JP2018136279A - Detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、検知装置に関する。 The present invention relates to a detection device.
従来、人の動きを検知するIRセンサーなどの人感センサーは、人体から発せられる赤外線をセンシングし、その温度変化や赤外線の反射を検知する。このような人感センサーは、自動ドア、水洗トイレ等の用途に用いられている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, human sensors such as IR sensors that detect human movement sense infrared rays emitted from the human body and detect temperature changes and infrared reflections. Such human sensors are used for applications such as automatic doors and flush toilets (see, for example, Patent Document 1).
また、超音波センサーは、指向性が高い40kHz程度の超音波を用いることで、送信した超音波が物体で反射し、そのエコーが戻るまでの時間から物体との距離を計測するといった用途や、エコーの波形形状から配管等の欠陥を検知する非破壊検査といった用途に用いられている(例えば、特許文献2,3参照)。
特許文献1 特開2016−017822号公報
特許文献2 特開2009−265009号公報
特許文献3 特開2015−161530号公報
In addition, the ultrasonic sensor uses ultrasonic waves with high directivity of about 40 kHz, so that the transmitted ultrasonic waves are reflected by the object and the distance from the object is measured from the time until the echo returns, It is used for applications such as non-destructive inspection for detecting defects such as piping from the waveform of the echo (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
従来のIRセンサーでは、センサー周囲の環境温度が人の体温程度まで高くなった場合、人を検知することが困難であった。また、超音波センサーでは、広角の検知を行うと超音波の距離減衰が大きく、離れた位置の物体の検知は困難であった。 In a conventional IR sensor, it has been difficult to detect a person when the ambient temperature around the sensor has increased to about the body temperature of the person. Further, in the ultrasonic sensor, when wide-angle detection is performed, ultrasonic distance attenuation is large, and it is difficult to detect an object at a distant position.
本発明の第1の態様においては、第1の超音波を出力する出力部と、第1の超音波が物体で反射した反射信号を受信する受信部と、受信した反射信号に基づいて物体を検知する検知部と、受信した反射信号を処理してフィードバック信号を生成するフィードバック信号処理部と、を備え、出力部は、フィードバック信号を第2の超音波として出力する検知装置を提供する。 In the first aspect of the present invention, the output unit that outputs the first ultrasonic wave, the reception unit that receives the reflected signal of the first ultrasonic wave reflected by the object, and the object based on the received reflected signal. A detection unit for detecting and a feedback signal processing unit for processing a received reflected signal to generate a feedback signal, and an output unit provides a detection device that outputs the feedback signal as a second ultrasonic wave.
上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となりうる。 The above summary of the present invention does not enumerate all of the features of the present invention. A sub-combination of these feature groups can also be an invention.
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
図1は、本実施形態における検知装置100の構成例を示す。検知装置100は、超音波を出力して、人等の物体160で反射された反射信号を受信し、反射信号に基づいて、動いている物体160を検知する。検知装置100は、超音波生成部110と、出力部120と、受信部130と、フィードバック信号処理部140と、検知部150とを備える。
FIG. 1 shows a configuration example of a
超音波生成部110は、出力部120から出力される第1の超音波を生成する。超音波生成部110は、信号発生部111と、信号増幅部112と、第1のDA変換部113と、第1のフィルタ部114と、第1のパワーアンプ115とを有する。
The
信号発生部111は、例えばDSP(デジタルシグナルプロセッサ)等のデジタル回路であってよく、所定の周波数のデジタル信号を生成する。信号増幅部112は、信号発生部111に接続され、生成されたデジタル信号を増幅する。第1のDA変換部113は、信号増幅部112に接続され、信号増幅部112からのデジタル信号をアナログ信号に変換する。第1のフィルタ部114は、第1のDA変換部113に接続され、デジタル−アナログ変換時の折り返しにより発生する高調波をアナログ信号から除去する。第1のフィルタ部114は、例えばイメージ除去フィルタである。第1のパワーアンプ115は、第1のフィルタ部114と出力部120とに接続され、第1のフィルタ部114からの信号を増幅して出力部120に送信する。
The signal generator 111 may be a digital circuit such as a DSP (Digital Signal Processor), for example, and generates a digital signal having a predetermined frequency. The
出力部120は、超音波生成部110からの信号を第1の超音波として出力するとともに、フィードバック信号処理部140からのフィードバック信号を第2の超音波として出力する。出力部120は、第1のスピーカ121と第2のスピーカ122とを有する。
The
第1のスピーカ121と第2のスピーカ122は異なるチャネルで信号を出力してよい。第1のスピーカ121は、超音波生成部110に接続され、超音波生成部110からの第1の超音波を出力する。第2のスピーカ122は、フィードバック信号処理部140に接続され、フィードバック信号処理部140からのフィードバック信号を第2の超音波として出力する。
The
受信部130は、出力部120から出力された第1の超音波および第2の超音波が物体160で反射した反射信号を受信し、反射信号に対して処理を行う。受信部130は、マイク131と、マイクアンプ132と、AD変換部133と、第2のフィルタ部134と、反射信号増幅部135とを有する。
The
マイク131は、マイクアンプ132に接続され、物体160からの反射波を反射信号に変換して、マイクアンプ132に送信する。マイクアンプ132は、AD変換部133に接続され、反射信号を増幅してAD変換部133に送信する。AD変換部133は、第2のフィルタ部134に接続され、アナログの反射信号をデジタル信号に変換して、第2のフィルタ部134に送信する。第2のフィルタ部134は、反射信号増幅部135に接続され、AD変換部133からの反射信号に対して、特定の周波数帯域のみとなるようにフィルタリングを行う。例えば、第2のフィルタ部134は、デジタルバンドパスフィルタである。反射信号増幅部135は、フィードバック信号処理部140と検知部150とに接続され、第2のフィルタ部134からの反射信号を増幅する。反射信号増幅部135は、例えばデジタル回路である。
The
フィードバック信号処理部140は、受信部130からの反射信号を処理してフィードバック信号を生成する。フィードバック信号処理部140は、第2のDA変換部141と、第3のフィルタ部142と、第2のパワーアンプ143とを有する。
The feedback
第2のDA変換部141は、受信部130と第3のフィルタ部142とに接続され、受信部130からのデジタルの反射信号をアナログ信号に変換して第3のフィルタ部142に送信する。第3のフィルタ部142は、第2のパワーアンプ143に接続され、第2のDA変換部141からの信号をフィルタリングして高調波を除去し、第2のパワーアンプ143に送信する。第3のフィルタ部142は、例えばイメージ除去フィルタである。第2のパワーアンプ143は、出力部120に接続され、第3のフィルタ部142からの信号を増幅してフィードバック信号を生成し、出力部120に送信する。
The second
検知部150は、受信部130が受信した反射信号に基づいて物体160を検知する。検知部150は、検出部151と、加算部152と、信号レベル比較部153と、閾値設定部154とを有する。
The
検出部151は、受信部130と加算部152とに接続され、受信部130からの信号に応じて信号Hiおよび信号Loを加算部152に出力する。加算部152は、信号レベル比較部153に接続され、検出部151からの信号Hiおよび信号Loの間の差を示す差分信号を、信号レベル比較部153に送信する。閾値設定部154は、信号レベル比較部153に接続され、予め設定されている閾値を信号レベル比較部153に出力する。信号レベル比較部153は、加算部152からの差分信号と、閾値設定部154からの閾値とに基づいて検知信号を出力する。
The
ここで、検出部151について図2を参照して詳細に説明する。図2は、検出部151の構成例を示す。検出部151は、時定数のより速いデジタルローパスフィルタ200と、時定数のより遅いデジタルローパスフィルタ210とを有する。時定数のより速いデジタルローパスフィルタ200と時定数のより遅いデジタルローパスフィルタ210とは、互いに時定数が異なっていればよく、時定数のより遅いデジタルローパスフィルタ210は、時定数のより速いデジタルローパスフィルタ200よりも時定数が大きい。
Here, the
時定数のより速いデジタルローパスフィルタ200は、反射信号に対してローパスフィルタリングを行い、入力される反射信号の変化により速く追従して変化する信号Hiを出力する。時定数のより速いデジタルローパスフィルタ200は、第1の検出増幅部201と、第1のフリップフロップ202と、第2の検出増幅部203と、第1の検出加算部204とを有する。
The digital low-
第1の検出増幅部201は、受信部130からの反射信号を増幅して、第1の検出加算部204に送信する。例えば、第1の検出増幅部201は、反射信号に係数1−a(ここで、0<a<1)を乗算する。第1のフリップフロップ202は、第1の検出加算部204と第2の検出増幅部203とに接続され、第1の検出加算部204からの信号Hiを遅延させて、第2の検出増幅部203へ送信する。第2の検出増幅部203は、第1のフリップフロップ202からの遅延された信号を増幅して第1の検出加算部204に送信する。例えば、第2の検出増幅部203は、遅延された信号に係数aを乗算する。第1の検出加算部204は、第1の検出増幅部201からの信号と、第2の検出増幅部203からの信号とを加算して、信号Hiを第1のフリップフロップ202と加算部152とに送信する。
The first
時定数のより遅いデジタルローパスフィルタ210は、反射信号に対してローパスフィルタリングを行い、入力される反射信号の変化により遅く追従して変化する信号Loを出力する。時定数のより遅いデジタルローパスフィルタ210は、第3の検出増幅部211と、第2のフリップフロップ212と、第4の検出増幅部213と、第2の検出加算部214とを有する。
The digital low-
第3の検出増幅部211は、受信部130からの反射信号を増幅して、第2の検出加算部214に送信する。例えば、第3の検出増幅部211は、反射信号に係数1−b(ここで、0<b<1)を乗算する。第2のフリップフロップ212は、第2の検出加算部214と第4の検出増幅部213とに接続され、第2の検出加算部214からの信号Loを遅延させて、第4の検出増幅部213へ送信する。第4の検出増幅部213は、第2のフリップフロップ212からの遅延された信号を増幅して第2の検出加算部214に送信する。例えば、第4の検出増幅部213は、遅延された信号に係数bを乗算する。第2の検出加算部214は、第3の検出増幅部211からの信号と、第4の検出増幅部213からの信号とを加算して、信号Loを第2のフリップフロップ212と加算部152とに送信する。
The third
次に、本実施形態における検知装置100の動作について説明する。超音波生成部110の信号発生部111は、周波数18kHz以上40kHz以下、好ましくは18kHz以上30kHz以下の非可聴音帯域の正弦波信号を離散的に生成する。超音波生成部110は、生成した信号に対して信号処理を行い、出力部120に送信する。
Next, operation | movement of the
出力部120は、超音波生成部110からの信号を、右チャネルRchの第1のスピーカ121から、18kHz以上40kHz以下、好ましくは18kHz以上30kHz以下の周波数の第1の超音波として出力する。このような周波数の超音波であれば、より広角の物体検知が可能となる。
The
受信部130は、物体160で反射された反射信号を受信して、アナログ信号に変換して、アナログ信号を増幅し、検知部150とフィードバック信号処理部140とに送信する。例えば、受信部130の第2のフィルタ部134は、反射信号に対して、第1の超音波の周波数が含まれる周波数帯域の周波数成分以外を急峻に除去するフィルタリング、好ましくは、第1の超音波の周波数と同じ周波数成分以外を急峻に除去するフィルタリングを行う。具体的には、第2のフィルタ部134は、フィルタリングにより、反射信号を、18kHz以上40kHz以下、好ましくは18kHz以上30kHz以下の周波数の信号とする。
The receiving
フィードバック信号処理部140は、受信部130からの反射信号に対して信号処理を行ってフィードバック信号を生成し、出力部120に送信する。
The feedback
出力部120は、フィードバック信号処理部140からのフィードバック信号を、左チャネルLchの第2のスピーカ122から、18kHz以上40kHz以下、好ましくは18kHz以上30kHz以下の周波数の第2の超音波として出力する。出力部120は、フィードバック信号を出力する間も、超音波生成部110からの第1の超音波を異なるチャネルで出力する。なお、出力部120は、第1の超音波を左チャネルLchの第2のスピーカ122から出力して、フィードバック信号を右チャネルRchの第1のスピーカ121から出力してもよい。
The
このように、検知装置100は、受信部130が受信した反射信号からフィードバック信号を生成して出力部120から出力し、フィードバック信号の反射信号を受信部130で受信することによって、受信部130、フィードバック信号処理部140、および出力部120からなるフィードバックループを形成する。出力部120から出力された超音波は、物体160で反射して受信部130に到達するまでの空間ロスによって減衰した後、受信部130の反射信号増幅部135で増幅されて、出力部120から出力される。これにより、受信部130で受信される反射信号は、超音波生成部110からの第1の超音波が物体160で反射した反射信号と、フィードバック信号が物体160で反射した反射信号との2乗和平方根となる。2乗和平方根で増幅された反射信号が再び出力部120から出力されることによって、受信部130で受信する反射信号は更に増大し、検知装置100は、感度が高まり、検知範囲が大幅に向上する。
As described above, the
ここで、受信部130の反射信号増幅部135は、出力部120から出力されるフィードバック信号の振幅が経時的に増加しないように、反射信号を増幅することが好ましい。例えば、受信部130の反射信号増幅部135のゲインは、空間ロスを含めたフィードバックループのフィードバックゲインが、0dB以下になるような範囲で最も高い値に設定される。これにより、検知装置100は、ハウリングが発生しない範囲で、フィードバック信号を効果的に増幅することができる。
Here, it is preferable that the reflected
検知部150は、第1の超音波およびフィードバック信号が物体160で反射した反射信号を受信部130から受信して、反射信号の変化に応じた検知信号を出力する。検知部150による反射信号の変化の検出について、図3,4,および5を参照して説明する。図3は、反射信号の時間変化を示す。図4は、デジタルローパスフィルタ200,210の出力の時間変化を示す。図5は、デジタルローパスフィルタ200,210の出力の差分信号の時間変化を示す。
The
図3に示すように、受信部130が受信する反射信号は、例えば物体160が動いた場合に変化する。このとき、図4に示すように、検知部150の時定数のより速いデジタルローパスフィルタ200の出力信号Hiは、すぐに反射信号の変化に追従して変化する。一方、時定数のより遅いデジタルローパスフィルタ210の出力信号Loは、徐々に反射信号の変化に追従して変化する。従って、反射信号が変化した瞬間には、信号HiおよびLoの間の差分は大きいが、その後反射信号が変化せずに一定期間経過すると、信号HiおよびLoの間の差分は小さくなる。このため、信号HiおよびLoが入力される加算部152は、図5に示すように反射信号の変化を反映した差分信号を出力する。
As shown in FIG. 3, the reflected signal received by the receiving
信号レベル比較部153は、加算部152から出力される差分信号Aと閾値設定部154からの予め定められた閾値Bとを比較して、比較結果に応じて検知信号を出力する。例えば、信号レベル比較部153は、差分信号Aが閾値Bより大きい場合、物体160を検知したことを示す検知信号を出力する。
The signal
本実施形態の検知装置100は、周波数を下げて広角の検知を行う場合もフィードバックループにより感度を高めて広範囲の物体検知が可能である。従って、検知装置100は、検知装置100の背面からの反射信号によって物体を検知することが可能で、例えば、部屋全体を1つの検知装置100で網羅して物体160を監視することができる。また、検知装置100は、人の有無、ドアまたは窓の開閉、会議室等の使用状況把握の用途に適応可能であり、また、部屋への侵入等の部屋の異常を検知するセキュリティ用途に適応可能である。また、検知装置100は、低い周波数の超音波を出力する通常のスピーカ及びマイクを使用することが可能であるため、既にスピーカおよびマイクを備えているシステム、例えば、インターフォンまたはロボット等の音声認識機器に容易に適応可能である。
The
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.
100 検知装置、110 超音波生成部、111 信号発生部、112 信号増幅部、113 第1のDA変換部、114 第1のフィルタ部、115 第1のパワーアンプ、120 出力部、121 第1のスピーカ、122 第2のスピーカ、130 受信部、131 マイク、132 マイクアンプ、133 AD変換部、134 第2のフィルタ部、135 反射信号増幅部、140 フィードバック信号処理部、141 第2のDA変換部、142 第3のフィルタ部、143 第2のパワーアンプ、150 検知部、151 検出部、152 加算部、153 信号レベル比較部、154 閾値設定部、160 物体、200 時定数のより速いデジタルローパスフィルタ、201 第1の検出増幅部、202 第1のフリップフロップ、203 第2の検出増幅部、204 第1の検出加算部、210 時定数のより遅いデジタルローパスフィルタ、211 第3の検出増幅部、212 第2のフリップフロップ、213 第4の検出増幅部、214 第2の検出加算部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1の超音波が物体で反射した反射信号を受信する受信部と、
受信した前記反射信号に基づいて前記物体を検知する検知部と、
受信した前記反射信号を処理してフィードバック信号を生成するフィードバック信号処理部と、
を備え、
前記出力部は、前記フィードバック信号を第2の超音波として出力する
検知装置。 An output unit for outputting a first ultrasonic wave;
A receiver that receives a reflected signal of the first ultrasonic wave reflected by an object;
A detector that detects the object based on the received reflected signal;
A feedback signal processing unit that processes the received reflected signal to generate a feedback signal;
With
The output unit outputs the feedback signal as a second ultrasonic wave.
前記出力部は、前記超音波生成部が生成した前記第1の超音波と、前記フィードバック信号とを出力する
請求項1に記載の検知装置。 An ultrasonic generator for generating the first ultrasonic wave;
The detection device according to claim 1, wherein the output unit outputs the first ultrasonic wave generated by the ultrasonic wave generation unit and the feedback signal.
請求項2に記載の検知装置。 The detection device according to claim 2, wherein the output unit outputs the first ultrasonic wave generated by the ultrasonic wave generation unit and the feedback signal through different channels.
前記反射信号増幅部は、前記出力部から出力される前記フィードバック信号の振幅が経時的に増加しないように、前記反射信号を増幅する
請求項1から3のいずれか1項に記載の検知装置。 The reception unit includes a reflection signal amplification unit that amplifies the reflection signal,
The detection apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the reflected signal amplification unit amplifies the reflected signal so that an amplitude of the feedback signal output from the output unit does not increase with time.
請求項1から4のいずれか1項に記載の検知装置。 The detection device according to claim 1, wherein the output unit outputs the first ultrasonic wave having a frequency of 18 kHz or more and 40 kHz or less.
請求項1から5のいずれか1項に記載の検知装置。 The detection device according to claim 1, wherein the detection unit detects the object based on a change in the reflected signal.
前記反射信号が入力される時定数のより速いデジタルローパスフィルタと、
前記反射信号が入力される時定数のより遅いデジタルローパスフィルタと、
前記時定数のより速いデジタルローパスフィルタの出力および前記時定数のより遅いデジタルローパスフィルタの出力の差を閾値と比較する比較部と、
を有する
請求項6に記載の検知装置。 The detector is
A digital low-pass filter with a faster time constant to which the reflected signal is input;
A digital low-pass filter having a slower time constant to which the reflected signal is input;
A comparison unit that compares a difference between an output of the digital low-pass filter with a faster time constant and an output of the digital low-pass filter with a slower time constant with a threshold;
The detection device according to claim 6.
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