JPH05273345A - 超音波センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ドップラー効果を利用した移動検知方式と反射
パターンの比較を利用した存在検知方式とを併用した超
音波センサにおいて、多数の静止物体が各々異なる距離
で監視空間内に存在するような場合でも、侵入物体の検
知を可能とする。 【構成】移動検知方式による物体の移動検知の前後に、
存在検知方式による物体からの反射パターンを時系列的
に記憶して比較し、不一致ならば侵入物体が存在すると
検知する。反射パターンのゲート内で占める割合が通常
よりも多いと、ゲート内パターン判断回路２０で判断さ
れたときは、移動検知信号だけで侵入物体の存在検知が
できるように、オフディレー時間を通常よりも長く設定
する。 【効果】ブラインド等の反射面の多い静止物体が含まれ
る周囲環境で使用する場合でも、確実な動作を保証する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、監視空間内に超音波を
発射し、監視空間内の物体からの反射波を検出すること
により、監視空間内の物体の移動あるいは存在を検知す
る超音波センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の超音波センサは、超音波振動子
を使用して所定周波数の超音波を監視空間内に送波し、
物体からの反射波を超音波振動子によって受波すること
により、物体の移動あるいは存在を検知するものであ
る。ここで、物体の移動を検知するには反射波に含まれ
るドップラー信号に基づいて侵入物体の移動を検知する
ものであり、また物体の存在を検知するには、送波器か
ら超音波パルスを送波して受波器により物体からの反射
波を受波することにより監視空間内の物体の存在を検知
するものである。これらの検知方式を交互に切り替える
と共に、移動検知方式により物体の移動が検知される前
後に、存在検知方式による物体からの反射パターンを時
系列的にそれぞれ記憶し、両反射パターンを比較するこ
とにより監視空間内における物体の存在の有無を判断す
るものである。

【０００３】図２にその構成例を示す。この従来例（特
願平２−１９８１７４号）では発振器１から発振された
発振信号は送波回路２を経て超音波送波器３より送波さ
れる。移動物体で反射した超音波は超音波受波器４によ
って受波され、この受波信号は送波別切換回路５を経て
増幅回路６により増幅される。この信号はミキサー７に
より送波信号とミキシングされ、反射波に含まれるドッ
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により増幅され、検知判断回路１２に入力される。検
知判断回路１２はドップラー信号を検知したときに、検
知信号を出力するものである。

【０００４】次に、タイマー回路１０により予め定めら
れた時間毎に以下に示す存在検知方式に切り替える。タ
イマー回路１０は移動検知方式による動作時間が予め定
められた時間に達すると、存在検知方式に変更するべ
く、送波方式決定回路１３に信号を送る。送波回路２は
送波方式決定回路１３からの信号を受けて、発振器１か
ら発振された信号を存在検知方式に適合するパルス列の
トーンバースト波として超音波送波器３に送る。送波方
式決定回路１３は、送波方式切換が行われたことを示す
信号を送波別切換回路５に送る。送波回路２により作成
されたトーンバースト波は、超音波送波器３からパルス
列として送波され、監視空間内の物体で反射されて超音
波受波器４に受波される。この受波信号は送波別切換回
路５を経て増幅回路１１により増幅され、検波回路１４
により検波される。このとき得られた検波波形の反射パ
ターンを時系列で記憶回路１７あるいは１８に記憶させ
る。そして、記憶回路１７、１８に記憶された反射パタ
ーンを比較回路１９により時系列的に比較する。その比
較結果の一致、不一致に応じて、検知判断回路１２によ
り存在検知信号を出力するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例にあって
は、監視空間内に多くの静止物体が存在しており、さら
にそれらの静止物体から超音波センサまでの距離がそれ
ぞれ異なっていると、存在検知方式に切り替わったとき
に、検知すべき侵入物体からの反射波の信号が前記監視
空間内に元から存在している静止物体からの反射波に重
なってしまうため、存在検知を行うのが難しくなるとい
う問題点があった。

【０００６】本発明は上記の点に鑑みて為されたもので
あり、その目的とするところは、ドップラー効果を利用
した移動検知方式と反射パターンの比較を利用した存在
検知方式とを併用した超音波センサにおいて、多数の静
止物体がそれぞれ異なる距離で監視空間内に存在するよ
うな場合でも、侵入物体の検知を行えるようにすること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明にあっては、上記
課題を解決するために、図１に示すように、発振器１か
ら出力される送波信号により駆動されて監視空間内に超
音波を送波する送波器３と、前記監視空間内に存在する
物体からの反射波を受波する受波器４とを備え、前記物
体が移動したときにドップラー効果によって受波信号に
生じる周波数偏移成分を検出して侵入物体の移動を検知
する第１の検知方式と、送波器３から超音波パルスを送
波して受波器４により物体からの反射波を受波すること
により監視空間内の物体の存在を検知する第２の検知方
式とを一定時間毎に交互に切り替える手段を備え、第１
の検知方式の検知信号が得られる前の第２の検知方式の
検知信号を時系列的に記憶する第１の記憶回路１７と、
第１の検知方式の検知信号が得られた後の第２の検知方
式の検知信号を時系列的に記憶する第２の記憶回路１８
と、第１及び第２の記憶回路１７、１８の記憶内容を比
較する比較回路１９と、比較回路１９の比較結果が一致
しないときに侵入物体が存在すると判断する検知判断回
路１２とを備えた超音波センサにおいて、第１の記憶回
路１７に記憶された反射波の検知信号がゲート内で占め
る割合を判定するゲート内パターン判断回路２０を備
え、前記割合が所定割合未満であれば前記検知判断回路
１２は前記比較回路１９の比較結果が一致しないときに
検知出力を発生すると共に、検知出力が終了するまでの
遅延時間として第１のオフディレー時間を設定し、前記
割合が所定割合以上であれば前記検知判断回路１２は第
１の検知方式のみで検知出力を発生すると共に、検知出
力が終了するまでの遅延時間として第２のオフディレー
時間を設定し、第２のオフディレー時間は第１のオフデ
ィレー時間よりも長く設定したことを特徴とするもので
ある。

【０００８】

【作用】本発明の超音波センサでは、ドップラー効果を
利用した移動検知方式と、超音波パルスの反射の有無検
知を利用した存在検知方式とを交互に切り替えると共
に、移動検知方式により物体の移動が検知される前後
に、存在検知方式による物体からの反射パターンを時系
列的にそれぞれ記憶して比較し、反射パターンが一致し
ないときには、侵入物体が存在すると検知するものであ
る。そして、存在検知方式による反射波の検知信号がゲ
ート内に占める割合が所定割合よりも多くて、物体の移
動が検知される前後の反射パターンの比較を行っても、
侵入物体による存在検知信号の有無を判別することが難
しいと判断された場合には、移動検知信号だけでも侵入
物体の存在検知ができるように、オフディレー時間を通
常よりも長く設定する。これにより、反射面の多い周囲
環境で使用する場合でも、確実な動作を保証することが
できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は本発明の一実施例の構成を示すブロック
図である。発振器１から発振された発振信号は送波回路
２を経て超音波送波器３より送波される。移動物体に反
射された超音波は超音波受波器４によって受波され、こ
の受波信号は送波別切換回路５を経て増幅回路６により
増幅される。この信号はミキサー７により送波信号とミ
キシングされ、反射波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により増幅さ
れ、検知判断回路１２に入力される。検知判断回路１２
はドップラー信号を検知したときに、検知信号を出力す
るものである。

【００１０】次に、タイマー回路１０により予め定めら
れた時間毎に以下に示す存在検知方式に切り替えられ
る。タイマー回路１０は移動検知方式による動作時間が
予め定められた時間に達すると、存在検知方式に変更す
るべく、送波方式決定回路１３に信号を送る。送波回路
２は送波方式決定回路１３からの信号を受けて、発振器
１から発振された信号を存在検知方式に適合するパルス
列のトーンバースト波として超音波送波器３に送る。送
波方式決定回路１３は、送波方式切換が行われたことを
示す信号を送波別切換回路５に送る。送波回路２により
作成されたトーンバースト波は超音波送波器３からパル
ス列として送波され、監視空間内の物体で反射されて超
音波受波器４に受波される。この受波信号は送波別切換
回路５を経て増幅回路１１により増幅され、検波回路１
４により検波される。ここで、第１の記憶回路１７は、
移動検知方式の検知信号が得られる前の存在検知方式の
検知信号を時系列的に記憶するものであり、第２の記憶
回路１８は、移動検知方式の検知信号が得られた後の存
在検知方式の検知信号を時系列的に記憶するものであ
る。そして、比較回路１９は、第１及び第２の記憶回路
１７、１８の記憶内容を時系列的に比較し、この比較回
路１９の比較結果が一致しないときに、検知判断回路１
２では、侵入物体が存在すると判断するものである。こ
のような超音波センサにおいて、第１の記憶回路１７に
記憶された反射パターンは、ゲート内パターン判断回路
２０でゲート内の信号量を判断される。そして、そのゲ
ート内の信号量が多い場合は、検知判断回路１２により
移動検知方式におけるオフディレー時間の延長を行い、
ゲート内の信号量が少ない場合は、記憶回路１７、１８
の反射パターンの比較結果の一致／不一致に応じて検知
信号を出力する。

【００１１】以下、本実施例の動作を図３〜図６に基づ
いて説明する。まず、図３（ａ）はトイレの室内を示し
ており、図中、Ｆはフロア、Ｋは便器、Ｄはドアであ
る。また、Ｓは天井に設けた超音波センサであり、Ａは
超音波センサＳの監視空間である。図３（ａ１）は移動
検知方式による検知信号であり、移動物体が存在しない
ので、検知信号は生じていない。図３（ａ２）は存在検
知方式による検知信号であり、移動物体が存在しないの
で、背景物体からの反射波のみが受波されている。この
反射パターンは、第１の記憶回路１７に記憶されてい
る。図中、横軸は送波後の時間、縦軸は電圧値を示す。
Ｒは送波後の残響音であり、ｋは便器Ｋからの反射波、
ｆはフロアＦからの反射波である。反射波を検知するた
めのゲートは、残響音Ｒの終了直後に始まり、フロアＦ
からの反射波ｆよりも後に終了する所定の期間である。
この例では、ゲート内パターン判断回路２０により、ゲ
ート内の反射信号の占める割合が少ないと判断され、検
知判断回路１２により、従来と同様に記憶回路１７，１
８に記憶された反射パターンの比較照合により検知出力
を制御することになる。

【００１２】次に、図４（ｂ）に示す様に、室内に人体
Ｍ等が侵入した場合、まず、移動検知方式の検知信号が
図４（ｂ１）に示すように検出される。この移動検知方
式の検知信号が得られると、それ以前の存在検知信号を
記憶回路１７に固定し、記憶回路１７の記憶内容は更新
しない。その後、図４（ｂ）に示すように、室内に人体
Ｍ等が在室している場合には、存在検知方式により得ら
れた存在検知信号が、図４（ｂ２）に示すように記憶回
路１８に記憶される。このときの反射パターンには、図
３（ａ２）に示すような便器Ｋからの反射波ｋ、フロア
Ｆからの反射波ｆのほかに、図４（ｂ２）に示すような
人体Ｍからの反射波ｍが含まれている。従って、記憶回
路１７に記憶された図３（ａ２）に示すような反射パタ
ーンと、記憶回路１８に記憶された図４（ｂ２）に示す
ような反射パターンを比較回路１９で比較照合すること
により、人体からの反射波ｍの有無を検出することがで
きる。つまり、記憶回路１８に記憶された現在の反射パ
ターンから、記憶回路１７に記憶された背景物体の背景
パターンを差し引けば、侵入物体の有無を判定できる。

【００１３】次に、図５（ａ）に示すようにブラインド
Ｂが、部屋に掛かっている場合について説明する。この
とき、室内に侵入物体は存在しないので、移動検知方式
の検知信号は、図５（ａ１）に示すように無信号状態で
ある。また、ブラインドＢが存在することにより、図５
（ａ２）に示すように、存在検知方式の検知信号には、
多数の反射波ｂが現れる。これは、ブラインドＢは、反
射面の数が非常に多く、それらの反射面の高さがそれぞ
れ異なるために、超音波センサからの距離がそれぞれ違
うからである。これらの多数の反射波ｂは、時系列的な
反射パターンとして第１の記憶回路１７に記憶される。
次に、この室内に図６（ａ）に示すように、人体Ｍが侵
入した場合、図６（ｂ１）に示すように、移動検知方式
の検知信号が得られると共に、図６（ｂ２）に示すよう
に、存在検知方式の検知信号が第２の記憶回路１８に時
系列的な反射パターンとして記憶される。このような場
合、第１の記憶回路１７に記憶された図５（ａ２）に示
すような背景物体からの反射パターンと、第２の記憶回
路１８に記憶された図６（ｂ２）に示すような人体Ｍか
らの反射波ｍを含む反射パターンとを比較しても、人体
Ｍからの反射波ｍがブラインドＢからの多数の反射波ｂ
の中に埋もれてしまうために、人体Ｍを検知することは
難しい。そこで、このような場合には、ゲート内パター
ン判断回路２０により第１の記憶回路１７に記憶された
反射信号がゲート内で占める割合が大きいと判断して、
オフディレー時間を延長する。

【００１４】このオフディレー時間を延長する動作を図
７に示し説明する。移動検知方式によるドップラー信号
が得られている間は、侵入物体が存在すると判定できる
ので、このドップラー信号が無くなってから、所定のオ
フディレー時間以内に再びドップラー信号が得られない
場合には、検知出力をＯＦＦとする。これが従来のオフ
ディレー時間の設定方法である。本発明では、ゲート内
パターン判断回路２０により、背景物体からの存在検知
方式による反射信号がゲート内で占める割合が大きいと
判断したときには、オフディレー時間を更に延長する。
これにより、移動検知方式によるドップラー信号がオフ
ディレー時間以内に再び得られる確率が高まり、存在検
知方式によらなくても在室検知判断が可能となる。

【００１５】図８は本発明の信号処理法を示す制御フロ
ーである。図に示すように、移動検知方式による移動信
号処理の後、ゲート内パターン判断を行い、背景物体か
らの反射信号がゲート内で占める割合が大きいと判断し
たときには、オフディレー時間を延長して、移動検知方
式による在室検知判断を行う。また、背景物体からの反
射信号がゲート内で占める割合が小さいと判断したとき
には、従来例と同様の通常の出力判定を行う。後者の場
合、オフディレー時間は従来例と同様に短く設定される
ので、センサ出力により照明制御や空調制御を行う場合
には、節電効果が得られるものであり、また、前者の場
合、オフディレー時間は長く設定されるが、ブラインド
等の反射面の多い背景物体が存在する周囲環境に対して
も確実な動作が保証されるものである。なお、この場
合、存在検知が難しい環境であることを表示するように
構成すれば、従来の超音波センサよりも、誤動作を減ら
し、汎用性を高めることができる。

【００１６】

【発明の効果】本発明の超音波センサは、発振器から出
力される信号により駆動されて監視空間内に超音波を送
波する送波器と、前記監視空間内に存在する物体からの
反射波を受波する受波器を備え、移動検知信号が得られ
る以前の存在検知信号を記憶し、移動検知信号が得られ
た後の存在検知信号と比較し、両者が一致しない場合に
は移動検知信号が無くても侵入物体が存在すると判断で
き、さらに、移動検知信号が得られる以前の存在検知信
号において、反射波の検知信号がゲート内で占める割合
が大きいときには、存在検知信号による存在判定が困難
であると判断し、移動検知信号における出力のオフディ
レー時間を延長させるようにしたので、多数の反射面を
含む周囲環境の中で、侵入物体が一時的に静止している
ような場合に、移動検知信号も存在検知信号も得られな
いことにより、ただちに検知出力が終了してしまうよう
な不都合を防止できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】従来例の構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の一実施例の第１の動作を示す動作説明
図である。

【図４】本発明の一実施例の第２の動作を示す動作説明
図である。

【図５】本発明の一実施例の第３の動作を示す動作説明
図である。

【図６】本発明の一実施例の第４の動作を示す動作説明
図である。

【図７】本発明と従来例におけるオフディレー時間の違
いを示す説明図である。

【図８】本発明の信号処理法を示す流れ図である。

【符号の説明】 １ 発振器 ２ 送波回路 ３ 超音波送波器 ４ 超音波受波器 ５ 送波別切換回路 ６ 増幅回路 ７ ミキサー ８ 検波回路 ９ 増幅回路 １０ タイマー回路 １１ 増幅回路 １２ 検知判断回路 １３ 送波方式決定回路 １４ 検波回路 １７ 記憶回路 １８ 記憶回路 １９ 比較回路 ２０ ゲート内パターン判断回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発振器から出力される信号により駆動
   されて監視空間内に超音波を送波する送波器と、前記監
   視空間内に存在する物体からの反射波を受波する受波器
   を備え、前記物体が移動したときにドップラー効果によ
   って受波信号に生じる周波数偏移成分を検出して侵入物
   体の移動を検知する第１の検知方式と、送波器から超音
   波パルスを送波して受波器により物体からの反射波を受
   波することにより監視空間内の物体の存在を検知する第
   ２の検知方式とを一定時間毎に交互に切り替える手段
   と、第１の検知方式の検知信号が得られる前の第２の検
   知方式の検知信号を時系列的に記憶する第１の記憶回路
   と、第１の検知方式の検知信号が得られた後の第２の検
   知方式の検知信号を時系列的に記憶する第２の記憶回路
   と、第１及び第２の記憶回路の記憶内容を比較する比較
   回路と、比較回路の比較結果が一致しないときに侵入物
   体が存在すると判別する検知判断回路とを備えた超音波
   センサにおいて、第１の記憶回路に記憶された反射波の
   検知信号がゲート内で占める割合を判定するゲート内パ
   ターン判断回路を備え、前記割合が所定割合未満であれ
   ば前記検知判断回路は前記比較回路の比較結果が一致し
   ないときに検知出力を発生すると共に、検知出力が終了
   するまでの遅延時間として第１のオフディレー時間を設
   定し、前記割合が所定割合以上であれば前記検知判断回
   路は第１の検知方式のみで検知出力を発生すると共に、
   検知出力が終了するまでの遅延時間として第２のオフデ
   ィレー時間を設定し、第２のオフディレー時間は第１の
   オフディレー時間よりも長く設定したことを特徴とする
   超音波センサ。