所定の減算閾値を超えたときに、存在計数部における計数値の絶対値が一定数以下であれば存在計数部における計数値を０とし、存在計数部における計数値の絶対値が前記一定数より大きければ存在計数部における計数値の絶対値を前記一定数だけ減少させる計数値減算部とを備えることにより、１次判定部による非存在との判定結果が連続するようなときには検知信号の出力が抑えられるから、１次判定部において存在との判定の間に非存在との判定が連続して出されやすい低周波ノイズによる誤報が低減される。

以下、本発明を実施するための最良に形態について、図面を参照しながら説明する。

本実施形態は、図１に示すように、所定の周波数ｆ０の正弦波形の電気信号である第１の基準信号Ｅ０を生成する発振回路１０と、第１の基準信号Ｅ０の周波数ｆ０を有する超音波を検知範囲へ送波する送波器１と、送波器１から送波され移動体ＯＢによって反射された反射波を受波するとともに受波した超音波を同じ周波数ｆの電気信号である受波信号Ｅｉｎに変換する受波器２と、第１の基準信号Ｅ０の位相を９０°進ませた第２の基準信号Ｅ０’を生成する移相回路１１とを備える。また、各基準信号Ｅ０，Ｅ０’に対して、それぞれ受波信号Ｅｉｎに混合・検波するミキサ１２ａ，１２ｂと、ミキサ１２ａ，１２ｂの出力を増幅する増幅回路１３ａ，１３ｂとを備える。すなわち、一方の増幅回路１３ａからは、受波信号Ｅｉｎと第１の基準信号Ｅ０とが混合・検波及び増幅された第１のドップラ信号Ｅが出力され、他方の増幅回路１３ｂからは、受波信号Ｅｉｎと第２の基準信号Ｅ０’とが混合・検波及び増幅された第２のドップラ信号Ｅ’が出力される。

ここで、時間ｔを用いて第１の基準信号Ｅ０の電圧値をＡ０・ｓｉｎ（２π・ｆ０・ｔ）とおくと、第２の基準信号Ｅ０’の電圧値はＡ０・ｃｏｓ（２π・ｆ０・ｔ）となる。また、簡単のために受波信号Ｅｉｎとして１個の移動体ＯＢでの反射波のみを考え、この電圧値をＡ１・ｓｉｎ（２π・ｆ・ｔ＋ａ）とおくと、これと第１の基準信号Ｅ０とを混合したものは次式のようになる。

このうち、ｆ＋ｆ０の周波数を有する成分はミキサ１２ａによる検波に伴って除去される。従って、受波信号Ｅｉｎの周波数ｆと基準信号Ｅ０，Ｅ０’の周波数ｆ０との差であるビート周波数ｆｂ＝｜ｆ−ｆ０｜を用いると、第１のドップラ信号Ｅの波形は、係数を省略するとｃｏｓ（２π・ｆｂ・ｔ）と表され、この符号は受波信号Ｅｉｎの周波数ｆと基準信号Ｅ０，Ｅ０’の周波数ｆ０との大小関係に関わらず一定である。

また、受波信号Ｅｉｎと第２の基準信号Ｅ０’とを混合したものは、次式のようになる。

そして、第１の基準信号Ｅの場合と同様にｆ＋ｆ０の周波数を有する成分はミキサ１２ｂにより除去される。ここで、第２のドップラ信号Ｅ’の符号は受波信号Ｅｉｎの周波数ｆと基準信号Ｅ０，Ｅ０’の周波数ｆ０との大小関係によって異なる。具体的には、受波信号Ｅｉｎに第２の基準信号Ｅ０’を乗じた第２のドップラ信号Ｅ’の波形は、係数を省略すると、ｆ＞ｆ０であるとき、すなわち、移動体ＯＢが受波器２に接近中であるときはｓｉｎ（２π・ｆｂ・ｔ）と表され、ｆ＜ｆ０であるとき、すなわち、移動体ＯＢが受波器２から遠ざかっているときは−ｓｉｎ（２π・ｆｂ・ｔ）と表される。

つまり、図２に示すように第１のドップラ信号Ｅのレベル（電圧値）をＸ座標とし第２のドップラ信号Ｅ’のレベル（電圧値）をＹ座標とする点（以下、「転位点」と呼ぶ。）は、時間の経過に伴い、移動体ＯＢが受波器２に接近中であるときには原点Ｏに対して反時計回りに移動し、移動体ＯＢが受波器２から遠ざかっているときには原点Ｏに対して時計回りに移動する。ここで、本実施形態においてはドップラ信号Ｅ，Ｅ’が電圧信号であることから上記「レベル」は電圧値を指すが、ドップラ信号Ｅ，Ｅ’が電流信号となる構成を採用する場合には「レベル」として電流値を用いればよい。

本実施形態は、転位点が存在する象限がどのように変化したかを示す転位信号を生成する象限転位判定回路１４を備える。すなわち、象限転位判定回路１４はメモリを有し、各ドップラ信号Ｅ，Ｅ’のレベルの符号をそれぞれ定期的に検出し、検出結果をメモリに格納するとともに、メモリに格納された前回の各ドップラ信号Ｅ，Ｅ’のレベルの符号に対し、新たに検出された各ドップラ信号Ｅ，Ｅ’のレベルの符号がそれぞれどのように変化したかによって転位信号を決定する。具体的には、転位信号は、−１，０，１のいずれかの判定値を示しており、第１象限→第２象限→第３象限→第４象限→第１象限といったように、転位点が図２における反時計回りに象限を転位した場合には判定値「１」を示し、第１象限→第４象限→第３象限→第２象限→第１象限といったように、転位点が図２における時計回りに象限を転位した場合には判定値「−１」を示し、その他の場合には判定値「０」を示す。例えば、転位点が時間の経過とともに図２に矢印で示す軌跡を描く場合、転位点が点ａ，ｂ，ｄ，ｅを通過する際には判定値「１」を示す転位信号が出力され、転位点が点ｃを通過する際には判定値「−１」を示す転位信号が出力される。転位信号の判定値が「０」となる前記その他の場合としては、転位点が象限を移動しなかった場合や、第１象限と第３象限との間、第２象限と第４象限との間といったように転位点が対角状に移動した場合や、最新もしくは直前の検出結果においてドップラ信号Ｅ，Ｅ’の一方又は両方のレベルの絶対値が非常に低く符号を検出できなかった場合や、始動直後であって前回の検出結果がメモリに存在しない場合などがある。

つまり、象限転位判定回路１４は、受波器２との間の距離を変化させる方向に移動する移動体ＯＢの存否を象限間での転位点の転位に基いて判定するとともに、受波器２に接近中の移動体ＯＢが存在すると判定したときには１を示す転位信号を出力し、受波器２から遠ざかる移動体ＯＢが存在すると判定したときには−１を示す転位信号を出力し、移動体ＯＢが存在しないと判定したときに０を示す転位信号を出力しているといえる。

ここで、象限転位判定回路１４が各ドップラ信号Ｅ，Ｅ’のレベルの符号をそれぞれ検出する時間間隔は、移動体ＯＢが検知対象（例えば人体）の通常の移動速度で受波器２との間の距離を変化させる方向に移動するときに、上記時間間隔の間に転位点が原点Ｏに対して９０°以下の適宜の角度だけ移動するように決定する。

なお、象限転位判定回路１４の動作に関しては、前回の検出結果において一方のドップラ信号Ｅ，Ｅ’についてのみレベルの絶対値が非常に低かった場合、すなわち転位点が互いに隣接する２個の象限の境界に存在していた場合であって、最新の検出結果において転位点が上記２個の象限の一方にある場合、転位点が上記境界を横断したものとして転位信号を決定してもよい。例えば、前回の検出結果において第１のドップラ信号Ｅのレベルが正であって第２のドップラ信号Ｅ’のレベルが非常に低く、最新の検出結果において第１のドップラ信号のレベルがやはり正であって第２のドップラ信号Ｅ’のレベルが正である場合、転位点は第４象限から第１象限に転位したものとして象限転位判定回路１４は判定値「１」を示す転位信号を出力する。

また、本実施形態は、計数値が格納され転位信号が出力される度に転位信号に示された判定値を計数値に加算する存在計数回路１５と、存在計数回路１５における計数値の絶対値を所定の検出閾値と比較し、存在計数回路１５における計数値の絶対値が検出閾値を超えたときに移動体ＯＢの存在を判定して検知信号を生成する２次判定部としての存在判定回路１６と、検知信号をトリガとして動作し移動体ＯＢの存在を使用者に報知する報知回路１７とを備える。報知回路１７は、例えばブザーとブザーを駆動する回路とからなる。報知回路１７は他の構成と共通の装置に設けてもよいし、報知回路１７を他の構成とは別途の装置に設け、検知信号が電波を媒体として又は信号線を介して送受信される構成としてもよい。

本実施形態では、受波器２との間の距離を変化させる方向のうち一方向に、ある程度の速さで、一定距離継続して移動する移動体ＯＢが存在した場合に、報知回路１７によって使用者に移動体ＯＢの存在が報知される。ここで、例えば風に揺れるカーテンのように受波器２から離れる方向と受波器２に近付く方向とに交互に移動する物体が存在した場合、転位信号の判定値の１と−１とが互いに相殺される結果、存在計数回路１５における計数値の絶対値は検出閾値を超えない。つまり、本実施形態では、ある程度の距離を移動する移動体ＯＢのみが検知されるのであり、カーテンのように検知範囲内で揺動する物体を誤って検知することによる誤報は低減される。

さらに、本実施形態は、象限転位判定回路１４から判定値０の転位信号すなわち移動体ＯＢの非存在を示す転位信号が連続して出力された回数を計数する非存在計数回路２０と、非存在計数回路２０によって計数された計数値が所定の減算閾値を超えたときに、非存在計数回路２０における計数値と存在計数回路１５における計数値とをそれぞれ０に戻す計数値減算回路２１とを備える。具体的に説明すると、非存在計数回路２０は、転位信号の判定値が０であった場合は計数値に１を加算し、転位信号の判定値が１又は−１であった場合は計数値を０に戻す。

上記構成によれば、移動体ＯＢの非存在を示す転位信号が減算閾値を超える回数連続した場合、存在計数回路２０における計数値が０にリセットされるから、検知信号は出力されず報知回路１７は動作しない。ここで、検知範囲における気体の流動に起因する低周波ノイズでは、象限転位判定回路１４において移動体ＯＢの非存在を示す判定値「０」の転位信号が連続して出力されやすい。本実施形態では、上記低周波ノイズでは検知信号が出力されにくいから、上記低周波ノイズによる誤報が低減される。

なお、１次判定部や２次判定部の構成は上記のものに限られず、例えば図３に示す構成をとってもよい。図３の例では、移相回路１１と、ミキサ１２ｂ及び増幅回路１３ｂの組の一方とを省略して、ドップラ信号Ｅとして第１のドップラ信号Ｅのみを用いている。また、定期的にドップラ信号Ｅの周波数ｆｂを検出して所定の周波数範囲と比較し、ドップラ信号Ｅの周波数ｆｂが上記所定の周波数範囲に含まれるときに移動体ＯＢの存在を判定し、ドップラ信号Ｅの周波数ｆｂが上記所定の周波数範囲外であったときに移動体ＯＢの非存在を判定し、判定結果に応じた電気信号を出力する１次判定部としての比較回路１８を備える。ここで、上記所定の周波数範囲は、検知対象とする例えば人体などの移動体ＯＢの移動速度に対応した範囲とする。存在計数回路１５は、比較回路１８によって移動体ＯＢの存在が判定されたときには計数値に１を加算し、比較回路１８によって移動体ＯＢの非存在が判定されたときには計数値を変動させない。また、非存在計数回路２０は、比較回路１８によって移動体ＯＢの非存在が判定されたときには計数値に１を加算し、比較回路１８によって移動体ＯＢの存在が判定されたときには計数値を０に戻す。その他の部分については、図１の例と共通であるので、同じ符号を付して説明を省略する。

また、計数値減算回路２１は、存在計数回路１５における計数値を０に戻すものに限られず、存在係数回路１５における計数値の絶対値を一定数だけ減少させるものとしてもよい。この場合であっても、存在係数回路１５における計数値の絶対値が、減少させる上記一定数以下であった場合には、やはり存在係数回路１５における計数値を０とする。

本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。第１のドップラ信号の電圧値をＸ座標とし第２のドップラ信号の電圧値をＹ座標とする点が描く軌跡の一例を示す説明図である。同上の別の形態を示すブロック図である。

符号の説明

１送波器
２受波器
１４象限転位判定回路
１５存在計数回路
１６存在判定回路
１８比較回路
２０非存在計数回路
２１計数値減算回路

Claims

検知範囲に対し所定の周波数の超音波を送波する送波部と、送波部から送波され検知範囲において反射された超音波を受波するとともに受波した超音波を電気信号に変換する受波部と、検知範囲において受波部との間の距離を変化させる方向に移動する移動体が存在するか否かを、送波部が送波した超音波の周波数と受波部に受波された超音波の周波数との関係に基いて判定する１次判定部と、１次判定部による判定結果が定期的に入力され１次判定部による判定が存在であるときには計数値に所定の数値を加算し１次判定部による判定が非存在であるときには計数値を変動させない存在計数部と、存在計数部における計数値の絶対値が所定の検出閾値を超えたときに移動体が検出されたことを示す検知信号を出力する２次判定部と、１次判定部による判定結果が定期的に入力され１次判定部による非存在との判定結果が連続した回数を計数する非存在計数部と、非存在計数部によって計数された計数値が所定の減算閾値を超えたときに、存在計数部における計数値の絶対値が一定数以下であれば存在計数部における計数値を０とし、存在計数部における計数値の絶対値が前記一定数より大きければ存在計数部における計数値の絶対値を前記一定数だけ減少させる計数値減算部とを備えることを特徴とする移動体検知装置。
送波部が送波する超音波の周波数を有する正弦波形の第１の基準信号を生成する発振部と、第１の基準信号の位相を９０°ずらした第２の基準信号を生成する移相部と、第１の基準信号と受波部の出力とを混合して検波することにより、第１の基準信号の周波数と受波部の出力の周波数との差の周波数を有する第１のドップラ信号を生成する第１のミキサと、第２の基準信号と受波部の出力とを混合して検波することにより、第２の基準信号の周波数と受波部の出力の周波数との差の周波数を有する第２のドップラ信号を生成する第２のミキサと、第１のドップラ信号のレベルをＸ座標とし第２のドップラ信号のレベルをＹ座標とする転位点が存在する象限を定期的に検出するとともに転位点の象限間の転位を判定し、転位点が互いに隣接する象限間を転位した場合に移動体の存在を判定するとともに転位点の転位方向に基いて移動体の移動方向が受波部に近付く方向か受波部から遠ざかる方向かを判定し、その他の場合に移動体の非存在を判定する１次判定部としての象限転位判定部とを備え、
存在計数部は、象限転位判定部によって移動体の存在が判定されたときに、移動体の移動方向が受波部に近付く方向か受波部から遠ざかる方向かに応じて正負の符号が互いに異なる数値を計数値に加算することを特徴とする請求項１記載の移動体検知装置。