(57)【要約】  【課題】  非検出物体の速度、距離、方位、大きさを検知可能な検出器を提供する。  【解決手段】  発振器と送信伝送部と送信アンテナとを含む送信部と、受信アンテナと送信部からの信号と受信アンテナからの信号を混合し中間波信号を出力するミキサとを含む、２つ以上の受信部とを設ける検出装置である。これにより、非検出物体の速度、距離、方位、大きさを検知可能となり、例えば自動ドアの開閉システムに適応したときに誤作動を少なくすることができる。【選択図】  図１
2011112600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数を連続的に変調させた送信信号を発生させる発振器と、
前記発振器に接続され、前記送信信号を伝送する送信部と、
前記送信部に接続され、前記送信信号の一部を分配し、分配信号として出力する分配器と、
前記送信伝送部に接続され、前記送信信号を放射する送信アンテナと、
前記送信信号の反射信号を第１の受信信号として受信する第１の受信アンテナと、
前記第１の受信アンテナと離間して配置されており、前記送信信号の反射信号を第２の受信信号として受信する第２の受信アンテナと、
前記第１の受信アンテナと前記分配器とにそれぞれ接続され、前記分配信号と前記第１の受信信号とを混合し、第１の中間波信号を出力する、第１のミキサと、
前記第２の受信アンテナと前記分配器とにそれぞれ接続され、前記分配信号と前記第２の受信信号とを混合し、第２の中間波信号を出力する、第２のミキサと、
前記第１および第２の中間波信号を演算処理する信号処理部と、を有する検出装置。
【請求項２】
前記第１の受信アンテナと前記第２の受信アンテナとは、自由空間波長の１／２以下の間隔をあけて配置されている、請求項１に記載の検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動ドア制御装置などに用いられる人体や物体などを検出する検出装置に関し、特にミリ波センサを用いた検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば自動ドアの開閉を行うために検出エリア内の人体や物体を検出する検出装置が設けられている。従来の検出装置においては、例えば被検出物体に対して赤外線を投光する投光器と、被検出物体または床面での反射による光を受光する受光器とを含み、その受光量または受光量の変化量が所定のしきい値と比較され、物体が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２６３４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の従来技術には、次のような問題点があった。
【０００５】
受光器の検出エリア内にある植木などの静止物体が動いた場合であっても、受光量が変化し、エリア内に人体が侵入したと判断して誤検出するという問題があった。また、受光器の検出エリア内に侵入した人体や物体については、それが例えドアを通過しない方向に移動していても自動ドアを開けるという問題があった。また、受光器の検出エリアが主にドア前方である場合には、検出エリア内に斜め前方から接近する人体の検知が遅れるという問題があった。さらに、受光器の検出エリア内に侵入する人体や物体の速度に合わせた自動ドアの制御がされないため、自動ドアの開くタイミングが遅かったり、早すぎたりするという問題があった。
【０００６】
以上のような問題点を解決するためには、被検出物体の移動速度，方位，距離，物体の大きさ等の情報が必要であるが、従来技術の検出装置では光学センサを用いているため、必要な情報を得られなかった。これは、赤外線センサや超音波センサを用いた場合であっても同様である。
【０００７】
また、従来の検出装置は、光学的条件により感度が低下したり、周期的なメンテナンスが必要であったりするといった問題があった。さらに、例えば雨、霧、雪等の環境条件により、検知感度が低下するといった問題があった。また、赤外線センサ等は、赤外線が透過する窓の経時変化等により、検出感度が低下する問題もあった。
【０００８】
本発明は上記のような従来の技術における問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、設置環境によって検出感度の変動がなく、検出エリア内に侵入した被検出物体の移動速度、方位、距離、大きさを検出できる検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の検出装置は、周波数を連続的に変調させた送信信号を発生させる発振器と、前記発振器に接続され、前記送信信号を伝送する送信伝送部と、前記送信部に接続され、前記送信信号の一部を分配し、分配信号として出力する分配器と、前記送信伝送部に接続され、前記送信信号を放射する送信アンテナと、前記送信信号の反射信号を第１の受信信号として受信する第１の受信アンテナと、前記第１の受信アンテナと離間して配置されており、前記送信信号の反射信号を第２の受信信号として受信する第２の受信アンテナと、前記第１の受信アンテナと前記分配器とにそれぞれ接続され、前記分配信号と前記第１の受信信号とを混合し、第１の中間波信号を出力する、第１のミキサと、前記第２の受信アンテナと前記分配器とにそれぞれ接続され、前記分配信号と前記第２の受信信号とを混合し、第２の中間波信号を出力する、第２のミキサと、前記第１および第２の中間波信号を演算処理する信号処理部と、を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、検出感度の設置環境による変動や経時変化を抑制した、信頼性が高く、かつ、被検出物体の移動速度、方位、距離、大きさを検出することのできる検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図１に示した検出装置を自動ドア制御装置に用いた例を示す図である。
【図３】図１に示した検出装置を自動ドア制御装置に用いた例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の検出装置について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態の一例を示すブロック図である。
【００１４】
図１において１は高周波信号を送信信号として発振する発振器、２は送信信号を伝送する送信伝送部、３は送信信号を放射する送信アンテナ、４は送信信号の一部を分配する分配器、５ａ，５ｂはそれぞれ、送信アンテナ３から放射された信号が被検出物体により反射された受信信号を受信する第１および第２の受信アンテナ、６ａ，６ｂはそれぞれ、第１およぶ第２の受信アンテナ５ａ，５ｂで受信した受信信号と分配器４からの分配信号とを混合し、中間波信号を出力する第１および第２のミキサ、７ａ，７ｂはそれぞれ、第１および第２の受信アンテナ５ａ，５ｂで受信した受信信号を伝送する第１および第２の受信伝送部、８は第１および第２の中間波信号を演算処理する信号処理部である。また、１１は、送信伝送部２に挿入された、発振器１から発振された高周波信号を増幅する増幅器、１２は、分配器４に接続された終端器、１３ａ，１３ｂはそれぞれ、第１および第２のミキサ６ａ，６ｂから出力された中間波信号を増幅する中間波増幅器である。
【００１５】
（送信部）
発振器１は、周波数変調機能を有するものである。そのような発振器を用いることで、検出装置をＦＭ−ＣＷ方式で検出できるものとすることができる。
【００１６】
具体的には、発振器１を、入力電圧に応じて発振周波数を変化させる周波数可変発振器（ＶＣＯ）と、これに接続された、所定の直流分を中心に周期的に三角状に変化する周波数変調電圧発生部と、で構成する。周波数変調電圧発生部で発生する電圧をＶＣＯに入力することで、中心周波数で発振させる。例えば、３０ＧＨｚ以上のミリ波帯の高周波信号を送信信号として発振する。ミリ波帯の高周波信号は、超音波やマイクロ波、さらには光に比べ、空気中の酸素や水分による減衰が小さい。このため、送信信号を屋外に放射する場合であっても、気候条件による影響を受けにくい信号となる。さらに、このような信号は、光学的条件を必要としないため、送信信号が放射される環境の明るさに影響されることがない。特に６０ＧＨｚ以上のミリ波においてはこのような特徴が顕著であるため、送信信号の中間周波数がこの周波数帯を有するように設定することが好ましく、例えば７６ＧＨｚとすればよい。
【００１７】
送信伝送部２は、発振器１からの送信信号を伝送する伝送線路であり、発振器１と送信アンテナ３とを接続している。送信伝送部２は送信信号を伝送できれば特に限定はされないが、例えば、基板上に形成されたストリップ線路，コプレーナ線路等の平面線路や、セラミック基板内部に設けられた積層型導波管等で構成される。
【００１８】
増幅器１１は送信伝送部２に挿入され、発振器１からの信号を増幅する。
【００１９】
このようにして、発振器１で生成された高周波信号は、増幅器１１で増幅され、送信伝送部２を送信信号として伝送し、送信アンテナ３から放射される。
【００２０】
（受信部）
送信アンテナ３から放射された送信信号は、被検出物体が存在する場合には反射波を生じる。この反射波を２つの受信アンテナ（第１の受信アンテナ５ａ，第２の受信アンテナ５ｂ）で受信信号として受信する。ここで、第１の受信アンテナ５ａで受信する反射波を第１の受信信号，第２の受信アンテナ５ｂで受信する反射波を第２の受信信号とする。
【００２１】
第１の受信アンテナ５ａと第２の受信アンテナ５ｂとは、自由空間波長をλとすると、λ／２以下の間隔をあけて配置する。これにより、２つの受信アンテナで受信する信号の位相差を確認することができる。
【００２２】
第１の受信伝送部７ａは、第１の受信アンテナ５ａからの第１の受信信号を伝送するもので、第１の受信アンテナ５ａと後述する第１のミキサ６ａとを接続する。
【００２３】
第２の受信伝送部７ｂは、第２の受信アンテナ５ｂからの第２の受信信号を伝送するもので、第２の受信アンテナ５ｂと後述する第２のミキサ６ｂとを接続する。
【００２４】
第１および第２の受信伝送部７ａ，７ｂは、送信伝送部２と同様の構成とすることができる。
【００２５】
（中間波発生部）
次に、第１の受信信号，第２の受信信号をそれぞれ送信信号の一部と混合し、中間波信号を出力させる。
【００２６】
分配器４は、例えば、方向性結合器等で構成され、送信信号の一部を分配するために設置され送信伝送部２の増幅器１１と送信アンテナ３との間に配置される。
【００２７】
分配器４は、後述の第１のミキサ６ａ，第２のミキサ６ｂにそれぞれ接続されるとともに、終端器１２を介して基準電位に接続される。これにより、送信信号の一部を第１のミキサ６ａ，第２のミキサ６ｂに伝送することができる。
【００２８】
第１のミキサ６ａ，第２のミキサ６ｂはそれぞれ、分配器４および第１の受信伝送部７ａ，第２の受信伝送部７ｂに接続される２つの入力端子と、中間波信号を出力する出力端子とを有している。第１のミキサ６ａにおいて、分配器４からの送信信号の一部と、第１の受信信号とを混合させ、これにより生成される低周波側の信号である中間波（ＩＦ信号）を第１の中間波（第１のＩＦ信号）として出力端子より出力する。第２のミキサ６ｂにおいても同様に、分配器４からの送信信号の一部と、第２の受信信号とを混合させ、これにより生成される低周波側の信号である中間波（ＩＦ信号）を第２の中間波（第２のＩＦ信号）として出力端子より出力する。なお、第１のＩＦ信号を三角波の上り部分から得て、第２のＩＦ信号を三角波の下り部分から得るように、三角波周期に合わせて出力させる。
【００２９】
第１の中間波および第２の中間波はそれぞれ、第１および第２のミキサ６ａ，６ｂの出力端子と後述の信号処理部８との間に挿入された第１および第２の中間波増幅器１３ａ，１３ｂによりそれぞれ増幅される。
【００３０】
（信号処理部）
信号処理部８は、第１および第２の中間波増幅器１３ａ，１３ｂに接続されており、第１の中間波および第２の中間波の演算処理を行なう。
【００３１】
例えば、第１の中間波および第２の中間波の周波数の和より、被検出物体までの距離が得られ、周波数の差より、速度が求められる。また、第１の中間波および第２の中間波の反射レベル（振幅）より、被検出物体の大きさを検出することができる。さらに、第１の中間波および第２の中間波の位相差より、被検出物体の方位を検出することができる。なお、この位相差が検出角度と比例する。
【００３２】
このように、２つの受信アンテナを用い、かつ、ＦＭ−ＣＷ方式とすることで、１つの検出装置で、被検出物体の速度，方位，距離，大きさを検出することができる。
【００３３】
なお、従来までの光学センサ、赤外線センサ、超音波センサ等を用いた検出装置では、例えばセンサの検出エリアに物体が存在するかどうかのみを検出するため、上述のような情報を得ることができなかった。また、１つの受信アンテナを用いて、高周波信号のドップラー効果を利用して検出する従来の検出装置においても、１つの検出装置では上述のような情報を得ることはできず、複数の検出装置（システム）を併用する必要があった。
【００３４】
これに対して、上述のような送信部，受信部，信号処理部より図１に示す検出装置が構成され、速度、方位、距離、物体の大きさを１つの検出装置で検出可能となる。また、高周波信号を用いることにより、外部の環境による検出感度の低下や、経時的な検出感度の低下を抑制することができる。
【００３５】
このような検出装置は、特にその構成については限定されないが、セラミック基板の表面に発振器１，増幅器１１，１３ａ，１３ｂ，信号処理部８を構成するＩＣ等を実装し、セラミック基板の表面および内部に伝送部２，７ａ，７ｂ，分配器４，ミキサ６ａ，６ｂを形成し、セラミック基板の裏面にアンテナ３，５ａ，５ｂを配置し、互いを内層線路等で接続することで、小型な検出装置を提供することができる。特にセラミック基板の内部に伝送部２，７ａ，７ｂ，分配器４を積層型導波管で形成すれば、各種信号のアイソレーション性に優れた検出装置を提供することができる。このような検出装置は、例えば自動ドアの開閉を制御するセンサや、照明のＯＮ／ＯＦＦを制御するセンサ等に用いることができる。以下、自動ドア制御装置に用いた場合を例に、図２，図３を用いて、その働きを説明する。
【００３６】
図２，図３はそれぞれ、図１に示す検出装置を自動ドア制御装置に用いた例を示すものである。検出装置１００は自動ドアの中央部に設置し、送信信号を、送信アンテナから自動ドア正面方向に放射させている。図中の扇型に線分で囲まれた領域が第１および第２の受信アンテナで被検出物体からの反射波を検出可能な領域を示している。
【００３７】
図２に示すように、高周波信号を用いて検出することから、検出角度を広くとることができる。また、２つの受信アンテナを用いることにより、斜め方向から自動ドア方向へ侵入してくる人も正面から侵入してくる人と同様に検出することができる。
【００３８】
被検出物体が静止している場合には、第１および第２のＩＦ信号の差が０となり、速度は０と検出されるので、ドアに近い位置に人がいる場合であっても不必要なドアの開閉を抑制することができる。
【００３９】
また、第１および第２のＩＦ信号の差より被検出物体の速度を求めることができるので、人が近付くタイミングに合わせてドアを開閉させることができるので、早く移動してきた人がドアに追突したり、遅く移動してくる人のために必要以上にドアを開け続けたりすることを防ぐことができる。すなわち、自動ドアへの侵入者の歩行スピードによって自動ドアの開閉時間を制御することが可能となるため、歩行者がドアの開閉スピードに合せる必要はなく、スムーズなドア通過が可能となり、自動ドアの開閉時間が効率的に制御できる。これにより、安全で、室内の空調などを効率よく調整することができ省エネに貢献することができる。
【００４０】
また、第１および第２のＩＦ信号の反射レベルから、被検出物体の大きさを識別することができるので、これに応じてドアの開閉幅を調整することができ、省エネに貢献することができる。
【００４１】
さらに、第１および第２のＩＦ信号の位相差から、被検出物体の方位を検出することができる。位相差が変わらず振幅が増加し、２つのＩＦ信号の周波数和も増加してくれば、侵入者が自動ドアを利用すると判断できる。逆に、２つのＩＦ信号の位相差が変化していけばドアの前を通過していき、ドアを通過しないものと判断できる（図３）。このように、被検出物体がドアを通過するのか、ドア前を通過するのかを判断することができ、効率的なドアの開閉を行なうことができる。
【００４２】
ここで、周波数変調帯域を広帯域にすることにより、解像度が上がる。したがって、微細な被検出物体についても検出する必要がある場合には、周波数変調帯域を広帯域にするように、周波数変調電圧発生部を調整すればよい。
【００４３】
（変形例）
本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良が可能である。
【００４４】
例えば、図１に示す例では、送信アンテナが１つの場合を例に説明したが、２つ以上設けてもよい。
【００４５】
また、図１に示す例では、送信アンテナと第１の受信アンテナを別の構成としたが、送受信アンテナを用いて、アンテナからの受信信号を分離して、第１のミキサに入力するようにしてもよい。
【００４６】
さらに、図２においては、自動ドアの正面に検出装置を設置したが、従来通り天井やあるいは自動ドアの上部に用いることは勿論のこと、光学センサでは不可能であった下から上への放射構成も取れるため、床面に設置してもよい。
【００４７】
また、高周波信号（電磁波）を使うため夜間等も感度よく検出可能であるため、自動ドアや、照明装置等の制御の他に、警備システム等のテレビモニターのバックアップなどにも有効である。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・発振器
２・・・送信伝送部
３・・・送信アンテナ
４・・・分配器
５ａ・・・第１の受信アンテナ
５ｂ・・・第２の受信アンテナ
６ａ・・・第１のミキサ
６ｂ・・・第２のミキサ
７ａ・・・第１の受信伝送部
７ｂ・・・第２の受信伝送部
８・・・信号処理部
１１・・・増幅器
１３ａ・・・第１の中間波増幅器
１３ｂ・・・第２の中間波増幅器
【図１】
2011112600.tif 000003
【図２】
2011112600.tif 000004
【図３】
2011112600.tif 000005