(57)【要約】  本発明は、ドップラーレーダーを利用した人感センサーを提供する。その人感センサーは、ドップラーレーダー信号を送信し、送信したドップラーレーダー信号を受信して両信号間の周波数差に対応する信号処理結果を出力するドップラーレーダー部と、ドップラーレーダー部から出力された信号から人の内部生体活動により発生する振動に対応する所定の周波数帯域をフィルタリングし、フィルタリングされた信号を増幅するフィルタリング及び増幅部と、フィルタリング及び増幅部から出力された信号を分析して人体が感知されたか否かを判定し、人体が感知された場合に判定結果信号を出力する判定及び制御部とを含む。
2019528458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドップラーレーダーを利用した人感センサーであって、
ドップラーレーダー信号を送信し、送信したドップラーレーダー信号を受信して両信号間の周波数差に対応する信号処理結果を出力するドップラーレーダー部と、
前記ドップラーレーダー部から出力された信号から人の内部生体活動により発生する振動に対応する所定の周波数帯域をフィルタリングし、フィルタリングされた信号を増幅するフィルタリング及び増幅部と、
前記フィルタリング及び増幅部から出力された信号を分析して人体が感知されたか否かを判定し、人体が感知された場合に判定結果信号を出力する判定及び制御部と、
を含むことを特徴とする人感センサー。
【請求項２】
前記フィルタリング及び増幅部の前記所定の周波数帯域は、２Ｈｚ乃至１０Ｈｚから選択された周波数より低い周波数帯域であることを特徴とする請求項１に記載の人感センサー。
【請求項３】
前記フィルタリング及び増幅部は、
リードタイプ又は表面実装部品(ＳＭＤ)タイプの素子を用いて抵抗及びキャパシタ(ＲＣ)ローパスフィルタ構造で実現されるフィルタと、
デュアル演算増幅器(デュアルＯＰアンプ)構造で実現される増幅器と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の人感センサー。
【請求項４】
前記ドップラーレーダー部から出力された信号から人の動きにより発生する振動に対応する所定の周波数帯域をフィルタリングし、フィルタリングされた信号を増幅する補助フィルタリング及び増幅部をさらに含み、
前記判定及び制御部は、前記補助フィルタリング及び増幅部から出力された信号を追加的に分析して人体が感知されたか否かをさらに判定することを特徴とする請求項１に記載の人感センサー。
【請求項５】
前記補助フィルタリング及び増幅部の前記所定の周波数帯域は２０乃至８０Ｈｚから選択された周波数より低い周波数帯域であることを特徴とする請求項４に記載の人感センサー。
【請求項６】
前記補助フィルタリング及び増幅部は、
リードタイプ又はＳＭＤタイプの素子を用いてＲＣローパスフィルタ構造で実現されるフィルタと、
デュアルＯＰ増幅器構造で実現される増幅器と、を含むことを特徴とする請求項４に記載の人感センサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人感センサーに関するもので、特にドップラーレーダーを利用した人感センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
人体のような物体を検出する人感センサー(body  detection  sensor)として多様なセンサーが知られている。例えば、超音波センサー又は紫外線センサーは室内又は玄関などに超音波又は紫外線を放出し、室内又は玄関などに人がいるとき又は人がいないときに、その超音波又は紫外線の反射状態の差によって人体の有無を感知する。また、赤外線センサーは、玄関などの天井に取り付けられて人が玄関に入ると、人体から発生する赤外線を検出して人体の有無を感知する。その他にも、カメラを通じて感知領域の映像を撮影し、撮影した映像から物体の動きを感知する動きセンサーも活用されている。このような人感センサーは、人の在室有無に基づいて玄関又は室内の電灯を点灯及び消灯する自動照明オン/オフ装置などに広く適用されている。
【０００３】
しかしながら、このような超音波センサー及び光センサーは、超音波又は光が放出される方向で所定角度から外れた物体に対しては感知せず、あるいは外部の光や騷音、別の熱源などにより感知誤りが発生する可能性がある。
【０００４】
さらに、既存の人感センサーは、一般的に、動作誤りを防止するために、例えば人体又は事物に対する所定の限界値以上の大きい動きを感知して反応するように構成される。したがって、人体又は事物に対する限界値以下の小さい動きに対しては認識しない場合が発生するようになる。例えば、人が動かずにいたり小さい動きのみがある場合には、人が存在するにもかかわらずこれを感知せず、それによって人感センサーに関連した自動照明オン/オフ装置の室内灯が正確にオン/オフされないという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、上記した従来技術の問題点を解決するために、本発明の目的は、人が動かずにいる場合でも人の存在有無を一層正確に判定できるドップラーレーダーを利用した人感センサーを提供することにある。
本発明の他の目的は、より小型でかつ簡単な構成及び低コストで人の存在有無を判定するように実現可能なドップラーレーダーを利用した人感センサーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記のような目的を達成するために、本発明の一態様によれば、ドップラーレーダーを利用した人感センサーであって、ドップラーレーダー信号を送信し、送信したドップラーレーダー信号を受信して両信号間の周波数差に対応する信号処理結果を出力するドップラーレーダー部と、ドップラーレーダー部から出力された信号から人の内部生体活動により発生する振動に対応する所定の周波数帯域をフィルタリングし、フィルタリングされた信号を増幅するフィルタリング及び増幅部と、フィルタリング及び増幅部から出力された信号を分析して人体が感知されたか否かを判定し、人体が感知された場合に判定結果信号を出力する判定及び制御部とを含む。
【０００７】
上記フィルタリング及び増幅部の所定の周波数帯域は、２Ｈｚ乃至１０Ｈｚから選択された周波数より低い周波数帯域である。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、ドップラーレーダー部から出力された信号から人の動きにより発生する振動に対応する所定の周波数帯域をフィルタリングし、フィルタリングされた信号を増幅する補助フィルタリング及び増幅部をさらに含み、判定及び制御部は、補助フィルタリング及び増幅部から出力された信号を追加的に分析して人体が感知されたか否かをさらに判定する。
【０００９】
上記補助フィルタリング及び増幅部の所定の周波数帯域は、２０乃至８０Ｈｚから選択された周波数より低い周波数帯域である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるドップラーレーダーを利用した人感センサーは、人が動かずにいる場合でも人の存在有無を一層正確に判定し、より小型でかつ簡単な構成及び低コストで実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態によるドップラーレーダーを利用した人感センサーの全体を示すブロック構成図である。
【図２】本発明に適用されるドップラーレーダーセンサーを概略的に示すブロック構成図である。
【図３】図１に示した主要構成部の出力の一例を示す波形図である。
【図４】本発明の他の実施形態による他のドップラーレーダーを利用した人感センサーの全体を示すブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
次の説明において、具体的な構成及び構成要素のような特定詳細は、単に本発明の実施形態の全般的な理解を助けるために提供されるだけである。したがって、本発明の範囲及び趣旨を逸脱することなく、以下に説明される本発明の様々な変形及び変更が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態によるドップラーレーダー(Doppler radar)を利用した人感センサーの全体を示すブロック構成図である。図１を参照すると、本発明の一実施形態によるドップラーレーダーを利用した人感センサーは、ドップラーレーダー部１０、フィルタリング及び増幅部２０、判定及び制御部３０、電源部４０、及び結果アプリケーション部５０を含む。
【００１５】
ドップラーレーダー部１０は、例えば特定空間にドップラーレーダー信号を送信し、送信したドップラーレーダー信号を受信して両信号間の周波数差に対応する信号処理結果を出力する。このようなドップラーレーダー部１０は、ドップラーレーダー信号を送受信する送受信アンテナ１０を含む。送受信アンテナ１０は、ドップラーレーダー信号を送信する送信アンテナ(ＴＸ)と、ドップラーレーダー信号を受信する受信アンテナ(ＲＸ)を含む。
【００１６】
さらに、ドップラーレーダー部１０は、送信用ドップラーレーダー信号を発生し、送受信アンテナ１０２で受信された信号を送信信号と比較して両信号間の周波数差に対応する信号処理結果を出力するドップラーレーダー信号処理器１０４を含む。ドップラーレーダー信号処理器１０４は、ドップラーレーダー信号を発生する発振器(oscillator)と、送受信信号を混合するミキサ(mixer)と、ミキサの出力からドップラーレーダー信号に対応する高周波成分(例えば、１００ＭＨｚ〜４０ＧＨｚ）を除去するローパスフィルタ(ＬＰＦ)を含んでなる。
【００１７】
上記の構成を有するドップラーレーダー部１０は、図２に示すように、一般的なドップラーレーダーセンサーの構造をそのまま採用することができ、その動作原理も同一でありうる。図２を参照すると、発振器で発生した信号は、高周波フィルタ及び分配器(例えば、方向性カプラ)を経て一側に分配されて送信アンテナを介して送信され、被測定体で反射されて受信アンテナを介して受信される。受信された信号はミキサに提供され、ミキサは、発振器で発生してフィルタ及び分配器を経て他側に分配された信号と受信信号とを混合し、これらの周波数差に対応する信号ｆｄ(例えば、中間周波数帯域)を出力する。出力された信号は、高周波成分を除去するローパスフィルタ(ＬＰＦ)を経てスプリアスが除去された後に出力される。
【００１８】
一方、フィルタリング及び増幅部２０は、本発明の特徴により、ドップラーレーダー部１０から出力された信号から、人の心拍及び/又は呼吸のような人の内部生体活動により発生する振動に対応する所定の周波数帯域をフィルタリングし、フィルタリングされた信号を増幅する。このようなフィルタリング及び増幅部２０は、例えば人の心拍、呼吸にのみ特定化した周波数を通過帯域とするフィルタ２０２と、フィルタ２０２から出力された信号を増幅する増幅器２０４を含む。
【００１９】
判定及び制御部３０は、フィルタリング及び増幅部２０から出力された信号を分析して人の内部生体活動に対応する所定の周波数帯域に該当する信号が出力されるか否かに従って、人体の感知有無を判定し、人体が感知された場合に後段の予め設定された結果アプリケーション部５０の動作を制御するための駆動信号(判定結果信号)を出力する。
【００２０】
このような判定及び制御部３０は、フィルタリング及び増幅部２０の出力信号を分析して人体感知有無を判定するためのマイクロプロセッサ３０２と、マイクロプロセッサ３０２の制御下で結果アプリケーション部５０にで駆動信号を出力する駆動部３０４を含む。マイクロプロセッサ３０２は、フィルタリング及び増幅部２０により増幅された信号をデジタル信号に変換させるＡＤ変換器(図示せず)、あるいは特定電圧以上の信号を検出するようにした信号比較器(図示せず)と、ＡＤ変換器及び信号比較器の動作信号を制御するためのコントローラ(図示せず）の機能を含んで構成される。さらに、駆動器３０４は、コントローラの信号を受信して後方の結果アプリケーション部５０向けの駆動信号に変換するための駆動器構造を含む。
【００２１】
結果アプリケーション５０は、本発明の一実施形態による人体感知信号を多様な方面に活用するための多様なアプリケーション構造のうち選択された一部で実現されうる。例えば、結果アプリケーション部５０は、遠隔データ伝送及び制御のための論理(logic)信号入力器、又は製品の状態表示用ＬＥＤやディスプレイモジュール、遠隔制御及びモニタリングのための有無線通信用モデムタイプで構成される。
【００２２】
結果アプリケーション部５０は、本発明の実施形態を実現する実際の製品に実現可能であるが、外部の他の関連装置(製品)にも実現可能である。この場合、本発明の製品は、当該外部関連製品に駆動信号のみを提供するように構成される。例えば、外部関連製品が室内照明装置(又は照明制御システム)である場合、本発明の実施形態による製品は、人体感知時に外部関連製品に、例えば＋５Ｖの信号(駆動信号)を提供するように構成できる。外部関連の室内照明装置は、対応する駆動信号を受信し、それに応じて動作して室内灯をつける動作をするよう実現される。その他にも、本発明の実施形態を実現する製品にスイッチ又はリレーを具備し、変換された論理信号に従って外部関連装置の動作電源又は感知体系を連結又は遮断し、あるいはプルアップ又はプルダウン方式で動作して外部関連装置がセンサーの検出状態を認知するように実現することもできる。
【００２３】
一方、結果アプリケーション部５０の例として言及した有無線通信モデムは、有線ＬＡＮと無線モデムであるＷｉ-Ｆｉモデム、ブルートゥース（登録商標）モデム、Ｚｉｇｂｅｅモデム、Ｚ-Ｗａｖｅモデム、及び汎用ＲＦモデム(４３３ＭＨｚ、９００ＭＨｚで動作可能なモデム)などを含み、センサーの感知内容を無線で外部の他の関連装置に伝送する機能を実行できる。
【００２４】
電源部４０は、内部バッテリー電源又は外部電源を受信し、各構成部の動作電源に変換及び提供する電源駆動部４２を含む。電源部４０は、外部ＡＣ電源をＤＣに変換するＡＣ-ＤＣコンバータ又はＳＭＰＳ、バッテリー又は充電回路を含んで構成される。その他にも、電源部４０は、一部実施形態により、結果アプリケーション部５０にも動作電源を提供するように構成され、本発明の実施形態が適用される実際の製品と外部関連装置から電源を受信する構造を有するように構成される。
【００２５】
上記のように、本発明の一実施形態によるドップラーレーダーを利用した人感センサーが構成され、上記した構成で、特にフィルタリング及び増幅部２０は、小型でかつ簡単であり、低コストで人体感知を可能にするために、本発明で考慮された非常に重要な構成である。
【００２６】
従来でも、ドップラーレーダーを利用して非接触式で人体の心拍などを感知する技術が提案されている。このような技術は、大部分人体から感知された信号を最大限精密に確認してＬＣＤディスプレイを具備した表示装置に表示するための構造を提案する。このような従来技術は、人体で発生するドップラー周波数が非常に低い周波数で、多様であるという観察結果を活用することで、従来技術は、人体から検出されたドップラー信号を周波数成分で各々変換するために複雑で高価なデジタル信号処理用ＦＦＴ(高速フーリエ変換)デバイスを適用して人体信号成分を把握する方式を一般的に提案している。
【００２７】
このために、従来技術では、数十ＭＨｚ又は数百ＭＨｚ未満のすべての信号を増幅するように実現され、それによって増幅器に対する要請性能と負荷が大きくなるという短所を有するようになる。
【００２８】
これに比べて、本発明では、フィルタリング及び増幅部２０が特定範囲の人体を感知するために人体の心拍、呼吸、動きなどで発生するドップラー信号のうち数Ｈｚ未満(例えば、２〜１０Ｈｚのうち選択された周波数未満）の低い信号のみを対象としてフィルタリング及び増幅するように実現する。すなわち、フィルタリング及び増幅部２０内のフィルタ２０２は、数Ｈｚ未満の低い信号のみを対象としてフィルタリングするように実現し(例えば、１０Ｈｚ未満の信号のみを通過させるように実現され)、増幅器２０４は、このようにフィルタ２０２でフィルタリングされた信号を増幅するように実現される。このようなフィルタ２０２は、正確及び精密なフィルタリング特性を要請しない、例えばＰＣＢ(Printed  Circuit  Board)上に装着されるリード(Lead)タイプ又はＳＭＤ(Surface  Mount  Devices)タイプの素子を用いて簡単なＲＣ(抵抗及びキャパシタ)ローパスフィルタ構造で実現が可能である。同様に、増幅器２０４は、例えばオーディオ用デュアル演算増幅器(Dual  OP  Amp)で簡単に実現される。
【００２９】
通常、低コストかつ小型の増幅器は、信号増幅動作範囲(dynamic  range)が小さく、信号対雑音比が悪い特性を有するが、本発明では増幅対象信号の帯域幅を従来技術に比べて、例えば入力信号帯域幅の数百万分の１程度に縮小させることによって、低コストかつ小型の増幅器を利用しつつ高利得と信号対雑音比が良い検出信号を生成するようになる。
【００３０】
このように、本発明では、フィルタリング及び増幅部２０を通じて簡単に人体の心拍と呼吸などの生体活動に集中してドップラー効果を観察可能にすることで、簡単な構造として効率的な人体の生体信号を検出が可能にする。
【００３１】
図３は、図１の主要構成部の出力波形の一例を示し、説明の便宜のためにその形態やサイズは一部誇張するか、あるいは単純化して表示する。図３を参照すると、波形(１)は、例えば図１のドップラーレーダー部１０の出力波形であり、波形(２)は、図１のフィルタリング及び増幅部２０のフィルタ２０２(又は増幅器２０４）の出力波形でありうる。また、図３の波形では、例えばａ区間は感知領域に人がいない場合の波形であり、ｂ区間は感知領域に人がいる場合の波形である。
【００３２】
従来では、例えば図３の波形(１)のように出力されるドップラーレーダー部１０の出力信号をそのまま利用して精密で正確な波形分析を中心とする技術が提案されてきた。これに対して、本発明では、図３の波形(２)のように、フィルタリング及び増幅部２０を通じてドップラーレーダー部１０の出力信号を再び数Ｈｚ未満(例えば、２〜１０Ｈｚのうち選択された周波数未満）の低い信号のみを対象としてフィルタリングする。このようにフィルタリングされた信号でも、例えば人の心拍及び/又は呼吸のような人の内部生体活動により発生される振動に対応する信号は十分に感知が可能なので、簡単なフィルタリング及び増幅構造を適用して人体感知が可能になる。上記のように、本発明の一実施形態によるドップラーレーダーを利用した人感センサーの構成及び動作がなされることができ、上記した本発明の説明では具体的な実施形態に関して説明したが、様々な変形が本発明の範囲を逸脱しない範囲で実施することができる。したがって、本発明の範囲は、説明された実施形態により定められるものではなく、請求の範囲及びそれと均等なものに基づいて定義されるべきである。
【００３３】
例えば、本発明の他の実施形態では、図１に示した構成で、フィルタリング及び増幅部２０が、例えば、上記した１０Ｈｚ未満の信号を通過させて増幅する構成とともに、ドップラーレーダー部１０の出力信号で追加的に、例えば５０Ｈｚ未満(例えば、２０〜８０Ｈｚのうち選択された周波数未満）の信号を通過させて増幅する構成をさらに有するように実現する。このような追加構成は、人の心拍や呼吸のように人の動きがほとんどない状態より人の動きがより大きい場合に一層正確に人体の動きを感知するための構成である。このような追加構成により感知された信号は、同様に判定及び制御部３０に提供され、判定及び制御部３０は、このような感知信号を通じて人体の(動き)有無をより正確に感知することができる。
【００３４】
図４は、本発明の他の実施形態によるドップラーレーダーを利用した人感センサーの全体を示すブロック構成図である。図４に示す実施形態の人感センサーは、図１に示した構成と同一の構成及び動作を有するドップラーレーダー部１０、フィルタリング及び増幅部２０、判定及び制御部３０、電源部４０、及び結果アプリケーション部５０を含む。
【００３５】
このような構成に加えて、図４に示す実施形態では、ドップラーレーダー部１０の出力信号を追加に受信し、例えば５０Ｈｚ未満(例えば、２０〜８０Ｈｚのうち選択された周波数未満）の信号を通過させて増幅する補助フィルタリング及び増幅部２１をさらに具備する。補助フィルタリング及び増幅部２１のフィルタリング帯域は、人の動きが多少ある場合に該当動きを感知するのに適した帯域であって、補助フィルタリング及び増幅部２１は、例えば人の動きのみを特定化した周波数を通過帯域とするフィルタ２１２と、フィルタ２１２から出力された信号を増幅する増幅器２１４を含む。
【００３６】
補助フィルタリング及び増幅部２１の出力は、判定及び制御部３０に追加して提供され、判定及び制御部３０は、フィルタリング及び増幅部２０の出力信号とともに、補助フィルタリング及び増幅部２１から出力された信号を追加的に分析して人体を感知されるか否かをさらに判定するようになる。
【００３７】
補助フィルタリング及び増幅部２１は、フィルタリング及び増幅部２０と同様に、簡単なＲＣ(抵抗及びキャパシタ)ローパスフィルタ構造でフィルタ２１２を実現することができ、同様に増幅器２１４も、例えばオーディオ用デュアル演算増幅器(Dual  OP  Amp)で簡単に実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明によるドップラーレーダーを利用した人感センサーは、いわゆるスマート照明分野で広く活用できる。例えば、玄関灯に関連して、玄関にいる人の動きがほとんどない場合にも継続して安定的に玄関灯がつけられている状態を維持できる。また、出入り口の外部に設置される外部照明において、出入り口の外に外部人がいる場合に外部照明を継続して点灯状態に維持することによって、外部人の確認を容易にして保安を強化することができる。さらに、トイレ灯に関連して、おトイレに人がいる場合には外部で電灯スイッチをオフにしてもトイレ灯を点灯状態に維持することができる。その他にも、トイレに人がいる場合にのみ自動でトイレランプが点灯されるように実現することもできる。
【００３９】
なお、本発明の人感センサーは、いわゆるスマート在室監視分野でも活用できる。例えば、患者管理システムに関連して、患者の在室有無を確認することによって、認知症患者が管理半径から外れて外部へ出る場合にこれを感知して通報するように実現できる。また、例えば、刑務所セキュリティシステムに関連して、監房の囚人の在室有無などを監視するためにも活用できる。
【００４０】
さらに、本発明の人感センサーは、医療関連機関、病院の一般病室、療養院などで睡眠中に心停止が発生するときにこれを遠隔検出する医療補助用センサーにも活用が可能である。例えば、重症患者は、通常高価の心拍モニタリング装置が接触式で患者に連結して患者状態をモニタリングする技術が提供されている。しかしながら、一般患者や療養院などに入院した挙動可能な患者は、かれらの状態をモニタリングするために高価の心拍モニタリング装置を各患者ごとに設置するには現実的に難しさがある可能性がある。このような場合に、本発明の実施形態による装置を適用する場合、モニタリングネットワークを効率的に構築することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2019528458.tif 000009
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