JPWO2019208565A1 - 近距離センサー - Google Patents

Abstract

近距離センサー（１００）は、送信部（１１０）から送信されたＦＭ−ＣＷ信号の物体からの反射信号を受信する受信回路（１２２）と、当該受信回路（１２２）によって受信された反射信号に含まれるＤＣ成分を得るＤＣ成分取得部（平均値算出部１２５）と、当該ＤＣ成分取得部（平均値算出部１２５）によって取得されたＤＣ成分に基づいて近距離物体の有無を判定する判定部（閾値判定部１２８）と、を有する。これにより、検出対象である近距離物体以外の物体による影響を排除でき、様々な環境下で、近距離物体の有無をより正確に検出できる近距離センサー（１００）を実現できる。

Description

本発明は、近距離物体の有無を検出する近距離センサーに関し、例えば駐車場の車両の有無を検出する技術に関する。

従来、駐車ロットに入庫及び出庫する車両の存在を検出する装置としてパーキングセンサーがある。例えば特許文献１には、各駐車ロットに埋設されたパーキングセンサーからマイクロ波を放射し、車両に反射した反射マイクロ波が所定レベル以上であることを検出した場合に車両が存在していると判断する技術が記載されている。

特開２００４−１１６１７３号公報 特開２０１０−１１２８７９号公報 特開２０００−２０６２３４号公報

ところで、マイクロ波を用いた方法によれば、特許文献１にも記載されているように、ループコイル方式、光方式、磁気干渉コイル方式などを用いた方法と比較して、誤検出を抑制できると考えられる。

しかしながら、マイクロ波を用いた方法を用いたとしても、例えば、車体裏から反射して受信される反射マイクロ波のレベルは、駐車場の天井から反射して受信される反射マイクロ波のレベルに近い値となるため、車両が存在しないにもかかわらず、車両が存在するといった誤った判断がされるおそれがある。よって、屋内駐車場などの車両以外の反射物体が存在する環境下に用いるには適しているとは言えない。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、様々な環境下で、近距離物体の有無をより正確に検出できる近距離センサーを提供する。

本発明の近距離センサーの一つの態様は、
送信信号を送信する送信回路を有する送信部と、
前記送信部から送信された前記送信信号の物体からの反射信号を受信し、前記反射信号のＩ／Ｑ信号を得る受信回路と、前記Ｉ／Ｑ信号に含まれるＤＣ成分を得るＤＣ成分取得部と、当該ＤＣ成分取得部によって取得されたＤＣ成分に基づいて近距離物体の有無を判定する判定部と、を有する受信部と、
具備する。

本発明によれば、反射信号に含まれるＤＣ成分に基づいて近距離物体の有無を判定するので、様々な環境下で、近距離物体の有無をより正確に検出できるようになる。

実施の形態の近距離センサーの構成を示すブロック図 近距離センサーの配置例を示す図 近距離センサーの配置例を示す図 窓関数によるＤＣ値の抑圧の様子を示す図 基準値記憶部に記憶された基準値の例を示す図であり、図５ＡはＩ信号の基準値を示す図、図５ＢはＱ信号の基準値を示す図 ＰＴＡＴ電圧が１．３Ｖの場合におけるＩ／Ｑ面上の基準点を示す図 閾値判定部によって行われる閾値判定の説明に供する図

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態の近距離センサー１００の構成を示すブロック図である。近距離センサー１００は、図２及び図３に示すように、例えば有料駐車場の各駐車ロッドの地面に設置される。つまり、図２に示すように、近距離センサー１００は、上方に向けてＦＭ−ＣＷ信号を送信し、その上方に車両１０が存在する場合に車体裏１０ａからの反射信号を受信する。近距離センサー１００は、図３に示したように、各駐車ロッドに複数個設置されてもよく、各駐車ロッドに１つ設置されてもよい。

近距離センサー１００が設置される駐車場は、屋外駐車場であってもよく、屋内駐車場であってもよい。屋外駐車場の場合には、近距離センサー１００の上方に車両１０が存在しないときに反射信号はほとんど存在しないこととなるが、屋内駐車場の場合には、近距離センサー１００の上方に車両１０が存在しないときであっても、天井などからの反射信号を受信することとなる。本実施の形態の近距離センサー１００は、このような車体１０以外の物体からの反射信号を受信した場合でも、車体１０の誤検出を防止できるような対策が採られている。

近距離センサー１００は、ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）信号を送信する送信部１１０と、車両１０などの物体から反射したＦＭ−ＣＷ信号を受信する受信部１２０と、を有する。

送信部１１０は、ＦＭ−ＣＷ変調器１１１と、送信回路１１２と、送信アンテナ１１３と、を有する。ＦＭ−ＣＷ変調器１１１は周波数変調した連続波を形成しこれを出力する。送信回路１１２は、発振器やパワーアンプなどから構成されており、ＦＭ−ＣＷ変調器１１１の出力をアップコンバートし増幅する。これにより、送信アンテナ１１３からはＦＭ−ＣＷ信号が送信される。本実施の形態では、２４ＧＨｚ帯のＦＭ−ＣＷ信号を送信するようになっている。なお、送信するＦＭ−ＣＷ信号の帯域はこれに限らず、これ以外のミリ波帯のＦＭ−ＣＷ信号を送信してもよい。ここで、ＦＭ−ＣＷ方式については、例えば特許文献２、３に記載されているような既知の信号なのでここでの詳しい説明は省略する。

受信部１２０は、物体からの反射信号を受信アンテナ１２１で受信し受信回路１２２に入力する。受信回路１２２はローノイズアンプやミキサなどから構成されており、受信信号を増幅しダウンコンバートする。アナログディジタル変換回路（ＡＤ）１２３は、受信回路１２２から出力されたＩ／Ｑアナログ信号をサンプリングしてＩ／Ｑディジタル信号として出力する。

窓関数乗算部１２４は、ＡＤ１２３の出力に窓関数を乗算することにより、不要成分を除去する。具体的には、窓関数乗算部１２４は、検出対象である近距離物体以外の物体からの反射信号に含まれるＤＣ成分を除去する。つまり、本実施の形態における不要成分とは、遠方の物体からの反射信号に含まれる成分である。遠方の物体からの反射信号とは例えば屋内駐車場の天井からの反射信号である。本実施の形態の場合には、窓関数乗算部１２４は、ＡＤ１２３の出力にハミング窓を乗算する。

平均値算出部１２５は、Ｉ／Ｑディジタル値をそれぞれ平均化することで直流値（ＤＣ電圧値）を算出する。平均値算出部１２５は、反射信号に含まれるＤＣ成分を得るＤＣ成分取得部として機能する。本実施の形態の場合には、平均値算出部１２５は、Ｉ、Ｑそれぞれについて６４サンプルのディジタルを平均化することでＩ、ＱそれぞれのＤＣ電圧値を算出する。

差分算出部１２６は、平均値算出部１２５により得られたＤＣ電圧値と、基準値記憶部１２７に記憶された基準値とを入力し、これらの差分を求めて差分値を出力する。

基準値記憶部１２７には、近距離物体が存在しない場合に平均値算出部１２５から出力されるＤＣ電圧値が予め記憶されている。本実施の形態の場合には、基準値記憶部１２７には、近距離センサー１００を複数の異なる温度環境下に配置した場合に得られる複数の温度依存ＤＣ成分値が記憶されており、基準値記憶部１２７は、温度センサー１３２での温度検出結果に応じたＤＣ成分値を差分算出部１２６に出力する。基準値記憶部１２７及び差分算出部１２６の詳細については後述する。

閾値判定部１２８は、差分算出部１２６により求められた差分値に基づいて近距離物体の有無を閾値判定する。閾値判定部１２８により得られた判定結果は送信回路１２９及び送信アンテナ１３１を介して例えば駐車場管理装置に無線送信される。

次に、近距離センサー１００の原理及び動作について説明する。

車両に搭載された従来のＦＭ−ＣＷ方式のミリ波レーダーは、ドップラー効果の原理を利用して、相対速度及び相対距離を検出している。このようにＦＭ−ＣＷ方式のミリ波レーダーは、相対距離の測定も可能であるが、変調帯域幅がおよそ６９ＭＨｚ程度なので、距離分解能にしておよそ２．２ｍしかない。よって、従来のＦＭ−ＣＷ方式のミリ波レーダーをそのまま用いたのでは、近距離センサーとしては不十分である。例えば、地面から車体裏までの距離はせいぜい０．１５ｍほどなので、車体の有無を正確に検出することは困難である。

そこで、本実施の形態の近距離センサー１００は、受信Ｉ／Ｑ信号の平均値（ＤＣ値）に基づいて、近距離物体の有無を検出する。ここで、もしも物体までの距離が離れている場合（つまり遠距離物体の場合）、受信Ｉ／Ｑ信号にはビート周波数として距離に応じた周波数を持った成分が多く含まれるはずである。これに対して、検出対象である近距離物体（例えば車体裏）までの距離は非常に小さいため、受信Ｉ／Ｑ信号に含まれるのはほぼＤＣ成分となる。つまり、本実施の形態では、ＦＭ−ＣＷ信号の反射信号は、反射物体までの距離が長いほど、周波数が上昇するといった特徴を利用している。

平均値算出部１２５によってＤＣ値を算出することにより、たとえ受信信号に遠距離物体からの高周波成分が含まれていたとしてもその成分は抑圧され、遠距離物体からの反射信号に起因する誤検出を防止できる。

ただし、近距離物体からの反射信号以外の成分を完全に抑圧可能なわけではなく、平均値への漏れ成分が生じる。そこで、本実施の形態では、窓関数乗算部１２４を設け、受信信号に窓関数を乗算することにより、このような漏れの成分を減らすようになっている。

図４は、窓関数によるＤＣ値の抑圧の様子を示す図である。図４は、距離が４ｍの物体からの反射信号に対して窓関数を乗じた場合の、各周波数成分の減衰の様子を示したものである。減衰させたい周波数成分はＤＣ値（つまり周波数０）であり、図４からハミング窓を用いた場合にＤＣ値を最も減衰させることができることが分かる。よって、本実施の形態では、窓関数としてハミング窓を用いる。これにより、近距離物体からの反射信号以外の信号によるＤＣ値への漏れを抑制できる。

さらに、受信したＩ／Ｑ信号に含まれるのは、理想的には近距離センサー１００の外部にある目標物体からの反射信号のみであることが望ましいが、実際には近距離センサー１００の回路内部や基板上で送信信号の漏れ信号が受信系に入ってしまい、さらには、近距離センサー１００のケースからの反射信号も受信信号に含まれてしまう。このような信号と、目標である近距離物体からの反射信号を分離するのは容易ではない。何故なら、これらは全て距離が近いために受信信号内の周波数にほぼ差が生じず、分離できないためである。

そこで、本実施の形態では、基準値記憶部１２７と差分算出部１２６とを設け、基準値記憶部１２７に上述の漏れ信号やケースからの反射信号を予め記憶しておき、差分算出部１２６によって受信信号からその信号を除去するようになっている。具体的には、基準値記憶部１２７には、近距離物体が存在しない場合に平均値算出部１２５から出力されるＤＣ電圧値が記憶されている。

加えて、本実施の形態では、基準値記憶部１２７に記憶するＤＣ成分の値は、近距離センサー１００を複数の異なる温度環境下に配置した場合に得られる複数の温度依存ＤＣ成分値である。

図５は、基準値記憶部１２７に記憶された基準値の例を示す。図５ＡはＩ信号の基準値であり、図５ＢはＱ信号の基準値である。横軸はＰＴＡＴ（proportional to absolute temperature）電圧であり、右側に行くほど温度が高くなっていると考えてよい。ＰＴＡＴ電圧は温度センサー１３２により測定される温度に相当する。図５の例では、基準値はＰＴＡＴ電圧に対する１次式となっているが、例えばＰＴＡＴ電圧に対する多項式であってもよい。

図６における●印は、ＰＴＡＴ電圧が１．３Ｖの場合におけるＩ／Ｑ面上の基準点を示している。つまり、温度センサー１３２から出力されるＰＴＡＴ電圧が１．３Ｖの場合には、基準値記憶部１２７から図６の●印の位置に対応する基準値が差分算出部１２６に出力される。

図７は、閾値判定部１２８によって行われる閾値判定の説明に供する図である。図中の×印は近距離物体からの反射信号による受信信号点を示す。差分算出部１２６では、●印で示された基準点と、×印で示された受信信号点との距離が算出される。閾値判定部１２８は、この距離が閾値以上であれば近距離物体が存在すると判定し、閾値未満であれば近距離物体が存在しないと判定する。つまり、受信信号点が閾値を示す丸枠の外側に存在する場合には近距離物体が存在すると判定し、丸枠の内側に存在する場合には近距離物体が存在しないと判定する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、送信部１１０から送信されたＦＭ−ＣＷ信号の物体からの反射信号を受信する受信回路１２２と、当該受信回路１２２によって受信された反射信号に含まれるＤＣ成分を得るＤＣ成分取得部（平均値算出部１２５）と、当該ＤＣ成分取得部（平均値算出部１２５）によって取得されたＤＣ成分に基づいて近距離物体の有無を判定する判定部（閾値判定部１２８）と、を設けたことにより、検出対象である近距離物体以外の物体による影響を排除でき、様々な環境下で、近距離物体の有無をより正確に検出できる近距離センサー１００を実現できる。

また、受信回路１２２によって受信された反射信号に窓関数を乗じることにより、近距離物体以外の物体からの反射信号に含まれるＤＣ成分を除去する窓関数乗算部１２４を設けたことにより、近距離物体以外の物体による影響をより確実に排除できるようになる。

さらに、近距離物体が存在しない状況下でＤＣ成分取得部（平均値算出部１２５）によって取得されるＤＣ成分の値を予め記憶する基準値記憶部１２７と、ＤＣ成分取得部（平均値算出部１２５）によって取得されたＤＣ成分と基準値記憶部１２７に記憶されたＤＣ成分との差分を求める差分算出部１２６と、を設け、差分算出部１２６により求められた差分値に基づいて近距離物体の有無を判定するようにしたことにより、近距離センサー１００内での漏れ信号や反射信号による悪影響を排除できるようになり、近距離物体の有無をより正確に検出できるようになる。

上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。

上述の実施の形態では、図３に示したように、各駐車ロット内に複数の近距離センサー１００を設けた。このように複数の近距離センサー１００を設ければ、１つの近距離センサー１００だけで車両の有無を検出する場合よりも検出の信頼度を高めることができる。他の実施の形態では、複数の近距離センサー１００を設ける代わりに、１つの近距離センサー１００の中に複数の送信アンテナ１１３及び又は複数の受信アンテナ１２１を設け、それらを切り換えながら用いることでアンテナダイバーシチを行うようにしてもよい。つまり、複数の送信アンテナ１１３及び又は複数の受信アンテナ１２１を切り換えながら用いることで車両１０の車体裏１０ａの複数位置を検出するようにしてもよい。例えば、いずれか１つのアンテナにより車両有りの検出結果が得られた場合に、車両有りと判断するようにすれば、車両の検出漏れを防止できる。

上述の実施の形態では、温度センサー１３２を設け、基準値記憶部１２７から温度に応じた基準値を出力した場合について述べたが、必ずしも温度に応じた基準値を用いなくてもよい。その場合、差分算出部１２６は、例えば図７の×印で示された受信信号点と温度変化線との最短距離を算出し、この最短距離を閾値判定し、最短距離が閾値以上の場合には車両が存在すると判定すればよい。このようにすると、実施の形態のように温度特性を加味した場合よりも、車両が存在すると判定する感度が鈍くなる。しかし、有料駐車場などに用いる場合には、車両が存在しないにもかかわらず車両が存在するといった誤検出をしてしまうと、誤った課金が行われるといった重大ミスに繋がる。車両が存在すると判定する感度を鈍くすれば、このような重大ミスを防止できる。

上述の実施の形態では、近距離センサー１００をいわゆるパーキングセンサーとして用いる場合について説明した。この場合、近距離センサー１００により得られた車両の有無の情報は、送信アンテナ１３１から駐車場管理装置に送られる。駐車場管理装置は、課金機能やゲート開閉制御機能などを有する。駐車場管理装置は、近距離センサー１００から送られた車両有無情報に基づいて課金処理を行ったり、ゲートの開閉制御を行う。なお、近距離センサー１００をいわゆるパーキングセンサーとして用いる場合には、送信部１１０は、例えば１分間隔でＦＷ−ＣＷ信号を送信するとよい。これにより、電力消費を抑制できるので、バッテリーの交換回数などを減らすことができる。

上述の実施の形態で説明した近距離センサー１００は、パーキングセンサーに限らず、近距離物体の有無を検出する近距離センサーとして広く適用可能である。例えば、倉庫内の棚に設けて物品の有無を検出するセンサーとして用いることもでき、自動ドアの開閉動作を制御するために人物の接近を検出するセンサーとしても用いることができる。

上述の実施の形態では、送信部１１０がＦＭ−ＣＷ変調器１１１を有し、送信信号としてＦＭ−ＣＷ信号を送信する場合について述べたが、本発明はこれに限らない。送信部１１０は、ＦＭ−ＣＷ変調器１１１を有さず、送信回路１１２から周波数が一定の送信信号（例えば２４ＧＨｚ帯の送信信号）を送信してもよい。この場合、受信部は、送信部から送信された送信信号の物体からの反射信号を受信し、反射信号のＩ／Ｑ信号を得る受信回路と、当該Ｉ／Ｑ信号に含まれるＤＣ成分を得るＤＣ成分取得部と、当該ＤＣ成分取得部によって取得されたＤＣ成分に基づいて近距離物体の有無を判定する判定部と、を有するように構成される。このようにすれば、上述の実施の形態と同様に、様々な環境下で、近距離物体の有無をより正確に検出できる近距離センサーを実現できる。

ここで、上述の実施の形態のように送信信号としてＦＭ−ＣＷ信号を用いた場合には、送信信号に対する受信信号（反射信号）の遅延時間が周波数の差として現れるので、この周波数の差に基づいて物体までの距離を推定できる。これに対して、送信信号として周波数が一定の信号を用いた場合には、物体までの距離が異なっても周波数の差は生じないので物体までの距離を推定することはできない。ただし、近距離物体の有無を判定するのであれば、物体までの距離は必ずしも推定する必要はないので、送信信号としてＦＭ−ＣＷ信号を用いずに周波数が一定の送信信号を用いてもよいことになる。因みに、上述したように送信信号としてＦＭ−ＣＷ信号を用いれば、窓関数を用いて不要成分を除去することで、検出対象である近距離物体以外の物体からの反射信号に含まれるＤＣ成分を除去することができ、遠方の物体を検出対象から除外できるといったメリットがある。

２０１８年４月２７日出願の特願２０１８−０８６３３０の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

本発明は、近距離物体の有無を検出する近距離センサーとして広く適用可能であり、例えばパーキングセンサーに好適である。

１０ 車両
１００ 近距離センサー
１１０ 送信部
１１１ ＦＭ−ＣＷ変調器
１１２、１２９ 送信回路
１１３、１３１ 送信アンテナ
１２０ 受信部
１２１ 受信アンテナ
１２２ 受信回路
１２３ アナログディジタル変換回路
１２４ 窓関数乗算部
１２５ 平均値算出部
１２６ 差分算出部
１２７ 基準値記憶部
１２８ 閾値判定部
１３２ 温度センサー

Claims (8)

1. 送信信号を送信する送信回路を有する送信部と、
   前記送信部から送信された前記送信信号の物体からの反射信号を受信し、前記反射信号のＩ／Ｑ信号を得る受信回路と、前記Ｉ／Ｑ信号に含まれるＤＣ成分を得るＤＣ成分取得部と、当該ＤＣ成分取得部によって取得されたＤＣ成分に基づいて近距離物体の有無を判定する判定部と、を有する受信部と、
   具備する近距離センサー。
2. 前記受信部は、
   前記近距離物体が存在しない状況下で前記ＤＣ成分取得部によって取得されるＤＣ成分の値を予め記憶する記憶部と、
   前記ＤＣ成分取得部によって取得されたＤＣ成分と、前記記憶部に記憶されたＤＣ成分との差分を求める差分算出部と、
   をさらに具備し、
   前記判定部は、前記差分算出部により求められた差分値に基づいて前記近距離物体の有無を判定する、
   請求項１に記載の近距離センサー。
3. 前記記憶部に予め記憶される前記ＤＣ成分の値は、前記近距離センサーを複数の異なる温度環境下に配置した場合に得られる複数の温度依存ＤＣ成分値である、
   請求項２に記載の近距離センサー。
4. 温度センサーを、さらに具備し、
   前記記憶部は、前記温度センサーにより得られた温度検出値に対応するＤＣ成分の値を出力する、
   請求項３に記載の近距離センサー。
5. １つの近距離センサーが、複数の送信アンテナ及び又は複数の受信アンテナを具備し、
   前記複数の送信アンテナ及び又は複数の受信アンテナを切り換えて、前記送信信号の送信及び又は前記反射信号の受信を行うことにより、アンテナダイバーシチを行う、
   請求項１に記載の近距離センサー。
6. 前記送信部は、前記送信信号としてＦＭ−ＣＷ信号を送信し、
   前記受信部は、
   前記受信回路によって得られた前記Ｉ／Ｑ信号に窓関数を乗じることにより、前記近距離物体以外の物体からの反射信号に含まれるＤＣ成分を除去する窓関数乗算部を、さらに具備する、
   請求項１に記載の近距離センサー。
7. 前記窓関数乗算部は、前記窓関数としてハミング窓を用いる、
   請求項６に記載の近距離センサー。
8. 前記送信部及び前記受信部は、地面に設置される、
   請求項１に記載の近距離センサー。
   

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