JP6072933B2 - センサからのパルスの送信の制御 - Google Patents

Description

本発明は、複数のセンサの中での使用のための、センサからのパルスの送信の制御に関する。

存在センサは、生物又は他の物体、典型的には人の存在を遠隔で感知するためのセンサである。例えば、存在の感知は、生物又は物体が動いているかどうかを検出すること、当該生物又は物体の動きの（例えば速さ又は速度といった）測定値を決定すること、当該生物又は物体のセンサからの距離範囲を決定すること、及び／又は（例えばセンサの範囲によって規定される）特定のゾーンにおける当該生物又は物体の存在の事実を単純に検出することを含み得る。

存在センサは、能動型又は受動型の２つの種類で提供される。能動型存在センサは、プロービング波形を送信し、次いで、例えば、反射信号内の特定の信号特性を用いて存在に関する情報を決定するといったように、センサにおいて戻って受信される当該波形の反射を用いて存在を検出するセンサである。能動型センサの例は、超音波、無線周波数（ＲＦ）、又はマイクロ波の放射のパルスをそれぞれ出射し、これらパルスの反射に基づいて存在を感知する、超音波センサ、（例えばレーダといった）無線センサ、及びマイクロ波センサを含む。他方、受動型存在センサは、当該受動型存在センサ自体の波形を送信するのではなく、感知されるべき生物又は物体によって放出される放射、あるいは感知されるべき生物又は物体から反射されるが当該センサ自体以外の別の供給源に由来する放射に依存する。受動型センサの例は、人又は他の生物等の対象物によって発せられる赤外線放射を感知する赤外線センサや、感知される生物又は物体から反射される（例えば太陽又は部屋の電気照明に由来する）光を検出する光センサを含む。

存在センサは、広範囲のアプリケーションを有する。こうしたアプリケーションの１つは、照明システムの制御において見出される。例えば、オフィス照明は、典型的にはオフィスビル内の電力消費のほぼ３０％を占めている。中に居る人の存在情報に基づくライト制御戦略は、エネルギ消費の低減に最も効率的であり得ることが知られている。したがって、環境配慮ビルディングのデザインは、典型的には存在適応照明制御システムを含む。

超音波センサのような能動型センサは、より大きな容積の空間において、受動型赤外線センサよりも良好な検出を提供する傾向がある。より大きな物理的エリアでは、適切な検出カバレッジのために、複数の能動型存在センサを有することが通常である。しかしながら、こうした存在感知システムが展開されるとき、能動型送信間の相互干渉の恐れがある。システムが全体として適切に機能するために、理想的には、個々の存在センサの各々が、当該存在センサのそれぞれのカバレッジエリアにおける存在に関する情報を決定し得るべきである。（例えば超音波又はＲＦといった）能動型センサ間の相互干渉は、屋内及び屋外の感知アプリケーションにおいてよく遭遇する問題であり、感知及び制御システムの適切な動作に影響する恐れがある。例えば、センサは、隣接するゾーンに人が居るときに、隣のセンサから傍受した送信に基づいて、誤ったアラームを始動させる恐れがある。こうした感知の誤作動は、照明制御システムを全体として妨害する恐れがある。

例えば、国際特許出願公開ＷＯ２０１２０／０２３０８７号公報では、連続波ドップラレーダーにおいて動いている物体を検出しようとする際、検出性能の劣化を引き起こす周波数のずれの問題が認識されている。名目上は同じ周波数で送信するレーダーユニットに関して、わずかな周波数の相違が、典型的には、周波数決定回路の要素の許容誤差のために生じる。２つの近隣のレーダーユニット間の周波数の相違が動いている物体により生成されるドップラシフトと比較可能である場合、レーダーユニットは、動いている物体から反射される他のレーダーユニットの送信信号を間違って検出してしまう。この問題は、種々のレーダーユニットについて異なる動作周波数を選択することにより処理され、その結果、任意の与えられたレーダーユニットは、システム内の任意の他のレーダーユニットの検出周波数範囲外である周波数で送信し、従って、周波数のずれは相互干渉をもたらさない。しかしながら、国際特許出願公開ＷＯ２０１２０／０２３０８７号公報に記載されているような周波数の割当ては、全ての可能なセンシングアプリケーションにおいて本質的には十分ではない。例えば、それは、送信器の狭帯域の周波数応答範囲のために超音波センシングアプリケーションにおいて十分ではない。

能動型の存在センサは、相互干渉の問題が生じ得る、又はより一般的には、１つの能動型センサの動作が１つ以上の他のセンサに影響を及ぼす他のアプリケーションでも見られる。

種々の存在センサからの能動型送信間の考えられる相互干渉を回避し、システム全体が、各カバー領域において存在に関連する情報を決定することができるそれぞれの個々の存在センサを用いて適切に機能することが望ましい。例えば、この問題は、能動型の存在センサのネットワークからの情報に適応する照明システムにおいて生じる。能動型センサからの送信が調整のついていない（uncoordinated）場合、全体の検出性能が悪影響を及ぼされ、単一の存在センサにより規定される検出カバー領域にわたるセンシングを信頼できないものにする。本発明の形態は、そのような問題を解決するために能動型の存在センシングシステムにおいて送信を調整するプロトコルを与える。本発明は、例えば、屋内及び屋外の照明制御にアプリケーションを見出す存在センサの種々の能動型の様式（例えば、超音波又はＲＦ）に適用され得る。

より一般的には、１つのセンサから１つ以上の他のセンサに対するパルスの送信を制御すること、センサ間に生じる任意の干渉又は他の望ましくない作用を軽減すること又は同期のとられた動作を通して達成される任意の所望の作用を得ることが望ましい。

本明細書において開示の第１の観点によれば、それぞれが、センシングのためにパルスを送信する各送信器及び上記パルスのエコーのインスタンスを受信する各受信器を有するセンサのシステムの１つに用いる装置であって、上記各送信器からの上記各受信器により受信された戻りのエコーのパルスに依存して生き物又は物体を感知するセンシングロジック部と、上記各送信器から送信されるパルスのタイミングを制御するタイミングロジック部とを有し、複数の上記センサのそれぞれは、複数のフレームにわたって複数のリソーススロットの異なる各リソーススロットでパルスを送信し、送信時、上記送信器のそれぞれがフレーム当たりそれぞれのリソーススロットで上記パルスの１つ以上を送信し、上記複数のリソーススロットは、複数の時間スロット及び上記時間スロットの少なくとも１つに関して複数の周波数スロットを有しており、上記タイミングロジック部は、上記センサの上記１つについて上記リソーススロットの１つを選択し、選択された上記リソーススロットの上記時間及び周波数スロットでパルスを送信するように上記各送信器を動作させる当該装置が与えられる。

実施形態では、上記複数のリソーススロットは、上記複数の時間スロット及び上記時間スロットの幾つか又はそれぞれに関して複数の周波数スロットを有している。

実施形態では、上記タイミングロジック部は、上記複数のセンサの任意の他のものにより使用されていない上記センサの前記１つについて上記リソーススロットの１つを選択する。

実施形態では、上記複数のセンサは上記センサのシステムのサブセットであり、上記サブセットは上記センサの上記１つの上記各受信器のリスニング範囲内のものである。

実施形態では、上記タイミングロジック部がコントローラからの制御信号を受け取り、上記制御信号が上記センサの上記１つについて上記選択されたリソーススロットを特定する。

実施形態では、上記タイミングロジック部が、上記複数のセンサのどれが上記各受信器のリスニング範囲内に存在するかを検出して、検出された上記センサを上記コントローラに報告し、上記コントローラが、上記複数のセンサから複数の各報告を受け取り、リスニング範囲内の２つのセンサが上記リソーススロットの同じものを使用しないように上記報告に基づいて上記リソーススロットをセンサに割り当てる。

実施形態では、上記センサの１つが上記コントローラとしての機能を果たす。

実施形態では、上記タイミングロジック部が上記リソーススロットを選択する分散型の割当て方式に従って動作し、上記タイミングロジック部が、上記各送信器からのパルスの送信の前に少なくとも１つのフレームの初めの期間に上記センサのうちの他のものから上記パルスのインスタンスをリスニングするために上記各受信器を使用することと、上記リスニングに基づいて、上記他のセンサの１つにより既に用いられていない上記リソーススロットの１つを選択することと、上記各送信器から上記パルスを送信するためにその後のフレームにおいて選択された上記リソーススロットを使用することとにより上記センサの上記１つについて上記リソーススロットを選択する。

実施形態では、代わりに１つ以上の上記他のセンサから上記パルスのインスタンスの上記リスニングを行うことにより、上記タイミングロジック部はセンサ間で又は中央コントローラから通信される専用の制御信号を伴うことなく動作する。

実施形態では、この装置は、閾値と比較して低い信号電力を有すること及び／又は（ｂ）向きの範囲外になる到来方向で受信されることの一方又は両方に基づいて、上記センサの１つの以上の他のものから受け取られると推定される上記パルスのインスタンスを上記センシングから排除する受信処理ロジック部を有する。

本明細書において開示の他の観点によれば、それぞれがパルスのエコーのインスタンスを受信する各受信器を有するセンサのシステムの１つに用いる装置であって、送信器からの上記各受信器により受信されるエコーのパルスに依存して生き物又は物体を感知するセンシングロジック部と、上記送信器以外のソースから受け取られると推定されるパルスのインスタンスを上記センシングから排除する受信処理ロジック部であって、上記インスタンスは、（ａ）閾値と比較して低い信号電力を有すること及び／又は（ｂ）向きの範囲外になる到来方向で受信されることの一方又は両方に基づいて排除される当該受信処理ロジック部とを有する当該装置が与えられる。

実施形態では、上記排除は、閾値と比較して高い、センサが向けられる軸に対する角度である前記到来方向に基づくものである。

実施形態では、上記受信処理ロジック部は、上記各受信器において受信される上記パルスの前記エコーのインスタンスにおける位相の情報に基づいて上記到来方向を決定する。

実施形態では、上記受信処理ロジック部は、各受信器からの距離の窓の外部から受信されるパルスのインスタンスを上記センシングから更に排除し、上記窓は上記各受信器の全範囲内のサブ範囲である。

実施形態では、上記センサのシステムのそれぞれは、センシングのためにパルスを送信する各送信器及び上記パルスのエコーのインスタンスを受信する各受信器を有し、当該装置は、上記各送信器から送信されるパルスのタイミングを制御するタイミングロジック部を有し、複数の上記センサのそれぞれは、複数のフレームにわたって複数のリソーススロットの異なる各リソーススロットでパルスを送信し、送信時、上記送信器のそれぞれがフレーム当たりそれぞれのリソーススロットで上記パルスの１つ以上を送信し、上記複数のリソーススロットは、複数の時間スロット及び／又は複数の周波数スロットを有しており、上記タイミングロジック部は、上記センサの上記１つについて上記リソーススロットの１つを選択し、選択された上記リソーススロットの上記時間及び／又は周波数スロットでパルスを送信するように上記各送信器を動作させる。

実施形態では、上記複数のリソーススロットは、複数の時間スロット及び上記複数の時間スロットの１つ以上又はそれぞれに関して複数の周波数スロットを有し、上記タイミングロジック部は、選択された上記リソーススロットの上記時間及び周波数スロットでパルスを送信するように上記各送信器を動作させる。

本明細書において開示の第３の観点によれば、それぞれが、パルスのエコーのインスタンスを受信する各受信器を有するセンサのシステムの１つに用いる装置であって、上記システムは、上記パルスを送信する複数の送信器を有し、各送信器は、異なるそれぞれの所定のコードと関連し、そのそれぞれの所定のコードを当該送信器から送信される上記パルスにエンコードし、当該装置は、上記複数の送信器の１つからの上記各受信器により受信された戻りのエコーのパルスに依存して生き物又は物体を感知するセンシングロジック部と、上記各受信器により受信される上記パルスのインスタンスの上記所定のコードを識別し、上記送信器の上記１つの上記所定のコードを有していないパルスのインスタンスを上記センシングから排除する受信処理ロジック部とを有する当該装置が与えられる。

実施形態では、上記センサのそれぞれは、上記送信器のそれぞれのものを有し、上記センシングロジック部は、上記各送信器からの上記各受信器により受信された戻りの上記エコーのパルスに依存して生き物又は物体を感知し、上記受信処理ロジック部は、上記各送信器の上記所定のコードを有していないパルスのインスタンスを排除する。

本明細書において開示の他の観点によれば、それぞれが、センシングのためにパルスを送信する各送信器及び上記パルスのエコーのインスタンスを受信する各受信器を有するセンサのシステムの１つに用いる装置であって、上記各送信器からの上記各受信器により受信された戻りのエコーのパルスに依存して生き物又は物体を感知するセンシングロジック部と、上記各送信器からのパルスのタイミングを上記センサの１つ以上の他のものからのパルスと同期させるタイミングロジック部であって、複数の上記センサのそれぞれに共通の振動電源に基づいて上記同期を行う当該タイミングロジック部とを有する当該装置が与えられる。

実施形態では、上記センサのそれぞれは、上記各送信器から送信される上記パルスのタイミングを制御する各クロックを有し、上記同期は、振動電源に基づいて上記各クロックと上記センサの１つ以上の他のもののクロックとのクロックの不一致を補償することを有する。

実施形態では、上記センサのそれぞれは、複数のフレームにわたって異なる各時間スロットでパルスを送信し、送信時、上記送信器のそれぞれがフレーム当たりそれぞれの時間スロットで上記パルスの１つ以上を送信し、上記同期は、上記送信が上記時間スロットの１つ以上の他のものでの上記センサの１つ以上の他のものからの送信と重なる上記各時間スロットでそれぞれ送信することを妨げることを有する。

本明細書において開示の他の観点によれば、上記特徴のいずれかを備えた装置と、各受信器とを有するセンサが与えられる。

本明細書において開示の他の観点によれば、上記特徴のいずれかを備えた装置と、各送信器及び受信器とを有するセンサが与えられる。

実施形態では、上記複数のセンサのそれぞれは超音波センサを有し、各それぞれの送信器は上記センシングを行う超音波パルスの形態の上記パルスを送信する１つ以上の超音波送信器を有し、上記各受信器は上記超音波パルスを受信する１つ以上の超音波受信器を有している。

本明細書において開示の他の観点によれば、複数のセンサを有し、それぞれが上記特徴のいずれかを備えた装置のインスタンスを有するシステムが与えられる。

実施形態では、上記システムは、更に、上記コントローラを有している。

実施形態では、複数のセンサは、上記各受信器を有しているが、センシングのためにパルスを送信する送信器を有していない受信ノードであり、当該システムは、複数の上記受信ノードの間に単一の送信器である上記送信器を有している。

実施形態では、前記センサの１つは、上記送信器及びその各受信器を有する送信ノードである。

実施形態では、当該システムは、それぞれが上記センサの各グループを有する区域に分割されており、各グループは、上記各受信器を有しているが、センシングのためにパルスを送信する送信器を有していない受信ノードである複数の上記センサを有し、各グループは、上記センシングを行う上記パルスの１つを送信する各送信器を有しており、上記区域は、各受信器が専らそれぞれのグループの各送信器をヒアリングすることができるようにされている。

本明細書において開示の他の観点によれば、複数のセンサの１つを動作させるコンピュータプログラムであって、コンピュータ可読記憶媒体で具現化されるコードを有し、上記センサの前記１つの処理装置で実行される際に、上記特徴のいずれかに従って動作を行う当該コンピュータプログラムが与えられる。

これらの観点及びその他の観点は、以下に説明される実施形態から明らかであろう。この開示の範囲は、この概要によって限定されるように意図されてはおらず、述べられた不都合のいずれか又は全てを必ず解決する実現であるようにも意図されていない。

本発明の実施形態のより良好な理解のため及び本発明の実施形態がどのように実行され得るかを示すために、例として添付の図面が参照される。

存在センサの模式的なブロック図を示している。 存在センサの分散システムの模式図である。 存在センサの分散システムの他の模式図である。 多重化された能動型送信センシングプロトコルを示す模式的なタイミング図である。 センシングシステムについての分散型受信器の構成の模式図である。 存在センサの走査角及び範囲の模式図である。

本発明の実施形態が、超音波アレイセンサに関して説明されるが、考え方は、ＲＦ、光及びマルチモーダルセンサのような他のセンサ様式並びに国際特許出願公開ＷＯ２０１１／１５１７９６号公報に記載されているようなアレイセンサに適用され得る。一例のアプリケーションでは、本発明の実施形態は、種々の屋内及び屋外の照明及び建物制御アプリケーションにおいて能動型の存在センシングシステムに用いられる。

図１は、本発明の実施形態による例示的な存在センサ１０２を示す概略的なブロック図である。

センサ１０２は、センシング目的のために放射パルスの形式の信号を送信するための無線送信器１０８と、受信器１０９の範囲内の生物又は他の物体から反射されて戻る、これら放射パルスのエコーの形式の信号を受信するための無線受信器１０９とを含む。例えば、送信器１０８は、超音波パルスを送信するための超音波送信器、又はＲＦパルス若しくはマイクロ波パルスを送信するためのＲＦ送信器若しくはマイクロ波送信器を含み、受信器１０９は、それぞれ超音波受信器、ＲＦ受信器、又はマイクロ波受信器を含んでよい。実施形態では、各受信器は、以下に説明されるようなセンシングを実行するための複数の受信器要素を有する受信器アレイを含んでもよい。

また、センサ１０２は、クロック１０７と、例えば１以上の照明器具の照明制御要素１１２といった照明システムの一部に接続するためのポート１１０とを含む。更に、センサ１０２は、クロック１０７、送信器１０８、受信器１０９、及びポート１１０に動作可能に結合されるセンシングロジック１１４と、クロック１０７、送信器１０８、及び受信器１０９に動作可能に結合されるタイミングロジック１１６とを含む、センサを動作させるための装置を含む。センシングロジック１１４は、受信器１０９から受信されたパルスを、送信器１０８から送信されたパルスとの関連で処理し、これにより、例えば以下に説明される態様で、パルスの反射（エコー）に依存して存在に関する情報を感知する。タイミングロジック１１６は、例えばやはり以下に説明される態様で、クロック１０７の影響下で送信器１０８から送信されるパルスのタイミングを制御する。

実施形態では、センサ１０２は、１以上の実行ユニットと、（例えばハードドライブといった）磁気記憶媒体及び／又は（例えば「フラッシュ」メモリ又は他のＥＥＰＲＯＭといった）電子記憶媒体等の１以上の記憶媒体を含むメモリ１０６の形式の記憶装置とを有する、プロセッサ１０４又は「ＣＰＵ」（中央処理装置）の形式の処理装置を含む。センシングロジック１１４及び／又はタイミングロジック１１６の各々は、メモリ１０６内に記憶され、プロセッサ１０４上で実行されるコードのモジュールとして実施されてよい。代替的に、センシングロジック１１４及び／又はタイミングロジック１１６の各々は、全体的又は部分的に、専用のハードウェア回路内又はＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）等の構成可能回路内で実施されてもよい。

図２ａ及び図２ｂは、複数のセンサ１０２を含む例示的なセンシングシステムの概略的な図を提供する。センサ１０２の各々は、別々の箇所に配置され、及び／又は別々のそれぞれの方向に向けられ、例えば、各センサ１０２は、部屋２０２の壁及び／又は天井の別々の場所に埋め込まれてよい。例示の目的で、本明細書では、別々のセンサ１０２は１．．．Ｎの番号を付けられ、センサＳ１．．．ＳＮとしてラベルされる。

各センサ１０２は、クロック１０７、送信器１０８、受信器１０９、ポート１１０及び（例えば、それぞれの各プロセッサ１０４及びメモリ１０６で実現される）センシングロジック部１１４とタイミングロジック部１１６とを有する装置のそれぞれのインスタンスを有している。実施形態では、各センサは、実質的に同じクロック１０７、センシングロジック部１１４及びタイミングロジック部１１６のそれぞれのインスタンスを有している。実施形態では、各センサ１０２のタイミングロジック部１１６は、他のセンサ１０２を自律的に動作させるが、他のセンサ１０２のそれぞれにおいてタイミングロジック部１１６と同じルールのセットに従って動作させるように構成されている。

他の実施形態では、センサのそれぞれにおけるタイミングロジック部１１６は、複数のセンサ１０２によって能動的なセンシングを調整するように中央コントローラに結合されている。

各センサ１０２のセンシングロジック部１１４は、例えば、床の上の又は三次元体積の領域２０６に対応するそれぞれのカバー領域から存在に関連する情報を感知するようにされている。上記カバー領域は、センサ１０２の、すなわち、送信器１０８及び／又は受信器１０９の範囲により規定される。図２ｂに示されているように、センサ１０２の１つ以上は、カバー領域２０６が部分的に重なるようにセンサ１０２の１つ以上の他のもののリスニング範囲内に存在する。

各センサ１０２のセンシングロジック部１１４が感知する上記存在に関連する情報は、例えば、物体が動いていると感知されるかどうか、物体の範囲又は単に物体若しくは特定の物体が検出されて或る場所で発見されるかどうかという事実に関する情報を有している。上記センシングロジック部は、生物、例えば、人（人間）若しくは他の生き物、アニメーション化された人造デバイスのような何らかの他の非生物品又はこれらの全ての形態の物体２０４を感知するように構成されている。「物体」という用語は、限定的であるように意図されてはいない。検出動作に基づく一例が以下に説明されるが、他の能動型存在センシング技術の例は、本質的には、当業者にはよく知られている。

センシングロジック部１１４は、ポート１１０を介して照明システムの制御要素１１２のようなシステムの要素に接続され、この要素に感知された存在（又はそれがないこと）を示す出力信号を与える。要素１１２は、例えば、カバー領域が或る区域に対応するセンサ１０２により存在が検出されると、上記或る区域において照明をオンにし、存在が検出されないと、上記或る区域において照明をオフにするように、出力信号に依存して１つ以上の照明器具を制御する。実施形態では、各センサ１０２は、そのそれぞれのポート１１０を介して、センサ１０２からの出力信号に基づいて複数の照明器具を制御する共通の照明コントローラに接続されていてもよいし、又は、代替として、各センサ１０２は、そのそれぞれのポート１１０を介してそれぞれの個々の照明器具を制御するように接続されていてもよい。

照明が中央で制御されるか個々に制御されるかどうかに関わらず、照明器具はそれぞれのセンサ１０２に基づいて制御され、これは、何らかのセンシング機能の中央制御が必要とされることを必ずしも意味していない。実施形態では、タイミングロジック部は、例えば簡潔に説明されるように、代わりに１つ以上の他のセンサからパルスのインスタンスをリスニングすることによって、センサ間で又は中央コントローラから伝えられる専用のタイミング信号を伴うことなく動作する。例示的な実施形態では、中央コントローラが少なくともその目的のために含まれていない状態で、センシング機能がセンサ１０２間に全体に分配され得る。すなわち、各センサ１０２は、専ら受信器１０９により送信されたパルスの反射を入力として受信し、ポート１１０は、専ら感知した存在に関連する情報をシステムの他の面を制御する、例えば、照明を制御する制御要素に出力する。制御情報は、コントローラからセンサ１０２へ他の向きで伝える必要はない。しかしながら、他の実施形態では、センサ１０２は、センシング機能を調整するために中央コントローラに結合される。両方のタイプの技術の例が以下に説明される。

図３は、本発明の１つ以上の実施形態に係るセンサ１０２の動作を説明する模式的なタイミング図を与えている。

実施形態では、センサのそれぞれは、複数のフレームにわたって異なるそれぞれの時間スロットで送信することになっている。従って、送信時、送信器のそれぞれは、フレーム当たりそれぞれの時間スロットでパルスの１つ以上を送る。例えば、送信器１０８は、送信器の指向性によって規定される領域２０６中にわたって図３に示されているような波形を有する信号を送り出す。波形は、各フレームにおいてそれぞれのタイプスロットで送信されるフレーム当たり１つ以上のセンシングパルスを有している。図示されている例では、パルスは正弦波であり、２つのパルスがフレーム毎に各センサから送信される（が、矩形パルス又はフレーム毎にさまざまなパルスを用いる波形のような代替の波形も使用され得る）。対応する受信器側では、受信された信号が、存在に関連するセンシング情報に達するために処理される。

例えば、各存在センサ１０２は、以下のように機能する。送信器１０８は、２つの送信期間ＰＲＩ（パルス繰り返し周期）よりなる長さＴ_ｓｌｏｔの送信スロット内に長さＴのパルス状の正弦波を送り出す。対応する受信器１０９において、センシングロジック部１１４は、連続的な送信期間に対応するエコーを差し引くことによって差信号を得る。静的物体の場合、連続的な送信期間中のエコーは、ほぼ同一であり、差信号において打ち消される。一方、動いている物体は、連続的な送信期間中、対応するエコーの振幅及び位相差をもたらし、ゼロではない差成分を引き起こす。その後、センシングロジック部１１４内の電力検出器が、飛行時間及び従って上記領域を決定するために用いられ、上記受信器のアレイ素子にわたる位相差が到来方向（ＤＯＡ）ビーム成形器を用いて角度情報を得るために用いられる。パラメータＰＲＩは、センサが対象となる範囲内に存在する最も遠くの物体からのエコーを処理するように選択される。

上述したように、超音波センサのような能動型センサにわたる相互干渉は、屋内及び屋外のセンシングアプリケーションにおいて潜在的な問題であり、これはセンシング及び制御システムの適切な動作に影響を及ぼし得る。例えば、隣り合う区域が近隣のセンサからの架空送信に基づいて占有されると、センサは誤り警報をトリガして生成し、これは全体として照明制御システムを混乱させる。

超音波センシングシステムのような幾つかのシステムでは、国際特許出願公開ＷＯ２０１２／０２３０８７号公報に記載されているような周波数の割当ては、送信器の狭帯域の周波数応答範囲のために本質的には十分ではない。更に、時間スロット方式は、ユーザの存在を検出する際に受け入れられない待ち時間をもたらすので、本質的に存在検出アプリケーションに適していない。これらの欠点に対処することが以下の実施形態の目的である。

各超音波センサ１０２は、送信器の指向性により規定される領域にわたって図３に示されているような波形を送り出す送信器１０８を有している（矩形パルスのような他の波形も使用され得る）。対応する受信器１０９側では、存在関連するセンシング情報に達するために受け取った信号が処理される。

第１の実施形態によれば、周波数多重化及び時間多重化の両方をされた能動型送信プロトコルが与えられる。そのようなプロトコルを示すタイミング図が、互いのリスニング範囲内に存在する４つのセンサの場合に関して図３に示されている。（持続時間２×ＰＲＩの）第１のスロットでは、センサＳ１が周波数ｆ１で送信し、センサＳ２が周波数ｆ２で送信する。周波数ｆ２は、送信周波数ｆ１でのユーザの動きのためにドップラシフトにより引き起こされる周波数の範囲の外側であるように選択され、これは逆の場合も同様である。受け取られたエコーは、それぞれの中心周波数での適切なバンドパスフィルタリング後、個々の受信器１０９で処理される。この時間窓では、センサＳ３及びＳ４は休止状態にある。パラメータＰＲＩは、センサが対象となるカバー領域内に存在する最も遠くの物体からのエコーを処理し得るように選択される。よって、特定のセンサが、送信器から送られる送信バーストに対応するエコー信号が受信されなければならない時間窓を割当てられる。

従って、時間スロット及び周波数スロットは、互いに排他的である。すなわち、それらは、時間ドメイン及び周波数ドメインにおいてそれぞれ重なり合わない。

能動型の送信において時分割多重化及び周波数分割多重化の両方を用いることは、有利なことに、周波数分割多重化に必要とされる帯域幅と時分割多重化により生じる時間遅延との間のバランスを与える。このバランスにより、帯域幅及び時間遅延は、多くのアプリケーションにおいて超音波センサを動作させるのに適していると見なされる。

ここでは、リスニング範囲内の２つのセンサが同じ時間スロット及び周波数を割り当てられないような時間スロット及び周波数を割り当てる幾つかの方式が説明される。集中型及び分散型の両方の割当て方式が考えらえる。

集中型の割当て方式では、集中型コントローラ及びセンサに知られている固有の識別子が各センサに割り当てられる。各センサ１０２は、連続的に持続時間２×ＰＲＩにわたって送信する一方で、送信しない時は持続時間にわたってリスニングする。各センサ１０２は、リスニングすることができるセンサの識別子を集中コントローラに報告する。センサの報告に基づいて、集中コントローラは、グラフのノードがセンサの識別子で表されるセンサの接続性のグラフを作り上げ、２つのセンサが確実な送信を聞いたことを報告した場合に２つのセンサ間の頂点が作り出される。そのようなグラフに基づいて、既知のカラーリングアルゴリズムのいずれか１つを用いて時間スロット及び周波数の割当てが行われる。すなわち、上記グラフは、ノードがリスニング範囲内に存在する任意の他のノードと同じ時間スロット及び周波数スロットで送信することが許可されないように計算される。

幾つかの実施形態では、中央コントローラは、他のセンサ１０２に対してマスタとしての機能を果たすセンサ１０２の１つにおいて論理的に実現され、例えば、メモリに記憶され、センサ１０２の１つのプロセッサ１０４で実行されるコードで実現される。他の実施形態では、中央コントローラは専用の制御ユニット（図示せず）である。

分散型のケースでは、中央コントローラは存在せず、センサ１０２（すなわち、識別子）についての情報は他のセンサ１０２に知られていないと仮定される。また、種々のノード間に明示的な通信が割り当てられない。

初めに、各センサ１０２において受け取られた信号が、中心周波数ｆ１でバンドパスフィルタリングされる。各センサは、持続時間２×ＰＲＩの空いている時間スロットを探す（すなわち、センサ１０２はその時間能動的に送信している。）。当該窓の間にフィルタリングされる受信信号の電力が所定の閾値未満であると、持続時間２×ＰＲＩの時間スロットは空いていると考えられる。近隣のセンサ１０２の送信は、近隣のセンサがリスニング範囲に存在し、従って、高い受信電力が当該時間スロットにおいて隣接するセンサの能動型の送信を示す場合に受け取られることに注意されたい。更に、２つのセンサが同じ時間スロットに割り当てられることを防止するために、センサが空いている時間スロットを探す前にランダム遅延が実施される。

周波数ｆ１における全ての時間スロットが割り当てられると、残りの割り当てられていないセンサ１０２は、新しい周波数ｆ２に移動する。ここで、受け取られた信号は、中心周波数ｆ２でバンドパスフィルタリングされ、各センサは、周波数ｆ２において持続時間２×ＰＲＩの空いているの時間スロットを探し始める。この手順は、全てのセンサ１０２が割り当てられるまで又は利用可能な時間スロット及び周波数がもはや存在しなくなるまで繰り返される。

このプロトコルの結果は、各センサ１０２が、ほぼ２×Ｎ×ＰＲＩ毎に送信及び受信について時間窓を得ることであり、上記Ｎは割り当てられる時間スロットの数である。

第２の実施形態によれば、同期された同時能動送信についてのプロトコルが与えられる。複数のセンサ１０２からの送信は、時間及び周波数で同期がとられる。時間的同期を達成するために、中央コントローラ（図示せず）は、センサ１０２が反応する制御信号を送り出す。代替として、センサ１０２の１つがマスタの役割を担い、そのような制御信号を送る。そのような信号を受信すると、センサ１０２は送信を開始する。これは、同時送信における非同期のために不都合なクロストークの影響が制限されることを確実にする。しかしながら、動いているソースからのエコーは、依然として複数のセンサ１０２の受信信号に現れ、信頼性のある存在センシングのために処理されなければならない。

従って、各受信器１０９に動作的に連結される追加の受信処理ロジック部１１８が各センサ１０２に与えられる。この受信処理ロジック部は、それぞれのメモリ１０６記憶されるコードとして実現され、各プロセッサ１０４上で、ハードウェアロジック部内で又はこれらを組み合わせて実行されるようになっている。以下に例示されるように、センシングロジック部１１４に移動される前に望まれていない信号を除去するために、受信処理ロジック部１１８は、受け取った信号に追加の処理を適用するように構成されている。

以下の照明システムの制御戦略が用いられる使用事例を考える。センサ１０２が、当該センサによってカバーされる物理的区域２０６内における存在を決定すると、好適な照明レベル（例えば、５００ｌｕｘ）がその区域にわたって与えられなければならない。センサ１０２の受信処理ロジック部１１８に適用される種々のパラメータ（例えば、送信電力、指向性）は、センサのカバー領域を制限する。近隣のセンサのカバー領域２０６は、依然として重なっていてもよい。これらのカバー領域が与えられ、能動型の送信が複数の送信器１０８から生じると、或るセンサ１０２に達する受け取られるエコーは複数の送信器からである。これは、カバー領域に一人いる場合、センサには考えられるさまざまな到達時間を有するさまざまなエコーが存在し得ることを意味している。これは、今度は範囲の決定において曖昧さが存在することを意味する。

これを回避又は軽減するために、受信処理ロジック部１１８は、受け取ったエコー信号の電力を計算し、それを検出閾値と比較するように構成され得る。閾値を超える信号のみが、その後、センシングロジック部１１４によって処理される。このやり方では、センサ１０２は、それ自体のカバー領域２０６内の存在を決定することができる。

他の使用事例は、（センシングパルスの送信及び受信の両方を行う）単一の送信／受信ノード１０２及び複数の受信ノード１０２（それらのそれぞれが専らパルスを受信し、センシング用のパルスを送信しない。）を含んでいる。全てのノード１０２のクロック１０７が同期をとられ、ノード１０２はＰＲＩ及び第１のパルスが送信される時刻（time instant）の知識を持っていると仮定される。従って、それらは、各送信サイクルが終了するとすぐにリスンモードに自動的に切り替えられ得る。送信器の範囲は、送信器が存在が検出される必要がある領域２０６をカバーするような範囲である。この設定の場合、各受信器１０９、１１４、１１８は、動いているターゲットの処理を利用して存在及び範囲の情報を得るために信号を処理する。論じられたように、動いているターゲットの処理では、２つの送信期間に対応する受け取られるエコー信号の差信号が計算される。信号電力が、この差信号の種々の時間窓にわたって計算される。信号電力が（例えばノイズ電力に依存する）検出閾値を超えている場合、動いているソースはその時間窓に存在することを宣言される。その後、対応する飛行時間が計算され、次に、動いているソースの範囲が計算される。そのような装置は、また、より進んだ信号処理、例えば、到来方向（ＤｏＡ）推定及び目標追跡を可能にする受信器のアレイを各ノード１０２に含んでいてもよい。分散型の受信ノードのセットを持つことは、単一の受信ノードの場合よりも大きい分解能を持つ存在情報を与える。単一の送信ノードを有することは、受け取られるエコーのソースに関して曖昧さを除去するという利点を有している。

例として図４を参照すると、単一の送信器、分散型の受信器の構成を含む異なる使用事例が、単一の送信器が領域全体に広がるのに十分な電力を有していない大空間を取り扱っている。上記空間は、非重複区域に分割されている。各区域は、先の使用事例において説明されたように、単一の送信ノード１０２ｔｘ／ｒｘ及び複数の分散型の受信ノード１０２ｒｘを含んでいる。上記区域は、特定の送信器１０８からの信号が当該ゾーンの外部にリスニングされないように設計される。これらの領域は任意の送信器１０８の範囲外であるので、そのような設計の結果は、存在が検出され得ない空間内の「ホール」４０２の存在である。入念な設計では、これは必ずしも不都合である必要はない。例えば大きいオープンオフィス空間では、上記区域は、常に明るくされ、従って、存在センシングを必要としないオフィスの種々の部分の間の通路にホールが生じるように設計される。この場合、或る区域内のノード１０２のみが時間的に同期される必要があることに注意されたい。

第３の実施形態が、図５に示されている。この実施形態によれば、受信処理ロジック部１１８は、当該ノード１０２の受信要素のアレイを用いて走査角の範囲及びそれぞれのセンサ１０２の範囲を限定するように構成される。この実施形態では、センサ１０２の受信器１０９は、単一（又は複数）の送信器１０８及び受信要素のアレイ（構成要素である受信器）より成っている。上記受信要素のアレイは、受信処理ロジック部１１８が、種々の受信要素におけるエコーの位相情報を用いて入力信号のＤｏＡを推定することを可能にする。範囲の推定を伴うこの情報を用いると、推定された場所が対象となるカバー領域内に存在するかどうかを決定するためにエコーのソースの位置が特定される。更に、走査角及びセンサの範囲が対象となる領域をカバーするように制限される。これは、（センサの向きの軸に対する）ビーム角ΔΦ及び範囲窓ΔＤ内で受信されるそれらのエコーを処理し、他の全てを廃棄することにより達成される。

ビーム角ΔΦ及び範囲窓ΔＤは、それぞれ、最大走査角度及びセンサ１０２の範囲の一部に対応することに注意されたい。この方法は、ソフトウェアを介してセンサ１０２のカバー領域を更に限定するため及び従って能動型センサ１０のネットワークにおける干渉を制限するために先の実施形態と組み合わされ得る。

第４の実施形態によれば、受信器１０９側で受信処理ロジック部１１８により事前に知られているコードを用いる固有符号化送信信号が使用される。よって、受信器１０９において予想されるコードとは異なるコードに対応する受信信号成分は、センシングロジック部１１４による更なる処理の前に除去され得る。

受信処理ロジック部１１８において適用されるそのような手法は、他の望ましくない信号成分、例えば、他の送信センサ１０２以外のソースからの干渉を廃棄することに拡張され、同じ又は部分的に重なる周波数範囲において放射を作り出す。

第５の実施形態によれば、タイミングロジック部１１６は、センサに共通の振動電源の存在を利用することにより他のセンサ１０２に対してそれ自身のパルスの送信を同期させるように構成される。

各センサ１０２のクロック１０７は、同じ公称クロック周波数で振動する点でほぼ同じであるが、各クロック１０７が典型的には、例えば、年齢、温度及び／又は製造の拡大のために、その周波数において異なる各クロック誤差を有することは理解されるであろう。これは、種々のセンサ１０２からのパルスの送信を記録する（clock）ために用いられる際、これらの送信の相対的なタイミングが異なる点で相違を引き起こす。

幾つかの実施形態では、種々のセンサ１０２は、中央コントローラ若しくはコントローラとして機能するセンサ１０２のうちのマスタセンサにより同期又は記録されるか、他の場所から共通のタイミング基準を得るか、又は、単に十分な精度を有するクロックを与えられる（例えば、専ら長期間にわたって他に移動し、従って時々互いに再較正され得る。）。

しかしながら、他の実施形態では、各センサ１０２のタイミングロジック部１１６は、種々のセンサ１０２のクロック１０７間のタイミング差を補償するために、それぞれのセンサ１０２のＡＣ電源に対してそれぞれのクロック１０７を同期させるように構成される。上記同期は、更に、それぞれのセンサ１０２からパルスを送信するための時間スロットの選択及び時間差を補正される同期クロック１０７に基づく選択される時間スロットに関する送信の時間測定を有している。従って、上記デバイスは、例えば、ＡＣ電源のローカルゼロ交差に局所的に同期させることにより互いに通信することなく全体的な動機を維持する。これは、スロットが既に事前に割り当てられ、各センサが他のセンサは送信をいつ開始するのかを知っている場合に適用され、その場合、同期は、この電力線の解決策により維持される。

上記実施形態が単に例として説明されたことは、理解されるであろう。

例えば、上記は、照明システムに用いる場合を、例えば、さまざまな屋内及び／又は屋外照明における能動型の存在センシングシステムに関して説明したが、本発明は照明システムに限定されるものではなく、他の建物制御アプリケーションのような他の分野におけるアプリケーションを見出すことができる。更に、本発明は、超音波センシングに限定されるものではなく、他の選択肢は、無線周波数、マイクロ波又は他の形態の放射に基づく能動型のセンシングを含んでいる。更に、本発明は、存在を感知するいかなる特定のアルゴリズムにも又は動きのような存在のいかなる特定の観点の感知にも限定されない。本発明は、１つのセンサから１つ以上の他のセンサに対するパルスの送信を制御するように、センサ間に生じる任意の干渉又は他の望ましくない作用を軽減するかどうか又はそれらの同期の取られた動作により達成され得る任意の所望の作用を得るかどうかを設計可能である任意のシナリオに適用され得る。値が閾値を超えている又は閾値以外であると言われる場合、これは、閾値よりも大きい又は閾値以上であることに基づく状態のことを指し、両者ともに、値が閾値又は限度に対して高いことを決定するやり方である。同等に、値が閾値を超えていない又は閾値の範囲内であると言われる場合、これは、閾値よりも小さい又は閾値以下であることに基づく状態のことを指し、両者ともに、値が閾値又は限度に対して低いことを決定するやり方である。

更に、上記は、或る特徴の組み合わせを有する幾つかの特定の実施形態に関して例示されたが、本明細書において説明された実施形態のいずれかの特徴のいずれかが、任意の他の実施形態の特徴の任意の他のものと共に用いられ得る。

開示された実施形態に対する変形形態が、図面、この開示及び添付の特許請求の範囲から請求項に係る発明を実行する際に当業者により理解され、もたらされ得る。特許請求の範囲において、「有する」という用語は、他の構成要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は複数を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に列挙されている幾つかのアイテムの機能を満たし得る。或る方策が互いに異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの方策の組み合わせが有利に用いられないことを示してはいない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアとともに又は他のハードウェアの一部として与えられる光記憶媒体又はソリッドステート媒体のような適切な媒体に記憶／配布され得るが、インターネット又は他の有線若しくは無線通信システムを介してのような他の形態でも配信され得る。特許請求の範囲おけるいかなる参照符号もが、範囲を限定するように解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. それぞれが、センシングのためにパルスを送信する各送信器及び前記パルスのエコーのインスタンスを受信する各受信器を有するセンサのシステムの１つに用いる装置であって、
   前記各送信器からの前記各受信器により受信された戻りのエコーのパルスに依存して生き物又は物体を感知するセンシングロジック部と、
   前記各送信器から送信されるパルスのタイミングを制御するタイミングロジック部と
   を有し、
   複数の前記センサのそれぞれは、複数のフレームにわたって複数のリソーススロットの異なる各リソーススロットでパルスを送信し、送信時、前記送信器のそれぞれがフレーム当たりそれぞれのリソーススロットで複数の前記パルスを所定の繰り返し周期で送信し、前記複数のリソーススロットは、複数の時間スロットと前記時間スロットの少なくとも１つに関して複数の周波数スロットとを有しており、前記所定の繰り返し周期は、前記センサが対象となる範囲内に存在する最も遠くの物体からのエコーを処理するように選択され、
   前記タイミングロジック部は、前記センサの前記１つについて前記リソーススロットの１つを選択し、選択された前記リソーススロットの前記時間及び周波数スロットでパルスを送信するように前記各送信器を動作させる、
   当該装置。
2. 前記複数のリソーススロットが、前記複数の時間スロットと前記時間スロットの幾つか又はそれぞれに関して複数の周波数スロットとを有する、請求項１記載の装置。
3. 前記タイミングロジック部が、前記複数のセンサの任意の他のものにより使用されていない前記センサの前記１つについて前記リソーススロットの１つを選択する、請求項１又は２記載の装置。
4. 前記複数のセンサが前記センサのシステムのサブセットであり、前記サブセットが前記センサの前記１つの前記各受信器のリスニング範囲内のものである、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の装置。
   前記複数のセンサの少なくとも１つと他の少なくとも１つは、前記各受信器のリスニング範囲が部分的に重なっている、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記タイミングロジック部がコントローラからの制御信号を受け取り、前記制御信号は前記センサの前記１つについて前記選択されたリソーススロットを特定する、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記タイミングロジック部が、前記複数のセンサのどれが前記各受信器のリスニング範囲内に存在するかを検出して、検出されたセンサを前記コントローラに報告し、前記コントローラは、前記複数のセンサから複数の各報告を受け取り、リスニング範囲内の２つのセンサが前記リソーススロットの同じものを使用しないように前記報告に基づいて前記リソーススロットをセンサに割り当てる、請求項５記載の装置。
7. 前記センサの１つが前記コントローラとしての機能を果たす、請求項５又は６記載の装置。
8. 前記タイミングロジック部が前記リソーススロットを選択する分散型の割当て方式に従って動作し、前記タイミングロジック部が、
   前記各送信器からのパルスの送信の前に少なくとも１つのフレームの初めの期間に前記センサのうちの他のものから前記パルスのインスタンスをリスニングするために前記各受信器を使用することと、
   前記リスニングに基づいて、前記他のセンサの１つにより既に用いられていない前記リソーススロットの１つを選択することと、
   前記各送信器から前記パルスを送信するためにその後のフレームにおいて選択された前記リソーススロットを使用することと
   により前記センサの前記１つについて前記リソーススロットを選択する、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の装置。
9. １つ以上の前記他のセンサから前記パルスのインスタンスの前記リスニングを行うことにより、前記タイミングロジック部がセンサ間で又は中央コントローラから通信される専用の制御信号を伴うことなく動作する、請求項８記載の装置。
10. （ａ）閾値と比較して低い信号電力を有すること及び／又は（ｂ）向きの範囲外になる到来方向で受信されることの一方又は両方に基づいて、前記センサの１つの以上の他のものから受け取られると推定される前記パルスのインスタンスを前記センシングから排除する受信処理ロジック部を有する、請求項１ないし９のいずれか一項に記載の装置。
11. 請求項１ないし１０のいずれか一項に記載の装置と、各送信器及び受信器とを有する、センサ。
12. 前記複数のセンサのそれぞれが超音波センサを有し、各それぞれの送信器が前記センシングを行う超音波パルスの形態の前記パルスを送信する１つ以上の超音波送信器を有し、前記各受信器が前記超音波パルスを受信する１つ以上の超音波受信器を有する、請求項１１記載のセンサ。
13. 前記センサのそれぞれが請求項１１又は１２に記載された複数のセンサを有する、システム。
14. それぞれが請求項６若しくは７又はこれらに従属する請求項８乃至１０の何れか一項に記載の装置のインスタンスを有する複数の前記センサを有するシステムであって、前記コントローラを有する、当該システム。
15. それぞれが、センシングのためにパルスを送信する各送信器及び前記パルスのエコーのインスタンスを受信する各受信器を有する複数のセンサの１つを動作させるコンピュータプログラムであって、コンピュータ可読記憶媒体で具現化されるコードを有し、前記センサの前記１つの処理装置で実行される際に、
    前記各送信器からの前記各受信器により受信された戻りの前記エコーのパルスに依存して生き物又は物体を感知する動作と、
    前記各送信器から送信される前記パルスのタイミングを制御する動作と
    を行い、
    複数の前記センサのそれぞれは、複数のフレームにわたって複数のリソーススロットの異なる各リソーススロットでパルスを送信し、送信時、前記送信器のそれぞれがフレーム当たりそれぞれのリソーススロットで複数の前記パルスを所定の繰り返し周期で送信し、前記複数のリソーススロットは、複数の時間スロットと前記時間スロットの少なくとも１つに関して複数の周波数スロットとを有しており、前記所定の繰り返し周期は、前記センサが対象となる範囲内に存在する最も遠くの物体からのエコーを処理するように選択され、
    前記制御は、前記センサの前記１つについて前記リソーススロットの１つを選択すること及び選択された前記リソーススロットの前記時間及び周波数スロットでパルスを送信するように前記各送信器を動作させることを有する、
    当該コンピュータプログラム。
    

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