(57)【要約】【課題】広範囲での物体検知が可能な検知装置を提供する。【解決手段】第１の超音波を出力する出力部と、第１の超音波が物体で反射した反射信号を受信する受信部と、受信した反射信号に基づいて物体を検知する検知部と、受信した反射信号を処理してフィードバック信号を生成するフィードバック信号処理部と、を備え、出力部は、フィードバック信号を第２の超音波として出力する検知装置。第１の超音波を生成する超音波生成部を備え、出力部は、超音波生成部が生成した第１の超音波と、フィードバック信号とを出力する検知装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の超音波を出力する出力部と、
前記第１の超音波が物体で反射した反射信号を受信する受信部と、
受信した前記反射信号に基づいて前記物体を検知する検知部と、
受信した前記反射信号を処理してフィードバック信号を生成するフィードバック信号処理部と、
を備え、
前記出力部は、前記フィードバック信号を第２の超音波として出力する
検知装置。
【請求項２】
前記第１の超音波を生成する超音波生成部を備え、
前記出力部は、前記超音波生成部が生成した前記第１の超音波と、前記フィードバック信号とを出力する
請求項１に記載の検知装置。
【請求項３】
前記出力部は、前記超音波生成部が生成した前記第１の超音波と、前記フィードバック信号とを異なるチャネルで出力する
請求項２に記載の検知装置。
【請求項４】
前記受信部は、前記反射信号を増幅する反射信号増幅部を有し、
前記反射信号増幅部は、前記出力部から出力される前記フィードバック信号の振幅が経時的に増加しないように、前記反射信号を増幅する
請求項１から３のいずれか１項に記載の検知装置。
【請求項５】
前記出力部は、１８ｋＨｚ以上４０ｋＨｚ以下の周波数の前記第１の超音波を出力する
請求項１から４のいずれか１項に記載の検知装置。
【請求項６】
前記検知部は、前記反射信号の変化に基づいて前記物体を検知する
請求項１から５のいずれか１項に記載の検知装置。
【請求項７】
前記検知部は、
前記反射信号が入力される時定数のより速いデジタルローパスフィルタと、
前記反射信号が入力される時定数のより遅いデジタルローパスフィルタと、
前記時定数のより速いデジタルローパスフィルタの出力および前記時定数のより遅いデジタルローパスフィルタの出力の差を閾値と比較する比較部と、
を有する
請求項６に記載の検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人の動きを検知するＩＲセンサーなどの人感センサーは、人体から発せられる赤外線をセンシングし、その温度変化や赤外線の反射を検知する。このような人感センサーは、自動ドア、水洗トイレ等の用途に用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、超音波センサーは、指向性が高い４０ｋＨｚ程度の超音波を用いることで、送信した超音波が物体で反射し、そのエコーが戻るまでの時間から物体との距離を計測するといった用途や、エコーの波形形状から配管等の欠陥を検知する非破壊検査といった用途に用いられている（例えば、特許文献２，３参照）。
特許文献１  特開２０１６−０１７８２２号公報
特許文献２  特開２００９−２６５００９号公報
特許文献３  特開２０１５−１６１５３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のＩＲセンサーでは、センサー周囲の環境温度が人の体温程度まで高くなった場合、人を検知することが困難であった。また、超音波センサーでは、広角の検知を行うと超音波の距離減衰が大きく、離れた位置の物体の検知は困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様においては、第１の超音波を出力する出力部と、第１の超音波が物体で反射した反射信号を受信する受信部と、受信した反射信号に基づいて物体を検知する検知部と、受信した反射信号を処理してフィードバック信号を生成するフィードバック信号処理部と、を備え、出力部は、フィードバック信号を第２の超音波として出力する検知装置を提供する。
【０００６】
上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。これらの特徴群のサブコンビネーションも発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】検知装置の構成例を示す。
【図２】検知装置の検出部の構成例を示す。
【図３】反射信号の時間変化を示す。
【図４】デジタルローパスフィルタの出力の時間変化を示す。
【図５】デジタルローパスフィルタの出力の差分信号の時間変化を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、本実施形態における検知装置１００の構成例を示す。検知装置１００は、超音波を出力して、人等の物体１６０で反射された反射信号を受信し、反射信号に基づいて、動いている物体１６０を検知する。検知装置１００は、超音波生成部１１０と、出力部１２０と、受信部１３０と、フィードバック信号処理部１４０と、検知部１５０とを備える。
【００１０】
超音波生成部１１０は、出力部１２０から出力される第１の超音波を生成する。超音波生成部１１０は、信号発生部１１１と、信号増幅部１１２と、第１のＤＡ変換部１１３と、第１のフィルタ部１１４と、第１のパワーアンプ１１５とを有する。
【００１１】
信号発生部１１１は、例えばＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）等のデジタル回路であってよく、所定の周波数のデジタル信号を生成する。信号増幅部１１２は、信号発生部１１１に接続され、生成されたデジタル信号を増幅する。第１のＤＡ変換部１１３は、信号増幅部１１２に接続され、信号増幅部１１２からのデジタル信号をアナログ信号に変換する。第１のフィルタ部１１４は、第１のＤＡ変換部１１３に接続され、デジタル−アナログ変換時の折り返しにより発生する高調波をアナログ信号から除去する。第１のフィルタ部１１４は、例えばイメージ除去フィルタである。第１のパワーアンプ１１５は、第１のフィルタ部１１４と出力部１２０とに接続され、第１のフィルタ部１１４からの信号を増幅して出力部１２０に送信する。
【００１２】
出力部１２０は、超音波生成部１１０からの信号を第１の超音波として出力するとともに、フィードバック信号処理部１４０からのフィードバック信号を第２の超音波として出力する。出力部１２０は、第１のスピーカ１２１と第２のスピーカ１２２とを有する。
【００１３】
第１のスピーカ１２１と第２のスピーカ１２２は異なるチャネルで信号を出力してよい。第１のスピーカ１２１は、超音波生成部１１０に接続され、超音波生成部１１０からの第１の超音波を出力する。第２のスピーカ１２２は、フィードバック信号処理部１４０に接続され、フィードバック信号処理部１４０からのフィードバック信号を第２の超音波として出力する。
【００１４】
受信部１３０は、出力部１２０から出力された第１の超音波および第２の超音波が物体１６０で反射した反射信号を受信し、反射信号に対して処理を行う。受信部１３０は、マイク１３１と、マイクアンプ１３２と、ＡＤ変換部１３３と、第２のフィルタ部１３４と、反射信号増幅部１３５とを有する。
【００１５】
マイク１３１は、マイクアンプ１３２に接続され、物体１６０からの反射波を反射信号に変換して、マイクアンプ１３２に送信する。マイクアンプ１３２は、ＡＤ変換部１３３に接続され、反射信号を増幅してＡＤ変換部１３３に送信する。ＡＤ変換部１３３は、第２のフィルタ部１３４に接続され、アナログの反射信号をデジタル信号に変換して、第２のフィルタ部１３４に送信する。第２のフィルタ部１３４は、反射信号増幅部１３５に接続され、ＡＤ変換部１３３からの反射信号に対して、特定の周波数帯域のみとなるようにフィルタリングを行う。例えば、第２のフィルタ部１３４は、デジタルバンドパスフィルタである。反射信号増幅部１３５は、フィードバック信号処理部１４０と検知部１５０とに接続され、第２のフィルタ部１３４からの反射信号を増幅する。反射信号増幅部１３５は、例えばデジタル回路である。
【００１６】
フィードバック信号処理部１４０は、受信部１３０からの反射信号を処理してフィードバック信号を生成する。フィードバック信号処理部１４０は、第２のＤＡ変換部１４１と、第３のフィルタ部１４２と、第２のパワーアンプ１４３とを有する。
【００１７】
第２のＤＡ変換部１４１は、受信部１３０と第３のフィルタ部１４２とに接続され、受信部１３０からのデジタルの反射信号をアナログ信号に変換して第３のフィルタ部１４２に送信する。第３のフィルタ部１４２は、第２のパワーアンプ１４３に接続され、第２のＤＡ変換部１４１からの信号をフィルタリングして高調波を除去し、第２のパワーアンプ１４３に送信する。第３のフィルタ部１４２は、例えばイメージ除去フィルタである。第２のパワーアンプ１４３は、出力部１２０に接続され、第３のフィルタ部１４２からの信号を増幅してフィードバック信号を生成し、出力部１２０に送信する。
【００１８】
検知部１５０は、受信部１３０が受信した反射信号に基づいて物体１６０を検知する。検知部１５０は、検出部１５１と、加算部１５２と、信号レベル比較部１５３と、閾値設定部１５４とを有する。
【００１９】
検出部１５１は、受信部１３０と加算部１５２とに接続され、受信部１３０からの信号に応じて信号Ｈｉおよび信号Ｌｏを加算部１５２に出力する。加算部１５２は、信号レベル比較部１５３に接続され、検出部１５１からの信号Ｈｉおよび信号Ｌｏの間の差を示す差分信号を、信号レベル比較部１５３に送信する。閾値設定部１５４は、信号レベル比較部１５３に接続され、予め設定されている閾値を信号レベル比較部１５３に出力する。信号レベル比較部１５３は、加算部１５２からの差分信号と、閾値設定部１５４からの閾値とに基づいて検知信号を出力する。
【００２０】
ここで、検出部１５１について図２を参照して詳細に説明する。図２は、検出部１５１の構成例を示す。検出部１５１は、時定数のより速いデジタルローパスフィルタ２００と、時定数のより遅いデジタルローパスフィルタ２１０とを有する。時定数のより速いデジタルローパスフィルタ２００と時定数のより遅いデジタルローパスフィルタ２１０とは、互いに時定数が異なっていればよく、時定数のより遅いデジタルローパスフィルタ２１０は、時定数のより速いデジタルローパスフィルタ２００よりも時定数が大きい。
【００２１】
時定数のより速いデジタルローパスフィルタ２００は、反射信号に対してローパスフィルタリングを行い、入力される反射信号の変化により速く追従して変化する信号Ｈｉを出力する。時定数のより速いデジタルローパスフィルタ２００は、第１の検出増幅部２０１と、第１のフリップフロップ２０２と、第２の検出増幅部２０３と、第１の検出加算部２０４とを有する。
【００２２】
第１の検出増幅部２０１は、受信部１３０からの反射信号を増幅して、第１の検出加算部２０４に送信する。例えば、第１の検出増幅部２０１は、反射信号に係数１−ａ（ここで、０＜ａ＜１）を乗算する。第１のフリップフロップ２０２は、第１の検出加算部２０４と第２の検出増幅部２０３とに接続され、第１の検出加算部２０４からの信号Ｈｉを遅延させて、第２の検出増幅部２０３へ送信する。第２の検出増幅部２０３は、第１のフリップフロップ２０２からの遅延された信号を増幅して第１の検出加算部２０４に送信する。例えば、第２の検出増幅部２０３は、遅延された信号に係数ａを乗算する。第１の検出加算部２０４は、第１の検出増幅部２０１からの信号と、第２の検出増幅部２０３からの信号とを加算して、信号Ｈｉを第１のフリップフロップ２０２と加算部１５２とに送信する。
【００２３】
時定数のより遅いデジタルローパスフィルタ２１０は、反射信号に対してローパスフィルタリングを行い、入力される反射信号の変化により遅く追従して変化する信号Ｌｏを出力する。時定数のより遅いデジタルローパスフィルタ２１０は、第３の検出増幅部２１１と、第２のフリップフロップ２１２と、第４の検出増幅部２１３と、第２の検出加算部２１４とを有する。
【００２４】
第３の検出増幅部２１１は、受信部１３０からの反射信号を増幅して、第２の検出加算部２１４に送信する。例えば、第３の検出増幅部２１１は、反射信号に係数１−ｂ（ここで、０＜ｂ＜１）を乗算する。第２のフリップフロップ２１２は、第２の検出加算部２１４と第４の検出増幅部２１３とに接続され、第２の検出加算部２１４からの信号Ｌｏを遅延させて、第４の検出増幅部２１３へ送信する。第４の検出増幅部２１３は、第２のフリップフロップ２１２からの遅延された信号を増幅して第２の検出加算部２１４に送信する。例えば、第４の検出増幅部２１３は、遅延された信号に係数ｂを乗算する。第２の検出加算部２１４は、第３の検出増幅部２１１からの信号と、第４の検出増幅部２１３からの信号とを加算して、信号Ｌｏを第２のフリップフロップ２１２と加算部１５２とに送信する。
【００２５】
次に、本実施形態における検知装置１００の動作について説明する。超音波生成部１１０の信号発生部１１１は、周波数１８ｋＨｚ以上４０ｋＨｚ以下、好ましくは１８ｋＨｚ以上３０ｋＨｚ以下の非可聴音帯域の正弦波信号を離散的に生成する。超音波生成部１１０は、生成した信号に対して信号処理を行い、出力部１２０に送信する。
【００２６】
出力部１２０は、超音波生成部１１０からの信号を、右チャネルＲｃｈの第１のスピーカ１２１から、１８ｋＨｚ以上４０ｋＨｚ以下、好ましくは１８ｋＨｚ以上３０ｋＨｚ以下の周波数の第１の超音波として出力する。このような周波数の超音波であれば、より広角の物体検知が可能となる。
【００２７】
受信部１３０は、物体１６０で反射された反射信号を受信して、アナログ信号に変換して、アナログ信号を増幅し、検知部１５０とフィードバック信号処理部１４０とに送信する。例えば、受信部１３０の第２のフィルタ部１３４は、反射信号に対して、第１の超音波の周波数が含まれる周波数帯域の周波数成分以外を急峻に除去するフィルタリング、好ましくは、第１の超音波の周波数と同じ周波数成分以外を急峻に除去するフィルタリングを行う。具体的には、第２のフィルタ部１３４は、フィルタリングにより、反射信号を、１８ｋＨｚ以上４０ｋＨｚ以下、好ましくは１８ｋＨｚ以上３０ｋＨｚ以下の周波数の信号とする。
【００２８】
フィードバック信号処理部１４０は、受信部１３０からの反射信号に対して信号処理を行ってフィードバック信号を生成し、出力部１２０に送信する。
【００２９】
出力部１２０は、フィードバック信号処理部１４０からのフィードバック信号を、左チャネルＬｃｈの第２のスピーカ１２２から、１８ｋＨｚ以上４０ｋＨｚ以下、好ましくは１８ｋＨｚ以上３０ｋＨｚ以下の周波数の第２の超音波として出力する。出力部１２０は、フィードバック信号を出力する間も、超音波生成部１１０からの第１の超音波を異なるチャネルで出力する。なお、出力部１２０は、第１の超音波を左チャネルＬｃｈの第２のスピーカ１２２から出力して、フィードバック信号を右チャネルＲｃｈの第１のスピーカ１２１から出力してもよい。
【００３０】
このように、検知装置１００は、受信部１３０が受信した反射信号からフィードバック信号を生成して出力部１２０から出力し、フィードバック信号の反射信号を受信部１３０で受信することによって、受信部１３０、フィードバック信号処理部１４０、および出力部１２０からなるフィードバックループを形成する。出力部１２０から出力された超音波は、物体１６０で反射して受信部１３０に到達するまでの空間ロスによって減衰した後、受信部１３０の反射信号増幅部１３５で増幅されて、出力部１２０から出力される。これにより、受信部１３０で受信される反射信号は、超音波生成部１１０からの第１の超音波が物体１６０で反射した反射信号と、フィードバック信号が物体１６０で反射した反射信号との２乗和平方根となる。２乗和平方根で増幅された反射信号が再び出力部１２０から出力されることによって、受信部１３０で受信する反射信号は更に増大し、検知装置１００は、感度が高まり、検知範囲が大幅に向上する。
【００３１】
ここで、受信部１３０の反射信号増幅部１３５は、出力部１２０から出力されるフィードバック信号の振幅が経時的に増加しないように、反射信号を増幅することが好ましい。例えば、受信部１３０の反射信号増幅部１３５のゲインは、空間ロスを含めたフィードバックループのフィードバックゲインが、０ｄＢ以下になるような範囲で最も高い値に設定される。これにより、検知装置１００は、ハウリングが発生しない範囲で、フィードバック信号を効果的に増幅することができる。
【００３２】
検知部１５０は、第１の超音波およびフィードバック信号が物体１６０で反射した反射信号を受信部１３０から受信して、反射信号の変化に応じた検知信号を出力する。検知部１５０による反射信号の変化の検出について、図３，４，および５を参照して説明する。図３は、反射信号の時間変化を示す。図４は、デジタルローパスフィルタ２００，２１０の出力の時間変化を示す。図５は、デジタルローパスフィルタ２００，２１０の出力の差分信号の時間変化を示す。
【００３３】
図３に示すように、受信部１３０が受信する反射信号は、例えば物体１６０が動いた場合に変化する。このとき、図４に示すように、検知部１５０の時定数のより速いデジタルローパスフィルタ２００の出力信号Ｈｉは、すぐに反射信号の変化に追従して変化する。一方、時定数のより遅いデジタルローパスフィルタ２１０の出力信号Ｌｏは、徐々に反射信号の変化に追従して変化する。従って、反射信号が変化した瞬間には、信号ＨｉおよびＬｏの間の差分は大きいが、その後反射信号が変化せずに一定期間経過すると、信号ＨｉおよびＬｏの間の差分は小さくなる。このため、信号ＨｉおよびＬｏが入力される加算部１５２は、図５に示すように反射信号の変化を反映した差分信号を出力する。
【００３４】
信号レベル比較部１５３は、加算部１５２から出力される差分信号Ａと閾値設定部１５４からの予め定められた閾値Ｂとを比較して、比較結果に応じて検知信号を出力する。例えば、信号レベル比較部１５３は、差分信号Ａが閾値Ｂより大きい場合、物体１６０を検知したことを示す検知信号を出力する。
【００３５】
本実施形態の検知装置１００は、周波数を下げて広角の検知を行う場合もフィードバックループにより感度を高めて広範囲の物体検知が可能である。従って、検知装置１００は、検知装置１００の背面からの反射信号によって物体を検知することが可能で、例えば、部屋全体を１つの検知装置１００で網羅して物体１６０を監視することができる。また、検知装置１００は、人の有無、ドアまたは窓の開閉、会議室等の使用状況把握の用途に適応可能であり、また、部屋への侵入等の部屋の異常を検知するセキュリティ用途に適応可能である。また、検知装置１００は、低い周波数の超音波を出力する通常のスピーカ及びマイクを使用することが可能であるため、既にスピーカおよびマイクを備えているシステム、例えば、インターフォンまたはロボット等の音声認識機器に容易に適応可能である。
【００３６】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００３７】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００３８】
１００  検知装置、１１０  超音波生成部、１１１  信号発生部、１１２  信号増幅部、１１３  第１のＤＡ変換部、１１４  第１のフィルタ部、１１５  第１のパワーアンプ、１２０  出力部、１２１  第１のスピーカ、１２２  第２のスピーカ、１３０  受信部、１３１  マイク、１３２  マイクアンプ、１３３  ＡＤ変換部、１３４  第２のフィルタ部、１３５  反射信号増幅部、１４０  フィードバック信号処理部、１４１  第２のＤＡ変換部、１４２  第３のフィルタ部、１４３  第２のパワーアンプ、１５０  検知部、１５１  検出部、１５２  加算部、１５３  信号レベル比較部、１５４  閾値設定部、１６０  物体、２００  時定数のより速いデジタルローパスフィルタ、２０１  第１の検出増幅部、２０２  第１のフリップフロップ、２０３  第２の検出増幅部、２０４  第１の検出加算部、２１０  時定数のより遅いデジタルローパスフィルタ、２１１  第３の検出増幅部、２１２  第２のフリップフロップ、２１３  第４の検出増幅部、２１４  第２の検出加算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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