JP2006064528A - Sensor system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、対象とする検知領域に粗密波を送波し当該粗密波を用いて検知領域における物体の存在の検知を行うセンサ装置に関するものである。 The present invention relates to a sensor device that transmits a coarse / fine wave to a target detection region and detects the presence of an object in the detection region using the coarse / fine wave.
従来から、この種のセンサ装置として、粗密波を送波する送波器と粗密波を受波する受波器とを互いに隣接して備え、送波器から送波した粗密波が検知領域内に存在する物体で反射されて受波器に戻ってくると、検知領域内に物体が存在すると判断する所謂反射型のものが知られている。ここで、検知領域の範囲は粗密波がセンサ装置から往復可能な距離によって区切られ、この距離は送波器が粗密波を送波してから受波器が粗密波を受波する時間の範囲によって設定される。このセンサ装置を用いれば、たとえば図18に示すように部屋の出入口Dにセンサ装置Aを設置して、部屋に出入する人を検知することが可能である(たとえば特許文献1参照)。
しかし、上述したような反射型のセンサ装置Aにおいては、物体Cの存在を検知するために粗密波を物体Cで反射させているものであるから、物体Cの表面の状態や設置場所の環境条件によっては受波器で受波する反射波の強度が不十分であったり、不要方向からの粗密波を受波したりすることがあり、物体Cが検知領域内に存在しても検知できずに失報となったり、検知領域内に物体Cが存在しないにもかかわらず検知領域内に物体Cが存在すると誤報する可能性がある。 However, in the reflection-type sensor device A as described above, the dense wave is reflected by the object C in order to detect the presence of the object C, and therefore the surface state of the object C and the environment of the installation location. Depending on the conditions, the intensity of the reflected wave received by the receiver may be insufficient, or a dense wave from an unnecessary direction may be received. Even if the object C exists in the detection area, it can be detected. May be misreported, or may be misreported if the object C exists in the detection area even though the object C does not exist in the detection area.
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、対象とする検知領域内の物体の存在を検知するにあたって、物体の表面の状態や設置場所の環境条件の影響を受け難いセンサ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above reasons, and in detecting the presence of an object in a target detection region, a sensor device that is not easily affected by the state of the surface of the object and the environmental conditions of the installation location. The purpose is to provide.
請求項1の発明では、対象とする検知領域に粗密波を送波する送波器と、送波器を駆動する駆動部と、送波器に対して検知領域を挟んで配置され送波器から送波された粗密波を受波するとともに当該粗密波を電気信号である受波信号に変換する受波器と、受波器から受波信号を受けて当該受波信号の振幅の変化によって検知領域内で送波器から受波器への粗密波を遮断する物体の存在を検知する検知部とを備え、受波器は、それぞれ粗密波を受波し受波信号を出力する複数個の受波素子が配列されており、検知部は、各受波素子のそれぞれの受波信号間の時間差によって受波器が粗密波を受けた方位を識別することを特徴とするセンサ装置。 According to the first aspect of the present invention, a transmitter that transmits a close-packed wave to a target detection region, a drive unit that drives the transmitter, and a transmitter that is disposed across the detection region with respect to the transmitter A receiver that receives the received signal from the receiver and receives the received signal from the receiver, and receives the received signal from the receiver. A detection unit that detects the presence of an object that blocks the dense wave from the transmitter to the receiver in the detection region, and each of the receivers receives the coarse wave and outputs a received signal. The receiving device is arranged, and the detection unit identifies the direction in which the receiver has received the dense wave by the time difference between the received signals of each receiving device.
この構成によれば、送波器から受波器への粗密波を遮断する物体の存在を検知するものであるから、物体の表面の状態の影響を受けないという利点がある。また、検知部は受波器が粗密波を受けた方位を識別するので、検知領域内に物体が存在する場合に受波器が回り込みによる粗密波を受けることがあっても、受波器において送波器から直接受けた粗密波と回り込みによる粗密波とを区別することができ、結果的に、検知領域内の物体の存在を検知することができる。 According to this configuration, since the presence of an object that blocks the dense wave from the transmitter to the receiver is detected, there is an advantage that it is not affected by the state of the surface of the object. In addition, since the detection unit identifies the direction in which the receiver has received the dense wave, even if the receiver receives a dense wave due to wraparound when an object exists in the detection area, It is possible to distinguish between the coarse / fine wave directly received from the transmitter and the coarse / fine wave caused by wraparound, and as a result, the presence of an object in the detection region can be detected.
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記検知部は、前記受波器が前記送波器の方位から粗密波を受けた場合にすべての前記受波素子からの受波信号のタイミングを一致させるように設定された遅延時間だけ各受波素子からの受波信号をそれぞれ遅延させる遅延手段と、遅延手段により遅延された受波信号を加算する加算手段と、加算手段により加算された受波信号の振幅が所定のしきい値を下回ると検知領域内に物体が存在すると判断する判断手段とを有することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, when the receiver receives a close-packed wave from the direction of the transmitter, the detection unit receives received signals from all the receiving elements. Delay means for delaying the received signal from each receiving element by a delay time set so as to match the timing, adding means for adding the received signals delayed by the delay means, and adding by the adding means And determining means for determining that an object is present in the detection area when the amplitude of the received signal falls below a predetermined threshold value.
この構成によれば、受波器が送波器の方位から受波する粗密波の強度の変化により物体の存在を検知するものであって、受波器が送波器とは異なる方位からの外来ノイズや多重反射などによる受波信号を受けて失報となることはない。 According to this configuration, the receiver detects the presence of an object by a change in the intensity of the dense wave received from the direction of the transmitter, and the receiver is from a different direction from the transmitter. There will be no false alarms when receiving signals from external noise or multiple reflections.
請求項3の発明は、請求項1の発明において、前記検知部は、前記受波器の出力から前記検知領域内における各方位の粗密波の強度分布を検出する強度分布検出手段と、検知領域内に物体が存在しない期間に強度分布検出手段により検出された強度分布を記憶する記憶手段と、強度分布検出手段により検出される強度分布が記憶手段に記憶された強度分布から変化すると検知領域内に物体が存在すると判断する判断手段とを有することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the detection unit includes an intensity distribution detecting unit that detects an intensity distribution of the dense waves in each direction in the detection area from the output of the receiver, and a detection area. A storage means for storing the intensity distribution detected by the intensity distribution detection means during a period in which no object is present, and within the detection region when the intensity distribution detected by the intensity distribution detection means changes from the intensity distribution stored in the storage means And determining means for determining that an object is present.
この構成によれば、強度分布検出手段により粗密波の強度分布が検出される空間範囲にわたって物体の存在を検知することができるので、検知領域を比較的広く設定することができる。 According to this configuration, since the presence of an object can be detected over a spatial range in which the intensity distribution of the density wave is detected by the intensity distribution detection means, the detection area can be set relatively wide.
請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3のいずれかの発明において、前記検知領域を移動する物体を検知するセンサ装置であって、前記受波器は一方向に複数個配列され、前記検知部は、受波器間において受波信号の振幅が変化した順序によって前記一方向における前記物体の移動の向きを検知する向き検知手段を有することを特徴とする。
Invention of
この構成によれば、検知領域を移動する物体の移動の向きを検知することができるので、部屋の出入口に設置して入室と退室とを区別することが可能になる。 According to this configuration, since it is possible to detect the direction of movement of the object moving in the detection area, it is possible to distinguish between entering and leaving the room installed at the entrance of the room.
請求項5の発明は、請求項1ないし請求項4のいずれかの発明において、前記検知領域を移動する物体を検知するセンサ装置であって、前記受波器は前記物体の高さ方向に複数個配列され、前記検知部は、受波信号の振幅が変化した受波器の個数によって前記物体の高さを検知する高さ検知手段を有することを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention is the sensor device according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, wherein the sensor device detects an object moving in the detection region, and a plurality of the receivers are provided in a height direction of the object. The detection unit includes a height detection unit configured to detect the height of the object based on the number of receivers in which the amplitude of the reception signal is changed.
この構成によれば、検知領域を移動する物体の高さを検知することができるので、物体が人であるのか、あるいは人ではなく小動物などであるのかを区別することが可能になる。 According to this configuration, it is possible to detect the height of the object moving in the detection region, and thus it is possible to distinguish whether the object is a person or a small animal instead of a person.
請求項6の発明は、請求項1ないし請求項5のいずれかの発明において、前記検知部は、前記検知領域内に物体が存在すると判断した場合に、受波信号の振幅の変化が大きいほど検知領域内に存在する物体が大きいと判断する大きさ判断手段を有することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to fifth aspects, when the detection unit determines that an object is present in the detection region, the change in the amplitude of the received signal increases. It has a size judging means for judging that an object existing in the detection area is large.
この構成によれば、検知領域内に存在する物体の大きさを判断することができるので、物体が人であるのか、あるいは人ではなく小動物などであるのかを区別することが可能になる。 According to this configuration, it is possible to determine the size of the object existing in the detection region, and thus it is possible to distinguish whether the object is a person or a small animal instead of a person.
請求項7の発明は、請求項1ないし請求項6のいずれかの発明において、前記駆動部は、前記送波器に連続した粗密波を発生させるように送波器の音源である送波素子を連続して駆動することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to sixth aspects, the driving unit is a transmission element that is a sound source of a transmitter so as to generate a continuous dense wave in the transmitter. Are continuously driven.
この構成によれば、検知領域内の物体の存在を絶えず監視することができる。 According to this configuration, the presence of an object in the detection area can be constantly monitored.
請求項8の発明は、請求項1ないし請求項6のいずれかの発明において、前記駆動部は粗密波が間欠的に送波されるように前記送波器の音源である送波素子を間欠的に駆動し、送波器が粗密波を送波した後に受波信号を有効とするタイミングを決定するタイミング制御部を備えることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to sixth aspects, the driving unit intermittently transmits a transmitting element that is a sound source of the transmitter so that the dense wave is intermittently transmitted. And a timing control unit that determines the timing at which the received signal is valid after the transmitter transmits a coarse / fine wave.
この構成によれば、タイミング制御部により決定されるタイミングで受波信号が有効となるものであって、送波器から送波された粗密波を受波器が受波する期間にのみ受波信号を有効とすることができるので、外来ノイズや多重反射などによる受波信号を受けて検知部が誤動作することを防止できる。 According to this configuration, the received signal becomes valid at the timing determined by the timing control unit, and is received only during the period in which the receiver receives the coarse / fine wave transmitted from the transmitter. Since the signal can be validated, it is possible to prevent the detection unit from malfunctioning upon receiving a received signal due to external noise or multiple reflections.
請求項9の発明は、請求項8の発明において、前記駆動部は、前記送波器に単発の粗密波を発生させるように前記送波素子に単発のパルス電流を流すことを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, in the eighth aspect of the present invention, the driving section causes a single pulse current to flow through the transmission element so as to generate a single dense wave in the transmitter.
この構成によれば、送波器から送波される粗密波にサイドローブが発生することを防止できるので、送波器から受波器に向けて粗密波を送波することにより、外来ノイズや多重反射などによる受波信号を受けて検知部が誤動作することを防止できる。 According to this configuration, since side lobes can be prevented from occurring in the dense wave transmitted from the transmitter, by transmitting the dense wave from the transmitter to the receiver, external noise and It is possible to prevent the detection unit from malfunctioning when receiving a received signal due to multiple reflection or the like.
請求項10の発明は、請求項8または請求項9の発明において、前記駆動部は、前記送波器に一定時間間隔で粗密波を発生させるように前記送波素子を一定時間間隔で駆動することを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the eighth or ninth aspect of the invention, the driving unit drives the transmission element at a constant time interval so that the transmitter generates a dense wave at a constant time interval. It is characterized by that.
この構成によれば、受波信号を有効とするタイミングを一定時間間隔とすることができるので、送波器と受波器とを同期させることなく受波信号を有効とするタイミングを決定することができる。 According to this configuration, since the timing for validating the received signal can be set at a constant time interval, the timing for validating the received signal can be determined without synchronizing the transmitter and the receiver. Can do.
請求項11の発明は、請求項8ないし請求項10のいずれかの発明において、前記送波器は、送波する粗密波の周波数に共振周波数を持たず、前記受波器は、送波器から送波された粗密波の周波数に共振周波数を持たないことを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the invention according to any one of the eighth to tenth aspects, the transmitter does not have a resonance frequency in the frequency of the coarse / fine wave transmitted, and the receiver is the transmitter. This is characterized in that the frequency of the dense wave transmitted from the wave does not have a resonance frequency.
この構成によれば、送波器から送波される粗密波に残響成分が含まれることが防止され、かつ受波器において粗密波を受波した後に残響成分が残ることが防止されるので、各受波素子のそれぞれの受波信号間の時間差が残響成分により時間軸方向に広がることがなく、検知部において受波器が粗密波を受波する方位を精度良く識別することができる。 According to this configuration, it is prevented that the reverberation component is included in the dense wave transmitted from the transmitter, and it is prevented that the reverberant component remains after receiving the dense wave in the receiver. The time difference between the received signals of each receiving element does not spread in the time axis direction due to the reverberant component, and the direction in which the receiver receives the dense wave can be accurately identified in the detector.
本発明は、送波器から受波器への粗密波を遮断する物体の存在を検知するものであるから、物体の表面の状態の影響を受けないという利点がある。また、検知部は受波器が粗密波を受けた方位を識別するので、検知領域内に物体が存在する場合に受波器が回り込みによる粗密波を受けることがあっても、受波器において送波器から直接受けた粗密波と回り込みによる粗密波とを区別することができ、結果的に、検知領域内の物体の存在を検知することができる。 Since the present invention detects the presence of an object that blocks a dense wave from a transmitter to a receiver, there is an advantage that it is not affected by the state of the surface of the object. In addition, since the detection unit identifies the direction in which the receiver has received the dense wave, even if the receiver receives a dense wave due to wraparound when an object exists in the detection area, It is possible to distinguish between the coarse / fine wave directly received from the transmitter and the coarse / fine wave caused by wraparound, and as a result, the presence of an object in the detection region can be detected.
(実施形態1)
本実施形態では、図2に示すように、通路Bの一部を検知領域としてこの検知領域を通過する物体Cを検知するセンサ装置Aについて説明する。本実施形態のセンサ装置Aは、図1に示すように、検知領域(空気中)に粗密波を送波する送波手段1と、送波手段1との間に検知領域を挟んで設置され送波手段1からの粗密波を受波する受波手段2とを備えている。送波手段1と受波手段2とは、物体Cが通路Bを通って検知領域を通過する際に送波手段1から受波手段2への粗密波が遮断されるように、通路Bの両側方にそれぞれ設置される。
(Embodiment 1)
In this embodiment, as shown in FIG. 2, a sensor device A that detects an object C passing through the detection region using a part of the passage B as a detection region will be described. As shown in FIG. 1, the sensor device A of the present embodiment is installed with a detection area sandwiched between a transmission means 1 for transmitting a dense wave to a detection area (in the air) and the transmission means 1. And a wave receiving means 2 for receiving the close-packed wave from the wave transmitting means 1. The wave transmitting means 1 and the
送波手段1は、図3に示すように電気信号である送波信号を粗密波に変換する送波器3と、粗密波が間欠的に送波されるように送波器3を駆動する駆動部4とを有し、受波手段2は、粗密波を受波するとともに当該粗密波を電気信号である受波信号に変換する受波器5と、受波器5から受波信号を受けて受波信号の振幅の変化によって検知領域を通過する物体Cを検知する検知部6とを有する。ここで、受波器5は通路Bの長手方向に3個等間隔に配列されることにより検知領域を物体Cが移動する向きを特定できるようにしてあるが、検知領域内の物体Cの存在を検知する構成を説明するために、まず1個の受波器5について説明する。
As shown in FIG. 3, the wave transmitting means 1 drives a
本実施形態では、検知部6において受波器5が粗密波を受けた方位を識別している。具体的には、それぞれ粗密波を受波し受波信号を出力する受波素子7を複数個配列して受波器5を構成し、検知部6において各受波素子7のそれぞれの受波信号間の時間差によって受波器5が粗密波を受波した方位を識別している。複数個の受波素子7を配列すれば、たとえば受波器5において受波素子7が配列された一面に直交する方向に対して角度θ°だけ傾いた方位からの粗密波を受ける場合に、隣接する受波素子7(間隔をdとする)のそれぞれの受波信号間の時間差は(受波素子7の間隔d)×(sinθ)÷(音速)になる(図4参照)。本実施形態の受波器5は、受波器5と送波器3とを結ぶ方向に直交する一面上において、縦方向(垂直方向)に5個、横方向(水平方向)に5個それぞれ等間隔に配列された合計10個の受波素子7を有する。
In the present embodiment, the
ところで、本実施形態の検知部6は、受波器5が送波器3の方位から受ける粗密波に対応する受波信号のみを用いて検知領域内の物体Cの有無を検知するものであって、図3に示すように、受波器5からの受波信号を増幅するアンプ11と、アンプ11で増幅された受波信号をA/D変換するADコンバータ12と、ADコンバータ12でデジタル信号化された受波信号を格納するフレームメモリ13と、フレームメモリ13に格納された受波信号を用いて検知領域内の物体Cの有無を判断する演算器8とを有する。ここにおいて、単に受波信号の位相差や振幅の大きさのみの処理を行う場合にはADコンバータ12に代えてコンパレータで構成することもあるが、本実施形態ではADコンバータ12を採用している。ここでは、アンプ11の増幅率は40dB〜60dBとしており、S/N比は60dB程度である。ADコンバータ12には16bitのものを用いており、サンプリング周波数は1MHzとしてある。受波信号を増幅してA/D変換し、フレームメモリ13に格納するという一連の処理は、各受波素子7についてそれぞれ行われるものである。フレームメモリ13は、それぞれの受波素子7について、ADコンバータ12のサンプリング周期(ここでは1μs)毎に受波信号の振幅を格納できるように分割された記憶領域を持つ。
By the way, the
演算器8は、受波器5が送波器3の方位から受ける粗密波に対応する受波信号を特定するために、各受波素子7からの受波信号をそれぞれ遅延させる遅延手段としての機能と、遅延手段により遅延された受波信号を加算する加算手段としての機能とを有している。ここで、演算器8は、受波器5が送波器3の方位から粗密波を受けた場合にすべての受波信号のタイミングが一致するように設定された遅延時間だけ遅延手段として各受波信号を遅延させた状態で、受波信号をフレームメモリ13から各受波素子7毎に読み出すことにより、受波器5が送波器3の方位から受けた粗密波に対応する受波信号を加算手段の出力として取り出すことができるようにしている。
The
すなわち、受波器5が送波器3の方位から粗密波を受けた場合に各受波素子7のそれぞれの受波信号間に図5(a)に示すような時間差が生じていても、各受波信号をそれぞれ遅延させることにより図5(b)のようにすべての受波信号のタイミングを一致させることができる。そして、遅延後のすべての受波信号を図5(c)のように加算することによって、受波器5が送波器3の方位から受波した粗密波に対応する受波信号を得ることができるのである。ここにおいて、上述したように遅延時間を設定すれば受波器5が斜め方向から受ける粗密波に対応する受波信号を加算手段の出力とすることもできるので、受波器5は送波器3からの粗密波を受波可能な範囲内であれば、送波器3に対向せずに送波器3に対して傾けて設置されていてもよい。
That is, even when a time difference as shown in FIG. 5 (a) occurs between the received signals of the receiving
さらに、演算器8は、加算された受波信号の振幅の変化から検知領域内の物体Cの有無を判断する判断手段としての機能を有し、判断手段において、加算後の受波信号の振幅と所定のしきい値とを比較して物体Cの有無を判断する。判断手段は、加算後の受波信号の振幅がしきい値を下回ると、検知領域内に物体Cが存在すると判断する。
Further, the
ところで、本実施形態では、検知部6の演算器8が図3に示すように送波手段1の駆動部4に接続されており、送波器3が粗密波を送波するタイミングに合わせて受波信号を有効とする期間(以下では「受波期間」と呼ぶ)を決定するタイミング制御部としての機能を有している。送波器3と受波器5との距離が一定であれば送波器3から送波された粗密波が受波器5に到達するのに要する時間(以下では「送波時間」と呼ぶ)は一定になるので、タイミング制御部は駆動部4が送波器3を駆動してから送波時間経過後から受波期間を開始させるように設定される。このようにタイミング制御部としての機能を有することにより、送波器3から送波された粗密波を受波器5が受波する期間にのみ受波信号を有効とすることができるので、外来ノイズや多重反射などによる受波信号を受けて検知部6が誤動作することを防止できる。ただし、本実施形態では駆動部4が送波器3を一定時間間隔で駆動するようにしており、受波期間も一定時間間隔になるので、タイミング制御部は送波器3が粗密波を複数回送波する度に1度タイミングを合わせればよい。
By the way, in this embodiment, the
また、タイミング制御部としての機能をADコンバータ12に設けてADコンバータ12が受波期間にのみ受波信号をデジタル信号化するようにしてもよく、ここにおいて、受波期間が30msで、本実施形態のように受波素子7が10個の場合には、(30ms)×(1MHz)×(16bit)×(10個)=(600kbyte)のフレームメモリ13が必要になる。
Further, the
一方、本実施形態では、送波器3および受波器5に、送受波する粗密波の周波数に共振周波数を持たないものをそれぞれ採用することによって、送波器3から送波される粗密波における残響成分と受波器5から出力される受波信号における残響成分との両方を比較的小さくし、送波器3から受波器5への粗密波が物体Cにより遮断された場合には残響成分によらずに受波信号の振幅が変化するようにしている。
On the other hand, in the present embodiment, by adopting the
具体的な構成として、送波器3においては、図6に示すような熱励起方式のものを採用している。この送波器3は、単結晶シリコン等からなる基板14と、基板14上に設けられたナノ結晶シリコン等からなる熱絶縁層15と、送波器の音源である送波素子として熱絶縁層15上に成膜されたアルミニウム等の金属薄膜16とを備えている。図6において、熱絶縁層15の両側に形成された金属薄膜16の左右両端部には、一対の通電電極17が設けられる。金属薄膜16はこの通電電極17を通して通電されたときに発熱するものであって、熱絶縁層15は金属薄膜16からの熱が基板14側に逃げることを防止している。
As a specific configuration, the
ここにおいて、駆動部4が通電電極17間に交流電圧を印加して送波信号としての駆動電流を流すと、金属薄膜16が温度変化を繰り返すことにより金属薄膜16に接触する媒質(空気)が膨張収縮して、駆動電流と同じ周波数の粗密波が生じるのである。このように、本実施形態の送波器3は、金属薄膜16の温度変化により粗密波を発生するものであって、自身が機械的に振動するものではなく共振周波数を持たないので、粗密波の発生時に共振による残響成分を発生することはない。駆動部4は、この送波器3の金属薄膜16に図7に示すようなガウス波形状の駆動電流を流すことによって送波器3を駆動する。ガウス波形状の駆動電流の周波数成分はガウス分布であるから、このような駆動電流で送波器3を駆動することによって、特定の周波数帯域を有する粗密波を発生することができる。ここでは、粗密波の周波数帯域を50kHz〜70kHzの超音波領域に設定している。
Here, when the
また、駆動部4が出力する駆動電流を単発のパルス電流とし、送波器3から単発の粗密波を送波させるようにしてもよく、この場合に、送波器3が送波する粗密波にサイドローブが発生することを防止できるので、送波器3から受波器5に向けて粗密波を送波することにより、外来ノイズや多重反射などによる受波信号を受けて検知部6が誤動作することを防止できる。
Alternatively, the drive current output from the
一方、受波器5の各受波素子7においては、共振周波数を持たない静電容量形のマイクロフォンをそれぞれ採用している。この受波素子6は、図8に示すように、単結晶シリコン等からなり一部に受波孔18が形成された基板19と、受波孔18の一方の開口を覆うように基板19に連続一体に形成され可動電極(図示せず)を設けた薄膜の受波体20と、ギャップ21を介して受波体20に対向する固定電極保持部22と、固定電極保持部22に設けられた固定電極23とを備え、基板19と受波体20とでダイアフラム構造を構成している。受波孔18は受波体20側ほど狭くなる形状に形成されている。この構成により、受波体20が粗密波を受けると受波体20が振動し、受波体20と固定電極23との距離が変化する。結果的に、可動電極と固定電極23との間の静電容量が変化する。そして、可動電極と固定電極23との間に電圧が印加されることにより、この静電容量の変化に依存して変化する電圧を受波信号として取り出すことができる。また、受波素子7の構造は、上述したダイアフラム構造に限らず、受波体20を受波孔18の一辺において基板19に連続させたカンチレバー構造としてもよい。
On the other hand, each receiving
本実施形態では、上述した構成によって、送波器3から送波される粗密波に残響成分が含まれることを防止するとともに受波器5において粗密波を受波した後に残響成分が残ることを防止しているので、各受波素子7のそれぞれの受波信号が残響成分により時間軸方向に広がることがなく、検知部6において受波器5が粗密波を受波する方位を精度良く識別することができる。詳しくは、10個の受波素子7が一平面上に配列された本実施形態の受波手段2においては、受波素子7が配列された平面に直交する方向に対して、角度0°のときの強度を0dBとすると、角度5°のときに強度が−3dBとなるような、比較的鋭い指向性を有する。
In the present embodiment, the above-described configuration prevents the reverberation component from being included in the coarse / dense wave transmitted from the
上述したセンサ装置Aにより検知領域を通過する物体Cを検知する動作を、送波器3から送波される粗密波と、各受波器5から出力される受波信号とを示す図9,図10,図11を参照して以下に説明する。3個の受波器5をそれぞれ受波器5x、受波器5y、受波器5zとし、図9,図10,図11においては、送波器3から送波される粗密波を(a)に示し、受波器5xからの受波信号を(b)に示し、受波器5yからの受波信号を(c)に示し、受波器5zからの受波信号を(d)に示す。ここでは、送波器3と受波器5との間の距離を10mとし、送波器3は50ms周期で粗密波を4回送波するものとする。この場合に、送波器3から送波された粗密波が受波器5に到達するまでに要する送波時間は30ms程度になるので、タイミング制御部は、送波器3が粗密波を送波してから30ms経過後から20msの期間を受波期間とするようにタイミングを決定している。
FIG. 9 shows the operation of detecting the object C passing through the detection area by the sensor device A described above, with reference to a rough wave transmitted from the
まず、図9を参照して検知領域内に物体Cが存在しない場合の動作について説明する。図9においては、送波器3から各受波器5x〜5zへの粗密波が全く遮断されておらず、いずれの受波信号にも振幅の変化がないので、検知部6は検出領域内に物体Cが存在しないと判断する。
First, the operation when the object C does not exist in the detection area will be described with reference to FIG. In FIG. 9, since the close-packed wave from the
次に、図10を参照して検知領域内に物体Cが存在する場合の動作について説明する。図10では、送波器3が2回目の粗密波を送波してから当該粗密波が各受波器5x〜5zに到達するまでの期間に送波器3からすべての受波器5x〜5zへの粗密波が遮断されているので、送波器3が2回目の粗密波を送波してから当該粗密波が各受波器5x〜5zに到達するまでの期間において、検知部6は検知領域内に物体Cが存在すると判断する。
Next, the operation when the object C exists in the detection area will be described with reference to FIG. In FIG. 10, all the
また、図11に示すように各受波器5x〜5zへの受波信号が順に遮断された場合には、検知部6は検知領域内に物体Cが存在することに加えて、向き検知手段としてこの物体Cが検知領域内を移動した向きも検知することができる。要するに、図11においては、送波器3が2回目の粗密波を送波してから当該粗密波が各受波器5x〜5zに到達するまでの期間に送波器3から1個の受波器5xへの粗密波が遮断され、その後の送波器3が3回目の粗密波を送波してから当該粗密波が各受波器5x〜5zに到達するまでの期間に送波器3から他の受波器5yへの粗密波が遮断され、その後の送波器3が4回目の粗密波を送波してから当該粗密波が各受波器5x〜5zに到達するまでの期間に送波器3から他の受波器5zへの粗密波が遮断されているので、検知部6は、送波器3が2回目の粗密波を送波してから4回目の粗密波が受波器5x〜5z側に到達するまでの期間に、検知領域において物体Cが送波器3と受波器5xとの間から送波器3と受波器5yとの間に移動し、さらに送波器3と受波器5zとの間に移動したと判断する。
As shown in FIG. 11, when the reception signals to the
なお、本実施形態のように複数個の受波素子7を配列して受波器5とし、検出部6により受波器5が粗密波を受波する方位を識別する構成は、上述した透過型のセンサ装置Aや従来構成として示した反射型のセンサ装置A(図12参照)の他にも、図13に示すように、送波器3と受波器5とを検知領域を挟んで配置し、送波器3と受波器5とを結ぶ方向に対して送波器3および受波器5をそれぞれ傾けて設置したセンサ装置Aにも適用できる。このセンサ装置Aの送波器3から送波される粗密波は、受波器5に直接到達する直接波と、物体Cで反射されて受波器5に到達する反射波との2通りあって、検知部6は、受波器5が粗密波を受ける方位によって直接波と反射波とを識別し、直接波および反射波を用いて物体Cの存在を検知する。
The configuration in which a plurality of receiving
(実施形態2)
本実施形態のセンサ装置Aは、実施形態1のセンサ装置Aに対して、3個の受波器5x〜5yを通路Bの長手方向に代えて、図14に示すように検知領域を移動する物体Cの高さ方向(すなわち通路Bの床面に直交する方向)に等間隔で配列したものである。ここでは、最も高い位置に受波器5xが配置され、受波器5xの下方に受波器5y、さらに下方に受波器5zが配置されている。
(Embodiment 2)
The sensor device A of the present embodiment moves the detection area as shown in FIG. 14 by replacing the three
このセンサ装置Aにより検知領域を通過する物体Cを検知する動作を、送波器3から送波される粗密波を(a)に示し、受波器5xからの受波信号を(b)に示し、受波器5yからの受波信号を(c)に示し、受波器5zからの受波信号を(d)に示す図15,図16を参照して以下に説明する。ここでは、送波器3と受波器5との間の距離を10mとし、送波器3は50ms周期で粗密波を4回送波するものとする。
The operation of detecting the object C passing through the detection region by the sensor device A is shown in (a) as the rough and dense wave transmitted from the
送波器3が2回目の粗密波を送波してから当該粗密波が各受波器5x〜5zに到達するまでの期間に送波器3から1個の受波器5zへの粗密波が遮断されている図15の場合には、検知部6は、送波器3が2回目の粗密波を送波してから当該粗密波が各受波器5x〜5zに到達するまでの期間に、検知領域内に受波器5yの高さに到達しない程度の高さの物体Cが存在していたと判断する。要するに、本実施形態では、検知部6は高さ検知手段として検知領域内に存在する物体Cの高さを検知することができるので、検知領域を通過した物体Cが人であるのか、あるいは人ではなく小動物などであるのかを区別することが可能になる。
In the period from when the
また、図16に示すように各受波器5x〜5zへの粗密波が物体Cで完全に遮断されずに回り込みによって各受波器5x〜5zに強度の小さい粗密波が到達した場合には、検知部6は受波信号の変化によって物体Cの存在を検知するとともに、大きさ判断手段として受波信号の変化の大きさを物体Cの大きさの目安とする。したがって、たとえば検知領域内に存在する物体Cが人であると想定した場合に、検知部6は受波信号の振幅の大小を検知領域内に存在する人の体格の目安にする。その他の構成および機能は実施形態1と同様である。
In addition, as shown in FIG. 16, when the dense waves having small intensity reach the
(実施形態3)
本実施形態のセンサ装置Aは、駆動部4が、送波器3に連続した粗密波を発生させるように送波器3の音源である送波素子(金属薄膜16)を連続して駆動する点が実施形態1のセンサ装置Aと相違する。また、本実施形態では受波器5zを省略して2個の受波器5x,5yにより粗密波を受波しており、図17においては送波器3から送波される粗密波を(a)に示し、受波器5xからの受波信号を(b)に示し、受波器5yからの受波信号を(c)に示す。ここでは、送波器3と受波器5との間の距離を10mとする。
(Embodiment 3)
In the sensor device A of the present embodiment, the
この構成では、図17に示すように送波器3から粗密波が絶えず送波されるので、検知領域内の物体Cの有無を絶えず監視することができる。さらに、連続した粗密波を発生させる場合には、送波器3が粗密波を送波するタイミングに合わせて受波期間を決定するタイミング制御部は不要であって、検知部6と駆動部4とを接続しなくてもよい。その他の構成および機能は実施形態1と同様である。
In this configuration, as shown in FIG. 17, since the dense wave is constantly transmitted from the
(実施形態4)
本実施形態のセンサ装置Aは、実施形態1のように受波器5が送波器3の方位から受ける粗密波に対応する受波信号のみを用いて検知領域内の物体Cの存在を検知する構成に代えて、検知領域内の各方位の粗密波の強度分布を検出して当該強度分布の変化により検知領域内の物体Cの存在を検知するようにしたものである。
(Embodiment 4)
The sensor device A of the present embodiment detects the presence of the object C in the detection region using only the received signal corresponding to the dense wave received by the
本実施形態の検知部6は、受波器5の出力から検知領域内における各方位の粗密波の強度分布を検出する強度分布検出手段と、検知領域内に物体Cが存在しない期間に強度分布検出手段により検出された強度分布を基本強度分布として記憶する記憶手段と、強度分布検出手段により検出される強度分布が記憶手段に記憶された基本強度分布から変化すると検知領域内に物体Cが存在すると判断する判断手段とを有している。つまり、検知領域内に物体Cが存在する場合には送波器3から送波された粗密波が物体Cで反射あるいは吸収されることにより検知領域内の粗密波の強度分布が変化することを利用して、物体Cの存在を検知するのである。
The
この構成では、強度分布検出手段により粗密波の強度分布が検出される空間範囲にわたって物体Cの存在を検知することができるので、検知領域を比較的広く設定することができる。その他の構成および機能は実施形態1と同様である。 In this configuration, since the presence of the object C can be detected over a spatial range in which the intensity distribution of the dense wave is detected by the intensity distribution detecting means, the detection area can be set relatively wide. Other configurations and functions are the same as those of the first embodiment.
3 送波器
4 駆動部
5 受波器
6 検知部
7 受波素子
A センサ装置
C 物体
DESCRIPTION OF
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004247293A JP2006064528A (en) | 2004-08-26 | 2004-08-26 | Sensor system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004247293A JP2006064528A (en) | 2004-08-26 | 2004-08-26 | Sensor system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006064528A true JP2006064528A (en) | 2006-03-09 |
Family
ID=36111140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004247293A Withdrawn JP2006064528A (en) | 2004-08-26 | 2004-08-26 | Sensor system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2006064528A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008020222A (en) * | 2006-07-11 | 2008-01-31 | Ngk Insulators Ltd | Passage detection device of object |
-
2004
- 2004-08-26 JP JP2004247293A patent/JP2006064528A/en not_active Withdrawn
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