JP2018136279A - Detector - Google Patents

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一馬 阪本
Kazuma Sakamoto
一馬 阪本
真也 伊藤
Shinya Ito
真也 伊藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a detector which can detect objects existing in a wide range.SOLUTION: A detector includes: an output unit for outputting a first ultrasonic wave; a reception unit for receiving a reflection signal formed by reflection of the first ultrasonic wave by an object; a detection unit for detecting the object on the basis of the received reflection signal; a feedback signal processing unit for processing the received reflection signal and generating a feedback signal; and an ultrasonic wave generation unit for generating a first ultrasonic wave, the output unit outputting the feedback signal as a second ultrasonic wave and also outputting the first ultrasonic wave generated by the ultrasonic wave generation unit and the feedback signal.SELECTED DRAWING: Figure 1

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).
Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-017822 Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-265209 Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-161530

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.

検知装置の構成例を示す。The structural example of a detection apparatus is shown. 検知装置の検出部の構成例を示す。The structural example of the detection part of a detection apparatus is shown. 反射信号の時間変化を示す。The time change of a reflected signal is shown. デジタルローパスフィルタの出力の時間変化を示す。The time change of the output of a digital low pass filter is shown. デジタルローパスフィルタの出力の差分信号の時間変化を示す。The time change of the difference signal of the output of a digital low-pass filter is shown.

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 detection apparatus 100 in the present embodiment. The detection apparatus 100 outputs an ultrasonic wave, receives a reflected signal reflected by an object 160 such as a person, and detects the moving object 160 based on the reflected signal. The detection apparatus 100 includes an ultrasonic generation unit 110, an output unit 120, a reception unit 130, a feedback signal processing unit 140, and a detection unit 150.

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 ultrasonic generator 110 generates the first ultrasonic wave output from the output unit 120. The ultrasonic generation unit 110 includes a signal generation unit 111, a signal amplification unit 112, a first DA conversion unit 113, a first filter unit 114, and a first power amplifier 115.

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 signal amplification unit 112 is connected to the signal generation unit 111 and amplifies the generated digital signal. The first DA converter 113 is connected to the signal amplifier 112 and converts the digital signal from the signal amplifier 112 into an analog signal. The first filter unit 114 is connected to the first DA conversion unit 113, and removes harmonics generated by aliasing during digital-analog conversion from the analog signal. The first filter unit 114 is, for example, an image removal filter. The first power amplifier 115 is connected to the first filter unit 114 and the output unit 120, amplifies the signal from the first filter unit 114, and transmits the amplified signal to the output unit 120.

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 output unit 120 outputs a signal from the ultrasonic wave generation unit 110 as a first ultrasonic wave, and outputs a feedback signal from the feedback signal processing unit 140 as a second ultrasonic wave. The output unit 120 includes a first speaker 121 and a second speaker 122.

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 first speaker 121 and the second speaker 122 may output signals through different channels. The first speaker 121 is connected to the ultrasonic generator 110 and outputs the first ultrasonic wave from the ultrasonic generator 110. The second speaker 122 is connected to the feedback signal processing unit 140 and outputs the feedback signal from the feedback signal processing unit 140 as the second ultrasonic wave.

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 receiving unit 130 receives a reflected signal in which the first ultrasonic wave and the second ultrasonic wave output from the output unit 120 are reflected by the object 160, and performs processing on the reflected signal. The reception unit 130 includes a microphone 131, a microphone amplifier 132, an AD conversion unit 133, a second filter unit 134, and a reflected signal amplification unit 135.

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 microphone 131 is connected to the microphone amplifier 132, converts a reflected wave from the object 160 into a reflected signal, and transmits the reflected signal to the microphone amplifier 132. The microphone amplifier 132 is connected to the AD conversion unit 133, amplifies the reflected signal, and transmits the amplified signal to the AD conversion unit 133. The AD conversion unit 133 is connected to the second filter unit 134, converts an analog reflected signal into a digital signal, and transmits the digital signal to the second filter unit 134. The second filter unit 134 is connected to the reflected signal amplifying unit 135 and filters the reflected signal from the AD converting unit 133 so that only a specific frequency band is obtained. For example, the second filter unit 134 is a digital bandpass filter. The reflected signal amplification unit 135 is connected to the feedback signal processing unit 140 and the detection unit 150 and amplifies the reflected signal from the second filter unit 134. The reflected signal amplifier 135 is a digital circuit, for example.

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 signal processing unit 140 processes the reflected signal from the receiving unit 130 to generate a feedback signal. The feedback signal processing unit 140 includes a second DA conversion unit 141, a third filter unit 142, and a second power amplifier 143.

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 DA conversion unit 141 is connected to the reception unit 130 and the third filter unit 142, converts the digital reflected signal from the reception unit 130 into an analog signal, and transmits the analog signal to the third filter unit 142. The third filter unit 142 is connected to the second power amplifier 143, filters the signal from the second DA converter 141 to remove harmonics, and transmits the filtered signal to the second power amplifier 143. The third filter unit 142 is, for example, an image removal filter. The second power amplifier 143 is connected to the output unit 120, amplifies the signal from the third filter unit 142, generates a feedback signal, and transmits the feedback signal to the output unit 120.

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 detection unit 150 detects the object 160 based on the reflected signal received by the reception unit 130. The detection unit 150 includes a detection unit 151, an addition unit 152, a signal level comparison unit 153, and a threshold setting unit 154.

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 detection unit 151 is connected to the reception unit 130 and the addition unit 152, and outputs a signal Hi and a signal Lo to the addition unit 152 in accordance with a signal from the reception unit 130. Adder 152 is connected to signal level comparator 153 and transmits a difference signal indicating the difference between signal Hi and signal Lo from detector 151 to signal level comparator 153. The threshold setting unit 154 is connected to the signal level comparison unit 153 and outputs a preset threshold value to the signal level comparison unit 153. The signal level comparison unit 153 outputs a detection signal based on the difference signal from the addition unit 152 and the threshold value from the threshold setting unit 154.

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 detection unit 151 will be described in detail with reference to FIG. FIG. 2 shows a configuration example of the detection unit 151. The detection unit 151 includes a digital low-pass filter 200 having a faster time constant and a digital low-pass filter 210 having a slower time constant. The digital low-pass filter 200 having a faster time constant and the digital low-pass filter 210 having a slower time constant need only have different time constants. The digital low-pass filter 210 having a slower time constant may be a digital low-pass filter having a faster time constant. The time constant is larger than that of the filter 200.

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-pass filter 200 having a faster time constant performs low-pass filtering on the reflected signal, and outputs a signal Hi that changes rapidly following the change of the input reflected signal. The digital low-pass filter 200 with a faster time constant includes a first detection amplification unit 201, a first flip-flop 202, a second detection amplification unit 203, and a first detection addition unit 204.

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 detection amplification unit 201 amplifies the reflected signal from the reception unit 130 and transmits the amplified signal to the first detection addition unit 204. For example, the first detection amplification unit 201 multiplies the reflected signal by a coefficient 1-a (where 0 <a <1). The first flip-flop 202 is connected to the first detection / addition unit 204 and the second detection / amplification unit 203, and delays the signal Hi from the first detection / addition unit 204 to generate a second detection / amplification unit. 203. The second detection amplification unit 203 amplifies the delayed signal from the first flip-flop 202 and transmits the amplified signal to the first detection addition unit 204. For example, the second detection amplification unit 203 multiplies the delayed signal by a coefficient a. The first detection / addition unit 204 adds the signal from the first detection / amplification unit 201 and the signal from the second detection / amplification unit 203, and adds the signal Hi to the first flip-flop 202 and the addition unit 152. And send to.

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-pass filter 210 having a slower time constant performs low-pass filtering on the reflected signal, and outputs a signal Lo that changes slowly following the change of the input reflected signal. The digital low-pass filter 210 having a slower time constant includes a third detection amplification unit 211, a second flip-flop 212, a fourth detection amplification unit 213, and a second detection addition unit 214.

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 detection amplification unit 211 amplifies the reflected signal from the reception unit 130 and transmits the amplified signal to the second detection addition unit 214. For example, the third detection amplification unit 211 multiplies the reflected signal by a coefficient 1-b (where 0 <b <1). The second flip-flop 212 is connected to the second detection / addition unit 214 and the fourth detection / amplification unit 213, and delays the signal Lo from the second detection / addition unit 214 to generate a fourth detection / amplification unit. To 213. The fourth detection amplification unit 213 amplifies the delayed signal from the second flip-flop 212 and transmits the amplified signal to the second detection addition unit 214. For example, the fourth detection amplification unit 213 multiplies the delayed signal by a coefficient b. The second detection / addition unit 214 adds the signal from the third detection / amplification unit 211 and the signal from the fourth detection / amplification unit 213, and adds the signal Lo to the second flip-flop 212 and the addition unit 152. And send to.

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 detection apparatus 100 in this embodiment is demonstrated. The signal generator 111 of the ultrasonic generator 110 discretely generates a sine wave signal in a non-audible sound band having a frequency of 18 kHz to 40 kHz, preferably 18 kHz to 30 kHz. The ultrasonic generation unit 110 performs signal processing on the generated signal and transmits the signal to the output unit 120.

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 output unit 120 outputs the signal from the ultrasonic wave generation unit 110 from the first speaker 121 of the right channel Rch as a first ultrasonic wave having a frequency of 18 kHz to 40 kHz, preferably 18 kHz to 30 kHz. With an ultrasonic wave having such a frequency, a wider-angle object can be detected.

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 unit 130 receives the reflected signal reflected by the object 160, converts it to an analog signal, amplifies the analog signal, and transmits the amplified analog signal to the detection unit 150 and the feedback signal processing unit 140. For example, the second filter unit 134 of the receiving unit 130 performs filtering for removing sharply other than the frequency component of the frequency band including the frequency of the first ultrasonic wave from the reflected signal, preferably the first super-band. Filtering is performed to sharply remove components other than the same frequency component as the sound wave frequency. Specifically, the second filter unit 134 converts the reflected signal into a signal having a frequency of 18 kHz to 40 kHz, preferably 18 kHz to 30 kHz, by filtering.

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 signal processing unit 140 performs signal processing on the reflected signal from the reception unit 130 to generate a feedback signal, and transmits the feedback signal to the output unit 120.

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 output unit 120 outputs the feedback signal from the feedback signal processing unit 140 from the second speaker 122 of the left channel Lch as a second ultrasonic wave having a frequency of 18 kHz to 40 kHz, preferably 18 kHz to 30 kHz. The output unit 120 outputs the first ultrasonic wave from the ultrasonic wave generation unit 110 through a different channel while outputting the feedback signal. Note that the output unit 120 may output the first ultrasonic wave from the second speaker 122 of the left channel Lch and output the feedback signal from the first speaker 121 of the right channel Rch.

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 detection apparatus 100 generates a feedback signal from the reflected signal received by the receiving unit 130, outputs the feedback signal from the output unit 120, and receives the reflected signal of the feedback signal by the receiving unit 130, thereby receiving the receiving unit 130, A feedback loop including a feedback signal processing unit 140 and an output unit 120 is formed. The ultrasonic wave output from the output unit 120 is attenuated by the spatial loss until it is reflected by the object 160 and reaches the receiving unit 130, and then amplified by the reflected signal amplification unit 135 of the receiving unit 130. Is output. As a result, the reflected signal received by the receiving unit 130 is the square of the reflected signal obtained by reflecting the first ultrasonic wave from the ultrasonic generating unit 110 on the object 160 and the reflected signal obtained by reflecting the feedback signal on the object 160. The sum square. Since the reflected signal amplified by the square sum square is output from the output unit 120 again, the reflected signal received by the receiving unit 130 is further increased, and the detection apparatus 100 is highly sensitive and greatly improves the detection range. To do.

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 signal amplifying unit 135 of the receiving unit 130 amplifies the reflected signal so that the amplitude of the feedback signal output from the output unit 120 does not increase with time. For example, the gain of the reflected signal amplification unit 135 of the reception unit 130 is set to the highest value in a range where the feedback gain of the feedback loop including the spatial loss is 0 dB or less. Thereby, the detection apparatus 100 can amplify a feedback signal effectively in the range which does not generate howling.

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 detection unit 150 receives a reflection signal obtained by reflecting the first ultrasonic wave and the feedback signal from the object 160 from the reception unit 130, and outputs a detection signal corresponding to the change in the reflection signal. The detection of the change in the reflected signal by the detection unit 150 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows the time change of the reflected signal. FIG. 4 shows changes with time in the outputs of the digital low-pass filters 200 and 210. FIG. 5 shows a time change of the differential signal output from the digital low-pass filters 200 and 210.

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 unit 130 changes when the object 160 moves, for example. At this time, as shown in FIG. 4, the output signal Hi of the digital low-pass filter 200 having a faster time constant of the detection unit 150 immediately follows the change of the reflected signal. On the other hand, the output signal Lo of the digital low-pass filter 210 having a slower time constant gradually changes following the change of the reflected signal. Therefore, the difference between the signals Hi and Lo is large at the moment when the reflected signal changes, but the difference between the signals Hi and Lo decreases after a certain period of time without the reflected signal changing thereafter. For this reason, the adder 152 to which the signals Hi and Lo are input outputs a differential signal reflecting the change in the reflected signal as shown in FIG.

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 level comparison unit 153 compares the difference signal A output from the addition unit 152 with a predetermined threshold B from the threshold setting unit 154, and outputs a detection signal according to the comparison result. For example, when the difference signal A is larger than the threshold value B, the signal level comparison unit 153 outputs a detection signal indicating that the object 160 has been detected.

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 detection apparatus 100 of the present embodiment can detect a wide range of objects by increasing the sensitivity by a feedback loop even when detecting a wide angle by lowering the frequency. Therefore, the detection apparatus 100 can detect an object by a reflection signal from the back surface of the detection apparatus 100. For example, the entire room can be covered by the single detection apparatus 100 and the object 160 can be monitored. In addition, the detection device 100 can be used for the purpose of grasping the presence of a person, opening / closing of a door or window, usage status of a conference room, etc., and also for security applications for detecting room abnormalities such as entering a room. Is possible. Moreover, since the detection apparatus 100 can use a normal speaker and microphone that output ultrasonic waves of a low frequency, a system that already includes the speaker and microphone, for example, a voice recognition device such as an interphone or a robot. Easily adaptable to.

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 SYMBOLS 100 Detection apparatus, 110 Ultrasonic wave generation part, 111 Signal generation part, 112 Signal amplification part, 113 1st DA converter part, 114 1st filter part, 115 1st power amplifier, 120 output part, 121 1st 1st Speaker, 122 Second speaker, 130 Receiver, 131 Microphone, 132 Microphone amplifier, 133 AD converter, 134 Second filter, 135 Reflected signal amplifier, 140 Feedback signal processor, 141 Second DA converter 142, third filter unit, 143 second power amplifier, 150 detection unit, 151 detection unit, 152 addition unit, 153 signal level comparison unit, 154 threshold setting unit, 160 object, 200 digital constant low-pass filter with faster time constant 201 First detection amplification unit 202 First flip-flop 203 2 detection amplifying unit, 204 first detection adding unit, 210 digital low-pass filter having a slower time constant, 211 third detection amplifying unit, 212 second flip-flop, 213 fourth detection amplifying unit, 214 second Detection adder

Claims (7)

第1の超音波を出力する出力部と、
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.
前記第1の超音波を生成する超音波生成部を備え、
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.
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異なるチャネルで出力する
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.
前記受信部は、前記反射信号を増幅する反射信号増幅部を有し、
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.
前記出力部は、18kHz以上40kHz以下の周波数の前記第1の超音波を出力する
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.
前記検知部は、前記反射信号の変化に基づいて前記物体を検知する
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.
前記検知部は、
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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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109343524A (en) * 2018-10-12 2019-02-15 深圳蓝胖子机器人有限公司 A kind of robot, robot cluster and its control method

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