JP2004317143A - Object state determining apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドップラセンサを用いて所定の位置から対象物までの相対的な接近/離反を精度よく検出することができる物体状態判定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
便器の自動水洗装置,自動便座装置,車両用のセキュリティシステムには、人等の対象物の動きの状態をセンサにより検出して所定の動作を行わせるセンサシステムが搭載されている。この種のセンサシステムでは、何れも人の接近,離反,停止,不在等を検出するために、マイクロ波センサや赤外線センサを用いるのが一般的である。
【0003】
たとえば、特許文献1のセンサシステム(検知装置)では、マイクロ波を小便器正面側から発射し、人から反射されたマイクロ波を受信し、そのドップラ周波数信号のパワースペクトルを求め、人の小便器への接近あるいは小便器からの離反を検出できるようになっている。
【0004】
【特許文献1】
特開平09−080150号
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この種のセンサシステムは、小用者以外の者の動きをも検出してしまう等、周囲の状況に影響されやすく、正確な動作を行わせることが難しい場合がある。人の動きの状態を確実に判定するためには、検知装置への人の接近,離反を正確に求めることが必要とされる。
【0006】
また、対象物とセンサとの距離を求めるために、2周波ドップラセンサが使用されることがある。2周波ドップラセンサは、2つの異なる周波数で動作する混合器を用いたもので、対象物までの距離は、具体的には下記式により表すことができる。
R0=c・ΔΦ/4π・(f2−f1) ……(1)
R0:センサと対象物との距離
f1:第1の周波数
f2:第2の周波数
ΔΦ:2つのドップラ波の位相差
c:光速
【0007】
たとえば、f1=24.14GHz,f2=24.15GHzとすると、2つの周波数の差は10MHzとなる。両周波数に比べて周波数差は非常に小さいので、各周波数の局部発振周波数に基づくドップラ信号の周波数(ドップラ周波数)は略等しいとみなすことができる。
【0008】
具体的に式(1)を用いて距離と位相差の関係を算出すると、位相差1度あたりおよそ4センチの距離となる。ドップラ波は、波長λの1/2の距離を移動すると1サイクルが発生する。上記の例では、波長λはおよそ1.24cmとなり、0.62cm移動しないとドップラ波は発生しない。
【0009】
そのため有効となる位相差はおよそ0.15度から180度となり距離に換算すると0.62cmから7.5mの距離を0.62cmの分解能で算出することができる。
【0010】
2周波ドップラセンサでは、ドップラ信号の信号強度により、人の接近や離反を識別することができるが、対象物の大きさ(たとえば、大人や子供)や周囲の反射物(自然物,通行人等)の影響により、信号強度が異なることがある。また、ドップラ波のアンテナからの放出は遠くなるほど広がっていくが、遠いほど広い範囲の移動物を検出することになる。したがって、信号強度が所定レベル以上のドップラ信号を対象としても近くの動きより遠くの動きのほうが広範囲に検知されてしまい誤動作の原因となる。
【0011】
2周波ドップラセンサは、原理的には高い精度で対象物との距離測定ができる。しかし、実際には両周波数の偏差や位相差検出時の処理上の問題があり、計算値通りの分解能で距離を算出することはできない。一般的には、位相差2度(距離にすると約8cm)程度が分解能となる。さらに精度良く検出するための回路は煩雑になり安価にできない。
【0012】
また、光やミリ波パルスの反射時間によるパルスレーダも距離測定に用いられることがある。このパルスレーダでは、対象物から反射されるパルスの応答時間を測定するため、近距離の対象物に対する測定には不向きである。
【0013】
本発明は、上記した背景に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ドップラセンサを用いて対象物の存在,通過,所定の位置からの移動等の状態を精度よく検出することができる物体状態判定装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明の物体状態判定装置は、複数の混合器を有するドップラセンサと、前記複数の混合器の出力から対象物の動きを解析する動作解析手段と、前記複数の混合器のうち何れかの出力に基づきドップラ波の発生を検出するドップラ波サイクル検出手段と、前記ドップラ波サイクル検出手段の出力と、動作解析手段の出力からドップラ波の発生サイクルを計数するドップラ波サイクル計数手段と、少なくとも前記ドップラ波サイクル計数手段からの出力に基づいて物体の状態を判定する状態判定手段を備えるようにした。なお、本明細書において物体状態判定装置は、「物」の判定のみならず「人」の判定を行うことができることは言うまでもない。
【0015】
また本発明では、前記動作解析手段は、前記複数の混合器の少なくとも2つからの出力に基づき、接近,離反を判断するように構成できる。また、ドップラセンサは、2出力ドップラセンサとすることができる。一例としては、ドップラセンサは、局部発振器と、当該局部発振器の出力ラインの端部に設けたアンテナと、当該出力ライン上のλ/8の距離だけ離れた2つの混合器とから構成することができる。
【0016】
また、前記状態判定手段で判定する動作状態は各種の物があるが、例えば、前記ドップラ波サイクル計数手段に格納された計数値の変化(周波数等)から、前記対象物の存在を検知するものとしたり、前記ドップラ波サイクル計数手段に格納された計数値の変化(周波数等)から、前記対象物の通過を検知するものとしたりすることができる。さらには、所定の位置に移動したことなどを検知する他、各種の状態を検知できる。
【0017】
ドップラセンサの複数の混合器の出力から、対象物の移動方向(接近,離反等)等を求めることができる。さらに、少なくとも1つの混合器の出力から、ドップラ波の発生サイクルを検知することができ、しかも、ドップラ波の周波数から、ドップラ波が1サイクル発生するために必要な対象物の移動距離を求めることができる。従って、仮に対象物が同一方向に移動しているとすると、ドップラ波サイクル検出手段が1サイクル検出する都度、ドップラ波サイクル計数手段に格納された計数値をインクリメント或いはデクリメントすることにより、計数値の変化量から対象物の移動距離を求めることができる。また、対象物が移動しない場合には計数値も変化せず、対象物の移動速度が遅いと、計数値の変化もゆっくりとなる。さらに、移動方向が逆転した場合に、計数値の増減も反転させるようにすれば、計数値の変化を監視することにより、対象物の接近/停止/離反等の状態を判断することができる。そして、移動が停止したことが検知できれば、対象物がその位置にとどまっていることがわかり、存在検知を行うことができる。また、接近と離反を検知することにより、対象物がドップラセンサ11の前を通過したことと判定することができる。
【0018】
また、前記混合器の少なくとも一方からの出力を基にドップラ信号の信号強度を判定する信号強度判定手段を設け、前記ドップラ波サイクル計数手段における計数は、前記信号強度判定手段の出力(重み)を加味して行うことができる。信号強度判定手段は、実施の形態では信号強度測定部と動作解析手段内での信号強度に応じた重みを決定する機能部分により実現される。係る構成を取ることにより、物体状態判定装置(ドップラセンサ)に近い対象物の移動の影響が大きくなるので、周囲に存在する物体の移動に伴う誤動作を抑制できる。
【0019】
一方、上記した発明を前提とし、前記対象物が所定の基準点に達したことを検知する基準点検知手段を備え、前記状態判定手段は、前記基準点からの前記ドップラ波サイクル計数手段の計数値の変化量から対象物の状態を判定するように構成すると良い。上記したように、計数値の変化量から対象物の移動距離を求めることができるので、基準点を検知することにより、その基準点からの移動距離に基づき、対象物が所望位置に離反/接近したという状態を知ることができる。
【0020】
そして、基準点を検知するための構成としては、各種のものを用いることができ、ドップラセンサの出力を利用するものとしては、例えば、ドップラ信号の発生周波数を判定する周波数測定手段を設け、前記基準点検知手段は、前記周波数測定手段の出力が所定の周波数変化が所定時間内に発生した場合に対象物が前記基準点に存在するものと判定するように構成できる。また、別の方法としては、ドップラ信号の信号強度を検出する信号強度検出手段を設け、前記基準点検知手段は、前記信号強度検出手段の出力に基づき前記信号強度が所定以上の強度である状態が所定時間連続した場合に対象物が前記基準点に存在するものと判定するように構成できる。なお、信号強度検出手段は、実施の形態では信号強度測定部に対応する。そして、この信号強度検出手段は、ドップラ波サイクル計数手段の計数の重み付け等を行うための前記信号強度判定手段の一部と共有するようにしても良いし、別部材として構成しても良い。
【0021】
さらに、前記基準点検知手段は、対象物が接近状態から離反状態に反転した場合にその対象物が前記基準点に存在するものと判定するようにしたり、前記ドップラ波サイクル計数手段における所定時間毎の計数値の変化が所定値以下である場合に対象物が前記基準点に存在するものと判定するようにしたり、前記ドップラ波サイクル計数手段における所定時間毎の計数値の変化が所定値以下である状態から、所定値以上になった場合に対象物が前記基準点に存在するものと判定するなど、各種の判定アルゴリズムにより実現できる。上記した基準点検知手段の具体的な検知アルゴリズムは、単独で用いても良いし、適宜のものを組み合わせて実施することもできる。もちろん、例示列挙した上記のものに限定されるものでもない。
【0022】
また、前記基準点検知手段によって対象物が前記基準点に存在するものと判定した後に、前記動作解析手段が対象物の接近を検知した場合には、その検知の元となるドップラ信号を誤動作信号と判定して前記ドップラ波サイクル計数手段を制御するようにすることができる。さらにまた、前記基準点検知手段によって対象物が前記基準点に存在するものと判定した後に、前記動作解析手段が前記動作解析手段が、連続的に対象物が接近してから離反したことを検知した場合には、その検知の元となるドップラ信号を誤動作信号と判定して前記ドップラ波サイクル計数手段を制御するようにすることもできる。ここで、ドップラ波サイクル計数手段を制御するとは、例えば、ドップラ波サイクルが検出されても「計数処理しない」ようにすることがある。
【0023】
本発明の物体状態判定装置は、さらに電磁弁,ランプ,警報等、所定の機器を制御する制御手段を備えることができる。この制御手段により、物体の動きに応じて電磁弁,ランプ,警報等の起動、停止等を行うことができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の好適な一実施の形態を示している。図1(a)に示すように、本実施の形態の物体状態判定装置10は、ドップラセンサ11と、動作解析部12と、ドップラ波サイクル検出部13と、ドップラ波サイクル計数部14と、状態判定・制御部15とを備えている。
【0025】
ドップラセンサ11は、ホーンアンテナ(送信アンテナ,受信アンテナを兼ねる)HAと、2つの混合器M1,M2と、局部発振器L.O.とからなり、局部発振器L.O.が生成したマイクロ波をホーンアンテナHAから発射し、反射してきたマイクロ波を当該ホーンアンテナHAで受信する。
【0026】
局部発振器L.O.とホーンアンテナHAとの間に第1,第2混合器M1,M2が設けられており、それら第1,第2混合器M1,M2は互いに出力が90度位相差を持つように配置されている。具体的には、ホーンアンテナHAと一体に形成された導波管の他端を閉塞し、その他端に局部発振器を設ける。そして、同一線路上にホーンアンテナHA,第1混合器M1,第2混合器M2,局部発振器L.O.を設け、隣接する第1,第2混合器M1,M2をλ/8だけ距離を置くことにより構成できる。
【0027】
なお、図1(a)では、ホーンアンテナHA,第1混合器M1,第2混合器M2,局部発振器L.O.を線で接続しているが、これは、信号の伝達経路等を示すために便宜的に記載したものである。そして、ホーンアンテナさらにはそれに続く導波管は立体回路であって内部は空間となっており、その空間内の適宜位置に各部品を設置することで、信号の伝送・注入を行う。もちろん、図示省略されているが局部発振器L.O.から出力される局部発振信号は各ミキサに注入される。
【0028】
また、図1(b)に示すように、マイクロストリップラインを用いた平面回路によっても構成することができる。すなわち、直線状のマイクロストリップラインSLに対し、端から所定の間隔をおいてパッチアンテナPA,第1混合器M1,第2混合器M2,局部発振器L.O.を接続する。そして、第1,第2混合器M1,M2間の間隔をλ/8離すようにする。もちろん、具体的な回路構成は、図示したものに限られないのは言うまでもない。なお、以下の説明では、ドップラセンサ11を構成するアンテナとして、ホーンアンテナHAを用いた例を説明するが、図1(b)に示すようなパッチアンテナPAを用いた平面回路でも同様である。
【0029】
上記した各構成にすると、例えば第1混合器M1を基準にすると、ホーンアンテナHA等からの反射波は、λ/8遅れて第2混合器M2に入力される一方、局部発振器L.O.からの入力はλ/8早く第2混合器M2に入力される。このため、第1混合器M1と第2混合器M2の出力の位相差はλ/4(90度)となる。
【0030】
動作解析部12は、ホーンアンテナHAが受け取った対象物からの反射波を第1,第2混合器M1,M2を介して受け取り、対象物の動きを判断する。本実施の形態では、第1,第2混合器M1,M2が受信する位相の変化から、接近,離反を判断している。さらに、判定する物体の状態によっては、動作解析部12は、対象物が基準点に来たことを特定する機能も備えるようにする。もちろん、この基準点に来たことを検知する基準点検知機能は、動作解析部12とは別途独立して設けても良いのは言うまでもない。
【0031】
図2は、接近/離反時の混合器M1と混合器M2の出力の位相に関する概念説明図である。ドップラ信号が発生すると、混合器M1の出力と混合器M2の出力は90度の位相差が発生する。位相の変化という観点から接近時の信号を考えると、点P1から点P2に対して変化するのに対し、離反時の信号は点P2から点P1への変化となる。
【0032】
すなわち、接近時と離反時においては、一方の混合器からの信号を基準に考えると他方の混合器からの位相は反転することになる。この位相差を利用して、混合器から出力される信号を二値化し、2つの信号を比較することによって接近か離反かを判断することができる。
【0033】
ドップラ波は、波長の1/2の距離(送信周波数f=24.2GHzだとすると、たとえば0.62cm相当距離)を移動すると1サイクル発生する。そこで、接近/離反に関しては、λ/2の移動(1サイクル分の位相の変化)があれば、接近/離反を判定することができる。
【0034】
本実施の形態の物体状態判定装置10では、1つの局部発振器L.O.を用いて、その局部発振信号を2つの混合器M1,M2に供給するようにしたため、周波数の安定性を考慮する必要はなく、単に位相が異なる2つのドップラ信号を用いて、接近しているか離反しているかのみを判定すればよい。この他の煩雑な回路を必要としない。
【0035】
ドップラ波サイクル検出部13は、第2混合器M2の出力からドップラ波の発生を検出するものである。そして、そのドップラ波サイクル検出部13の出力を受けたドップラ波サイクル計数部14は、ドップラ波の発生サイクルを計数するものである。
【0036】
つまり、上記したようにドップラセンサ11の各混合器M1,M2からは、対象物がλ/2の距離を移動するとドップラ信号が1サイクル発生する。ドップラ波を位相の変化で考えたとき、ドップラセンサ11から対象物までの距離が、1波長λ分変化する(実際には、往復する信号を検出するため半波長λ/2分変化する)ということは、位相が連続的に360度変化するということになる。
【0037】
一方、ドップラセンサ11は、送信波と対象物から反射される反射波を混合器M1,M2により混合するとき、送信波と反射波の位相差がその出力(ドップラ信号)に現れるため、反射波の位相が360度変化すればドップラ信号の位相も360度変化する。すなわちドップラセンサ11から対象物までの距離が半波長λ/2分移動することで、1サイクル分(360度位相が変化した信号)のドップラ信号が出力されることになる。
【0038】
そこで、一方の混合器(本実施の形態では第2の混合器M2)の出力をドップラ波サイクル検出部13に与えるようにし、そのドップラ波サイクル検出部13にて1サイクル分のドップラ信号を検出すると、1パルス出力するようにしている。このことから、ドップラ波が連続して発生したサイクル数に応じて出力する上記パルス数をドップラ波サイクル計数部14により計数することで、移動距離を算出することができる。
【0039】
但し、1サイクル分のドップラ信号は、対象物がλ/2分移動することにより出力され、その移動方向は問わない。つまり、対象物がλ/2だけ接近した場合にもドップラ波サイクル検出部13から1パルス出力され、対象物がλ/2離反した場合にもドップラ波サイクル検出部13から1パルス出力される。
【0040】
そこで、上記したように1サイクルのドップラ信号が発生すれば、動作解析部12にてその1サイクルのドップラ信号が接近か離反かを判定できるため、動作解析部12から接近/離反の判定結果情報をドップラ波サイクル計数部14に与え、発生した1サイクルが離反であればサイクル数をプラス計数とし、接近であればマイナス計数とすることで対象物の移動量を正確に測定することが可能となる。つまり、1サイクル分離反方向に移動したら計数を+1とし、1サイクル分接近したら計数を−1とすれば計数と1サイクル分の距離から測定開始点(基準点)からの相対距離を算出することができる。
【0041】
具体的には、ドップラ波サイクル計数部14は、図3に示すフローチャートを実行するようになる。まず、1サイクルのドップラ信号の発生を検出するのを待つ(ST11)。具体的には、ドップラ波サイクル検出部13からパルスが出力されたか否かを判断する。そして、1サイクルのドップラ信号が検出された場合には、それが接近または離反のいずれに基づくものかを判定する(ST12)。具体的には、動作解析部12からの判定結果信号に基づいて判断する。そして、発生した1サイクルが離反であれば、サイクル数をプラス計数とし(ST13)、接近であればマイナス計数する(ST14)。そして、上記した処理を繰り返し実行することにより、ドップラ波サイクル計数部14には、移動方向を加味した移動距離に伴う累計値(計数値)が格納される。
【0042】
これにより、対象物の移動を定量的に測定することが可能となる。すなわち、ドップラ波を1サイクル分検出する都度、ドップラ波サイクル検出部13の累積値を、離反方向に移動したら計数を「+1」とし、接近方向に移動したら計数を「−1」とすれば、異なる2つの時刻におけるドップラ波サイクル計数部14に格納されている累計値の差分と、1サイクル分の移動距離から、当該2つの時刻のときに存在していた地点間の距離を算出することができる。さらに、上記2つの時刻のうち一方を、対象物がある基準位置(基準点)に存在していた時とすると、基準点からの相対距離を算出することができる。
【0043】
なお、ドップラ波サイクル計数部14は、上記したようにソフトウェア処理で動作するものではなく、例えば、アップダウンカウンタ等を用いたハードウェアで構成することもできる。
【0044】
状態判定・制御部15は、少なくともドップラ波サイクル計数部14の出力に基づいて物体の状態を判定するものである。また、判定する状態の種類によっては動作解析部12からの判定結果信号も判定する際の情報として用いる。具体的に判定する状態の種類と判定アルゴリズムは以下に示すようになっている。もちろん、全て或いは複数の機能を組み込み、切替スイッチその他の手段によって任意の機能を実現させるようにしても良いし、予め定めた1つの機能のみを組み込むものでも良い。さらに、状態判定・制御部15は、図示省略した制御対象機器に対し、判定した物体の状態に応じて電磁弁の制御,モータの制御,警告の制御等を行うことができるようになっている。
【0045】
ここで、状態判定・制御部15における状態判定機能の1つである存在検知機能は、対象物(例えば人)が接近してきて停止した状態を判定するものである。すなわち、対象物が接近してドップラセンサ11の前で停止すると、新たに離反信号が発生するまではその場所に人が存在していることになる。この判定方法によると人が接近して停止した状態を判定できるので、自動ドアや、椅子や便器の着座センサや、駐車場での車両の有無に使用するセンサ等として広く利用できる。
【0046】
実際には、ドップラセンサ11の分解能を考慮すると、対象物が人間の場合には、姿勢全体を含めて完全に停止するのは困難であり、たとえ両足が同一位置で停止していても上体は微動してしまいため、それに伴い接近/離反信号も発生してしまう。
【0047】
一方、ドップラセンサ11からは、対象物が所定距離(λ/2)だけ移動するとドップラ信号が1サイクル分出力される。従って、ドップラ信号の発生周波数により対象物の動作速度が検出できる。つまり、ドップラ信号の周波数が低いときは対象物の動作が遅く、周波数が高くなると対象物の動作は速くなるといえる。
【0048】
たとえば、図4に示した男子用小便器21などに用いられる物体状態判定装置10(自動水洗装置等に連携される)の場合、対象物である人は、図示した状態から通常歩行(秒速1m程度)で小便器に近づいた後に、停止するが、そのときには、人は所用の準備のため体をわずかに動かすことになる。
【0049】
そこで、係る上記した状況におけるドップラ信号の発生周波数は以下のようになる。すなわち、まず、人が近づいてくるときのドップラ信号は、所定以上の高い周波数が発生する。また、男子用小便器の前で停止しているときのドップラ信号は、低い周波数が発生する。しかも、近づいてくる期間並びに、男子用小便器の前に停止している期間は、ある一定の時間以上となる。
【0050】
この周波数の変化は、所定時間単位で考えられる速度の変化であり、所定時間(例えば1秒間)の間に移動した接近または離反の距離の長短に現れる。つまり、所定時間内でのドップラ波サイクル計数部14の計数値(累積値)の変化量が多いほど早いといえる。
【0051】
従って、ドップラ信号の周波数が、所定期間、所定以上の状態が継続した後、低い周波数(0を含む)に変わった状態が所定時間連続した時点で男子用小便器の前で停止していると推定できる。
【0052】
また、上記したごとく対象物がドップラセンサに接近する場合は接近状態が連続して続き、その後ドップラセンサの前で停止した場合は細かい接近離反の状態が続くこととなる。そこで、上記と別の判定アルゴリズムとしては、ドップラ波サイクル計数部14の計数値の変化状況を監視し、計数値が一定期間減少していき、その後比較的狭い所定範囲内で増減を繰り返す場合には停止していると判定でき、その場所には対象物(人)が存在することが検知できる。
【0053】
もちろん、対象物が車両その他のように、完全に停止することができるものの場合、計数値が一定期間減少していった後、計数値の変化が一定期間無い場合にその場所に物体が停止した状態で存在していると判断することができる。
【0054】
また、状態判定・制御部15における物体の状態判定の別の態様としては、物体の通過を検知することができる。すなわち、人が通過する場合は通常ドップラセンサ11に対して接近してから離反することになる。具体的には、ドップラ波サイクル計数部14に格納された計数値を監視し、その計数値が一定期間減少していき(接近している)、その後、計数値が増加していった(離反している)場合には、通過したと判断することができる。なお、この増加/減少の判断であるが、微小範囲内での増減の変化は無視するようにし、全体として増加傾向/減少傾向にあるか否かにより判断するようにすると好ましい。
【0055】
さらにまた、状態判定・制御部15における物体の状態判定の別の態様としては、物体の離反を検知することができる。すなわち、ドップラ波サイクル計数部14の計数値からは、対象物体の移動距離を精度良く求めることができるものの、例えば物体状態判定装置10から離反していったこと、さらには所定の距離以上離れたことなどを精度良く検出することはできない。
【0056】
そこで、本実施の形態では、動作解析部12にて対象物体が所定の基準位置(基準点)に来たことを検知し、この基準点に来たことを検知後、ドップラ波サイクル計数部14の計数値が増加していった場合には、対象物体が離反していったと判断することができる。また、基準点に来たことをトリガとしてドップラ波サイクル計数部14の計数値をリセットすることにより、計数値が所定のしきい値を越えた場合に、物体状態判定装置10から所望距離以上離反したと判定することもできる。もちろん、このようにリセットするのではなく、基準点に来たことを検知した際の計数値を記憶保持し、その記憶保持した値と現在の計数値との差を求めることによっても同様の判断を行うことができる。
【0057】
そして、基準点の算出アルゴリズムとしては、以下に示す各種のものを用いることができる。もちろん、本発明における基準点の算出アルゴリズムは、以下に例示列挙したものに限られるものではない。また、本実施の形態では、基準点の検出アルゴリズムを動作解析部12側で行うようにしたが、本発明はこれに限ることはなく、必要な情報を状態判定・制御部15に与え、そこにおいて基準点の検出を行うとともに、所定の状態判定を行うようにしても良く、さらには、独立した基準点検出部を設けてももちろん良い。
【0058】
*周波数変化を用いた検出
基本的には存在探知アルゴリズムと同様にすることができる。すなわち、検知ドップラ信号の発生周波数により対象物の動作速度が検出できる。周波数が低いときは対象物の動作が遅く、周波数が高くなると対象物の動作は速くなる。そこで、所定時間所定以上の周波数が発生していて、その後低い周波数に変わった状態が所定時間連続した時点でその位置を基準点とすることができる。この場合、周波数が急激に低くなった場合は対象物が動作状態から停止したことを示しているためさらに基準点の位置が明確になる。
【0059】
係る周波数を用いた基準点の検出を行うための具体的な装置構成としては、例えば、図5(a)に示すようにすることができる。すなわち、この例は、図1(a)の構成の物体状態判定装置10に、周波数測定部17を付加した実施の形態を示している。この周波数測定部17は、図5(b)に示すように直列接続された通過アンプ17aと低域アンプ17bとを備え、ドップラ信号の発生周波数を測定することができる。より具体的には、第2混合器M2から出力されるドップラ波を周波数測定部17の通過アンプ17aに与える。この通過アンプ17aは、対象物が取り得る移動速度の周波数帯域を通過するものであり、移動速度が速く周波数が高い場合と移動速度が遅く周波数が低い場合のいずれの場合も通過アンプ17aを通過する。そして、通過アンプ17aの出力は、後段の低域アンプ17bと動作解析部12に与えるようになっている。
【0060】
低域アンプ17bは、上記した基準点付近に来たときの低い周波数のみを通過させるように設定され、その出力は動作解析部12へ与えられるようになっている。
【0061】
これにより、対象物が移動中でドップラ信号の周波数が高い場合には、通過アンプ17aのみ出力があり、低域アンプ17bを通過することができない。また、対象物が停止と腕ドップラ信号の周波数が低い場合には、通過アンプ17a並びに低域アンプ17bのいずれのアンプからも信号が出力される。係る出力信号の状態に基づき動作解析部12は、対象物が基準点Xに来たか否かの判断を行う。
【0062】
具体的には図6に示すフローチャートを実行するアルゴリズムにより実現することができる。もちろんこのアルゴリズムに限るものではない。すなわち、所定時間、所定以上の高い周波数が発生しているかを判断する(ST21)。ここで所定時間か否かは内部タイマなどにより求めることかできる。また、高い周波数か否かは、通過アンプ17aのみから信号が出力されているか否かにより判断できる。
【0063】
そして、この分岐判断がYesとなると、次は、低い周波数に変わった状態が所定時間連続したかを判断する(ST22)。すなわち、通過アンプ17aと低域アンプ17bの両方から信号が出力されているか否かにより判断できる。そして、所定時間連続していればその位置を基準点とする(ST23)。
【0064】
また、上記の例では、対象物の状態が移動から停止した点を基準点としたが、このように停止状態になったことを基準点にするのではなく対象物が所定の位置から離れ始めた点を基準点とすることもできる。例えば座席にドップラセンサを組み込み、座席から人が立ちあがったことを検知する場合において、座席に人が座っている間はゆっくりとした人の動きがあるが立ち上がる場合は早い動きとなる。したがって一定以上の早い動き(ドップラ信号が一定の周波数以上)を検知した場合にそれを基準点とすることができる。この場合に、所定距離移動したら退席とみなすこと等の判定に有効に利用できる。
【0065】
このようにすれば動作状態から停止した点を基準点とする場合に比べ、停止状態が長い場合の計数の累積誤差の蓄積を防ぐことができ、より確実な対象物の状態判定を行うことができる。
【0066】
また、上記した実施の形態では、第2混合器M2の出力をフィルタからなる周波数測定部17に与え、そこにおいて周波数の高低の判断を行うようにしたが、第1混合器M1の出力を用いても良いのはもちろんである(この点は、他の実施の形態も同様である)。さらには、上記した存在探知機能と同様に、周波数の高低の判断を、所定期間内でのドップラ波サイクル計数部14の計数値の変化から求めることができる。つまり、図1(a)に示した実施の形態では、動作解析部12からドップラ波サイクル計数部14に対して制御命令(接近/離反)を与えるというように情報の伝達を一方通行としていたが、本発明はこれに限ることはなく情報の伝達を双方向とし、ドップラ波サイクル計数部14の計数値を動作解析部12が読み出し、計数値の変化状況等から基準点に位置しているか否かを判断するようにすることができる。
【0067】
これにより、例えば図4の場合、人がドップラセンサの前(男子用小便器)まで進み停止することになるので基準点として判定することができる。そして、基準点は、接近してきた対象物が所定位置で停止することを利用し、その所定位置を基準点としたため、そのように基準点に達した後は、対象物は離反していくことになる。そこで、状態判定・制御部15は、基準点に達したことを認識後、ドップラ波サイクル計数部14の計数値が増加した場合には離反したと判定することができる。また、計数値の変動量から所定距離以上離反したと判定することもできる。このとき、基準点に達した際に計数値をリセットするようにした場合には、計数値が所定の値を超えると、対象物が所定距離以上離反した状態にあると判定できる。係る状態の判断は、以下に示す他の方法で基準点を検知した場合も同様である。
【0068】
さらには、この基準点の検知機能を状態判定・制御部15側で行うこともできる。その場合に、周波数測定部17を用いる場合には、図5に示す周波数測定部17の出力を状態判定・制御部15に与えるように変更すればよい。もちろん、ドップラ波サイクル計数部14に格納された計数値を用いる場合には、図1(a)に示すブロック図と同様の構成をとり、状態判定・制御部15で行う処理アルゴリズムとして、図6に示すフローチャートを実施する機能を組み込むことにより対応できる。そして、状態判定・制御部15における状態の判定が所定距離離反した状態を検知するものである場合、基準点の検知からの一連の処理アルゴリズムとしては、例えば図7に示すようなフローチャートを実施する機能を組み込むことになる。ここで、ステップ24の「所定距離移動したか」とは、基準点を検知したときのドップラ波サイクル計数部14の計数値(リセットをかけた場合には0)に対する現在の計数値の増加分が一定値以上か否かを判断することになる。
【0069】
物体の状態判定として、このような基準点からの離反を検知するようにした物体状態判定装置10によれば、例えば、図8(a)に示す男子用小便器21の自動水洗装置に、物体状態判定装置10を適用した場合、対象物である人がP1の位置から男子用小便器21に接近し、P2の基準点で停止した後、離反していく。このとき、P2の基準点から一定距離離反したP3の位置まで離れたことを検知した場合に、例えば自動水洗装置を動作させ、男子用小便器21に水を流すようにする。
【0070】
また、図8(b)に示すように、物体状態判定装置10のドップラセンサ11を車両31の底面に対し、対象物である地面に向けて配置することで車両31のセキュリティのためのジャッキアップ検出(ジャッキアップ前の距離P1とジャッキアップ後の距離P2との差の検出)を行うことができる。すなわち、図8(b)中実線で示すように通常の停車状態では、対象物である地面との距離がP1で一定となる。そこで、変動が無いので周波数も0または低い値となるし、ドップラ波サイクル計数部14の計数値の変動もほとんど無いので、基準点と認識できる。この状態で車両31がジャッキアップされて物体状態判定装置10(ドップラセンサ11)と地面との距離P2が離れると、対象物が相対的に離反した状態と判断できる。これに伴い、状態判定・制御部15の制御機能は、警報手段を動作させたり、無線により遠隔地にいる車両の持ち主が持つ携帯機等に知らせる処理を行う。
【0071】
また、物体状態判定装置10を車両31の室内に設置した場合、乗員判定に応用することができる。すなわち、乗員が車両31内に乗り込むと、乗り込んだ当初は移動に伴うドップラ信号が出力されるが、乗車してシートに座ると大きく移動することは無いので、ドップラ信号が出力されないか、されたとしても低周波数となったり、トップラ波サイクル計数部14の計数値は、微小範囲内で増減を繰り返すため、基準点Xとすることができる。この後、乗員が車両31から降車していくと、ドップラ波サイクル計数部14の計数値は増加していくため、状態判定・制御部15は、離反つまり降車したことを検知することができる。これに伴い、状態判定・制御部15の制御機能は、例えば、盗難警報装置をONにしたり、車両のドアロックを施錠するなどの各種の制御を行うことができる。
【0072】
なお、上記した基準点検知以降の処理アルゴリズムも、以下に示す各種のアルゴリズムによって基準点を検知した場合にも同様の処理が行えるのはもちろんである。
【0073】
*ドップラ信号の累積サイクル数(計数値)による判定
対象物がドップラセンサに接近の後に停止すると、ドップラ信号が出力されなくなるか人のわずかな揺らぎによりドップラ信号が発生するがそのドップラ信号は接近と離反が細かく繰り返されている。この場合にドップラ信号の発生とその時の接近離反の判定条件からドップラ信号の発生数を計数した場合、人の動作は平均化されその値が所定値以下である場合に停止しているとして基準点と安定することができる。同様に基準点から離れるときもこの計数値が所定以上離反側に大きくなれば基準点から離反したものであると判定することができる。
【0074】
すなわち、ドップラ波サイクル計数部14の計数値を監視し、所定時間毎のドップラ信号の累積サイクル数(計数値)が所定値以下である状態から所定値以上になった場合に対象物が基準点Xに存在するものと判定することができる。
【0075】
対象物がドップラセンサに接近の後に停止すると、ドップラ信号が出力されなくなるか人のわずかな揺らぎによりドップラ信号が発生するがそのドップラ信号は接近と離反が細かく繰り返されている。この場合にドップラ信号の発生とその時の接近/離反の判定条件からドップラ信号の発生数を計数した場合、人の動作は平均化されその値が所定値以下である場合に停止しているとして基準点Xを安定にすることができる。同様に基準点から離れるときもこの計数値が所定以上離反側に大きくなれば基準点から離反したものであると判定することができる。
【0076】
*接近離反状態を用いた検出
対象物がドップラセンサ11に接近する場合は接近状態が連続して続き、その後ドップラセンサの前で停止した場合は細かい接近離反の状態が続くこととなる。例えば図4,図8(a)などの状態において人がドップラセンサ11の前で停止すると、所用のための動作から接近離反を細かく繰り返すことになることはすでに述べた通りである。そして、ドップラセンサ11の発振周波数が24GHzの場合、接近離反を判定するのに必要なドップラ信号の1サイクル分に該当する移動距離は0.62cmであり、十分判定に利用できる。すなわち接近判定の後の離反判定は対象物である人がドップラセンサの前で停止したことになり基準点として利用できる。
【0077】
なお、上記の例では接近してから離反した点を基準点と判定したが、係る構成をとると、接近中において対象物の動きにより(例えば手の動き)によって離反判定が行われてしまうことがある。そのため、瞬間的、一時的に離反したとしても全体として接近しているような場合には、実際には離反していないと判断するようにするとよい。具体的には、「所定以上離反したこと」を条件に離反したと判定するようにすることができる。
【0078】
そのようにすると、例えば図8(a)に示す例において、AからBの位置に人が接近する間の所定位置で手の動きなどにより離反信号が発生する場合があるが、離反が一時的であると離反とは判定されない。そして、Bの位置に来た後、離反していきC点まで離反したときに初めて離反と判定する。この場合の実際の基準点はB点であるため、BからCまでの移動分(ドップラ波サイクル計数部14から取得した連続した離反信号の距離の累積値)を記憶し、離反判定を行ったときにその記憶値より実際の基準点を算出することができる。これにより、以後、現在の対象物のB点からの正確な離反距離を算出することができる。なお、ここでいうC点とは、P3と意味が異なり、図8では便宜上同一位置に記載しているが、実際の距離は異なることはもちろんある。
【0079】
なお、所定以上離反したとは、ドップラ波サイクル計数部14の値が一定期間増加している(増加傾向にある)場合や、動作解析部12から出力される離反/接近判定結果が一定期間「離反」であることなどから判断できる。
【0080】
*ドップラ信号の信号強度による判定
ドップラ信号の信号強度は対象物がドップラセンサに近づくほど強くなる。したがってドップラ信号が所定以上の強度である状態が所定時間以上継続した点を基準点とすることができる。これは単純に所定以上の強度である時間を測定してもよいし、接近するにつれで信号強度も増加することから、信号強度が徐々に上昇してきて所定値以上で所定時間経過した時点を基準点としてもよい。
【0081】
また、対象物がドップラセンサ11に近づく場合、ドップラ信号強度が連続的に増加するがドップラセンサの手前で停止した場合にはドップラ信号が検出できなくなることもあるため、ドップラ信号号強度が連続的に所定値まで増加し急激に低下する時点、もしくはなくなった時点を基準点とすることもできる。
【0082】
そして、係る信号強度を加味した基準点検知機能を実現するための具体的な装置構成としては、例えば、図9に示すように信号強度測定部16を設けることにより対応できる。つまり、第2混合器M2の出力を信号強度測定部16に与え、そこにおいてドップラ信号の信号強度を求め、それを動作解析部12に与える。動作解析部12内の基準点検知機能は、取得したドップラ信号の信号強度に基づいて、上記した条件を具備するか否かを判断する。そして、条件を具備する場合には基準点とする。
【0083】
なお、この信号強度に基づく基準点検知機能も、信号強度測定部16の出力を状態判定・制御部15に与えることで、状態判定・制御部15側で行うこともできる。そして、基準点を検出後、所定距離離反した状態を検知する一連の処理を行うためには、例えば図10に示すフローチャートを実施する機能を状態判定・制御部15に組み込むことで対応できる。
【0084】
なお、ステップ31の分岐判断であるが、ドップラ信号が検出できずに信号強度が急激に低下することを条件に入れていないが、これは、対象物が人の場合、ドップラ信号が出力されないように完全に停止することはほとんどできないためである。従って、仮に完全に停止しドップラ信号が出力されなくなるような対象物の場合には、ステップ31の分岐判断は、一定以上の信号強度が所定時間検出後、信号強度が急に低下するというように適宜変更することになる。
【0085】
また、本装置が例えば男子用小便器の自動水洗装置のように対象物が人で、基準点付近で停止するような場合でも、停止した状態においても人のわずかの揺れでドップラ信号が発生し、その発生時においてその人はドップラセンサ11の直近にいるため信号強度は最大になる。この状態が所定時間続けば基準点を検出することができる。
【0086】
さらにまた、後述するように最終的に行う物体の状態判定が、基準点よりさらに所定距離接近したことを検知するようにした場合には、係る接近したときの信号強度は、基準点における信号強度よりも大きくなるので、基準点における信号強度が必ずしも最大とはいえない。そこで、ステップ31の判断条件である一定以上の信号強度のレベルは、検出対象・状態判定の種類に応じて適宜設定するのはもちろんである。
【0087】
さらに、ステップ34の処理は、基準点位置からさらに所定距離近づいた(積算値が減少した)場合には基準点とドップラセンサ11間の所望位置に到達したと判断し、逆に、離反方向に所定距離移動した場合には、上記した各例と同様に、離れていったと判断することができる。
【0088】
係る物体状態判定装置10は、例えば人の検出により玄関灯などの自動ライトを自動的に点灯させる場合において所定レベル以上のドップラ信号を検出後一定距離近づいたら状態判定・制御部15からの制御信号に基づき当該自動ライトを点灯させることができる。このようにすれば自動ライトの近くに植木の枝等があった場合、風で枝の動きを検知し基準点として判定されることがあるが枝は揺れるのみで一定の距離以上は近づかないため誤動作を防ぐことができる。
【0089】
また、基準点から離反する場合の自動ライトの点灯制御としては、例えば、基準点に来たときに点灯させ、そこから所定距離離反したことを検知した場合に消灯するように制御することもできる。
【0090】
また、トイレの自動便座などは、トイレのドアを開けて対象物である人が中に入ってきたことを検知し、便器の便座を自動的に開けるが、トイレ空間が狭いとドアからの反射が大きく基準点を判定することは難しい。このような場合は所定時間の間にドップラ信号の信号強度(信号レベル)の変化が発生した場合を基準点とし、そこから一定距離ドップラセンサに近づいた場合に便座を開けるようにすればよい。
【0091】
*ドップラ信号の信号強度と周波数を用いた検出
上記したように、対象物が近づいてくるときは所定以上の周波数のドップラ信号が発生する。そして、対象物までの距離が近ければ発生するドップラ信号も大きくなるため、ドップラセンサの直近に対象物がいるときのドップラ信号は所定以上の信号強度があることになり、しかもドップラ信号の周波数は低い状況となる。従って、これらの条件を複合的に判断することにより、より正確な基準点の検出を行うことができる。
【0092】
そして、具体的な構成としては、例えば、図11に示すようにすることができる。この図11は、図1(a)の構成の物体状態判定装置10に信号強度測定部16および周波数測定部17を付加した実施の形態を示す図である。動作解析部12では、信号強度測定部16および周波数測定部17から取得した情報に従って総合的に基準点か否かの判断を行うことになる。この判断の一例としては、周波数に基づいて基準点が検出され、かつ、信号強度に基づいて基準点が検出された場合に、はじめて基準点達したと判断することができる。また、これ以外にも、両者の条件に重み付けをし、例えばいずれか一方をメインにし、他方を補助的に用いて判断するなど、各種の方式をとることができる。
【0093】
ところで、上述したように対象物の基準点を特定した後、ドップラ信号の発生数と接近/離反情報により基準点からの相対距離を算出することが可能になる。しかし、別の移動物体の影響を受け、対象物が動作していないのにドップラ信号が発生し、または対象物の移動中に発生するドップラ信号が別の移動物体の影響により正確なドップラ信号を計数できないという不都合が生じる場合がある。
【0094】
すなわち、例えば図12は化粧室を平面的に示す図であり、人Aが物体状態判定装置10のドップラセンサ11の前で停止し、基準点が決定された後に、その人Aの後ろを別の人Bが通過した場合、ドップラセンサ11は、その人Bの移動による影響を受け、接近判定されるドップラ信号が発生してしまい、さらに、人Aの後ろを通り過ぎていった場合には、離反判定されるドップラ信号が発生することがある。係る接近・離反判定されるドップラ信号は、人Aの状態判定にとっては悪影響を与えるため、係る場合、例えば基準点が決定された後の接近信号を無視するようにするとよい。
【0095】
さらにこの時、周波数測定部17が検出した一定の周波数以上のドップラ信号のみを誤動作信号として検出すると停止している対象物による揺らぎの影響を検出することなく誤動作であることを確実に判定できるのでより好ましい。
【0096】
さらに、接近判定されるドップラ信号から連続的に離反判定されるドップラ信号に変化した場合はこれらの信号を無視するようにしてもよい。すなわち、図12のような状態において人Aの後ろを通過する人Bはドップラセンサ11へ接近してドップラセンサ11の正面を通過すると離反に反転して遠ざかる。すなわち接近から連続的に離反することになる。
【0097】
そこで、動作解析部12が、対象物が基準点に存在するものと判定した後に連続的に離反したと判定した場合にそのドップラ信号を誤動作信号と判定してドップラ波サイクル計数部14を制御することができる。接近判定されるドップラ信号から連続的に離反判定されるドップラ信号に変化した場合はこれらの信号を無視すればよい。
【0098】
一般的な用途において、ドップラセンサ11の近くの対象物の状態を検知したいが、少し離れた場所での変化は検知したくない場合が多々ある。たとえば、人が展示物に近づいたらアナウンスをする展示物解説装置や、人が接近または着座したときに動作自動便座,自動ライト,自動ドアなどではある。これらの場合においては、所定以上離れた場所にいる人は検知の対象としないようにすることが好ましい。このように、ドップラ信号の強度により、人の接近や離反を識別することができる。
【0099】
ところが、対象物の大きさ(たとえば、大人や子供)や周囲の反射物の影響により、信号強度が異なることがある。また、ドップラ波のホーンアンテナHAからの放出は遠くなるほど広がっていくため、遠いほど広い範囲の移動物を検出することになる。したがって、信号強度が所定レベル以上のドップラ信号を対象としても近くの動きよりも、遠くの動きの方が広範囲に検知されてしまい誤動作の原因となる。
【0100】
この問題を解決するため計数時に、例えば図9に示す信号強度測定部16を付加した構成において、動作解析部12等の処理アルゴリズムを適宜修正することにより誤動作の排除を行うことができる。すなわち、動作解析部12が、信号強度を基に重み付けを行うことで対応することができる。
【0101】
具体的には、ドップラ信号の信号強度をたとえば5段階に分類し、信号強度が強くなるに従って1から5まで重み付けを行う。そして、ドップラ信号が、1サイクル発生したときの信号強度の重みを累積する。つまり、上記した各実施の形態では、動作解析部12からドップラ波サイクル計数部14に対して接近離反判定結果を与え、ドップラ信号が1サイクル発生した際に、判定結果が離反の場合には計数値を「+1」し、離反の場合には「−1」するようにしている。換言すると、信号強度の重みは常時「1」であったため、計数値は1ずつ増減していた。
【0102】
これに対し、本実施の形態では、信号強度の重みに応じて、ドップラ信号が1サイクル発生した際の1計数値の回の増減量が、「1〜5」のいずれになる。具体的には、ドップラ信号が1サイクル発生したとき信号強度の重みが「+5」であり接近信号である場合は計数値を「−5」し、離反信号の場合には計数値を「+5」する。同様に、信号強度の重みが「1」である場合には、接近信号の時は「−1」し、離反信号の時は「+1」する。もちろん、信号強度の重みが「2」,「3」,「4」の時も同様である。
【0103】
このようにすれば、遠くの動きによる影響は少なく近くの動きによる影響は大きくなる。たとえば、男子用小便器の自動水洗装置において、基準点からの離反距離を検知して水洗する場合に、図12に示すように公衆化粧室等では周囲にも人の動きが多く誤動作する可能性が高くなる。
【0104】
そこで、本実施の形態のように、比較的離れている周囲の人の動きと、男子用小便器の直近にいる対象物の動きに重み付けをすることにより誤動作を低減できる。また、基準点を特定する際にも上記と同様に重み付けをすることにより、誤動作を低減することができる。
【0105】
上記した各実施の形態によれば、対象物の状況判定を正確に行うことができるため、自動水洗装置や自動便座,人が近づくと点灯する自動ライト,車両のジャッキアップ検出,乗員判定などのセキュリティ分野等の対象物との距離の変化により対象物の状態を判定する装置や、距離の変動状態から自動ドア等や駐車場での車の駐車等の対象物の存在の検知を行う装置にも応用することができる。
【0106】
対象物の接近/離反と移動時のドップラ波の発生サイクル数を累積することで、対象物との間の正確な距離の変化を判定することができ、対象物の不在、停止をも判定することができる。
【0107】
【発明の効果】
本発明は、ドップラセンサの出力に基づいて対象物の存在,通過,所定の位置からの移動等の状態を精度よく検出することができる。すなわち、ドップラ波サイクル計数手段に格納された計数値から、対象物の移動距離を求めることができ、それに伴い対象物の状態を正確に判定することができる。また、回路を煩雑化することなく距離の分解能を高めることで対象物の状態をより確実に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示すブロック構成図である。
【図2】図1に示す2つの混合器出力の接近/離反時の位相関係を示す説明図である。
【図3】図1の物体状態判定装置の一動作例を示すフローチャートである。
【図4】作用を説明する図である。
【図5】(a)は、図1(a)の構成の物体状態判定装置に周波数測定部が付加された実施の形態を示す図である。
(b)は、周波数測定部の構成を示す図である。
【図6】図5の物体状態判定装置の一動作例を示すフローチャートである。
【図7】図5の物体状態判定装置の一動作例を示すフローチャートである。
【図8】(a)は、男子用化粧室の説明図である。
(b)は、ドップラセンサを地面に向けて配置した車両用セキュリティのジャッキアップ検出の説明図である。
【図9】図1(a)の構成の物体状態判定装置に信号強度測定部が付加された実施の形態を示す図である。
【図10】図9の存在探知装置の一動作例を示すフローチャートである。
【図11】図1(a)の構成の物体状態判定装置に信号強度測定部,信号強度測定部が付加された実施の形態を示す図である。
【図12】男子用化粧室の平面説明図である。
【符号の説明】
10 物体状態判定装置
11 ドップラセンサ
12 動作解析部
13 ドップラ波サイクル検出部
14 ドップラ波サイクル計数部
15 状態判定・制御部
16 信号強度測定部
17 周波数測定部
21 男子用小便器
31 車両
HA ホーンアンテナ
M1,M2 第1,第2混合器
L.O. 局部発振器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an object state determination device that can accurately detect relative approach / separation from a predetermined position to an object using a Doppler sensor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art An automatic flushing device for a toilet, an automatic toilet seat device, and a security system for a vehicle are equipped with a sensor system that detects a state of movement of an object such as a person by a sensor and performs a predetermined operation. In this type of sensor system, a microwave sensor or an infrared sensor is generally used for detecting approach, separation, stop, absence, etc. of a person.
[0003]
For example, in the sensor system (detection device) of
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-09-080150
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, this type of sensor system is likely to be affected by surrounding conditions, such as detecting the movement of a person other than a small user, and it may be difficult to perform an accurate operation. In order to reliably determine the state of movement of a person, it is necessary to accurately determine the approach and separation of the person to and from the detection device.
[0006]
In addition, a two-frequency Doppler sensor may be used to determine the distance between the object and the sensor. The two-frequency Doppler sensor uses a mixer operating at two different frequencies, and the distance to the target can be specifically expressed by the following equation.
R0 = c · ΔΦ / 4π · (f2-f1) (1)
R0: distance between sensor and target
f1: first frequency
f2: second frequency
ΔΦ: phase difference between two Doppler waves
c: speed of light
[0007]
For example, if f1 = 24.14 GHz and f2 = 24.15 GHz, the difference between the two frequencies is 10 MHz. Since the frequency difference is very small compared to the two frequencies, the frequency of the Doppler signal (Doppler frequency) based on the local oscillation frequency of each frequency can be regarded as substantially equal.
[0008]
Specifically, when the relationship between the distance and the phase difference is calculated using Expression (1), the distance is about 4 cm per degree of the phase difference. One cycle of the Doppler wave occurs when the Doppler wave moves a half distance of the wavelength λ. In the above example, the wavelength λ is approximately 1.24 cm, and a Doppler wave does not occur unless it moves by 0.62 cm.
[0009]
Therefore, the effective phase difference becomes about 0.15 degrees to 180 degrees, and when converted into a distance, a distance from 0.62 cm to 7.5 m can be calculated with a resolution of 0.62 cm.
[0010]
In the two-frequency Doppler sensor, the approach or separation of a person can be identified based on the signal strength of the Doppler signal. , The signal strength may be different. Further, the emission of the Doppler wave from the antenna spreads as the distance increases, but a farther object is detected in a wider range. Therefore, even for a Doppler signal having a signal strength equal to or higher than a predetermined level, a farther motion than a near motion is detected in a wider range, which causes a malfunction.
[0011]
In principle, a two-frequency Doppler sensor can measure a distance to an object with high accuracy. However, in practice, there is a problem in processing when detecting a deviation between the two frequencies and a phase difference, and it is impossible to calculate the distance with the resolution as calculated. Generally, the resolution is about 2 degrees of phase difference (about 8 cm in distance). Further, a circuit for detecting with high accuracy becomes complicated and cannot be inexpensive.
[0012]
Also, a pulse radar based on the reflection time of light or millimeter-wave pulses may be used for distance measurement. Since this pulse radar measures the response time of a pulse reflected from an object, it is not suitable for measurement of an object at a short distance.
[0013]
The present invention has been made in view of the above-described background, and an object of the present invention is to accurately detect a state of an object, such as presence, passage, and movement from a predetermined position, using a Doppler sensor. It is an object of the present invention to provide a device for determining an object state.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the object state determination device of the present invention includes a Doppler sensor having a plurality of mixers, an operation analysis unit that analyzes a movement of a target object from outputs of the plurality of mixers, Doppler wave cycle detecting means for detecting generation of a Doppler wave based on an output of any of the mixers, an output of the Doppler wave cycle detecting means, and a Doppler wave for counting a generation cycle of the Doppler wave from an output of the operation analyzing means. A cycle counting means and a state determination means for determining a state of the object based on at least an output from the Doppler wave cycle counting means are provided. In this specification, it goes without saying that the object state determination device can determine not only a “object” but also a “person”.
[0015]
Further, in the present invention, the motion analysis means can be configured to determine approach or separation based on outputs from at least two of the plurality of mixers. Further, the Doppler sensor can be a two-output Doppler sensor. As an example, the Doppler sensor may be composed of a local oscillator, an antenna provided at an end of an output line of the local oscillator, and two mixers separated by λ / 8 on the output line. it can.
[0016]
There are various types of operation states determined by the state determination unit. For example, the operation state that detects the presence of the target object from a change (frequency, etc.) of the count value stored in the Doppler wave cycle counting unit is detected. Alternatively, the passage of the object can be detected from a change (frequency or the like) in the count value stored in the Doppler wave cycle counting means. Furthermore, in addition to detecting movement to a predetermined position, various states can be detected.
[0017]
From the outputs of the plurality of mixers of the Doppler sensor, the moving direction (approach, separation, etc.) of the object can be determined. Further, the generation cycle of the Doppler wave can be detected from the output of the at least one mixer, and the moving distance of the object required for one cycle of the Doppler wave to be determined from the frequency of the Doppler wave. Can be. Accordingly, if the object is moving in the same direction, the count value stored in the Doppler wave cycle counting means is incremented or decremented each time the Doppler wave cycle detecting means detects one cycle, so that the count value is calculated. The moving distance of the object can be obtained from the change amount. When the object does not move, the count value does not change. When the moving speed of the object is slow, the change in the count value is slow. Further, when the movement direction is reversed, the increase / decrease of the count value is also reversed, so that the state of approach / stop / separation of the object can be determined by monitoring the change in the count value. Then, if the stop of the movement can be detected, it can be known that the target object remains at that position, and the presence can be detected. Further, by detecting approach and separation, it can be determined that the target has passed in front of the
[0018]
Further, a signal strength determining means for determining a signal strength of the Doppler signal based on an output from at least one of the mixers is provided. It can be done with consideration. In the embodiment, the signal strength judging means is realized by a signal strength measuring section and a functional portion for determining a weight according to the signal strength in the operation analyzing means. By adopting such a configuration, the influence of the movement of the target object close to the object state determination device (Doppler sensor) increases, so that a malfunction due to the movement of the surrounding objects can be suppressed.
[0019]
On the other hand, on the premise of the invention described above, the apparatus further comprises a reference point detecting means for detecting that the object has reached a predetermined reference point, and wherein the state determining means is configured to count the Doppler wave cycle counting means from the reference point. It is preferable to determine the state of the object from the amount of change in the numerical value. As described above, since the moving distance of the object can be obtained from the change amount of the count value, by detecting the reference point, the object moves away / approaches the desired position based on the moving distance from the reference point. You can know the state that you have done.
[0020]
As a configuration for detecting the reference point, various types can be used, and as a configuration using the output of the Doppler sensor, for example, a frequency measurement unit that determines a generation frequency of a Doppler signal is provided, The reference point detection means may be configured to determine that the target is present at the reference point when the output of the frequency measurement means has a predetermined frequency change within a predetermined time. Further, as another method, a signal strength detecting means for detecting a signal strength of the Doppler signal is provided, and the reference point detecting means is configured to detect a signal strength of the Doppler signal based on an output of the signal strength detecting means. Can be determined to be present at the reference point when is continued for a predetermined time. The signal strength detecting means corresponds to a signal strength measuring unit in the embodiment. The signal strength detecting means may be shared with a part of the signal strength determining means for weighting the count of the Doppler wave cycle counting means, or may be configured as a separate member.
[0021]
Further, the reference point detecting means may determine that the target object is present at the reference point when the target object is reversed from the approaching state to the separated state, or every predetermined time in the Doppler wave cycle counting means. When the change in the count value is equal to or less than a predetermined value, it may be determined that the object is present at the reference point, or when the change in the count value for each predetermined time in the Doppler wave cycle counting means is equal to or less than the predetermined value. It can be realized by various judgment algorithms, such as judging that an object is present at the reference point when the value exceeds a predetermined value from a certain state. The specific detection algorithm of the above-described reference point detection means may be used alone, or may be implemented in combination with an appropriate one. Of course, the present invention is not limited to the above-listed examples.
[0022]
Further, when the motion analysis unit detects the approach of the target object after the reference point detection unit determines that the target object is present at the reference point, the Doppler signal serving as the detection source is a malfunction signal. And controlling the Doppler wave cycle counting means. Still further, after the reference point detection means determines that the target object is present at the reference point, the motion analysis means detects that the target object has been continuously approached and then separated. In that case, the Doppler wave cycle counting means may be controlled by determining the Doppler signal that is the source of the detection as a malfunction signal. Here, controlling the Doppler wave cycle counting means may mean, for example, that “counting processing is not performed” even when a Doppler wave cycle is detected.
[0023]
The object state determination device of the present invention can further include control means for controlling predetermined devices such as a solenoid valve, a lamp, and an alarm. With this control means, the start and stop of the electromagnetic valve, the lamp, the alarm, and the like can be performed according to the movement of the object.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows a preferred embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1A, the object
[0025]
The
[0026]
The local oscillator L. O. The first and second mixers M1 and M2 are provided between the horn antenna HA and the horn antenna HA. The first and second mixers M1 and M2 are arranged such that the outputs have a phase difference of 90 degrees from each other. I have. Specifically, the other end of the waveguide formed integrally with the horn antenna HA is closed, and a local oscillator is provided at the other end. The horn antenna HA, the first mixer M1, the second mixer M2, and the local oscillator L. O. And the adjacent first and second mixers M1 and M2 are separated by λ / 8.
[0027]
In FIG. 1A, the horn antenna HA, the first mixer M1, the second mixer M2, the local oscillator L. O. Are connected by a line, which is described for convenience in order to show a signal transmission path and the like. The horn antenna and the waveguide following the horn antenna are three-dimensional circuits and the inside is a space. Signals are transmitted and injected by installing components at appropriate positions in the space. Of course, although not shown, the local oscillator L. O. Is output to each mixer.
[0028]
Further, as shown in FIG. 1B, it can also be constituted by a planar circuit using a microstrip line. That is, the patch antenna PA, the first mixer M1, the second mixer M2, and the local oscillator L. are arranged at predetermined intervals from the end with respect to the linear microstrip line SL. O. Connect. Then, the distance between the first and second mixers M1 and M2 is set to be λ / 8. Of course, the specific circuit configuration is not limited to the illustrated one. In the following description, an example in which a horn antenna HA is used as an antenna constituting the
[0029]
In each of the above-described configurations, for example, based on the first mixer M1, the reflected wave from the horn antenna HA or the like is input to the second mixer M2 with a delay of λ / 8, while the local oscillator L. O. Is input to the second mixer M2 λ / 8 earlier. Therefore, the phase difference between the outputs of the first mixer M1 and the second mixer M2 is λ / 4 (90 degrees).
[0030]
The
[0031]
FIG. 2 is a conceptual explanatory diagram regarding the phases of the outputs of the mixer M1 and the mixer M2 when approaching / separating. When the Doppler signal is generated, a 90 degree phase difference occurs between the output of the mixer M1 and the output of the mixer M2. Considering a signal at the time of approach from the viewpoint of a change in phase, the signal changes from point P1 to point P2, whereas a signal at the time of separation changes from point P2 to point P1.
[0032]
That is, at the time of approach and at the time of departure, the phase from the other mixer is inverted on the basis of the signal from one mixer. Using this phase difference, the signal output from the mixer is binarized, and the two signals can be compared to determine whether approaching or moving away.
[0033]
One cycle of the Doppler wave occurs when the Doppler wave travels a distance of 1 / of the wavelength (for example, a distance equivalent to 0.62 cm when the transmission frequency f is 24.2 GHz). Therefore, with respect to approach / separation, if there is a movement of λ / 2 (change in phase for one cycle), it is possible to determine approach / separation.
[0034]
In the object
[0035]
The Doppler
[0036]
That is, as described above, from each of the mixers M1 and M2 of the
[0037]
On the other hand, when the
[0038]
Therefore, the output of one of the mixers (the second mixer M2 in the present embodiment) is provided to the Doppler
[0039]
However, the Doppler signal for one cycle is output when the object moves by λ / 2, and the moving direction does not matter. That is, one pulse is output from the Doppler
[0040]
Therefore, if a one-cycle Doppler signal is generated as described above, the
[0041]
Specifically, the Doppler wave
[0042]
This makes it possible to quantitatively measure the movement of the object. That is, every time a Doppler wave is detected for one cycle, the accumulated value of the Doppler
[0043]
Note that the Doppler wave
[0044]
The state determination /
[0045]
Here, the presence detection function, which is one of the state determination functions in the state determination /
[0046]
Actually, in consideration of the resolution of the
[0047]
On the other hand, the
[0048]
For example, in the case of the object state determination device 10 (associated with an automatic flushing device or the like) used in the men's
[0049]
Then, the generation frequency of the Doppler signal in the above situation is as follows. That is, first, a Doppler signal when a person approaches approaches a frequency higher than a predetermined value. When the Doppler signal is stopped in front of the men's urinal, a low frequency is generated. Moreover, the approaching period and the period in which the urinal is stopped in front of the men's urinal are longer than a certain time.
[0050]
This change in frequency is a change in speed that can be considered in a predetermined time unit, and appears in the length of the approaching or moving away distance during a predetermined time (for example, one second). In other words, it can be said that the larger the amount of change in the count value (accumulated value) of the Doppler wave
[0051]
Therefore, when the frequency of the Doppler signal continues for a predetermined period or more for a predetermined period or more and then changes to a low frequency (including 0) for a predetermined period of time, it stops in front of the urinal for men. Can be estimated.
[0052]
Further, as described above, when the object approaches the Doppler sensor, the approach state continues continuously, and when the object stops before the Doppler sensor, the state of close approach and separation continues. Therefore, as another determination algorithm, the change state of the count value of the Doppler
[0053]
Of course, if the target object can be completely stopped, such as a vehicle, after the count value has decreased for a certain period, if the count value has not changed for a certain period, the object stops there. It can be determined that it exists in the state.
[0054]
As another mode of the state determination of the object in the state determination /
[0055]
Further, as another mode of the state determination of the object by the state determination /
[0056]
Therefore, in the present embodiment, the
[0057]
The following various algorithms can be used as the reference point calculation algorithm. Of course, the calculation algorithm of the reference point in the present invention is not limited to those listed below. In the present embodiment, the reference point detection algorithm is performed on the
[0058]
* Detection using frequency change
Basically, it can be the same as the presence detection algorithm. That is, the operation speed of the target object can be detected based on the frequency at which the detection Doppler signal is generated. When the frequency is low, the operation of the object is slow, and when the frequency is high, the operation of the object is fast. Therefore, when a frequency equal to or higher than a predetermined frequency has been generated for a predetermined time and the state where the frequency has changed to a low frequency has continued for a predetermined time, that position can be set as a reference point. In this case, when the frequency suddenly decreases, it indicates that the object has stopped from the operating state, and the position of the reference point is further clarified.
[0059]
A specific device configuration for detecting the reference point using such a frequency can be, for example, as shown in FIG. That is, this example shows an embodiment in which the
[0060]
The low-
[0061]
Thus, when the frequency of the Doppler signal is high while the object is moving, only the passing
[0062]
Specifically, it can be realized by an algorithm for executing the flowchart shown in FIG. Of course, it is not limited to this algorithm. That is, it is determined whether a frequency higher than a predetermined value is generated for a predetermined time (ST21). Here, whether or not the predetermined time has elapsed can be determined by an internal timer or the like. Further, whether or not the frequency is high can be determined based on whether or not a signal is output only from the
[0063]
Then, when the branch determination is Yes, it is determined whether the state changed to the low frequency has continued for a predetermined time (ST22). That is, the determination can be made based on whether signals are output from both the
[0064]
Further, in the above example, the point at which the state of the object has stopped moving has been set as the reference point, but the fact that the object has started moving away from the predetermined position is not used as the reference point. Can be used as a reference point. For example, when a Doppler sensor is incorporated in a seat to detect that a person has risen from the seat, the person moves slowly while the person is sitting on the seat but moves fast when the person stands up. Therefore, when a fast motion of a certain level or more (the Doppler signal has a certain frequency or more) is detected, it can be used as a reference point. In this case, it can be effectively used for determining that the user has departed after moving a predetermined distance.
[0065]
This makes it possible to prevent accumulation of accumulated errors in counting when the stopped state is long, and to perform more reliable state determination of the target object as compared with the case where the point stopped from the operating state is used as the reference point. it can.
[0066]
Further, in the above-described embodiment, the output of the second mixer M2 is provided to the
[0067]
Thereby, in the case of FIG. 4, for example, a person advances to the front of the Doppler sensor (men's urinal) and stops, so that it can be determined as a reference point. The reference point is based on the fact that the approaching object stops at a predetermined position, and the predetermined position is used as the reference point, so after reaching the reference point, the object moves away. become. Therefore, after recognizing that the state has reached the reference point, if the count value of the Doppler wave
[0068]
Further, the function of detecting the reference point can be performed by the state determination /
[0069]
According to the object
[0070]
Further, as shown in FIG. 8B, the
[0071]
When the object
[0072]
It should be noted that the processing algorithm after the above-described reference point detection can also perform the same processing when the reference point is detected by the following various algorithms.
[0073]
* Judgment based on the accumulated number of Doppler signal cycles (count value)
When the object stops after approaching the Doppler sensor, a Doppler signal is not output or a Doppler signal is generated due to slight fluctuation of a person, and the Doppler signal is repeatedly repeated in approaching and separating. In this case, if the number of Doppler signals generated is counted from the conditions for the generation of the Doppler signal and the approach / separation at that time, the motion of the person is averaged, and when the value is equal to or less than a predetermined value, it is determined that the operation is stopped and the reference point is determined. And can be stabilized. Similarly, when the count value becomes larger than a predetermined value on the departure side when deviating from the reference point, it can be determined that the departure from the reference point has occurred.
[0074]
That is, the count value of the Doppler wave
[0075]
When the object stops after approaching the Doppler sensor, a Doppler signal is not output or a Doppler signal is generated due to slight fluctuation of a person, and the Doppler signal is repeatedly repeated in approaching and separating. In this case, when the number of Doppler signals generated is counted from the conditions for the generation of the Doppler signal and the approach / separation at that time, the motion of the person is averaged, and when the value is equal to or less than a predetermined value, it is determined that the operation is stopped. Point X can be stabilized. Similarly, when the count value becomes larger than a predetermined value on the departure side when deviating from the reference point, it can be determined that the departure from the reference point has occurred.
[0076]
* Detection using the approaching / separating state
When the object approaches the
[0077]
Note that, in the above example, the point that has departed after approaching is determined as the reference point. However, with such a configuration, the departure determination may be performed due to the movement of the target object (for example, the movement of the hand) during the approach. There is. For this reason, in the case where the vehicle is approaching as a whole even when the vehicle is momentarily or temporarily separated, it may be determined that the vehicle has not actually separated. Specifically, it is possible to determine that the separation has occurred on the condition that “the separation has occurred more than a predetermined amount”.
[0078]
In such a case, for example, in the example shown in FIG. 8A, a separation signal may be generated due to a movement of a hand or the like at a predetermined position while a person approaches the position from A to B, but the separation is temporary. Is not determined to be a separation. Then, after coming to the position of B, when the vehicle separates and reaches the point C, it is determined that the vehicle has separated. Since the actual reference point in this case is point B, the movement amount from B to C (the cumulative value of the distances of the continuous separation signals acquired from the Doppler wave cycle counting unit 14) is stored, and separation is determined. Sometimes an actual reference point can be calculated from the stored value. Thereby, an accurate separation distance from the point B of the current object can be calculated thereafter. Note that the point C here has a different meaning from P3 and is illustrated at the same position in FIG. 8 for convenience, but of course the actual distance is different.
[0079]
It should be noted that the departure is greater than or equal to the predetermined value when the value of the Doppler wave
[0080]
* Judgment based on signal intensity of Doppler signal
The signal intensity of the Doppler signal increases as the object approaches the Doppler sensor. Therefore, a point where the state where the Doppler signal has the intensity equal to or higher than a predetermined value continues for a predetermined time or more can be set as the reference point. This may simply measure the time at which the intensity is higher than a predetermined value, or the signal intensity increases with approaching. It may be a point.
[0081]
In addition, when the object approaches the
[0082]
As a specific device configuration for realizing the reference point detection function in consideration of the signal strength, for example, it is possible to provide a signal
[0083]
The reference point detection function based on the signal strength can also be performed by the state determination /
[0084]
Note that the branching determination in
[0085]
Also, even when the device is a person and stops near the reference point, as in the case of an automatic flushing device for a urinal for men, for example, a Doppler signal is generated by slight shaking of the person even in the stopped state. At the time of the occurrence, since the person is in the immediate vicinity of the
[0086]
Furthermore, as described later, when the state determination of the object finally performed detects that the object has approached a predetermined distance from the reference point, the signal strength at the time of approaching is the signal intensity at the reference point. Therefore, the signal strength at the reference point is not always the maximum. Therefore, the level of the signal strength equal to or higher than a certain value, which is the determination condition of
[0087]
Further, in the process of step 34, when the reference point position is further approached by a predetermined distance (the integrated value decreases), it is determined that the desired position between the reference point and the
[0088]
Such an object
[0089]
In addition, as the lighting control of the automatic light when the vehicle departs from the reference point, for example, it is possible to control to turn on the light when the vehicle comes to the reference point and to turn off the light when detecting that the vehicle departs from the reference point by a predetermined distance. .
[0090]
In addition, automatic toilet seats in toilets open the toilet door and detect that the target person has entered, and automatically open the toilet seat, but if the toilet space is narrow, reflection from the door will occur. However, it is difficult to determine the reference point. In such a case, a case where a change in the signal intensity (signal level) of the Doppler signal occurs during a predetermined time is set as a reference point, and when the Doppler sensor approaches the Doppler sensor by a certain distance therefrom, the toilet seat may be opened.
[0091]
* Detection using Doppler signal strength and frequency
As described above, when an object approaches, a Doppler signal having a frequency equal to or higher than a predetermined frequency is generated. Then, if the distance to the object is short, the generated Doppler signal also becomes large, so that the Doppler signal when the object is in the immediate vicinity of the Doppler sensor has a signal strength of a predetermined level or more, and the frequency of the Doppler signal is It will be low. Therefore, by judging these conditions in combination, more accurate detection of the reference point can be performed.
[0092]
The specific configuration can be, for example, as shown in FIG. FIG. 11 is a diagram showing an embodiment in which a signal
[0093]
By the way, after specifying the reference point of the object as described above, it is possible to calculate the relative distance from the reference point based on the number of occurrences of the Doppler signal and the approach / separation information. However, due to the influence of another moving object, a Doppler signal is generated even when the object is not moving, or the Doppler signal generated during the movement of the object is an accurate Doppler signal due to the influence of another moving object. There may be a case where counting cannot be performed.
[0094]
That is, for example, FIG. 12 is a plan view of the restroom, and the person A stops in front of the
[0095]
Further, at this time, if only the Doppler signal having a frequency equal to or higher than the predetermined frequency detected by the
[0096]
Further, when the Doppler signals that are determined to approach are changed to the Doppler signals that are determined to be continuously separated, these signals may be ignored. That is, in the state as shown in FIG. 12, the person B passing behind the person A approaches the
[0097]
Therefore, when the
[0098]
In general use, it is often desired to detect the state of an object near the
[0099]
However, the signal intensity may be different depending on the size of the target object (for example, an adult or a child) or the influence of a surrounding reflector. In addition, the emission of the Doppler wave from the horn antenna HA spreads as the distance increases, so that a farther object is detected in a wider range. Therefore, even for a Doppler signal having a signal strength equal to or higher than a predetermined level, a distant motion is detected in a wider range than a near motion, which causes a malfunction.
[0100]
In order to solve this problem, at the time of counting, for example, in a configuration in which the signal
[0101]
Specifically, the signal strength of the Doppler signal is classified into, for example, five levels, and weighting is performed from 1 to 5 as the signal strength increases. Then, the weight of the signal strength when the Doppler signal occurs for one cycle is accumulated. In other words, in each of the above-described embodiments, the
[0102]
On the other hand, in the present embodiment, the increase / decrease amount of one count value when one cycle of the Doppler signal occurs is any one of “1 to 5” according to the weight of the signal strength. Specifically, when one cycle of the Doppler signal occurs, the weight of the signal strength is “+5”, and when the signal is an approach signal, the count value is “−5”. I do. Similarly, when the weight of the signal strength is “1”, “−1” is set for the approach signal, and “+1” is set for the departure signal. Of course, the same applies when the weight of the signal strength is “2”, “3”, or “4”.
[0103]
In this way, the influence of a distant movement is small and the influence of a close movement is large. For example, in an automatic flushing device for a men's urinal, when a distance from a reference point is detected and flushing is performed, as shown in FIG. Will be higher.
[0104]
Therefore, as in the present embodiment, malfunctions can be reduced by weighting the movement of a person who is relatively far away and the movement of an object in the immediate vicinity of the urinal for men. In addition, when the reference point is specified, weighting is performed in the same manner as described above, so that malfunction can be reduced.
[0105]
According to each of the above-described embodiments, the situation of the target object can be accurately determined. Therefore, the automatic flushing device, the automatic toilet seat, the automatic light that lights up when a person approaches, the jack-up detection of the vehicle, the occupant determination, etc. For devices that determine the state of an object based on a change in the distance to the object in the security field, etc., and devices that detect the presence of an object such as an automatic door or parking of a car in a parking lot based on the change in distance Can also be applied.
[0106]
By accumulating the number of Doppler wave generation cycles at the time of approach / separation and movement of the target object, it is possible to determine an accurate change in distance from the target object, and also determine the absence or stop of the target object. be able to.
[0107]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to accurately detect a state of an object such as presence, passage, movement from a predetermined position, and the like based on the output of the Doppler sensor. That is, the moving distance of the object can be determined from the count value stored in the Doppler wave cycle counting means, and the state of the object can be accurately determined accordingly. In addition, by increasing the resolution of the distance without complicating the circuit, the state of the object can be determined more reliably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a phase relationship at the time of approach / separation of two mixer outputs shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation example of the object state determination device in FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram illustrating an operation.
FIG. 5A is a diagram illustrating an embodiment in which a frequency measuring unit is added to the object state determination device having the configuration of FIG. 1A.
FIG. 2B is a diagram illustrating a configuration of a frequency measurement unit.
FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation example of the object state determination device in FIG. 5;
FIG. 7 is a flowchart illustrating an operation example of the object state determination device in FIG. 5;
FIG. 8A is an explanatory diagram of a men's restroom.
(B) is an explanatory view of the jack-up detection of the vehicle security in which the Doppler sensor is arranged facing the ground.
FIG. 9 is a diagram showing an embodiment in which a signal strength measuring unit is added to the object state determination device having the configuration of FIG. 1A.
FIG. 10 is a flowchart illustrating an operation example of the presence detection device in FIG. 9;
11 is a diagram illustrating an embodiment in which a signal strength measuring unit and a signal strength measuring unit are added to the object state determination device having the configuration of FIG. 1A.
FIG. 12 is an explanatory plan view of a men's restroom.
[Explanation of symbols]
10 Object state determination device
11 Doppler sensor
12 Motion analysis unit
13 Doppler wave cycle detector
14 Doppler wave cycle counting section
15 Status judgment / control unit
16 Signal strength measurement section
17 Frequency measurement unit
21 urinals for men
31 vehicle
HA Horn Antenna
M1, M2 First and second mixers
L. O. Local oscillator
Claims (14)
前記複数の混合器の出力から対象物の動きを解析する動作解析手段と、
前記複数の混合器のうち何れかの出力に基づきドップラ波の発生を検出するドップラ波サイクル検出手段と、
前記ドップラ波サイクル検出手段の出力と、動作解析手段の出力からドップラ波の発生サイクルを計数するドップラ波サイクル計数手段と、
少なくとも前記ドップラ波サイクル計数手段からの出力に基づいて物体の状態を判定する状態判定手段を備えたことを特徴とする物体状態判定装置。A Doppler sensor having a plurality of mixers,
Operation analysis means for analyzing the movement of the object from the outputs of the plurality of mixers,
Doppler wave cycle detection means for detecting the occurrence of a Doppler wave based on the output of any of the plurality of mixers,
An output of the Doppler wave cycle detection means, a Doppler wave cycle counting means for counting a Doppler wave generation cycle from an output of the operation analysis means,
An object state determining device, comprising: a state determining unit that determines a state of the object based on at least an output from the Doppler wave cycle counting unit.
前記ドップラ波サイクル計数手段における計数は、前記信号強度判定手段の出力を加味して行うことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の物体状態判定装置。Providing signal strength determination means for determining the signal strength of the Doppler signal based on the output from at least one of the mixers,
The object state determination device according to any one of claims 1 to 4, wherein the counting by the Doppler wave cycle counting unit is performed in consideration of an output of the signal intensity determination unit.
前記状態判定手段は、前記基準点からの前記ドップラ波サイクル計数手段の計数値の変化量から対象物の状態を判定することを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の物体状態判定装置。Reference point detection means for detecting that the object has reached a predetermined reference point,
The object according to any one of claims 1 to 5, wherein the state determination unit determines a state of the target object from an amount of change in a count value of the Doppler wave cycle counting unit from the reference point. State determination device.
前記基準点検知手段は、前記周波数測定手段の出力が所定の周波数変化が所定時間内に発生した場合に対象物が前記基準点に存在するものと判定することを特徴とする請求項6に記載の物体状態判定装置。Providing frequency measuring means for determining the generation frequency of the Doppler signal,
7. The reference point detection unit according to claim 6, wherein the output of the frequency measurement unit determines that an object is present at the reference point when a predetermined frequency change occurs within a predetermined time. Object state determination device.
前記基準点検知手段は、前記信号強度検出手段の出力に基づき前記信号強度が所定以上の強度である状態が所定時間連続した場合に対象物が前記基準点に存在するものと判定することを特徴とする請求項6または7に記載の物体状態判定装置。Providing signal strength detection means for detecting the signal strength of the Doppler signal,
The reference point detection means determines that an object is present at the reference point when a state where the signal strength is equal to or higher than a predetermined value continues for a predetermined time based on an output of the signal strength detection means. The object state determination device according to claim 6 or 7, wherein
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