(57)【要約】【課題】設置が容易で、適時に移動体検知が可能なドップラセンサおよびそのドップラセンサを用いた機器制御システムを提供する。【解決手段】信号生成部１２は、電波法において免許を要しないと規定されている電波局において用いられる周波数を送信周波数として有する送信信号を生成する。送信アンテナ１４は、送信信号を送信電波として送信する。受信アンテナ１５は、対象物によって反射された送信電波を受信し、受信信号を出力する。ドップラ回路１３は、送信信号と受信信号周波数とからドップラ信号を生成する。信号処理部１６は、ドップラ信号からドップラ周波数を判定する。信号変調部１２ａはドップラ周波数に基づいて送信信号を変調する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波法において免許を要しないと規定されている電波局において用いられる周波数を送信周波数として有する送信信号を生成する信号生成部と、
前記送信信号を送信電波として送信する送信アンテナと、
対象物によって反射された前記送信電波を受信し、受信信号を出力する受信アンテナと、
前記送信信号と前記受信信号とからドップラ信号を生成するドップラ回路と、
前記ドップラ信号からドップラ周波数を判定する信号処理部と、
前記ドップラ周波数に基づいて前記送信信号を変調する信号変調部と、
を備えたドップラセンサ。
【請求項２】
前記ドップラ信号に基づいて移動体の有無を判定する移動体判定部を備え、
前記信号変調部は前記移動体判定部の判定結果に応じて前記送信信号を変調する請求項１記載のドップラセンサ。
【請求項３】
前記送信信号の生成、前記送信電波の送信、前記送信電波の受信、前記ドップラ信号の生成、前記ドップラ周波数の判定、前記送信信号の変調を一つの処理単位とし、
前記信号変調部は、直前の前記処理単位で判定された前記ドップラ周波数に基づいて前記送信信号を変調する請求項１または２記載のドップラセンサ。
【請求項４】
外部機器からの前記送信周波数を有する電波を受信する外部電波受信アンテナを有する請求項１から３のいずれか一項に記載のドップラセンサ。
【請求項５】
請求項４記載のドップラセンサと、前記外部機器である制御装置と、を有する機器制御システムであって、
前記制御装置は、
前記送信電波を受信する受信アンテナと、
前記受信された送信電波を復調する信号復調部と、
前記信号復調部によって復調された情報に基づいて、前記送信周波数を有し、被制御機器を制御するための制御信号を生成する制御信号生成部と、
前記制御信号を制御信号電波として送信する送信アンテナと、
を備え、
前記ドップラセンサは、
前記外部電波受信アンテナによって受信された電波から前記制御信号を復調する制御信号復調部と、
復調された前記制御信号に基づいて前記被制御機器を制御する機器制御部と、
を備えた機器制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドップラセンサおよびドップラセンサを用いた機器制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
マンマシンインターフェースや侵入検知等に用いる移動体の検知手段の一つとしてドップラセンサが知られている。ドップラセンサは、所定周波数の電波を送信し、移動体が電波の送信方向に移動している場合には、移動体によって反射された電波の周波数がシフトするというドップラ効果に基づいて、移動体を検知するものである。
【０００３】
多くのドップラセンサでは、送信電波として１０ＧＨｚ（Ｘバンド）や２４ＧＨｚ（Ｋバンド）付近の周波数の電波が用いられている。また、電波法により使用が認められた無線局の使用周波数を用いるドップラセンサも提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３０４９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的なドップラセンサは、送信電波の周波数と受信電波の周波数との偏差を周波数とするドップラ信号や、そのドップラ信号に基づいた移動体の検知結果を出力するに止まっている。そのため、これらの信号を制御装置に送信し、制御装置においてその信号に応じた制御を行う必要がある。したがって、ドップラセンサから制御装置に対して信号を送信する手段が必要となる。
【０００６】
ドップラセンサから制御装置に対する信号の送信は有線でも可能であるが、利便性の点から無線が望ましい。このとき、一般的なドップラセンサのようにＸバンドやＫバンドの周波数で送信を行う場合には、電波法上の登録・認可が必要となり、手間が増加する。また、これらの周波数の信号を発生させる発振回路は比較的高価であるため、コストの増加につながる。
【０００７】
一方、特許文献１では、すでに電波法によって使用が認められた無線局にドップラセンサとしての機能を付加しているため、ドップラセンサに対する電波法上の登録・認可を行う必要はない。しかしながら、制御装置側にも無線局としての機能が必要となり、制御装置側に対しては、電波法上の登録・認可が必要となる。
【０００８】
また、特許文献１のドップラセンサでは、ＰＨＳの無線局がドップラセンサを兼ねているため、通常のＰＨＳの通信を行っている間は、ドップラセンサとして機能させることができない。
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、設置が容易で、適時に移動体検知が可能なドップラセンサおよびそのドップラセンサを用いた機器制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のドップラセンサは、電波法において免許を要しないと規定されている電波局において用いられる周波数を送信周波数として有する送信信号を生成する信号生成部と、前記送信信号を送信電波として送信する送信アンテナと、対象物によって反射された前記送信電波を受信し、受信信号を出力する受信アンテナと、前記送信信号と前記受信信号とからドップラ信号を生成するドップラ回路と、前記ドップラ信号からドップラ周波数を判定する信号処理部と、前記ドップラ周波数に基づいて前記送信信号を変調する信号変調部と、を備えている。
【００１１】
この構成では、ドップラセンサから送信される送信電波の周波数は、電波法において免許を要しないと規定されている電波局において用いられる周波数である。そのため、ドップラセンサを設置する際に、電波法上の登録・認可の必要がない。また、移動体の移動の速度を示すドップラ周波数に基づいて送信信号を変調しているため、この送信信号には移動体の速度の情報、すなわち、検知結果が付加されている。そのため、送信信号と検知結果とを個別に送信する必要がない。よって、検知結果の送信によって送信電波の送信が阻害されることがなく、適時に送信電波の送信、すなわち、移動体の検知を行うことができる。
【００１２】
さらに、本発明のドップラセンサで用いている周波数の電波は、直進性が低く、回折を生じやすいため、検知領域外に設置されている外部機器で、検知結果が付加された送信電波を受信することができる。そのため、対象物に対して電波を送信するアンテナと、外部機器に電波を送信するアンテナとを個別に設ける必要がない。
【００１３】
送信信号の変調は、ドップラ周波数に応じて行ってもよいが、前記ドップラ信号に基づいて移動体の有無を判定する移動体判定部を備え、前記信号変調部は前記移動体判定部の判定結果に応じて前記送信信号を変調する構成も好ましい実施形態の一つである。このように構成すると、変調された外部電波を受信した外部機器が電波を復調するだけで移動体の有無を知ることができる。
【００１４】
本発明のドップラセンサの好適な実施形態の一つでは、前記送信信号の生成、前記送信電波の送信、前記送信電波の受信、前記ドップラ信号の生成、前記ドップラ周波数の判定、前記送信信号の変調を一つの処理単位とし、前記信号変調部は、直前の前記処理単位で判定された前記ドップラ周波数に基づいて前記送信信号を変調する。
【００１５】
この構成では、ドップラ周波数が判定された処理単位の直後の処理単位での送信信号に対して、このドップラ周波数に基づく変調が施されるため、適時に検知結果を外部機器等に送信することができる。
【００１６】
本発明のドップラセンサの好適な実施形態の一つでは、前記送信周波数を有する外部機器からの電波を受信する外部電波受信アンテナを有している。
【００１７】
この構成では、ドップラセンサと外部機器とが双方向に通信することができる。このような構成は、ドップラセンサの検知結果に基づいて外部機器がドップラセンサに対して働きかけるような用途では非常に有用である。
【００１８】
この用途として、上述の構成のドップラセンサと、前記外部機器である制御装置と、を有する機器制御システムがある。この機器制御システムでは、前記制御装置は、前記送信電波を受信する受信アンテナと、前記受信された送信電波を復調する信号復調部と、前記信号復調部によって復調された情報に基づいて、前記送信周波数を有し、被制御機器を制御するための制御信号を生成する制御信号生成部と、前記制御信号を制御信号電波として送信する送信アンテナと、を備え、
前記ドップラセンサは、前記外部電波受信アンテナによって受信された電波から前記制御信号を復調する制御信号復調部と、復調された前記制御信号に基づいて前記被制御機器を制御する機器制御部と、を備えている。
【００１９】
この構成では、ドップラセンサと外部機器である制御装置とが双方向通信することにより、ドップラセンサの検知結果に基づいて、制御装置が被制御機器に対する制御内容を決定し、その制御内容をドップラセンサに送信し、ドップラセンサが被制御機器を制御することができる。この構成は、ドップラセンサと被制御機器とを近接して配置する必要があるシステムに特に適している。例えば、被制御機器が監視カメラである場合である。この場合には、ドップラセンサが監視エリアの侵入検知を行い、その検知結果に基づいて監視カメラの動作を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ドップラセンサのブロック図である。
【図２】ドップラセンサの処理の流れを表すフローチャートである。
【図３】機器制御システムのブロック図である。
【図４】機器制御システムの処理の流れを表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
〔ドップラセンサ〕
まず、図面を用いて本発明のドップラセンサの実施形態を説明する。なお、対象物とは、マンマシンインターフェース等の用途であればユーザの手等であり、侵入検知等の用途であれば侵入者等を指す。また、移動体とは移動している対象物である。
【００２２】
図１は、本実施形態におけるドップラセンサ１のブロック図である。図に示すように、本実施形態のドップラセンサ１は、制御部１１，信号生成部１２，ドップラ回路１３，送信アンテナ１４，受信アンテナ１５，信号処理部１６，移動体判定部１７を備えている。
【００２３】
制御部１１は、ドップラセンサ１全体の動作を制御する。例えば、所定の間隔で信号生成部１２に対して送信信号を生成する指示を送る。
【００２４】
信号生成部１２は、制御部１１からの指示を受けて、送信周波数を有する信号（以下、送信信号と称する）を生成する。信号生成部１２によって生成された送信信号はドップラ回路１３に入力され、送信アンテナ１４から送信電波として検知領域に向けて送信される。そのため、送信アンテナ１４は、検知領域方向に指向性を有するように設置されている。
【００２５】
ここで、送信周波数とは、電波法において免許を要しないと規定されている電波局において用いられる周波数である。例えば、２．４ＧＨｚ帯やＳｕｂ−１ＧＨｚ帯が送信周波数として用いられる。このように、本発明のドップラセンサでは、電波法において免許を要しないと規定されている電波局において用いられる周波数を送信周波数として用いるため、ドップラセンサの設置に際して電波局としての登録および認可が不要となる。そのため、容易にドップラセンサを設置することができる。
【００２６】
また、信号生成部１２は、後述する移動体判定部１７の判定結果に基づいて送信信号を変調する信号変調部１２ａを備えている。信号変調部１２ａは、移動体判定部１７の判定結果と変調との関係を示すテーブルを保持しており、そのテーブルの内容に基づいて送信信号を変調する。変調方法としては、周波数変調以外の例えば振幅変調等を用いることができる。
【００２７】
ドップラ回路１３には、上述したように、送信信号が入力される。また、ドップラ回路１３には、受信アンテナ１５が受信した、移動体によって反射された送信電波が受信信号として入力される。ドップラ回路１３は、入力された送信信号および受信信号からドップラ信号を生成する。ここで、ドップラ信号とは、送信信号の周波数と受信信号の周波数との偏差を周波数として有する信号である。生成されたドップラ信号は信号処理部１６に入力される。ドップラ回路１３は、例えば、ミキサ等により構成することができる。
【００２８】
信号処理部１６は、ドップラ信号からドップラ周波数を判定する。判定したドップラ周波数は移動体判定部１７に入力される。
【００２９】
移動体判定部１７は、ドップラ周波数に基づいて移動体を判定する。上述したように、ドップラ周波数は、送信信号の周波数と受信信号の周波数の偏差であり、この偏差は移動体の移動速度によって規定される。したがって、ドップラ周波数を判定すれば、送信電波の送信方向に沿って移動している移動体の有無、その移動方向（近接または離間方向）、さらには、移動速度をも判定することができる。移動体判定部１７の判定結果は信号変調部１２ａに入力される。なお、移動体判定部１７の判定結果の種別は、ドップラセンサ１をどのように用いるかによって変更すればよい。例えば、侵入検知に用いる場合には、移動体の有無および移動方向を判定結果とすることができる。
【００３０】
以下に図２のフローチャートに基づいて本実施形態におけるドップラセンサ１の処理の流れを説明する。本実施形態では、送信信号の生成，送信電波の送信，反射された送信電波の受信，ドップラ信号の生成，ドップラ周波数の判定，移動体の判定を一つの処理単位とし、各処理単位は所定の時間間隔で実行されるものとする。なお、各処理単位は、離散的に設定しても構わないし、連続的に設定しても構わない。さらには、各処理単位が部分的に重複するように設定しても構わない。この場合には、移動体の判定の後に、直後の処理単位における送信信号の変調が行われるように設定する必要がある。
【００３１】
まず、制御部１１は起動時または前回の送信信号生成時から所定時間が経過したか否かを判定する（＃０１）。すなわち、制御部１１は各処理単位の開始時刻に達しているか否かを判定する。もし、所定時間が経過していれば（＃０１のＹｅｓ分岐）、制御部１１は、信号生成部１２に対して送信信号を生成するよう指示を送る。
【００３２】
制御部１１からの指示を受けた送信信号生成部１２は、上述した送信周波数を有する送信信号を生成する（＃０２）。そして、信号変調部１２ａは、移動体判定部１７の移動体の判定結果に基づいて送信信号を変調する（＃０３）。なお、この移動体の判定結果は、直前の処理単位での移動体判定部１７の処理によるものである。このようにして生成された送信信号は、ドップラ回路１３に入力されるとともに、送信アンテナ１４を介して送信電波として送信される（＃０４）。
【００３３】
送信された送信電波は、移動体等によって反射され、受信アンテナ１５を介して受信される（＃０５）。受信された電波は、受信信号としてドップラ回路１３に入力される。
【００３４】
ドップラ回路１３は、送信信号と受信信号とからドップラ信号を生成する（＃０６）。生成されたドップラ信号は、信号処理部１６に入力される。
【００３５】
信号処理部１６は、ドップラ信号からドップラ周波数を判定する（＃０７）。なお、ドップラ信号は微弱なため、ドップラ信号を増幅した後にドップラ周波数を判定することが望ましい。判定したドップラ周波数は移動体判定部１７に入力される。本実施形態では、信号処理部１６は、判定したドップラ周波数を電圧として出力する。このとき、電圧は、移動体の有無を表す２段階でも構わないし、移動の速度を多段階で表しても構わない。また、移動の方向に応じて正負の電圧としても構わない。
【００３６】
移動体判定部１７は、信号処理部１６から入力されたドップラ周波数に応じて、移動体の有無や、移動方向、移動速度等を判定する（＃０８）。移動体判定部１７の判定結果は、信号変調部１２ａに入力され、次の処理単位での送信信号の変調に利用される。
【００３７】
以上のように、本発明のドップラセンサでは、送信周波数は、電波法において免許を要しないと規定されている電波局において用いられる周波数であり、例えば２．４ＧＨｚ帯やＳｕｂ−１ＧＨｚ帯の周波数を用いている。この帯域の電波は、ＸバンドやＫバンドの電波に比べて指向性が低く、また、回折が生じやすい。そのため、本発明のドップラセンサでは、移動体の有無を検知するための送信電波は拡散しやすく、制御装置でも送信電波を受信することが可能となる。すなわち、本発明のドップラセンサでは、制御装置に電波を送信するための機構を別途設けることなく、制御装置に対して電波を送信することができる。
【００３８】
また、本発明のドップラセンサでは、直前の処理単位における検知結果に基づいて、移動体を検知するための送信信号を変調している。すなわち、送信信号に検知結果を含めることにより、移動体を検知するための電波と、制御装置等に検知結果を送信するための電波と、を共用している。そのため、移動体を検知するための送信と、検知結果の送信とを個別に行う必要がなく、連続した移動体の検知を行うことができる。
【００３９】
〔機器制御システム〕
以下に、図面を用いて本発明の機器制御システムの実施形態を説明する。図３は、本実施形態における機器制御システムのブロック図である。なお、上述したドップラセンサ１と同じ機能部に対しては同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４０】
図３に示すように、本実施形態における機器制御システムは、ドップラセンサ１、制御装置２（本発明の外部機器の例）、被制御機器３を備えている。被制御機器３は、機器制御システムによって制御される機器であり、例えば、汎用コンピュータ，監視カメラ，警報装置等をはじめとする様々な機器とすることができる。
【００４１】
制御装置２は、例えば、汎用コンピュータやスマートフォンにより構成することができる。本実施形態における制御装置２は、受信アンテナ２１，信号復調部２２、制御信号生成部２３，送信アンテナ２４を備えている。
【００４２】
受信アンテナ２１は、ドップラセンサ１から送信される送信電波を受信し、受信した電波に基づく信号を信号復調部２２に入力する。上述したように、本発明で用いている送信周波数の電波は拡散しやすいため、検知領域に向けて送信されたとしても、検知領域に近接する領域では受信することができる。そのため、制御装置２をドップラセンサ１から送信される電波を受信可能な範囲に設置しておけば、制御装置２はドップラセンサ１からの送信電波を受信することができる。これにより、ドップラセンサ１から制御装置２に対して電波を送信するための付加的な構成を不要とすることができる。
【００４３】
信号復調部２２は、受信アンテナ２１から入力された信号から情報を復調する。復調された出力信号は制御信号生成部２３に入力される。本実施形態では、この情報は移動体判定部１７による移動体の検知結果である。
【００４４】
制御信号生成部２３は、入力された出力信号に基づいて被制御機器３の制御内容を決定する制御内容決定部２３ａと、制御内容決定部２３ａにより決定された制御内容に基づいて基準信号を変調して制御信号を生成する制御信号変調部２３ｂと、を備えている。
【００４５】
制御内容決定部２３ａは、移動体の検知結果や被制御機器３の種類に基づいて、被制御機器３をいかに制御するかを表す制御内容を決定する。
【００４６】
例えば、被制御機器３が監視カメラであり、検知結果が「移動体あり」である場合には、被制御機器３である監視カメラを作動させることを制御内容として決定することができる。また、監視カメラの映像を録画させたり、遠隔地に転送させたりすることを制御内容とすることもできる。また、被制御機器３が警報器の場合には、警報器を発報させることを制御内容とすることもできる。
【００４７】
一方、移動体を検知した後に、移動体が検知されなくなった場合には、被制御機器３を停止させることを制御内容とすることもできる。
【００４８】
制御信号変調部２３ｂは、決定された制御内容に応じて、正弦波等の基準信号を変調し、制御信号を生成する。生成された制御信号は、送信アンテナ２４を介して制御信号電波として送信される。なお、この通信もドップラセンサ１と同じ送信周波数で行われる
【００４９】
本実施形態におけるドップラセンサ１は、上述の機能部に加えて、外部電波受信アンテナ１８，機器制御部１９を備えている。
【００５０】
外部電波受信アンテナ１８は、制御装置２から送信される制御信号電波を受信するためのアンテナである。受信された制御信号電波に基づく信号は機器制御部１９に送られる。
【００５１】
機器制御部１９は、入力された信号から制御信号を復調する制御信号復調部１９ａを備えている。機器制御部１９は、復調された制御信号に基づいて被制御機器３を制御する。本実施形態では、機器制御部１９は有線によって被制御機器３と通信を行うが、無線で通信を行うように構成しても構わない。
【００５２】
制御対象となる被制御機器３は、上述したように様々な機器とすることができるが、ドップラセンサ１自体とすることもできる。この場合には、例えば、処理単位の時間を変更する等の制御を行うことができる。
【００５３】
以下に、図４のフローチャートを用いて本実施形態における機器制御システムの処理の流れを説明する。なお、ドップラセンサ１における対象物の移動検知は上述したとおりであるため、ここでは詳細は省略する。
【００５４】
まず、上述したように、ドップラセンサ１から、移動体の検知結果に基づいて変調された送信電波が送信される（＃１１）。この送信電波は検知領域に向けて送信されるが、上述したようにこの送信電波は拡散しやすいため、検知領域に近接する領域に設置された制御装置２にも到達する。制御装置２に到達した送信電波は、受信アンテナ２１を介して受信される（＃１２）。受信された送信電波に基づく信号は信号復調部２２に入力される。
【００５５】
信号復調部２２は、入力された信号を復号し、移動体の検知結果を復調する（＃１３）。復調された移動体の検知結果は制御信号生成部２３に入力される。
【００５６】
制御信号生成部２３では、まず、制御内容決定部２３ａが、移動体の検知結果に基づいて制御内容を決定する（＃１４）。このとき、制御内容決定部２３ａは、被制御機器３の種別（機能）をも考慮した制御内容を決定することができる。
【００５７】
制御内容決定部２３ａによって制御内容が決定されると、制御信号変調部２３ｂが、その制御内容に応じて基準信号を変調し、制御信号を生成する（＃１５）。生成された制御信号は、送信アンテナ２４を介して、制御信号電波として送信される（＃１６）。
【００５８】
このようにして送信された制御信号電波は、ドップラセンサ１において外部電波受信アンテナ１８を介して受信される（＃１７）。受信された制御信号電波に基づく信号は機器制御部１９に入力される。
【００５９】
機器制御部１９では、まず、制御信号復調部１９ａが、入力された信号から制御信号を復調する（＃１８）。機器制御部１９は、復調された制御信号に基づいて被制御機器３に制御指示を送る（＃１９）。なお、ドップラセンサ１と制御装置２とはそれぞれ不揮発性メモリ等に、制御信号と制御内容とを対応付けた共通の情報を記憶している。これにより、制御装置２で決定した制御内容通りに被制御機器３を制御することができる。
【００６０】
〔別実施形態〕
（１）上述の実施形態では、送信用のアンテナと受信用のアンテナとを有する構成としたが、一つのアンテナを送受信に用いても構わない。また、機器制御システムの実施形態において、ドップラセンサ１が受信アンテナ１５と外部電波受信アンテナ１８とを有する構成としたが、これらを一つのアンテナで構成しても構わない。
【００６１】
（２）上述の実施形態では、信号変調部１２ａは移動体判定部１７の判定結果に基づいて送信信号を変調する構成としたが、移動体判定部１７を設けない構成としても構わない。この場合には、信号変調部１２ａは信号処理部１６から出力されるドップラ周波数に基づいて送信信号を変調する。一方、制御装置２では、信号を復調するとドップラ周波数が得られるため、このドップラ周波数に基づいて制御内容を決定すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、ドップラセンサおよびドップラセンサを用いた機器制御システムに用いることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１：ドップラセンサ
１２：信号生成部
１２ａ：信号変調部
１３：ドップラ回路
１４：送信アンテナ
１５：受信アンテナ
１６：信号処理部
１７：移動体判定部
１８：外部電波受信アンテナ
１９：機器制御部
１９ａ：制御信号復調部
２：制御装置（外部機器）
２１：受信アンテナ
２２：信号復調部
２３：制御信号生成部
２４：送信アンテナ
３：被制御機器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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