【０００１】
【本発明の属する技術分野】
本発明は、電波の送受信によってセンシングを行う物体検知装置において、検知距離におけるセンシング周波数を変化することで、精度良く検知を行う物体検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電波の送受信によって物体の検知を行う電波センサ（例えばマイクロ波センサ）は、自動ドアや警備システム等の様々な応用分野に使用されている。このマイクロ波センサの一形態として、２つの低周波数出力信号（出力信号）を利用するものがあり、２つの出力信号の位相差を９０度にして、この２つの相補的な出力信号の大きさによって、物体の微小動作による変位を測定している（例えば、先行文献１参照。）。
【０００３】
２つの出力信号を利用した電波センサは、一般的には動体の検知を行うものであったが、静止した物体（静体）を検知する方法として、センサ装置から出力される複数の出力信号に全て異なる位相差を持たせて、各出力信号を全波整流又は半波整流を行い、全ての出力信号を重ね合わせた波形の最大値を抽出することで、動体／静体を検知することができる物体検知装置もあった（図１）。
具体的には、図１に示すように、信号生成部１０１で生成した送信信号１０３を送信部１０２によって外部へ送信し、検知対象物で反射した電波を受信信号１０５として受信部１０４で受信し、送信信号１０３と受信信号１０５を基にして信号変換部１０７で低周波数の出力信号１０８を抽出するものであり、各信号変換部１０７と送信信号を分配する分岐点１０９との間に、各出力信号に異なる位相差を持たせる位相差生成手段１０６を設けるものである。
このセンサ部で得られたそれぞれ異なる位相差を有する出力信号１０８を、任意の基準電圧に対して半波整流又は全波整流を行い、整流された信号を重ね合わせた最大値の軌跡が図２に示したものである。ここで、半波整流又は全波整流の選択は、出力信号１０８の数量によって変化させるものであり、少数の出力信号１０８を用いて検知信号２０１を導出させようとした場合は、検知信号２０１の落ち込みを少なくするために全波整流を行ったほうが良く、出力信号１０８を多数用いて検知信号２０１を導出させようとした場合は、全波整流、半波整流のどちらでも良い。
このように、出力信号を信号処理して重ね合わせることにより定在波の振動を低減させることにより、動体／静体の両方の検知を行うことができるものである。
【０００４】
【先行文献１】
特開平１０−２３９４２６号公報（第１−６頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、図２より、信号処理部にて検知信号を導出した際に、出力信号の数が少ない場合は検知信号に落ち込み部２０２が生じてしまう可能性があり、近距離においては落ち込み部２０２の大きさが顕著に表れてしまうため、近距離における物体の距離又は静体検知を行う際には、この落ち込み部の影響を受けないように距離を求める閾値の設定を行ったり、出力信号を複数導出することで対処していた。また、落ち込み部２０２を発生させないように、高い周波数の送信信号のみを送信するセンサ部を用いる方法もあるが、高い周波数の送信信号は水分への吸収率が高く、水廻り機器等に搭載する際には外部の湿度等に影響されて、遠距離における検知精度が低い周波数の送信信号に比べて低下する恐れがあるため、遠距離検知の際は外部の環境を考慮する必要があった。
そこで、本発明は、異なる周波数を送信するセンサ部を複数有して、検知信号によって得られえたおよその距離に応じて送信信号の周波数を変化させることにより、外部環境に影響されず遠方を検知でき、且つ近距離における、特に静止物体の検知精度を向上させることができる、動体／静体を検知する物体検知装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用】
前記目的達成のために、本発明に係る物体検知装置は、外部に電波として送信するための送信信号を生成する信号生成手段と、前記送信信号を外部に送信する送信部と、外部から電波として受信された信号を受信信号として受信する受信部と、前記受信信号と前記送信信号とを基に低周波数の出力信号を抽出する複数の信号変換部と、信号変換部によって変換された出力信号をそれぞれ出力する出力手段と、前記複数の出力信号の位相差が全て異なるように位相差を生じさせる位相差生成手段と、を有する、異なる周波数の送信信号を送信する複数のセンサ部と、前記各センサ部からの複数の出力信号を基準電圧において全波整流又は半波整流を行い、整流された各出力信号の最大値の軌跡である検知信号を用いて物体の検知を行う信号処理部とを有する物体検知装置において、複数のセンサ部の内の１つのセンサ部の出力信号又は検知信号から、該物体検知装置と検知対象物との距離を判断し、このセンサ部で検知対象物の検知を行うか、異なる他の一つのセンサ部を選択して検知対象物の検知を行うかを判断する選択手段を有することを特徴とする。
かかる構成により、複数のセンサ部からの１つの出力信号又は検知信号から距離を判断し、その距離に応じて送信信号の周波数が異なるセンサ部を切り替えることにより、遠距離においては外部環境（特に水分）の影響が少ない、低い周波数の送信信号を用いて検知を行い、近距離では分解能の高い、高い周波数の送信信号を用いることで、検知信号の落ち込み部２０２を低減して近距離における、特に静止物体の検知精度を向上させることができ、且つ遠方の検知においても外部環境の影響されずに検知を行うことができる。
【０００７】
また、請求項２記載のように、前記選択手段は、前記物体検知装置と検知対象物との距離が接近するに従って、より高い周波数を送信するセンサ部を選択することを特徴とする。
かかる構成により、検知信号の落ち込み部２０２が大きい近距離においては、高い周波数の送信信号を用いることにより、波長が短いため分解能が向上して落ち込み部２０２の影響を低減でき、遠距離においては外部環境の影響を低減することができる低い周波数の送信信号を用いることにより、遠距離における検知制度も向上することができる。
【０００８】
また、請求項３記載のように、前記選択手段は、前記信号処理部から出力される検知信号の最大値である極値と任意の閾値との電圧差を導出する距離判定部を有し、該距離判定部は、前記電圧差から距離を導出し、導出した距離に応じて選択手段を制御することを特徴とする。
かかる構成により、検知信号の振幅は距離に応じて変化するものであり、特に検知信号の振幅の最大値である極値は、近距離から遠距離に変化することで徐々に小さくなるため、距離判定部によって容易に距離を判断することが出来るため、距離に応じて選択手段を変化させることで、距離に応じた周波数のセンサ部を選択することが可能となり、近距離においては高い周波数を選択することで検知信号の落ち込み部２０２を低減して検知精度を向上し、且つ遠距離においては低い周波数を選択することで外部環境からの影響を受けずに検知することが可能となる。
【０００９】
また、請求項４記載のように、前記選択手段は、前記信号処理部から出力される検知信号の振幅の最大値である極値を記憶し、極値間の傾きを導出する距離判定部を有し、該距離判定部は、前記傾きの絶対値から距離を導出し、導出した距離に応じて選択手段を制御することを特徴とする。
かかる構成により、極値間の傾きは、近距離になるにつれて２次曲線的に増加するものであるため、近距離になるにつれて傾きが大きくなるため、極値間の傾きより、距離判定部によって容易に距離を判断することが出来るため、距離に応じて選択手段を変化させることで、近距離においては高い周波数を選択することで検知信号の落ち込み部２０２を低減して検知精度を向上し、且つ遠距離においては低い周波数を選択することで外部環境からの影響を受けずに検知することが可能となる。
【００１０】
また、請求項５記載のように、前記複数のセンサ部は、同一平面基板上に設けられ、各センサ部は金属又は導電性物質によって仕切られたことを特徴とする。
かかる構成により、周波数の異なる複数のセンサ部を１つの平面基板上に回路パターンで形成することにより、複数のセンサ部であっても、１つの部位にまとまっているため省スペース化となり、また、電源を供給する電源供給部をセンサの数量分だけ用意することなく、基板に１つ電源供給部を用意することでパターンによって分配することが可能となるため、更に省スペース化を計ることが出来る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図３に本発明の異なる周波数を送信する複数のセンサ部を有し、距離に応じてセンサ部を選択する選択手段を有する物体検知装置の概略構成図、図４に本発明の物体検知装置で接近／静止／離遠を行う検知対象物を検知する概略構成図、図５に図４の接近時における物体検知装置の動作フローチャート図、図６に図４の離遠時における物体検知装置の動作フローチャート図、図７に検知信号の振幅値より物体検知装置から検知対象物までの距離を概算する方法図、図８に最大値の電圧値より距離を概算する際の距離判定部における動作フローチャート図、図９に検知信号の振幅値間の傾きより物体検知装置から検知対象物までの距離を概算する方法図、図１０に最大値間の傾きより距離を概算する際の距離判定部における動作フローチャート図、図１１に同一平面基板上に２つの異なる周波数を送信するセンサ部を備えた概略構成図、図１２にマイクロコンピュータからの切替信号を１つ使用した場合の切替部概略構成図を示す。
【００１２】
図３に、本発明の物体検知装置の概略構成図を示す。
ここで、図３では、複数の異なる周波数を送信する図１に示した構成のセンサ部３０１を複数有し、前記センサ部３０１から出力される複数の出力信号３０２を信号処理する信号処理部３０３を各センサ部毎に設けており、各信号処理部３０３からの複数の検知信号３０４から検知対象物の距離に応じて選択する選択手段３０５を設けるものである。
選択手段３０５は、選択手段３０５自身によって選択した検知信号３０４又は検知を行っているセンサ部より得られる出力信号の何れか１つ（３０８）を用いて距離を判断する距離判定部３０６と、距離判定部３０６で導出した距離からどの検知信号３０４を使用するかを選択する切替部３０７によって構成されるものである。
【００１３】
選択手段３０５内に設けられた距離判定部３０６は、距離を複数の方法（後段に記述）から求め、その距離に応じてどの検知信号３０４を使用するかを切替部３０７によって選択するものであり、本実施例では、距離判定部３０６はマイクロコンピュータによって検知信号と距離を判断する閾値との比較を行い、導出されたおよその距離を導出するものであり、導出された距離によって切替部３０７は、その距離にあった検知信号をスイッチのＯＮ／ＯＦＦによって選択するものである。このとき切替部３０７は、トランジスタを各検知信号の通る伝送線路上に配置し、マイクロコンピュータからの信号によってＯＮ／ＯＦＦの切替えを行うようにしている。
【００１４】
ここで、選択手段３０５は、検知対象物から物体検知装置までの距離が近距離になるに従って高い周波数を送信するセンサ部を選択するものである。これは、図２に図示している検知信号図から分かるように、検知対象物と物体検知装置との距離が近くなるにつれて落ち込み部２０２が大きくなり、近距離における距離の検知精度が下がってしまうためである。そこで、周波数を高くすることで、周期的な振動を行う出力信号の波長が短くなるため、検知信号において落ち込み部２０２の部分が更に細分化されて、検知精度が向上するものである。また、遠距離においては、低い周波数を選択することで、水分などの外部環境に影響されずに検知を行うことができるため、検知精度を維持することができる。
【００１５】
ここで、図３に示す本発明の物体検知装置で接近／静止／離遠を行う検知対象物を検知する概略構成図を図４に示す。図４には、接近／静止／離遠の状態を出力信号４０１で示している。
物体検知装置は、検知対象物が接近時には、低い周波数を送信信号とするセンサ部を用いて検知を行い、出力信号又は検知信号によって距離判定部で任意の範囲（４０２）内に進入したと判断すると、選択手段によって高い周波数を送信信号とするセンサ部で検知を開始する。これにより、静止状態では高い周波数を用いて検知を行うため、波長が短い分だけ分解能が高くなり、検知信号の落ち込み部を低減することができるため検知精度が向上する。また、検知対象物が離遠を開始すると、高い周波数を送信するセンサ部からの出力信号又は検知信号から距離判定部で任意の範囲（４０２）外に出たことを判断すると、選択手段によって低い周波数を送信信号とするセンサ部で検知を開始する。遠方の検知を低い周波数を送信するセンサ部にすることで、外部環境（水分等）の影響を考慮することなく検知精度を維持することが可能となる。
【００１６】
ここで、上記の接近／静止／離遠の検知について、物体検知装置の接近と離遠に対する動作フローチャートを図５、６に示す。
検知対象物が接近時は、出力信号又は検知信号により距離判定部で任意の距離範囲内か否かの判定を行う（Ｓ４０１）。ここで、距離範囲内に入っていなければ、現在のセンサ部を用いて検知を続行する（Ｓ４０２）。また、距離範囲内に入っていれば、現在のセンサ部の送信信号より高い周波数を送信するセンサ部に切替え（Ｓ４０３）、検知を行う（Ｓ４０４）。
【００１７】
また、検知対象物が離遠時は、検知対象物が予め接近しているため高い周波数の送信信号を持つセンサ部を使用している。出力信号又は検知信号より距離判定部で任意の距離範囲内か否かの判断を行う（Ｓ５０１）。ここで、距離範囲内であれば現在のセンサ部を用いて検知を続行する（Ｓ５０２）。また、距離範囲内に入っていなければ、現在のセンサ部の送信信号より低い周波数を送信するセンサ部に切替え（Ｓ５０３）、検知を行う（Ｓ５０４）。
このような切替えを行うことにより、近距離、特に静止物体の検知における検知精度は向上し、遠距離の検知においても外部環境に影響されにくい検知を行うことができるため検知精度を維持することが可能となる。
【００１８】
次に、選択手段３０５内に設けられた距離判定部３０６における検知対象物から物体検知装置までの距離の導出方法について示す。
図７に、検知信号の振幅値より物体検知装置から検知対象物までの距離を概算する方法を図示する。
ここで、検知信号７０１は、検知対象物と物体検知装置との距離が離れるに従って電圧値が低下していく傾向にある。しかし、検知信号７０１には落ち込み部７０２が生じてしまうため一意的に距離と電圧との関係が導出しにくい。
そこで、検知信号７０１において周期的に変動している最大値の電圧値７０３から概算的に距離を導出することが出来るため、この概算的に求められた距離を用いて距離判定部３０６でおよその距離を導出し、その距離に応じて切替部３０７でセンサ部を選択するものである。
【００１９】
ここで、検知信号７０１において周期的に変動している最大値７０３を導出していく。最大値７０３は、検知信号７０１を任意のサンプリング周期ｈでサンプリング値７０４を記憶していき、ピークホールド行って最大値７０３を導出していくものである。ここで、得られた最大値７０３と複数設定された閾値７０４と比較を行い、およその距離を導出するものである。
この距離によって、選択手段によってセンサ部を切り替え、近距離の場合は高い周波数を選択し、距離が離れるに従って周波数の低いセンサ部を選択することで、近距離における検知精度を向上させることが出来る。
【００２０】
最大値の電圧値より距離を概算する際の距離判定部における動作フローチャートを図８に示す。
検知開始後、任意のサンプリング周期（物体検知装置が有するセンサ部で最も高い周波数に合わせて設定）でサンプリングされたサンプリング値Ｘを最大値Ａと比較を行う（Ｓ８０１）。ここで、サンプリング値ＸがＡ以上であればＸを最大値として記憶する（Ｓ８０２）。サンプリング値ＸがＡより小さい値である場合は、再度サンプリングを行い、ＸがＡより小さい場合が規定値Ｂより大きくなった場合は、最大値を超えて最小値に向かっていると判断し（Ｓ８０３）、現在のＡを最大値として決定する（Ｓ８０４）。最大値Ａは、ここで、距離に応じて設定された閾値Ｖ０からＶｎと比較を行い（Ｓ８０５）、およその距離Ｌ０からＬｎ＋１であると判定する。判定された距離に従って、切替部にてセンサ部を選択し検知を行う。ここで、最大値Ａとサンプリング値ＸがＡより小さい場合のカウントｎは０となる。
この繰り返しによって、周期的に現れる最大値を検出することで、検知対象物とのおよその距離が導出でき、その距離に応じてセンサ部を変更することで近距離における検知精度を向上することが出来る。また、遠方に遠ざかっている物体に関しても、最大値を検出することで検知対象部との距離を概算することができるため、その距離に応じてセンサ部を変更することで遠方の検知精度も維持することができる。
【００２１】
次に、図９に検知信号の振幅値間の傾きより物体検知装置から検知対象物までの距離を概算する方法を図示する。
ここで、検知信号９０１は、検知対象物と物体検知装置との距離が離れるに従って電圧値が低下していく傾向にある。このときの低下する軌跡としては、２次曲線的に減少する軌跡となっている。しかし、検知信号９０１には落ち込み部９０２が生じてしまうため一意的に距離と電圧との関係が導出しにくい。
そこで、検知信号９０１において周期的に変動している最大値間の傾きの大きさから概算的に距離を導出することが出来るため、この概算的に求められた距離を用いて距離判定部９０６でおよその距離を導出し、その距離に応じて切替部９０７でセンサ部を選択するものである。
【００２２】
ここで、検知信号９０１において周期的に変動している最大値９０３を導出していく。最大値９０３は、検知信号９０１を任意のサンプリング周期ｈでサンプリング値９０４を記憶していき、ピークホールド行って最大値９０３を導出していくものである。ここで、得られた最大値９０３と直前の最大値９０５との間の傾き（Ｖ／Ｌ）より距離を概算的に導出することが出来る。
この距離によって、選択手段によってセンサ部を切り替え、近距離の場合は高い周波数を選択し、距離が離れるに従って周波数の低いセンサ部を選択することで、近距離における検知精度を向上させることができ、また遠距離の検知精度も維持することができる。
【００２３】
最大値間の傾きより距離を概算する際の距離判定部における動作フローチャートを図１０に示す。
検知開始後、任意のサンプリング周期（物体検知装置が有するセンサ部で最も高い周波数に合わせて設定）でサンプリングされたサンプリング値Ｘを最大値Ａと比較を行う（Ｓ１００１）ここで、サンプリング値ＸがＡ以上であればＸを最大値として記憶する（Ｓ１００２）。サンプリング値ＸがＡより小さい値であれば、再度サンプリングを行い、ＸがＡより小さい場合が規定値Ｂより大きくなった場合は、最大値を超えて最小値に向かっていると判断し（Ｓ１００３）、現在のＡを最大値として決定する（Ｓ１００４）。ここで、導出された最大値Ａと直前の最大値であるＡ０との間の傾きを導出し、この傾きよりおよその距離を導出するものである。
傾きは最大値Ａと直前の最大値Ａ０との差の絶対値をＬ（サンプリング周期＊Ａ０からＡまでのサンプリング数）で割ることで導出されるものである。導出された傾きと傾きの閾値であるＳ０からＳｎとを比較し（Ｓ１００５）、およその距離Ｌ０からＬｎ＋１であると判定する。判定された距離に従って、切替部にてセンサ部を選択し検知を行う。ここで、最大値ＡをＡ０として記憶させ、サンプリング値ＸがＡより小さい場合のカウントｎは０となる。
この繰り返しによって、周期的に現れる最大値を検出して直前の最大値との傾きを導出することにより、検知対象物とのおよその距離が導出でき、その距離に応じてセンサ部を変更することで近距離における検知精度を向上することが出来る。また、遠方に遠ざかっている検知対象物を検知する際にも、この傾きよりおよその距離を概算することができるため、その距離に応じてセンサ部を変更することで遠方の検知精度も維持することができる。
【００２４】
ここで、本発明の物体検知装置は複数のセンサ部を有し、その中から選択手段によって１つのセンサ部を選択するものであるが、物体検知装置内で複数のセンサ部の設置方法について下記に示す。
本発明で使用するセンサ部は、電波の送受信を行って検知対象物を検知するものであり、本実施例ではマイクロ波帯域の電波を使用するものとする。その中でも１０．５ＧＨｚと２４ＧＨｚ近辺の周波数を送信するセンサを使用している。
ここで、ホーンアンテナ等の立体的な構造を有したセンサ部を用いた方法もあるが、ここで、省スペース化が図れる平面基板上に回路パターン及びアンテナを備えたセンサ部で、複数のセンサ部を同一平面基板上に有する場合の構成について述べる。
【００２５】
図１１に、同一平面基板上に２つの異なる周波数を送信するセンサ部を備えた概略構成図を示す。
ここで、センサ部は同一平面基板上にパターンで形成したパッチアンテナ式のセンサ部１１０１を使用しており、各センサ部を金属又は導電性樹脂のような導電性物質製の遮蔽ケース１１０２で分離しているものである。
遮蔽ケース１１０２には、各センサ部毎に電源、ＧＮＤ、出力信号を取り出す信号導出部１１０３を設けており、そこから各センサ部へ電源供給を行うものである。このとき、各センサ部は同一平面基板上に設置されているため、電源部からの電源の供給も基板上で分割することで容易に行うことができ、また、同一基板上に切替部１１０４を設けることで、別途切替部１１０４を設けた基板を使用することなくセンサ部の選択を行うことが可能となる。本実施例では、切替部１１０４はトランジスタを使用しており、各トランジスタは距離判定部で求めた距離に応じて、マイクロコンピュータからの切替信号でセンサ部を選択することが出来る。
【００２６】
また、本実施例において、切替部１１０４は、２つのトランジスタに対してマイクロコンピュータからの切替信号を各々に供給する構成としているが、マイクロコンピュータからの切替信号が１つの場合についても構成は可能である（図１２参照）。
【００２７】
また、本実施例においては２つのセンサ部を設けた場合について記載しているが、２つ以上のセンサ部を有する場合は複数のスイッチング制御を行うことができるマルチプレクサを使用する。マルチプレクサを使用することにより、例えば８つのセンサ部を選択する場合には、マイクロコンピュータから切替信号を３つ入力させることで容易に切り替えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来ある複数の出力信号から物体の検知を行うセンサ部の概略構成図
【図２】図１の複数の出力信号を用いて導出した検知信号図
【図３】本発明の異なる周波数を送信する複数のセンサ部を有し、距離に応じてセンサ部を選択する選択手段を有する物体検知装置の概略構成図
【図４】本発明の物体検知装置で接近／静止／離遠を行う検知対象物を検知する概略構成図
【図５】図４の接近時における物体検知装置の動作フローチャート図
【図６】図４の離遠時における物体検知装置の動作フローチャート図、
【図７】検知信号の振幅値より物体検知装置から検知対象物までの距離を概算する方法図
【図８】最大値の電圧値より距離を概算する際の距離判定部における動作フローチャート図
【図９】検知信号の振幅値間の傾きより物体検知装置から検知対象物までの距離を概算する方法図
【図１０】最大値間の傾きより距離を概算する際の距離判定部における動作フローチャート図
【図１１】同一平面基板上に２つの異なる周波数を送信するセンサ部を備えた概略構成図
【図１２】マイクロコンピュータからの切替信号を１つ使用した場合の切替部概略構成図
【符号の説明】
１０１：信号生成部、１０２：送信部、１０３：送信信号、１０４：受信部、１０５：受信信号、１０６：位相差生成手段、１０７：信号変換部、１０８：出力信号、１０９：分岐点、２０１：検知信号、２０２：落ち込み部、２０３：閾値、３０１：センサ部、３０２：出力信号、３０３：信号処理部、３０４：検知信号、３０５：選択手段、３０６：距離判定部、３０７：切替部、４０１：出力信号、７０１：検知信号、７０２：落ち込み部、７０３：最大値、７０４：閾値、９０１：検知信号、９０２：落ち込み部、９０３：最大値、１１０１：センサ部、１１０２：遮蔽ケース、１１０３：信号導出部、１１０４：切替部[0001]
[Technical field to which the present invention pertains]
The present invention relates to an object detection device that performs sensing by transmitting and receiving radio waves, and that performs accurate detection by changing a sensing frequency at a detection distance.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a radio wave sensor (for example, a microwave sensor) that detects an object by transmitting and receiving a radio wave has been used in various application fields such as an automatic door and a security system. One form of this microwave sensor utilizes two low-frequency output signals (output signals). The phase difference between the two output signals is set to 90 degrees, and the magnitudes of the two complementary output signals are set. In this way, the displacement due to the minute motion of the object is measured (for example, see Prior Document 1).
[0003]
The radio wave sensor using two output signals generally detects a moving object. However, as a method of detecting a stationary object (static body), a plurality of output signals output from the sensor device are used. By performing full-wave rectification or half-wave rectification on each output signal with all different phase differences, and extracting the maximum value of the waveform obtained by superimposing all output signals, it is possible to detect a moving object / static object. Some object detection devices were able to do so (FIG. 1).
Specifically, as shown in FIG. 1, the transmission signal 103 generated by the signal generation unit 101 is transmitted to the outside by the transmission unit 102, and the radio wave reflected by the detection target is received by the reception unit 104 as a reception signal 105. , A low-frequency output signal 108 is extracted by the signal conversion unit 107 based on the transmission signal 103 and the reception signal 105, and each of the signal conversion units 107 and the branch point 109 for distributing the transmission signal A phase difference generating means 106 for providing a different phase difference to the output signal is provided.
The output signals 108 having different phase differences obtained by the sensor unit are subjected to half-wave rectification or full-wave rectification with respect to an arbitrary reference voltage, and the locus of the maximum value obtained by superimposing the rectified signals is shown in FIG. This is shown in FIG. Here, the selection of the half-wave rectification or the full-wave rectification is changed according to the number of the output signals 108, and when the detection signal 201 is derived using a small number of the output signals 108, the detection signal 201 It is better to perform full-wave rectification in order to reduce the drop, and when trying to derive the detection signal 201 using a large number of output signals 108, either full-wave rectification or half-wave rectification may be used.
As described above, the output signals are subjected to signal processing and superimposed to reduce the vibration of the standing wave, whereby both the moving body and the stationary body can be detected.
[0004]
[Prior literature 1]
JP-A-10-239426 (page 1-6, FIG. 1)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Here, from FIG. 2, when the detection signal is derived by the signal processing unit, if the number of output signals is small, there is a possibility that the detection signal has a dip 202, and the dip 202 in a short distance. When the distance or the static body detection of the object at a short distance is performed, a threshold for obtaining the distance is set so as not to be affected by the dip portion, or the output signal is This was dealt with by deriving a plurality. There is also a method of using a sensor unit that transmits only a high-frequency transmission signal so as not to generate the dip 202. However, a high-frequency transmission signal has a high absorption rate to moisture, and is mounted on a water circulating device or the like. In such a case, the detection accuracy at a long distance may be lower than that of a transmission signal of a low frequency due to the influence of external humidity or the like. Therefore, it is necessary to consider the external environment when detecting a long distance.
Therefore, the present invention has a plurality of sensor units that transmit different frequencies, and detects a distant place without being affected by the external environment by changing the frequency of the transmission signal according to the approximate distance obtained by the detection signal. It is an object of the present invention to provide an object detection apparatus for detecting a moving body / static body, which can improve the detection accuracy of a stationary object at a short distance, in particular, at a short distance.
[0006]
Means and Action for Solving the Problems
In order to achieve the object, an object detection device according to the present invention includes a signal generation unit that generates a transmission signal for transmitting to the outside as a radio wave, a transmission unit that transmits the transmission signal to the outside, and a radio wave from the outside. A receiving unit that receives a received signal as a received signal, a plurality of signal conversion units that extract a low-frequency output signal based on the reception signal and the transmission signal, and an output signal converted by the signal conversion unit. Output means for respectively outputting, and a phase difference generating means for generating a phase difference so that the phase difference between the plurality of output signals are all different, a plurality of sensor units for transmitting transmission signals of different frequencies, Signal processing for performing full-wave rectification or half-wave rectification on a plurality of output signals from a sensor unit at a reference voltage and detecting an object using a detection signal that is a locus of a maximum value of each rectified output signal. In the object detection device having the, from the output signal or detection signal of one of the plurality of sensor units, the distance between the object detection device and the detection target is determined, and the sensor unit detects the distance of the detection target. It is characterized by having a selection means for judging whether to perform detection or to select another different sensor unit to detect a detection target.
With this configuration, a distance is determined from one output signal or detection signal from a plurality of sensor units, and a sensor unit having a different transmission signal frequency is switched according to the distance. ), The detection is performed using a low frequency transmission signal, and the resolution is high at a short distance. By using a high frequency transmission signal, the dip 202 of the detection signal is reduced to reduce the detection signal. It is possible to improve the detection accuracy of a stationary object, and it is possible to detect a distant object without being affected by an external environment.
[0007]
Further, as set forth in claim 2, the selection means selects a sensor unit that transmits a higher frequency as the distance between the object detection device and the detection target decreases.
With such a configuration, in a short distance where the drop portion 202 of the detection signal is large, by using a transmission signal of a high frequency, the resolution is improved due to a short wavelength, and the influence of the drop portion 202 can be reduced. By using a low-frequency transmission signal that can reduce the influence of the environment, detection accuracy at a long distance can be improved.
[0008]
Further, as set forth in claim 3, the selection unit has a distance determination unit that derives a voltage difference between an extreme value that is a maximum value of the detection signal output from the signal processing unit and an arbitrary threshold value, The distance determining unit derives a distance from the voltage difference, and controls the selection unit according to the derived distance.
With such a configuration, the amplitude of the detection signal changes according to the distance. In particular, the extreme value, which is the maximum value of the amplitude of the detection signal, gradually decreases as the distance changes from a short distance to a long distance. Since the distance can be easily determined by the determination unit, it is possible to select a sensor unit having a frequency corresponding to the distance by changing the selection unit according to the distance, and to select a high frequency at a short distance. By doing so, it is possible to improve the detection accuracy by reducing the dip portion 202 of the detection signal, and to select a low frequency at a long distance so that detection can be performed without being affected by the external environment.
[0009]
Further, as set forth in claim 4, the selection means stores an extreme value that is a maximum value of the amplitude of the detection signal output from the signal processing unit, and includes a distance determination unit that derives a slope between the extreme values. The distance determination unit derives a distance from the absolute value of the inclination, and controls the selection unit according to the derived distance.
With such a configuration, the slope between the extreme values increases in a quadratic curve as the distance decreases, and therefore, the slope increases as the distance decreases. Since the distance can be easily determined, by changing the selection means according to the distance, by selecting a high frequency in a short distance, the dip 202 of the detection signal is reduced, and the detection accuracy is improved. In addition, by selecting a low frequency at a long distance, detection can be performed without being affected by an external environment.
[0010]
According to a fifth aspect of the present invention, the plurality of sensor units are provided on the same plane substrate, and each sensor unit is partitioned by a metal or a conductive substance.
With such a configuration, by forming a plurality of sensor units having different frequencies in a circuit pattern on one flat substrate, even if the plurality of sensor units are integrated into one part, space can be saved, and By preparing one power supply unit on the substrate and distributing it in a pattern without preparing a power supply unit for supplying power, the space can be further reduced. .
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an object detection device having a plurality of sensor units for transmitting different frequencies according to the present invention and having a selection unit for selecting a sensor unit according to a distance, and FIG. FIG. 5 is a schematic configuration diagram for detecting an object to be approached / rested / separated, FIG. 5 is a flowchart of an operation of the object detection device at the time of approaching of FIG. 4, and FIG. 6 is an operation of the object detection device at the time of distance of FIG. FIG. 7 is a flow chart, FIG. 7 is a method diagram for estimating the distance from the object detection device to the detection target from the amplitude value of the detection signal, and FIG. 8 is an operation flowchart diagram for the distance determination unit when estimating the distance from the maximum voltage value. FIG. 9 is a method diagram for estimating the distance from the object detection device to the detection target from the inclination between the amplitude values of the detection signals, and FIG. 10 is an operation flowchart in the distance determination unit when estimating the distance from the inclination between the maximum values. A schematic configuration diagram of a sensor unit which transmits two different frequencies in the same plane on the substrate 11 shows a switching section schematic view of a case of using a single switching signal from the microcomputer 12.
[0012]
FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of the object detection device of the present invention.
Here, in FIG. 3, a signal processing unit 303 that has a plurality of sensor units 301 having a configuration illustrated in FIG. 1 that transmits a plurality of different frequencies and that performs signal processing on a plurality of output signals 302 output from the sensor unit 301 Is provided for each sensor unit, and a selection unit 305 for selecting from a plurality of detection signals 304 from each signal processing unit 303 in accordance with the distance of the detection target is provided.
The selection unit 305 includes a distance determination unit 306 that determines a distance by using any one (308) of the detection signal 304 selected by the selection unit 305 itself or an output signal obtained from the sensor unit that is performing the detection. The switching unit 307 selects which detection signal 304 to use based on the distance derived by the determination unit 306.
[0013]
The distance determination unit 306 provided in the selection unit 305 obtains the distance by a plurality of methods (described later), and selects which detection signal 304 to use according to the distance by the switching unit 307. In the present embodiment, the distance determination unit 306 compares the detection signal with a threshold value for determining the distance by using the microcomputer, and derives the approximate distance that has been derived. The detection signal corresponding to the distance is selected by ON / OFF of a switch. At this time, the switching unit 307 arranges a transistor on a transmission line through which each detection signal passes, and performs ON / OFF switching by a signal from a microcomputer.
[0014]
Here, the selection unit 305 selects a sensor unit that transmits a higher frequency as the distance from the detection target to the object detection device becomes shorter. This is because, as can be seen from the detection signal diagram shown in FIG. 2, as the distance between the detection target and the object detection device decreases, the dip 202 increases, and the detection accuracy of the distance at a short distance decreases. That's why. Therefore, by increasing the frequency, the wavelength of the output signal that oscillates periodically is shortened, so that the portion of the dip 202 in the detection signal is further subdivided, and the detection accuracy is improved. In addition, at a long distance, by selecting a low frequency, detection can be performed without being affected by an external environment such as moisture, so that the detection accuracy can be maintained.
[0015]
Here, FIG. 4 shows a schematic configuration diagram for detecting a detection target object approaching / resting / away from the object detection device of the present invention shown in FIG. FIG. 4 shows the state of approach / stationary / distant by an output signal 401.
When an object to be detected is approaching, the object detection device performs detection using a sensor unit that uses a low frequency as a transmission signal, and determines that the object has entered an arbitrary range (402) by a distance determination unit based on an output signal or a detection signal. Then, detection is started by the sensor unit that uses a high frequency as a transmission signal by the selection unit. Accordingly, in the stationary state, detection is performed using a high frequency, so that the resolution becomes higher as the wavelength is shorter, and the drop in the detection signal can be reduced, thereby improving the detection accuracy. Further, when the detection target starts moving away, when the distance determination unit determines from the output signal from the sensor unit that transmits the high frequency or the detection signal that the detection target object has gone out of the arbitrary range (402), the selection unit determines that the detection target has a low frequency. The detection is started by the sensor unit that uses the frequency as the transmission signal. The detection accuracy can be maintained without considering the influence of the external environment (moisture or the like) by using a sensor unit that transmits a low frequency for the detection of a distant place.
[0016]
FIGS. 5 and 6 show operation flowcharts for the approach / separation of the object detection device in the detection of approach / stationary / separation described above.
When the detection target is approaching, the distance determination unit determines whether the object is within an arbitrary distance range based on the output signal or the detection signal (S401). Here, if not within the distance range, the detection is continued using the current sensor unit (S402). If the distance is within the distance range, the sensor is switched to a sensor that transmits a higher frequency than the current transmission signal of the sensor (S403), and detection is performed (S404).
[0017]
Further, when the detection target is far away, the detection target has approached in advance, so a sensor unit having a high frequency transmission signal is used. The distance determination unit determines whether the signal is within an arbitrary distance range based on the output signal or the detection signal (S501). Here, if within the distance range, the detection is continued using the current sensor unit (S502). If the distance is not within the distance range, the sensor is switched to a sensor transmitting a lower frequency than the current transmission signal of the sensor (S503), and detection is performed (S504).
By performing such a switching, the detection accuracy in the detection of a short distance, particularly a stationary object is improved, and in the detection of a long distance, it is possible to perform the detection that is hardly influenced by the external environment, so that the detection accuracy can be maintained. It becomes possible.
[0018]
Next, a method of deriving the distance from the detection target to the object detection device in the distance determination unit 306 provided in the selection unit 305 will be described.
FIG. 7 illustrates a method of estimating the distance from the object detection device to the detection target from the amplitude value of the detection signal.
Here, the voltage of the detection signal 701 tends to decrease as the distance between the detection target and the object detection device increases. However, since the detection signal 701 has a dip 702, it is difficult to uniquely derive the relationship between the distance and the voltage.
Therefore, since the distance can be roughly derived from the maximum voltage value 703 that periodically fluctuates in the detection signal 701, the approximate distance is determined by the distance determination unit 306 using the roughly obtained distance. The distance is derived, and the switching unit 307 selects a sensor unit according to the distance.
[0019]
Here, the maximum value 703 that periodically fluctuates in the detection signal 701 is derived. The maximum value 703 is obtained by storing the sampling value 704 of the detection signal 701 at an arbitrary sampling period h and performing peak holding to derive the maximum value 703. Here, the obtained maximum value 703 is compared with a plurality of set threshold values 704 to derive an approximate distance.
According to this distance, the sensor unit is switched by the selection unit, and in the case of a short distance, a high frequency is selected, and as the distance increases, a sensor unit of a low frequency is selected, so that the detection accuracy in a short distance can be improved.
[0020]
FIG. 8 shows an operation flowchart of the distance determination unit when the distance is estimated from the maximum voltage value.
After the start of the detection, a sampling value X sampled at an arbitrary sampling cycle (set in accordance with the highest frequency in the sensor unit of the object detection device) is compared with the maximum value A (S801). If the sampling value X is equal to or larger than A, X is stored as the maximum value (S802). When the sampled value X is smaller than A, the sampling is performed again. When the sampled value X is smaller than A, the sampled value X is larger than the specified value B. S803), the current A is determined as the maximum value (S804). Here, the maximum value A is compared with thresholds V0 to Vn set according to the distance (S805), and it is determined that the distance is approximately L0 to Ln + 1. According to the determined distance, the switching unit selects the sensor unit and performs detection. Here, when the maximum value A and the sampling value X are smaller than A, the count n becomes 0.
By this repetition, by detecting the maximum value that appears periodically, the approximate distance to the detection target can be derived, and by changing the sensor unit according to the distance, the detection accuracy at a short distance can be improved. I can do it. In addition, even for objects that are moving far away, the distance to the detection target can be estimated by detecting the maximum value.By changing the sensor according to the distance, the detection accuracy for distant objects is maintained. can do.
[0021]
Next, FIG. 9 illustrates a method of estimating the distance from the object detection device to the detection target from the inclination between the amplitude values of the detection signals.
Here, the voltage of the detection signal 901 tends to decrease as the distance between the detection target and the object detection device increases. The locus that decreases at this time is a locus that decreases in a quadratic curve. However, since a dip portion 902 occurs in the detection signal 901, it is difficult to uniquely derive the relationship between the distance and the voltage.
Then, since the distance can be roughly derived from the magnitude of the gradient between the maximum values that periodically fluctuate in the detection signal 901, the distance determination unit 906 uses the roughly obtained distance to calculate the distance. The approximate distance is derived, and the switching unit 907 selects a sensor unit according to the distance.
[0022]
Here, a maximum value 903 that periodically fluctuates in the detection signal 901 is derived. The maximum value 903 is obtained by storing the sampling value 904 of the detection signal 901 at an arbitrary sampling period h and performing peak holding to derive the maximum value 903. Here, the distance can be roughly derived from the slope (V / L) between the obtained maximum value 903 and the immediately preceding maximum value 905.
By this distance, the sensor unit is switched by the selection means, a high frequency is selected in the case of a short distance, and a lower frequency sensor unit is selected as the distance increases, so that the detection accuracy in a short distance can be improved, Further, the accuracy of detecting a long distance can be maintained.
[0023]
FIG. 10 shows an operation flowchart of the distance determination unit when the distance is roughly estimated from the slope between the maximum values.
After the start of the detection, the sampling value X sampled at an arbitrary sampling cycle (set according to the highest frequency in the sensor unit of the object detection device) is compared with the maximum value A (S1001). If it is not less than A, X is stored as the maximum value (S1002). If the sampled value X is smaller than A, the sampling is performed again. If the sampled value X is smaller than A, the sampled value X is larger than the specified value B, it is determined that the maximum value is exceeded and the minimum value is reached (S1003). ), The current A is determined as the maximum value (S1004). Here, a gradient between the derived maximum value A and the immediately preceding maximum value A0 is derived, and an approximate distance is derived from the gradient.
The slope is derived by dividing the absolute value of the difference between the maximum value A and the immediately preceding maximum value A0 by L (sampling period * the number of samples from A0 to A). The derived inclination is compared with the inclination thresholds S0 to Sn (S1005), and it is determined that the distance is approximately L0 to Ln + 1. According to the determined distance, the switching unit selects the sensor unit and performs detection. Here, the maximum value A is stored as A0, and the count n when the sampling value X is smaller than A is 0.
By repeating this process, the maximum value that appears periodically is detected, and the slope from the immediately preceding maximum value is derived, so that the approximate distance to the detection target can be derived, and the sensor unit is changed according to the distance. Thus, the detection accuracy at a short distance can be improved. In addition, when detecting a detection target object that is moving far away, the approximate distance can be estimated from this inclination. Therefore, by changing the sensor unit according to the distance, the detection accuracy of the distant object is maintained. be able to.
[0024]
Here, the object detection device of the present invention has a plurality of sensor units, and one of the sensor units is selected by the selection unit from among the plurality of sensor units. A method for installing the plurality of sensor units in the object detection device is described below. Shown in
The sensor unit used in the present invention transmits and receives radio waves to detect a detection target, and in this embodiment, uses radio waves in the microwave band. Among them, sensors transmitting frequencies around 10.5 GHz and around 24 GHz are used.
Here, there is also a method using a sensor unit having a three-dimensional structure such as a horn antenna, but here, a sensor unit having a circuit pattern and an antenna on a flat substrate that can save space is used. The configuration when the unit is provided on the same plane substrate will be described.
[0025]
FIG. 11 shows a schematic configuration diagram including a sensor unit for transmitting two different frequencies on the same plane substrate.
Here, the sensor unit uses a patch antenna type sensor unit 1101 formed in a pattern on the same plane substrate, and each sensor unit is separated by a shielding case 1102 made of a conductive substance such as metal or conductive resin. Is what you are doing.
The shielding case 1102 is provided with a power supply, GND, and a signal deriving unit 1103 for extracting an output signal for each sensor unit, and supplies power to each sensor unit therefrom. At this time, since the respective sensor units are installed on the same plane substrate, power supply from the power supply unit can be easily performed by dividing the power supply unit on the substrate, and the switching unit 1104 is provided on the same substrate. With the provision, it is possible to select a sensor unit without using a substrate provided with a separate switching unit 1104. In this embodiment, the switching unit 1104 uses transistors, and each transistor can select a sensor unit by a switching signal from the microcomputer according to the distance obtained by the distance determination unit.
[0026]
In this embodiment, the switching unit 1104 supplies the switching signal from the microcomputer to each of the two transistors. However, the switching unit 1104 can also be configured for a single switching signal from the microcomputer. (See FIG. 12).
[0027]
In this embodiment, the case where two sensor units are provided is described. However, when two or more sensor units are provided, a multiplexer capable of performing a plurality of switching controls is used. By using a multiplexer, for example, when eight sensor units are selected, switching can be easily performed by inputting three switching signals from a microcomputer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a sensor unit for detecting an object from a plurality of output signals in the related art; FIG. 2 is a detection signal diagram derived using the plurality of output signals in FIG. 1; FIG. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an object detection device that has a plurality of sensor units that transmit a signal and that has a selection unit that selects a sensor unit according to a distance. FIG. 5 is a schematic configuration diagram of detecting an object to be detected; FIG. 5 is an operation flowchart of the object detection device at the time of approaching of FIG. 4;
FIG. 7 is a diagram of a method of estimating a distance from an object detection device to a detection target from an amplitude value of a detection signal. FIG. 8 is an operation flowchart of a distance determination unit when estimating a distance from a maximum voltage value. 9: Method of estimating the distance from the object detection device to the detection target from the slope between the amplitude values of the detection signal. [FIG. 10] Operation flowchart in the distance determination unit when estimating the distance from the slope between the maximum values. FIG. 11 is a schematic configuration diagram including a sensor unit for transmitting two different frequencies on the same plane substrate. FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a switching unit when one switching signal from a microcomputer is used.
101: signal generation unit, 102: transmission unit, 103: transmission signal, 104: reception unit, 105: reception signal, 106: phase difference generation unit, 107: signal conversion unit, 108: output signal, 109: branch point, 201 : Detection signal, 202: drop section, 203: threshold value, 301: sensor section, 302: output signal, 303: signal processing section, 304: detection signal, 305: selection means, 306: distance determination section, 307: switching section, 401: output signal, 701: detection signal, 702: drop portion, 703: maximum value, 704: threshold value, 901: detection signal, 902: drop portion, 903: maximum value, 1101: sensor portion, 1102: shielding case, 1103 : Signal deriving unit, 1104: switching unit
