JPH06222139A - 超音波センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波センサの検知方式モードが、第１の検
知モード時に積算処理される所定の積算値が閾値に達す
る直前の段階で、これとは異なる第２の検知モードに切
替わることに原因して移動物体の検知時期が遅れること
を解消する。 【構成】 受波信号中のドップラー信号に応じて処理さ
れる積算値が所定の閾値を超えたときに移動物体検知信
号を出力する第１の検知モードと、送波器からパルス列
の超音波を送波して監視空間内の物体の存在の有無を判
断する第２の検知モードとが交互に切り替えられる超音
波センサであって、前記第１の検知モードにおける積算
値が、前記閾値よりも低く設定された基準値を超えたと
きには、第１の検知モードから第２の検知モードへのモ
ード切替えが遅延されるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所望の監視空間内に超
音波を送波し、監視空間内の物体からの反射波を検出す
ることにより、監視空間内の移動物体の存在を検知する
のに適用される超音波センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の超音波センサとしては、送波器
から所定周波数の超音波を監視空間内に送波させて、物
体からの反射波を受波器で受波することにより、監視空
間内における移動物体の存在の検出を可能にしたものが
提案されている。このような超音波センサは、２つの異
なる検知方式のモード、即ち、移動物体をドップラー効
果の原理を利用して検知する第１の検知モードと、物体
までの測距等のデータに基づいて物体の存在を判断する
第２の検知モードとをタイマー設定によって一定時間間
隔毎に交互に切り替えるように構成されている。具体的
には、第１の検知モードとして、物体の移動に伴って生
じるドップラー効果としての反射波の周波数偏移、即
ち、受波器で得られる受波信号中に含まれたドップラー
信号を検出し、そのドップラー信号に応じて所定の値の
積算処理を行い、その積算値が予め定められた一定の閾
値を超えたときに移動物体検知信号を出力する検知方式
が採用される。これに対し、第２の検知モードは、送波
器からパルス列の超音波を送波し、その反射波を受波器
で受波させることにより、その受波信号パターンのデー
タを、監視空間内に移動物体が存在しないときの基準デ
ータと比較することにより、物体の存在の有無を判断す
る検知方式が採用される。

【０００３】上記のように、二つの検知モードを一定時
間間隔で切り替えるように構成すれば、第１の検知モー
ド時においてドップラー効果の利用による移動物体の検
出が行えると共に、その移動物体が監視空間内で停止し
てドップラー効果を利用した移動物体の検出が困難な状
態になったときであっても、その物体を第２の検知モー
ド時において継続して検出することができる。第１の検
知モードだけでは、移動物体が監視空間内で停止する
と、移動物体検知信号の出力が直ちに停止されることと
なるが、この第１の検知モードと第２の検知モードとを
交互に切替えれば、そのような不具合を適切に解消する
ことができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のものでは、図３（ａ）に示すように、第１の検知モ
ードと第２の検知モードとの２つのモードがタイマー設
定により、時間Ｔ３、Ｔ４の間隔で、規則正しく交互に
切り替えられるように構成されていたに過ぎず、実用
上、次のような難点を有していた。すなわち、例えば人
体が監視空間内に侵入すると、図３（ｂ）の矢印Ｄに示
すように、第１の検知モード時における所定の積算値
（移動積分時間値）が増加するが、その積算値が所定の
閾値に達する直前の時期に、超音波センサの動作モード
が矢印Ｅの第２の検知モードに切り替わる場合がある。
このようなタイミングで検知方式のモードが切り替わっ
たのでは、図３（ｂ）の積算値が一定の閾値に到達する
までの時間が、第２の検知モードが設定されるＴ４の時
間だけ遅くなる。本来ならば、矢印Ｆの時点で積算値が
閾値に達し、移動物体が存在する旨の検知信号が出力さ
れるべきところが、それよりも遅れた矢印Ｇの時点で移
動物体検知信号が出力されることとなる。その結果、従
来では、移動物体の検知時期に遅れを生じるという難点
が生じていた。

【０００５】本発明は上記の点に鑑みて提案されたもの
で、第１の検知モード時における所定の積算値が一定の
閾値に達する直前の段階で、これとは異なる第２の検知
モードに切り替わることに原因して第１の検知モードに
おける移動物体の検知時期が遅れることを解消し、移動
物体の検知を迅速に行うことができる超音波センサを提
供することを、その目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に提案された本発明に係る超音波センサは、既述した第
１の検知モードと第２の検知モードとが所定の時間間隔
で交互に切り替えられるように構成された超音波センサ
であって、前記第１の検知モード時にドップラー信号に
応じて積算処理される積算値が、移動物体判断用の閾値
よりも低く設定された所定の基準値を超えたときには、
第１の検知モードから第２の検知モードへのモード切替
えが遅延されるように構成されている。

【０００７】

【作用】上記構成を特徴とする本発明に係る超音波セン
サでは、通常時にあっては、第１の検知モードと第２の
検知モードとが所定の時間間隔で交互に切り替えられる
ことにより移動物体の有無の判断処理がなされるが、監
視空間内に人体等の移動物体が侵入することにより、第
１の検知モード時にドップラー信号に応じて積算処理さ
れる積算値が、所定の基準値を超えたときには、この第
１の検知モードから第２の検知モードへのモード切替え
移行が遅延される。従って、第１の検知モードで積算処
理される積算値が移動物体判断用の一定の閾値に達する
直前の段階で、超音波センサのモードが第２の検知モー
ドに切り替わる時期に達したとしても、その積算値が所
定の基準値を超えている場合には、第２の検知モードに
は切り替えられず、第１の検知モードが継続されること
となる。その結果、監視空間内に実際に移動物体が侵入
してきたときには、第１の検知モードのまま所定の積算
処理が継続されることにより、その積算値が移動物体判
断用の閾値に達する時間が短縮化され、移動物体検知信
号の出力時期が遅れるようなことがなくなる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図１は、本発明に係る超音波センサＳの
ハード構成の一例を示すブロック図である。この超音波
センサＳは、発振器１から発振されて送波回路２を介し
て供給されてくる発振信号に基づいて所定周波数の超音
波を送波する送波器３、この送波器３から送波されて監
視空間内に存在する移動物体から反射されてくる反射波
を受波する受波器４、及び後述の各回路から構成されて
いる。ここで、送波器３側の送波回路２には、送波方式
決定回路１３が接続されているが、この送波方式決定回
路１３は、後述のタイマー回路１０から出力される信号
に基づいて第１の検知モードと第２の検知モードとを実
質的に切替え制御するもので、第２の検知モード時に
は、送波回路２でトーンバースト波を作成させるべく制
御し、送波器３からはそのトーンバースト波がパルス列
として送波されるように構成されている。また、送波方
式決定回路１３は、タイマー回路１０からの出力信号に
基づき受波器４に接続された送波別切替回路５にも切替
信号を出力するように構成されている。

【０００９】受波器４側では、送波別切替回路５の後段
に種々の処理回路が接続されているが、これらは第１の
検知モード時に受波信号を処理するための回路と第２の
検知モード時に受波信号を処理するための回路とに大別
することができる。一方の第１の検知モード時に受波信
号を処理する回路としては、受波器４から出力される受
波信号を増幅する増幅回路６、ミキサー７、検波回路
８、増幅回路９、移動時間積分回路１６、及び検知判断
回路１２が設けられている。このうち、ミキサー７は、
受波器４から出力されて増幅された受波信号を送波回路
２から出力される送波信号とミキシングさせるものであ
り、検波回路８は、前記受波信号中に含まれたドップラ
ー信号を検波するためのものである。このドップラー信
号は、超音波を反射する物体の移動に伴うドップラー効
果によって生じる反射波の周波数偏移であり、π／２だ
け位相が異なったドップラー成分を検出し、そのベクト
ルローテーション処理を行えば、ドップラー成分を正・
負で区別することが可能である。移動時間積分回路１６
は、ドップラー成分の正・負に応じて所定の単位値（例
えば『１』）の積算処理を一定時間間隔で行うものであ
る。基本的には、ドップラー成分が正であれば、単位値
『１』を加算し、また負であれば、単位値『１』を減算
し、その積算値を算出する処理を行う。検知判断回路１
２は、移動時間積分回路１６による積算値が、予め設定
された所定の移動物体判断用の閾値ＴＨａを超えたとき
に、移動物体が監視空間内に存在するものと判断し、移
動物体検知信号を出力するものである。

【００１０】他方、送波器３からパルス列の超音波を送
波させる第２の検知モード時において受波信号を処理す
る回路としては、増幅回路１１、検波回路１４、第１の
記憶回路１７、第２の記憶回路１８、及び比較回路１５
等が設けられている。すなわち、受波器４から出力され
る受波信号は、増幅回路１１で増幅された後に検波回路
１４で検波されるが、その検波された信号のパターンデ
ータ（測距データに相当する）は、第１の記憶回路１７
又は第２の記憶回路１８に時系列的に記憶されるように
構成されている。具体的には、第１の記憶回路１７に
は、第１の検知モードで移動物体が検出される前の受波
信号のデータ、即ち、監視空間内に移動物体が侵入して
いないときの初期データが記憶される。これに対し、第
２の記憶回路１８には最新の受波信号のデータが記憶さ
れ、これら２つの記憶回路１７、１８に格納されたデー
タが比較回路１５で比較されるように構成されている。
検知判断回路１２は、比較回路１５での２つのデータの
比較の結果、両データが一致しないときには、監視空間
内に物体が存在するものと判断し、その時点で既に移動
物体検知信号が出力されていれば、その信号出力を持続
させる。検知判断回路１２から移動物体検知信号の出力
が開始されるのは、あく迄も第１の検知モードのときで
あり、第１の検知モードで移動物体の検出がなされてい
ない限りは、仮に第１及び第２の記憶回路１７、１８に
記憶された２つのデータが不一致であっても、これによ
っては直ちに移動物体検知信号が出力されるようなこと
はない。

【００１１】タイマー回路１０は、予め設定された一定
の時間間隔で送波方式決定回路１３に対して所定の切替
信号を出力すべく構成され、これにより超音波センサＳ
の動作モードが第１の検知モードと第２の検知モードと
に交互に切り替わるが、このタイマー回路１０からの切
替信号の出力は、切替制御回路１９によって制御される
ように構成されている。切替制御回路１９は、移動時間
積分回路１６から出力されるドップラー信号の積算値
が、移動物体判断用の閾値ＴＨａよりも所定レベルだけ
低く設定された基準値ＴＨｂよりも低い値の状態からそ
の基準値ＴＨｂを超える状態となったたときには、その
際の第１の検知モードから次の第２の検知モードへのモ
ード切替え時期が遅延されるように、タイマー回路１０
から送波方式決定回路１３への信号出力時期を遅延させ
るべくタイマー回路１０を制御するものである。モード
切替え時期の遅延方法としては、第１の検知モードから
次の第２の検知モードへの切替え時期を予め設定した一
定時間だけ遅らせる方法以外として、次の第２の検知モ
ードを完全にキャンセルさせて第１の検知モードをその
まま持続させる方法等も採用することができる。

【００１２】次に、上記構成の超音波センサＳの作用に
ついて説明する。先ず、この超音波センサＳでは、タイ
マー回路１０から出力される切替信号に基づき、図２
（ａ）に示すように、第１の検知モードと第２の検知モ
ードとが時間Ｔ１、Ｔ２の間隔で交互に切替えられる。
第１の検知モードでは、受波器４から出力される受波信
号から検波回路８でドップラー信号が検波され、その正
・負の区別に応じ、移動時間積分回路１６で所定の単位
値の積算処理がなされる。これに対し、第２の検知モー
ドでは、送波器３からトーンバースト波がパルス列で送
波され、受波器４から出力される受波信号のパターンデ
ータが記憶回路１７又は１８に書き込まれ、その更新処
理がなされる。この第２の検知モード時において監視空
間内に移動物体が侵入しても、それによっては直ちに移
動物体検知信号は出力されない。而して、所定の監視空
間内に移動物体としての人体が侵入してくると、図２
（ｂ）の矢印Ｃに示すように、第１の検知モードにおけ
る移動積分時間の値（ドップラー信号に応じた所定の単
位値の積算値）が増加するが、このような場合におい
て、その積算値が移動物体判断用の閾値ＴＨａに到達す
る迄の間に、第１の検知モードの設定時間Ｔ１が終了し
てしまう場合がある（矢印Ａ）。

【００１３】上記のような場合、従来では、その時点で
第１の検知モードから第２の検知モードに切替わるが、
本発明ではこれとは異なる動作がなされる。すなわち、
本発明では、矢印Ａの時点で積算値が基準値ＴＨｂを超
えていると、切替制御回路１９がタイマー回路１０を制
御し、タイマー回路１０から送波方式決定回路１３に対
する切替信号の出力が阻止される。これにより、第１の
検知モードから第２の検知モードへの切替え時期が所定
の時間Ｔだけ遅延され、第１の検知モードが矢印Ｂの時
期まで延長される。従って、かかる延長された第１の検
知モード時において、積算値が移動物体判断用の閾値Ｔ
Ｈａに達することとなり（矢印Ｈ）、図２（ｃ）に示す
ようにその時点で移動物体検知信号が検知判断回路１２
から出力されることとなる。その結果、かかる移動物体
検知信号の出力時期が、図３で示した従来例のように、
第２の検知モードに切替えられる時間だけ遅くなるよう
なことがなく、監視空間内に侵入する移動物体としての
人体の検知が迅速に行われる。

【００１４】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明に係る超音波センサによれば、第１の検知モード時に
ドップラー信号に応じて積算処理される所定の積算値
が、移動物体判断用の閾値よりも低い値に設定された所
定の基準値を超えたときには、第１の検知モードが延長
されてその積算処理が継続してなされるために、第１の
検知モード時において移動物体の存在が検出される直前
に第２の検知モードに切替えられてその移動物体の検知
時期が遅れるような従来の難点を適切に解消することが
できる。その結果、本発明に係る超音波センサでは、監
視空間内に侵入してくる移動物体の検知が迅速に行え、
その応答性を良好にできるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波センサのハード構成の一例
を示すブロック図。

【図２】図１に示す超音波センサの動作状態の一例を示
すタイムチャート。

【図３】従来の超音波センサの動作状態の一例を示すタ
イムチャート。

【符号の説明】

１ 発振器 ２ 送波回路 ３ 送波器 ４ 受波器 ５ 送波別切替回路 ８ 検波回路 １０ タイマー回路 １２ 検知判断回路 １３ 送波方式決定回路 １４ 検波回路 １５ 比較回路 １６ 移動時間積分回路 １７ 第１の記憶回路 １８ 第２の記憶回路 １９ 切替制御回路 Ｓ 超音波センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】監視空間内に超音波を送波する送波器と、
   この送波器から送波されて監視空間内に存在する物体か
   ら反射されてくる反射波を受波してその受波信号を出力
   する受波器とを備え、その受波信号に含まれたドップラ
   ー信号に応じて所定の値の積算処理を行うと共にその積
   算値が予め定められた閾値を超えたときに移動物体検知
   信号を出力する第１の検知モードと、送波器からパルス
   列の超音波を送波することにより受波器から出力される
   受波信号に基づいて監視空間内の物体の存在の有無を判
   断する第２の検知モードとの両検知モードが所定の時間
   間隔で交互に切り替えられるように構成された超音波セ
   ンサであって、 前記第１の検知モード時における積算値が、前記閾値よ
   りも低く設定された所定の基準値を超えたときには、第
   １の検知モードから第２の検知モードへのモード切替え
   が遅延されるように構成されていることを特徴とする超
   音波センサ。