JP2005121541A - Proximity sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、近距離状態を検出するのに使用される特定の電磁波放射空間の変化を検出する近接センサに関するものであり、マイクロ波のワイドバンドの周波数を出力するUWB発振器を使用した近接センサに関するものである。 The present invention relates to a proximity sensor that detects a change in a specific electromagnetic radiation space used to detect a short-range state, and relates to a proximity sensor that uses a UWB oscillator that outputs a wideband frequency of a microwave. Is.
従来の近接センサは、発振手段と、前記発振手段による発振周波数の高調波に共振する共振手段と、前記共振手段に接続された検出電極と、前記検出電極と被検出物との間の静電容量変化に基づく信号変化を検出する検出手段で構成されていた。 A conventional proximity sensor includes an oscillating means, a resonant means that resonates with a harmonic of the oscillation frequency of the oscillating means, a detection electrode connected to the resonant means, and an electrostatic capacitance between the detection electrode and the object to be detected. The detection means detects a signal change based on a change in capacitance.
前記発振手段は、予め定まった所定の周波数で発振し、LC直列共振回路からなる共振手段は、発振周波数に共振するのではなく、発振周波数の高調波等に共振する。 The oscillating means oscillates at a predetermined frequency, and the resonance means composed of the LC series resonance circuit does not resonate with the oscillation frequency but resonates with the harmonics of the oscillation frequency.
したがって、物体が検出電極に近接すると、物体表面と検出電極との間の静電容量が変化し、信号が変化する。この信号変化を監視することにより物体の接近を検出することができる。 Therefore, when the object approaches the detection electrode, the capacitance between the object surface and the detection electrode changes, and the signal changes. The approach of the object can be detected by monitoring this signal change.
この種の近接センサにおいては、静電容量の初期値を、共振周波数に一致したときの値から所定量だけ増加した値になるように設定しておき、温度変化や経年劣化に対する特性を向上させている。
前述した従来の近接センサにおいては、物体と検出電極との間の静電容量を検出しているから、人や物体の大きさによって検知距離が異なり、精度が悪く誤動作する可能性がある。また、雨や湿度の変化による誤動作も多い。そして、当該近接センサを導電性部材に配設したものでは、当該ドアの開閉動作と当該ドアに挟み込まれた場合等の区別が付け難い。更に、検出電極と車両のボディアースとの間の静電容量を検出することから、現実には、車両の金属ボディに対する検出電極の設置が困難であるという問題が生ずる。 In the conventional proximity sensor described above, since the electrostatic capacitance between the object and the detection electrode is detected, the detection distance differs depending on the size of the person or the object, and there is a possibility that the accuracy is poor and malfunctions. There are also many malfunctions due to changes in rain and humidity. When the proximity sensor is disposed on the conductive member, it is difficult to distinguish between the opening / closing operation of the door and the case where the proximity sensor is sandwiched between the door and the like. Furthermore, since the electrostatic capacitance between the detection electrode and the vehicle body ground is detected, there is a problem that it is difficult to install the detection electrode on the metal body of the vehicle.
そこで、本発明は、雨や湿度の変化等による環境変化による誤動作がなく、高精度で検出可能な近接センサの提供を課題とするものである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a proximity sensor that can be detected with high accuracy without malfunction due to environmental changes due to changes in rain or humidity.
請求項1にかかる近接センサは、取付け対象に一体または分離可能に取付けてなる導電性部材と、前記導電性部材の外側に設定した検出領域と、前記導電性部材の大きさに対し、十分波長が短い周波数で前記導電性部材をアンテナとして放射するマイクロ波のワイドバンドの周波数を供給するUWB発振器とを具備し、前記導電性部材と前記検出領域の検出対象との間に共振回路を形成し、前記UWB発振器の給電点から供給した周波数の伝播状態の違いから、前記検出領域の変化を検出する。 The proximity sensor according to claim 1 has a wavelength sufficient for a conductive member that is integrally or separably attached to an attachment target, a detection region that is set outside the conductive member, and a size of the conductive member. A UWB oscillator that supplies a microwave wideband frequency that radiates the conductive member as an antenna at a short frequency, and forms a resonance circuit between the conductive member and a detection target in the detection region. The change in the detection region is detected from the difference in the propagation state of the frequency supplied from the feeding point of the UWB oscillator.
したがって、検出領域の検出対象と導電性部材との間にマイクロ波の共振回路を形成し、その導電性部材にマイクロ波をUWB発振器で供給する。その検出領域の検出対象と導電性部材で形成される共振回路は、UWB発振器が供給する複数の共振周波数では共振状態となるが、他の複数の周波数で反射または吸収を起こし、検出領域に検出対象が存在すれば、それによってUWB発振器から供給された周波数の伝播状態が変化するので、検出対象の存在、否存在を検出することができる。即ち、検出領域に検出対象が存在すれば、共振回路はUWB発振器から供給された周波数の伝播状態が変化するから、それを検出することにより、検出対象が判断できる。 Therefore, a microwave resonance circuit is formed between the detection target in the detection region and the conductive member, and the microwave is supplied to the conductive member by the UWB oscillator. The resonance circuit formed by the detection target of the detection region and the conductive member is in a resonance state at a plurality of resonance frequencies supplied by the UWB oscillator, but is reflected or absorbed at other frequencies and detected in the detection region. If the target exists, the propagation state of the frequency supplied from the UWB oscillator changes accordingly, so that the presence or absence of the detection target can be detected. That is, if there is a detection target in the detection region, the resonance circuit changes the propagation state of the frequency supplied from the UWB oscillator, so that the detection target can be determined by detecting it.
ここで、上記UWB発振器は、導電性部材全体の大きさに対し、十分波長が短い周波数で前記導電性部材をアンテナとして、前記導電性部材と検出領域の検出対象との間で形成した共振回路に電磁波を供給し、その供給した周波数の伝播状態で検出対象の存在を知るものである。因みに、UWB(Ultra Wide Band)とは、現在の通信技術のような搬送波を使うことなく、非常にパルス幅の狭いインパルス列の集まりをもって広帯域周波数として用い、変調することなく信号を伝送する技術であり、当然、従来の通信技術で使用する周波数よりも占有する周波数帯域は広くなる。米国FCC(連邦通信委員会)がUWBについて定義をしており、それによれば、図6に示す周波数−出力特性を呈している。 Here, the UWB oscillator is a resonant circuit formed between the conductive member and a detection target in the detection region using the conductive member as an antenna at a frequency having a sufficiently short wavelength with respect to the size of the entire conductive member. The electromagnetic wave is supplied to the sensor, and the existence of the detection target is known from the propagation state of the supplied frequency. Incidentally, UWB (Ultra Wide Band) is a technique for transmitting signals without modulation by using a collection of impulse trains with a very narrow pulse width as a wideband frequency without using a carrier wave as in the current communication technology. Of course, the occupied frequency band is wider than the frequency used in the conventional communication technology. The US FCC (Federal Communications Commission) defines UWB, which exhibits the frequency-output characteristics shown in FIG.
図6において、Δf/fc=2(fH−fL)/(fH+fL)≧20%、
または、Δf=fH−fL≧500MHzと定義している。本発明を実施する場合のUWBとは、上記定義と同等の趣旨である。
In FIG. 6, Δf / fc = 2 (fH−fL) / (fH + fL) ≧ 20%,
Alternatively, Δf = fH−fL ≧ 500 MHz is defined. UWB in the case of carrying out the present invention has the same meaning as the above definition.
そして、取付け対象に一体または分離可能に取付けてなる導電性部材は、取付け対象に一体または分離可能に取付けてなる導電性部材とは、平面的パネルに限定されるものではなく、帯状、線状部材を加工した形状とすることができる。 In addition, the conductive member that is integrally or separably attached to the object to be attached is not limited to a planar panel as the conductive member that is integrally or separably attached to the object to be attached. It can be made into the shape which processed the member.
なお、導電性部材の給電点は、シミュレーションと実測によって大まかに推定した点として設定する。そして、基準発振器は、ミキシング周波数を決定する発振器であり、通常のマイクロ波の発振器であればよい。 The feeding point of the conductive member is set as a point roughly estimated by simulation and actual measurement. The reference oscillator is an oscillator that determines a mixing frequency, and may be an ordinary microwave oscillator.
請求項2にかかる近接センサの前記検出領域の変化の検出は、前記導電性部材の周波数をUWB発振器の給電点に接続された方向性結合器及びバンドパスフィルタを通過させたのち増幅手段で増幅し、かつ、ダウンコンバート用の周波数を入力してミキシングするミキサと、前記ミキサを通過させた周波数によって前記検出領域の変化を検出する認識回路を用いて行うものである。
The detection of the change in the detection region of the proximity sensor according to
検出対象がない場合には、導電性部材から得られる特定周波数の伝達関数は殆ど変動しない。即ち、UWB発振器が供給する複数の共振周波数では共振状態となるが、その他の複数の周波数で反射または吸収を起こし、検出領域に検出対象が存在しなければ、UWB発振器から供給された周波数の伝播状態が一義的に決定される。しかし、検出領域に検出対象が存在すれば、それによってUWB発振器から供給された各周波数成分の伝達関数が変化するので、検出対象の存在、否存在を検出することができる。このとき、導電性部材から放射されるマイクロ波は、検出対象によって影響される各波長成分(周波数成分)がバンドパスフィルタを通して雑音を除去した周波数として取出し、更に、それを基準発振器の周波数とミキシングし、ダウンコンバートし、その検出された各周波数の周波数パターンを判断する。この検出された周波数パターンは、既知の周波数パターンとの比較により、検出対象の距離、その大きさ等の検出を行うことができる。 When there is no detection target, the transfer function of a specific frequency obtained from the conductive member hardly fluctuates. In other words, a resonance state occurs at a plurality of resonance frequencies supplied by the UWB oscillator, but reflection or absorption occurs at other frequencies, and if there is no detection target in the detection region, propagation of the frequency supplied from the UWB oscillator is performed. The state is uniquely determined. However, if the detection target exists in the detection region, the transfer function of each frequency component supplied from the UWB oscillator changes accordingly, so that the presence or absence of the detection target can be detected. At this time, the microwave radiated from the conductive member is extracted as a frequency in which each wavelength component (frequency component) affected by the detection target is removed from the noise through the bandpass filter, and is further mixed with the frequency of the reference oscillator. Then, down-conversion is performed, and the frequency pattern of each detected frequency is determined. This detected frequency pattern can detect the distance to be detected, its size, and the like by comparison with a known frequency pattern.
ここで、前記検出領域の変化を検出する認識回路は、伝播状態に基づく周波数成分を、周波数解析に使用されるFFT(高速フーリエ変換;Fast Fourier Transform)を使用して、周波数解析をし、各周波数成分の分布状態を判断してもよい。また、F−V変換器(周波数電圧変換器)を使用してもよい。 Here, the recognition circuit for detecting the change in the detection region performs frequency analysis on the frequency component based on the propagation state using FFT (Fast Fourier Transform) used for frequency analysis, The distribution state of the frequency component may be determined. Further, an FV converter (frequency voltage converter) may be used.
また、方向性結合器は、UWB発振器とその給電点に接続され、導電性部材の給電点に接続されたバンドパスフィルタ側に導入し、かつ、その逆方向の移動を遮断する回路である。 The directional coupler is a circuit connected to the UWB oscillator and its feeding point, introduced to the band-pass filter side connected to the feeding point of the conductive member, and blocking the movement in the opposite direction.
請求項3にかかる近接センサの前記検出領域の変化の検出は、前記導電性部材の周波数を1または2以上の個別に配置された前記受電点から導入し、かつ、ダウンコンバート用の周波数を入力してミキシングするミキサと、前記ミキサを通過させた周波数によって前記検出領域の変化を検出する認識回路を用いて行われるものである。 The detection of the change in the detection region of the proximity sensor according to claim 3 is performed by introducing the frequency of the conductive member from one or more individually received power receiving points and inputting a frequency for down-conversion. Then, the mixing is performed using a mixer that performs mixing, and a recognition circuit that detects a change in the detection region based on the frequency that has passed through the mixer.
導電性部材の近くに人等の検出対象が近づくと、電磁波の電界が検出対象で反射或いは吸収されて各周波数の伝達関数が変化する。このとき、導電性部材から検出対象が影響する各波長成分(周波数成分)の伝達関数は、前記導電性部材の1以上の個別に配置された受電点からバンドパスフィルタを通して雑音を除去した周波数として取出し、それを基準発振器の周波数とミキシングし、ダウンコンバートし、その検出された各周波数の周波数パターンを判断する。この検出された周波数パターンは、既知の周波数パターンとの比較により、検出対象の距離、大きさ等の検出を行うことができる。特に、導電性部材の周波数を2以上の個別に配置された受電点を設けたものでは、複数の伝達関数の状態を使用することができる。 When a detection target such as a person approaches the conductive member, the electric field of the electromagnetic wave is reflected or absorbed by the detection target, and the transfer function of each frequency changes. At this time, the transfer function of each wavelength component (frequency component) affected by the detection target from the conductive member is a frequency obtained by removing noise from one or more individually disposed power receiving points of the conductive member through a bandpass filter. It is extracted, mixed with the frequency of the reference oscillator, down-converted, and the frequency pattern of each detected frequency is determined. The detected frequency pattern can detect the distance, size, etc. of the detection target by comparison with a known frequency pattern. In particular, in the case where a power receiving point having two or more individually disposed power receiving points is provided, a plurality of transfer function states can be used.
例えば、導電性部材の大きさが大きい場合、検出感度が低下する恐れがあるが、その理由は給電点から電磁波が放射されて、再び(受電点に)戻ってくるときの距離が長くなるために、信号が減衰することがあるからである。そのため、複数の受電点を設けることで、より感度向上が図れるとともに、S/N比を確保できる。 For example, when the size of the conductive member is large, the detection sensitivity may decrease, because the electromagnetic wave is radiated from the feeding point and the distance when returning (to the receiving point) again becomes longer. In addition, the signal may be attenuated. Therefore, by providing a plurality of power receiving points, the sensitivity can be further improved and the S / N ratio can be ensured.
請求項4にかかる近接センサは、取付け対象に一体または分離可能に取付けてなる導電性部材と、前記導電性部材の外側に設定した検出領域と、前記導電性部材の大きさに対し、十分波長が短い周波数で前記導電性部材をアンテナとして放射するマイクロ波のワイドバンドの周波数を出力するUWB発振器とを具備し、前記導電性部材と前記検出領域の検出対象との間に共振回路を形成し、前記UWB発振器の給電点から供給した周波数の伝播状態の変化から、例えば、前記検出領域の変化及び移動体速度を周波数パターンの変化及び個々の周波数のドップラーシフトとして検出するものである。 A proximity sensor according to a fourth aspect of the present invention includes a conductive member that is integrally or separably attached to an attachment target, a detection region that is set outside the conductive member, and a wavelength sufficient for the size of the conductive member. Comprises a UWB oscillator that outputs a wideband frequency of microwaves that radiate the conductive member as an antenna at a short frequency, and forms a resonance circuit between the conductive member and a detection target in the detection region. From the change in the propagation state of the frequency supplied from the feeding point of the UWB oscillator, for example, the change in the detection region and the moving body speed are detected as the change in the frequency pattern and the Doppler shift of each frequency.
電磁波放射空間である検出領域と導電性部材との間でマイクロ波の共振回路を形成し、そこに上記UWB発振器からマイクロ波が供給されると、その検出領域の検出対象と導電性部材で形成される共振回路は、UWB発振器が供給する複数の共振周波数では共振状態となるが、他の複数の周波数で反射または吸収を起こし、検出領域に検出対象が存在すれば、それによってUWB発振器から供給された周波数の伝播状態が変化するので、検出対象の存在、否存在を検出することができる。また、伝播状態の個々の周波数のドップラーシフトによって検出対象の移動速度を検出することができる。例えば、導電性部材の近くに人等の検出対象が近づくと、電磁波の電界が検出対象で反射或いは吸収されて伝播状態が変化し、検出領域の場が変化する。このとき、導電性部材から検出される周波数には、人等の検出対象が影響する各波長成分(周波数成分)を有しているから、伝播状態に応じた周波数パターンの変化となって現れる。ここで、導電性部材の周波数パターンの変化を基に、検出された変化速度と個々の周波数のドップラーシフトを含む周波数パターンを予め既知の基準周波数パターンと比較し、その基準周波数パターンから距離、大きさ、移動速度等の検出を行うことができる。 A microwave resonance circuit is formed between a detection region, which is an electromagnetic wave radiation space, and a conductive member. When microwaves are supplied from the UWB oscillator to the detection region, the detection target and the conductive member are formed in the detection region. The resonant circuit is in a resonance state at a plurality of resonance frequencies supplied by the UWB oscillator, but reflects or absorbs at a plurality of other frequencies, and if a detection target exists in the detection region, it is supplied from the UWB oscillator. Since the propagation state of the selected frequency changes, the presence / absence of the detection target can be detected. Further, the moving speed of the detection target can be detected by Doppler shift of individual frequencies in the propagation state. For example, when a detection target such as a person approaches the conductive member, the electric field of the electromagnetic wave is reflected or absorbed by the detection target, the propagation state changes, and the field of the detection region changes. At this time, the frequency detected from the conductive member has each wavelength component (frequency component) affected by a detection target such as a person, and thus appears as a change in the frequency pattern according to the propagation state. Here, based on the change of the frequency pattern of the conductive member, the frequency pattern including the detected change speed and the Doppler shift of each frequency is compared with a known reference frequency pattern, and the distance and magnitude from the reference frequency pattern are compared. It is possible to detect the moving speed and the like.
即ち、マイクロ波を出力するUWB発振器は、ワイドバンドであることから、電波放射空間である検出領域とアンテナとして機能する導電性部材によって決定される共振回路では、UWB発振器が供給する複数の各共振周波数では共振状態となり、他の複数の周波数で反射または吸収を起こし、それらの伝達関数が変化する。したがって、検出領域に検出対象が存在すれば、UWB発振器から放射された周波数の伝達関数は、検出対象が存在しないときに比べて変化するので、検出対象の存在、否存在及びその動く速度を検出することができる。 That is, since a UWB oscillator that outputs microwaves is a wide band, a resonance circuit determined by a detection region that is a radio wave radiation space and a conductive member that functions as an antenna has a plurality of resonances supplied by the UWB oscillator. Resonance occurs at frequencies, reflection or absorption occurs at other frequencies, and their transfer functions change. Therefore, if there is a detection target in the detection region, the transfer function of the frequency radiated from the UWB oscillator changes compared to when the detection target does not exist, so the presence / absence of the detection target and the speed of movement thereof are detected. can do.
なお、導電性部材の給電点は、シミュレーションと実測によって大まかに推定した点として設定する。そして、基準発振器は、ミキシング周波数を決定する発振器であり、通常のマイクロ波の発振器であればよい。 The feeding point of the conductive member is set as a point roughly estimated by simulation and actual measurement. The reference oscillator is an oscillator that determines a mixing frequency, and may be an ordinary microwave oscillator.
請求項5にかかる近接センサの前記検出領域の変化及び移動体速度の認識は、前記導電性部材の周波数を導入し、かつ、ダウンコンバート用の周波数及び前記UWB発振器の周波数を入力してミキシングするミキサと、前記ミキサを通過させた周波数によって前記検出領域の変化及び移動体速度を周波数パターンの変化及び個々の周波数のドップラーシフトとして検出する認識回路とを具備するものである。 The change of the detection area of the proximity sensor and the recognition of the moving body speed of the proximity sensor according to claim 5 are mixed by introducing the frequency of the conductive member and inputting the frequency for down-conversion and the frequency of the UWB oscillator. A mixer, and a recognition circuit that detects a change in the detection region and a moving body speed as a change in a frequency pattern and a Doppler shift of each frequency according to the frequency passed through the mixer.
ここで、電磁波放射空間である検出領域と導電性部材との間でマイクロ波の共振回路を形成し、そこに上記UWB発振器からマイクロ波が供給されると、その検出領域の検出対象と導電性部材で形成される共振回路は、UWB発振器が供給する複数の共振周波数では共振状態となるが、他の複数の周波数で反射または吸収を起こすから、それらの伝達関数が変化する。このとき、導電性部材から検出される周波数には、検出対象が影響する波長成分(周波数成分)を有しているから、周波数パターンの変化速度または周波数の偏移により、その検出対象の移動速度が検出できる。導電性部材の周波数パターンの変化する速度を基に、検出された周波数パターンの変化速度を予め既知の基準周波数パターンの変化速度と比較し、その基準周波数パターンから距離、大きさ、移動速度等の検出を行うこともできる。 Here, when a microwave resonance circuit is formed between a detection region which is an electromagnetic wave radiation space and a conductive member, and microwaves are supplied from the UWB oscillator, the detection target and the conductivity of the detection region are detected. The resonance circuit formed by the members is in a resonance state at a plurality of resonance frequencies supplied by the UWB oscillator, but reflects or absorbs at a plurality of other frequencies, so that their transfer functions change. At this time, since the frequency detected from the conductive member has a wavelength component (frequency component) that is affected by the detection target, the movement speed of the detection target is determined by the frequency pattern change speed or frequency shift. Can be detected. Based on the changing speed of the frequency pattern of the conductive member, the change speed of the detected frequency pattern is compared with the changing speed of a known reference frequency pattern, and the distance, size, moving speed, etc. from the reference frequency pattern are compared. Detection can also be performed.
この認識回路は、通常、UWB発振器によって電磁波放射空間である検出領域への伝達関数の変化を周波数パターンの変化として認識するものであり、当該検出された周波数パターンを、既知の距離、大きさ、移動速度等に対応する基準周波数パターンと比較することにより、距離、大きさ、移動速度等を検出するものであり、アナログ回路またはデジタル回路で構成されるものであればよい。具体的には、F−V変換器、FFT等とメモリ等で構成される。 This recognition circuit normally recognizes a change of a transfer function to a detection region which is an electromagnetic wave radiation space by a UWB oscillator as a change of a frequency pattern, and the detected frequency pattern is recognized by a known distance, size, The distance, size, moving speed, and the like are detected by comparing with a reference frequency pattern corresponding to the moving speed and the like, and any analog circuit or digital circuit may be used. Specifically, it is composed of an FV converter, an FFT, etc. and a memory.
請求項6にかかる近接センサは、前記車両に一体または分離可能に取付けてなる導電性部材を車両に対して開閉自在に取付けられる開閉体としたものであり、構造を簡単にし、かつ、廉価に製造することができる。 A proximity sensor according to a sixth aspect of the present invention is an open / close body that can be attached to the vehicle so that the conductive member is integrally or separably attached to the vehicle so as to be openable and closable. Can be manufactured.
請求項1にかかる近接センサは、検出領域の検出対象と導電性部材との間にマイクロ波の共振回路を形成し、前記導電性部材をアンテナとして放射するマイクロ波の周波数を持つUWB発振器は、そこにマイクロ波を放射する。このとき、UWB発振器が供給する複数の各共振周波数では共振状態となり、他の複数の周波数で反射または吸収を起こし、それらの伝達関数が変化する。それを検出することにより、検出対象が判断できる。 In the proximity sensor according to claim 1, a UWB oscillator having a microwave frequency that forms a microwave resonance circuit between a detection target in a detection region and a conductive member, and radiates using the conductive member as an antenna, Microwaves are radiated there. At this time, a resonance state occurs at each of the plurality of resonance frequencies supplied by the UWB oscillator, and reflection or absorption occurs at the other plurality of frequencies, and their transfer functions change. By detecting this, the detection target can be determined.
したがって、例えば、導電性部材の大きさに対して、十分波長が短い周波数帯域で発振するマイクロ波のUWB発振器を給電点に接続し、帯域幅の広いマイクロ波のインパルスを放射する。その放射されたマイクロ波のインパルスは、導電性部材をアンテナとして放射される。このとき、導電性部材の外側に検出対象が存在しない場合は、アンテナ特性に従い伝達関数が一義的に決定される。即ち、発振器側から送信した信号に対してアンテナから放射された信号を比較する伝達関数として考えると、アンテナ特性が決定されることになる。 Therefore, for example, a microwave UWB oscillator that oscillates in a frequency band having a sufficiently short wavelength with respect to the size of the conductive member is connected to a feeding point, and a microwave impulse having a wide bandwidth is radiated. The radiated microwave impulse is radiated using the conductive member as an antenna. At this time, when the detection target does not exist outside the conductive member, the transfer function is uniquely determined according to the antenna characteristics. That is, the antenna characteristics are determined when considered as a transfer function for comparing the signal radiated from the antenna with the signal transmitted from the oscillator side.
このとき、電磁波放射空間となっている検出領域の検出対象と導電性部材との間には、電磁波の電界・磁界の相互の影響力が大きいマイクロ波の共振回路を形成し、その検出領域及びその検出対象に応じたUWB発振器の周波数が伝播される。特に、使用周波数がUWB発振器のマイクロ波の使用によって、電磁波の電界・磁界の相互の影響力が大きく、検出領域の検出対象の静電容量に影響され難くなるから、従来の静電容量検出方式タイプに比較して、検出領域の湿度、温度、水蒸気、圧力等の雰囲気によって影響を受けない検出を可能とし、装置が廉価で検出精度が向上する。また、ドップラー周波数の検出と異なり、検出領域の検出対象が移動していなくても検出可能となる。特に、UWB発振器の使用によって、導電性部材から放射できる多数の共振周波数が存在し、伝播状態の変化を検出するものであるから、格別、導電性部材の特性を仔細に調査することなく実施でき、標準化も可能である。 At this time, a microwave resonance circuit having a large influence between the electric field and the magnetic field of the electromagnetic wave is formed between the detection target of the detection region serving as the electromagnetic wave radiation space and the conductive member. The frequency of the UWB oscillator corresponding to the detection target is propagated. In particular, the use frequency of the microwave of the UWB oscillator makes the influence of the electric field and magnetic field of the electromagnetic wave large, and it becomes difficult to be affected by the capacitance of the detection target in the detection region. Compared with the type, it is possible to perform detection that is not affected by the atmosphere such as humidity, temperature, water vapor, pressure, etc. in the detection region, and the apparatus is inexpensive and the detection accuracy is improved. Further, unlike the detection of the Doppler frequency, detection is possible even if the detection target in the detection region is not moved. In particular, by using a UWB oscillator, there are many resonance frequencies that can be radiated from the conductive member, and the change in the propagation state is detected, so it can be carried out without special investigation of the characteristics of the conductive member. Standardization is also possible.
請求項2にかかる近接センサの前記検出領域の変化の検出は、前記導電性部材の周波数をUWB発振器の給電点に接続された方向性結合器及びバンドパスフィルタを通過させたのち増幅手段で増幅し、かつ、ダウンコンバート用の周波数を入力してミキシングするミキサと、前記ミキサを通過させた周波数によって前記検出領域の変化を検出する認識回路を用いて行うものであるから、請求項1に記載の効果に加えて、検出領域に検出対象が存在すれば、UWB発振器から供給された周波数の電磁波が、給電点より放射され、検出対象が存在する場合に、給電点に戻ってくる信号が変化する。その変化を伝達関数の変化として検出する。このとき、検出されたバンドパスフィルタを通過させた周波数パターンは、ノイズを除去した周波数パターンとなる。また、方向性結合器は、UWB発振器の出力に導電性部材の給電点からの反射、外部から給電点に入る外乱の影響を除去することができるため、UWB発振器は安定した発振が可能となる。
The detection of the change in the detection region of the proximity sensor according to
請求項3にかかる近接センサの前記検出領域の変化の検出は、前記導電性部材の周波数を1または2以上の個別に配置された前記受電点から導入し、かつ、ダウンコンバート用の周波数を入力してミキシングするミキサと、前記ミキサを通過させた周波数によって前記検出領域の変化を検出する認識回路を用いて行われるものである。したがって、請求項1または請求項2に記載の効果に加えて、検出されたバンドパスフィルタを通過させた周波数パターンは、既知の周波数パターンにより、検出対象の距離、大きさ等に対応する予め基準周波数パターンとして記憶したデータと比較し、その基準周波数パターンから検出対象の距離、大きさ等の検出を行うことができる。
The detection of the change in the detection region of the proximity sensor according to claim 3 is performed by introducing the frequency of the conductive member from one or more individually received power receiving points and inputting a frequency for down-conversion. Then, the mixing is performed using a mixer that performs mixing, and a recognition circuit that detects a change in the detection region based on the frequency that has passed through the mixer. Therefore, in addition to the effect of
言い換えると、受電点に戻るインパルス信号を、アンテナ特性の伝達関数として見做すことができる。導電性部材の外側に検出対象が存在する場合は、導電性部材と検出対象が共振周波数を有する固有値を持つため、導電性部材と検出対象がアンテナとして結合し、1または2以上の個別に配置された受電点から伝達関数の違いとして検出できる。このことから、UWB発振器から供給された周波数の伝播状態の違いが検出領域の検出対象の有無によって変化するから、個々の周波数のドップラーシフトとして検出するものである。また、複数の受電点を設けることで、より検出分解能が向上すると共に、S/N比を確保できる。 In other words, the impulse signal that returns to the power receiving point can be regarded as a transfer function of antenna characteristics. When the detection target exists outside the conductive member, the conductive member and the detection target have an eigenvalue having a resonance frequency, so that the conductive member and the detection target are combined as an antenna, and one or two or more are arranged individually. It can be detected from the received power point as a difference in transfer function. From this, since the difference in the propagation state of the frequency supplied from the UWB oscillator changes depending on the presence or absence of the detection target in the detection region, it is detected as a Doppler shift of each frequency. Further, by providing a plurality of power receiving points, the detection resolution can be further improved and the S / N ratio can be secured.
請求項4にかかる近接センサは、検出領域の検出対象と導電性部材との間にマイクロ波の共振回路を形成し、前記導電性部材をアンテナとして放射するマイクロ波の周波数を持つUWB発振器は、そこにマイクロ波を放射する。このとき、UWB発振器が供給する複数の各共振周波数では共振状態となり、他の複数の周波数で反射または吸収を起こし、検出領域に検出対象が存在するか否かによって、それらの伝達関数が変化する。したがって、検出領域に検出対象が存在すれば、UWB発振器から供給された周波数の伝達関数が変化する。それを伝達関数の個々の周波数のドップラーシフトとして検出することにより、検出対象の移動速度が判断できる。 The proximity sensor according to claim 4 is a UWB oscillator having a microwave frequency that forms a microwave resonance circuit between a detection target in a detection region and a conductive member, and radiates the conductive member as an antenna. Microwaves are radiated there. At this time, a plurality of resonance frequencies supplied by the UWB oscillator are in a resonance state, and reflection or absorption occurs at other frequencies, and their transfer functions change depending on whether or not a detection target exists in the detection region. . Therefore, if a detection target exists in the detection region, the transfer function of the frequency supplied from the UWB oscillator changes. By detecting this as a Doppler shift of individual frequencies of the transfer function, the moving speed of the detection target can be determined.
このとき、電磁波放射空間となっている検出領域の検出対象との間に、電磁波の電界・磁界の相互の影響力が大きいマイクロ波の共振回路を形成し、その検出領域及びその検出対象に応じたUWB発振器の周波数が伝播されるものである。特に、使用周波数がワイドバンドのマイクロ波の使用によって、電磁波の電界・磁界の相互の影響力が大きく、検出領域の検出対象の静電容量に影響され難くなるから、従来の静電容量検出方式タイプに比較して、検出領域の湿度、温度、水蒸気、圧力等の雰囲気によって影響を受けない検出を可能とし、装置が廉価で検出精度が向上する。また、伝播状態の偏移や変化速度は、周波数パターンの偏移や変化速度等で検出され、検出対象の距離や移動速度の検出が可能になる。特に、UWB発振器の使用によって、導電性部材から放射できる多数の共振周波数が存在するから、格別、導電性部材の特性を仔細に調査することなく実施でき、標準化も可能である。 At this time, a microwave resonance circuit having a large mutual influence of the electric field and magnetic field of the electromagnetic wave is formed between the detection target of the detection region serving as the electromagnetic wave radiation space, and depending on the detection region and the detection target. The frequency of the UWB oscillator is propagated. In particular, the use of microwaves with a wide frequency range makes the electromagnetic field's electric field and magnetic field's mutual influence large, making it difficult to be affected by the capacitance of the detection target in the detection area. Compared with the type, it is possible to perform detection that is not affected by the atmosphere such as humidity, temperature, water vapor, pressure, etc. in the detection region, and the apparatus is inexpensive and the detection accuracy is improved. Further, the deviation and change speed of the propagation state are detected based on the deviation and change speed of the frequency pattern, and the detection target distance and moving speed can be detected. In particular, since there are a large number of resonance frequencies that can be radiated from the conductive member by using the UWB oscillator, it can be carried out without detailed investigation of the characteristics of the conductive member, and standardization is also possible.
請求項5にかかる近接センサは、検出領域の検出対象と導電性部材との間にマイクロ波の共振回路を形成し、前記導電性部材をアンテナとして放射するマイクロ波の周波数を持つUWB発振器は、そこにマイクロ波を放射する。このとき、UWB発振器が供給する複数の共振周波数では共振状態となり、他の複数の周波数で反射または吸収を起こし、それらの伝達関数が変化する。したがって、請求項4の効果に加えて、導電性部材から検出される周波数には、検出対象が影響する波長成分(周波数成分)を有しているから、各周波数に基づく周波数パターンの変化速度または周波数の偏移により、その検出対象の移動速度が検出できる。導電性部材の周波数パターンの変化する速度或いは偏移を基に、検出された周波数パターンの個々の周波数のドップラーシフトを予め既知の基準周波数パターンの変化速度或いは偏移と比較し、その基準周波数パターンから距離、大きさ、移動速度等の検出を行うこともできる。 The proximity sensor according to claim 5 forms a microwave resonance circuit between a detection target in a detection region and a conductive member, and a UWB oscillator having a microwave frequency radiated by using the conductive member as an antenna, Microwaves are radiated there. At this time, resonance occurs at a plurality of resonance frequencies supplied by the UWB oscillator, reflection or absorption occurs at other frequencies, and their transfer functions change. Therefore, in addition to the effect of claim 4, since the frequency detected from the conductive member has a wavelength component (frequency component) influenced by the detection target, the frequency pattern change rate based on each frequency or The moving speed of the detection target can be detected by the frequency shift. Based on the changing speed or deviation of the frequency pattern of the conductive member, the Doppler shift of each frequency of the detected frequency pattern is compared with the changing speed or deviation of the known reference frequency pattern, and the reference frequency pattern It is also possible to detect distance, size, moving speed, etc.
請求項6にかかる近接センサは、前記車両に一体または分離可能に取付けてなる導電性部材を車両に対して開閉自在に取付けられる開閉体としたものであるから、請求項1乃至請求項5の1つに記載の効果に加えて、構造を簡単にし、かつ、廉価に製造することができる。 According to a sixth aspect of the present invention, the proximity sensor according to the sixth aspect is an open / close body that can be attached to the vehicle so as to be openable / closable. In addition to the effects described in one, the structure can be simplified and inexpensively manufactured.
[実施の形態1] [Embodiment 1]
次に、本発明にかかる実施の形態の近接センサについて、図を用いて説明する。図1は本発明の実施の形態の近接センサを搭載した車両の全体構成概念図であり、図2は本発明の実施の形態1の近接センサの機能ブロック図である。 Next, a proximity sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a conceptual diagram of the overall configuration of a vehicle equipped with a proximity sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a functional block diagram of the proximity sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
図1乃至図2において、車両1の各ドアの金属板(導電性)からなる外パネル11〜14には、UWB発振器21のアンテナ端子が電気的に接続され底が給電点aとなっている。各ドアの外パネル11〜14が給電点aからマイクロ波の給電を受け、その表面にマイクロ波を放射するアンテナとなっており、各ドアの外パネル11〜14は本実施の形態の導電性部材を構成する。本実施の形態においては、各ドアの外パネル11〜14がアンテナとなっている事例で説明するが、車両1の前後のバンパー、トランクリッド、エンジンフード、フロントドア、バックドア、スライドドア、スイングドア、その他の可動式フード、サンルーフ等についても、外パネル11〜14と同様に本実施の形態の導電性パネルとして使用することができ、これらのうち、フロントドア、バックドア、スライドドア、スイングドア等は共に車両に対して開閉自在に取付けられる開閉体とみることができる。
1 and 2, the antenna terminals of the
このUWB発振器21は、各ドアの外パネル11〜14の大きさに対し、十分波長が短い周波数で外パネル11〜14をアンテナとして放射できるマイクロ波のワイドバンドの周波数を出力する。また、各ドアの外パネル11〜14の給電点aは、シミュレーションまたはシミュレーションと実機によって推定または修正確認した点に設定される。同様に、各ドアの外パネル11〜14からの伝達関数を検出するための受電点bについても、シミュレーションまたはシミュレーションと実機によって推定または修正確認した点に設定される。
The
周波数がワイドバンドのマイクロ波を発振するUWB発振器21は、アンテナとして機能する外パネル11〜14と外パネル11〜14の周囲の検出領域11A〜14Aが形成する共振回路の伝達関数の変化によって、その外パネル11〜14のマイクロ波の伝播状態を知るもので、具体的には、UWB発振器21は、検出領域11A〜14Aと外パネル11〜14(導電性部材)によって決定される特定の複数周波数を共振周波数として持つ。なお、検出領域11A〜14Aは、外パネル11〜14に対し、放射するマイクロ波の周波数の波長分の距離の外側に設定される。
The
本発明を実施する場合のUWB発振器21としては、検出領域11A〜14Aの変化によって複数の共振する発振周波数(f)の反射・吸収の変化を検出するものである。また、基準発振器22は、電波放射空間である検出領域11A〜14Aの伝播状態の変化に基づいて変化する周波数を検出するもので、特定周波数(fo)からなるマイクロ波の発振器で、通常、UWB発振器21と同一またはその近傍の周波数であるマイクロ波を発振する発振器である。この基準発振器22は、特定周波数からなる安定したマイクロ波を発振するもので、発振周波数(fo)が比較的安定する発振器が使用される。
The
バンドパスフィルタ24は、雑音を除去した特定の周波数のみ選択するフィルタである。また、高周波増幅器25はバンドパスフィルタ24の出力を増幅する。そして、ミキサ23は、UWB発振器21から得られた周波数(f)と基準発振器22から得られた周波数(fo)をミキシングし、ミキシング周波数(mf+nfo;但し、m,nは−∞〜+∞の整数)とするものであればよい。また、周波数を電圧として変換するF−V変換器26は、バンドパスフィルタ24を通過した周波数パターンを検出している。結果的に、周波数パターンの変化を基準発振器(fo)によってミキシングし、取出した周波数パターンをF−V変換器26によって検出し、各周波数周波数パターンに対応する電圧値の変化または各周波数パターンのパターンマッチングを取るようにしている。
The
車両1の外パネル11〜14をアンテナとして放射するマイクロ波の周波数を持つUWB発振器21は、電磁波放射空間となっている検出領域11A〜14Aの検出対象31と、外パネル11〜14との間でマイクロ波の共振回路を形成し、その検出領域11A〜14Aと外パネル11〜14との関係で、外パネル11〜14から放射できる複数の各共振周波数が存在する。即ち、UWB発振器21が供給する複数の共振周波数では共振状態となり、それ以外の他の複数の周波数で反射または吸収を起こし、それらの伝達関数は各周波数に対応したものとなる。検出領域11A〜14Aに検出対象31が存在すると、当該検出対象31がアンテナとなり、アンテナとして機能する外パネル11〜14と対応し、アンテナ相互の結合が生ずる。このときのUWB発振器21から放射された各周波数の伝達関数は、検出対象31が存在しないときに比べて変化する。それを検出することにより、検出対象31が判断できる。
A
例えば、外パネル11〜14によって決定される伝達関数は、検出対象31が存在しないとき、F−V変換器26は各周波数に対応する電圧値の変化とした特定の周波数パターンとなる。しかし、検出対象31が存在すると、電磁波放射空間である検出領域11A〜14Aの状態変化によって、F−V変換器26の出力は検出対象31が存在しないときとは、異なる周波数パターンとなる。
For example, when the
このように、UWB発振器21の周波数帯域が広いから、外パネル11〜14から放射されるマイクロ波は、多数の共振周波数を有することになる。ミキサ23は、UWB発振器21から得られた周波数(f)と基準発振器22から得られた周波数(fo)をミキシングしてダウンコンバートし、F−V変換器26によって周波数パターンを得ている。このとき、人などが近接すると人及び外パネル11〜14をアンテナとみなしたアンテナ相互の結合が生じ、それまでの人等がいない場合の伝達関数とは異なる伝達関数となるから、それを周波数パターンの変化として検出できる。
Thus, since the frequency band of the
更に、認識回路27は、バンドパスフィルタ24を通過した周波数をF−V変換器26を通過させた信号とし、電磁波放射空間である検出領域11A〜14Aの状態変化をマイクロ波の伝達関数の違いとして検出するもので、この検出された周波数パターンの変化は、距離、大きさ等に相当する状態を予め基準周波数パターンとして測定しておき、その基準周波数パターンから距離、大きさ等を推定することで、距離、大きさ等の検出を行うことができる。
Furthermore, the
即ち、このとき、人、物、大きさ等の情報は、それらの特性を認識回路27内部でマッピングした基準周波数パターンと比較して判断する。この方法によれば、ドアの自動開閉操作時の変化と、人や物との接近をも区別することができる。
That is, at this time, information such as a person, an object, and a size is determined by comparing their characteristics with a reference frequency pattern mapped inside the
また、認識回路27はその出力を電子制御回路2に入力している。電子制御回路2は、この実施の形態ではドア開閉システムの障害物検知を実行するマイクロコンピュータからなり、ドアを開閉するときに、安全にドアを開閉できるか、障害物が存在しないか否かを判定し、人または構造物を検知するとドアの開閉を停止させたり、車両1内に警報音を発生させることもできる。
The
なお、本実施の形態の近接センサ10を構成するUWB発振器21、基準発振器22、ミキサ23、バンドパスフィルタ24、F−V変換器26は、車両1の各ドアの外パネル11〜14と内パネル(図示しない)との間に内蔵されている。そして、F−V変換器26の出力は、認識回路27及び電子制御回路2に入力されている。電子制御回路2は、この実施の形態ではドア開閉システムの障害物検知装置を実行するマイクロコンピュータとなっている。
The
このように、本実施の形態の近接センサ10は、車両1に一体または分離可能に取付けてなる外パネル11〜14からなる導電性部材と、外パネル11〜14の外側に設定した検出領域11A〜14Aと、外パネル11〜14にマイクロ波を供給するワイドバンドの周波数を出力するUWB発振器21と、外パネル11〜14からなる導電性部材のUWB発振器21の給電点aとは別の受電点bにバンドパスフィルタ24を介して雑音を除去し、ダウンコンバート用の基準発振器22の周波数を入力してミキシングするミキサ23と、ミキサ23を通過させた周波数パターンによって、検出領域11A〜14Aの変化を認識する認識回路27とを具備するものである。
As described above, the
このように構成した本実施の形態1の近接センサ10は、次のように動作する。
The
まず、車両1の各ドアの外パネル11〜14と検出領域11A〜14Aの検出対象31との間に共振回路を形成し、UWB発振器21は外パネル11〜14に対してワイドバンドのマイクロ波を供給する。検出領域11A〜14Aと外パネル11〜14と人等の検出対象31の関係で伝播状態が決定され、外パネル11〜14から放射される伝播状態が検出対象31の存在によって変化する。
First, a resonance circuit is formed between the
即ち、外パネル11〜14と検出領域11A〜14Aの検出対象31とから構成される共振回路には、UWB発振器21から与えたマイクロ波によって共振され、反射または吸収を起こす検出対象31が検出領域11A〜14A内にない場合には、特定の周波数の伝播状態となる。ところが、外パネル11〜14の近くに人等の検出対象31が近づくと、マイクロ波の電界が検出対象31で反射或いは吸収され、外パネル11〜14と検出領域11A〜14Aの検出対象31とから構成される共振回路は、人等の検出対象31が存在しないときと異なったマイクロ波の伝達関数となる。即ち、検出領域11A〜14Aに検出対象31が存在すれば、UWB発振器21から供給された周波数の伝播状態が変化する。この変化は、バンドパスフィルタ24を通して雑音除去して、所定の帯域の周波数を取出し、この取出した周波数を基準発振器22の出力周波数(fo)と共にミキサ23に導入し、このミキサ23によってミキシングし、ダウンコンバートした周波数は、ミキシング周波数(f+fo)となる。ミキサ23からのミキシング周波数(f+fo)は、F−V変換器26に入力され、そこで、伝達関数に基づく周波数パターンが検出される。
That is, in the resonance circuit composed of the
ミキシング周波数(f+fo)の検出は、認識回路27によってバンドパスフィルタ24を通過した周波数をF−V変換器26を通過させた周波数パターンの違いを、検出領域11A〜14Aの状態変化として認識するものである。この検出された周波数パターンの変化は、距離、大きさ等に相当する予め基準周波数パターンを測定しておき、その基準周波数パターンから距離、大きさ等を推定することで、距離、大きさ等の検出を行うことができる。また、基準周波数パターンの変化速度から検出対象31の移動速度と距離を検出することができる。
The mixing frequency (f + fo) is detected by recognizing the difference in the frequency pattern in which the frequency that has passed through the band-
したがって、認識回路27の出力を入力する電子制御回路2は、この実施の形態では、ドア開閉システムの障害物検知装置を実行するマイクロコンピュータとなっており、ドアの外パネル11〜14を開くとき、人或いは物体がドアの外パネル11〜14に近づくと、ドアの開放を停止させたり、その状態を報知したりすることができる。また、ドアの閉鎖方向の作動においても、人或いは物体との衝突を防止することもできる。
Therefore, in this embodiment, the
UWB発振器21は、使用周波数がワイドバンドのマイクロ波を発振する発振器としたものであるから、廉価に、外パネル11〜14から複数放射することのできる周波数を選択でき、装置全体を廉価にすることができる。また、本実施の形態のアンテナは、車両1のドアの外パネル11〜14としたものであるが、ドアの開閉によって、外パネル11〜14の条件が変化し、検出領域11A〜14Aの状態変化が発生するが、その場合にも、ワイドバンドのマイクロ波を発振するUWB発振器21の複数の放射する周波数により、検出領域11A〜14Aを設定することができる。特に、車両1のドアをアンテナとしたものでは、防犯システム、キーレスエントリーシステム等のセンサとして使用でき、しかも、UWB発振器21の周波数帯域を選ぶことにより、車両1のドアの外パネル11〜14から30cm程度以内に検出領域11A〜14Aを設定することもできる。したがって、電磁波放射空間の場を車両1のドアの外パネル11〜14から30cm程度以内に設定することもできる。
Since the
このように、外パネル11〜14と検出領域11A〜14Aの検出対象31との間にマイクロ波の共振回路を形成するから、電磁波の電界・磁界の相互影響の方が大きくなり、検出領域11A〜14Aの検出対象の静電容量に影響され難くなるから、検出精度が向上する。特に、従来の静電容量検出方式タイプに比較して、検出領域の湿度、温度、水蒸気、圧力等の雰囲気によって影響を受けない検出を可能とするため、装置が廉価となる。また、UWB発振器21の使用により、複数の放射する周波数を持っているから、シミュレーションの結果を合わせると、外パネル11〜14からなる導電性部材からの放射波を確実に捉えることができる。よって、近距離の検出が容易であり、かつ、廉価に製造可能な状態検出を行うことができる。
[実施の形態2]
As described above, since the microwave resonance circuit is formed between the
[Embodiment 2]
図3は本発明の実施の形態2の近接センサの機能ブロック図である。なお、図中の上記実施の形態1と同一符号または同一記号は同一または相当する構成部分を示すものであるから、その詳細な説明を省略し、相違点のみ説明する。 FIG. 3 is a functional block diagram of the proximity sensor according to the second embodiment of the present invention. In addition, since the same code | symbol or the same symbol as the said Embodiment 1 in a figure shows the component which is the same or it corresponds, the detailed description is abbreviate | omitted and only a different point is demonstrated.
本実施の形態の近接センサ10は、実施の形態1の回路構成に、外パネル11〜14からなる導電性部材のUWB発振器21の給電点aとは別の受電点bを、他にもう1個の受電点bを設けたものである。これらの給電点bにはバンドパスフィルタ124を介して雑音を除去し、高周波増幅器125で増幅し、ダウンコンバート用の基準発振器122の周波数を入力してミキシングするミキサ123と、ミキサ123を通過させた周波数パターンによって、検出領域11A〜14Aの変化を認識する認識回路27とを追加し、受電点を増加させた場合の実施の形態である。追加した基本的回路構成は、実施の形態1と同一である。
The
図3の実施の形態は、外パネル11〜14からなる導電性部材に受電点bを複数(2個)設けた例を示す。このように複数(2個)の受電点を設けることで、より検出分解能が向上するとともに、S/N比を確保できる。
The embodiment of FIG. 3 shows an example in which a plurality (two) of power receiving points b are provided on a conductive member made of
この実施の形態では、受電点bを2個以上とするものであるが、2個の伝達関数の違いを検出でき、検出分解能が受電点bを1個とするときよりも向上する。勿論、2個以上とすれば、それだけ検出分解能も向上する。この実施の形態は、導電性部材の大きさが大きい場合、給電点から電磁波が放射されて、再び(受電点に)戻ってくるときの距離が長くなり、信号が減衰することがあるから、複数の受電点を設けることで、より感度向上が図れるとともに、S/N比を確保できる。
[実施の形態3]
In this embodiment, the number of power receiving points b is two or more. However, the difference between the two transfer functions can be detected, and the detection resolution is improved as compared with the case where the number of power receiving points b is one. Of course, if the number is two or more, the detection resolution is improved accordingly. In this embodiment, when the size of the conductive member is large, electromagnetic waves are radiated from the feeding point, the distance when returning (to the receiving point) again becomes long, and the signal may be attenuated. By providing a plurality of power receiving points, the sensitivity can be further improved and the S / N ratio can be secured.
[Embodiment 3]
上記実施の形態1の近接センサ10は、検出対象31の存在を検出するものであるが、その動きを検出することもできる。
The
図4は本発明の実施の形態3の近接センサ10の機能ブロック図である。なお、図中の上記実施の形態1と同一符号または同一記号は同一または相当する構成部分を示すものであるから、その詳細な説明を省略し、相違点のみ説明する。
FIG. 4 is a functional block diagram of the
この実施の形態は、方向性結合器28を用いることによって、給電点aと受電点bを持っていた構成を、単一の給電点aのみとすることができるものである。
In this embodiment, by using the
図4において、方向性結合器28は、UWB発振器21の出力をミキサ23に入力するが、更に、ミキサ23の信号をUWB発振器21に伝えない回路である。給電点aから反射するか或いは受電点bを兼ねる給電点aに入力される信号をUWB発振器21に入力されるのを遮断する回路である。
In FIG. 4, the
本実施の形態3にかかる近接センサ10は、車両1に一体または分離可能に取付けてなる外パネル11〜14からなる導電性部材の外側に設定した検出領域11A〜14Aと、外パネル11〜14の大きさに対し十分波長が短い周波数で外パネル11〜14をアンテナとしてマイクロ波のワイドバンドの周波数を供給するUWB発振器21と、外パネル11〜14のUWB発振器21の給電点aと同一給電点aから方向性結合器28、バンドパスフィルタ24を介して雑音を除去し、ダウンコンバート用の周波数を発振する基準発振器22の出力する周波数を入力してミキシングすると共にドプラ周波数を検出するミキサ23と、ミキサ23を通過した各周波数パターンによって、検出領域11A〜14Aの変化を認識する認識回路27とを具備する実施の形態として構成できる。即ち、本実施の形態1及び2にかかる近接センサ10の給電点aと受電点bとを1個としたものである。
The
したがって、上記実施の形態3の近接センサ10は、UWB発振器21からマイクロ波を外パネル11〜14に供給すると、検出領域11A〜14Aの検出対象31と外パネル11〜14からなる導電性部材との間でマイクロ波の共振回路を形成し、その検出領域11A〜14Aと外パネル11〜14で設定される複数の各周波数で共振する。このときの、検出領域11A〜14Aに反射の起こす検出対象31がない場合の伝達関数に基づく外パネル11〜14から得られる周波数パターンを記録しておく。外パネル11〜14の近くに人等の検出対象31が近づくと伝達関数の違いにより、外パネル11〜14と検出領域11A〜14Aの検出対象31とで形成される共振回路の伝達関数が変化する。このとき、外パネル11〜14には、人等の検出対象31が影響する伝達関数の違いに基づく各周波数(波長)成分を有している。バンドパスフィルタ24を通して各周波数を取出し、基準発振器22の周波数とをミキシングし、バンドパスフィルタ24を通した周波数と当該バンドパスフィルタ24を通した周波数との間でドップラー周波数成分(周波数偏移)を取出し、基準発振器22の周波数でダウンコンバートし、その周波数の変化をF−V変換器26の出力で判断する。このF−V変換器26の出力で検出された周波数パターンは、予め既知の基準周波数パターンと比較し、その基準信号から距離、大きさ等の検出を行う。また、基準周波数パターンの変化の個々の周波数のドップラーシフトから検出対象31の動く速度を検出することができる。
[実施の形態4]
Therefore, when the
[Embodiment 4]
図5は本発明の実施の形態4の近接センサ10の機能ブロック図である。なお、図中の上記実施の形態1と同一符号または同一記号は同一または相当する構成部分を示すものであるから、その詳細な説明を省略し、相違点のみ説明する。
FIG. 5 is a functional block diagram of the
また、本実施の形態4にかかる近接センサ10は、車両1に一体または分離可能に取付けてなる外パネル11〜14からなる導電性部材の外側に設定した検出領域11A〜14Aと、外パネル11〜14の大きさに対し十分波長が短い周波数で外パネル11〜14をアンテナとしてマイクロ波のワイドバンドの周波数を供給するUWB発振器21と、外パネル11〜14のUWB発振器21の給電点aとは、別の給電点bにバンドパスフィルタ24を介して雑音を除去し、ダウンコンバート用の周波数を発振する基準発振器22及び方向性結合器28を介してUWB発振器21の出力周波数を入力してミキシングすると共に、ドプラ周波数を検出するミキサ23と、ミキサ23を通過した所定の帯域の周波数によって、検出領域11A〜14Aの伝播状態の変化を認識する認識回路27とを具備する実施の形態として構成できる。
In addition, the
したがって、上記実施の形態4の近接センサ10は、UWB発振器21からマイクロ波を外パネル11〜14に供給すると、検出領域11A〜14Aの検出対象31と外パネル11〜14からなる導電性部材との間でマイクロ波の共振回路を形成し、その検出領域11A〜14Aと外パネル11〜14で設定される複数の各周波数で共振する。検出領域11A〜14Aに反射の起こす検出対象31がない場合の伝達関数に基づく、そのときの、外パネル11〜14から得られる周波数パターンを記録しておく。外パネル11〜14の近くに人等の検出対象31が近づくと伝達関数の違いにより、外パネル11〜14と検出領域11A〜14Aの検出対象31とで形成される共振回路の周波数パターンが変化する。このとき、外パネル11〜14には、人等の検出対象31が影響する伝達関数の違いに基づく周波数(波長)成分を有しているから、それをバンドパスフィルタ24を通して取出し、かつ、UWB発振器31の出力周波数とをミキシングし、両者間でドップラー周波数成分を取出し、また、基準発振器22の周波数によってダウンコンバートする。得られた周波数の変化は、F−V変換器26の出力の各周波数に対応する周波数パターンで判断する。この検出された周波数パターンを予め既知の基準周波数パターンと比較し、その基準信号から距離、大きさ等の検出を行う。また、ドップラー周波数によって検出対象31の動く速度を検出することができる。
Therefore, when the
上記実施の形態3及び上記実施の形態4は、UWB発振器21が外パネル11〜14と電磁波放射空間となっている検出領域11A〜14Aまたは検出領域11A〜14Aの検出対象31との間にマイクロ波の共振回路を形成し、その外パネル11〜14と検出領域11A〜14Aまたは外パネル11〜14と検出領域11A〜14Aの検出対象31を各アンテナと見做した間の電界強度(磁界)の共振回路として見做すことができ、検出領域11A〜14Aの検出対象の静電容量に影響され難くなるから、検出精度が向上する。特に、従来の静電容量検出方式タイプに比較して、検出領域の湿度、温度、水蒸気、圧力等の雰囲気によって影響を受けない検出を可能とするため、装置が廉価となる。また、UWB発振器21の使用により、複数多数の放射可能な周波数を持っているから、シミュレーションの結果を合わせると、外パネル11〜14からなる導電性部材からの放射波を確実に捉えることができ、周波数パターンの違いとして伝達関数の違いを明確に検出できる。よって、近距離の検出が容易であり、かつ、廉価に製造可能な状態検出を行うことができる。加えて、周波数パターンの個々の周波数のドップラーシフトの検出によって検出対象31の動く速度を検出することができる。
In the third embodiment and the fourth embodiment, the
ここで、上記実施の形態3及び上記実施の形態4のマイクロ波を出力するUWB発振器21は、電波放射空間である検出領域11A〜14Aとアンテナとして機能する外パネル11〜14によって決定される特定の複数多数の共振周波数を持つ。なお、外パネル11〜14からなる導電性部材の給電点aは、シミュレーションと実測によって大まかに推定した点に設定する。そして、安定したマイクロ波を発振する基準発振器22は、発振周波数を安定化させる発振器であればよい。
Here, the
上記実施の形態3及び上記実施の形態4の上記バンドパスフィルタ24は、雑音を除去するものであり、また、上記ミキサ23は、ミキシング周波数(mf+nfo)を得るものであればよい。更に、認識回路27は、伝達関数の違いに基づく周波数パターンによって上記電磁波放射空間である検出領域11A〜14Aの変化をパターン認識するものであり、周波数パターンを既知の距離、大きさ等に対応する基準周波数パターンとの比較を行うことにより、距離、大きさ等を検出するものであり、また、その周波数パターンの個々の周波数のドップラーシフトにより、検出対象31の移動速度を検出するアナログ回路またはデジタル回路で構成されるものであればよい。
The
ここで、本実施の形態1乃至4の近接センサ10は、車両1等の取付け対象に一体または分離可能に取付けてなる外パネル11〜14からなる導電性部材と、外パネル11〜14の外側に設定した検出領域11A〜14Aと、外パネル11〜14の大きさに対し、十分波長が短い周波数で外パネル11〜14をアンテナとして放射するマイクロ波のワイドバンドの周波数を出力するUWB発振器21とを具備し、外パネル11〜14と検出領域11A〜14Aの検出対象31との間に共振回路を形成し、UWB発振器21の給電点から供給した周波数の伝播状態の違いに基づく、検出領域11A〜14Aの変化を周波数パターンの変化として検出するものである。
Here, the
したがって、車両1の外パネル11〜14をアンテナとして供給するマイクロ波の周波数を持つUWB発振器21は、電磁波放射空間となっている検出領域11A〜14Aの検出対象31と外パネル11〜14との間にマイクロ波の共振回路を形成して、外パネル11〜14からマイクロ波を放射する。そこで、反射の起こす検出対象31がない場合とある場合には、伝達関数の違いが生ずる。また、外パネル11〜14の近くに人等の検出対象31が近づくと、放射電磁波の電界が検出対象31で反射或いは吸収され、人等の検出対象31が静止しているときに比較して電磁波放射空間の伝達関数が変化するから、周波数パターンの個々の周波数のドップラーシフトの違いとして捉えられ、その周波数パターンを判断することにより、検出対象31の近接速度及び距離を判断することができる。
Therefore, the
特に、UWB発振器21が給電する外パネル11〜14と検出領域11A〜14Aの検出対象31との間にマイクロ波の共振回路を形成するから、電磁波の電界・磁界の相互影響の方が、従来の静電容量検出方式タイプに比較して、検出領域の湿度、温度、水蒸気、圧力等の雰囲気によって影響を受けない検出を可能とする。このように、検出領域11A〜14Aの検出対象の静電容量に影響され難くなるから、検出精度が向上する。また、UWB発振器21の使用により、共振する複数の周波数及び共振状態にない複数の周波数を持っているから、シミュレーションの結果を合わせると、外パネル11〜14からの放射波を確実に捉えることができる。
In particular, since a microwave resonance circuit is formed between the
そして、UWB発振器21の使用によって、検出領域11A〜14Aの湿度、温度、水蒸気、圧力等の雰囲気によって影響を受けない検出を可能とするため、装置が廉価となる。よって、近距離の検出が容易であり、かつ、廉価に製造可能な状態検出を行うことができる。
The use of the
なお、本実施の形態の近接センサは、車両1に用いているから、ドアの外パネル11〜14のように導電性パネルとして使用できる構成部品が多く存在し、他の構成部品の使用も可能であるから、車両用として使用するのが好適である。
In addition, since the proximity sensor of this Embodiment is used for the vehicle 1, there are many components that can be used as a conductive panel like the
本発明は、電磁波放射空間の湿度、温度、水蒸気、圧力等の雰囲気の影響を受けないで検出対象31の近距離の検出を可能とするから、ドア開閉システムの障害物検知装置、防犯システム、キーレスエントリーシステム等のセンサのみでなく、従来の静電容量検出方式タイプに比較して、自然界の空気中の湿度変化等の気象条件が変化しても、それに影響されなくなるから、各種の近距離を検出するセンサとして使用できる。
Since the present invention enables detection of a short distance of the
なお、この種の本発明の実施の形態の近接センサ10は、車両以外にも、人体の移動、存在を検出するシャワートイレのセンサ等にも使用でき、その使途は車両に限定されるものではない。例えば、人体の移動、存在を検出するシャワートイレのセンサのように汎用化させることもできる。このとき、例えば、外パネル11〜14はアンテナと機能させればよい。他の構成は上記実施の形態と相違するものはない。また、取付け対象に一体または分離可能に取付けてなる外パネル11〜14は、平面的パネルに限定されるものではなく、帯状、線状部材を加工した形状とすることができる。
The
このとき、本発明の実施の形態の近接センサ10は、取付け対象に一体または分離可能に外パネル11〜14等の導電性部材を取付け対象に配設すればよい。
At this time, the
なお、汎用化された近接センサ10においても、上記実施の形態と同様の構成とすることができ、かつ、同様の作用効果を奏するので、その詳細な説明は割愛する。
Note that the general-
1 車両
11〜14 外パネル(導電性部材)
11A〜14A 検出領域
21 UWB発振器
22 基準発振器
23 ミキサ
24 バンドパスフィルタ
26 F−V変換器
27 認識回路
31 検出対象
1 Vehicle 11-14 Outer panel (conductive member)
11A to
Claims (6)
前記導電性部材と前記検出領域との間に共振回路を形成し、前記UWB発振器の給電点から供給した周波数の伝播状態の違いから、前記検出領域の変化を検出することを特徴とする近接センサ。 A conductive member that is integrally or separably attached to an attachment target, a detection region set outside the conductive member, and a frequency band having a sufficiently short wavelength with respect to the size of the conductive member. A UWB (Ultra Wide Band) oscillator that supplies a microwave wideband frequency radiating as an antenna,
A proximity sensor, wherein a resonance circuit is formed between the conductive member and the detection region, and a change in the detection region is detected from a difference in propagation state of a frequency supplied from a feeding point of the UWB oscillator. .
前記導電性部材と前記検出領域との間に共振回路を形成し、前記UWB発振器の給電点から供給した周波数の伝播状態の変化から、前記検出領域の変化及び移動体速度を検出することを特徴とする近接センサ。 A conductive member that is integrally or separably attached to an attachment target, a detection region that is set outside the conductive member, and the conductive member that has a sufficiently short wavelength with respect to the size of the conductive member. A UWB oscillator that supplies a wideband frequency of microwaves radiated as an antenna,
A resonance circuit is formed between the conductive member and the detection region, and a change in the detection region and a moving body speed are detected from a change in a propagation state of a frequency supplied from a feeding point of the UWB oscillator. Proximity sensor.
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