JP3028154B2 - 侵入物体検知機能を有した超音波センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、超音波を利用して侵入物体の移
動及び存在を検知する超音波センサに関する。

【０００２】

【従来技術】送波器から超音波パルスを送波して、監視
エリア内に存在する物体からの反射波を受波し、ドップ
ラー効果によって反射波に生じる周波数成分を検出し
て、侵入物体の移動を検知する移動検知方式と、送波器
から超音波パルスを送波して、物体からの反射波を受波
し、予めサンプリングされた反射波の受波データと時系
列的に比較することにより、監視エリア内の物体の存在
を検知する存在検知方式とを一定時間毎に交互に切り替
えて、侵入物体の移動を検知すると共に、侵入物体の存
在を検知する超音波センサが実用化されている。

【０００３】図４は、この様な超音波センサの構成例を
示したものである。発振器１から発振された電気信号
は、送波回路２によりトーンバースト波に成形され、超
音波送波器３から超音波パルスに変換されて出力され
る。この超音波パルスは、監視エリア内の物体で反射さ
れて、超音波受波器４で受波され電気信号に変換され
る。この電気信号は、送波別切換回路５により増幅回路
１１へ送られて増幅され、検波回路１４により検波され
る。この検波された受波データは、第２記憶回路１８に
記憶された後、第１記憶回路１７に予め記憶されている
受波データと比較回路１５により比較される。この比較
結果が一致・不一致として検知判断回路１２へ送られ、
検知判断回路１２は、不一致の場合は、侵入物体が存在
するとして検知信号を出力し、一致の場合はそれを記憶
しておく。

【０００４】上記の存在検知方式の送受波の所要時間が
経過すると、タイマー回路１０からタイマー信号が送波
方式決定回路１３へ出力され、送波方式決定回路１３は
これにより検知方式を移動検知方式に切換え、送波別切
換回路５と送波回路２へ通知する。送波回路２はこれを
受けて、発振器１から発振された電気信号を移動検知方
式の連続波形に成形して、超音波送波器３へ送り、超音
波送波器３はこれを超音波に変換して送波する。この超
音波は、監視エリア内の物体で反射されて、超音波受波
器４で受波され電気信号に変換される。この電気信号
は、送波別切換回路５により増幅回路６へ送られて増幅
され、ミキサー７で送波信号とミキシングされる。この
反射波信号に含まれるドップラー信号は検波回路８によ
り検波された後、増幅回路９で増幅されて検知判断回路
１２へ入力される。検知判断回路１２はドップラー信号
を検知すると、物体の移動があったと判断して、移動検
知信号を出力する。

【０００５】上記の移動検知方式の所定時間が経過する
と、タイマー回路１０からタイマー信号が送波方式決定
回路１３へ出力され、送波方式決定回路１３はこれによ
り検知方式を存在検知方式に切換え、送波別切換回路５
と送波回路２へ通知する。以下、同様に存在検知方式と
移動検知方式を交互に繰り返し、両検知方式の検知信号
を適当に関係付けることにより、例えば、トイレの照明
制御などに利用する。

【０００６】従来のトイレの照明制御などでは、存在検
知方式と移動検知方式の検知信号は、一例として、以下
のように関係付けされている。即ち、両検知信号が出力
されない時は、検知判断回路１２から第１記憶回路１７
への受け入れ命令により、第２記憶回路１８から第１記
憶回路１７へ記憶内容の転送を行い、比較の基準となる
受波データの更新を行う。移動検知信号が出力される
と、検知判断回路１２から第１記憶回路１７への受け入
れ命令が出力されず、上記の転送を停止して、移動検知
信号が出力される直前の受波データを比較の基準とす
る。以後、両検知信号のいずれかが出力されている間
は、検知判断回路１２から第１記憶回路１７への受け入
れ命令は出力されず、上記の転送は行われない。そし
て、両検知信号が出力されなくなると、検知判断回路１
２から第１記憶回路１７へ受け入れ命令が出力されて、
第２記憶回路１８の記憶内容が第１記憶回路１７へ転送
されるようになっている。

【０００７】この様な存在検知信号と移動検知信号の関
係を、具体的にトイレの照明制御に当てはめて説明す
る。扉が開かれることによって移動検知信号が出力され
るので、照明が点灯されると共に、扉が開かれる前の状
態の受波データが、移動検知信号が出力される直前の受
波データとして、比較の基準とされる。従って、無人の
状態が比較の基準データとなる為、人が在室している間
は存在検知信号が出続けるので、移動検知信号の出力と
は関係無く、照明が消灯されることはなく、比較の基準
となる受波データの更新も行われない。そして、人が退
室した後は、移動検知信号は勿論のこと、存在検知の受
波データが比較の基準データと同じ無人の状態となり、
存在検知信号も出力されなくなるので、照明は消灯され
る。

【０００８】ところが、この場合、人が退室する時に室
内に何か物体を残したり、他の人が残って静止していた
りすると、その区別が出来ず、物体を残した場合でも存
在検知信号が出力され続けるので、照明が消灯されなく
なる問題が有った。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
解決するために提案されるもので、人が退室する時に室
内に何か物体を残したり、他の人が残って静止している
場合でも、その区別が出来て、正しく照明を消灯または
引続き点灯させる、侵入物体検知機能を有した超音波セ
ンサを提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に提案される本発明による侵入物体検知機能を有した超
音波センサは、監視エリアに超音波を送波した後、上記
監視エリア内に存在する物体からの反射波を受波し、ド
ップラー効果によって反射波に生じる周波数成分を検出
して、侵入物体の移動を検知する移動検知方式と、超音
波パルスを送波して、物体からの反射波を受波し、予め
サンプリングされた反射波の受波データと時系列的に比
較することにより、監視エリア内の物体の存在を検知す
る存在検知方式とを一定時間毎に交互に切り換えて、移
動検知方式により侵入物体の移動を検知すると共に、移
動検知方式による送受波前、後の存在検知方式による受
波データを第１、第２記憶回路に時系列的に記憶させ、
第１及び第２記憶回路の記憶内容を比較して一致してい
なければ、侵入物体の存在を検知したと判断する一方、
移動及び存在の両検知方法による検知信号を得ない時
は、第２記憶回路の記憶内容を第１記憶回路に転送する
超音波センサにおいて、移動検知信号が得られた時は、
第２記憶回路の記憶内容を転送する処理回路と、その転
送先である第３記憶回路と、その次の存在検知方式の後
に、その存在検知の受波データを記憶した第２記憶回路
の記憶内容と第３記憶回路の記憶内容を比較する比較判
断回路と、その比較結果が等しく、かつ第２記憶回路の
記憶内容と第１記憶回路の記憶内容が等しい時には、第
３記憶回路の記憶内容を第１記憶回路に転送する判断回
路と、上記比較判断回路の比較結果が等しく、かつ第２
記憶回路の記憶内容と第１記憶回路の記憶内容が等しく
ない時には、第３記憶回路の記憶内容から第１記憶回路
の記憶内容を減算する演算回路と、その減算結果を予め
定めた値と比較する判別回路と、その比較結果が予め定
めた値を超えた場合は、存在または移動の検知信号の出
力状態を引き延ばす遅延信号を出力する遅延回路とを備
えた構成となっている。

【００１１】

【作用】本発明による侵入物体検知機能を有した超音波
センサでは、移動検知信号と存在検知信号が出力されな
い時は、存在検知方式の比較の基準となる受波データの
更新を繰り返し移動検知信号が出力されると、その直前
と直後の存在検知方式の受波データを比較して、両者が
等しく、かつ移動検知信号直後の存在検知方式の受波デ
ータと比較の基準となる受波データが等しい時には、比
較の基準となる受波データを移動検知信号直前の存在検
知方式の受波データによって更新する。また、移動検知
信号の直前と直後の存在検知方式の受波データを比較し
て、両者が等しく、かつ移動検知信号直後の存在検知方
式の受波データと比較の基準となる受波データが等しく
ない時には、移動検知信号の直前の存在検知方式の受波
データから比較の基準となる受波データを減算して、そ
の減算結果が予め定めた値を超えた場合は、存在または
移動の検知信号の出力状態を引き延ばす。

【００１２】従って、トイレ等で人が退室する時に、室
内に何か物体を残したり、他の人が残って静止している
場合でも、扉の閉動作により移動検知信号が出力される
前後の存在検知方式の受波データは、その静止物体また
は残って静止している人も含まれて等しくなり、上記の
減算結果が予め定めた値を超えない場合は、静止物体が
残っていると判断して、比較の基準となる受波データを
更新するので、その静止物体によって存在検知信号を出
力することが無くなる。また、上記の減算結果が予め定
めた値を超えた場合は人が残っていると判断して、存在
または移動の検知信号の出力状態を引き延ばす。この
為、正しく室内の照明を消灯または引続き点灯させるこ
とが出来る。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明の実施例について、図面を参
照しながら説明する。図１は、本発明による超音波セン
サの構成例を示した図である。このような超音波センサ
の構成と動作を以下に述べる。移動検知方法及び存在検
知方法の個々の動作及び検知を交互に繰り返す動作につ
いては、従来例と同様なので説明を省略する。

【００１４】移動検知方式と存在検知方式の検知信号に
より、以下のような動作を行う。両検知信号が出力され
ない時は、検知判断回路１２から第１記憶回路１７への
受け入れ命令により、第２記憶回路１８から第１記憶回
路１７へ記憶内容の転送を行い、比較の基準となる受波
データの更新を行う。移動検知信号が出力されると、検
知判断回路１２から第１記憶回路１７への受け入れ命令
が出力されず、上記の転送を停止すると共に、検知判断
回路１２から処理回路２０へ処理命令が出力されて、処
理回路２０は第２記憶回路１８から第３記憶回路１９へ
記憶内容の転送を行う。そして、この直後の存在検知方
式による受波データが第２記憶回路１８へ入力される
と、比較判断回路２１が第２記憶回路１８と第３記憶回
路１９の記憶内容を比較して、その結果が等しく、かつ
比較回路１５が第２記憶回路１８の記憶内容と第１記憶
回路１７の記憶内容を比較して、その結果が等しい時に
は、判断回路１６が第３記憶回路の記憶内容を第１記憶
回路に転送する。

【００１５】また、上記比較判断回路２１の比較結果が
等しく、かつ比較回路１５が第２記憶回路１８の記憶内
容と第１記憶回路１７の記憶内容を比較して、その結果
が等しくない時には、演算回路２２が第３記憶回路の記
憶内容から第１記憶回路の記憶内容（比較の基準となる
受波データ）を減算して、判別回路２３がその減算結果
を予め定めた値と比較し、その比較結果が予め定めた値
を超えない場合は、判断回路１６が第３記憶回路の記憶
内容を第１記憶回路に転送する。

【００１６】また逆に、上記の減算結果を予め定めた値
と比較し、その比較結果が予め定めた値を超えた場合
は、遅延回路２４が存在または移動の検知信号の出力状
態を引き延ばす遅延信号を出力する。図２の（ａ），
（ｂ）は、上記のような第３記憶回路に記憶された受波
データ（退出後の信号）から比較の基準となる受波デー
タ（基本環境信号）を減算する模様を示した図である。

【００１７】そして、両検知信号が出力されなくなる
と、検知判断回路１２から第１記憶回路１７へ受け入れ
命令が出力されて、第２記憶回路１８の記憶内容が第１
記憶回路１７へ転送されるようになっている。上記の様
な動作をトイレの照明制御の場合に当てはめて説明する
と、扉が開かれることによって移動検知信号が出るの
で、照明が点灯されると共に、まず扉が開かれる前の無
人状態の受波データが、存在検知の比較の基準とされ
る。移動検知信号の前後の存在検知の受波データは一致
しないから、上記の無人状態の受波データは、移動検知
信号の後の存在検知の受波データによって更新されず、
存在検知の比較の基準として残される。

【００１８】人が扉を閉めて、室内で動いている間は、
ドップラー効果による周波数成分が検知されるので、移
動検知信号が出力され、照明は消灯されない。また、移
動検知信号の前後の存在検知の受波データは一致しない
から、上記の無人状態の受波データは、移動検知信号の
後の存在検知の受波データによって更新されない。人が
座って静止している時も、移動検知信号は出力されなく
とも、上記の無人状態の受波データが、存在検知の比較
の基準となり、人が座っている時の受波データとは異な
るので、存在検知信号は出力され続け、照明は消灯され
ない。

【００１９】人が退室する時に、室内に何か物体を残し
たり、他の人が残って静止している場合には、扉の閉動
作により移動検知信号が出力される前後の存在検知の受
波データは、その静止物体または残って静止している人
も含まれて等しくなり、かつ比較の基準となる受波デー
タとは等しくならない。よって、移動検知信号が出力さ
れた後の存在検知の受波データから比較の基準となる受
波データを減算して、その減算結果が予め定めた値を超
えない場合は、静止物体が残っていると判断して、比較
の基準となる受波データを更新する。その結果、室内の
照明は正しく消灯される。

【００２０】逆に、上記の減算結果が予め定めた値を超
えた場合は、人が残っていると判断して、存在または移
動の検知信号の出力状態を引き延ばす。その結果、室内
の照明は引続き点灯され続ける。図３の（ａ）〜（ｇ）
は、上記のように２人が入室した後、１人が退室して１
人が残った時の状況を俯瞰図で示したものである。尚、
第３記憶回路の記憶内容から第１記憶回路の記憶内容
（比較の基準となる受波データ）を減算して、その減算
結果を予め定めた値と比較し、その比較結果が予め定め
た値を超えた場合は、遅延回路２４が存在または移動の
検知信号の出力状態を引き延ばす遅延信号を出力する替
わりに、判別回路２３が判断回路１６へ第３記憶回路の
記憶内容を第１記憶回路に転送するのを禁止する命令を
出力するようにしても良い。

【００２１】

【発明の効果】本発明による侵入物体検知機能を有した
超音波センサによれば、移動検知信号と存在検知信号が
出力されない時は、存在検知方式の比較の基準となる受
波データの更新を繰り返し移動検知信号が出力される
と、その直前と直後の存在検知方式の受波データを比較
して、両者が等しく、かつ移動検知信号直後の存在検知
方式の受波データと比較の基準となる受波データが等し
い時には、比較の基準となる受波データを移動検知信号
直前の存在検知方式の受波データによって更新する。ま
た、移動検知信号の直前と直後の存在検知方式の受波デ
ータを比較して、両者が等しく、かつ移動検知信号直後
の存在検知方式の受波データと比較の基準となる受波デ
ータが等しくない時には、移動検知信号の直前の存在検
知方式の受波データから比較の基準となる受波データを
減算して、その減算結果が予め定めた値を超えた場合
は、存在または移動の検知信号の出力状態を引き延ば
す。

【００２２】従って、トイレ等で人が退室する時に、室
内に何か物体を残したり、他の人が残って静止している
場合でも、扉の閉動作により移動検知信号が出力される
前後の存在検知方式の受波データは、その静止物体また
は残って静止している人も含まれて等しくなり、上記の
減算結果が予め定めた値を超えない場合は、静止物体が
残っていると判断して、比較の基準となる受波データを
更新するので、その静止物体によって存在検知信号を出
力することが無くなる。また、上記の減算結果が予め定
めた値を超えた場合は人が残っていると判断して、存在
または移動の検知信号の出力状態を引き延ばす。この
為、正しく室内の照明を消灯または引続き点灯させるこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による侵入物体検知機能を有した超音波
センサの構成例図である。

【図２】（ａ），（ｂ）は、第３記憶回路に記憶された
受波データ（退出後の信号）から比較の基準となる受波
データ（基本環境信号）を減算する模様を説明する為の
図である。

【図３】（ａ）〜（ｇ）は、２人が入室した後、１人が
退室して１人が残った時の状況を説明する為の俯瞰図で
ある。

【図４】従来の侵入物体検知機能を有した超音波センサ
の構成例図である。

【符号の説明】

３・・・超音波送波器 ４・・・超音波受波器 １２・・・検知判断回路 １５・・・比較回路 １６・・・判断回路 １７・・・第１記憶回路 １８・・・第２記憶回路 １９・・・第３記憶回路 ２０・・・処理回路 ２１・・・比較判断回路 ２２・・・演算回路 ２３・・・判別回路 ２４・・・遅延回路

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−11563（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−232223（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−159481（ＪＰ，Ｕ) 特許2964111（ＪＰ，Ｂ２) 特許2953181（ＪＰ，Ｂ２) 特許2953182（ＪＰ，Ｂ２) 特許2807120（ＪＰ，Ｂ２) 特許2774186（ＪＰ，Ｂ２) 特許2573403（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 7/52 - 7/64 G01S 15/00 - 15/96

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】監視エリアに超音波を送波した後、上記監
   視エリア内に存在する物体からの反射波を受波し、ドッ
   プラー効果によって反射波に生じる周波数成分を検出し
   て、侵入物体の移動を検知する移動検知方式と、超音波
   パルスを送波して、物体からの反射波を受波し、予めサ
   ンプリングされた反射波の受波データと時系列的に比較
   することにより、監視エリア内の物体の存在を検知する
   存在検知方式とを一定時間毎に交互に切り換えて、移動
   検知方式により侵入物体の移動を検知すると共に、移動
   検知方式による送受波前、後の存在検知方式による受波
   データを第１、第２記憶回路に時系列的に記憶させ、第
   １及び第２記憶回路の記憶内容を比較して一致していな
   ければ、侵入物体の存在を検知したと判断する一方、移
   動及び存在の両検知方法による検知信号を得ない時は、
   第２記憶回路の記憶内容を第１記憶回路に転送する超音
   波センサにおいて、移動検知信号が得られた時は、第２
   記憶回路の記憶内容を転送する処理回路と、その転送先
   である第３記憶回路と、その次の存在検知方式の後に、
   その存在検知の受波データを記憶した第２記憶回路の記
   憶内容と第３記憶回路の記憶内容を比較する比較判断回
   路と、その比較結果が等しく、かつ第２記憶回路の記憶
   内容と第１記憶回路の記憶内容が等しい時には、第３記
   憶回路の記憶内容を第１記憶回路に転送する判断回路
   と、上記比較判断回路の比較結果が等しく、かつ第２記
   憶回路の記憶内容と第１記憶回路の記憶内容が等しくな
   い時には、第３記憶回路の記憶内容から第１記憶回路の
   記憶内容を減算する演算回路と、その減算結果を予め定
   めた値と比較する判別回路と、その比較結果が予め定め
   た値を超えた場合は、存在または移動の検知信号の出力
   状態を引き延ばす遅延信号を出力する遅延回路とを備え
   たことを特徴とする侵入物体検知機能を有した超音波セ
   ンサ。