JP2010266274A

JP2010266274A - センサ装置

Info

Publication number: JP2010266274A
Application number: JP2009116498A
Authority: JP
Inventors: Genshu To; 元珠竇
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2010-11-25

Abstract

【課題】十分な省電力化を図ることができると共に、簡易な構成で生産コストを低減することができるセンサ装置を提供すること。
【解決手段】信号を出力する共振回路３と、共振回路３を間欠的に共振させる励振信号を発生する励振信号発生回路２と、共振回路３から出力された信号を対象物Ｏに送信すると共に、対象物Ｏに反射された信号を受信する送信アンテナＡ１および受信アンテナＡ２と、共振回路３から出力された信号と対象物Ｏに反射された信号とを混合する混合回路４とを備え、混合回路４から出力された信号に基づいて対象物Ｏの動きの有無を検出する構成とした。
【選択図】図２

Description

本発明は、対象物からの反射波に含まれるドップラー周波成分から対象物の動きや対象物までの距離等を検出するセンサ装置に関する。

一般に、対象物の動きや対象物までの距離等を検出するセンサ装置として、ＵＷＢ（Ultra-Wideband）方式を採用したものが知られている。このセンサ装置は、ベースバンドのＵＷＢ信号を対象物に放射し、対象物からの反射波に含まれるドップラー周波成分の変動量に基づいて対象物の動き等を検出している。しかしながら、ベースバンドのＵＷＢ信号は、相対周波数帯域が広く、放射特性のよいアンテナ設計が困難であると共に、放射し難い低周波成分にあるため省電力化に不利となっていた。

一方、上記した問題を解決したセンサ装置として、ＵＷＢ信号よりも高い周波数を使用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。図５に示すように、このセンサ装置４１は、２周波ＣＷ方式を採用しており、制御回路４２の制御により発振回路４３の発振周波数が２つの周波数に連続的に切り替えられる。発振回路４３で生成された発振信号は、スイッチ制御回路４５に制御されたスイッチ４４のＯＮ・ＯＦＦにより、所定の時間間隔で所定の時間長だけ後段に出力される。

スイッチ４４を通過した発振信号は、送信側と受信側に分配され、送信側の信号は送信アンテナＡ２１を介して対象物Ｏに放射され、受信側の信号は局部信号として利用される。対象物Ｏにより反射された受信信号は、受信アンテナＡ２２を介して受信され、混合回路４６において局部信号と混合される。そして、混合回路４６において、受信信号に含まれるドップラー周波数成分に相当する低周波信号が検出され、後段のローパスフィルタ４７で低周波信号が取り出されて対象物Ｏまでの距離等が検出される。

特開２００５−３４５２１８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のセンサ装置４１においては、発振回路４３において連続的に信号が出力されるため、十分な省電力化を図ることができないという問題があった。また、スイッチ４４のＯＮ・ＯＦＦにより送信タイミングが制御されるため、スイッチ４４と共にスイッチ４４を制御するスイッチ制御回路４５を設けなければならず、部品点数が増加して構成が複雑になると共に、生産コストが高くなるという問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、十分な省電力化を図ることができると共に、簡易な構成で生産コストを低減することができるセンサ装置を提供することを目的とする。

本発明のセンサ装置は、共振回路と、前記共振回路を励振させる励振信号を生成する励振信号発生回路と、励振された前記共振回路から出力された共振信号を対象物に送信すると共に、前記対象物に反射された信号を受信する送受信部と、前記共振回路から出力された共振信号と前記対象物に反射された信号とを混合する混合回路とを備え、前記混合回路から出力された信号に基づいて前記対象物の動き、距離、速度の少なくとも１つを検出することを特徴とする。

本発明は、上記センサ装置において、前記励振信号発生回路は、前記共振回路を間欠的に励振させる励振信号を生成することを特徴とする。

この構成によれば、励振信号発生回路から励振信号が共振回路に入力され、共振回路から間欠的に共振信号が出力されるため、信号を出力し続ける構成と比較して省電力化を図ることができる。また、励振信号により直接的に共振回路の出力タイミングが制御されるため、スイッチやスイッチ制御回路が不要となり、部品点数を低減して簡易な構成とすることができると共に、生産コストを低くすることができる。さらに、ＵＷＢ信号よりも高い周波数の信号を放射するようにすることにより、放射性のよいアンテナ設計ができると共に、放射し易い周波数に設定できるため、より省電力化を図ることができる。

本発明は、上記センサ装置において、前記共振回路を、キャパシタとインダクタとの並列接続回路で構成することができる。

本発明は、上記センサ装置において、前記励振信号発生回路を、間欠的にパルス信号を発生させ、前記共振回路に前記パルス信号を印加する構成とすることができる。

本発明は、上記センサ装置において、前記共振回路と前記送受信部との間に前記共振回路から出力された共振信号の所定の周波数帯域を取り出すバンドパスフィルタが接続されたことを特徴とする。

この構成によれば、共振回路から出力された共振信号を狭帯域化することができる。例えば、電波法で規定された周波数を中心とする所定の領域を取り出すことができる。

本発明は、上記センサ装置において、前記送受信部を、前記共振回路から出力される共振信号を送信する送信アンテナと、前記対象物によって反射された信号を受信する受信アンテナとを有する構成とすることができる。

本発明は、上記センサ装置において、前記送受信部を、前記共振回路から出力される共振信号を送信すると共に、前記対象物によって反射された信号を受信する送受信共用アンテナを有する構成とすることができる。

本発明は、上記センサ装置において、前記共振回路は、前記送信アンテナまたは前記送受信アンテナで構成されることを特徴とする。

この構成によれば、共振回路を送信アンテナおよび送受信アンテナが兼ねるため、部品点数を低減して、より簡易な構成とすることができると共に、生産コストを低くすることができる。

本発明によれば、十分な省電力化を図ることができると共に、簡易な構成で生産コストを低減することができる。

本発明に係るセンサ装置の第１の実施の形態を示す図であり、センサ装置の機能ブロック図である。本発明に係るセンサ装置の第１の実施の形態を示す図であり、センサ装置の回路構成図である。本発明に係るセンサ装置の第２の実施の形態を示す図であり、センサ装置の回路構成図である。本発明に係るセンサ装置の変形例を示す図である。センサ装置の従来例を示す図である。本発明に係るセンサ装置の励振信号および送信信号の例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明では、本発明を対象物の動きを検出するセンサ装置に適用した構成を例示して説明するが、対象物の動きを検出するセンサ装置だけでなく、対象物からの距離や対象物の速度を検出するセンサ装置に適用することも可能である。最初に、図１を参照して、センサ装置の機能構成について簡単に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るセンサ装置の機能ブロック図である。

図１に示すように、センサ装置１は、送信アンテナＡ１および受信アンテナＡ２を有し、送信信号を対象物Ｏに放射して、対象物Ｏからの反射波に含まれるドップラー周波成分としての低周波成分に基づいて対象物Ｏの動きの有無を検出するものである。また、センサ装置１は、共振によるリンギング現象を用いて送信信号を出力する共振回路３と、共振回路３を間欠的に共振させる励振信号を発生する励振信号発生回路２とを有し、励振信号発生回路２に制御されて共振回路３から送信信号が間欠的に出力されるように構成されている。

共振回路３から出力された送信信号は、送信アンテナＡ１から対象物Ｏに放射される他、局部信号として混合回路４に入力される。対象物Ｏにより反射された送信信号は、受信アンテナＡ２を介して受信され、局部信号と共に混合回路４に入力される。このとき、対象物Ｏの動きは反射波に含まれる低周波信号として現れ、混合回路４において受信信号と局部信号とが混合されることにより低周波信号が抽出される。

混合回路４から出力された出力信号は、ローパスフィルタ５に入力されて低周波成分が取り出される。ローパスフィルタ５を通過した出力信号は、増幅回路６に入力されて出力が増幅され、図示しないＤ／Ａ変換回路を介してアナログ信号として出力される。センサ装置１から出力された出力信号は、信号処理回路７に入力され、この信号処理回路７において対象物Ｏの動きの有無が検出される。

次に、図２を参照して、センサ装置の回路構成について説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態に係るセンサ装置の回路構成図である。

図２に示すように、励振信号発生回路２は、タイマー回路１１と、信号生成回路１２とを有している。タイマー回路１１は、一定時間間隔でｈｉｇｈレベル信号とＬｏｗレベル信号とを交互に繰り返すパルス信号を生成し、信号生成回路１２に出力する。信号生成回路１２は、フリップフロップ回路１３で構成されており、反転出力端子が抵抗Ｒ１を介してリセット端子に接続され、出力端子が抵抗Ｒ２を介して第１の増幅用トランジスタＴ１のベースに接続される。信号生成回路１２は、タイマー回路１１から出力されたパルス信号の立ち上がりに同期して、共振回路３の出力タイミングを制御する短パルス（励振信号）を生成する（図６（ａ）参照）。生成された励振信号は、第１の増幅用トランジスタＴ１のベースに出力される。

この場合、タイマー回路１１においてパルス信号のパルス幅とパルス間隔との比が可変されることにより、励振信号の周期が可変されて共振回路３の出力タイミングが制御される。これにより、共振回路３の出力タイミングが短くなるように制御されると、センサ装置１による検出間隔を狭めて対象物Ｏの動きに対する検出感度が向上される。

第１の増幅用トランジスタＴ１のエミッタはグランドに接地され、第１の増幅用トランジスタＴ１のコレクタは抵抗Ｒ３を介して電源Ｖｃｃに接続されると共に、共振回路３に接続される。励振信号発生回路２から出力された励振信号は、第１の増幅用トランジスタＴ１を介して増幅され、共振回路３に入力される。

共振回路３は、第１の増幅用トランジスタＴ１のコレクタおよびグランド間に設けられたコンデンサＣ１と、第１の増幅用トランジスタＴ１のコレクタおよびグランド間に設けられたインダクタＬ１とを並列接続して構成される。共振回路３の後段側は、第２の増幅用トランジスタＴ２のベースに接続されると共に、混合回路４に接続される。共振回路３は、第１の増幅用トランジスタＴ１を介して励振信号が入力されると、共振によるリンギング現象を利用して送信信号を生成する（図６（ｂ）参照）。生成された送信信号は、第２の増幅用トランジスタＴ２のベースに入力される他、局部信号として混合回路４に入力される。

このとき、励振信号は、所定の周期で共振回路３を共振させるため、共振回路３において間欠的に送信信号が生成される。したがって、共振回路３において常に送信信号が生成される構成と比較して省電力化を図ることが可能となる。また、励振信号発生回路２および第１の増幅用トランジスタＴ１により共振回路３の出力タイミングが直接的に制御されるため、部品点数を低減して簡易な構成とし、生産コストを低くすることが可能となる。

第２の増幅用トランジスタＴ２のコレクタは電源Ｖｃｃに接続され、第２の増幅用トランジスタＴ２のエミッタは抵抗Ｒ４を介してグランドに接地されると共に、送信アンテナＡ１に接続される。共振回路３から入力された送信信号は、第２の増幅用トランジスタＴ２において増幅され、送信アンテナＡ１から対象物Ｏに対して放射される。

混合回路４の入力側は、共振回路３および受信アンテナＡ２の給電点が接続され、混合回路４の出力側は、ローパスフィルタ５が接続されている。混合回路４は、受信アンテナＡ２から受信した受信信号と共振回路３から入力された局部信号とを混合して、対象物Ｏの動きを反映した低周波信号を抽出する。混合回路４から出力された出力信号は、ローパスフィルタ５において低周波成分が取り出され、増幅回路６に入力される。

増幅回路６は、オペアンプＯＰ１、ＯＰ２と、抵抗Ｒ５〜Ｒ１２とから構成されている。オペアンプＯＰ１の反転入力端子は、抵抗Ｒ５およびコンデンサＣ２を介してローパスフィルタ５に接続され、非反転入力端子は抵抗Ｒ６を介して電源Ｖｃｃに接続されると共に、抵抗Ｒ７を介してグランドに接地される。オペアンプＯＰ１の出力端子は、抵抗Ｒ８を介して反転入力端子に接続されると共に、コンデンサＣ３および抵抗Ｒ９を介して後段のオペアンプＯＰ２の反転入力端子に接続される。

オペアンプＯＰ２は、前段のオペアンプＯＰ１と同様に、非反転入力端子が抵抗Ｒ１０を介して電源Ｖｃｃに接続されると共に、抵抗Ｒ１１を介してグランドに接地され、出力端子が抵抗Ｒ１２を介して反転入力端子に接続される。そして、増幅回路６において、混合回路４から入力された出力信号が増幅され、ボルテージフォロア回路を構成するオペアンプＯＰ３の非反転入力端子に入力される。オペアンプＯＰ３の出力端子から出力された出力信号は、図示しないＤ／Ａ変換回路を介してアナログ信号として取り出される。

Ｄ／Ａ変換回路を通過した出力信号は、図示しない信号処理回路に入力され、信号処理回路内のコンパレータの閾値と比較される。そして、出力信号が閾値より小さい場合に対象物の動きが無いと判定され、出力信号が閾値以上の場合に対象物の動きが有ると判定される。

以上のように、本実施の形態に係るセンサ装置１によれば、共振回路３から間欠的に送信信号が出力されるため省電力化を図ることができる。また、励振信号発生回路２により直接的に共振回路３の送信信号の出力タイミングが制御されるため、スイッチやスイッチ制御回路が不要となり、部品点数を低減して簡易な構成とすることができると共に、生産コストを低くすることができる。さらに、比較的、高い周波数の信号を放射するようにすることにより、放射性のよいアンテナ設計ができると共に、放射し易い周波数に設定できるため、より省電力化を図ることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本発明の第２の実施の形態に係るセンサ装置は、上記した第１の実施の形態に係るセンサ装置と、送信アンテナと受信アンテナを兼用する送受信アンテナにより送受信する点についてのみ相違する。したがって、同一構成については極力説明を省略し、相違点についてのみ詳細に説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態に係るセンサ装置の回路構成図である。

図３に示すように、センサ装置２１においては、タイマー回路３１および信号生成回路３２により励振信号発生回路２２が構成され、励振信号発生回路２２において共振回路２３を間欠的に共振させる励振信号が生成される。励振信号発生回路２２で生成された励振信号は、第１の増幅用トランジスタＴ１１のベースに入力される。そして、励振信号が第１の増幅用トランジスタＴ１１において増幅され、共振回路２３に入力される。

共振回路２３は、第１の増幅用トランジスタＴ１１を介して入力される励振信号に合わせて間欠的に共振して送信信号を生成し、送受信アンテナＡ１１を介して対象物Ｏに放射すると共に、局部信号として混合回路２４に出力する。送受信アンテナＡ１１から受信された受信信号は、共振回路２３から入力された局部信号と混合され、対象物Ｏの動きを反映した低周波信号が抽出される。混合回路４から出力された出力信号は、増幅回路２６において増幅され、ボルテージフォロア回路を構成するオペアンプＯＰ１３の非反転入力端子に入力される。オペアンプＯＰ１３出力端子から出力された出力信号は、図示しないローパスフィルタ、Ｄ／Ａ変換回路を介してアナログ信号として取り出される。

ローパスフィルタおよびＤ／Ａ変換回路を通過した出力信号は、図示しない信号処理回路に入力され、信号処理回路内のコンパレータの閾値と比較される。そして、出力信号が閾値より小さい場合に対象物の動きが無いと判定され、出力信号が閾値以上の場合に対象物の動きが有ると判定される。

以上のように、本実施の形態に係るセンサ装置２１によれば、第１の実施の形態のセンサ装置１と同様に、省電力化を図ることができると共に、簡易な構成として、生産コストを低くすることができる。また、比較的、高い周波数の信号を放射するようにすることにより、放射性のよいアンテナ設計ができると共に、放射し易い周波数に設定できるため、より省電力化を図ることができる。さらに、１つのアンテナで送受信するため、部品点数を低減することが可能となる。

なお、上記した各実施の形態においては、非差動方式のセンサ装置を例に挙げて説明したが、図４に示す変形例のように、作動方式のセンサ装置としてもよい。このような構成にしても、上記した各実施の形態と同様に、省電力化を図ることができると共に、簡易な構成で生産コストを低減することができる。

また、上記した各実施の形態においては、共振回路としてＬＣ並列共振回路を有する構成としたが、この構成に限定されるものではない。共振によるリンギング現象を用いて送信信号を出力する構成であれば、どのような構成でもよい。また、例えば、第１の実施の形態においては、共振回路を送信アンテナで構成するようにしてもよく、第２の実施の形態においては、共振回路を送受信アンテナで構成するようにしてもよい。

また、上記した各実施の形態においては、タイマー回路と信号生成回路とで励振信号発生回路を構成したが、この構成に限定されるものではない。共振回路を間欠的に共振させて送信信号を出力させる構成であれば、どのような構成であってもよい。

また、上記した各実施の形態においては、共振回路の共振によるリンギング現象を用いて送信信号を放射する構成を対象物の動きを検出するセンサ装置に適用して説明したが、この構成に限定されるものではなく、対象物のセンサ装置からの距離、対象物のセンサ装置に対する相対速度などを検出可能な構成に適用してもよい。

また、上記した各実施の形態においては、共振回路から出力された送信信号を直にアンテナから放射する構成としたが、共振回路とアンテナとの間にバンドパスフィルタを設けてバンドパスフィルタを介してアンテナから送信信号を放射する構成としてもよい。この構成により、共振回路から出力された送信信号を狭帯域化して、アンテナから放射することができる。また、例えば、電波法で規定された周波数を中心とする所定の領域を取り出すことができる。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上説明したように、本発明は、十分な省電力化を図ることができると共に、簡易な構成で生産コストを低減することができるという効果を有し、特に、対象物からの反射波に含まれるドップラー周波成分から対象物の動きや対象物までの距離等を検出するセンサ装置に有用である。

１、２１センサ装置
２、２２励振信号発生回路
３、２３共振回路
４、２４混合回路
５ローパスフィルタ
６、２６増幅回路
７信号処理回路
１１、３１タイマー回路
１２、３２信号生成回路
１３フリップフロップ回路
Ａ１送信アンテナ（送受信部）
Ａ２受信アンテナ（送受信部）
Ａ１１送受信アンテナ（送受信部）

Claims

共振回路と、
前記共振回路を励振させる励振信号を生成する励振信号発生回路と、
励振された前記共振回路から出力された共振信号を対象物に送信すると共に、前記対象物に反射された信号を受信する送受信部と、
前記共振回路から出力された信号と前記対象物に反射された信号とを混合する混合回路とを備え、
前記混合回路から出力された信号に基づいて前記対象物の動き、距離、速度の少なくとも１つを検出することを特徴とするセンサ装置。
前記励振信号発生回路は、前記共振回路を間欠的に励振させる励振信号を生成することを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
前記共振回路は、キャパシタとインダクタとの並列接続回路で構成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセンサ装置。
前記励振信号発生回路は、間欠的にパルス信号を発生させる回路であり、
前記共振回路に前記パルス信号を印加するようにしたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のセンサ装置。
前記共振回路と前記送受信部との間に前記共振回路から出力された共振信号の所定の周波数帯域を取り出すバンドパスフィルタが接続されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のセンサ装置。
前記送受信部は、前記共振回路から出力される共振信号を送信する送信アンテナと、前記対象物によって反射された信号を受信する受信アンテナとを有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のセンサ装置。
前記送受信部は、前記共振回路から出力される共振信号を送信すると共に、前記対象物によって反射された信号を受信する送受信共用アンテナを有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のセンサ装置。
前記共振回路は、前記送信アンテナまたは前記送受信共用アンテナで構成されることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のセンサ装置。