JP4936162B2 - 移動物体検出装置 - 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物体検出装置に関するものである。

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物体検出装置が搭載されている（例えば、特許文献１参照）。

この種の移動物体検出装置は、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（例えば、特許文献２，３参照）。

図７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で送波器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６Ａ，６Ｂにそれぞれ入力して発振器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（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）を有しているから、両者の組み合わせにより４つの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、この従来例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。但し、検知回路８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象限信号発生回路８０、転移方向検出回路８２、演算回路８３、閾値回路８４の機能を実現することも可能ある。

象限信号発生回路８０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象限乃至第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（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、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８３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。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。

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。
特開平９−２７２４０２号公報 特公昭６２−４３５０７号公報 特公平６−１６０８５号公報

ところで、上述のような移動物体検出装置を車載用盗難警報装置に搭載した場合、他の車両（自動車、電車、オートバイなど）が側を通過することで発生する振動や音が駐車中の車両（自動車）に伝わって当該車両の窓ガラスや送波器３又は受波器４が微少な振幅で振動することがあり、その振動に起因して超音波の伝搬経路が時間的に変動して反射波に位相変調がかかることになる。

ここで、発振器１が出力する周期信号をsin(ωt+φ）、振動をf_msinω₀tとしたとき、受波器４から出力される変調信号ｆは、f＝sin(ωt+φ+f_msinω₀t）と表されるので、位相検波回路６Ａ，６Ｂから出力されるドップラー信号Ｅ，Ｅ’はそれぞれ下記の式で表される。

Ｅ＝sin(ωt+φ+f_msinω₀t)sinωt
≒１／２f_msinφsinω₀t
Ｅ’＝sin(ωt+φ+f_msinω₀t)cosωt
≒１／２f_mcosφsinω₀t
但し、f_m≪１
上記式から明らかなように、φが０又はπ／２であればドップラー信号Ｅ，Ｅ’の何れか一方がゼロとなり、φがπ／４又は３π／４であればドップラー信号Ｅ，Ｅ’が逆相(即ち、位相差がπ／２）又は同相(位相差がゼロ)となる。

例えば、ドップラー信号Ｅ，Ｅ’が同相となった場合、ドップラー信号Ｅ，Ｅ’を２値化して得られる軸符号信号Ｘ，Ｙが（１，１）と（−１，−１）を周期的に繰り返すことになり(図８（ａ）参照)、転移前後の象限信号Ｑから転移方向を検出することができないために振動する物体（窓ガラスなど）を移動物体と誤検出することはないはずである。

しかしながら、ドップラー信号Ｅ，Ｅ’を軸符号信号Ｘ，Ｙに変換するコンパレータ９Ａ，９Ｂのしきい値にチャタリング防止用のヒステリシスを持たせた場合、図９（ａ）に示すように同相のドップラー信号Ｅ，Ｅ’の振幅が異なっているとき（例えば、ドップラー信号Ｅ’の振幅が小さいとき）には、図９（ｂ）（ｃ）に示すように軸符号信号Ｘ，Ｙの間に位相差が生じて象限信号Ｑが（１，１）→（−１，１）→（−１，−１）→（１，−１）→（１，１）という順序で周期的に転移するため、振動する物体を近づく向きに移動する物体と誤検出してしまう虞がある（図８（ｂ）参照）。

そこで本発明者らは、上述のような誤検出を防止するものとして図１０に示すものを既に提案している。図１０に示す構成においては、ローパスフィルタ７Ａ，７Ｂの出力端に、コンパレータ９Ａ，９Ｂ（第１の比較器）とは別のコンパレータ９Ｃ，９Ｄ（第２の比較器）を並列に接続するとともに、これらのコンパレータ９Ｃ，９Ｄにおける比較結果（以下、判別信号と呼ぶ。）α，βを、マイコンからなる検知回路８の象限信号発生回路８０に取り込んでいる。ここで、コンパレータ９Ａ，９Ｂにおいてはしきい値にヒステリシスが持たせてあり、ドップラー信号Ｅ，Ｅ’が大きい方のしきい値Ｔｈ1(+)を上回ると小さい方のしきい値Ｔｈ1(-)に切り替わり、ドップラー信号Ｅ，Ｅ’が小さい方のしきい値Ｔｈ1(-)を下回ると大きい方のしきい値Ｔｈ1(+)に切り替わることでチャタリングを防止している。同様に、本構成で追加しているコンパレータ９Ｃ，９Ｄにおいてもしきい値にヒステリシスが持たせてあり、ドップラー信号Ｅ，Ｅ’が大きい方のしきい値Ｔｈ2(+)を上回ると小さい方のしきい値Ｔｈ2(-)に切り替わり、ドップラー信号Ｅ，Ｅ’が小さい方のしきい値Ｔｈ2(-)を下回ると大きい方のしきい値Ｔｈ2(+)に切り替わるようになっている。そして、コンパレータ９Ａ，９Ｂにおけるしきい値（第１のしきい値）Ｔｈ1(+)，Ｔｈ1(-)に対してコンパレータ９Ｃ，９Ｄにおけるしきい値（第２のしきい値）Ｔｈ2(+)，Ｔｈ2(-)の方が絶対値が大きく、すなわち、Ｔｈ1(+)＜Ｔｈ2(+)且つＴｈ1(-)＞Ｔｈ2(-)の関係を満たすように第２のしきい値Ｔｈ2(+)，Ｔｈ2(-)を設定しており、ドップラー信号Ｅ，Ｅ’の振幅値が第２のしきい値Ｔｈ2(+)よりも大きいときに判別信号αがハイレベルとなり、ドップラー信号Ｅ，Ｅ’の振幅値が第２のしきい値Ｔｈ2(-)よりも小さい場合に判別信号βがハイレベルとなり、それ以外のときに判別信号α，βが何れもローレベルとなる。

一方、象限信号発生回路８０においては、少なくとも何れか一方の判別信号α，βがローレベルの場合、コンパレータ９Ａ，９Ｂで２値化された軸符号信号Ｘ，Ｙから象限信号を発生する処理を行わない。つまり、人のような移動物体に反射した反射波あるいは静止している物体に反射した反射波を受波して得られる一対のドップラー信号Ｅ，Ｅ’は、通常、互いの振幅値が同一若しくは僅かな差しか生じないはずであり、微少振動する物体（例えば、自動車等の通過に伴って振動する車両の窓ガラスなど）に反射した反射波を受波して得られるドップラー信号Ｅ，Ｅ’のみが互いの振幅値に大きな差が生じると考えられるから、ドップラー信号Ｅ，Ｅ’の振幅値が第２の比較器（コンパレータ９Ｃ又は９Ｄ）における第２のしきい値Ｔｈ2(+)，Ｔｈ2(-)未満であるときに受波信号Ｅinが微少振動する物体に反射した反射波によるものと推測することができ、その場合に象限信号発生回路８０で象限信号を発生させないことによって微少振動する物体を移動物体と誤検出することが抑制できる。

ここで、受波信号Ｅinが微少振動する物体に反射した反射波によるものであっても、ドップラー信号Ｅ，Ｅ’の振幅値が第２の比較器（コンパレータ９Ｃ又は９Ｄ）における第２のしきい値Ｔｈ2(+)，Ｔｈ2(-)を超えてしまう場合があるから、第２の比較器（コンパレータ９Ｃ又は９Ｄ）における第２のしきい値Ｔｈ2(+)，Ｔｈ2(-)との比較処理のみでは微少振動する物体の誤検出を十分に抑制することができない。

そこで、ドップラー信号Ｅ，Ｅ’の振幅値が第２の比較器（コンパレータ９Ｃ又は９Ｄ）における第２のしきい値Ｔｈ2(+)，Ｔｈ2(-)を超えている場合であっても、軸符号信号Ｘ，Ｙの位相差が第１のしきい値Ｔｈ1(+)，Ｔｈ1(-)と第２のしきい値Ｔｈ2(+)，Ｔｈ2(-)との差に対応した基準値以下であれば、ドップラー信号Ｅ，Ｅ’がほぼ同相又は逆相で振幅値の絶対値が異なっていると考えられることから、受波信号Ｅinが微少振動する物体に反射した反射波によるものと推測することができる。つまり、ドップラー信号Ｅ，Ｅ’の位相差（＝軸符号信号Ｘ，Ｙの位相差）が基準値以下であるということは、象限の転移が生じたときに転移前の象限に存在していた時間が極めて短かったことを示しており、移動物体（例えば、人）がそのような短時間の間に移動の向きを変えることは非常に起き難いことであるから、かかる場合は受波信号Ｅinが微少振動する物体に反射した反射波によるものと推測することができる。

例えば、第２のしきい値Ｔｈ2(+)，Ｔｈ2(-)を第１のしきい値Ｔｈ1(+)，Ｔｈ1(-)の２倍（Ｔｈ2(+)＝Ｔｈ1(+)×２，Ｔｈ2(-)＝Ｔｈ1(-)×２）に設定した場合、図１１に示すようにドップラー信号Ｅ，Ｅ’の振幅値が第２のしきい値Ｔｈ2(+)，Ｔｈ2(-)を超えているときの軸符号信号Ｘ，Ｙの位相差φは最大で３０°（＝π／６）となる。そして、図１２に示すように軸符号信号Ｘがローレベルからハイレベルに変化した時点ｔ１（象限信号Ｑ＝（１，−１））から、軸符号信号Ｙがローレベルからハイレベルに変化する時点ｔ２（象限信号Ｑ＝（１，１））までの時間Ｔ１（＝ｔ２−ｔ１）と、時点ｔ２から軸符号信号Ｘがハイレベルからローレベルに変化した時点ｔ３（象限信号Ｑ＝（−１，１））までの時間Ｔ２（＝ｔ３−ｔ２）とを演算回路８３において比較し、２つの時間Ｔ１，Ｔ２の比（Ｔ１：Ｔ２）が１：３〜３：１の範囲内、言い換えると２つの時間Ｔ１，Ｔ２の時間差（軸符号信号Ｘ，Ｙの位相差）が４５°（＝π／４）以上のときにだけ演算回路８３が転移方向検出回路８２の出力信号を読み込んで記憶し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を引く処理を実行し、２つの時間Ｔ１，Ｔ２の時間差が４５°未満のときは演算回路８３は記憶値に対して加算又は減算処理を行わない。つまり、２つの時間Ｔ１，Ｔ２の比（Ｔ１：Ｔ２）が１：３〜３：１の範囲外、言い換えると２つの時間Ｔ１，Ｔ２の時間差（軸符号信号Ｘ，Ｙの位相差）が４５°未満である場合、演算回路８３では、図１３に示すように実際の受波信号Ｅinが第１象限と第３象限の間を移動する（ドップラー信号Ｅ，Ｅ’が同相のとき）か若しくは第２象限と第４象限の間を移動する（ドップラー信号Ｅ，Ｅ’が逆相のとき）と推定して移動物体の検出処理を行わないようにしている。

ここで、演算回路８３が軸符号信号Ｘ，Ｙの位相差と比較している基準値（＝４５°）は、第１のしきい値Ｔｈ1(+)，Ｔｈ1(-)と第２のしきい値Ｔｈ2(+)，Ｔｈ2(-)との差に対応した値、すなわち、軸符号信号Ｘ，Ｙの位相差φの最大値（＝３０°）に若干の余裕値を見積もって決定される値である。

而して、本構成によれば、ドップラー信号Ｅ，Ｅ’の振幅値がコンパレータ９Ｃ，９Ｄ（第２の比較器）における第２のしきい値Ｔｈ2(+)，Ｔｈ2(-)未満であれば微少振動する物体に反射した反射波と推測して象限信号発生回路８０から象限信号Ｑを発生させないことで誤検出が抑制でき、さらに、ドップラー信号Ｅ，Ｅ’の振幅値がコンパレータ９Ｃ，９Ｄにおける第２のしきい値Ｔｈ2(+)，Ｔｈ2(-)以上である場合においても、軸符号信号Ｘ，Ｙの位相差φが第１のしきい値Ｔｈ1(+)，Ｔｈ1(-)と第２のしきい値Ｔｈ2(+)，Ｔｈ2(-)との差に対応した基準値よりも大きいときにだけ象限信号Ｑを発生させ、軸符号信号Ｘ，Ｙの位相差φが基準値以下のときは演算回路８３が移動物体検知の処理（記憶値に対して加算又は減算処理）を行わないことにより、微少振動する物体を移動物体と誤検出することがより確実に抑制できるものである。

ところが、監視空間の外から大きなエネルギ波（音圧レベルが非常に高い音波）が到来したとき、上述の位相変調された反射波がさらに多重反射等によって複雑に重なりあい、その結果、本来検出しようとしている移動物体に対する反射波を受波したときと同様に象限信号Ｑが（１，１）→（−１，１）→（−１，−１）→（１，−１）→（１，１）という順序で周期的に転移し、移動物体を誤検出してしまう虞のあることが判った。

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、移動物体の誤検出が防止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、上記目的を達成するために、発振周波数が可変である発振手段と、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、前記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する受波手段と、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することで基準信号との位相差に応じた振幅を有し且つ互いに位相の異なる一対のドップラー信号を得る位相検波手段と、当該一対のドップラー信号を信号処理して前記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を備え、
検知手段は、発振手段から基本周波数の送波信号を送波手段に出力させて移動物体を検知したときに当該基本周波数と異なる１乃至複数種類の周波数の送波信号を発振手段から送波手段に出力させ、当該１乃至複数種類の周波数のすべての送波信号について移動物体を検知し且つ基本周波数において検知された移動物体の移動向きと、１乃至複数種類の周波数において検知された移動物体の移動向きとが一致する場合にのみ検出信号を出力す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、送波手段は、連続エネルギ波のエネルギが最大となる中心周波数を頂点とする山型の出力特性を有し、検知手段は、基本周波数並びに前記１乃至複数種類の周波数が前記中心周波数よりも高い周波数と低い周波数に振り分けて設定されることを特徴する。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、検知手段は、基本周波数並びに前記１乃至複数種類の周波数が、送波手段から送波される連続エネルギ波のエネルギが略同一となる周波数に設定されてな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１項の発明において、検知手段は、発振手段から出力する送波信号の周波数を切り換えた時点から所定の待機時間が経過するまでは移動物体の検知を行わないことを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、検知手段は、送波手段から送波される連続エネルギ波が監視空間内を往復するのに要する時間の最大値よりも短くない時間に前記待機時間が設定されてなることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項１〜５の何れか１項の発明において、検知手段は、１乃至複数種類の周波数において移動物体が検知されなければ、所定の不検知時間が経過した時点で移動物体の検知処理を初期化することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、検知手段は、発振手段から基本周波数の送波信号を送波手段に出力させて移動物体を検知したときに当該基本周波数と異なる１乃至複数種類の周波数の送波信号を発振手段から送波手段に出力させ、当該１乃至複数種類の周波数のすべての送波信号について移動物体を検知し且つ基本周波数において検知された移動物体の移動向きと、１乃至複数種類の周波数において検知された移動物体の移動向きとが一致する場合にのみ検出信号を出力するので、本当の移動物体であれば送波信号の周波数を切り換えてもすべての周波数で移動物体として検知されるが、移動する物体が存在しなければ送波信号の周波数を切り換えることで検知されなくなるから、移動物体の誤検出が防止でき、さらに、例えば、振り子のように揺れている物体が検出されたときにはその移動向きが周期的に反転するため、検知手段が、基本周波数において検知された移動物体の移動向きと、１乃至複数種類の周波数において検知された移動物体の移動向きとが一致する場合に検出信号を出力すれば、上述のように揺れている物体を移動物体と誤検出するのを防ぐことができる。

請求項２の発明によれば、切り換える周波数、すなわち、基本周波数とその他の周波数が送波手段の出力特性における中心周波数よりも高い周波数と低い周波数に振り分けて設定されるので、各周波数毎のエネルギの大小に起因して検出可能な距離に生じるばらつきが抑制できる。

請求項３の発明によれば、検知手段が、基本周波数並びに前記１乃至複数種類の周波数が、送波手段から送波される連続エネルギ波のエネルギが略同一となる周波数に設定されるので、各周波数毎のエネルギの大小に起因して検出可能な距離に生じるばらつきがさらに抑制できる。

請求項４の発明によれば、周波数を切り換えたときに各手段を構成するハードウェアの特性が安定するまでの間は正確に検出できない虞があり、所定の待機時間が経過するまで、つまり、ハードウェアの特性が安定するまでは検知手段が移動物体の検知を行わないことで誤検出が防止できる。

請求項５の発明によれば、切換前の周波数の連続エネルギ波が監視空間に残存していると誤検出する虞があるが、送波手段から送波される連続エネルギ波が監視空間内を往復するのに要する時間の最大値よりも短くない時間に設定された前記待機時間の経過後であれば、切換前の周波数の連続エネルギ波による誤検出が防止できる。

請求項６の発明によれば、検知手段は、１乃至複数種類の周波数において移動物体が検知されなければ、所定の不検知時間が経過した時点で移動物体の検知処理を初期化するので、一度検出された移動物体が所定の不検知時間内に再度検出されなければ最初の検出が誤検出であったとみなすことができ、そのときは検知手段が検知処理を初期化することで次回の検出に備えることができる。

以下、従来例と同様に連続エネルギ波として超音波を用いる実施形態について図面を参照して詳細に説明する。但し、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）
図１に本実施形態のブロック図を示す。但し、本実施形態の基本構成並びに基本動作は図７に示した従来例と共通であるから、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。

発振回路１は電圧制御発振器（ＶＣＯ）からなり、発振周波数が外部から切換可能であって、検知回路８が具備する周波数切換回路８５から出力される周波数設定信号（直流の電圧信号）によって発振周波数、すなわち、送波信号の周波数が切り換えられる。本実施形態では、周波数切換回路８５が第１周波数（基準周波数）ｆ１と第２周波数ｆ２の２種類の周波数を択一的に切り換えるようになっており、検知回路８が具備する判定回路８６の指示に応じて第１周波数ｆ１に設定する周波数設定信号と第２周波数ｆ２に設定する周波数設定信号の何れか一方を出力して発振回路１から出力される送波信号の周波数を第１周波数ｆ１又は第２周波数ｆ２に切り換える。

判定回路８６は、閾値回路８４による演算回路８３の出力値の絶対値と閾値の比較結果に応じて、すなわち、演算回路８３の出力値の絶対値が閾値を越えていれば、周波数切換回路８５に対して第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２への切換を指示し、後述するように周波数切換回路８５で切り換えて設定されるすべての周波数（第１周波数ｆ１並びに第２周波数ｆ２）において演算回路８３の出力値の絶対値が閾値を越えているという比較結果が閾値回路８４から出力された場合にだけ、報知器駆動回路１１に対して検出信号を送出する。

次に、図２のフローチャートを参照しながら本実施形態の動作を説明する。

まず、検知回路８の周波数切換回路８５が周波数設定信号を出力して発振回路１の発振周波数を第１周波数ｆ１に設定する。そして、発振器１が発振する第１周波数ｆ１の送波信号で送波器３を駆動することにより、発振器１の発振周波数（第１周波数ｆ１）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６Ａ，６Ｂにそれぞれ入力して発振器１の発振周波数と同周波数の基準信号Ｅ₀,Ｅ₀’と混合する。第１及び第２の位相検波回路６Ａ，６Ｂから出力される一対のドップラー信号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において軸符号信号Ｘ，Ｙに変換されて検知回路８に取り込まれる。

従来例と同様に、検知回路８では象限信号発生回路８０がドップラー信号Ｅ,Ｅ’の極性の組み合わせに応じた象限信号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。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。転移方向検出回路８２は転移信号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）とを比較し、象限が右回りに転移したか左回りに転移したかを判定する。但し、転移方向検出回路８２の出力は、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されている。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とが演算回路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を引くように信号処理する。そして演算回路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の出力がＬレベルからＨレベルに変化する。

閾値回路８４の出力がＨレベルになれば、判定回路８６がメモリ８１に記憶されている検出フラグを１にセットするとともに、周波数切換回路８５に対して第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２への切換を指示し、さらに、所定の待機時間のカウントを開始する。周波数切換回路８５では判定回路８６からの指示に応じて発振回路１の発振周波数を第２周波数ｆ２に設定する。ここで、検知回路８では待機時間のカウントが完了するまでは象限信号発生回路８０、転移方向検出回路８２、演算回路８３、閾値回路８４による信号処理（検知処理）を中止させている。つまり、送波器３から送波される超音波の周波数が第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２に切り換えられた場合、切換前の第１周波数ｆ１の超音波が監視空間内に残存している間は第１周波数ｆ１の超音波と第２周波数ｆ２の超音波が混在するために移動物体が存在すると誤検出してしまう可能性があるので、所定の待機時間が経過して監視空間内に第１周波数ｆ１の超音波が存在しないとみなせるまで信号処理を中止することによって、上述のような誤検出を防止しているのである。なお、待機時間としては監視空間内に第１周波数ｆ１の超音波が存在しないとみなせる時間であればよく、例えば、送波器３から送波される超音波が監視空間内を往復するのに要する時間の最大値よりも短くない時間とすればよい。また、ローパスフィルタ７Ａ，７Ｂ等に使用されているコンデンサの充電電荷が待機時間内に完全に放電されるので、コンデンサに残った電荷による誤動作（誤検出）も併せて防止することができる。

待機時間のカウントが完了すると、判定回路８６はメモリ８１に記憶されている象限信号Ｑ並びに転移信号Ｚと演算回路８３の出力値とを初期化するとともに所定の不検知時間のカウントを開始する。そして、不検知時間のカウントが完了するまでの間に閾値回路８４の出力が再びＨレベルになれば、判定回路８６が報知器駆動回路１１に対して検出信号を出力し、移動物体Ｏの存在が適宜報知器により報知される。一方、不検知時間のカウントが完了するまでの間に閾値回路８４の出力がＨレベルにならなければ、判定回路８６から報知器駆動回路１１に対して検出信号が出力されることはなく、判定回路８６はメモリ８１に記憶されている検出フラグを０にリセットした後、周波数切換回路８５に対して第２周波数ｆ２から第１周波数ｆ１への切換を指示する。但し、周波数切換回路８５に対して切換を指示する代わりにメモリ８１の検出フラグを０にリセットするだけでも構わない。つまり、周波数を切り換える向きは何れの向きでもよいから、基準周波数を第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２に変更し、第２周波数ｆ２から始めて第１周波数ｆ１へ切り換えるという処理を行っても構わない。

而して、本当の移動物体（例えば、監視空間内を移動する人）であれば、送波信号（超音波）の周波数を切り換えてもすべての周波数（第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２）において象限信号Ｑが隣接する象限を順番に転移して移動物体として検知され、また、図１０に示した構成と同様に移動しないにも関わらず移動物体と誤検出される物体、例えば、振動する物体（自動車の窓ガラスなど）であれば誤検出することはなく、さらに、監視空間の外から大きなエネルギ波（音圧レベルが非常に高い音波）が到来したときには、送波信号（超音波）の周波数を切り換えて監視空間内における超音波の分布が変化することにより、例えば、象限信号Ｑが隣接しない象限（第１象限と第３象限あるいは第２象限と第４象限）の間を転移するために移動物体として検知されなくなる。

このように本実施形態では、発振回路１から第１周波数ｆ１の送波信号を送波器３に出力させて移動物体を検知したとき、第１周波数ｆ１と異なる第２周波数ｆ２の送波信号を発振回路１から送波器３に出力させ、第２周波数ｆ２の送波信号についても移動物体を検知したとき、言い換えるとすべての周波数（第１周波数ｆ１並びに第２周波数ｆ２）の送波信号について移動物体を検知したときにのみ検知回路８から検出信号を出力するので、移動物体の誤検出が防止できるものである。なお、上述の不検知時間は検出の対象とする移動物体の移動速度の最低値に応じて決定される。つまり、上述のように第１周波数ｆ１の超音波を送波して移動物体が検知された場合、その候補が本当の移動物体であれば不検知時間が経過するまでの間に再度移動物体として検知されると考えられるので、不検知時間が経過するまでの間に再度移動物体が検知されなければ第１周波数ｆ１の超音波送波に対する移動物体の検知を無視し、検知回路８における検知処理を初期化して新たに検知処理を開始するのである。

ここで、図３に示すように送波器３は中心周波数ｆ_Sにおいてエネルギ（音圧）が最大（Ｗ_MAX）となる山型の出力特性を有しており、例えば、中心周波数ｆ_Sよりも高い所定周波数を第１周波数ｆ１とし、中心周波数ｆ_Sよりも低い所定周波数を第２周波数ｆ２としている。このように第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２を送波器３の出力特性における中心周波数ｆ_Sよりも高い周波数と低い周波数に振り分ければ、各周波数ｆ１，ｆ２毎のエネルギ（音圧）の大小に起因して移動物体を検出可能な距離に生じるばらつきが抑制できる。このとき、検出可能距離のばらつきをさらに抑制するため、第１周波数ｆ１並びに第２周波数ｆ２として互いに同程度のエネルギ（音圧）、例えば、中心周波数ｆ_Sにおける最大値Ｗ_MAXに対して−３ｄＢ以内の値となる周波数を選択することが望ましい。なお、本実施形態では切り換える周波数の数を２種類（第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２）としたが、３種類以上の周波数を切り換えるようにしても構わないし、４種類以上且つ偶数種類の周波数を切り換える場合においては中心周波数ｆ_Sよりも高い周波数帯域と低い周波数帯域から各々同数ずつ選択することが望ましい。

（実施形態２）
図４に本実施形態のブロック図を示す。但し、機能的に実施形態１と共通する構成要素については同一の符号を付して適宜説明を省略する。

発振回路１から出力する送波信号により送波器３が駆動され、発振回路１の発振周波数（第１周波数ｆ１又は第２周波数ｆ２）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（ミキシング）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。そして、一対のドップラー信号Ｅ，Ｅ’は各々増幅回路１３Ａ，１３Ｂで増幅された後に検知回路８に取り込まれる。

検知回路８では、一対のドップラー信号Ｅ，Ｅ’をサンプリング回路８７において所定のサンプリング周期でサンプリングし且つ量子化することでアナログ値からディジタル値に変換し、さらに変換したディジタル値を不揮発性のメモリ８１に順次格納する。ここで、一方のドップラー信号Ｅをサンプリング回路８７で変換したディジタル値（ディジタルデータ）をＸ_n、他方のドップラー信号Ｅ’をサンプリング回路８７で変換したディジタル値（ディジタルデータ）をＹ_n（ｎは正の整数）とし、二次元直交座標系の原点を始点とし且つ（Ｘ_n，Ｙ_n）を終点とするベクトルＲ_nを定義する。なお、ベクトルＲ_nの大きさはドップラー信号Ｅ，Ｅ’の振幅に対応している。

前回のサンプリングで得られてメモリ８１に格納しているベクトルＲ_ｎ−１と今回のサンプリングで得られたベクトルＲ_nとがなす角度（この角度をベクトルの回転角と呼ぶ。）φ_nを検知回路８のベクトル回転角演算回路８８で演算する（図５参照）。なお、ベクトル回転角演算回路８８では下記式により回転角φ_nを演算している。

φ_n＝arctan{(X_ｎ−１Y_n-Y_ｎ−１X_n)/(X_ｎ−１X_n-Y_ｎ−１Y_n)}
従って、物体Ｏが近付く場合はベクトルＲ_nが反時計回りに回転するから回転角φ_nの極性は正となり、物体Ｏが遠ざかる場合はベクトルＲ_nが時計回りに回転するから回転角φ_nの極性は負となる。そして、ベクトル回転角演算回路８８で求めた回転角φ_nを回転角積算回路８９で積算すれば、その積算値（＝φ_１＋φ_２＋…＋φ_n＋…）が物体Ｏの移動距離に比例することになる。さらに回転角積算回路８９で積算した積算値が閾値回路８４で所定の閾値と比較され、積算値が閾値を越えると閾値回路８４の出力がＬレベルからＨレベルに変化する。そして、閾値回路８４の出力（Ｈ，Ｌの２値信号）は判定回路８６に取り込まれる。

ここで、位相変調がかかった反射波が受波器４で受波された場合、ドップラー信号Ｅ，Ｅ’をサンプリングして得られる振幅レベルの値Ｘ_n，Ｙ_nに位相変調によるノイズ分が重畳されて両者の間に大きな差が生じ、その結果、ベクトルＲ_nの軌跡が図６の一点波線ロあるいは二点破線ハで示すように楕円上を移動することになって物体を誤検出してしまう虞がある。そのために本実施形態では、一対のドップラー信号Ｅ，Ｅ’の振幅レベルの値Ｘ_n，Ｙ_nを比較し双方の振幅レベル値の値Ｘ_n，Ｙ_nの差が所定値を越えているときは、上述のようにベクトルＲ_nの軌跡が楕円上を移動していることになるから移動物体Ｏによる反射波ではないとみなし、当該ドップラー信号Ｅ，Ｅ’に対応する回転角φ_nをゼロまたは所定の最小値とする振幅レベル判定手段を備えることにより、移動物体以外の物体、例えば、振動する物体（窓ガラスなど）からの反射波に対する誤検出を防止している。

本実施形態においては、検知回路８に設けられた振幅演算回路８００並びに振幅判定回路８０１によって振幅レベル判定手段を構成している。振幅演算回路８００では、一対のドップラー信号Ｅ，Ｅ’をサンプリング回路８５でサンプリングして得られる振幅レベルの値Ｘ_n，Ｙ_nの実効値を演算して振幅判定回路８０１に出力する。振幅判定回路８０１では、振幅レベルの値Ｘ_n，Ｙ_nの実効値に対して両者の比（振幅比）を求めるとともに、その比を１よりも十分に大きい上限値並びに１よりも十分に小さい下限値と比較し、上限値よりも小さく且つ下限値よりも大きければ、ベクトル回転角演算回路８８に対して回転角φ_nの演算を許可し、上限値以上あるいは下限値以下であれば、回転角φ_nの値をゼロまたは所定の最小値とするようにベクトル回転角演算回路８８に指示する。

すなわち、振幅レベルの値Ｘ_n，Ｙ_nの実効値の比が上限値以上あるいは下限値以下であるときは当該振幅レベルの値Ｘ_n，Ｙ_nに位相変調によるノイズ分が重畳されているとみなし、当該振幅レベルの値Ｘ_n，Ｙ_nから演算される回転角φ_nをゼロあるいは最小値とすることで回転角φ_nの積算値に対するノイズの影響を減らし、物体の誤検出を防止することができる。

判定回路８６では、閾値回路８４の出力がＨレベルに変化すると周波数切換回路８５に対して第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２への切換を指示し、実施形態１と同様に、周波数切換回路８５で切り換えて設定されるすべての周波数（第１周波数ｆ１並びに第２周波数ｆ２）において回転角積算回路８９で積算した積算値が閾値を越えているという比較結果が閾値回路８４から出力された場合にだけ、報知器駆動回路１１に対して検出信号を送出する。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。なお、判定回路８６の動作は実施形態１と共通であるから詳細な説明は省略する。

ここで、従来例並びに実施形態１では象限転移の回数で移動する物体を検出しているため、受波信号Ｅinに対応するベクトルが同一象限内に留まる程度にしか物体が移動しないときには当該物体を検出することができない。これに対して本実施形態では、二次元直交座標系において原点を始点とし一対のドップラー信号Ｅ，Ｅ’の振幅レベルの値Ｘ_n，Ｙ_nを終点とするベクトルＲ_nが時間の経過に伴って回転するときの回転角φ_nを求めてこれを積算し、さらに回転角φ_nの積算値を閾値回路８４にて所定の閾値と比較しているので、従来例や実施形態１のように一対のドップラー信号Ｅ，Ｅ’を２値化する際に欠落してしまう情報を含めてドップラー信号Ｅ，Ｅ’の変化を詳細に調べることができる。その結果、従来例並びに実施形態１では検出し得なかったような僅かしか移動しない物体、例えば、同一象限内に留まる程度の移動しかしない物体でも検出することができる。

また、本実施形態において移動物体Ｏを検出した場合、理想的には、図６に実線イで示すようにベクトルＲ_nの軌跡が原点を中心とする円周上を移動し、また、反射波が位相変調された場合には、ドップラー信号Ｅ，Ｅ’をサンプリングして得られる振幅レベルの値Ｘ_n，Ｙ_nに位相変調によるノイズ分が重畳されて両者の間に大きな差が生じ、その結果、ベクトルＲ_nの軌跡が図６の一点波線ロあるいは二点破線ハで示すように楕円上を移動することになる。しかしながら、既に説明したように振幅レベルの値Ｘ_n，Ｙ_nの実効値の比が上限値以上あるいは下限値以下であるときは当該振幅レベルの値Ｘ_n，Ｙ_nに位相変調によるノイズ分が重畳されているとみなし、当該振幅レベルの値Ｘ_n，Ｙ_nから演算される回転角φ_nをゼロあるいは最小値としているので、回転角φ_nの積算値に対するノイズの影響を減らして物体の誤検出を防止することができる。

さらに、監視空間の外から大きなエネルギ波（音圧レベルが非常に高い音波）が到来したときには、送波信号（超音波）の周波数を切り換えて監視空間内における超音波の分布が変化することにより、例えば、第１周波数ｆ１に対してはベクトルＲ_nの軌跡が図６の実線イで示すように円上を移動していたとしても、第２周波数ｆ２に対してはベクトルＲ_nの軌跡が図６の実線ロで示すように楕円上を移動するように変化し、その結果、移動物体として検知されなくなる。

なお、実施形態１並びに実施形態２の何れにおいても物体の移動向き（送波器３並びに受波器４に対して近付く向き又は遠ざかる向き）を判別することが可能であるから、第１周波数ｆ１並びに第２周波数ｆ２の送波信号について移動物体を検知するとともに、それぞれの移動物体の移動向きが一致したときにのみ判定回路８６から検出信号を出力するようにしても構わない。例えば、車室内に吊り下げられているお守りやアクセサリー等は振り子のように揺れ動くものを移動物体として検出することは望ましくないので、上述のように「それぞれの移動物体の移動向きが一致する」という条件を付加すれば、上述のように揺れている物体を移動物体と誤検出するのを防ぐことができる。

実施形態１を示すブロック図である。 同上の動作説明用のフローチャートである。 同上における送波器の出力特性図である。 実施形態２を示すブロック図である。 同上の動作説明図である。 同上の動作説明図である。 従来例を示すブロック図である。 同上の動作説明図である。 同上の動作説明図である。 他の従来例を示すブロック図である。 同上の動作説明用の波形図である。 同上における軸符号信号の説明図である。 同上における象限信号の説明図である。

符号の説明

１ 発振回路
３ 送波器
４ 受波器
５ 受波回路
６Ａ，６Ｂ 位相検波回路
８ 検知回路
８４ 閾値回路
８５ 周波数切換回路
８６ 判定回路

Claims (6)

1. 発振周波数が可変である発振手段と、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、前記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する受波手段と、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することで基準信号との位相差に応じた振幅を有し且つ互いに位相の異なる一対のドップラー信号を得る位相検波手段と、当該一対のドップラー信号を信号処理して前記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を備え、
   検知手段は、発振手段から基本周波数の送波信号を送波手段に出力させて移動物体を検知したときに当該基本周波数と異なる１乃至複数種類の周波数の送波信号を発振手段から送波手段に出力させ、当該１乃至複数種類の周波数のすべての送波信号について移動物体を検知し且つ基本周波数において検知された移動物体の移動向きと、１乃至複数種類の周波数において検知された移動物体の移動向きとが一致する場合にのみ検出信号を出力することを特徴とする移動物体検出装置。
2. 送波手段は、連続エネルギ波のエネルギが最大となる中心周波数を頂点とする山型の出力特性を有し、
   検知手段は、基本周波数並びに前記１乃至複数種類の周波数が前記中心周波数よりも高い周波数と低い周波数に振り分けて設定されることを特徴する請求項１記載の移動物体検出装置。
3. 検知手段は、基本周波数並びに前記１乃至複数種類の周波数が、送波手段から送波される連続エネルギ波のエネルギが略同一となる周波数に設定されてなることを特徴とする請求項２記載の移動物体検出装置。
4. 検知手段は、発振手段から出力する送波信号の周波数を切り換えた時点から所定の待機時間が経過するまでは移動物体の検知を行わないことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の移動物体検出装置。
5. 検知手段は、送波手段から送波される連続エネルギ波が監視空間内を往復するのに要する時間の最大値よりも短くない時間に前記待機時間が設定されてなることを特徴とする請求項４記載の移動物体検出装置。
6. 検知手段は、１乃至複数種類の周波数において移動物体が検知されなければ、所定の不検知時間が経過した時点で移動物体の検知処理を初期化することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の移動物体検出装置。

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