JP4796603B2 - 移動体検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波や電波などの連続エネルギ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体検出装置に関する。

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移動体検出装置が搭載されている。この種の移動体検出装置は、所定周波数の連続エネルギ波（例えば、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。

以下、このような移動体検出装置の従来例について図４を用いて説明する。発振回路１０が発振する所定周波数の送波信号で送波器１１を駆動することにより、発振回路１０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１２で受波する。受波器１２では受波した反射波を受波信号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１３ａ，１３ｂにそれぞれ入力して発振回路１０の発振周波数と同周波数の基準信号Ｅｏ，Ｅｏ’と混合する。ここで、一方の基準信号Ｅｏは移相回路１７の出力であって、両基準信号Ｅｏ，Ｅｏ’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１３ａ，１３ｂ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１４ａ，１４ｂで高調波成分が除去された後にコンパレータ１５ａ，１５ｂにおいて信号の正負に対応した２値信号（以下、「軸符号信号」と呼ぶ。）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）を有していることから、両者の組み合わせにより４つの状態を表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）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Ｅｏ，Ｅｏ’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、即ち、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、この従来例では、象限信号発生回路１６ａ、メモリ１６ｂ、転移方向検出回路１６ｃ、演算回路１６ｄ、閾値回路１６ｅで検知回路１６を構成し、以下のような処理を行っている。但し、検知回路１６をマイコンで構成し、マイコンにおいてプログラムを実行することで上記各回路の機能を実現することも可能である。

象限信号発生回路１６ａでは、上述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状態を表せることができればよいことから、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１６ｂに一時的に記憶されると同時に、転移方向検出回路１６ｃにも入力される。ここで、メモリ１６ｂ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１６ｃ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乃至第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１６ａから入力された現在の象限信号Ｑ（即ち、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１６ｂに記憶されていた前回の象限信号Ｑ（即ち、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１６ｃ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（基本軸）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１６ｃの出力である方向信号が得られるとメモリ１６ｂの内容は更新される。転移方向検出回路１６ｃの出力である方向信号と象限検出回路１６ａの出力である転移信号Ｚとは演算回路１６ｄに入力され、演算回路１６ｄでは、転移信号Ｚが発生するたびに転移方向検出回路１６ｃの出力信号を読み込み、演算回路１６ｄ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、第３象限を順に通過して第４象限に至る軌跡を描いて移動した場合、演算回路１６ｄの初期値が０であれば、最終値は３になる。こうして、演算回路１６ｄの出力値の絶対値が閾値回路１６ｅに予め設定されている閾値を越えると、閾値回路１６ｅは検出信号を送出する。検出信号は報知器駆動回路１８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。

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ｆｏ、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｜≒２ｖｆｏ／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＝２ｆｏ／ｃとなるから、超音波の伝播速度ｃと送波周波数ｆｏ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とを知ることができる。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１６ｅの判定基準となり、物体Ｏが監視空間内で移動する速度には関係なく、物体の移動を検出することで、監視空間内に物体が存在していると判断する。

ところで、上記従来例のような移動体検出装置に用いられる送波器３及び受波器４から成る超音波センサにおいて、超音波の送波信号や受波信号の感度低下を検知して異常動作状態を知らせる手段を備えたものが例えば特許文献１に開示されている。このように、装置が正常に動作しているか否かを検出する異常検出機能を移動体検出装置に設けることは一般的に行われている。
特開平５−２３２２４１号公報

しかしながら、上記従来例では、例えば信号線の断線を検知する信号断線検出機能などの想定される異常に応じた異常検出機能を実現するためには、各異常検出用の検出回路を別途設ける必要があるという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、異常を検出する検出回路を別途設けることなく異常検出機能をもたせることのできる移動体検出装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、所定周波数の送波信号を発振する第１の発振手段と、送波信号と異なる所定周波数の基準信号を発振する第２の発振手段と、第１の発振手段から出力する送波信号により振幅が周期的に変化する連続エネルギ波を監視空間に送波する送波手段と、連続エネルギ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して受波信号を出力する受波手段と、送波信号又は基準信号の何れか一方の信号と受波信号とを混合することで両信号の位相差に応じたドップラー信号を得る位相検波手段と、ドップラー信号を信号処理して監視空間における移動物体を検知して検出信号を出力する検知手段と、位相検波手段に入力される送波信号及び基準信号を切り換える信号切換手段と、移動体を検出する移動体検出モード及び装置が正常に動作しているか否かを検出する異常検出モードを有し、移動体検出モードでは送波信号を位相検波手段に入力するとともに異常検出モードでは基準信号を位相検波手段に入力するように信号切換手段を制御する制御手段とを備え、前記第１の発振手段及び第２の発振手段はマイコンから構成され、マイコンに組み込まれたタイマ機能を用いて送波信号及び基準信号を発振させることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、送波信号の周波数と基準信号の周波数との差を想定される移動物体の速度に応じた値に設定したことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、制御手段は、少なくとも移動体検出モードで制御を行う前に異常検出モードで制御を行うことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１乃至３の何れか１項の発明において、送波手段は複数であって、第１の発振手段と各送波手段とをそれぞれ接続する複数の経路を切り換える経路切換手段を備え、制御手段は、異常検出モードにおいて前記経路を順に切り換えるように経路切換手段を制御することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、異常検出モードにおいて基準信号を位相検波手段に入力するように制御することで、監視空間に物体が存在しない場合、若しくは物体が静止している場合においても擬似的にドップラー信号を得ることができ、装置が正常に動作しているか否かを検出することができる。したがって、異常を検出する検出回路を設けることなく異常検出機能をもたせることができる。また、送波手段ごとに発振器を用意する等してハードウェアを大幅に変更する必要が無く、マイコンにおけるソフトウェアの変更のみで異常検出機能をもたせることができる。

請求項２の発明によれば、送波信号の周波数と基準信号の周波数との差を通常使用時における送波信号の周波数と受波信号の周波数との差に近づけることができるので、装置を構成する回路を大幅に変更することなく異常検出機能をもたせることができる。

請求項３の発明によれば、移動体の検出動作を行う前に異常があるか否かを検出することができるので、装置が正常に動作するか否かを確認する作業を要することなく装置を使用することができる。

請求項４の発明によれば、送波手段を複数設けることで監視空間を広げる、若しくは監視空間における死角を低減することができ、また、異常検出モードにおいて送波手段毎に異常があるか否かを検出することができる。

以下、本発明に係る移動体検出装置の各実施形態について説明する。また、以下の説明では従来例と同様に連続エネルギ波として超音波を用いているが、超音波の代わりに電波を用いる場合にも本発明の技術思想は適用可能である。

（実施形態１）
以下、本発明に係る移動体検出装置の実施形態１について図面を用いて説明する。本実施形態は、図１に示すように、周波数ｆａの送波信号を発振する第１の発振手段である第１の発振回路１ａと、送波信号と異なる周波数ｆｂの基準信号を発振する第２の発振手段である第２の発振回路１ｂと、第１の発振回路１ａからの送波信号を受けて監視空間に超音波を送波する送波手段である送波器３と、超音波が監視空間に存在する物体Ｏに反射して生じる反射波を受波して受波信号を出力する受波手段である受波器４と、送波信号又は基準信号の何れか一方の信号と受波信号とを混合することで両信号の位相差に応じたドップラー信号を得る位相検波手段である位相検波回路５と、位相検波回路５に入力される送波信号及び基準信号を切り換える信号切換手段である周波数選択回路２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６と、ドップラー信号を所定の基準値と比較することで２値信号に変換するコンパレータ７と、２値信号を演算処理する演算回路８ａと、演算回路８ａの演算結果に基づいて監視空間における物体Ｏを検知して検出信号を出力する閾値回路８ｂと、移動物体Ｏを検出する移動体検出モード及び装置が正常に動作しているか否かを検出する異常検出モードを有し、移動体検出モードでは送波信号を位相検波回路５に入力するとともに異常検出モードでは基準信号を位相検波回路５に入力するように周波数選択回路２を制御する制御手段である制御回路９とを備える。尚、演算回路８ａ及び閾値回路８ｂで検知手段である検知回路８を構成する。

以下、本実施形態の通常時、即ち移動体検出モードの動作について説明する。先ず、第１の発振回路１ａからの周波数ｆａの送波信号を受けて送波器３から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周波数ｆ’ａの反射波を受波器４で受波し、同周波数の受波信号を位相検波回路５に出力する。位相検波回路５は、第１の発振回路１ａから周波数選択回路２を介して出力される送波信号と受波信号とを混合することで両信号の位相差に応じたドップラー信号を出力する。位相検波回路５から出力されたドップラー信号は、ローパスフィルタ６において不要な高調波成分が除去された後にコンパレータ７で２値信号に変換され、該２値信号は演算回路８ａに出力される。演算回路８ａでは、２値信号を演算処理して物体Ｏの移動速度を求め、得られた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が存在すると閾値回路８ｂにおいて判断して検出信号を出力する。

ここで、移動体検出モードにおいて物体Ｏが監視空間に存在しない、若しくは物体Ｏが静止している場合には、位相検波回路５で混合される受波信号及び送波信号の周波数が同一であるためにドップラー信号を得ることができない。そこで、本実施形態では、移動体検出モードの他に異常検出モードを設け、異常検出モードにおいて送波信号と異なる周波数ｆｂの基準信号を位相検波回路５に入力するように周波数選択回路２を制御することで、位相検波回路５において互いに異なる周波数の信号を混合して擬似ドップラー信号を得て、擬似ドップラー信号を演算回路８ａで演算処理した結果を所定の閾値と比較することで装置が正常に動作しているか否かを検出することができる。即ち、擬似ドップラー信号の演算結果が所定の閾値と一致する場合には装置が正常に動作していると判断することができ、擬似ドップラー信号の演算結果が所定の閾値と一致しない場合には、装置を構成する回路の何れかの箇所で断線等の異常があると判断することができる。

上述のように、異常検出モードにおいて基準信号を位相検波回路５に入力するように周波数選択回路２を制御することで、監視空間に物体Ｏが存在しない場合、若しくは物体Ｏが静止している場合においても擬似的にドップラー信号を得ることができ、装置が正常に動作しているか否かを検出することができる。したがって、異常を検出する検出回路を設けることなく異常検出機能をもたせることができる。

尚、送波信号の周波数ｆａと基準信号の周波数ｆｂとの差を想定される移動物体Ｏの速度に応じた値に設定するのが望ましい。このように設定することで、送波信号の周波数ｆａと基準信号の周波数ｆｂとの差を通常使用時における送波信号の周波数ｆａと受波信号の周波数ｆ’ａとの差に近づけることができるので、ローパスフィルタ６、コンパレータ７、演算回路８ａ、閾値回路８ｂといった装置を構成する回路を大幅に変更することなく上記の異常検出機能をもたせることができる。以下、具体例について説明する。送波信号の周波数をｆａ、物体Ｏの移動速度をｖ、超音波の伝播速度をｃとすれば、反射波の周波数ｆ’ａは、ｆ’ａ＝ｆａ・（ｃ＋ｖ）／（ｃ−ｖ）で表される。したがって、例えば送波信号の周波数が４０ｋＨｚの超音波を用いて１ｍ／ｓで移動する物体Ｏを検出したい場合には、反射波の周波数ｆ’ａが約４０．２３ｋＨｚとなるので、送波信号の周波数ｆａと基準信号の周波数ｆｂとの差を２３０Ｈｚ程度にするのが望ましい（超音波の伝播速度ｃが３４５ｍ／ｓの場合）。

また、上記の第１の発振回路１ａ及び第２の発振回路１ｂの構成としては、例えば複数の発振器から成る構成、若しくは１つの発振器と周波数コンバータを用意し、周波数コンバータによって周波数を変換して互いに異なる周波数を発振させる構成等が考えられるが、これらの場合には従来の装置のハードウェアを大幅に変更する必要がある。そこで、本実施形態では上記の第１の発振回路１ａ、第２の発振回路１ｂ、周波数選択回路２、演算回路８ａ、閾値回路８ｂ、制御回路９をマイコンで構成し、マイコンにおいてプログラムを実行することで上記各回路の機能を実現している。したがって、マイコンに組み込まれたタイマ機能を利用することで第１の発振回路１ａ及び第２の発振回路１ｂ、並びに周波数選択回路２を実現できるので、ハードウェアを大幅に変更せずにソフトウェアを変更するだけで上記の異常検出機能を実現することができる。

ところで、本実施形態のような移動体検出装置は、例えば自動車の車両に設置されて駐車時における移動体の検出に用いられ、常時移動体の検出を行うとバッテリが上がってしまうことから、間欠動作をさせるのが一般的である。この場合、制御回路５において移動体検出モードで制御を行う前に異常検出モードで制御を行うようにすることで、装置を使用する度に上記異常検出機能が働くため、装置が正常に動作するか否かを確認する作業を要することなく装置を使用することができる。尚、装置を長時間連続動作させる場合には、所定の時間毎に異常検出モードで制御させるようにすることで定期的に異常検出機能を働かせるようにしても構わない。

更に、図２に示すように、従来例の構成に第１の発振回路１ａ及び第２の発振回路１ｂ、第１の周波数選択回路２ａ及び第２の周波数選択回路２ｂ、制御回路９を設けることで上記異常検出機能をもたせる構成であっても構わない。従来例では、演算回路１６ｄや閾値回路１６ｅ等の回路から成る検知回路１６をマイコンで構成しているので、マイコンに組み込まれたタイマＴ１で第１の発振回路１ａ及び第１の周波数選択回路２ａを、タイマＴ２で第２の発振回路１ｂ及び第２の周波数選択回路２ｂを構成するとともに、制御回路９をプログラムで実行するように構成し、位相回路１７と位相検波回路１３ｂに入力する信号ラインをタイマＴ２用のポートに繋ぎかえるだけで上記異常検出機能を実現することができる。

尚、本実施形態の異常検出機能は、例えば自動車の車両等の閉空間では静止している物体Ｏが近くに存在するために好適に使用することができる。本実施形態の異常検出機能を開空間で使用する場合には、送波器３からの超音波の一部が直接受波器４に回り込むように送波器３に指向性をもたせる、若しくは送波器３が受波器４と対向するように送波器３を回動させる可動機構を送波器３に備えるのが望ましい。

（実施形態２）
以下、本発明に係る移動体検出装置の実施形態２について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略するものとする。本実施形態は、図３に示すように、送波器３として第１の送波器３ａ，第２の送波器３ｂ，第３の送波器３ｂを設けるとともに、受波器４として第１の受波器４ａ、第２の受波器４ｂを設けることで監視空間を広げる、若しくは監視空間における死角を低減する構成となっている。各送波器３ａ，３ｂ，３ｃは、後述する経路切換手段である経路切換回路Ｂを介して第１の発振回路１ａと接続されている。また、各受波器４ａ，４ｂには、それぞれ位相検波回路５、ローパスフィルタ６、コンパレータ７、演算回路８ａ等が接続されており、各位相検波回路５にそれぞれ周波数選択回路２を介して送波信号又は基準信号が入力されるようになっている。

経路切換回路Ｂは、各送波器３ａ，３ｂ，３ｃと第１の発振回路１ａとを全て接続する、若しくは個々の送波器３ａ，３ｂ，３ｃと第１の発振回路１ａとを接続する経路のうち何れか１つの経路に切り換えるものである。ここで、移動体検出モードにおいては、各送波器３ａ，３ｂ，３ｃと第１の発振回路１ａとを全て接続することで各送波器３ａ，３ｂ，３ｃを同時に動作させてもよいが、異常検出モードにおいては、各送波器３ａ，３ｂ，３ｃが同時に動作していると信号が混在するために何れの送波器３ａ，３ｂ，３ｃの系統に異常があるのか検出することができない。そこで、異常検出モードにおいては、例えば第１の送波器３ａ，第２の送波器３ｂ，第３の送波器３ｃの順に経路を切り換えるように経路切換回路Ｂを制御することで、送波器３ａ，３ｂ，３ｃ毎に異常があるか否かを検出することができる。尚、受波器４ａ，４ｂを切り換えて移動物体Ｏの検出を行う場合には、受波器４ａ，４ｂにも経路切換回路Ｂを接続することで受波器４ａ，４ｂ毎に異常があるか否かを検出することができる。

本発明に係る移動体検出装置の実施形態１を示すブロック図である。 同上の他の構成を示すブロック図である。 本発明に係る移動体検出装置の実施形態２を示すブロック図である。 従来の移動体検出装置を示すブロック図である。

符号の説明

１ａ 第１の発振回路（第１の発振手段）
１ｂ 第２の発振回路（第２の発振手段）
２ 周波数選択回路（信号切換手段）
３ 送波器（送波手段）
４ 受波器（受波手段）
５ 位相検波回路（位相検波手段）
８ 検知回路（検知手段）
８ａ 演算回路
８ｂ 閾値回路
９ 制御回路

Claims (4)

1. 所定周波数の送波信号を発振する第１の発振手段と、送波信号と異なる所定周波数の基準信号を発振する第２の発振手段と、第１の発振手段から出力する送波信号により振幅が周期的に変化する連続エネルギ波を監視空間に送波する送波手段と、連続エネルギ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して受波信号を出力する受波手段と、送波信号又は基準信号の何れか一方の信号と受波信号とを混合することで両信号の位相差に応じたドップラー信号を得る位相検波手段と、ドップラー信号を信号処理して監視空間における移動物体を検知して検出信号を出力する検知手段と、位相検波手段に入力される送波信号及び基準信号を切り換える信号切換手段と、移動体を検出する移動体検出モード及び装置が正常に動作しているか否かを検出する異常検出モードを有し、移動体検出モードでは送波信号を位相検波手段に入力するとともに異常検出モードでは基準信号を位相検波手段に入力するように信号切換手段を制御する制御手段とを備え、前記第１の発振手段及び第２の発振手段はマイコンから構成され、マイコンに組み込まれたタイマ機能を用いて送波信号及び基準信号を発振させることを特徴とする移動体検出装置。
2. 前記送波信号の周波数と基準信号の周波数との差を想定される移動物体の速度に応じた値に設定したことを特徴とする請求項１記載の移動体検出装置。
3. 前記制御手段は、少なくとも移動体検出モードで制御を行う前に異常検出モードで制御を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の移動体検出装置。
4. 前記送波手段は複数であって、第１の発振手段と各送波手段とをそれぞれ接続する複数の経路を切り換える経路切換手段を備え、制御手段は、異常検出モードにおいて前記経路を順に切り換えるように経路切換手段を制御することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の移動体検出装置。

Images