レーダを用いた自動ドアセンサおよびその物体検出方法
【課題】自動ドアの監視領域に自動ドアに近づく方向に移動する接近者と、自動ドアから離れる方向に移動する離脱者とが居る場合、接近者のみを確実に識別する。
【解決手段】自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、受信部内に第１，第２の検波器１２１，１２２がマイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４離間して配置されているレーダ１１が用いられ、前方の検波器１２１から出力されるＩｃｈ信号と後方の検波器１２から出力されるＱｃｈ信号とにより、監視領域内の物体を検出して自動ドアに開閉制御信号を出力するにあたって、移相器２１によりＩｃｈ信号とＱｃｈ信号のいずれか一方の位相をいずれか他方に対して＋９０゜もしくは−９０゜ずらしたのち、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号とを加算もしくは減算することにより、接近者のみを確実に識別する。
【解決手段】自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、受信部内に第１，第２の検波器１２１，１２２がマイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４離間して配置されているレーダ１１が用いられ、前方の検波器１２１から出力されるＩｃｈ信号と後方の検波器１２から出力されるＱｃｈ信号とにより、監視領域内の物体を検出して自動ドアに開閉制御信号を出力するにあたって、移相器２１によりＩｃｈ信号とＱｃｈ信号のいずれか一方の位相をいずれか他方に対して＋９０゜もしくは−９０゜ずらしたのち、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号とを加算もしくは減算することにより、接近者のみを確実に識別する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダを用いた自動ドアセンサおよびその物体検出方法に関し、さらに詳しく言えば、自動ドアの監視領域に自動ドアに近づく方向に移動する接近者と、自動ドアから離れる方向に移動する離脱者とが存在する場合、好ましくはその接近者側を識別可能とする技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多くの場合、自動ドアセンサには赤外線方式が採用されているが、赤外線方式では人（被検出物体）の動き、すなわちドアの方に進んでいるのか、ドアから離れる方向に動いているのかの動体パターンまでは識別することができない。
【０００３】
そこで、近年においては、動体パターンを識別し得るレーダを用いた自動ドアセンサが実用化されている。その構成の一例を図９ないし図１１により説明する。
【０００４】
まず、図９に示すように、この種の自動ドアセンサ１０は、基本的な構成として、レーダ（マイクロ波送受信機）１１，ローパスフィルタ１２，Ａ／Ｄ変換器１３およびマイクロコンピュータなどからなる制御部１４を備えている。
【０００５】
レーダ１１は、例えば数ＧＨｚ〜数１０ＧＨｚ帯のマイクロ波を送出するとともに、物体からの反射波（ドップラ周波数）を受信する。そのため、図１０に示すように、例えばガンダイオード１１１を発振源とする誘電体発振器１１０と、導波管内に設けられる受信部１２０とを備えている。
【０００６】
この場合、受信部１２０として、第１および第２の２つの例えばショットキーダイオードからなる検波器１２１，１２２が用いられる。この２つの検波器１２１，１２２は、誘電体発振器１１０から送出されるマイクロ波の波長をλとして、導波管内において前後方向にλ／４もしくはλ／４＋λ／２ｎ（ｎは任意の正の整数；０，１，２，…）離間して配置されている。
【０００７】
したがって、後方の第２検波器１２２からは前方の第１検波器１２１に対して９０゜位相がずれた信号が出される。ここでは、前方の第１検波器１２１の出力信号をＩｃｈ（Ｉチャンネル）信号、後方の第２検波器１２２の出力信号はＱｃｈ（Ｑチャンネル）信号とする。ちなみに、Ｉｃｈ信号のＩはＩｎ−ｐｈａｓｅ（同相）の略で、ＱｃｈのＱはＱｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ（直交相）の略である。
【０００８】
このＩｃｈ信号とＱｃｈ信号の２つのチャンネル信号により、人（被検出物体）の動体パターンを識別することができる。図１１（ａ）に自動ドアに近づく方向に移動する接近者ＨＡによるＩｃｈ信号とＱｃｈ信号の各波形図を示し、図１１（ｂ）に自動ドアから離れる方向に移動する離脱者ＨＢによるＩｃｈ信号とＱｃｈ信号の各波形図を示す。
【０００９】
これによると、Ｉｃｈ信号がゼロクロス点で正の向きに転じた時を基準として、Ｑｃｈ信号が同様にゼロクロス点で正の向きに転ずる時の時間差（位相差）を測定し、その時間差が１８０゜よりも小さい場合は接近者ＨＡで、１８０゜よりも大きい場合には離脱者ＨＢであると判別することができる。
【００１０】
別の方法として、接近者ＨＡの場合、Ｉｃｈ信号がゼロクロス点で正の向きに転じたのちの最初に現れるＱｃｈ信号のゼロクロス点での向きが正の方向であるのに対して、離脱者ＨＢの場合、Ｉｃｈ信号がゼロクロス点で正の向きに転じたのちの最初に現れるＱｃｈ信号のゼロクロス点での向きは負の方向であり、これによっても接近者ＨＡと離脱者ＨＢとを判別することができる。
【００１１】
いずれにしても、制御部１４は接近者ＨＡを検知したときに、自動ドア１（図１２参照）の駆動系にドア開信号を出力し、離脱者ＨＢの場合にはドア開信号を出力しない。なお、レーダを用いた自動ドアセンサにおいては、通常、ドア閉め制御は別途のタイマや安全ビームなどによる存在センサの出力を加味して制御される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記したように、レーダを用いた自動ドアセンサによれば、動体パターンにより接近者ＨＡと離脱者ＨＢとを識別することができる。
【００１３】
しかしながら、図１２に示すように、自動ドア１の監視領域内に接近者ＨＡと離脱者ＨＢとが存在し、特に離脱者ＨＢが自動ドア１の近くにおり、接近者ＨＡが遠くにいる場合には、反射波の信号レベルは近くの離脱者ＨＢの方が大きいため、遠くにいる接近者ＨＡには反応しない、という問題がある。
【００１４】
したがって、本発明の課題は、自動ドアの監視領域に自動ドアに近づく方向に移動する接近者と、自動ドアから離れる方向に移動する離脱者とが居る場合、接近者のみを確実に識別できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明のレーダを用いた自動ドアセンサの物体検出方法は、請求項１に記載されているように、自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、上記監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、上記受信部内に第１，第２の検波器が上記マイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４相当離間して配置されているレーダが用いられ、前方の上記第１検波器から出力されるＩｃｈ信号と後方の上記第２検波器から出力されるＱｃｈ信号とにより、上記監視領域内の物体を検出して上記自動ドアに開閉制御信号を出力するレーダを用いた自動ドアセンサの物体検出方法において、移相器により上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号のいずれか一方の位相をいずれか他方に対して＋９０゜もしくは−９０゜ずらしたのち、上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とを加算もしくは減算することを特徴としている。
【００１６】
上記請求項１に記載のレーダを用いた自動ドアセンサの物体検出方法において、請求項２に記載されているように、上記Ｉｃｈ信号の位相を上記Ｑｃｈ信号に対して＋９０゜ずらせたときには、移相後の上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とを減算し、上記Ｉｃｈ信号の位相を上記Ｑｃｈ信号に対して−９０゜ずらせたときには、移相後の上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とを加算する。
【００１７】
また、本発明のレーダを用いた自動ドアセンサは、請求項３に記載されているように、自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、上記監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、上記受信部内に第１，第２の検波器が上記マイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４離間して配置されているレーダが用いられ、前方の上記第１検波器から出力されるＩｃｈ信号と後方の上記第２検波器から出力されるＱｃｈ信号とにより、上記監視領域内の物体を検出して上記自動ドアに開閉制御信号を出力するレーダを用いた自動ドアセンサにおいて、上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号のいずれか一方の位相をいずれか他方に対して＋９０゜もしくは−９０゜ずらす移相手段と、上記移相手段による移相後の上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とを加算もしくは減算する演算手段と、上記演算手段の演算値に基づいて上記自動ドアに対して近づく方向に移動する接近物体もしくは遠ざかる方向に移動する離脱物体による反射波を検出する判定手段とを備えていることを特徴としている。
【００１８】
上記請求項３に記載のレーダを用いた自動ドアセンサにおいて、請求項４に記載されているように、上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とをそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備え、上記移相手段にヒルベルト変換器を用いたデジタル信号処理ソフトウェアでも、上記自動ドアに対して近づく方向に移動する接近物体もしくは遠ざかる方向に移動する離脱物体の識別を実現することができる。
【００１９】
また、本発明のレーダを用いた自動ドアセンサは、請求項５に記載されているように、自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、上記監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、上記受信部内に第１，第２の検波器が上記マイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４相当離間して配置されているレーダが用いられ、前方の上記第１検波器から出力されるＩｃｈ信号と後方の上記第２検波器から出力されるＱｃｈ信号とにより、上記監視領域内の物体を検出して上記自動ドアに開閉制御信号を出力するレーダを用いた自動ドアセンサにおいて、上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号のいずれか一方の位相をいずれか他方に対して＋９０゜もしくは−９０゜ずらす移相手段と、上記反射波（ドップラ周波数）のほぼ最大周波数もしくはそれ以下の周波数を発振する局部発振器と、上記移相手段による移相後の上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とを上記局部発振器の出力周波数にて直交変調する周波数変換手段と、上記周波数変換手段により周数変換された上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号の中から上記自動ドアに対して近づく方向に移動する接近物体もしくは遠ざかる方向に移動する離脱物体による反射波を検出するフィルタとを備えていることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明のレーダを用いた自動ドアセンサは、請求項６に記載されているように、自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、上記監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、上記受信部内に第１，第２の検波器が上記マイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４相当離間して配置されているレーダが用いられ、前方の上記第１検波器から出力されるＩｃｈ信号と後方の上記第２検波器から出力されるＱｃｈ信号とにより、上記監視領域内の物体を検出して上記自動ドアに開閉制御信号を出力するレーダを用いた自動ドアセンサにおいて、上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とをそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、上記Ａ／Ｄ変換後に上記Ｉｃｈ信号，上記Ｑｃｈ信号をそれぞれ実部，虚部の複素信号にするとともに上記虚部の正負を反転させる複素信号化手段と、上記反射波（ドップラ周波数）のほぼ最大周波数もしくはそれ以下に相当する周波数を生成する複素局部発振器と、上記複素信号を上記複素局部発振器の出力周波数にて直交変換する周波数変換手段と、上記周波数変換手段により変換された上記複素信号の中から上記自動ドアに対して近づく方向に移動する接近物体もしくは遠ざかる方向に移動する離脱物体による反射波を分離して検出するデジタルフィルタとを備えていることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明のレーダを用いた自動ドアセンサは、請求項７に記載されているように、自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、上記監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、上記受信部内に第１，第２の検波器が上記マイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４相当離間して配置されているレーダが用いられ、前方の上記第１検波器から出力されるＩｃｈ信号と後方の上記第２検波器から出力されるＱｃｈ信号とにより、上記監視領域内の物体を検出して上記自動ドアに開閉制御信号を出力するレーダを用いた自動ドアセンサにおいて、上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とをそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、上記Ａ／Ｄ変換後に上記Ｉｃｈ信号，上記Ｑｃｈ信号を実部，虚部の複素信号とし、これをフーリエ変換もしくはＤＣＴ変換（離散コサイン変換）して上記複素信号の周波数スペクトラムを得る変換手段と、上記周波数スペクトラムの中から正または負の周波数を抽出，分離して上記自動ドアに対して近づく方向もしくは遠ざかる方向に移動する物体を識別する識別手段とを備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
自動ドアの監視領域内に接近者と離脱者がともに存在する場合、レーダにて受信される反射波（ドップラ周波数）には、接近者による反射波と離脱者による反射波とが含まれる。さらに、各反射波には位相が９０゜異なるＩｃｈ信号とＱｃｈ信号とが含まれる。そこで、Ｉｃｈ信号を実部，Ｑｃｈ信号を虚部として複素信号化すると、レーダにて受信される反射波には、接近者の実部Ｉａと虚部Ｑａ，離脱者の実部Ｉｂと虚部Ｑｂとが含まれる。接近者の実部Ｉａと離脱者の実部Ｉｂは同相であるが、接近者の虚部Ｑａと離脱者の虚部Ｑｂは位相が１８０゜相違する反転波形である（先の図１１（ａ）（ｂ）参照）。
【００２３】
例えば、接近者の実部Ｉａと離脱者の実部Ｉｂの位相を、接近者の虚部Ｑａと離脱者の虚部Ｑｂに対して、それぞれ＋９０゜進む方向にずらすと、接近者の実部Ｉａと接近者の虚部Ｑａは位相が１８０゜相違する反転波形となり、離脱者の実部Ｉｂと離脱者の虚部Ｑｂは同相となる。
【００２４】
したがって、接近者の実部Ｉａと接近者の虚部Ｑａとを減算，また、離脱者の実部Ｉｂと離脱者の虚部Ｑｂとを減算することにより、離脱者の反射波のレベルはほぼ０となり、接近者の反射波のみが残されることになる。逆に加算すれば、接近者の反射波レベルはほぼ０となり、離脱者側の反射波のみが検出されることになる。
【００２５】
なお、接近者の実部Ｉａと離脱者の実部Ｉｂの位相を、接近者の虚部Ｑａと離脱者の虚部Ｑｂに対して、それぞれ−９０゜遅れる方向にずらすと、接近者の実部Ｉａと接近者の虚部Ｑａは同相で、離脱者の実部Ｉｂと離脱者の虚部Ｑｂは位相が１８０゜相違する反転波形となるため、接近者の実部Ｉａと接近者の虚部Ｑａとを加算，また、離脱者の実部Ｉｂと離脱者の虚部Ｑｂとを加算すればよい。逆に、減算すれば離脱者側の反射波のみが検出されることになる。
【００２６】
このようなことから、請求項１ないし４に記載の発明によれば、自動ドアの監視領域内に接近者と離脱者がともに存在し、しかも離脱者が自動ドアの近くにおり、接近者が遠くにいる場合においても、ドア開が必要とされる接近者による反射波を確実に検出することができる。
【００２７】
また、請求項５，６に記載の発明によれば、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号のいずれか一方の位相をいずれか他方に対して＋９０゜もしくは−９０゜ずらして、そのＩｃｈ信号とＱｃｈ信号とを局部発振器にて直交変調するようにしたことにより、その後の処理を簡単にすることができる。すなわち、通常のフィルタで接近者もしくは離脱者のいずれかの反射波のみを確実に取り出すことができる。
【００２８】
また、請求項７に記載の発明によれば、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号とをそれぞれＡ／Ｄ変換したのち、複素信号化手段にてＩｃｈ信号を実部，Ｑｃｈ信号を虚部とする複素信号とし、フーリエ変換もしくはＤＣＴ変換して複素信号の周波数スペクトラムを得て、その周波数スペクトラムの中から正の周波数を抽出するようにしたことにより、主要部をフーリエ変換手段とする簡単な構成でありながら、自動ドアに対して近づく方向に移動する接近物体のみを確実に識別することができる。同様に、負の周波数成分を抽出すれば、離脱者側のみを分離識別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次に、図１ないし図８により、本発明のいくつかの実施形態について説明する。この実施形態は、もっぱら自動ドアに接近する物体を検出することを想定しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３０】
まず、図１ないし図３により、本発明の第１実施形態について説明する。図１に示すように、この第１実施形態による自動ドアセンサ１０Ａにおいても、先の図１０で説明したように、誘電体発振器１１０から送出されるマイクロ波の波長をλとして、導波管内において前後方向にλ／４相当（λ／４＋λ／２ｎ（ｎは任意の正の整数；０，１，２，…））離間して配置される前方の第１検波器１２１と後方の第２検波器１２２とを備えるレーダ（マイクロは送受信機）１１が用いられる。
【００３１】
したがって、レーダ１１から受信信号として、Ｉｃｈ信号と、Ｉｃｈ信号よりも９０゜位相が遅れ方向にずれたＱｃｈ信号とが出力されるが、この第１実施形態による自動ドアセンサ１０Ａは、レーダ１１の受信部から出力されるＩｃｈ信号とＱｃｈ信号のいずれか一方の位相をいずれか他方に対して９０゜ずらす移相器２１と、移相器２１による移相後のＩｃｈ信号とＱｃｈ信号とを加算もしくは減算する加減算器２２と、加減算器２２の出力レベルを検出するレベル検出器２３と、レベル検出器２３の出力に基づいてドア開がどうかを判定する判定器２４とを備える。レベル検出器２３にはコンパレータなどが用いられ、判定器２４にはマイクロコンピュータなどが用いられてよい。
【００３２】
先の図１２で説明したように、自動ドア１の監視領域内に、自動ドア１に近づく方向に移動する接近者ＨＡと、自動ドア１から離れる方向に移動する離脱者ＨＢとがいる場合、レーダ１１にて受信される反射波（ドップラ周波数）には、接近者ＨＡによる反射波と離脱者ＨＢによる反射波とが含まれる。
【００３３】
さらに、受信機内で各反射波から位相が９０゜異なるＩｃｈ信号とＱｃｈ信号とが得られる。そこで、Ｉｃｈ信号を実部，Ｑｃｈ信号を虚部として複素信号化すると、レーダ１１にて受信される反射波には、図２（ａ）に示す接近者ＨＡの実部Ｉａと図２（ｂ）に示す接近者ＨＡの虚部Ｑａ、図３（ａ）に示す離脱者ＨＢの実部Ｉｂと図３（ｂ）に示す離脱者ＨＢの虚部Ｑｂとが含まれる。
【００３４】
接近者ＨＡの実部Ｉａと離脱者ＨＢの実部Ｉｂは同相であるが、接近者ＨＡの虚部Ｑａと離脱者ＨＢの虚部Ｑｂは位相が１８０゜相違する反転波形である。この現象を利用して、第１実施形態では接近者ＨＡのみを検出する。そのため、この例においては、移相器２１にてＩｃｈ信号の位相をＱｃｈ信号に対して＋９０゜進む方向にずらすとともに、加減算器２２を減算器として用いる。
【００３５】
接近者ＨＡについて説明すると、図２（ａ）に示す接近者ＨＡの実部Ｉａは、移相器２１により図２（ｃ）に示すように位相が＋９０゜進む方向にずらされ、一方でＱｃｈ信号に対する移相度は０゜であるから、接近者ＨＡの虚部Ｑａは図２（ｂ）に示す波形のまま移相器２１を通過する。
【００３６】
したがって、図２（ｂ）と図２（ｃ）とを対比すると分かるように、移相後の接近者ＨＡの実部Ｉａと接近者ＨＡの虚部Ｑａは、位相が１８０゜異なる反転波形となるため、この実部Ｉａと虚部Ｑａとを加減算器２２にて減算することにより、図２（ｄ）に示すように、レベルが実部Ｉａと虚部Ｑａの各レベルのほぼ２倍となる合成波形が得られる。
【００３７】
同様に、図３（ａ）に示す離脱者ＨＢの実部Ｉｂは、移相器２１により図３（ｃ）に示すように位相が＋９０゜進む方向にずらされ、一方でＱｃｈ信号に対する移相度は０゜であるから、離脱者ＨＢの虚部Ｑｂは図３（ｂ）に示す波形のまま移相器２１を通過する。
【００３８】
したがって、図３（ｂ）と図３（ｃ）とを対比すると分かるように、移相後の離脱者ＨＢの実部Ｉｂと離脱者ＨＢの虚部Ｑｂは、同相となるため、この実部Ｉｂと虚部Ｑｂとを加減算器２２にて減算することにより、図３（ｄ）に示すようにレベルがほぼ０となる。
【００３９】
このように、Ｑｃｈ信号の移相度を０とし、Ｉｃｈ信号の位相を＋９０゜進む方向にずらしたのち、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号とを減算することにより、離脱者ＨＢによる反射波は打ち消され、接近者ＨＡによる反射波のみが取り出され、そのレベルが所定の閾値以上の場合、レベル検出器２３の出力が例えばＬｏからＨｉになる。
【００４０】
このレベル検出器２３のＨｉ出力を受けて判定器２４は接近者ＨＡが自動ドア１の近傍にいると判断してドア開信号を出力する。なお、接近者ＨＡによる反射波のレベルが上記閾値未満の場合には、接近者ＨＡの位置が自動ドアから遠すぎると判定し、ドア開信号は出力されない。
【００４１】
上記の例では、Ｉｃｈ信号の位相を＋９０゜進む方向にずらしているが、−９０゜遅れる方向にずらしてもよく、その場合には、移相後の接近者ＨＡの実部Ｉａと接近者ＨＡの虚部Ｑａは同相となり、これに対して、移相後の離脱者ＨＢの実部Ｉｂと離脱者ＨＢの虚部Ｑｂは位相が１８０゜異なる反転波形となるため、加減算器２２を加算器として動作させればよい。
【００４２】
また、Ｉｃｈ信号の移相度を０とし、Ｑｃｈ信号の位相を＋９０゜もしくは−９０゜ずらすようにしてもよい。なお、接近者ＨＡ側ではなく、離脱者ＨＢ側を識別したい場合には、上記の加減算を逆にすればよい。
【００４３】
次に、図４および図５により、本発明の第２実施形態について説明する。先の図１２に示したように、自動ドア１の監視領域内に、自動ドア１に近づく方向に移動する接近者ＨＡと、自動ドア１から離れる方向に移動する離脱者ＨＢとがいる場合、レーダ１１にて受信される反射波（ドップラ周波数）には、接近者ＨＡによる反射波と離脱者ＨＢによる反射波とが含まれ、それらの反射波のドップラ周波数は、よく知られているように、接近者ＨＡ，離脱者ＨＢの移動速度に依存する。
【００４４】
ここで、レーダ１１に対する人の移動速度とドップラ周波数の関係について説明すれば、レーダ１１から送出されるマイクロ波の波長をλ，人の移動速度をＶ，レーダ１１に対する反射波の入射角をθとすると、ドップラ周波数ｆＤは次式により求められる。
ｆＤ＝（２×Ｖ×ｃｏｓθ）／λ
【００４５】
したがって、例えばレーダ１１から送出されるマイクロ波の周波数が２４ＧＨｚ（λ＝０．０１２５ｍ），入射角θ＝０，人の歩く速度を０．０６〜３ｍ／ｓとすると、ドップラ周波数ｆＤは約１０〜１００Ｈｚとなる。
【００４６】
ところで、接近者ＨＡと離脱者ＨＢの移動速度が同じであれば、それらの反射波は同一周波数となるが、複素信号として見れば、その周波数は図４（ａ）のベクトル図，図４（ｂ）のスペクトラムに示すように、正負の極性が異なるものとなる。なお、図４（ａ）において、＋ωが接近方向，−ωが離脱方向である。
【００４７】
接近者ＨＡと離脱者ＨＢとによるドップラ周波数の正負を識別するため、この第２実施形態では、接近者ＨＡと離脱者ＨＢの各受信信号を単側波帯変調して周波数変換を行う。すなわち、図５に示す第２実施形態による自動ドアセンサ１０Ｂにおいては、接近者ＨＡと離脱者ＨＢとによるドップラ周波数を、図５の（ア）〜（エ）に示すように、スペクトラム全体を動かし、フィルタで目的とする接近者ＨＡの移動速度を分離する。
【００４８】
具体的には、レーダ１１の受信部から出力されるＩｃｈ信号とＱｃｈ信号のドップラ周波数成分を上記したように約１０〜５００Ｈｚとすると、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号の複素信号は、図５（ア）のスペクトラムに示すように、接近者ＨＡ側が正の周波数（＋１０〜＋５００Ｈｚ）で，離脱者ＨＢ側が負の周波数（−５００〜−１０Ｈｚ）となる。
【００４９】
これを接近者ＨＡ側が負の周波数，離脱者ＨＢ側が正の周波数となるように、Ｑｃｈ信号の位相を−１８０゜移相器３１にて−１８０゜遅れ方向に移相する。これにより、図５（イ）のスペクトラムに示すように、接近者ＨＡ側が−５００〜−１０Ｈｚ，離脱者ＨＢ側が＋１０〜＋５００Ｈｚとなる。
【００５０】
これとは別に、局部発振器３２にてドップラ周波数の最高信号周波数に相当する周波数（この場合、５００Ｈｚ）を作成し、Ｉｃｈ信号については、ミキサ３３にてＩｃｈ信号を上記局部発振周波数にて周波数変換する。
【００５１】
一方、Ｑｃｈ信号については、局部発振器３２の局部発振周波数を−９０゜移相器にて−９０゜遅れ方向に位相をずらした複素的な−９０゜成分を作成し、ミキサ３５で上記複素的な９０゜成分によりＱｃｈ信号を直交変調する。
【００５２】
そして、ミキサ３３にて周波数変換されたＩｃｈ信号と、ミキサ３５で直交変調されたＱｃｈ信号とを加算器３６で加算して、図５ｂ（ウ）のスペクトラムに示すように、接近者ＨＡ側が０〜４９０Ｈｚ，離脱者ＨＢ側が５１０Ｈｚ〜１ｋＨｚとなるように周波数変換する。
【００５３】
そして、ローパスフィルタ３７にて例えば４９０Ｈｚ以下の周波数を選択することにより、接近者ＨＡによるドップラ周波数のみを得ることができ、そのレベルが所定の閾値以上の場合、レベル検出器（コンパレータ）３８の出力が例えばＬｏからＨｉになり、これを受けて判定器３９は接近者ＨＡが自動ドア１の近傍にいると判断してドア開信号を出力する。
【００５４】
なお、上記の例においては、Ｑｃｈ信号側の位相を−１８０゜移相器３１にて−１８０゜移相したのち、局部発振器３２の出力を−９０゜移相器にて−９０゜移相後、直交変調するようにしているが、Ｑｃｈ信号側の位相をそのままとし、局部発振器３２の出力を−９０゜もしくは＋９０゜移相した信号でＩｃｈ信号側を直交変調し、スペクトラム全体を正側もしくは負側に動かし、その中からフィルタにて接近者ＨＡのスペクトラムのみを選択するようにしてもよい。また、局部発振器３２の周波数を２５０Ｈｚとして、図５（エ）に示す接近者周波数を−２５０〜＋２５０Ｈｚにすることもできる。
【００５５】
次に、図６ａにより、本発明の第３実施形態について説明する。接近者ＨＡと離脱者ＨＢの各ドップラ周波数を複素的に周波数変換して、スペクトラム全体を正側もしくは負側に動かし、フィルタで接近者ＨＡのドップラ周波数のみを抽出する点は上記第２実施形態と同じであるが、この第３実施形態では、その処理をデジタル的に行う。
【００５６】
そのため、図６ａに示す第３実施形態による自動ドアセンサ１０Ｃにおいては、まず、レーダ１１の受信部から出力されるＩｃｈ信号とＱｃｈ信号の各々をＡ／Ｄ変換器４１にてデジタル信号に変換する。
【００５７】
なお、レーダ１１の受信部から出力されるＩｃｈ信号とＱｃｈ信号のドップラ周波数を上記第２実施形態と同じく約１０〜５００Ｈｚとすると、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号の複素信号は、図６ａ（ア）に示すように、接近者ＨＡ側が正の周波数で、離脱者ＨＢ側の周波数が負の周波数となる。
【００５８】
この例では、後述する周波数変換後の最高周波数が、図６ａ（ウ）のスペクトラムに示すように、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号のドップラ周波数の２倍の１ｋＨｚとなるようにしているため、Ａ／Ｄ変換は、シャノンのサンプリング定理（信号帯域の２倍の周波数でサンプリングする）のさらに２倍とし、信号帯域の４倍である２ｋＨｚでサンプリングしている。
【００５９】
次に、Ａ／Ｄ変換後のＩｃｈ信号とＱｃｈ信号の正負の周波数を入れ替えるため、複素信号化手段４２により、Ｑｃｈ信号側を正負反転させてＳｎ＝Ｉ−ｊＱとして複素信号化するとともに、接近者ＨＡ側のドップラ周波数を負の周波数帯に入れ替える。これにより、図６ａ（イ）のスペクトラムに示すように、接近側が−５００〜−１０Ｈｚ，離脱側が１０〜５００Ｈｚとなる。
【００６０】
次に、周波数変換手段４３にて図６ａ（イ）のスペクトラムの全体を正側の周波数帯に動かす。そのため、周波数変換手段４３は、ソフトウェアにより構築される複素局部発振器４３１とミキサ（乗算器）４３２の各機能を備える。
【００６１】
複素局部発振器４３１は、最高信号周波数に相当する周波数（この例では、＋５００Ｈｚ）を作成する。この場合、サンプリング周波数２ｋＨｚで周波数＋５００Ｈｚの複素ＯＳＣ信号（ｃｏｓωｔ＋ｊｓｉｎωｔ）を作成することになるが、これらの値は（１＋ｊ０）→（０＋ｊ）→（−１＋ｊ０）→（０−ｊ）の繰り返しであるため、容易に複素ＯＳＣ信号を作成できる。
【００６２】
直交変換のため、ミキサ（乗算器）４３２により、上記複素信号化手段４２にて作成された複素信号と上記複素ＯＳＣ信号との複素積をとることにより、図６ａ（ウ）のスペクトラムに示すように、接近側が０〜４９０Ｈｚ，離脱側が５１０〜１ｋＨｚに周波数変換された信号を得ることができる。
【００６３】
以後は、上記第１，第２実施形態と同じく、フィルタ機能４４にて例えば４９０Ｈｚ以下の周波数を選択することにより、接近者ＨＡによるドップラ周波数のみを得ることができ、そのレベルが所定の閾値以上の場合、レベル検出器（コンパレータ）４５の出力が例えばＬｏからＨｉになり、これを受けて判定器４６は接近者ＨＡが自動ドア１の近傍にいると判断してドア開信号を出力する。
【００６４】
なお、上記の例においては、Ｑｃｈ信号側を正負反転させてＳｎ＝Ｉ−ｊＱとして複素信号化したうえで周波数変換するようにしているが、上記第３実施形態の第１変形例として、図６ｂ（ア）に示すスペクトラム（図６ａ（ア）のスペクトラムと同じ）のまま、すなわち接近側と離脱側の周波数を入れ替えることなく、Ｓｎ＝Ｉ＋ｊＱと複素信号化して、図６ｂ（イ）に示す複素信号化後のスペクトラム得、その代わりに複素ＯＳＣ信号の周波数を−５００Ｈｚとして直交変換してもよい。
【００６５】
これによれば、図６ｂ（ウ）に示すように、スペクトラム全体が負の周波数帯にシフトされ、離脱側が−１ｋＨｚ〜５１０Ｈｚ，接近側が−４９０〜０Ｈｚとなるため、図６ｃ（エ）に示すように、フィルタ４４にて−４９０〜０Ｈｚの周波数帯を抽出することにより、接近者ＨＡのみを検出することができる。
【００６６】
上記第１変形例で複素ＯＳＣ信号の周波数を−５００Ｈｚとして直交変換しているが、上記第３実施形態の第２変形例として、複素ＯＳＣ信号の周波数を＋５００Ｈｚとして直交変換してもよい。
【００６７】
すなわち、図６ｃ（ア）に示すスペクトラム（図６ａ（ア）のスペクトラムと同じ）のまま、すなわち接近側と離脱側の周波数を入れ替えることなく、Ｓｎ＝Ｉ＋ｊＱと複素信号化して、図６ｃ（イ）に示す複素信号化後のスペクトラムを得たのち、この第２変形例においては、複素ＯＳＣ信号の周波数を＋５００Ｈｚとして直交変換する。
【００６８】
これによれば、図６ｃ（ウ）に示すように、スペクトラム全体が図６ｃ（イ）の状態から正の周波数帯にシフトされ、離脱側が０〜４９０Ｈｚ，接近側が５１０Ｈｚ〜１ｋＨｚとなるため、図６ｃ（エ）に示すように、フィルタ４４にて５１０Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数帯を抽出することにより、接近者ＨＡのみを検出することができる。
【００６９】
また、上記第３実施形態の第３変形例として、図６ｄ（イ）に示すように、複素ＯＳＣ信号の周波数を接近側周波数帯のほぼ中間に位置する−２５０Ｈｚとして直交変換してもよい。
【００７０】
すなわち、図６ｄ（ア）に示すスペクトラム（図６ａ（ア）のスペクトラムと同じ）のまま、接近側と離脱側の周波数を入れ替えることなく、Ｓｎ＝Ｉ＋ｊＱと複素信号化して、図６ｄ（イ）に示す複素信号化後のスペクトラムを得たのち、この第３変形例においては、複素ＯＳＣ信号の周波数を−２５０Ｈｚとして直交変換する。
【００７１】
これによれば、図６ｄ（ウ）に示すように、離脱側が−７５０〜−２６０Ｈｚ，接近側が−２４０Ｈｚ〜＋２５０Ｈｚとなるため、図６ｄ（エ）に示すように、フィルタ機能４４にて０〜２５０Ｈｚの周波数帯を抽出することにより、接近者ＨＡのみを検出することができる。
【００７２】
次に、図７により、本発明の第４実施形態について説明する。この第４実施形態は、複素信号を周波数分析すると、正の周波数と負の周波数とに分離できることに基づくものである。
【００７３】
そのため、図７に示す第４実施形態による自動ドアセンサ１０Ｄは、基本的な構成として、レーダ１１の受信部から出力されるＩｃｈ信号とＱｃｈ信号とをそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５１と、Ａ／Ｄ変換後のＩｃｈ信号を実部Ｉ，Ｑｃｈ信号を虚部ｊＱとする複素信号をフーリエ変換する複素フーリエ変換手段５２と、フーリエ変換により得られた周波数スペクトラムから接近側信号を検出して自動ドアを制御する制御手段５３とを備えている。
【００７４】
図７（ア）にＡ／Ｄ変換後のＩｃｈ信号を実部Ｉ，Ｑｃｈ信号を虚部ｊＱとする複素信号のスペクトラムを示す。この複素信号のスペクトラムにおいて、離脱側が−５００〜−１０Ｈｚ，接近側が１０〜５００Ｈｚであるが、これを複素フーリエ変換手段５２にてフーリエ変換すると、図７（イ）の周波数スペクトラムに示されているように、接近側が正の周波数，離脱側が負の周波数に並ぶため、制御手段５３は、その周波数スペクトラムの中から、正の周波数部分のみを取り出して、そのレベルが所定値以上の場合、ドア開信号を出力する。なお、フーリエ変換に代えてＤＣＴ変換（離散コサイン変換）を行ってもよい。
【００７５】
次に、図８により本発明の第５実施形態について説明する。この第５実施形態は、上記第１実施形態におけるアナログ処理をデジタル処理に代えたものである。
【００７６】
すなわち、この第５実施形態による自動ドアセンサ１０Ｄは、レーダ１１の受信部から出力されるＩｃｈ信号とＱｃｈ信号とをそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器６１と、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号のいずれか一方の位相をいずれか他方に対して＋９０゜もしくは−９０゜ずらす位相差器としての移相手段６２とを備えるが、移相手段６２としてヒルベルト変換器が用いられる。
【００７７】
なお、移相手段６２の後段に接続される加減算器６３，レベル検出器６４および判定器６５は、上記第１実施形態における加減算器２２，レベル検出器２３および判定器２４と同じ構成であってよい。
【００７８】
ヒルベルト変換器の構成は公知であるため、ここではその説明を省略するが、ヒルベルト変換器を用いることにより、ソフトウェアの演算のみで周波数が変化しても９０゜一定に位相が変化する信号を得ることが可能で、それを加算することにより接近側のドップラ周波数のみを分離することができる。この方法に加減乗算のみでよく、複素数の乗算を使用しないため必要とする演算パワーが少なくて済むという利点がある。
【００７９】
なお上記したように、本発明のレーダセンサによれば、接近者のみならず離脱者も識別可能であるため、例えば空調負荷の軽減などの要請から、開かれた自動ドアを早期に閉にしたい場合にも、本発明のレーダセンサを適用することができる。その場合、他のセンサを併用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１実施形態による自動ドアセンサの構成を示す模式図。
【図２】（ａ）〜（ｄ）上記第１実施形態で接近者側の信号処理手順を示す波形図。
【図３】（ａ）〜（ｄ）上記第１実施形態で離脱者側の信号処理手順を示す波形図。
【図４】（ａ）接近者と離脱者の各反射波を示すベクトル図，（ｂ）接近者と離脱者の各反射波の周波数スペクトラムを示す模式図。
【図５】本発明の第２実施形態による自動ドアセンサの構成と、その信号処理に伴う周波数スペクトラムの遷移を示す模式図。
【図６ａ】本発明の第３実施形態による自動ドアセンサの構成と、その信号処理に伴う周波数スペクトラムの遷移を示す模式図。
【図６ｂ】上記第３実施形態の第１変形例の信号処理に伴う周波数スペクトラムの遷移を示す模式図。
【図６ｃ】上記第３実施形態の第２変形例の信号処理に伴う周波数スペクトラムの遷移を示す模式図。
【図６ｄ】上記第３実施形態の第３変形例の信号処理に伴う周波数スペクトラムの遷移を示す模式図。
【図７】本発明の第４実施形態による自動ドアセンサの構成と、その信号処理に伴う周波数スペクトラムの遷移を示す模式図。
【図８】本発明の第５実施形態による自動ドアセンサの構成を示す模式図。
【図９】従来例としての自動ドアセンサの構成を示す模式図。
【図１０】自動ドアセンサに適用されるレーダの構成を示す模式図。
【図１１】上記レーダの受信部から出力される接近者と離脱者の各Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号の位相関係を示す波形図。
【図１２】自動ドア近傍に設定される監視領域を示す模式図。
【符号の説明】
【００８１】
１０Ａ〜１０Ｅ 自動ドアセンサ
１１ レーダ
１２１ Ｉｃｈ信号を出力する前方の第１検波器
１２２ Ｑｃｈ信号を出力する後方の第２検波器
２１ 移相器
２２ 加減算器
２３，３８，４５ レベル検出器
２４，３９，４６ 判定器
３１ −１８０゜移相器
３２ 局部発振器
３３，３５，４３２ ミキサ（乗算器）
３４ −９０゜移相器
３７ ローパスフィルタ
４１，５１ Ａ／Ｄ変換器
４２ 複素信号化手段
４３ 周波数変換手段
４３１ 複素局部発振器
４４ フィルタ
５２ 複素フーリエ変換手段
６２ 移相器（ヒルベルト変換器）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダを用いた自動ドアセンサおよびその物体検出方法に関し、さらに詳しく言えば、自動ドアの監視領域に自動ドアに近づく方向に移動する接近者と、自動ドアから離れる方向に移動する離脱者とが存在する場合、好ましくはその接近者側を識別可能とする技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多くの場合、自動ドアセンサには赤外線方式が採用されているが、赤外線方式では人（被検出物体）の動き、すなわちドアの方に進んでいるのか、ドアから離れる方向に動いているのかの動体パターンまでは識別することができない。
【０００３】
そこで、近年においては、動体パターンを識別し得るレーダを用いた自動ドアセンサが実用化されている。その構成の一例を図９ないし図１１により説明する。
【０００４】
まず、図９に示すように、この種の自動ドアセンサ１０は、基本的な構成として、レーダ（マイクロ波送受信機）１１，ローパスフィルタ１２，Ａ／Ｄ変換器１３およびマイクロコンピュータなどからなる制御部１４を備えている。
【０００５】
レーダ１１は、例えば数ＧＨｚ〜数１０ＧＨｚ帯のマイクロ波を送出するとともに、物体からの反射波（ドップラ周波数）を受信する。そのため、図１０に示すように、例えばガンダイオード１１１を発振源とする誘電体発振器１１０と、導波管内に設けられる受信部１２０とを備えている。
【０００６】
この場合、受信部１２０として、第１および第２の２つの例えばショットキーダイオードからなる検波器１２１，１２２が用いられる。この２つの検波器１２１，１２２は、誘電体発振器１１０から送出されるマイクロ波の波長をλとして、導波管内において前後方向にλ／４もしくはλ／４＋λ／２ｎ（ｎは任意の正の整数；０，１，２，…）離間して配置されている。
【０００７】
したがって、後方の第２検波器１２２からは前方の第１検波器１２１に対して９０゜位相がずれた信号が出される。ここでは、前方の第１検波器１２１の出力信号をＩｃｈ（Ｉチャンネル）信号、後方の第２検波器１２２の出力信号はＱｃｈ（Ｑチャンネル）信号とする。ちなみに、Ｉｃｈ信号のＩはＩｎ−ｐｈａｓｅ（同相）の略で、ＱｃｈのＱはＱｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ（直交相）の略である。
【０００８】
このＩｃｈ信号とＱｃｈ信号の２つのチャンネル信号により、人（被検出物体）の動体パターンを識別することができる。図１１（ａ）に自動ドアに近づく方向に移動する接近者ＨＡによるＩｃｈ信号とＱｃｈ信号の各波形図を示し、図１１（ｂ）に自動ドアから離れる方向に移動する離脱者ＨＢによるＩｃｈ信号とＱｃｈ信号の各波形図を示す。
【０００９】
これによると、Ｉｃｈ信号がゼロクロス点で正の向きに転じた時を基準として、Ｑｃｈ信号が同様にゼロクロス点で正の向きに転ずる時の時間差（位相差）を測定し、その時間差が１８０゜よりも小さい場合は接近者ＨＡで、１８０゜よりも大きい場合には離脱者ＨＢであると判別することができる。
【００１０】
別の方法として、接近者ＨＡの場合、Ｉｃｈ信号がゼロクロス点で正の向きに転じたのちの最初に現れるＱｃｈ信号のゼロクロス点での向きが正の方向であるのに対して、離脱者ＨＢの場合、Ｉｃｈ信号がゼロクロス点で正の向きに転じたのちの最初に現れるＱｃｈ信号のゼロクロス点での向きは負の方向であり、これによっても接近者ＨＡと離脱者ＨＢとを判別することができる。
【００１１】
いずれにしても、制御部１４は接近者ＨＡを検知したときに、自動ドア１（図１２参照）の駆動系にドア開信号を出力し、離脱者ＨＢの場合にはドア開信号を出力しない。なお、レーダを用いた自動ドアセンサにおいては、通常、ドア閉め制御は別途のタイマや安全ビームなどによる存在センサの出力を加味して制御される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記したように、レーダを用いた自動ドアセンサによれば、動体パターンにより接近者ＨＡと離脱者ＨＢとを識別することができる。
【００１３】
しかしながら、図１２に示すように、自動ドア１の監視領域内に接近者ＨＡと離脱者ＨＢとが存在し、特に離脱者ＨＢが自動ドア１の近くにおり、接近者ＨＡが遠くにいる場合には、反射波の信号レベルは近くの離脱者ＨＢの方が大きいため、遠くにいる接近者ＨＡには反応しない、という問題がある。
【００１４】
したがって、本発明の課題は、自動ドアの監視領域に自動ドアに近づく方向に移動する接近者と、自動ドアから離れる方向に移動する離脱者とが居る場合、接近者のみを確実に識別できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明のレーダを用いた自動ドアセンサの物体検出方法は、請求項１に記載されているように、自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、上記監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、上記受信部内に第１，第２の検波器が上記マイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４相当離間して配置されているレーダが用いられ、前方の上記第１検波器から出力されるＩｃｈ信号と後方の上記第２検波器から出力されるＱｃｈ信号とにより、上記監視領域内の物体を検出して上記自動ドアに開閉制御信号を出力するレーダを用いた自動ドアセンサの物体検出方法において、移相器により上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号のいずれか一方の位相をいずれか他方に対して＋９０゜もしくは−９０゜ずらしたのち、上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とを加算もしくは減算することを特徴としている。
【００１６】
上記請求項１に記載のレーダを用いた自動ドアセンサの物体検出方法において、請求項２に記載されているように、上記Ｉｃｈ信号の位相を上記Ｑｃｈ信号に対して＋９０゜ずらせたときには、移相後の上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とを減算し、上記Ｉｃｈ信号の位相を上記Ｑｃｈ信号に対して−９０゜ずらせたときには、移相後の上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とを加算する。
【００１７】
また、本発明のレーダを用いた自動ドアセンサは、請求項３に記載されているように、自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、上記監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、上記受信部内に第１，第２の検波器が上記マイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４離間して配置されているレーダが用いられ、前方の上記第１検波器から出力されるＩｃｈ信号と後方の上記第２検波器から出力されるＱｃｈ信号とにより、上記監視領域内の物体を検出して上記自動ドアに開閉制御信号を出力するレーダを用いた自動ドアセンサにおいて、上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号のいずれか一方の位相をいずれか他方に対して＋９０゜もしくは−９０゜ずらす移相手段と、上記移相手段による移相後の上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とを加算もしくは減算する演算手段と、上記演算手段の演算値に基づいて上記自動ドアに対して近づく方向に移動する接近物体もしくは遠ざかる方向に移動する離脱物体による反射波を検出する判定手段とを備えていることを特徴としている。
【００１８】
上記請求項３に記載のレーダを用いた自動ドアセンサにおいて、請求項４に記載されているように、上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とをそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備え、上記移相手段にヒルベルト変換器を用いたデジタル信号処理ソフトウェアでも、上記自動ドアに対して近づく方向に移動する接近物体もしくは遠ざかる方向に移動する離脱物体の識別を実現することができる。
【００１９】
また、本発明のレーダを用いた自動ドアセンサは、請求項５に記載されているように、自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、上記監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、上記受信部内に第１，第２の検波器が上記マイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４相当離間して配置されているレーダが用いられ、前方の上記第１検波器から出力されるＩｃｈ信号と後方の上記第２検波器から出力されるＱｃｈ信号とにより、上記監視領域内の物体を検出して上記自動ドアに開閉制御信号を出力するレーダを用いた自動ドアセンサにおいて、上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号のいずれか一方の位相をいずれか他方に対して＋９０゜もしくは−９０゜ずらす移相手段と、上記反射波（ドップラ周波数）のほぼ最大周波数もしくはそれ以下の周波数を発振する局部発振器と、上記移相手段による移相後の上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とを上記局部発振器の出力周波数にて直交変調する周波数変換手段と、上記周波数変換手段により周数変換された上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号の中から上記自動ドアに対して近づく方向に移動する接近物体もしくは遠ざかる方向に移動する離脱物体による反射波を検出するフィルタとを備えていることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明のレーダを用いた自動ドアセンサは、請求項６に記載されているように、自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、上記監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、上記受信部内に第１，第２の検波器が上記マイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４相当離間して配置されているレーダが用いられ、前方の上記第１検波器から出力されるＩｃｈ信号と後方の上記第２検波器から出力されるＱｃｈ信号とにより、上記監視領域内の物体を検出して上記自動ドアに開閉制御信号を出力するレーダを用いた自動ドアセンサにおいて、上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とをそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、上記Ａ／Ｄ変換後に上記Ｉｃｈ信号，上記Ｑｃｈ信号をそれぞれ実部，虚部の複素信号にするとともに上記虚部の正負を反転させる複素信号化手段と、上記反射波（ドップラ周波数）のほぼ最大周波数もしくはそれ以下に相当する周波数を生成する複素局部発振器と、上記複素信号を上記複素局部発振器の出力周波数にて直交変換する周波数変換手段と、上記周波数変換手段により変換された上記複素信号の中から上記自動ドアに対して近づく方向に移動する接近物体もしくは遠ざかる方向に移動する離脱物体による反射波を分離して検出するデジタルフィルタとを備えていることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明のレーダを用いた自動ドアセンサは、請求項７に記載されているように、自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、上記監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、上記受信部内に第１，第２の検波器が上記マイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４相当離間して配置されているレーダが用いられ、前方の上記第１検波器から出力されるＩｃｈ信号と後方の上記第２検波器から出力されるＱｃｈ信号とにより、上記監視領域内の物体を検出して上記自動ドアに開閉制御信号を出力するレーダを用いた自動ドアセンサにおいて、上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とをそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、上記Ａ／Ｄ変換後に上記Ｉｃｈ信号，上記Ｑｃｈ信号を実部，虚部の複素信号とし、これをフーリエ変換もしくはＤＣＴ変換（離散コサイン変換）して上記複素信号の周波数スペクトラムを得る変換手段と、上記周波数スペクトラムの中から正または負の周波数を抽出，分離して上記自動ドアに対して近づく方向もしくは遠ざかる方向に移動する物体を識別する識別手段とを備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
自動ドアの監視領域内に接近者と離脱者がともに存在する場合、レーダにて受信される反射波（ドップラ周波数）には、接近者による反射波と離脱者による反射波とが含まれる。さらに、各反射波には位相が９０゜異なるＩｃｈ信号とＱｃｈ信号とが含まれる。そこで、Ｉｃｈ信号を実部，Ｑｃｈ信号を虚部として複素信号化すると、レーダにて受信される反射波には、接近者の実部Ｉａと虚部Ｑａ，離脱者の実部Ｉｂと虚部Ｑｂとが含まれる。接近者の実部Ｉａと離脱者の実部Ｉｂは同相であるが、接近者の虚部Ｑａと離脱者の虚部Ｑｂは位相が１８０゜相違する反転波形である（先の図１１（ａ）（ｂ）参照）。
【００２３】
例えば、接近者の実部Ｉａと離脱者の実部Ｉｂの位相を、接近者の虚部Ｑａと離脱者の虚部Ｑｂに対して、それぞれ＋９０゜進む方向にずらすと、接近者の実部Ｉａと接近者の虚部Ｑａは位相が１８０゜相違する反転波形となり、離脱者の実部Ｉｂと離脱者の虚部Ｑｂは同相となる。
【００２４】
したがって、接近者の実部Ｉａと接近者の虚部Ｑａとを減算，また、離脱者の実部Ｉｂと離脱者の虚部Ｑｂとを減算することにより、離脱者の反射波のレベルはほぼ０となり、接近者の反射波のみが残されることになる。逆に加算すれば、接近者の反射波レベルはほぼ０となり、離脱者側の反射波のみが検出されることになる。
【００２５】
なお、接近者の実部Ｉａと離脱者の実部Ｉｂの位相を、接近者の虚部Ｑａと離脱者の虚部Ｑｂに対して、それぞれ−９０゜遅れる方向にずらすと、接近者の実部Ｉａと接近者の虚部Ｑａは同相で、離脱者の実部Ｉｂと離脱者の虚部Ｑｂは位相が１８０゜相違する反転波形となるため、接近者の実部Ｉａと接近者の虚部Ｑａとを加算，また、離脱者の実部Ｉｂと離脱者の虚部Ｑｂとを加算すればよい。逆に、減算すれば離脱者側の反射波のみが検出されることになる。
【００２６】
このようなことから、請求項１ないし４に記載の発明によれば、自動ドアの監視領域内に接近者と離脱者がともに存在し、しかも離脱者が自動ドアの近くにおり、接近者が遠くにいる場合においても、ドア開が必要とされる接近者による反射波を確実に検出することができる。
【００２７】
また、請求項５，６に記載の発明によれば、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号のいずれか一方の位相をいずれか他方に対して＋９０゜もしくは−９０゜ずらして、そのＩｃｈ信号とＱｃｈ信号とを局部発振器にて直交変調するようにしたことにより、その後の処理を簡単にすることができる。すなわち、通常のフィルタで接近者もしくは離脱者のいずれかの反射波のみを確実に取り出すことができる。
【００２８】
また、請求項７に記載の発明によれば、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号とをそれぞれＡ／Ｄ変換したのち、複素信号化手段にてＩｃｈ信号を実部，Ｑｃｈ信号を虚部とする複素信号とし、フーリエ変換もしくはＤＣＴ変換して複素信号の周波数スペクトラムを得て、その周波数スペクトラムの中から正の周波数を抽出するようにしたことにより、主要部をフーリエ変換手段とする簡単な構成でありながら、自動ドアに対して近づく方向に移動する接近物体のみを確実に識別することができる。同様に、負の周波数成分を抽出すれば、離脱者側のみを分離識別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次に、図１ないし図８により、本発明のいくつかの実施形態について説明する。この実施形態は、もっぱら自動ドアに接近する物体を検出することを想定しているが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３０】
まず、図１ないし図３により、本発明の第１実施形態について説明する。図１に示すように、この第１実施形態による自動ドアセンサ１０Ａにおいても、先の図１０で説明したように、誘電体発振器１１０から送出されるマイクロ波の波長をλとして、導波管内において前後方向にλ／４相当（λ／４＋λ／２ｎ（ｎは任意の正の整数；０，１，２，…））離間して配置される前方の第１検波器１２１と後方の第２検波器１２２とを備えるレーダ（マイクロは送受信機）１１が用いられる。
【００３１】
したがって、レーダ１１から受信信号として、Ｉｃｈ信号と、Ｉｃｈ信号よりも９０゜位相が遅れ方向にずれたＱｃｈ信号とが出力されるが、この第１実施形態による自動ドアセンサ１０Ａは、レーダ１１の受信部から出力されるＩｃｈ信号とＱｃｈ信号のいずれか一方の位相をいずれか他方に対して９０゜ずらす移相器２１と、移相器２１による移相後のＩｃｈ信号とＱｃｈ信号とを加算もしくは減算する加減算器２２と、加減算器２２の出力レベルを検出するレベル検出器２３と、レベル検出器２３の出力に基づいてドア開がどうかを判定する判定器２４とを備える。レベル検出器２３にはコンパレータなどが用いられ、判定器２４にはマイクロコンピュータなどが用いられてよい。
【００３２】
先の図１２で説明したように、自動ドア１の監視領域内に、自動ドア１に近づく方向に移動する接近者ＨＡと、自動ドア１から離れる方向に移動する離脱者ＨＢとがいる場合、レーダ１１にて受信される反射波（ドップラ周波数）には、接近者ＨＡによる反射波と離脱者ＨＢによる反射波とが含まれる。
【００３３】
さらに、受信機内で各反射波から位相が９０゜異なるＩｃｈ信号とＱｃｈ信号とが得られる。そこで、Ｉｃｈ信号を実部，Ｑｃｈ信号を虚部として複素信号化すると、レーダ１１にて受信される反射波には、図２（ａ）に示す接近者ＨＡの実部Ｉａと図２（ｂ）に示す接近者ＨＡの虚部Ｑａ、図３（ａ）に示す離脱者ＨＢの実部Ｉｂと図３（ｂ）に示す離脱者ＨＢの虚部Ｑｂとが含まれる。
【００３４】
接近者ＨＡの実部Ｉａと離脱者ＨＢの実部Ｉｂは同相であるが、接近者ＨＡの虚部Ｑａと離脱者ＨＢの虚部Ｑｂは位相が１８０゜相違する反転波形である。この現象を利用して、第１実施形態では接近者ＨＡのみを検出する。そのため、この例においては、移相器２１にてＩｃｈ信号の位相をＱｃｈ信号に対して＋９０゜進む方向にずらすとともに、加減算器２２を減算器として用いる。
【００３５】
接近者ＨＡについて説明すると、図２（ａ）に示す接近者ＨＡの実部Ｉａは、移相器２１により図２（ｃ）に示すように位相が＋９０゜進む方向にずらされ、一方でＱｃｈ信号に対する移相度は０゜であるから、接近者ＨＡの虚部Ｑａは図２（ｂ）に示す波形のまま移相器２１を通過する。
【００３６】
したがって、図２（ｂ）と図２（ｃ）とを対比すると分かるように、移相後の接近者ＨＡの実部Ｉａと接近者ＨＡの虚部Ｑａは、位相が１８０゜異なる反転波形となるため、この実部Ｉａと虚部Ｑａとを加減算器２２にて減算することにより、図２（ｄ）に示すように、レベルが実部Ｉａと虚部Ｑａの各レベルのほぼ２倍となる合成波形が得られる。
【００３７】
同様に、図３（ａ）に示す離脱者ＨＢの実部Ｉｂは、移相器２１により図３（ｃ）に示すように位相が＋９０゜進む方向にずらされ、一方でＱｃｈ信号に対する移相度は０゜であるから、離脱者ＨＢの虚部Ｑｂは図３（ｂ）に示す波形のまま移相器２１を通過する。
【００３８】
したがって、図３（ｂ）と図３（ｃ）とを対比すると分かるように、移相後の離脱者ＨＢの実部Ｉｂと離脱者ＨＢの虚部Ｑｂは、同相となるため、この実部Ｉｂと虚部Ｑｂとを加減算器２２にて減算することにより、図３（ｄ）に示すようにレベルがほぼ０となる。
【００３９】
このように、Ｑｃｈ信号の移相度を０とし、Ｉｃｈ信号の位相を＋９０゜進む方向にずらしたのち、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号とを減算することにより、離脱者ＨＢによる反射波は打ち消され、接近者ＨＡによる反射波のみが取り出され、そのレベルが所定の閾値以上の場合、レベル検出器２３の出力が例えばＬｏからＨｉになる。
【００４０】
このレベル検出器２３のＨｉ出力を受けて判定器２４は接近者ＨＡが自動ドア１の近傍にいると判断してドア開信号を出力する。なお、接近者ＨＡによる反射波のレベルが上記閾値未満の場合には、接近者ＨＡの位置が自動ドアから遠すぎると判定し、ドア開信号は出力されない。
【００４１】
上記の例では、Ｉｃｈ信号の位相を＋９０゜進む方向にずらしているが、−９０゜遅れる方向にずらしてもよく、その場合には、移相後の接近者ＨＡの実部Ｉａと接近者ＨＡの虚部Ｑａは同相となり、これに対して、移相後の離脱者ＨＢの実部Ｉｂと離脱者ＨＢの虚部Ｑｂは位相が１８０゜異なる反転波形となるため、加減算器２２を加算器として動作させればよい。
【００４２】
また、Ｉｃｈ信号の移相度を０とし、Ｑｃｈ信号の位相を＋９０゜もしくは−９０゜ずらすようにしてもよい。なお、接近者ＨＡ側ではなく、離脱者ＨＢ側を識別したい場合には、上記の加減算を逆にすればよい。
【００４３】
次に、図４および図５により、本発明の第２実施形態について説明する。先の図１２に示したように、自動ドア１の監視領域内に、自動ドア１に近づく方向に移動する接近者ＨＡと、自動ドア１から離れる方向に移動する離脱者ＨＢとがいる場合、レーダ１１にて受信される反射波（ドップラ周波数）には、接近者ＨＡによる反射波と離脱者ＨＢによる反射波とが含まれ、それらの反射波のドップラ周波数は、よく知られているように、接近者ＨＡ，離脱者ＨＢの移動速度に依存する。
【００４４】
ここで、レーダ１１に対する人の移動速度とドップラ周波数の関係について説明すれば、レーダ１１から送出されるマイクロ波の波長をλ，人の移動速度をＶ，レーダ１１に対する反射波の入射角をθとすると、ドップラ周波数ｆＤは次式により求められる。
ｆＤ＝（２×Ｖ×ｃｏｓθ）／λ
【００４５】
したがって、例えばレーダ１１から送出されるマイクロ波の周波数が２４ＧＨｚ（λ＝０．０１２５ｍ），入射角θ＝０，人の歩く速度を０．０６〜３ｍ／ｓとすると、ドップラ周波数ｆＤは約１０〜１００Ｈｚとなる。
【００４６】
ところで、接近者ＨＡと離脱者ＨＢの移動速度が同じであれば、それらの反射波は同一周波数となるが、複素信号として見れば、その周波数は図４（ａ）のベクトル図，図４（ｂ）のスペクトラムに示すように、正負の極性が異なるものとなる。なお、図４（ａ）において、＋ωが接近方向，−ωが離脱方向である。
【００４７】
接近者ＨＡと離脱者ＨＢとによるドップラ周波数の正負を識別するため、この第２実施形態では、接近者ＨＡと離脱者ＨＢの各受信信号を単側波帯変調して周波数変換を行う。すなわち、図５に示す第２実施形態による自動ドアセンサ１０Ｂにおいては、接近者ＨＡと離脱者ＨＢとによるドップラ周波数を、図５の（ア）〜（エ）に示すように、スペクトラム全体を動かし、フィルタで目的とする接近者ＨＡの移動速度を分離する。
【００４８】
具体的には、レーダ１１の受信部から出力されるＩｃｈ信号とＱｃｈ信号のドップラ周波数成分を上記したように約１０〜５００Ｈｚとすると、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号の複素信号は、図５（ア）のスペクトラムに示すように、接近者ＨＡ側が正の周波数（＋１０〜＋５００Ｈｚ）で，離脱者ＨＢ側が負の周波数（−５００〜−１０Ｈｚ）となる。
【００４９】
これを接近者ＨＡ側が負の周波数，離脱者ＨＢ側が正の周波数となるように、Ｑｃｈ信号の位相を−１８０゜移相器３１にて−１８０゜遅れ方向に移相する。これにより、図５（イ）のスペクトラムに示すように、接近者ＨＡ側が−５００〜−１０Ｈｚ，離脱者ＨＢ側が＋１０〜＋５００Ｈｚとなる。
【００５０】
これとは別に、局部発振器３２にてドップラ周波数の最高信号周波数に相当する周波数（この場合、５００Ｈｚ）を作成し、Ｉｃｈ信号については、ミキサ３３にてＩｃｈ信号を上記局部発振周波数にて周波数変換する。
【００５１】
一方、Ｑｃｈ信号については、局部発振器３２の局部発振周波数を−９０゜移相器にて−９０゜遅れ方向に位相をずらした複素的な−９０゜成分を作成し、ミキサ３５で上記複素的な９０゜成分によりＱｃｈ信号を直交変調する。
【００５２】
そして、ミキサ３３にて周波数変換されたＩｃｈ信号と、ミキサ３５で直交変調されたＱｃｈ信号とを加算器３６で加算して、図５ｂ（ウ）のスペクトラムに示すように、接近者ＨＡ側が０〜４９０Ｈｚ，離脱者ＨＢ側が５１０Ｈｚ〜１ｋＨｚとなるように周波数変換する。
【００５３】
そして、ローパスフィルタ３７にて例えば４９０Ｈｚ以下の周波数を選択することにより、接近者ＨＡによるドップラ周波数のみを得ることができ、そのレベルが所定の閾値以上の場合、レベル検出器（コンパレータ）３８の出力が例えばＬｏからＨｉになり、これを受けて判定器３９は接近者ＨＡが自動ドア１の近傍にいると判断してドア開信号を出力する。
【００５４】
なお、上記の例においては、Ｑｃｈ信号側の位相を−１８０゜移相器３１にて−１８０゜移相したのち、局部発振器３２の出力を−９０゜移相器にて−９０゜移相後、直交変調するようにしているが、Ｑｃｈ信号側の位相をそのままとし、局部発振器３２の出力を−９０゜もしくは＋９０゜移相した信号でＩｃｈ信号側を直交変調し、スペクトラム全体を正側もしくは負側に動かし、その中からフィルタにて接近者ＨＡのスペクトラムのみを選択するようにしてもよい。また、局部発振器３２の周波数を２５０Ｈｚとして、図５（エ）に示す接近者周波数を−２５０〜＋２５０Ｈｚにすることもできる。
【００５５】
次に、図６ａにより、本発明の第３実施形態について説明する。接近者ＨＡと離脱者ＨＢの各ドップラ周波数を複素的に周波数変換して、スペクトラム全体を正側もしくは負側に動かし、フィルタで接近者ＨＡのドップラ周波数のみを抽出する点は上記第２実施形態と同じであるが、この第３実施形態では、その処理をデジタル的に行う。
【００５６】
そのため、図６ａに示す第３実施形態による自動ドアセンサ１０Ｃにおいては、まず、レーダ１１の受信部から出力されるＩｃｈ信号とＱｃｈ信号の各々をＡ／Ｄ変換器４１にてデジタル信号に変換する。
【００５７】
なお、レーダ１１の受信部から出力されるＩｃｈ信号とＱｃｈ信号のドップラ周波数を上記第２実施形態と同じく約１０〜５００Ｈｚとすると、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号の複素信号は、図６ａ（ア）に示すように、接近者ＨＡ側が正の周波数で、離脱者ＨＢ側の周波数が負の周波数となる。
【００５８】
この例では、後述する周波数変換後の最高周波数が、図６ａ（ウ）のスペクトラムに示すように、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号のドップラ周波数の２倍の１ｋＨｚとなるようにしているため、Ａ／Ｄ変換は、シャノンのサンプリング定理（信号帯域の２倍の周波数でサンプリングする）のさらに２倍とし、信号帯域の４倍である２ｋＨｚでサンプリングしている。
【００５９】
次に、Ａ／Ｄ変換後のＩｃｈ信号とＱｃｈ信号の正負の周波数を入れ替えるため、複素信号化手段４２により、Ｑｃｈ信号側を正負反転させてＳｎ＝Ｉ−ｊＱとして複素信号化するとともに、接近者ＨＡ側のドップラ周波数を負の周波数帯に入れ替える。これにより、図６ａ（イ）のスペクトラムに示すように、接近側が−５００〜−１０Ｈｚ，離脱側が１０〜５００Ｈｚとなる。
【００６０】
次に、周波数変換手段４３にて図６ａ（イ）のスペクトラムの全体を正側の周波数帯に動かす。そのため、周波数変換手段４３は、ソフトウェアにより構築される複素局部発振器４３１とミキサ（乗算器）４３２の各機能を備える。
【００６１】
複素局部発振器４３１は、最高信号周波数に相当する周波数（この例では、＋５００Ｈｚ）を作成する。この場合、サンプリング周波数２ｋＨｚで周波数＋５００Ｈｚの複素ＯＳＣ信号（ｃｏｓωｔ＋ｊｓｉｎωｔ）を作成することになるが、これらの値は（１＋ｊ０）→（０＋ｊ）→（−１＋ｊ０）→（０−ｊ）の繰り返しであるため、容易に複素ＯＳＣ信号を作成できる。
【００６２】
直交変換のため、ミキサ（乗算器）４３２により、上記複素信号化手段４２にて作成された複素信号と上記複素ＯＳＣ信号との複素積をとることにより、図６ａ（ウ）のスペクトラムに示すように、接近側が０〜４９０Ｈｚ，離脱側が５１０〜１ｋＨｚに周波数変換された信号を得ることができる。
【００６３】
以後は、上記第１，第２実施形態と同じく、フィルタ機能４４にて例えば４９０Ｈｚ以下の周波数を選択することにより、接近者ＨＡによるドップラ周波数のみを得ることができ、そのレベルが所定の閾値以上の場合、レベル検出器（コンパレータ）４５の出力が例えばＬｏからＨｉになり、これを受けて判定器４６は接近者ＨＡが自動ドア１の近傍にいると判断してドア開信号を出力する。
【００６４】
なお、上記の例においては、Ｑｃｈ信号側を正負反転させてＳｎ＝Ｉ−ｊＱとして複素信号化したうえで周波数変換するようにしているが、上記第３実施形態の第１変形例として、図６ｂ（ア）に示すスペクトラム（図６ａ（ア）のスペクトラムと同じ）のまま、すなわち接近側と離脱側の周波数を入れ替えることなく、Ｓｎ＝Ｉ＋ｊＱと複素信号化して、図６ｂ（イ）に示す複素信号化後のスペクトラム得、その代わりに複素ＯＳＣ信号の周波数を−５００Ｈｚとして直交変換してもよい。
【００６５】
これによれば、図６ｂ（ウ）に示すように、スペクトラム全体が負の周波数帯にシフトされ、離脱側が−１ｋＨｚ〜５１０Ｈｚ，接近側が−４９０〜０Ｈｚとなるため、図６ｃ（エ）に示すように、フィルタ４４にて−４９０〜０Ｈｚの周波数帯を抽出することにより、接近者ＨＡのみを検出することができる。
【００６６】
上記第１変形例で複素ＯＳＣ信号の周波数を−５００Ｈｚとして直交変換しているが、上記第３実施形態の第２変形例として、複素ＯＳＣ信号の周波数を＋５００Ｈｚとして直交変換してもよい。
【００６７】
すなわち、図６ｃ（ア）に示すスペクトラム（図６ａ（ア）のスペクトラムと同じ）のまま、すなわち接近側と離脱側の周波数を入れ替えることなく、Ｓｎ＝Ｉ＋ｊＱと複素信号化して、図６ｃ（イ）に示す複素信号化後のスペクトラムを得たのち、この第２変形例においては、複素ＯＳＣ信号の周波数を＋５００Ｈｚとして直交変換する。
【００６８】
これによれば、図６ｃ（ウ）に示すように、スペクトラム全体が図６ｃ（イ）の状態から正の周波数帯にシフトされ、離脱側が０〜４９０Ｈｚ，接近側が５１０Ｈｚ〜１ｋＨｚとなるため、図６ｃ（エ）に示すように、フィルタ４４にて５１０Ｈｚ〜１ｋＨｚの周波数帯を抽出することにより、接近者ＨＡのみを検出することができる。
【００６９】
また、上記第３実施形態の第３変形例として、図６ｄ（イ）に示すように、複素ＯＳＣ信号の周波数を接近側周波数帯のほぼ中間に位置する−２５０Ｈｚとして直交変換してもよい。
【００７０】
すなわち、図６ｄ（ア）に示すスペクトラム（図６ａ（ア）のスペクトラムと同じ）のまま、接近側と離脱側の周波数を入れ替えることなく、Ｓｎ＝Ｉ＋ｊＱと複素信号化して、図６ｄ（イ）に示す複素信号化後のスペクトラムを得たのち、この第３変形例においては、複素ＯＳＣ信号の周波数を−２５０Ｈｚとして直交変換する。
【００７１】
これによれば、図６ｄ（ウ）に示すように、離脱側が−７５０〜−２６０Ｈｚ，接近側が−２４０Ｈｚ〜＋２５０Ｈｚとなるため、図６ｄ（エ）に示すように、フィルタ機能４４にて０〜２５０Ｈｚの周波数帯を抽出することにより、接近者ＨＡのみを検出することができる。
【００７２】
次に、図７により、本発明の第４実施形態について説明する。この第４実施形態は、複素信号を周波数分析すると、正の周波数と負の周波数とに分離できることに基づくものである。
【００７３】
そのため、図７に示す第４実施形態による自動ドアセンサ１０Ｄは、基本的な構成として、レーダ１１の受信部から出力されるＩｃｈ信号とＱｃｈ信号とをそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５１と、Ａ／Ｄ変換後のＩｃｈ信号を実部Ｉ，Ｑｃｈ信号を虚部ｊＱとする複素信号をフーリエ変換する複素フーリエ変換手段５２と、フーリエ変換により得られた周波数スペクトラムから接近側信号を検出して自動ドアを制御する制御手段５３とを備えている。
【００７４】
図７（ア）にＡ／Ｄ変換後のＩｃｈ信号を実部Ｉ，Ｑｃｈ信号を虚部ｊＱとする複素信号のスペクトラムを示す。この複素信号のスペクトラムにおいて、離脱側が−５００〜−１０Ｈｚ，接近側が１０〜５００Ｈｚであるが、これを複素フーリエ変換手段５２にてフーリエ変換すると、図７（イ）の周波数スペクトラムに示されているように、接近側が正の周波数，離脱側が負の周波数に並ぶため、制御手段５３は、その周波数スペクトラムの中から、正の周波数部分のみを取り出して、そのレベルが所定値以上の場合、ドア開信号を出力する。なお、フーリエ変換に代えてＤＣＴ変換（離散コサイン変換）を行ってもよい。
【００７５】
次に、図８により本発明の第５実施形態について説明する。この第５実施形態は、上記第１実施形態におけるアナログ処理をデジタル処理に代えたものである。
【００７６】
すなわち、この第５実施形態による自動ドアセンサ１０Ｄは、レーダ１１の受信部から出力されるＩｃｈ信号とＱｃｈ信号とをそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器６１と、Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号のいずれか一方の位相をいずれか他方に対して＋９０゜もしくは−９０゜ずらす位相差器としての移相手段６２とを備えるが、移相手段６２としてヒルベルト変換器が用いられる。
【００７７】
なお、移相手段６２の後段に接続される加減算器６３，レベル検出器６４および判定器６５は、上記第１実施形態における加減算器２２，レベル検出器２３および判定器２４と同じ構成であってよい。
【００７８】
ヒルベルト変換器の構成は公知であるため、ここではその説明を省略するが、ヒルベルト変換器を用いることにより、ソフトウェアの演算のみで周波数が変化しても９０゜一定に位相が変化する信号を得ることが可能で、それを加算することにより接近側のドップラ周波数のみを分離することができる。この方法に加減乗算のみでよく、複素数の乗算を使用しないため必要とする演算パワーが少なくて済むという利点がある。
【００７９】
なお上記したように、本発明のレーダセンサによれば、接近者のみならず離脱者も識別可能であるため、例えば空調負荷の軽減などの要請から、開かれた自動ドアを早期に閉にしたい場合にも、本発明のレーダセンサを適用することができる。その場合、他のセンサを併用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１実施形態による自動ドアセンサの構成を示す模式図。
【図２】（ａ）〜（ｄ）上記第１実施形態で接近者側の信号処理手順を示す波形図。
【図３】（ａ）〜（ｄ）上記第１実施形態で離脱者側の信号処理手順を示す波形図。
【図４】（ａ）接近者と離脱者の各反射波を示すベクトル図，（ｂ）接近者と離脱者の各反射波の周波数スペクトラムを示す模式図。
【図５】本発明の第２実施形態による自動ドアセンサの構成と、その信号処理に伴う周波数スペクトラムの遷移を示す模式図。
【図６ａ】本発明の第３実施形態による自動ドアセンサの構成と、その信号処理に伴う周波数スペクトラムの遷移を示す模式図。
【図６ｂ】上記第３実施形態の第１変形例の信号処理に伴う周波数スペクトラムの遷移を示す模式図。
【図６ｃ】上記第３実施形態の第２変形例の信号処理に伴う周波数スペクトラムの遷移を示す模式図。
【図６ｄ】上記第３実施形態の第３変形例の信号処理に伴う周波数スペクトラムの遷移を示す模式図。
【図７】本発明の第４実施形態による自動ドアセンサの構成と、その信号処理に伴う周波数スペクトラムの遷移を示す模式図。
【図８】本発明の第５実施形態による自動ドアセンサの構成を示す模式図。
【図９】従来例としての自動ドアセンサの構成を示す模式図。
【図１０】自動ドアセンサに適用されるレーダの構成を示す模式図。
【図１１】上記レーダの受信部から出力される接近者と離脱者の各Ｉｃｈ信号とＱｃｈ信号の位相関係を示す波形図。
【図１２】自動ドア近傍に設定される監視領域を示す模式図。
【符号の説明】
【００８１】
１０Ａ〜１０Ｅ 自動ドアセンサ
１１ レーダ
１２１ Ｉｃｈ信号を出力する前方の第１検波器
１２２ Ｑｃｈ信号を出力する後方の第２検波器
２１ 移相器
２２ 加減算器
２３，３８，４５ レベル検出器
２４，３９，４６ 判定器
３１ −１８０゜移相器
３２ 局部発振器
３３，３５，４３２ ミキサ（乗算器）
３４ −９０゜移相器
３７ ローパスフィルタ
４１，５１ Ａ／Ｄ変換器
４２ 複素信号化手段
４３ 周波数変換手段
４３１ 複素局部発振器
４４ フィルタ
５２ 複素フーリエ変換手段
６２ 移相器（ヒルベルト変換器）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、上記監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、上記受信部内に第１，第２の検波器が上記マイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４相当離間して配置されているレーダが用いられ、前方の上記第１検波器から出力されるＩｃｈ信号と後方の上記第２検波器から出力されるＱｃｈ信号とにより、上記監視領域内の物体を検出して上記自動ドアに開閉制御信号を出力するレーダを用いた自動ドアセンサの物体検出方法において、
移相器により上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号のいずれか一方の位相をいずれか他方に対して＋９０゜もしくは−９０゜ずらしたのち、上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とを加算もしくは減算することを特徴とするレーダを用いた自動ドアセンサの物体検出方法。
【請求項２】
上記Ｉｃｈ信号の位相を上記Ｑｃｈ信号に対して＋９０゜ずらせたときには、移相後の上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とを減算し、上記Ｉｃｈ信号の位相を上記Ｑｃｈ信号に対して−９０゜ずらせたときには、移相後の上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とを加算することを特徴とする請求項１に記載のレーダを用いた自動ドアセンサの物体検出方法。
【請求項３】
自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、上記監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、上記受信部内に第１，第２の検波器が上記マイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４相当離間して配置されているレーダが用いられ、前方の上記第１検波器から出力されるＩｃｈ信号と後方の上記第２検波器から出力されるＱｃｈ信号とにより、上記監視領域内の物体を検出して上記自動ドアに開閉制御信号を出力するレーダを用いた自動ドアセンサにおいて、
上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号のいずれか一方の位相をいずれか他方に対して＋９０゜もしくは−９０゜ずらす移相手段と、上記移相手段による移相後の上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とを加算もしくは減算する演算手段と、上記演算手段の演算値に基づいて上記自動ドアに対して近づく方向に移動する接近物体もしくは遠ざかる方向に移動する離脱物体による反射波を分離して検出する判定手段とを備えていることを特徴とするレーダを用いた自動ドアセンサ。
【請求項４】
上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とをそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備えるとともに、上記移相手段にヒルベルト変換器を用いて、ソフトウェアによりデジタル処理を行うことを特徴とする請求項３に記載のレーダを用いた自動ドアセンサ。
【請求項５】
自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、上記監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、上記受信部内に第１，第２の検波器が上記マイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４相当離間して配置されているレーダが用いられ、前方の上記第１検波器から出力されるＩｃｈ信号と後方の上記第２検波器から出力されるＱｃｈ信号とにより、上記監視領域内の物体を検出して上記自動ドアに開閉制御信号を出力するレーダを用いた自動ドアセンサにおいて、
上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号のいずれか一方の位相をいずれか他方に対して＋９０゜もしくは−９０゜ずらす移相手段と、上記反射波（ドップラ周波数）のほぼ最大周波数もしくはそれ以下に相当する周波数を発振する局部発振器と、上記移相手段による移相後の上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とを上記局部発振器の出力周波数にて直交変調する周波数変換手段と、上記周波数変換手段により変換された上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号の中から上記自動ドアに対して近づく方向に移動する接近物体もしくは遠ざかる方向に移動する離脱物体による反射波を分離して検出するフィルタとを備えていることを特徴とするレーダを用いた自動ドアセンサ。
【請求項６】
自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、上記監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、上記受信部内に第１，第２の検波器が上記マイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４相当離間して配置されているレーダが用いられ、前方の上記第１検波器から出力されるＩｃｈ信号と後方の上記第２検波器から出力されるＱｃｈ信号とにより、上記監視領域内の物体を検出して上記自動ドアに開閉制御信号を出力するレーダを用いた自動ドアセンサにおいて、
上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とをそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、上記Ａ／Ｄ変換後に上記Ｉｃｈ信号，上記Ｑｃｈ信号をそれぞれ実部，虚部の複素信号にするとともに上記虚部の正負を反転させる複素信号化手段と、上記反射波（ドップラ周波数）のほぼ最大周波数もしくはそれ以下に相当する周波数を生成する複素局部発振器と、上記複素信号を上記複素局部発振器の出力周波数にて直交変換する周波数変換手段と、上記周波数変換手段により変換された上記複素信号の中から上記自動ドアに対して近づく方向に移動する接近物体もしくは遠ざかる方向に移動する離脱物体による反射波を分離して検出するデジタルフィルタとを備えていることを特徴とするレーダを用いた自動ドアセンサ。
【請求項７】
自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、上記監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、上記受信部内に第１，第２の検波器が上記マイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４相当離間して配置されているレーダが用いられ、前方の上記第１検波器から出力されるＩｃｈ信号と後方の上記第２検波器から出力されるＱｃｈ信号とにより、上記監視領域内の物体を検出して上記自動ドアに開閉制御信号を出力するレーダを用いた自動ドアセンサにおいて、
上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とをそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、上記Ａ／Ｄ変換後に上記Ｉｃｈ信号，上記Ｑｃｈ信号を実部，虚部の複素信号とし、これをフーリエ変換もしくはＤＣＴ変換（離散コサイン変換）して上記複素信号の周波数スペクトラムを得る変換手段と、上記周波数スペクトラムの中から正または負の周波数を抽出，分離して上記自動ドアに対して近づく方向もしくは遠ざかる方向に移動する物体を識別する識別手段とを備えていることを特徴とするレーダを用いた自動ドアセンサ。
【請求項１】
自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、上記監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、上記受信部内に第１，第２の検波器が上記マイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４相当離間して配置されているレーダが用いられ、前方の上記第１検波器から出力されるＩｃｈ信号と後方の上記第２検波器から出力されるＱｃｈ信号とにより、上記監視領域内の物体を検出して上記自動ドアに開閉制御信号を出力するレーダを用いた自動ドアセンサの物体検出方法において、
移相器により上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号のいずれか一方の位相をいずれか他方に対して＋９０゜もしくは−９０゜ずらしたのち、上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とを加算もしくは減算することを特徴とするレーダを用いた自動ドアセンサの物体検出方法。
【請求項２】
上記Ｉｃｈ信号の位相を上記Ｑｃｈ信号に対して＋９０゜ずらせたときには、移相後の上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とを減算し、上記Ｉｃｈ信号の位相を上記Ｑｃｈ信号に対して−９０゜ずらせたときには、移相後の上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とを加算することを特徴とする請求項１に記載のレーダを用いた自動ドアセンサの物体検出方法。
【請求項３】
自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、上記監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、上記受信部内に第１，第２の検波器が上記マイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４相当離間して配置されているレーダが用いられ、前方の上記第１検波器から出力されるＩｃｈ信号と後方の上記第２検波器から出力されるＱｃｈ信号とにより、上記監視領域内の物体を検出して上記自動ドアに開閉制御信号を出力するレーダを用いた自動ドアセンサにおいて、
上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号のいずれか一方の位相をいずれか他方に対して＋９０゜もしくは−９０゜ずらす移相手段と、上記移相手段による移相後の上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とを加算もしくは減算する演算手段と、上記演算手段の演算値に基づいて上記自動ドアに対して近づく方向に移動する接近物体もしくは遠ざかる方向に移動する離脱物体による反射波を分離して検出する判定手段とを備えていることを特徴とするレーダを用いた自動ドアセンサ。
【請求項４】
上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とをそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備えるとともに、上記移相手段にヒルベルト変換器を用いて、ソフトウェアによりデジタル処理を行うことを特徴とする請求項３に記載のレーダを用いた自動ドアセンサ。
【請求項５】
自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、上記監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、上記受信部内に第１，第２の検波器が上記マイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４相当離間して配置されているレーダが用いられ、前方の上記第１検波器から出力されるＩｃｈ信号と後方の上記第２検波器から出力されるＱｃｈ信号とにより、上記監視領域内の物体を検出して上記自動ドアに開閉制御信号を出力するレーダを用いた自動ドアセンサにおいて、
上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号のいずれか一方の位相をいずれか他方に対して＋９０゜もしくは−９０゜ずらす移相手段と、上記反射波（ドップラ周波数）のほぼ最大周波数もしくはそれ以下に相当する周波数を発振する局部発振器と、上記移相手段による移相後の上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とを上記局部発振器の出力周波数にて直交変調する周波数変換手段と、上記周波数変換手段により変換された上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号の中から上記自動ドアに対して近づく方向に移動する接近物体もしくは遠ざかる方向に移動する離脱物体による反射波を分離して検出するフィルタとを備えていることを特徴とするレーダを用いた自動ドアセンサ。
【請求項６】
自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、上記監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、上記受信部内に第１，第２の検波器が上記マイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４相当離間して配置されているレーダが用いられ、前方の上記第１検波器から出力されるＩｃｈ信号と後方の上記第２検波器から出力されるＱｃｈ信号とにより、上記監視領域内の物体を検出して上記自動ドアに開閉制御信号を出力するレーダを用いた自動ドアセンサにおいて、
上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とをそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、上記Ａ／Ｄ変換後に上記Ｉｃｈ信号，上記Ｑｃｈ信号をそれぞれ実部，虚部の複素信号にするとともに上記虚部の正負を反転させる複素信号化手段と、上記反射波（ドップラ周波数）のほぼ最大周波数もしくはそれ以下に相当する周波数を生成する複素局部発振器と、上記複素信号を上記複素局部発振器の出力周波数にて直交変換する周波数変換手段と、上記周波数変換手段により変換された上記複素信号の中から上記自動ドアに対して近づく方向に移動する接近物体もしくは遠ざかる方向に移動する離脱物体による反射波を分離して検出するデジタルフィルタとを備えていることを特徴とするレーダを用いた自動ドアセンサ。
【請求項７】
自動ドアの近傍に設定された監視領域に対する送受信機として、所定周波数のマイクロ波を送出する発振部と、上記監視領域内に存在する物体からの反射波を受信する受信部とを含み、上記受信部内に第１，第２の検波器が上記マイクロ波の波長をλとして前後方向にλ／４相当離間して配置されているレーダが用いられ、前方の上記第１検波器から出力されるＩｃｈ信号と後方の上記第２検波器から出力されるＱｃｈ信号とにより、上記監視領域内の物体を検出して上記自動ドアに開閉制御信号を出力するレーダを用いた自動ドアセンサにおいて、
上記Ｉｃｈ信号と上記Ｑｃｈ信号とをそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、上記Ａ／Ｄ変換後に上記Ｉｃｈ信号，上記Ｑｃｈ信号を実部，虚部の複素信号とし、これをフーリエ変換もしくはＤＣＴ変換（離散コサイン変換）して上記複素信号の周波数スペクトラムを得る変換手段と、上記周波数スペクトラムの中から正または負の周波数を抽出，分離して上記自動ドアに対して近づく方向もしくは遠ざかる方向に移動する物体を識別する識別手段とを備えていることを特徴とするレーダを用いた自動ドアセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図６ｃ】
【図６ｄ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図６ｃ】
【図６ｄ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−１３３５８５（Ｐ２００８−１３３５８５Ａ）
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１８１７０（Ｐ２００６−３１８１７０）
【出願日】平成１８年１１月２７日（２００６．１１．２７）
【出願人】（３９０００２６６８）株式会社本田電子技研 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１２日（２００８．６．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月２７日（２００６．１１．２７）
【出願人】（３９０００２６６８）株式会社本田電子技研 (13)
【Ｆターム（参考）】
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