JP2007183182A

JP2007183182A - 移動物体検出装置

Info

Publication number: JP2007183182A
Application number: JP2006001714A
Authority: JP
Inventors: Fumihiro Kasano; 文宏笠野; Toshimasa Takagi; 俊昌高木
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2006-01-06
Filing date: 2006-01-06
Publication date: 2007-07-19

Abstract

【課題】移動物体の検出性能を維持しつつ消費電力を低減する。
【解決手段】本実施形態においては、コンパレータ９から出力される２値信号（ドップラー信号）が検知回路８（マイコン）の入力ポートから取り込まれ、例えば、ローレベルのドップラー信号が所定時間以上連続して入力された場合、監視空間内に移動物体Ｏが存在すると検知回路８が判断して検出信号を出力する。而して、コンパレータ９によってアナログのドップラー信号をディジタル信号（２値信号）に変換しているため、検知回路８でＡ／Ｄ変換を行う必要がないから消費電力が低減でき、しかも、消費電力を低減したことで連続動作が可能となって検出性能を維持することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を監視空間に放射し、監視空間内の物体の移動により生じる反射波の周波数偏移を検出することにより、監視空間内において移動する物体の存在を検出する移動物体検出装置に関するものである。

この種の移動物体検出装置は、所定周波数の超音波を監視空間内に放射しておき、監視空間内に存在する物体の移動に伴なってドップラー効果として生じる反射波の周波数偏移を検出するように構成されている。

図４に従来の移動物体検出装置の一例を示す。発振器１が発振する所定周波数の送波信号を受けて送波回路２が送波器３を駆動することにより、発振器１の発振周波数と同周波数の超音波が監視空間に送波され、監視空間内に存在する物体Ｏに超音波が反射して生じる反射波を受波器４で受波する。受波器４の出力を受波回路５で増幅及び波形整形した受波信号が位相検波回路６に入力され、位相検波回路６では、発振器１から出力する送波信号と受波信号を混合（ミキシング）することで両信号の位相差に応じた位相検波信号（ドップラー信号）を出力する。位相検波回路６から出力されたドップラー信号は、ローパスフィルタ７で不要な高調波成分が除去されて検知回路８に入力される。マイコンからなる検知回路８では、ドップラー信号に基づいて物体Ｏの移動速度を判断し、移動速度が所定値を超えた場合に監視空間内に移動物体Ｏが存在すると判断して検出信号を出力する。

近年、自動車の車両盗難並びに車上盗難が増加しているため、駐車中の車両に不審者が侵入した場合に警報音を鳴動する車載用盗難警報装置が普及してきており、かかる車載用盗難警報装置には監視空間（車内）における移動物体（人）の存否を検出するために上述のような移動物体検出装置が搭載されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−２７２４０２号公報

ところで、上述のような車載用盗難警報装置に搭載される移動物体検出装置は、自動車の駐車中（エンジンを切った状態）に動作させる必要があるが、自動車に搭載されているバッテリから電源供給を受けている関係上、バッテリ上がりを防止するために消費電力の低いことが要求される。そこで、特許文献１に記載のものでは移動物体検出装置を間欠的に動作させて消費電力の低減を図っているが、超音波を間欠的に送波することによって送波信号の周波数が安定せずに検出性能が著しく低下するという欠点があった。

また、上述の検知回路８はマイコンで構成されているが、位相検波回路６から出力されるドップラー信号がアナログ信号であるために検知回路８への入力時にＡ／Ｄ変換する必要があった。かかるＡ／Ｄ変換は検知回路８を構成するマイコンで行われるが、Ａ／Ｄ変換に伴ってマイコンの消費電力が増大し、結果的に移動物体検出装置の消費電力も大きくなってしまうという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、移動物体の検出性能を維持しつつ消費電力が低減できる移動物体検出装置を提供することにある。

請求項１の発明は、前記目的を達成するために、所定の周波数で発振する発振手段と、発振手段から出力する送波信号により監視空間に超音波を送波する送波手段と、前記超音波が監視空間に存在する物体に反射して生じる反射波を受波する受波手段と、受波手段から出力する受波信号と前記送波信号と同周波数の基準信号との位相差を検波する位相検波手段と、位相検波手段から出力する位相検波信号を所定の基準値と比較することで２値信号に変換する２値信号変換手段と、２値信号変換手段から出力する２値信号に基づいて監視空間における移動物体の存否を検知する検知手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記位相検波手段は、送波信号と同周波数で互いに位相の異なる基準信号と受波信号とを混合して互いに位相の異なる正負両極性を有した一対のドップラー信号に変換する一対の位相検波回路を有し、前記２値信号変換手段は、前記一対の位相検波回路から出力するドップラー信号をそれぞれ２値信号に変換し、前記検知手段は、各ドップラー信号の信号値を縦横各軸にとったベクトル平面の象限のうち両ドップラー信号の信号値を成分とするベクトルが存在する象限に対応する象限信号を発生するとともに前記ベクトルが隣接する象限に転移したときに転移信号を発生する象限信号発生回路と、転移信号の発生毎に転移後の象限に対応した象限信号に記憶内容が更新されるメモリと、転移信号の発生毎にメモリに記憶されている転移前の象限信号と象限信号発生回路から入力される転移後の象限信号とを比較して前記ベクトルが象限の境界線を越えて隣接する象限に転移したときにその向きに対応する方向信号を発生する転移方向検出回路と、転移信号と方向信号とに基づいて一方の転移向きで加算し他方の転移向きで減算するように転移回数を計数する演算回路と、演算回路の出力値が所定の閾値を越えると検知信号を出力する閾値回路とを有することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記位相検波手段は、受波信号が入力される入力端子と、位相検波信号又はドップラー信号を出力する出力端子と、基準信号が入力される基準信号入力端子と、入力端子と出力端子を接続する信号線とグランドの間に挿入され基準信号入力端子がゲートに接続された電界効果トランジスタとを有することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れかの発明において、前記各手段に電源を供給するスイッチングレギュレータを備え、スイッチングレギュレータのスイッチング周波数を前記発振手段の発振周波数の２倍以上としたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、２値信号変換手段によってアナログの位相検波信号をディジタル信号（２値信号）に変換しているため、従来例のように検知手段でＡ／Ｄ変換を行う必要がないから消費電力が低減でき、しかも、消費電力を低減したことで連続動作が可能となって検出性能を維持することができる。

請求項２の発明によれば、受波信号の存在する象限が転移するたびに、転移の向きに応じて演算回路の出力値が増減するのであり、演算回路の出力値が監視空間内での物体の移動距離に相当することになるから、監視空間内で物体の滞在時間によらず、物体が一定距離を移動すると物体の検知を行なうことができ、その結果、監視空間でゆっくりと揺らいでいるような物体に対する誤報が防止される。

請求項３の発明によれば、電界効果トランジスタのドレイン・ソース間の抵抗値がゲート電圧（基準信号の電圧）によって変化することを利用するために電源が不要となり、従来の乗算回路を利用する場合に比較して消費電力が低減できる。

請求項４の発明によれば、動作電源をスイッチングレギュレータで安定化して供給しているので、従来例に比較して効率がよくなり、消費電力が低減できるととともに、スイッチングレギュレータのスイッチング周波数を発振手段の発振周波数の２倍以上としているから、送波手段から超音波を連続的に送波することができて検知性能の低下が防止できる。

（実施形態１）
図１に本実施形態のブロック図を示す。本実施形態は、従来例と同様に所定の周波数で発振する発振器１と、発振器１から出力する送波信号を受けて送波器３を駆動する送波回路２と、監視空間に超音波を送波する送波器３と、監視空間内で超音波が反射した反射波を受波する受波器４と、受波器４の出力を増幅及び波形整形して受波信号を出力する受波回路５と、発振器１から出力する送波信号と受波信号を混合（ミキシング）することで両信号の位相差に応じた位相検波信号（ドップラー信号）を出力する位相検波回路（ミキシング回路）６と、ドップラー信号から不要な高調波成分を除去するローパスフィルタ７と、マイコンからなる検知回路８とを備えるが、ドップラー信号を所定の基準値と比較することで２値信号に変換する２値信号変換手段たるコンパレータ９をローパスフィルタ７と検知回路８の間に設けた点と、各部に動作電源を供給するスイッチングレギュレータ１０を備えた点とが従来例と異なる。

本実施形態においては、コンパレータ９から出力される２値信号（ドップラー信号）が検知回路８（マイコン）の入力ポートから取り込まれ、例えば、ローレベルのドップラー信号が所定時間以上連続して入力された場合、監視空間内に移動物体Ｏが存在すると検知回路８が判断して検出信号を出力する。

而して、本実施形態ではコンパレータ９によってアナログのドップラー信号をディジタル信号（２値信号）に変換しているため、検知回路８でＡ／Ｄ変換を行う必要がないから消費電力が低減でき、しかも、消費電力を低減したことで連続動作が可能となって検出性能を維持することができる。

ここで、特許文献１に記載された従来例では自動車に搭載されたバッテリから直接、各部に電源を供給していたが、本実施形態ではバッテリの電圧（例えば、１２Ｖ）よりも低い電圧（例えば、３Ｖあるいは５Ｖ）をスイッチングレギュレータ１０で安定化して各部に供給しているので、従来例に比較して効率がよくなり、消費電力が低減できるという利点がある。しかも、スイッチングレギュレータ１０のスイッチング周波数を発振器１の発振周波数の２倍以上としているから、送波器３から超音波を連続的に送波することができて検知性能の低下が防止できる。

ところで、位相検波回路６は受波信号と送波信号を乗算する乗算回路で構成することができ、例えば、図５に示すような接合型トランジスタを多段接続してなる従来周知の乗算回路で構成される。しかしながら、図５に示す乗算回路を用いた場合、多数（図示例では６個）の接合型トランジスタにそれぞれ動作電源を供給しなければならないために消費電力を低減することは困難である。

そこで、図２に示すように１個の電界効果トランジスタＦＥＴと、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３並びにコンデンサＣ１，Ｃ２とで位相検波回路６を構成することが望ましい。この位相検波回路６は、受波信号が入力される入力端子６ａと、位相検波信号（ドップラー信号）を出力する出力端子６ｃと、基準信号が入力される基準信号入力端子６ｂと、入力端子６ａに一端が接続された抵抗Ｒ１と、一端が抵抗Ｒ１の他端に接続されるとともに他端が出力端子６ｃに接続された抵抗Ｒ２と、２つの抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点にドレインが接続されるとともにソースがグランドに接続された電界効果トランジスタＦＥＴと、基準信号入力端子６ｂと電界効果トランジスタＦＥＴのゲートの間に挿入された直流カット用のコンデンサＣ１と、コンデンサＣ１とゲートの接続点とグランドの間に挿入された放電用の抵抗Ｒ３と、出力端子６ｃとグランドの間に挿入された高調波成分除去用のコンデンサＣ２とを具備している。基準信号入力端子６ｂに入力する基準信号がグランドに対して正極性の期間（正の半波の期間）では電界効果トランジスタＦＥＴがターンオンし、入力端子６ａと出力端子６ｃ間の信号線が短絡されるために出力端子６ｃに位相検波信号（ドップラー信号）が出力されず、基準信号がグランドに対して負極性の期間（負の半波の期間）では電界効果トランジスタＦＥＴがターンオフし、入力端子６ａと出力端子６ｃ間の信号線が短絡されないために出力端子６ｃに位相検波信号（ドップラー信号）が出力される。つまり、出力端子６ｃからは発振器１の発振周波数に同期して半周期毎に信号が出力されることになり、ローパスフィルタ７で高調波成分を除去することによって位相検波信号（ドップラー信号）が得られる。

上述の位相検波回路６では、電界効果トランジスタＦＥＴのドレイン・ソース間の抵抗値がゲート電圧（基準信号の電圧）によって変化することを利用するために電源が不要である。その結果、図５に示した乗算回路を利用する場合に比較して消費電力が低減できるものである。

（実施形態２）
本実施形態の回路ブロック図を図３に示す。但し、実施形態１と共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

監視空間内の物体Ｏで反射した反射波を受波器４により受波して受波信号Ｅinに変換し、この受波信号Ｅinを第１及び第２の位相検波回路６Ａ，６Ｂにそれぞれ入力して発振回路１の発振周波数と同周波数の基準信号Ｅ₀,Ｅ₀′と混合する。ここで、一方の基準信号Ｅ₀は移相回路１０の出力であって、両基準信号Ｅ₀,Ｅ₀′の位相が互いに異なるように設定される。したがって、第１及び第２の位相検波回路６Ａ，６Ｂの出力にビート信号として得られる一対のドップラー信号Ｅ，Ｅ′も位相が互いに異なったものとなる。ドップラー信号Ｅ，Ｅ′はそれぞれローパスフィルタ７Ａ，７Ｂで高調波成分が除去された後にコンパレータ９Ａ，９Ｂにおいて信号の正負に対応した２値信号（軸符号信号）Ｘ，Ｙに変換される。軸符号信号Ｘ,Ｙはそれぞれ２値（ハイレベルとローレベル）を有しているから、両者の組み合わせにより４状態を表わすことができるのであり、これら４状態はドップラー信号Ｅ,Ｅ′を基本軸とするベクトル平面の４つの象限のうちで、受波信号Ｅinに対応するベクトルがどの象限に存在しているかを示すことになる。したがって、ドップラー信号Ｅ,Ｅ′の極性の組み合わせにより４つの状態（正正、正負、負負、負正）を考えれば、ベクトル平面上の各象限（第１象限乃至第４象限）に対応させることができるのである。要するに正負両極性を有したドップラー信号Ｅ，Ｅ′の極性を組み合わせることによって４つの状態を分類すれば、両ドップラー信号Ｅ，Ｅ′の信号値を成分としたベクトルが存在する象限（第１象限乃至第４象限）と上記各状態とが一対一に対応することになる。このベクトルは、受波信号Ｅinの基準信号Ｅ_０，Ｅ_０′に対する周波数偏移に応じてベクトル平面内の象限を移動し、周波数が低くなるか高くなるか、すなわち物体Ｏが遠ざかるか近付くかに応じて、象限を右回りもしくは左回りに移動するのである。

そこで、本実施形態では象限信号発生回路８０、メモリ８１、転移方向検出回路８２、演算回路８３、閾値回路８４で検知回路８を構成し、以下のような処理を行っている。

象限信号発生回路８０では、上記した信号処理により、上記ベクトル平面上において受波信号Ｅinが存在する象限を検出して対応する象限信号Ｑを出力し、同時に受波信号Ｅinが各象限の境界線を越えて転移するときに転移信号Ｚを発生する。象限信号Ｑは４状態を表わせばよいから、２ビット以上あればよい。また、象限信号Ｑは、転移信号Ｚの発生毎にメモリ８１に一時的に記憶されると同時に、転移方向検出回路８２にも入力される。ここに、メモリ８１に記憶される象限信号Ｑは転移信号Ｚの発生毎に更新される。

転移方向検出回路８２では、受波信号Ｅinに対応するベクトルが隣接する象限（第１章源内次第４象限）に転移して転移信号Ｚが発生するのに伴って象限信号発生回路８０から入力された現在の象限信号Ｑ（すなわち、転移後の象限信号Ｑ）と、前回の転移信号Ｚの発生に伴ってメモリ８１に記憶されていた前回の象限信号Ｑ（すなわち、転移前の象限信号Ｑ）とが比較され、象限が右回りに転移したか左回りに転移したかが判定される。ここで、転移方向検出回路８２の出力としては、受波信号Ｅinに対応するベクトルが原点を中心として反時計回りに象限の境界線を横切る場合に加算、時計回りに象限の境界線を横切る場合に減算を指示する方向信号が出力されるように設定しておく。こうして、転移方向検出回路８２の出力である方向信号が得られるとメモリ８１の内容は更新される。転移方向検出回路８２の出力である方向信号と象限検出回路８０の出力である転移信号Ｚとは演算回路８３に入力され、演算回路８３では、転移信号Ｚが発生するたびに転移方向検出回路８２の出力信号を読み込み、演算回路８３に記憶されている値に対して方向信号が反時計回りなら１を加え、時計回りなら１を引くようにする。したがって、受波信号Ｅinに対応するベクトルが第１象限から第２象限を通過して第３象限に至る軌跡を描いて移動した場合、演算回路８３の初期値が０であれば、最終値は３になるのである。こうして演算回路８３の出力値の絶対値が閾値回路８４に予め設定されている閾値を越えると、閾値回路８４は検出信号を送出するのである。検出信号は報知器駆動回路１１に入力され、移動物体Ｏの存在が適宜報知器により報知されるのである。

上記構成によれば、超音波を送出して反射波の周波数偏移を検出するのであるから、送波信号の周波数をｆ₀、物体の移動速度をｖ、超音波の伝播速度をｃとすれば、ドップラー信号Ｅ,Ｅ′の周波数Δｆは、｜Δｆ｜≒２ｖｆ₀／ｃとなり（一般に、ｖ≪ｃ）、ドップラー信号Ｅ，Ｅ′の周波数は物体の移動速度ｖに比例することになる。また、物体が単位距離だけ移動したときに発生する、ドップラー信号Ｅ，Ｅ′の波数Ｎは、Ｎ＝２ｆ₀／ｃとなるから、超音波の伝播速度ｃと送波周波数ｆ₀とが一定であれば、物体の移動速度ｖとは無関係に波数Ｎは一定となる。したがって、受波信号Ｅinに対応するベクトルのベクトル平面での象限転移の回数も一定となる。つまり、上述のように４象限で表わせば、象限転移の回数は４×Ｎ回となり、物体の移動距離に比例することになる。また、象限の転移の向きは物体の移動する向きを表わすから、象限の転移が生じたときに転移の向きに応じて転移回数を加減算すれば、物体の移動距離と向きを知ることができるのである。換言すれば、監視空間内での物体Ｏの移動距離が閾値回路８４の判定基準となり、物体Ｏが監視空間内で移動する時間には関係なく、物体の存在を検出することができるのである。

本発明の実施形態１を示す回路ブロック図である。同上における位相検波回路の具体回路図である。本発明の実施形態２を示す回路ブロック図である。従来例を示す回路ブロック図である。従来の位相検波回路の具体回路図である。

符号の説明

１発振器
２送波回路
３送波器
４受波器
５受波回路
６位相検波回路
７ローパスフィルタ
８検知回路
９コンパレータ
１０スイッチングレギュレータ

Claims

所定の周波数で発振する発振手段と、発振手段から出力する送波信号により監視空間に超音波を送波する送波手段と、前記超音波が監視空間に存在する物体に反射して生じる反射波を受波する受波手段と、受波手段から出力する受波信号と前記送波信号と同周波数の基準信号との位相差を検波する位相検波手段と、位相検波手段から出力する位相検波信号を所定の基準値と比較することで２値信号に変換する２値信号変換手段と、２値信号変換手段から出力する２値信号に基づいて監視空間における移動物体の存否を検知する検知手段とを備えたことを特徴とする移動物体検出装置。
前記位相検波手段は、送波信号と同周波数で互いに位相の異なる基準信号と受波信号とを混合して互いに位相の異なる正負両極性を有した一対のドップラー信号に変換する一対の位相検波回路を有し、
前記２値信号変換手段は、前記一対の位相検波回路から出力するドップラー信号をそれぞれ２値信号に変換し、
前記検知手段は、各ドップラー信号の信号値を縦横各軸にとったベクトル平面の象限のうち両ドップラー信号の信号値を成分とするベクトルが存在する象限に対応する象限信号を発生するとともに前記ベクトルが隣接する象限に転移したときに転移信号を発生する象限信号発生回路と、転移信号の発生毎に転移後の象限に対応した象限信号に記憶内容が更新されるメモリと、転移信号の発生毎にメモリに記憶されている転移前の象限信号と象限信号発生回路から入力される転移後の象限信号とを比較して前記ベクトルが象限の境界線を越えて隣接する象限に転移したときにその向きに対応する方向信号を発生する転移方向検出回路と、転移信号と方向信号とに基づいて一方の転移向きで加算し他方の転移向きで減算するように転移回数を計数する演算回路と、演算回路の出力値が所定の閾値を越えると検知信号を出力する閾値回路とを有することを特徴とする請求項１記載の移動物体検出装置。
前記位相検波手段は、受波信号が入力される入力端子と、位相検波信号又はドップラー信号を出力する出力端子と、基準信号が入力される基準信号入力端子と、入力端子と出力端子を接続する信号線とグランドの間に挿入され基準信号入力端子がゲートに接続された電界効果トランジスタとを有することを特徴とする請求項１又は２記載の移動物体検出装置。
前記各手段に電源を供給するスイッチングレギュレータを備え、スイッチングレギュレータのスイッチング周波数を前記発振手段の発振周波数の２倍以上としたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の移動物体検出装置。