JP7331085B2 - マイクロ波センサデバイス、センシング方法、及びセンサデバイスを用いた照明システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば存在及びムーブメント(movement)検出のための、マイクロ波センサデバイスに関する。このような検出は、照明システムの照明器具等、他のデバイスを制御するために使用されてもよい。

照明業界では、機能が照明デバイス間の通信に基づいて実施され得るようにＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇｓ）によって照明デバイスが相互に接続される傾向にある。スマート照明システムの重要な要素の一つは、センサ統合(sensor integration)である。

モーション（したがって存在）検出のための赤外線ＰＩＲセンサを有する照明デバイスがよく知られている。大きく人気を集めてきている代替例は、マイクロ波センサの使用である。このタイプのセンサはより感度が高く、また照明デバイスのレンズを通して機能することができるため、照明デバイスへのセンサのよりコンパクトな統合を可能にする。

スタンドアロンデバイスのためであっても、センサ統合には有利な点がある。例えば、占有センサを有するスタンドアロンデバイスは、必要に応じて電力を節約するために人気がある。しかしながら、スマート照明デバイスのコネクテッドシステム(connected system)は、ハイエンドの制御機能のためのオプションを提供する。

例えば、シンプルなスマート道路照明システムは、照明デバイス間の基本的なインタラクション(basic interaction)を必要とする。照明デバイスのうちの１つが（自動車及び歩行者等の）対象物体のアクティビティを検出する場合、該照明デバイスは、対象物体のさらに前方の視界を実現するために、先にある複数の他のデバイスと通信する必要がある。典型的には、追加のＲＦ通信システムが、この基本的な通信機能を実現するために必要とされる。これは、システムのコスト及び複雑さを増加させる。

デバイス間の通信を実現するために存在検出器を再利用(reuse)することが提案されている。一例が、ＷＯ２０１４／０３３６１８Ａ１に開示されており、存在検出器が照明デバイスと統合されている。存在検出器は、アクティビティ検出のために第１の信号周波数を使用し、通信用の信号のためにその周波数に関する第２の掃引周波数を使用する。しかしながら、存在検出器は、アクティビティ検出のための監視ユニットと、通信受信のための監視ユニットとの、２つの監視ユニットを必要とする。斯くして、このソリューションは、必要とされるハードウェアの簡略化を提供するが、よりシンプルな実装の必要性が依然としてある。

本発明は、特許請求の範囲によって規定される。

本発明のコンセプトは、アクティビティ（例えば、モーション又は存在）検出のためのマイクロ波送信及び受信ハードウェアを信号通信（送信及び／又は受信）のためにも使用することである。これは、第１のセンサデバイスから第２のセンサデバイスに、当該第２のセンサデバイスにおけるアクティビティ検出信号を模倣する通信信号を提供することによって達成される。斯くして、第２のセンサデバイスはほとんどそのままであり、既存のデバイスが再利用されることができる。

本発明の第１の態様による一連の例によれば、アクティビティを検出するための及び第２のマイクロ波センサデバイスに通信信号を送るための第１のマイクロ波センサデバイスであって、当該第１のマイクロ波センサデバイスは、
マイクロ波送信信号を送信するための及びマイクロ波送信信号の反射であるマイクロ波受信信号を受信するためのマイクロ波トランシーバと、
マイクロ波送信信号及びマイクロ波受信信号を処理することにより、マイクロ波送信信号とマイクロ波受信信号との第１の特性差(characteristic difference)に基づいてアクティビティを検出するための検出器と、
第２のマイクロ波センサデバイスにおける検出のための通信信号を送信するためにマイクロ波トランシーバを制御するための制御ユニットと、
を含み、前記通信信号（Ｔ１ｂ）は、第２のマイクロ波センサデバイスのマイクロ波送信信号の特性に対して第２の特性差を有し、第２の特性差は、通信を認識するように第２のマイクロ波センサデバイスによって検出されるように適合(adapt)される、第１のマイクロ波センサデバイスが提供される。

このセンサデバイスは、モーション等のアクティビティを検出し、また、同じトランシーバを使用して通信信号を生成する。とりわけ、通信信号は、第２のセンサデバイスにおけるモーション検出の場合と同様に該第２のセンサデバイスによって検出されるように設計される。第２の特性は、例えば、（第１のセンサデバイス及び第２のセンサデバイスは、好ましくは、互いに対して位置的に固定されているが）人工的なアクティビティ信号を識別するものと考えられてもよい。この人工的なアクティビティ信号は、第２のセンサデバイスの送信信号に対して特性差を有する。例えば人工的なアクティビティ信号は、第２のセンサのマイクロ波送信信号に対して周波数シフトを有する。これは、第２のセンサデバイスにおける通信信号の受信も、同じトランシーバで行われることを意味する。なぜなら、これは、特性差が第２のセンサデバイスによって本質的に識別可能であるので、アクティビティ信号と同様に検出されるからである。斯くして、通信（送信及び受信）を実現するために必要とされる全体のハードウェアが簡素化される。

制御ユニットは、アクティビティとしてのムーブメント(movement)の検出に応答してマイクロ波通信信号を送信するように構成されてもよく、前記通信信号は、移動物体(moving body)によって引き起こされる第２のマイクロ波センサデバイスのマイクロ波送信信号の特性の特性変動(characteristic variation)に等しい第２の特性差を有することによって、移動物体によって反射される第２のマイクロ波センサデバイスのマイクロ波送信信号を模倣するように適合されてもよい。

通信信号は、例えば、接近する移動物体の存在を隣接するセンサユニットに警告するために使用され、ゆえに、移動物体が接近するエリアに照明を供する等、アクションが事前に起こされてもよい。この模倣の利点は、第１のマイクロ波センサがすでに移動物体を模倣しているので、第２のマイクロ波センサが第１のマイクロ波センサと通信できるようにするための適応が、あったとしても最小限で済むことである。

代替的に、第２の特性差は、移動物体によって引き起こされる第２のマイクロ波センサデバイスのマイクロ波送信信号の特性の特性変動の範囲外である。この実施形態は、第２のマイクロ波センサデバイスにおける移動物体の本来のセンシング機能が干渉されないという利点を有する。

第１の特性差及び第２の特性差は各々、周波数差を含んでもよく、制御ユニットは、第２のマイクロ波センサデバイスのマイクロ波送信信号の周波数に対して周波数差を有する周波数を有する通信信号を送信するように構成されてもよく、第２の周波数差は、ドップラー効果に起因して移動物体によって引き起こされる第２のマイクロ波センサデバイスのマイクロ波送信信号の周波数の周波数変動に等しくてもよい。周波数差は、一般的なドップラー効果に基づく検出の１つのパラメータであるため、第２のセンサデバイスから周波数差を有する通信信号を提供することにより、第２のセンサデバイスは、この周波数差を検出し、これはドップラー効果に基づくモーションであると判断することができる。

物体の存在の検出等、他のアクティビティも適用可能であり得ることに留意されたい。例えば、受信信号強度表示（ＲＳＳＩ：received signal strength indication）ベースの検出において、信号強度の変動が新しい物体の存在を検出するために使用される。本発明の別の実施形態における第１のセンサデバイスは、新しい物体の存在を模倣するために、変化した信号強度を提供することができる。

さらに、位相シフトが第２のセンサデバイスにおける検出のために使用される場合、信号の位相シフトが模倣されることもできる。特性差のさらに他の実施形態もある。

また、第１の特性差及び第２の特性差は、同じタイプのものであってもよく、例えば、両方とも周波数差であってもよい。又は、特性差は異なってもよい。例えば、第１の特性差は周波数差であり、第２の特性差は位相差であってもよい。これらが同じ特性タイプの差である場合、差の値／振幅も同じであってもよく又は異なってもよい。

周波数差の例では、制御ユニットは、固定周波数差を有する又は動的なパターンの周波数差を有する通信信号を送信するように構成されてもよい。固定周波数差は、第２のセンサデバイスにとって検出するのが簡単である。動的なパターンは、より多くの情報、ましてはデジタル通信信号さえも埋め込むことができるため、ロバストで効率的である。

制御ユニットは、例えば、アクティビティの検出のために第１の期間に第１の周波数特性を有するマイクロ波送信信号を送信する、及び、第２の期間に（例えば、動的な周波数に基づく）第２の特性を有する通信信号を送信するように構成される。

斯くして、センサデバイスは時分割で動作し、一方の時には静的なマイクロ波送信信号を使ってアクティビティを検出し、他方の時にはマイクロ波送信信号を使用して通信する。より高度な実施形態では、トランシーバは、送信信号及び通信信号を同時に送ることもでき得ることに留意されたい。

センサデバイスはさらに、第３のマイクロ波センサデバイスから通信信号を受信してもよく、検出器は、第３のマイクロ波センサデバイスからの通信信号及び第１のセンサデバイスのマイクロ波送信信号を処理することにより、第１のマイクロ波センサのマイクロ波送信信号と第３のマイクロ波センサデバイスからの通信信号との第３の特性差に基づいてアクティビティを決定するように構成されてもよい。

斯くして、第１のセンサデバイスは、実際の物体の実際のムーブメントに加え、第３のセンサデバイスからの通信信号によってトリガされることができる。上述したように、通信信号が特定のアクティビティ（例えば、ムーブメント）プロファイルの特性を有するので、受信は同じトランシーバを使用する。

マイクロ波受信信号は、アクティビティ検出の場合、マイクロ波送信信号の反射バージョン(reflected version)であり、通信を受信する場合、他のセンサデバイスからのマイクロ波通信信号である。

本発明の第２の態様による一連の例によれば、アクティビティを検出するための及び第１のマイクロ波センサデバイスから通信信号を受信するための第２のマイクロ波センサデバイスであって、当該第２のマイクロ波センサデバイスは、
マイクロ波送信信号を送信するための及びマイクロ波送信信号の反射であるマイクロ波受信信号を受信するためのマイクロ波トランシーバと、
マイクロ波送信信号及びマイクロ波受信信号を処理して、マイクロ波送信信号とマイクロ波受信信号との第１の特性差に基づいてアクティビティを検出するための検出器と、
を含み、
前記マイクロ波トランシーバはさらに、第１のマイクロ波センサデバイスから通信信号を受信し、検出器は、当該第２のマイクロ波センサデバイスのマイクロ波送信信号と第１のマイクロ波センサデバイスの通信信号との第２の特性差に基づいてアクティビティを判断するように構成される、第２のマイクロ波センサデバイスが提供される。

上述したように、第２の特性差は、第１の特性差と同じ又は異なる。

これは、上記で定義されたセンサデバイス（すなわち、通信信号を生成するセンサデバイス）から通信信号を受信する能力を持つセンサデバイスを定義する。マイクロ波送信信号と通信信号との特性差は、アクティビティ検出反射に対応する。

マイクロ波送信信号と通信信号との周波数差は、移動物体によって引き起こされる当該第２のマイクロ波センサデバイスのマイクロ波送信信号の周波数の周波数変動に等しくてもよい。通信は、通信信号が、第２のセンサデバイスの反射された送信信号を模倣することによりアクティビティ（例えば、モーション）を模倣するので、アクティビティ検出の場合と同じアプローチを使用してアクティビティを判断することによって解釈される。斯くして、特定の特性を有する受信される通信信号は、アクティビティの検出を示す。

代替的に、当該周波数差は、移動物体によって引き起こされる当該第２のマイクロ波センサデバイスのマイクロ波送信信号の周波数の周波数変動の範囲外である。この実施形態では、通信は、第２のマイクロ波センサデバイスにおける移動物体の本来のセンシングを妨げない。

両態様において、第１の特性差及び第２の特性差は、周波数差を含み、検出器は、マイクロ波送信信号及びマイクロ波受信信号から周波数差を、及びマイクロ波送信信号及び通信信号から周波数差を検出するように構成される。

周波数差は、通常、マイクロ波／レーダーセンサ等、ドップラー効果に基づくモーション検出に用いられる。

単純なミキサが、第１の特性及び第２の特性に対応する、信号特性を導出するためにホモダインミキシング(homodyne mixing)を実施するために使用されてもよい。

第２の特性差は、固定周波数差又は動的なパターンの周波数差である。固定周波数差は、検出が簡単である。

動的なパターンは、例えば、マイクロ波送信信号の静的な周波数とクロスする(cross)マイクロ波受信信号の周波数掃引であってもよい。

周波数掃引は、周波数差成分に識別可能な固有のパターンを作り出す。さらに、センサの静的位置に起因して、マイクロ波受信信号は、一定の振幅を有し得、これは、さらに実際の移動物体により反射される信号にわたり区別をつける。第１のセンサは、一例では、一定の周波数シフトを模倣してもよく、第２の例では、不自然な周波数シフトを模倣してもよい。第１のケースでは、従来の第２のセンサが使用されることができ、第２のケースでは、第２のセンサは、不自然なシフトを検出するように構成される。

動的なパターンの周波数差が用いられる場合、動的なパターンの周波数差は、第１の通信シンボル値を表す経時的に増加する周波数掃引及び第２の通信シンボル値を表す経時的に減少する周波数掃引を含んでもよい。

このようにして、通信信号は、ビット／シンボルのワードとして形成されてもよく、各ビット／シンボルは、周波数掃引の方向に応じた値をとってもよい。斯くして、情報は、データストリームとして通信信号にエンコードされてもよい。

検出器は、例えば、直交Ｉ及びＱ中間周波数信号を生成する。２つの直交成分の使用は、正及び負の周波数掃引が互いに区別されることを可能にする。

（第２のセンサデバイスの）マイクロ波トランシーバは、第１のマイクロ波センサデバイスからの通信信号を拡散するために次のマイクロ波センサデバイスにさらなる通信信号を送信するように構成されてもよく、前記さらなる通信信号は、さらなる通信信号と次のマイクロ波センサデバイスのマイクロ波送信信号との第３の特性差を形成するために、次のマイクロ波センサデバイスにおける検出のためのものであってもよい。

このようにして、通信信号は、一連のセンサデバイスのチェーンに沿って伝搬される。好ましくは、通信信号は、ある拡散距離(distance of spreading)に達するまで伝搬される。これは、有限距離のアクティビティ／モーショントリガを提供する。

本発明はまた、
ランプと、
上述した第１のセンサデバイスと、
を含む、第１の照明器具であって、
当該照明器具は、１つ以上の隣接する照明器具に通信信号を送るように構成され、通信信号は、当該照明器具におけるアクティビティ検出情報に関する、第１の照明器具を提供する。

この照明器具は、ローカルのアクティビティ(local activity)を検出する場合、他の照明器具に情報を送ることができる。このようにして、一連の照明器具が、異なる照明エリアを移動していく物体に応じて自動的に制御されてもよい。

本発明はまた、
ランプと、
上述した第２のセンサデバイスと、
を含む、第２の照明器具であって、
当該照明器具は、１つ以上の隣接する照明器具から通信信号を受信するように構成され、通信信号は、隣接する照明器具におけるアクティビティ検出情報に関する、第２の照明器具を提供する。

本発明はまた、
少なくとも上述した第１の照明器具と少なくとも上述した第２の照明器具とを含む、複数の照明器具、
を含む、照明システムであって、
第２の照明器具は、隣接する第１の照明器具から通信信号を受信するように構成され、通信信号は、アクティビティ検出情報に関する、照明システムを提供する。

これは、通信可能な照明器具のネットワークを定義する。

本発明の第１の態様はまた、第１のマイクロ波センサデバイスにおいてアクティビティを検出する及び第２のマイクロ波センサデバイスに通信信号を送る方法であって、
マイクロ波送信信号を送信すること及びマイクロ波受信信号を受信することと、
第１のマイクロ波センサデバイスにおけるアクティビティ検出のために、マイクロ波送信信号及びマイクロ波受信信号を処理し、マイクロ波送信信号とマイクロ波受信信号との第１の特性差に基づいてアクティビティを検出することと、
第２のマイクロ波センサデバイスと通信するために、第２のマイクロ波センサデバイスにおける検出のための通信信号を送信するためにマイクロ波トランシーバを制御することであって、前記通信信号は、第２のマイクロ波センサデバイスのマイクロ波送信信号の特性に対して第２の特性差を有し、前記第２の特性差は、通信を認識するように第２のマイクロ波センサデバイスによって検出されるように適合される、ことと、
を含む、方法を提供する。

方法はさらに、第３のマイクロ波センサデバイスから通信信号を受信することを含んでもよく、検出器が、第３のマイクロ波センサデバイスからの通信信号及び第１のセンサデバイスのマイクロ波送信信号を処理することにより、マイクロ波送信信号と第３のマイクロ波センサデバイスからの通信信号との第３の特性差に基づいてアクティビティを決定するように構成されてもよい。

本発明の第２の態様はまた、第２のマイクロ波センサデバイスにおいてアクティビティを検出する及び第１のマイクロ波センサデバイスから通信を受信する方法であって、
第２のマイクロ波センサデバイスにおいて、マイクロ波送信信号を送信すること及びマイクロ波送信信号の反射であるマイクロ波受信信号を受信することと、
第２のマイクロ波センサデバイスにおけるアクティビティ検出のために、マイクロ波送信信号及びマイクロ波受信信号を処理することにより、マイクロ波送信信号とマイクロ波受信信号との第１の特性差に基づいてアクティビティを検出することと、
第１のマイクロ波センサデバイスから通信を受信するために、マイクロ波送信信号と受信した通信信号との第２の特性差に基づいて通信を決定することと、
含む、方法を提供する。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に述べられる実施形態を参照して明らかになり、解明されるであろう。

本発明のより良好な理解のために、及び、どのようにして本発明が実施され得るかをより明らかに示すために、例としてのみ、添付の図面が参照される。
例として道路照明システムの一部として使用される、本発明のシステムの基本的な動作原理を示す。 マイクロ波センサデバイスの構成要素の一例を示す。 どのように通信信号が送られ得る及び受信され得るかを説明するための時分割アプローチの単純な例を示す。 アクティビティ検出のためのマイクロ波送信信号及び通信信号の一例を示す。 センサデバイスのいくつかのさらなる細部を示す。 一定の周波数差についての２つの直交中間周波数（すなわち、差周波数）信号を示す。 通信信号についての正の周波数掃引を示す。 通信信号についての負の周波数掃引を示す。 照明制御方法を示す。 ドップラー効果の及び通信についての周波数差を示す。

本発明が、図を参照して述べられる。

詳細な説明及び特定の例示は、装置、システム及び方法の例示的な実施形態を示すものであるが、説明のみを目的としたものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではないことが理解されるべきである。本発明の装置、システム及び方法のこれら及び他の特徴、態様及び有利な点は、以下の説明、添付の特許請求の範囲、及び添付の図面からよりよく理解されることになるであろう。図面は単に概略的なものであり、縮尺通りに描かれていないことを理解されたい。同じ参照番号は、図面全体にわたって同じ又は類似の部分を示すために用いられることも理解されたい。

本発明は、アクティビティを検出するための並びに第２のマイクロ波センサデバイスに通信信号を送る及び／又は第２のマイクロ波センサデバイスから通信信号を受信するためのマイクロ波センサデバイスを提供する。マイクロ波トランシーバが、マイクロ波送信信号を送信するため及びマイクロ波受信信号を受信するために使用される。モーション検出等のアクティビティ検出のために、マイクロ波受信信号は、マイクロ波送信信号の反射バージョンであり、信号が、第１の信号特性差を識別するために処理される。通信のために、通信信号は、別のセンサデバイスにおける検出のためのものである。通信信号及び別のセンサデバイスのマイクロ波送信信号は、第２の特性差を識別するために別のセンサデバイスにおいて処理される。このセンサデバイスは、モーション等のアクティビティを検出し、また、同じトランシーバを使用して通信信号を送信及び／又は受信する。とりわけ、通信信号は、アクティビティ（例えば、モーション）検出の場合と同様にリモートセンサデバイスによって検出されるように設計される。

上述したように、同じ原理はより一般的に存在検出又は物体検出に当てはまるが、本発明が、具体的にモーション検出を参照して述べられる。

マイクロ波センサの基本的な動作原理は、ドップラー周波数シフトを測定することである。マイクロ波発生器によって送信された波面は、動いているターゲットに当たる。このターゲットの動きの方向に依存して、波面は圧縮又は拡大され、その結果、周波数がシフトする。周波数がシフトされ反射された、信号は、比較的簡単なホモダインミキサにおいて元の変化のないマイクロ波送信信号から減算され、正弦波の中間周波数（ＩＦ）をもたらす。これは、従来のセンサデバイスでよく知られている。

センサデバイスが互いに近接している場合（例えば、モーションセンシング機能が組み込まれている隣接する照明ユニットの場合等）、あるデバイスによって送られるマイクロ波信号は、隣接するデバイスによって受信される可能性がある。マイクロ波センサの送信信号は、例えば、数十メートルの伝搬距離を有する。

モーション検出機能を損う可能性があるので、既知のシステムは、この干渉を防止しようとしている。例えば、システム内で、センサが、互いに十分に離れている、又はマイクロ波の送信が（例えば壁により）ブロックされる異なるエリアにあるようになされてもよい。代替的に、隣接するマイクロ波センサは、異なるトランシーバ周波数を備えてもよい。

本発明は、センサデバイス間のこの干渉を利用することに基づく。２つのマイクロ波センサデバイスが十分に近い周波数（例えばｋＨｚ以内）を有する場合、第２のセンサは、第１のセンサからの信号を受信し、処理のために中間周波数信号（ＩＦ）を増幅するであろう。第２のセンサの送信信号の反射信号に類似するように第１のセンサからの信号を設定することにより、第２のセンサも周波数シフトを検出し、この信号を反射している移動物体があると判断し、斯くして、モーションが感知されたと見なされるであろう。

図１は、例として道路照明システムの一部として使用される、本発明のシステムの基本動作原理を示す。屋内照明等の他のアプリケーションも可能であることに留意されたい。

道路照明システム１０は、一連の照明器具を含み、そのうち２つの照明器具２０及び３０が示されている。

第１の照明器具２０は、モーションを検出するための及び第２の照明器具３０における第２のマイクロ波センサデバイス３２に通信信号を送るための第１のマイクロ波センサデバイス２２を有する。

マイクロ波センサデバイス２２は、マイクロ波送信信号Ｔ１ａを送信し、例えば移動しているトラック４０からのマイクロ波送信信号Ｔ１ａの反射であるマイクロ波受信信号Ｒ１を受信する。ムーブメント(movement)が、マイクロ波送信信号Ｔ１ａとマイクロ波受信信号Ｒ１との第１の特性差に基づいて検出される。好ましくは、第１の特性差は、２つのマイクロ波信号間の周波数差／シフトである。これは、従来のよく知られているドップラー効果に基づくモーション検出に適している。よく知られているドップラー検出は、さらに述べられない。

移動物体の検出の際、センサデバイス２２のマイクロ波トランシーバがまた、第２のマイクロ波センサデバイス３２における検出のための通信信号Ｔ１ｂを送信するように制御される。第２のマイクロ波センサデバイス３２は、第１のマイクロ波センサデバイスと同様に機能する。斯くして、第２のマイクロ波センサデバイス３２は、自身のマイクロ波送信信号Ｔ２ａと受信信号との差を分析するために使用される。しかしながら、第２のマイクロ波センサデバイスのために、通信信号Ｔ１ｂが、移動物体からの反射信号に代わり、受信信号Ｒ２として機能する。通信信号Ｔ１ｂと第２のマイクロ波センサデバイスのマイクロ波送信信号Ｔ２ａとの第２の特性差が決定される。この第２の特性差は、通信信号をエンコードする。

第１のセンサデバイス２２は、モーションを検出し、また、同じトランシーバを使用して通信信号を生成する。単純な実装では、通信信号Ｔ１ｂは、第２のセンサデバイスにおけるモーション検出の場合と同様に第２のセンサデバイス３２によって検出される。斯くして、通信信号は、移動物体による反射後の第２のマイクロ波センサデバイスのマイクロ波送信信号Ｔ２ａを模倣する。これは、第２のセンサデバイス３２における検出システムの適応が必要とされないことを意味する。

第２の特性差は、人工的なムーブメント信号を表す。第１のセンサデバイス及び第２のセンサデバイスは、例えば街路照明の照明器具において、互いに対して位置的に固定されているので、ムーブメント信号は、ドップラーシフトによって生成されないという点で人工的である。

第２の特性差は、識別可能であるように、人又は車両等、実際の物体のムーブメントによってもたらされる特性と同一又は異なる。人工的なムーブメント信号は、例えば、第２のセンサのマイクロ波送信信号Ｔ２ａに対して固定された周波数シフトを有するか、さもなければ変化する周波数シフトを有する。２つのセンサデバイス間の距離が固定されているので、受信振幅は一定である。この一定の振幅と特定の（固定又は動的な）周波数差により、通信信号は、移動物体からの反射が付加的にある場合でも識別されることができる。

マイクロ波通信信号Ｔ１ｂは、ムーブメントの検出に応答して送信されてもよい。この場合、通信信号は、接近する移動物体４０の存在を隣接するセンサユニットに警告するために使用され、ゆえに、移動物体が接近するエリアに照明を供する等、アクションが事前に起こされてもよい。アクションは、到来する(incoming)移動物体のためにマイクロ波センシングで何らかの準備をする等、他のことでもよい。最も本質的なことに、通信は、２つのマイクロ波センサデバイス２２及び３２の間で実施される。

上述から明らかなように、第１の特性差及び第２の特性差は各々、周波数差を含み、周波数差は、述べられている特定の例ではムーブメントを表す。通信信号Ｔ１ｂは、第２のマイクロ波センサデバイス３２のマイクロ波送信信号Ｔ２ａの周波数に対して、識別可能な周波数差が存在するような周波数で生成される。この周波数差（Ｔ２ａとＲ２との間）は、固定されてもよく、又は動的なパターンを有してもよい。

２つのマイクロ波センサデバイス２２、３２は、好ましくは同じものであり、すなわち、各々が、マイクロ波センサデバイス２２について説明されたように通信信号を送信し、マイクロ波センサデバイス３２について説明されたように通信信号を受信することができる。

一部のケースでは、すべての通信信号（掃引周波数等）は、実際の移動物体からの信号とは異なるものとして識別可能であってもよい。他のケースでは、通信信号は、識別可能であるように異なっていなくてもよい（例えば、固定周波数）。しかしながら、目的が単に周辺に移動物体があるというメッセージを中継することである場合、信号が実際の移動物体からのものであるか、又は別の場所で移動物体が検出されたという受信メッセージであるかは問題ではない。実行されるべきアクションは同じであってもよく、すなわち、あるエリア内の他のすべてのユニットに、発生したアクティビティの検出を警告することである。

図２は、マイクロ波センサデバイス２２、３２の構成要素の一例を示す。

デバイスは、マイクロ波送信信号を送信するための送信機５２と、マイクロ波送信信号の反射又はマイクロ波送信信号のシミュレートされた反射（すなわち、通信信号Ｔ１ｂ）のいずれかである受信信号を受信するための受信機５４とを有するマイクロ波トランシーバ５０を備える。

検出器５６は、マイクロ波送信信号及びマイクロ波受信信号を処理することにより、マイクロ波送信信号とマイクロ波受信信号との第１の特性差に基づいてムーブメントを検出する。検出器５６は、第１の特性及び第２の特性に対応する、信号特性を導出するためにホモダインミキシングを実施するミキサを備える。

制御ユニット５８は、第２のマイクロ波センサデバイスにおける検出のための通信信号を送信するためにマイクロ波トランシーバ５０を制御し、それによって、上記で説明されたように第２の特性差を形成するために設けられている。

センサデバイス間の通信は、好ましくは双方向であり、すなわち、各隣接するセンサデバイスのペアが互いに通信することができる。移動物体（図１のトラック４０）はどちらかの方向に移動している可能性があるため、１つの照明器具は、接近方向に依存してどちらかの側の照明器具と通信する必要がある。斯くして、第１の照明器具及び第１のセンサデバイスは、第２の照明器具及び第２のセンサデバイスに信号を送ってもよい。斯くして、第２の照明器具及び第２のセンサデバイスは、第１の照明器具及び第１のセンサデバイスから信号を受信する。また、第１の照明器具及び第１のセンサデバイスは、第３の照明器具及び第３のセンサデバイス（第２の照明器具及び第２のセンサデバイスと同じであってもよく、又は異なってもよい）に／から信号を送信／受信してもよい。

時分割アプローチが使用されてもよい。図３は、どのように通信信号が送られ得る及び受信され得るかを説明するための単純な例である。図３は、５つの異なる照明器具Ｌ１～Ｌ５のタイミング図である。各タイミング図は、センサの出力周波数を示している。各照明器具は、出力周波数が一定である場合の信号を受信する期間（平坦なライン）と、（ハッチングで示される）ランプ(ramp)信号を送信する期間を有する。受信時間の持続時間は、送信のための持続時間の２倍である。斯くして、受信は２つのタイムスロットを占め、送信は１つのタイムスロットを占める。タイムスロットは、破線で区切られているように示されている。

垂直の矢印は、（ハッチングされたエリアの間に送られる）送信信号が、２つの隣接する照明器具においてそれぞれの受信期間に受信されることを示している。斯くして、１つの照明器具が通信信号送信モードにある場合に、２つの隣接する照明器具が受信モードにあるように、送信期間はずらされる(stagger)。

各照明器具には、２つの受信タイムスロットと送信タイムスロットの繰り返しシーケンスがある。

受信タイムスロットの間に、ローカルのモーション検出が行われる、すなわち、送信信号Ｔ１ａと反射された受信信号Ｒ１との第１の差特性が決定される。また、（受信すべき通信信号がある場合）通信受信も行われる、すなわち、送信信号と受信した通信信号との（例えば、Ｔ２ａとＴ１ｂとの）第２の差特性が決定される。送信タイムスロットの間に、通信信号（第１のセンサデバイスの場合はＴ１ｂ）が送出される。

図３は、送信された信号が、後続する照明器具によって又は先行する照明器具によって受信され得ることを示している。送信信号の範囲が次の照明器具又は先行する照明器具までしかない場合、個々のタイムスロットでは１つの通信信号しか受信されない。

この単純な時間スキームは、センサが常に隣接するセンサから送信信号を受信する準備ができていることを確実にする。

１つの照明器具が通信信号を受信する場合、該照明器具は、好ましくは拡散のある距離に達するまで、第１のマイクロ波センサデバイスからの通信信号を拡散するために、さらなる通信信号を次の照明器具、ゆえに、次のマイクロ波センサデバイスに送信してもよい。さらなる通信信号は、さらなる通信信号と次のマイクロ波センサデバイスのマイクロ波送信信号との第３の特性差（第２の特性差と同じであってもよく、又は異なってもよい）を形成するために、次のマイクロ波センサデバイスにおける検出のためのものである。このようにして、通信信号は、一連のセンサデバイスのチェーンに沿って伝搬される。

図３は、１つのタイプの通信信号に基づくが、システム内で使用される複数の通信信号があってもよい。例えば、各通信信号自体が信号のソースを識別するように、異なるセンサデバイスが、（異なる特性差を招く）異なる通信信号を採用してもよい。これは、例えば、図３に示されるより単純な隣接通信システムに代えて、１つのセンサデバイスが、複数の他のデバイスに同時に信号を送ることを可能にする。

図４は、２４ＧＨｚの一定の周波数を有する（モーション検出のための）マイクロ波送信信号ＴＩａの一例を示す。通信信号Ｔ１ｂは、２３ＧＨｚから２５ＧＨｚまでの周波数掃引を含む。第１のセンサデバイスの掃引周波数Ｔ１ｂは、第２のセンサデバイスによって受信されることになる。周波数掃引が第２のセンサデバイスに送られる間、第２のセンサデバイスは、図３に示されるように固定された自身の送信周波数を有する（送信周波数は、時間Ｒ１及びＲ２の間固定されている）。

第２のセンサデバイスによって検出される移動物体がない場合、出力は、第２の特性差、すなわち、通信信号Ｔ１ｂ及び送信信号Ｔ２ａの差にのみ関連する。差が大きい場合、出力周波数が高くなり、２つの周波数が等しい（すなわち、クロッシングポイントにおける）場合、０Ｈｚに近くなる。通信信号Ｔ１ｂの振幅は安定に保たれ、２つのデバイス間の距離も安定しているので、第２のセンサデバイスの出力信号の振幅は一定であり、周波数のみが変化する。

２つのセンサの送信周波数の最大偏差が－１ＭＨｚ～１ＭＨｚの場合、第２のセンサの出力信号周波数も、図４の下側のプロットとして示されるように－１ＭＨｚ～１ＭＨｚとなる。この波形は、既存のアルゴリズムにより（人の歩行又は車の走行等）他のムーブメントパターンと同様に処理される。処理要件及びフィルタ帯域幅を制限する目的で、－１００ＫＨｚ～＋１００ＫＨｚの信号範囲６０が、信号処理のために使用されてもよい。

図５は、センサデバイスのいくつかのさらなる細部を示す。

差周波数パターンを検出することに基づいて、受信側のセンサデバイスは、隣接するセンサからの通信として信号を識別することができる。受信機５４は、直交中間周波数成分ＩＦ－Ｉ及びＩＦ－Ｑを生成し、これらは、バンドパス増幅器７０を介して、信号プロセッサ７２を含む検出器５６に渡される。信号プロセッサ７２の一部は、Ｄ／Ａコンバータ７４及びトリミング回路７６を介して、トランシーバ５０に周波数掃引コマンドを提供することによる制御ユニット５８を実装している。送信機５２は、周波数掃引を実施するための電圧制御発振器（ＶＣＯ）を含む。

周波数トリミング範囲が大きい（数ＭＨｚ／Ｖ）ので、分圧器及びＤＣシフトユニット等の精密なトリミング回路が、小さな範囲内で正確な周波数トリミングを可能にするために使用される。

信号出力が同一であるが位相シフトがある直交センシング信号を使用することは、移動物体の方向が、（受信周波数変化方向(receive frequency changing direction)に応じて）決定されることができることを意味する。

図６は、一定速度の移動物体に対応する、一定の周波数差についてのＩＦ－Ｉ信号及びＩＦ－Ｑ信号（対時間）を示している。

さらに、２つのチャンネルの使用は、２つの異なる通信シンボルがエンコードされることを可能にする。

図７は、通信信号Ｔ１ｂについての正の周波数掃引を示し、図８は、通信信号Ｔ１ｂについての負の周波数掃引を示している。

このフィーチャは、掃引周波数の方向が異なる、通信についての２つの識別可能な状態を提供する。通信信号を受信するセンサデバイスは、図７及び図８の下側のプロットからわかるように、異なるＩ及びＱチャンネルの位相シフトによってこれらの２つの挙動を識別することができる。

図７の応答は１として解釈されてもよく、図８に示される挙動は０として解釈されてもよい。斯くして、各周波数掃引は、データ送信の単一シンボル（ビット）をエンコードし、いくつかの周波数掃引動作により、単純なデータストリングが送出されることを可能にしてもよい。データ伝送速度は、可能な周波数掃引速度によって決定される。

周波数掃引は、周波数差成分に識別可能な固有のパターンが作り出す。この場合、受信システムは、特定のパターンを認識するように構成される。しかしながら、送信側（第１）のセンサは、代わりに一定の周波数シフト（すなわち、特定のドップラーシフトを表す）を模倣してもよい。完全に従来のセンサが、これを検出するために使用されることができ、移動物体から生じることのない応答を表す限り（例えば、速度が高すぎる、又は振幅が一定すぎる）、これは、通信信号として識別されることができる。

本発明は、一般的にセンサデバイス間の通信に用いられてもよい。しかしながら、上記で説明したように、本発明は、マイクロ波存在／ムーブメントセンサ及び基本的な通信を組み合わせる照明アプリケーションにとりわけ関心がある。

図９は、照明制御方法を示す。ステップ９０において、センサ監視モードが、１つの照明器具で開始される。

ステップ９２において、有用なセンシング信号が受信されたかどうか（すなわち、ムーブメント又は通信の受信を示すかどうか）が判断される。

ステップ９４において、受信した信号のタイプが判断される。ムーブメント検出信号が決定される場合、ステップ９６で照明器具の照明ユニットがオンにされ、ステップ９８でムーブメント検出に関連する通信信号が送られ、方法はステップ９０に戻る。

ステップ９４で通信信号が決定される場合、ステップ１００で信号がデコードされ、また、次の照明器具に別のメッセージが中継される必要があるかどうかが判断される（すなわち、当該照明器具が、一連のうちの最後のものであるかどうか、又は照明が必要とされる距離範囲の限界であるためにオンにされることを必要とする最後のものであるかどうかが判断される）。オンにされるべき最後の照明ユニットではない場合、方法はステップ９６に進む。最後である場合、ステップ１０２で照明ユニットはオンにされ、方法はステップ９０に（すなわち、通信ステップ９８なく）戻る。

上記の実施形態では、周波数差は、移動物体に起因するドップラー周波数シフトの範囲内である／に等しい。代替的な実施形態は、第１のデバイスの通信信号と第２のデバイスの送信信号との周波数差を、移動物体に起因するドップラー周波数シフトの範囲外にすることである。図１０は、通信についての周波数差が通常のドップラーシフトよりも高いことを示している。この実施形態は、真のモーションドップラー信号領域も検出アルゴリズムの関心領域として存在するように、第２デバイスのセンシング機能を妨げないという利点を有する。

図面、本開示、及び添付の請求項の検討によって、開示される実施形態に対する変形形態が、当業者により理解されることができ、また、特許請求される発明を実施する際に実行されることができる。請求項では、単語「含む（comprising）」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「１つの（a）」又は「１つの（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、請求項において列挙される、いくつかの項目の機能を果たしてもよい。特定の手段が、互いに異なる従属請求項内に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが、有利に使用され得ないことを示すものではない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に、又は他のハードウェアの一部として供給される、光学記憶媒体又は固体媒体等の、好適な媒体において記憶／頒布されてもよいが、インターネット、又は他の有線若しくは無線の電気通信システム等を介して、他の形態で頒布されてもよい。請求項中のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. アクティビティを検出するための及び第２のマイクロ波センサデバイスに通信信号を送るための第１のマイクロ波センサデバイスであって、当該第１のマイクロ波センサデバイスは、
   マイクロ波送信信号を送信するための及び前記マイクロ波送信信号の反射であるマイクロ波受信信号を受信するためのマイクロ波トランシーバと、
   前記マイクロ波送信信号及び前記マイクロ波受信信号を処理することにより、前記マイクロ波送信信号と前記マイクロ波受信信号との第１の特性差に基づいてアクティビティを検出するための検出器と、
   前記第２のマイクロ波センサデバイスにおける検出のための通信信号を送信するために前記マイクロ波トランシーバを制御するための制御ユニットと、
   を含み、前記通信信号は、前記第２のマイクロ波センサデバイスのマイクロ波送信信号の特性に対して第２の特性差を有し、前記第２の特性差は、通信を認識するように前記第２のマイクロ波センサデバイスによって検出されるように適合され、
   前記通信信号は、移動物体によって引き起こされる前記第２のマイクロ波センサデバイスの前記マイクロ波送信信号の特性の特性変動に等しい第２の特性差を有することによって、移動物体によって反射される前記第２のマイクロ波センサデバイスの前記マイクロ波送信信号を模倣するように適合される、第１のマイクロ波センサデバイス。
2. 前記制御ユニットは、前記アクティビティとしてのムーブメントの検出に応答して前記通信信号を送信するように構成される、請求項１に記載の第１のマイクロ波センサデバイス。
3. 前記第１の特性差及び前記第２の特性差は、周波数差を含み、
   前記制御ユニットは、前記第２のマイクロ波センサデバイスの前記マイクロ波送信信号の周波数に対して周波数差を有する周波数を有する前記通信信号を送信するように構成され、第２の周波数差は、ドップラー効果に起因して移動物体によって引き起こされる前記第２のマイクロ波センサデバイスの前記マイクロ波送信信号の周波数の周波数変動に等しい、請求項２に記載の第１のマイクロ波センサデバイス。
4. 前記制御ユニットは、
   固定周波数差、又は
   動的なパターンの周波数差、
   を有する前記通信信号を送信するように構成される、請求項３に記載の第１のマイクロ波センサデバイス。
5. 当該第１のマイクロ波センサデバイスは、第３のマイクロ波センサデバイスから通信信号を受信し、前記検出器は、前記第３のマイクロ波センサデバイスからの前記通信信号及び当該第１のマイクロ波センサデバイスの前記マイクロ波送信信号を処理することにより、当該第１のマイクロ波センサデバイスの前記マイクロ波送信信号と前記第３のマイクロ波センサデバイスからの前記通信信号との第３の特性差に基づいてアクティビティを決定する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の第１のマイクロ波センサデバイス。
6. アクティビティを検出するための及び第１のマイクロ波センサデバイスから通信信号を受信するための第２のマイクロ波センサデバイスであって、当該第２のマイクロ波センサデバイスは、
   マイクロ波送信信号を送信するための及び前記マイクロ波送信信号の反射であるマイクロ波受信信号を受信するためのマイクロ波トランシーバと、
   前記マイクロ波送信信号及び前記マイクロ波受信信号を処理して、前記マイクロ波送信信号と前記マイクロ波受信信号との第１の特性差に基づいてアクティビティを検出するための検出器と、
   を含み、
   前記マイクロ波トランシーバは、前記第１のマイクロ波センサデバイスから通信信号を受信し、前記検出器は、当該第２のマイクロ波センサデバイスの前記マイクロ波送信信号と前記第１のマイクロ波センサデバイスの受信した前記通信信号との第２の特性差に基づいて前記アクティビティを検出し、
   前記通信信号は、移動物体によって引き起こされる当該第２のマイクロ波センサデバイスの前記マイクロ波送信信号の特性の特性変動に等しい第２の特性差を有することによって、移動物体によって反射される当該第２のマイクロ波センサデバイスの前記マイクロ波送信信号を模倣するように適合される、第２のマイクロ波センサデバイス。
7. 前記第１の特性差及び前記第２の特性差は、周波数差を含み、
   前記検出器は、前記マイクロ波送信信号及び前記マイクロ波受信信号から周波数差を、及び前記マイクロ波送信信号及び前記通信信号から周波数差を検出し、
   前記マイクロ波送信信号と前記通信信号との周波数差は、前記通信信号が、移動物体によって反射される当該第２のマイクロ波センサデバイスの送信信号を模倣しているように、移動物体によって引き起こされる当該第２のマイクロ波センサデバイスの前記マイクロ波送信信号の周波数の周波数変動に等しい、請求項６に記載の第２のマイクロ波センサデバイス。
8. 前記マイクロ波送信信号と前記通信信号との周波数差は、ドップラー効果に起因して移動物体によって引き起こされる当該第２のマイクロ波センサデバイスの前記マイクロ波送信信号の周波数の周波数変動に等しく、
   前記第２の特性差は、
   固定周波数差、又は
   動的なパターンの周波数差、
   である、請求項７に記載の第２のマイクロ波センサデバイス。
9. 前記動的なパターンの周波数差は、第１の通信シンボル値を表す経時的に増加する周波数掃引及び第２の通信シンボル値を表す経時的に減少する周波数掃引を含む、請求項８に記載の第２のマイクロ波センサデバイス。
10. 前記検出器は、直交Ｉ及びＱ中間周波数信号を生成する、請求項９に記載の第２のマイクロ波センサデバイス。
11. 前記マイクロ波トランシーバは、前記第１のマイクロ波センサデバイスからの前記通信信号を拡散するために次のマイクロ波センサデバイスにさらなる通信信号を送信し、
    前記さらなる通信信号は、前記さらなる通信信号と前記次のマイクロ波センサデバイスのマイクロ波送信信号との第３の特性差を形成するために、前記次のマイクロ波センサデバイスにおける検出のためのものである、請求項６乃至１０のいずれか一項に記載の第２のマイクロ波センサデバイス。
12. ランプと、
    請求項１乃至５のいずれか一項に記載の第１のマイクロ波センサデバイスと、
    を含む、第１の照明器具であって、
    当該照明器具は、１つ以上の隣接する照明器具に通信信号を送り、前記通信信号は、当該照明器具におけるアクティビティ検出情報に関する、第１の照明器具。
13. ランプと、
    請求項６乃至１１のいずれか一項に記載の第２のマイクロ波センサデバイスと、
    を含む、第２の照明器具であって、
    当該照明器具は、１つ以上の隣接する照明器具から通信信号を受信し、前記通信信号は、前記隣接する照明器具におけるアクティビティ検出情報に関する、第２の照明器具。
14. 少なくとも請求項１２に記載の第１の照明器具と少なくとも請求項１３に記載の第２の照明器具とを含む、複数の照明器具、
    を含む、照明システムであって、
    前記第２の照明器具は、１つ以上の隣接する第１の照明器具から通信信号を受信し、前記通信信号は、アクティビティ検出情報に関する、照明システム。
15. 第１のマイクロ波センサデバイスにおいてアクティビティを検出する及び第２のマイクロ波センサデバイスに通信を送る方法であって、
    マイクロ波送信信号を送信すること及びマイクロ波受信信号を受信することと、
    第１のマイクロ波センサデバイスにおけるアクティビティ検出のために、前記マイクロ波送信信号及び前記マイクロ波受信信号を処理し、前記マイクロ波送信信号と前記マイクロ波受信信号との第１の特性差に基づいてアクティビティを検出することと、
    第２のマイクロ波センサデバイスとの通信のために、前記第２のマイクロ波センサデバイスにおける検出のための通信信号を送信するためにマイクロ波トランシーバを制御することであって、前記通信信号は、前記第２のマイクロ波センサデバイスのマイクロ波送信信号の特性に対して第２の特性差を有し、前記第２の特性差は、通信を認識するように前記第２のマイクロ波センサデバイスによって検出されるように適合される、ことと、
    を含み、
    前記通信信号は、移動物体によって引き起こされる前記第２のマイクロ波センサデバイスの前記マイクロ波送信信号の特性の特性変動に等しい第２の特性差を有することによって、移動物体によって反射される前記第２のマイクロ波センサデバイスの前記マイクロ波送信信号を模倣するように適合される、方法。

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