JP2004028871A - マイクロウエーブセンサ - Google Patents
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Abstract
【課題】マイクロ波を利用して物体を検知するようにしたＭＷセンサに対し、人体などの検知すべきターゲットとそうでないターゲットとの判別を正確に行って、誤報や失報を回避する。
【解決手段】検知エリア内に存在する物体までの相対距離が短いほど、物体検知判定のためのトリガである移動速度値を低く設定して物体検知判定動作を行う物体判定手段４３を備えさせる。これにより、ＭＷセンサ１から比較的遠い位置で風によって揺れている草木などが存在する場合には物体検知判定は行わない。これに対し、ＭＷセンサ１から比較的近い位置まで人体などが近づいてきた場合には、たとえその移動速度が小さくても物体検知判定を行う。
【選択図】 図１
【解決手段】検知エリア内に存在する物体までの相対距離が短いほど、物体検知判定のためのトリガである移動速度値を低く設定して物体検知判定動作を行う物体判定手段４３を備えさせる。これにより、ＭＷセンサ１から比較的遠い位置で風によって揺れている草木などが存在する場合には物体検知判定は行わない。これに対し、ＭＷセンサ１から比較的近い位置まで人体などが近づいてきた場合には、たとえその移動速度が小さくても物体検知判定を行う。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロウエーブセンサ（以下、「ＭＷセンサ」という）に係る。特に、本発明は、ＭＷセンサの信頼性の向上を図るための対策に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、防犯装置の一つとして、マイクロ波を検知エリアに向けて送信し、検知エリア内に人体（侵入者）が存在する場合には、その人体からの反射波（ドップラー効果によって変調したマイクロ波）を受信して人体を検知するＭＷセンサが知られている（例えば特開平７−３７１７６号公報）。
【０００３】
更に、ＭＷセンサの１タイプとして、周波数の異なる複数のマイクロ波を利用して検知エリア内に存在する人体等の物体（以下、ターゲットと呼ぶ）までの距離を計測するようにしたものも知られている。この種のセンサは、例えば周波数の異なる２種類のマイクロ波を検知エリアに向けて送信し、それぞれの反射波に基づく２つのＩＦ信号の位相差を検出するようになっている。この位相差は、ターゲットまでの距離に相関があり、ターゲットまでの距離が大きいほど位相差も大きくなる傾向がある。つまり、この位相差を求めることによりターゲットまでの距離を計測することが可能である。また、この位相差の時間的な変化を認識することにより検知エリア内のターゲットが移動しているか否かを判定することも可能である。これにより、例えば検知エリア内で移動しているターゲットのみを、検知すべきターゲット（侵入者）として判定することが可能になる。以下、この種のセンサにおけるＩＦ信号の位相差検出動作について説明する。
【０００４】
周波数の異なる２種類のマイクロ波の反射波に基づくＩＦ信号が図３（ａ）に示すような正弦波ＩＦｏｕｔ１，ＩＦｏｕｔ２（ターゲットまでの距離に応じた位相差を有している）である場合、これらＩＦ信号から成形される矩形波Ａ，Ｂは、それぞれ図３（ｂ）に示すようになる。そして、これら矩形波Ａ，Ｂの位相差（図中における矩形波の立ち上がり部分の位相差Δｔ）を検出することによってターゲットまでの距離を計測することが可能になる。また、この矩形波Ａ，Ｂの位相差の時間的な変化を認識することにより、検知エリア内のターゲットの移動（センサに近づいているのか遠ざかっているのか）を認識することが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種のセンサを防犯用センサとして使用し、上記位相差の時間的な変化を認識して検知エリア内で移動しているターゲットのみを、検知すべきターゲット（侵入者）であると判定するようにした場合、以下に述べる不具合があった。
【０００６】
つまり、この種のセンサを屋外に設置した場合に、風による草木などの揺れによって上記矩形波Ａ，Ｂに位相差が生じ、これによって草木などを、検知すべきターゲットであると誤検知して誤報を発してしまう可能性がある。
【０００７】
同様に、この種のセンサを屋内に設置した場合に、換気用のファンの回転動作や、風によるブラインドやカーテンの揺れによっても上記矩形波Ａ，Ｂに位相差が生じ、この場合にも人体以外の物体を、検知すべきターゲットであると誤検知して誤報を発してしまう可能性がある。
【０００８】
本発明の発明者はこの点に鑑み、人体などの検知すべきターゲットとそうでない物体（草木やファン等）との判別を正確に行って誤報を回避する技術について既に提案している（特願２００２−８２０４号）。
【０００９】
この提案は、各反射波に基づいて検知エリア内に存在するターゲットまでの相対距離の単位時間当たりの変化量を計測し、その変化量が所定量以上であるときにのみ、そのターゲットを、検知すべきターゲットであると判定するものである。つまり、風によって揺れている草木や回転しているファン等は移動距離が僅かであるのに対し、検知すべき人体等は移動距離が大きい。この差を認識することでターゲットが検知すべきものであるか否かを判定するようにしている。
【００１０】
しかしながら、より正確な判定を行うためには更なる改良が必要であった。その理由を以下に述べる。
【００１１】
上記提案では、図２に示す人体Ａの如く、ターゲットが、僅かに移動した後に停止し、その後、再び僅かに移動した後に停止するといった動作を繰り返した場合、ＭＷセンサ１からターゲットＡまでの相対距離の単位時間当たりの変化量が僅かであり、そのために、このターゲット（人体）Ａを検知すべきターゲットであると判定することができなくなってしまう。
【００１２】
このような状況は、図２に示す人体Ｂの如く、ターゲットが、左右方向に移動しながら徐々にＭＷセンサ１に近づいてくる場合も同様である。つまり、この場合、ターゲットＢの移動量は大きいものの、ターゲットＢとＭＷセンサ１との相対距離は僅かずつしか小さくならないため、ＭＷセンサ１からターゲットＢまでの相対距離の単位時間当たりの変化量も僅かであり、そのターゲット（人体）Ｂを検知すべきターゲットであると判定することができなくなる。
【００１３】
また、このような失報状態を回避するための手段として、検知すべきターゲットであると判定するための相対距離の単位時間当たりの変化量（所謂トリガ）を予め小さく設定しておき、検知エリア内に存在するターゲットが僅かでも移動した場合には発報を行うようにすることも考えられる。
【００１４】
しかし、これでは上述した風によって揺れている草木や回転しているファン等が存在する場合に、これらを検知すべきターゲットであると判断してしまい誤報を発してしまうことになる。
【００１５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、マイクロ波を利用して物体を検知するようにしたＭＷセンサに対し、人体などの検知すべきターゲットとそうでないターゲットとの判別を正確に行って、誤報や失報を回避することができるＭＷセンサを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
−発明の概要−
上記の目的を達成するために、本発明は、検知エリア内でのターゲットの位置及び移動量を認識し、ターゲットの位置に応じて物体検知判定のためのトリガである「単位時間当たりの移動距離値」を変更するようにしている。つまり、ターゲットの位置がセンサから比較的遠い位置である場合にはターゲットが大きく移動しない限り発報は行わない。これに対し、ターゲットの位置がセンサから比較的近い位置である場合にはターゲットが僅かでも移動すれば、それを検知すべきターゲットであるとして発報を行うようにしている。
【００１７】
−解決手段−
具体的には、検知エリアに向けて周波数の異なる複数のマイクロ波を送信し、この検知エリア内に存在する物体からの各マイクロ波の反射波に基づいて物体検知動作を行うマイクロウエーブセンサを前提とする。このマイクロウエーブセンサに対し、距離認識手段、移動距離認識手段、物体判定手段を備えさせている。距離認識手段は、各反射波に基づいて検知エリア内に存在する物体までの「相対距離」を求める。移動距離認識手段は、検知エリア内に存在する物体の「単位時間当たりの移動距離（速度ではなく、ある時間内で実際に物体が移動した距離）」を求める。物体判定手段は、距離認識手段及び移動距離認識手段の出力を受け、検知エリア内に存在する物体までの「相対距離」が短いほど、物体検知判定のためのトリガである「単位時間当たりの移動距離値」を低く設定して物体検知判定動作を行う。
【００１８】
また、他の解決手段としては、上記物体判定手段を、検知エリア内に存在する物体までの「相対距離」が所定値以下である場合には、この「相対距離」が所定値を越えている場合よりも、物体検知判定のためのトリガである「単位時間当たりの移動距離値」を低く設定して物体検知判定動作を行う構成としている。
【００１９】
これら解決手段において、距離認識手段は、検知エリア内に存在する物体からの各マイクロ波の反射波の位相差に基づいて物体までの相対距離を計測するよう構成されている。
【００２０】
また、移動距離認識手段は、距離認識手段からの出力を受けて、物体までの相対距離の単位時間当たりの変化量を計測するよう構成されている。
【００２１】
以上の各構成により、検知エリア内の物体の位置がセンサから比較的遠い位置である場合にはその物体が大きく移動しない限り物体検知判定（発報）を行わない。これに対し、検知エリア内の物体の位置がセンサから比較的近い位置である場合にはその物体が僅かでも移動すれば、それを検知すべき物体であるとして物体検知判定（発報）を行う。つまり、防犯用センサとして使用した場合に警戒度の高い領域ほど物体検知の精度を高めている。従って、例えば、センサから比較的遠い位置にある草木やブラインドやカーテンが風によって揺れている状況やファンが回転している状況では誤報を招くことがない。また、センサから比較的近い位置まで近付いてきた人体（侵入者）に対しては、僅かに移動しただけで物体検知判定（発報）が行われることになる。このため、風によって揺れている草木などを検知すべきターゲットであると判定してしまう誤報や、センサに近付いてきた人体を検知できない失報を回避でき、信頼性の高いＭＷセンサを提供することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、ＭＷセンサを防犯センサとして使用した場合であって、周波数の異なる２種類のマイクロ波を利用して検知対象物体（侵入者等）を判定するようにしたＭＷセンサに本発明を適用した場合について説明する。
【００２３】
−ＭＷセンサの構成説明−
図１は本形態に係るＭＷセンサ１の回路構成を示している。この図に示すように、ＭＷセンサ１は、ＲＦモジュール２及び信号処理部３を備えている。
【００２４】
ＲＦモジュール２は、マイクロ波を発振する発振器２１、この発振器２１から発振されるマイクロ波の周波数を切り換えるための変調器２２、発振器２１から発振されたマイクロ波を検知エリアに向けて送信する送信アンテナ２３、人体等の物体によって反射したマイクロ波の反射波を受信する受信アンテナ２４、この受信されたマイクロ波と発振器２１の電圧波形とをミキシングして出力するミキサ２５を備えている。つまり、送信アンテナ２３から検知エリアに向けて送信されたマイクロ波は、検知エリア内に人体等が存在する場合、ドップラー効果によりその人体等からの反射波の周波数が変調されて受信アンテナ２４に受信される。この受信された反射波はミキサ２５によって発振器２１の電圧波形とミキシングされた後、ＲＦモジュール２からＩＦ出力信号（ＩＦｏｕｔ０）として信号処理部３に出力されるようになっている。
【００２５】
一方、信号処理部３は、送信アンテナ２３から送信する各周波数のマイクロ波毎に対応して第１の出力ラインＬ１及び第２の出力ラインＬ２を備えている。各ラインＬ１，Ｌ２には、電源３１，３２，３３、ＩＦアンプ３４，３５、コンパレータ３６，３７が備えられ、コンパレータ３６，３７の出力側には本形態の特徴とする距離認識手段４１、移動距離認識手段４２、物体判定手段４３が設けられている。これら各手段については後述する。
【００２６】
各ＩＦアンプ３４，３５は、第１スイッチＳＷ１を介してＲＦモジュール２の出力側に接続されている。この第１スイッチＳＷ１は、上記２種類のマイクロ波のうち一方が送信アンテナ２３から送信されている場合には第１の出力ラインＬ１に接続し、他方のマイクロ波が送信アンテナ２３から送信されている場合には第２の出力ラインＬ２に接続するように切り換えられる。つまり、一方のマイクロ波の送信時に人体等によって反射された反射波に係るＩＦ出力信号（ＩＦｏｕｔ１）は第１の出力ラインＬ１に出力され、他方のマイクロ波の送信時に人体等によって反射された反射波に係るＩＦ出力信号（ＩＦｏｕｔ２）は第２の出力ラインＬ２に出力される構成となっている。
【００２７】
また、各電源３１，３２は、上記第１スイッチＳＷ１に連動する第２スイッチＳＷ２を介してＲＦモジュール２の入力側に接続されている。この第２スイッチＳＷ２も、２種類のマイクロ波のうち何れのマイクロ波を送信アンテナ２３から送信するかによって各電源３１，３２に対する接続状態が切り換わるようになっている。つまり、この第２スイッチＳＷ２が一方の電源３１に接続している状態と他方の電源３２に接続している状態とで、変調器２２がマイクロ波の周波数を切り換え、これによって送信アンテナ２３から送信されるマイクロ波の周波数が切り換えられる構成となっている。
【００２８】
このようにして、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切り換え動作に伴い、一方の周波数のマイクロ波が送信アンテナ２３から検知エリアに向けて送信され、その反射波に基づくＩＦ出力信号（ＩＦｏｕｔ１）が信号処理部３の第１の出力ラインＬ１に出力されてこの第１の出力ラインＬ１において信号処理が行われる第１処理動作と、他方の周波数のマイクロ波が送信アンテナ２３から検知エリアに向けて送信され、その反射波に基づくＩＦ出力信号（ＩＦｏｕｔ２）が信号処理部３の第２の出力ラインＬ２に出力されてこの第２の出力ラインＬ２において信号処理が行われる第２処理動作とが所定時間間隔（例えば数ｍｓｅｃ）をもって切り換えられるようになっている。そして、各処理動作では、ＲＦモジュール２から出力されたＩＦ出力信号が、ＩＦアンプ３４，３５によって増幅され、このＩＦアンプ３４，３５からの出力がコンパレータ３６，３７によって矩形波に成形された後に距離認識手段４１に出力されるようになっている。
【００２９】
更に、上記各処理動作について詳述すると、検知エリア内に人体等の物体が存在していない場合には、送信アンテナ２３から送信されたマイクロ波と受信アンテナ２４に受信されたマイクロ波との周波数は等しいため、ＩＦアンプ３４，３５からの出力信号におけるＩＦ周波数は「０」となり、コンパレータ３６，３７からは信号が出力されない。
【００３０】
これに対し、検知エリア内に人体等が存在する場合には、送信アンテナ２３から送信されたマイクロ波の周波数に対して受信アンテナ２４に受信されたマイクロ波は変調されるため、コンパレータ３６，３７の出力信号波形に変化が生じ、この矩形波が距離認識手段４１に出力されるようになっている。
【００３１】
−各手段４１，４２，４３の説明−
次に、コンパレータ３６，３７からの出力信号波形に基づいて物体判定を行うための距離認識手段４１、移動距離認識手段４２、物体判定手段４３について説明する。
【００３２】
距離認識手段４１は、コンパレータ３６，３７からの出力信号波形を受け、これら出力信号波形に基づいて検知エリア内に存在する物体までの相対距離を求める。つまり、検知エリア内に存在する物体からの各マイクロ波の反射波の位相差に基づいて物体までの相対距離を計測するよう構成されている。詳しくは、上述した如く、２つのＩＦ出力信号（ＩＦｏｕｔ１，ＩＦｏｕｔ２）の位相差は、物体（ターゲット）までの距離に相関があり、物体までの距離が大きいほど位相差も大きくなる傾向がある。つまり、距離認識手段４１は、この位相差を求めることにより物体までの距離を計測するよう構成されている。
【００３３】
移動距離認識手段４２は、検知エリア内に存在する物体の単位時間当たりの移動距離（速度ではなく、例えば１ｓｅｃ間に物体が実際に移動した距離）を求めるものである。つまり、上記距離認識手段４１からの出力を受け、物体までの相対距離の単位時間当たりの変化量を計測してその物体の単位時間当たりの移動距離を求めるよう構成されている。
【００３４】
物体判定手段４３は、上記距離認識手段４１及び移動距離認識手段４２の出力を受け、検知エリア内に存在する物体までの相対距離が短いほど、物体検知判定のためのトリガである「単位時間当たりの移動距離値」を低く設定して物体検知判定動作を行うように構成されている。つまり、検知エリア内の物体の位置がＭＷセンサ１から比較的遠い位置である場合にはその物体が大きく移動しない限り物体検知判定（発報）を行わないようにする。これに対し、検知エリア内の物体の位置がＭＷセンサ１から比較的近い位置である場合にはその物体が僅かでも移動すれば、それを検知すべき物体であるとして物体検知判定を行って、物体検知信号を発信し、発報が行われるようになっている。
【００３５】
従って、例えば、ＭＷセンサ１から比較的遠い位置にある草木が風によって揺れている状況では、これを検知すべき物体であると判定してしまうことはなく、誤報を招くことがない。また、ＭＷセンサ１から比較的近い位置まで近付いてきた人体（侵入者）に対しては、僅かに移動しただけで物体検知判定（発報）が行われることになり失報することがない。
【００３６】
以下、具体的に説明する。
【００３７】
ＭＷセンサ１から物体までの相対距離は以下の式（１）により算出することができる。
【００３８】
Ｒ＝ｃ・Δφ／４π・Δｆ …（１）
（Ｒ：物体までの相対距離、ｃ：光速、Δφ：矩形波Ａ，Ｂの位相差、Δｆ：発振器２１から発振される２種類のマイクロ波の周波数差）
上記距離認識手段４１は、この式（１）によって所定時間毎に物体までの距離を算出していく。また、移動距離認識手段４２は、この物体までの距離の単位時間当たりの変化量を計測する。そして、物体判定手段４３は、物体までの相対距離に応じて予め設定されているトリガ（物体検知判定のための「単位時間当たりの移動距離値」）に比べて、上記変化量（物体の移動距離）が大きいとき、その物体は検知すべき物体（人体）であると判定し、物体検知信号を発信する。
【００３９】
以下、物体判定手段４３において設定されるトリガについて具体的に説明する。ＭＷセンサ１から２０ｍの距離では、物体検知判定のための移動距離値（トリガ）は「１ｓｅｃ間の移動距離：３ｍ」に設定される。つまり、物体が１ｓｅｃの間に３ｍ以上移動しない限り物体検知判定（発報）を行わない。
【００４０】
また、ＭＷセンサ１から１０ｍの距離では、物体検知判定のための移動距離値は「１ｓｅｃ間の移動距離：２ｍ」に設定される。つまり、物体が１ｓｅｃの間に２ｍ以上移動しない限り物体検知判定を行わない。
【００４１】
更に、ＭＷセンサ１から３ｍの距離では、物体検知判定のための移動距離値は「１ｓｅｃ間の移動距離：０．３ｍ」に設定される。つまり、物体が１ｓｅｃの間に０．３ｍ移動しただけでも物体検知判定を行うようにしている（図２参照）。
【００４２】
尚、この物体検知判定のためのトリガである各移動距離値は、ＭＷセンサ１に近い位置であるほど徐々に（リニアに）短く設定するものであってもよいし、ＭＷセンサ１からの距離が２０ｍ〜１０ｍの範囲では１ｓｅｃ当たり３ｍ、１０ｍ〜３ｍの範囲では１ｓｅｃ当たり２ｍ、３ｍ未満の範囲では１ｓｅｃ当たり０．３ｍといったように段階的に短く設定するものであってもよい。
【００４３】
尚、この場合、ＭＷセンサ１からの距離が３ｍ未満の範囲に存在する草木が風によって揺れている場合に、誤判定してしまう可能性があるが、図２に示すように、ＭＷセンサ１の設置位置として、３ｍ未満の範囲内に草木が存在しないように予め設定しておけば、このような不具合は回避することができる。この図２では、ＭＷセンサ１の検知エリアを二点鎖線で示している。
【００４４】
以上の構成により、例えば、ＭＷセンサ１から比較的遠い位置で風によって揺れている草木などが存在する場合には物体検知判定は行われない。例えば、ＭＷセンサ１から１０ｍの位置で草木が風によって揺れている場合、草木の１ｓｅｃ間の移動距離としては大きくても０．５ｍ程度である。つまり、上記トリガである２ｍには達していないので、この草木を、検知すべき物体であると判定してしまうことはない。これに対し、ＭＷセンサ１から比較的近い位置まで人体などが近づいてきた場合には、たとえその移動距離が小さくても物体検知判定が行われる。例えば、ＭＷセンサ１から３ｍの位置で侵入者が１ｓｅｃ間に０．４ｍ移動しただけでも物体検知判定が行われる。
【００４５】
その結果、風によって揺れている草木などを検知すべき物体であると判定してしまう誤報や、ＭＷセンサ１に近付いてきた人体を検知できない失報を回避でき、信頼性の高いＭＷセンサ１を提供することができる。
【００４６】
−その他の実施形態−
上述した各実施形態では、周波数の異なる２種類のマイクロ波を利用して検知物体までの距離を計測するようにしたＭＷセンサ１について説明した。本発明はこれに限らず、周波数の異なる３種類以上のマイクロ波を利用して検知物体までの距離を計測するようにしてもよい。
【００４７】
また、上記各実施形態では、非検知対象物として草木を例に掲げて説明した。これに限らず、風によりブラインドやカーテンが揺れている状況や、換気用のファンが回転している状況においても、これらを非検知対象物とすることが可能である。
【００４８】
また、上述したトリガである「単位時間当たりの移動距離値」は、上記数値に限るものではなく、ＭＷセンサ１の設置環境に応じて適宜設定されるものである。
【００４９】
また、本発明のＭＷセンサ１は防犯センサ以外の用途にも適用可能である。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、検知エリア内での物体の位置及び移動量を認識し、物体の位置に応じて物体検知判定のためのトリガである「単位時間当たりの移動距離値」を変更するようにしている。つまり、物体の位置がセンサから比較的遠い位置である場合には物体が大きく移動しない限り発報は行わない。これに対し、物体の位置がセンサから比較的近い位置である場合には物体が僅かでも移動すれば、それを検知すべき物体であるとして発報を行うようにしている。このため、センサから比較的遠い位置にある草木やブラインドやカーテンが風によって揺れている状況やファンが回転している状況では、これらを検知すべき物体であると判定してしまうことはなく、誤報を招くことがない。また、センサから比較的近い位置まで近付いてきた人体（侵入者）に対しては、僅かに移動しただけで物体検知判定（発報）が行われることになるため、失報を回避でき、信頼性の高いＭＷセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るＭＷセンサの回路構成を示す図である。
【図２】ＭＷセンサの設置位置とその検知エリアを示す図である。
【図３】従来例における各ＩＦ信号及びそれにより得られた矩形波を示す図である。
【符号の説明】
１ マイクロウエーブセンサ
４１ 距離認識手段
４２ 移動距離認識手段
４３ 物体判定手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロウエーブセンサ（以下、「ＭＷセンサ」という）に係る。特に、本発明は、ＭＷセンサの信頼性の向上を図るための対策に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、防犯装置の一つとして、マイクロ波を検知エリアに向けて送信し、検知エリア内に人体（侵入者）が存在する場合には、その人体からの反射波（ドップラー効果によって変調したマイクロ波）を受信して人体を検知するＭＷセンサが知られている（例えば特開平７−３７１７６号公報）。
【０００３】
更に、ＭＷセンサの１タイプとして、周波数の異なる複数のマイクロ波を利用して検知エリア内に存在する人体等の物体（以下、ターゲットと呼ぶ）までの距離を計測するようにしたものも知られている。この種のセンサは、例えば周波数の異なる２種類のマイクロ波を検知エリアに向けて送信し、それぞれの反射波に基づく２つのＩＦ信号の位相差を検出するようになっている。この位相差は、ターゲットまでの距離に相関があり、ターゲットまでの距離が大きいほど位相差も大きくなる傾向がある。つまり、この位相差を求めることによりターゲットまでの距離を計測することが可能である。また、この位相差の時間的な変化を認識することにより検知エリア内のターゲットが移動しているか否かを判定することも可能である。これにより、例えば検知エリア内で移動しているターゲットのみを、検知すべきターゲット（侵入者）として判定することが可能になる。以下、この種のセンサにおけるＩＦ信号の位相差検出動作について説明する。
【０００４】
周波数の異なる２種類のマイクロ波の反射波に基づくＩＦ信号が図３（ａ）に示すような正弦波ＩＦｏｕｔ１，ＩＦｏｕｔ２（ターゲットまでの距離に応じた位相差を有している）である場合、これらＩＦ信号から成形される矩形波Ａ，Ｂは、それぞれ図３（ｂ）に示すようになる。そして、これら矩形波Ａ，Ｂの位相差（図中における矩形波の立ち上がり部分の位相差Δｔ）を検出することによってターゲットまでの距離を計測することが可能になる。また、この矩形波Ａ，Ｂの位相差の時間的な変化を認識することにより、検知エリア内のターゲットの移動（センサに近づいているのか遠ざかっているのか）を認識することが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この種のセンサを防犯用センサとして使用し、上記位相差の時間的な変化を認識して検知エリア内で移動しているターゲットのみを、検知すべきターゲット（侵入者）であると判定するようにした場合、以下に述べる不具合があった。
【０００６】
つまり、この種のセンサを屋外に設置した場合に、風による草木などの揺れによって上記矩形波Ａ，Ｂに位相差が生じ、これによって草木などを、検知すべきターゲットであると誤検知して誤報を発してしまう可能性がある。
【０００７】
同様に、この種のセンサを屋内に設置した場合に、換気用のファンの回転動作や、風によるブラインドやカーテンの揺れによっても上記矩形波Ａ，Ｂに位相差が生じ、この場合にも人体以外の物体を、検知すべきターゲットであると誤検知して誤報を発してしまう可能性がある。
【０００８】
本発明の発明者はこの点に鑑み、人体などの検知すべきターゲットとそうでない物体（草木やファン等）との判別を正確に行って誤報を回避する技術について既に提案している（特願２００２−８２０４号）。
【０００９】
この提案は、各反射波に基づいて検知エリア内に存在するターゲットまでの相対距離の単位時間当たりの変化量を計測し、その変化量が所定量以上であるときにのみ、そのターゲットを、検知すべきターゲットであると判定するものである。つまり、風によって揺れている草木や回転しているファン等は移動距離が僅かであるのに対し、検知すべき人体等は移動距離が大きい。この差を認識することでターゲットが検知すべきものであるか否かを判定するようにしている。
【００１０】
しかしながら、より正確な判定を行うためには更なる改良が必要であった。その理由を以下に述べる。
【００１１】
上記提案では、図２に示す人体Ａの如く、ターゲットが、僅かに移動した後に停止し、その後、再び僅かに移動した後に停止するといった動作を繰り返した場合、ＭＷセンサ１からターゲットＡまでの相対距離の単位時間当たりの変化量が僅かであり、そのために、このターゲット（人体）Ａを検知すべきターゲットであると判定することができなくなってしまう。
【００１２】
このような状況は、図２に示す人体Ｂの如く、ターゲットが、左右方向に移動しながら徐々にＭＷセンサ１に近づいてくる場合も同様である。つまり、この場合、ターゲットＢの移動量は大きいものの、ターゲットＢとＭＷセンサ１との相対距離は僅かずつしか小さくならないため、ＭＷセンサ１からターゲットＢまでの相対距離の単位時間当たりの変化量も僅かであり、そのターゲット（人体）Ｂを検知すべきターゲットであると判定することができなくなる。
【００１３】
また、このような失報状態を回避するための手段として、検知すべきターゲットであると判定するための相対距離の単位時間当たりの変化量（所謂トリガ）を予め小さく設定しておき、検知エリア内に存在するターゲットが僅かでも移動した場合には発報を行うようにすることも考えられる。
【００１４】
しかし、これでは上述した風によって揺れている草木や回転しているファン等が存在する場合に、これらを検知すべきターゲットであると判断してしまい誤報を発してしまうことになる。
【００１５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、マイクロ波を利用して物体を検知するようにしたＭＷセンサに対し、人体などの検知すべきターゲットとそうでないターゲットとの判別を正確に行って、誤報や失報を回避することができるＭＷセンサを提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
−発明の概要−
上記の目的を達成するために、本発明は、検知エリア内でのターゲットの位置及び移動量を認識し、ターゲットの位置に応じて物体検知判定のためのトリガである「単位時間当たりの移動距離値」を変更するようにしている。つまり、ターゲットの位置がセンサから比較的遠い位置である場合にはターゲットが大きく移動しない限り発報は行わない。これに対し、ターゲットの位置がセンサから比較的近い位置である場合にはターゲットが僅かでも移動すれば、それを検知すべきターゲットであるとして発報を行うようにしている。
【００１７】
−解決手段−
具体的には、検知エリアに向けて周波数の異なる複数のマイクロ波を送信し、この検知エリア内に存在する物体からの各マイクロ波の反射波に基づいて物体検知動作を行うマイクロウエーブセンサを前提とする。このマイクロウエーブセンサに対し、距離認識手段、移動距離認識手段、物体判定手段を備えさせている。距離認識手段は、各反射波に基づいて検知エリア内に存在する物体までの「相対距離」を求める。移動距離認識手段は、検知エリア内に存在する物体の「単位時間当たりの移動距離（速度ではなく、ある時間内で実際に物体が移動した距離）」を求める。物体判定手段は、距離認識手段及び移動距離認識手段の出力を受け、検知エリア内に存在する物体までの「相対距離」が短いほど、物体検知判定のためのトリガである「単位時間当たりの移動距離値」を低く設定して物体検知判定動作を行う。
【００１８】
また、他の解決手段としては、上記物体判定手段を、検知エリア内に存在する物体までの「相対距離」が所定値以下である場合には、この「相対距離」が所定値を越えている場合よりも、物体検知判定のためのトリガである「単位時間当たりの移動距離値」を低く設定して物体検知判定動作を行う構成としている。
【００１９】
これら解決手段において、距離認識手段は、検知エリア内に存在する物体からの各マイクロ波の反射波の位相差に基づいて物体までの相対距離を計測するよう構成されている。
【００２０】
また、移動距離認識手段は、距離認識手段からの出力を受けて、物体までの相対距離の単位時間当たりの変化量を計測するよう構成されている。
【００２１】
以上の各構成により、検知エリア内の物体の位置がセンサから比較的遠い位置である場合にはその物体が大きく移動しない限り物体検知判定（発報）を行わない。これに対し、検知エリア内の物体の位置がセンサから比較的近い位置である場合にはその物体が僅かでも移動すれば、それを検知すべき物体であるとして物体検知判定（発報）を行う。つまり、防犯用センサとして使用した場合に警戒度の高い領域ほど物体検知の精度を高めている。従って、例えば、センサから比較的遠い位置にある草木やブラインドやカーテンが風によって揺れている状況やファンが回転している状況では誤報を招くことがない。また、センサから比較的近い位置まで近付いてきた人体（侵入者）に対しては、僅かに移動しただけで物体検知判定（発報）が行われることになる。このため、風によって揺れている草木などを検知すべきターゲットであると判定してしまう誤報や、センサに近付いてきた人体を検知できない失報を回避でき、信頼性の高いＭＷセンサを提供することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ここでは、ＭＷセンサを防犯センサとして使用した場合であって、周波数の異なる２種類のマイクロ波を利用して検知対象物体（侵入者等）を判定するようにしたＭＷセンサに本発明を適用した場合について説明する。
【００２３】
−ＭＷセンサの構成説明−
図１は本形態に係るＭＷセンサ１の回路構成を示している。この図に示すように、ＭＷセンサ１は、ＲＦモジュール２及び信号処理部３を備えている。
【００２４】
ＲＦモジュール２は、マイクロ波を発振する発振器２１、この発振器２１から発振されるマイクロ波の周波数を切り換えるための変調器２２、発振器２１から発振されたマイクロ波を検知エリアに向けて送信する送信アンテナ２３、人体等の物体によって反射したマイクロ波の反射波を受信する受信アンテナ２４、この受信されたマイクロ波と発振器２１の電圧波形とをミキシングして出力するミキサ２５を備えている。つまり、送信アンテナ２３から検知エリアに向けて送信されたマイクロ波は、検知エリア内に人体等が存在する場合、ドップラー効果によりその人体等からの反射波の周波数が変調されて受信アンテナ２４に受信される。この受信された反射波はミキサ２５によって発振器２１の電圧波形とミキシングされた後、ＲＦモジュール２からＩＦ出力信号（ＩＦｏｕｔ０）として信号処理部３に出力されるようになっている。
【００２５】
一方、信号処理部３は、送信アンテナ２３から送信する各周波数のマイクロ波毎に対応して第１の出力ラインＬ１及び第２の出力ラインＬ２を備えている。各ラインＬ１，Ｌ２には、電源３１，３２，３３、ＩＦアンプ３４，３５、コンパレータ３６，３７が備えられ、コンパレータ３６，３７の出力側には本形態の特徴とする距離認識手段４１、移動距離認識手段４２、物体判定手段４３が設けられている。これら各手段については後述する。
【００２６】
各ＩＦアンプ３４，３５は、第１スイッチＳＷ１を介してＲＦモジュール２の出力側に接続されている。この第１スイッチＳＷ１は、上記２種類のマイクロ波のうち一方が送信アンテナ２３から送信されている場合には第１の出力ラインＬ１に接続し、他方のマイクロ波が送信アンテナ２３から送信されている場合には第２の出力ラインＬ２に接続するように切り換えられる。つまり、一方のマイクロ波の送信時に人体等によって反射された反射波に係るＩＦ出力信号（ＩＦｏｕｔ１）は第１の出力ラインＬ１に出力され、他方のマイクロ波の送信時に人体等によって反射された反射波に係るＩＦ出力信号（ＩＦｏｕｔ２）は第２の出力ラインＬ２に出力される構成となっている。
【００２７】
また、各電源３１，３２は、上記第１スイッチＳＷ１に連動する第２スイッチＳＷ２を介してＲＦモジュール２の入力側に接続されている。この第２スイッチＳＷ２も、２種類のマイクロ波のうち何れのマイクロ波を送信アンテナ２３から送信するかによって各電源３１，３２に対する接続状態が切り換わるようになっている。つまり、この第２スイッチＳＷ２が一方の電源３１に接続している状態と他方の電源３２に接続している状態とで、変調器２２がマイクロ波の周波数を切り換え、これによって送信アンテナ２３から送信されるマイクロ波の周波数が切り換えられる構成となっている。
【００２８】
このようにして、各スイッチＳＷ１，ＳＷ２の切り換え動作に伴い、一方の周波数のマイクロ波が送信アンテナ２３から検知エリアに向けて送信され、その反射波に基づくＩＦ出力信号（ＩＦｏｕｔ１）が信号処理部３の第１の出力ラインＬ１に出力されてこの第１の出力ラインＬ１において信号処理が行われる第１処理動作と、他方の周波数のマイクロ波が送信アンテナ２３から検知エリアに向けて送信され、その反射波に基づくＩＦ出力信号（ＩＦｏｕｔ２）が信号処理部３の第２の出力ラインＬ２に出力されてこの第２の出力ラインＬ２において信号処理が行われる第２処理動作とが所定時間間隔（例えば数ｍｓｅｃ）をもって切り換えられるようになっている。そして、各処理動作では、ＲＦモジュール２から出力されたＩＦ出力信号が、ＩＦアンプ３４，３５によって増幅され、このＩＦアンプ３４，３５からの出力がコンパレータ３６，３７によって矩形波に成形された後に距離認識手段４１に出力されるようになっている。
【００２９】
更に、上記各処理動作について詳述すると、検知エリア内に人体等の物体が存在していない場合には、送信アンテナ２３から送信されたマイクロ波と受信アンテナ２４に受信されたマイクロ波との周波数は等しいため、ＩＦアンプ３４，３５からの出力信号におけるＩＦ周波数は「０」となり、コンパレータ３６，３７からは信号が出力されない。
【００３０】
これに対し、検知エリア内に人体等が存在する場合には、送信アンテナ２３から送信されたマイクロ波の周波数に対して受信アンテナ２４に受信されたマイクロ波は変調されるため、コンパレータ３６，３７の出力信号波形に変化が生じ、この矩形波が距離認識手段４１に出力されるようになっている。
【００３１】
−各手段４１，４２，４３の説明−
次に、コンパレータ３６，３７からの出力信号波形に基づいて物体判定を行うための距離認識手段４１、移動距離認識手段４２、物体判定手段４３について説明する。
【００３２】
距離認識手段４１は、コンパレータ３６，３７からの出力信号波形を受け、これら出力信号波形に基づいて検知エリア内に存在する物体までの相対距離を求める。つまり、検知エリア内に存在する物体からの各マイクロ波の反射波の位相差に基づいて物体までの相対距離を計測するよう構成されている。詳しくは、上述した如く、２つのＩＦ出力信号（ＩＦｏｕｔ１，ＩＦｏｕｔ２）の位相差は、物体（ターゲット）までの距離に相関があり、物体までの距離が大きいほど位相差も大きくなる傾向がある。つまり、距離認識手段４１は、この位相差を求めることにより物体までの距離を計測するよう構成されている。
【００３３】
移動距離認識手段４２は、検知エリア内に存在する物体の単位時間当たりの移動距離（速度ではなく、例えば１ｓｅｃ間に物体が実際に移動した距離）を求めるものである。つまり、上記距離認識手段４１からの出力を受け、物体までの相対距離の単位時間当たりの変化量を計測してその物体の単位時間当たりの移動距離を求めるよう構成されている。
【００３４】
物体判定手段４３は、上記距離認識手段４１及び移動距離認識手段４２の出力を受け、検知エリア内に存在する物体までの相対距離が短いほど、物体検知判定のためのトリガである「単位時間当たりの移動距離値」を低く設定して物体検知判定動作を行うように構成されている。つまり、検知エリア内の物体の位置がＭＷセンサ１から比較的遠い位置である場合にはその物体が大きく移動しない限り物体検知判定（発報）を行わないようにする。これに対し、検知エリア内の物体の位置がＭＷセンサ１から比較的近い位置である場合にはその物体が僅かでも移動すれば、それを検知すべき物体であるとして物体検知判定を行って、物体検知信号を発信し、発報が行われるようになっている。
【００３５】
従って、例えば、ＭＷセンサ１から比較的遠い位置にある草木が風によって揺れている状況では、これを検知すべき物体であると判定してしまうことはなく、誤報を招くことがない。また、ＭＷセンサ１から比較的近い位置まで近付いてきた人体（侵入者）に対しては、僅かに移動しただけで物体検知判定（発報）が行われることになり失報することがない。
【００３６】
以下、具体的に説明する。
【００３７】
ＭＷセンサ１から物体までの相対距離は以下の式（１）により算出することができる。
【００３８】
Ｒ＝ｃ・Δφ／４π・Δｆ …（１）
（Ｒ：物体までの相対距離、ｃ：光速、Δφ：矩形波Ａ，Ｂの位相差、Δｆ：発振器２１から発振される２種類のマイクロ波の周波数差）
上記距離認識手段４１は、この式（１）によって所定時間毎に物体までの距離を算出していく。また、移動距離認識手段４２は、この物体までの距離の単位時間当たりの変化量を計測する。そして、物体判定手段４３は、物体までの相対距離に応じて予め設定されているトリガ（物体検知判定のための「単位時間当たりの移動距離値」）に比べて、上記変化量（物体の移動距離）が大きいとき、その物体は検知すべき物体（人体）であると判定し、物体検知信号を発信する。
【００３９】
以下、物体判定手段４３において設定されるトリガについて具体的に説明する。ＭＷセンサ１から２０ｍの距離では、物体検知判定のための移動距離値（トリガ）は「１ｓｅｃ間の移動距離：３ｍ」に設定される。つまり、物体が１ｓｅｃの間に３ｍ以上移動しない限り物体検知判定（発報）を行わない。
【００４０】
また、ＭＷセンサ１から１０ｍの距離では、物体検知判定のための移動距離値は「１ｓｅｃ間の移動距離：２ｍ」に設定される。つまり、物体が１ｓｅｃの間に２ｍ以上移動しない限り物体検知判定を行わない。
【００４１】
更に、ＭＷセンサ１から３ｍの距離では、物体検知判定のための移動距離値は「１ｓｅｃ間の移動距離：０．３ｍ」に設定される。つまり、物体が１ｓｅｃの間に０．３ｍ移動しただけでも物体検知判定を行うようにしている（図２参照）。
【００４２】
尚、この物体検知判定のためのトリガである各移動距離値は、ＭＷセンサ１に近い位置であるほど徐々に（リニアに）短く設定するものであってもよいし、ＭＷセンサ１からの距離が２０ｍ〜１０ｍの範囲では１ｓｅｃ当たり３ｍ、１０ｍ〜３ｍの範囲では１ｓｅｃ当たり２ｍ、３ｍ未満の範囲では１ｓｅｃ当たり０．３ｍといったように段階的に短く設定するものであってもよい。
【００４３】
尚、この場合、ＭＷセンサ１からの距離が３ｍ未満の範囲に存在する草木が風によって揺れている場合に、誤判定してしまう可能性があるが、図２に示すように、ＭＷセンサ１の設置位置として、３ｍ未満の範囲内に草木が存在しないように予め設定しておけば、このような不具合は回避することができる。この図２では、ＭＷセンサ１の検知エリアを二点鎖線で示している。
【００４４】
以上の構成により、例えば、ＭＷセンサ１から比較的遠い位置で風によって揺れている草木などが存在する場合には物体検知判定は行われない。例えば、ＭＷセンサ１から１０ｍの位置で草木が風によって揺れている場合、草木の１ｓｅｃ間の移動距離としては大きくても０．５ｍ程度である。つまり、上記トリガである２ｍには達していないので、この草木を、検知すべき物体であると判定してしまうことはない。これに対し、ＭＷセンサ１から比較的近い位置まで人体などが近づいてきた場合には、たとえその移動距離が小さくても物体検知判定が行われる。例えば、ＭＷセンサ１から３ｍの位置で侵入者が１ｓｅｃ間に０．４ｍ移動しただけでも物体検知判定が行われる。
【００４５】
その結果、風によって揺れている草木などを検知すべき物体であると判定してしまう誤報や、ＭＷセンサ１に近付いてきた人体を検知できない失報を回避でき、信頼性の高いＭＷセンサ１を提供することができる。
【００４６】
−その他の実施形態−
上述した各実施形態では、周波数の異なる２種類のマイクロ波を利用して検知物体までの距離を計測するようにしたＭＷセンサ１について説明した。本発明はこれに限らず、周波数の異なる３種類以上のマイクロ波を利用して検知物体までの距離を計測するようにしてもよい。
【００４７】
また、上記各実施形態では、非検知対象物として草木を例に掲げて説明した。これに限らず、風によりブラインドやカーテンが揺れている状況や、換気用のファンが回転している状況においても、これらを非検知対象物とすることが可能である。
【００４８】
また、上述したトリガである「単位時間当たりの移動距離値」は、上記数値に限るものではなく、ＭＷセンサ１の設置環境に応じて適宜設定されるものである。
【００４９】
また、本発明のＭＷセンサ１は防犯センサ以外の用途にも適用可能である。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、検知エリア内での物体の位置及び移動量を認識し、物体の位置に応じて物体検知判定のためのトリガである「単位時間当たりの移動距離値」を変更するようにしている。つまり、物体の位置がセンサから比較的遠い位置である場合には物体が大きく移動しない限り発報は行わない。これに対し、物体の位置がセンサから比較的近い位置である場合には物体が僅かでも移動すれば、それを検知すべき物体であるとして発報を行うようにしている。このため、センサから比較的遠い位置にある草木やブラインドやカーテンが風によって揺れている状況やファンが回転している状況では、これらを検知すべき物体であると判定してしまうことはなく、誤報を招くことがない。また、センサから比較的近い位置まで近付いてきた人体（侵入者）に対しては、僅かに移動しただけで物体検知判定（発報）が行われることになるため、失報を回避でき、信頼性の高いＭＷセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るＭＷセンサの回路構成を示す図である。
【図２】ＭＷセンサの設置位置とその検知エリアを示す図である。
【図３】従来例における各ＩＦ信号及びそれにより得られた矩形波を示す図である。
【符号の説明】
１ マイクロウエーブセンサ
４１ 距離認識手段
４２ 移動距離認識手段
４３ 物体判定手段
Claims (4)
- 検知エリアに向けて周波数の異なる複数のマイクロ波を送信し、この検知エリア内に存在する物体からの各マイクロ波の反射波に基づいて物体検知動作を行うマイクロウエーブセンサにおいて、
上記各反射波に基づいて検知エリア内に存在する物体までの「相対距離」を求める距離認識手段と、
上記検知エリア内に存在する物体の「単位時間当たりの移動距離」を求める移動距離認識手段と、
上記距離認識手段及び移動距離認識手段の出力を受け、検知エリア内に存在する物体までの「相対距離」が短いほど、物体検知判定のためのトリガである「単位時間当たりの移動距離値」を低く設定して物体検知判定動作を行う物体判定手段とを備えていることを特徴とするマイクロウエーブセンサ。 - 検知エリアに向けて周波数の異なる複数のマイクロ波を送信し、この検知エリア内に存在する物体からの各マイクロ波の反射波に基づいて物体検知動作を行うマイクロウエーブセンサにおいて、
上記各反射波に基づいて検知エリア内に存在する物体までの「相対距離」を求める距離認識手段と、
上記検知エリア内に存在する物体の「単位時間当たりの移動距離」を求める移動距離認識手段と、
上記距離認識手段及び移動距離認識手段の出力を受け、検知エリア内に存在する物体までの「相対距離」が所定値以下である場合には、この「相対距離」が所定値を越えている場合よりも、物体検知判定のためのトリガである「単位時間当たりの移動距離値」を低く設定して物体検知判定動作を行う物体判定手段とを備えていることを特徴とするマイクロウエーブセンサ。 - 請求項１または２記載のマイクロウエーブセンサにおいて、距離認識手段は、検知エリア内に存在する物体からの各マイクロ波の反射波の位相差に基づいて物体までの相対距離を計測するよう構成されていることを特徴とするマイクロウエーブセンサ。
- 請求項１または２記載のマイクロウエーブセンサにおいて、移動距離認識手段は、距離認識手段からの出力を受けて、物体までの相対距離の単位時間当たりの変化量を計測するよう構成されていることを特徴とするマイクロウエーブセンサ。
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