JP7428876B2 - sensor device - Google Patents
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Description
本発明は、検出対象のスイング運動の方向を検出可能なセンサー装置に関する。 The present invention relates to a sensor device capable of detecting the direction of a swing motion of a detection target.
従来、人物などの検出対象の動きを検出するモーションセンサー装置がある。モーションセンサー装置のタイプは、検出対象に加速度センサーやジャイロセンサーを設置するタイプや、カメラで取得される動画像を処理するタイプが主流である。 Conventionally, there are motion sensor devices that detect the movement of a detection target such as a person. The main types of motion sensor devices are those that install an acceleration sensor or gyro sensor on the detection target, and those that process moving images captured by a camera.
また、モーションセンサー装置のタイプとして、検出対象に無線信号を送信し、検出対象による反射信号を受信し、受信信号を解析することで検出対象の動きを検出するタイプのものがある。この種のタイプは、例えば特許文献1などに記載されている。
Furthermore, there is a type of motion sensor device that detects the movement of the detection target by transmitting a wireless signal to the detection target, receiving a signal reflected by the detection target, and analyzing the received signal. This kind of type is described in, for example,
ところで、検出対象に加速度センサーやジャイロセンサーを設置するタイプのセンサー装置は、検出対象自体に装置を設置しなければならないので、適用範囲が限定される欠点がある。例えば、検出対象が指などの場合には不向きである。 By the way, a type of sensor device in which an acceleration sensor or a gyro sensor is installed on the detection target has a drawback that the range of application is limited because the device must be installed on the detection target itself. For example, it is not suitable when the detection target is a finger or the like.
また、動画像を処理するタイプのセンサー装置は、フレームレートの観点から、高速な検出対象を検出する用途に不向きである欠点がある。因みに、フレームレートが高いハイスピードカメラを用いれば高速な検出対象にも対応できるが、ハイスピードカメラは高価なので、何時でも用意できるとは限らない。加えて、ハイスピードカメラで撮影された高レートの画像データから検出対象を抽出し、そのモーションを推定する信号処理も複雑で高度な処理となり、リアルタイム性を持たせることが困難である。 Further, sensor devices of the type that process moving images have the disadvantage that they are unsuitable for use in detecting high-speed detection targets from the viewpoint of frame rate. Incidentally, if a high-speed camera with a high frame rate is used, it is possible to handle high-speed detection targets, but since high-speed cameras are expensive, they are not always available. In addition, signal processing to extract a detection target from high-rate image data captured by a high-speed camera and estimate its motion is also complex and sophisticated processing, making it difficult to achieve real-time performance.
また、特許文献1に記載されているような無線を用いたセンサー装置は、加速度センサーやジャイロセンサーを設置するタイプのセンサー装置や、動画像を処理するタイプのセンサー装置における上記欠点を克服できると考えられる。
Furthermore, the wireless sensor device described in
しかしながら、特許文献1のセンサー装置は、検出対象の複数個所の速度を検出し、各速度の差を積分することで、各箇所の運動軌道を求めるように構成されており、演算量が多くなる欠点がある。また、特許文献1のセンサー装置は、実際上、レーダー信号を用いることが前提となっているので、変調器などが必要となり、その分構成が複雑となる。
However, the sensor device of
本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、検出対象のスイング運動の方向を簡易な構成で検出可能なセンサー装置を提供する。 The present invention has been made in consideration of the above points, and provides a sensor device capable of detecting the direction of a swing motion of a detection target with a simple configuration.
本発明のセンサー装置の一つの態様は、
スイング運動をする検出対象に向けて搬送波を送信する送信アンテナと、
それぞれ異なる位置に配置され、検出対象からの前記搬送波の反射波を受信する複数の受信アンテナと、
前記複数の受信アンテナで受信した前記反射波の相関関係を解析することで、少なくとも検出対象のスイング運動の方向を推定する解析部と、
を備える。
One embodiment of the sensor device of the present invention is
a transmitting antenna that transmits a carrier wave toward a detection target that makes a swinging motion;
a plurality of receiving antennas each arranged at a different position and receiving reflected waves of the carrier wave from the detection target;
an analysis unit that estimates at least the direction of the swing motion of the detection target by analyzing the correlation of the reflected waves received by the plurality of receiving antennas;
Equipped with.
本発明によれば、検出対象のスイング運動の方向を簡易な構成で検出できるようになる。 According to the present invention, the direction of the swing motion of the detection target can be detected with a simple configuration.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<1>基本構成
図1は、実施の形態によるセンサー装置100の外観構成図である。センサー装置100は、例えばモーションセンサーと呼ばれるものである。センサー装置100は例えば表示装置(図示せず)に接続され、表示装置はセンサー装置100によって検出された指の移動方向に応じて表示画像をスイープさせる。ただし、センサー装置100の適用範囲はこれに限らず、検出対象の動きを検出する装置として広く適用可能である。
<1> Basic Configuration FIG. 1 is an external configuration diagram of a
センサー装置100の同一面には、送信アンテナTx1、受信アンテナRx1~Rx3が配設されている。センサー装置100は、送信アンテナTx1及び受信アンテナRx1~3に対向する位置に存在する検出対象の動きを検出する。
A transmitting antenna Tx1 and receiving antennas Rx1 to Rx3 are arranged on the same surface of the
送信アンテナTx1は、スイング運動する検出対象(本実施の形態の場合は指)に向けて搬送波を放射する。受信アンテナRx1~Rx3は、検出対象からの反射波を受信する。 The transmitting antenna Tx1 radiates a carrier wave toward a detection target (in the case of this embodiment, a finger) that swings. The receiving antennas Rx1 to Rx3 receive reflected waves from the detection target.
なお、本実施の形態では、検出対象が指であるが、検出対象は指に限らない。また、送信アンテナTx1と受信アンテナRx1~Rx3は、必ずしも同一面に配設される必要はない。ただし、送信アンテナTx1と受信アンテナRx1~Rx3は、検出対象に対して対向する位置に配設されることが好ましい。また、送信アンテナは2つ以上でもよく、受信アンテナは4つ以上であってもよい。 Note that in this embodiment, the detection target is a finger, but the detection target is not limited to a finger. Further, the transmitting antenna Tx1 and the receiving antennas Rx1 to Rx3 do not necessarily need to be arranged on the same plane. However, it is preferable that the transmitting antenna Tx1 and the receiving antennas Rx1 to Rx3 are arranged at positions facing the detection target. Further, the number of transmitting antennas may be two or more, and the number of receiving antennas may be four or more.
図2は、センサー装置100の内部構成を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing the internal configuration of the
送信アンテナTx1には、オシレーター101によって生成された24GHzの搬送波がパワーアンプ102を介して入力される。これにより、送信アンテナTx1は、検出対象に向けて24GHzの搬送波を連続的に放射する。
A 24 GHz carrier wave generated by an
送信アンテナTx1より放射された搬送波はスイング運動中の検出対象(指)に到達し、検出対象に到達した搬送波の一部が反射波として検出対象からセンサー装置100側に反射される。このとき、反射波の周波数は、検出対象の運動速度に従い、元の搬送波の周波数からシフトする。
The carrier wave radiated from the transmitting antenna Tx1 reaches the detection target (finger) during the swing motion, and a part of the carrier wave that has reached the detection target is reflected from the detection target toward the
受信アンテナRx1~Rx3から出力される受信信号は、それぞれローノイズアンプ(LNA)111~113で増幅された後、ミキサー121~123に入力される。ミキサー121~123は、受信信号に搬送波信号を乗算することにより、受信信号を0Hzにダウンコンバートする。
Reception signals output from reception antennas Rx1 to Rx3 are amplified by low noise amplifiers (LNA) 111 to 113, respectively, and then input to
ダウンコンバートされた受信信号は、帯域通過フィルター(BPF)131~133によって、検出対象の想定速度(例えば10~40km/h)に由来するドップラー周波数以外の周波数成分が除去された後、アナログデジタル変換器(ADC)141~143を介してスイング動作解析部150に入力される。帯域通過フィルター(BPF)131~133の通過帯域は、例えば500Hz~2kHzとされている。
The down-converted received signal is subjected to analog-to-digital conversion after frequency components other than the Doppler frequency derived from the assumed speed of the detection target (for example, 10 to 40 km/h) are removed by band pass filters (BPF) 131 to 133. The signals are input to the swing
スイング動作解析部150は、アナログデジタル変換器(ADC)141~143から出力された受信信号データを解析することにより、検出対象のスイング方向とスイング速度を推定する。
The swing
<2>スイング動作解析部150の処理
図3は、スイング動作解析部150の処理手順を示すフローチャートである。
<2> Processing of the swing
スイング動作解析部150は、ステップS1において、受信信号の振幅値が所定の閾値よりも大きいか否か判定する。具体的には、時々刻々と連続的に取得され続ける受信信号データを特定期間ごとに切出し、切出された受信信号データの値が所定の閾値を超えているか否か行う。ここで、ステップS1において肯定結果が得られる(ステップS1;YES)ということは、検出対象がスイング動作している可能性があること意味する。スイング動作解析部150は、ステップS1において肯定結果を得た場合、ステップS2に移る。ステップS1の処理は、各アナログデジタル変換器(ADC)141~143の出力である各受信信号データそれぞれに対して行われる。
In step S1, swing
スイング動作解析部150は、ステップS2において、ステップS1で肯定結果が得られた受信信号データに対して(つまりスイング動作が検出された可能性がある受信信号データに対して)、時間-周波数解析を実行する。本実施の形態の場合、スイング動作解析部150は、連続ウェーブレット変換を行うことで、時間-周波数解析を実行する。また、本実施の形態の場合、連続ウェーブレット変換に使用するマザーウェーブレット関数として、検出対象のスイング動作に最適化された複素モルレー関数を用いる。なお、時間-周波数解析の方法は、必ずしもこれに限らない。
In step S2, the swing
図4Aは検出対象(指)を比較的速くスイング運動させた場合に得られた受信信号データに対して、連続ウェーブレット変換による時間-周波数解析を行ったときの解析結果をヒートマップ(スペクトログラム)で示した図である。一方、図4Bは検出対象(指)を比較的遅くスイング運動させた場合に得られた受信信号データに対して、連続ウェーブレット変換による時間-周波数解析を行ったときの解析結果をヒートマップ(スペクトログラム)で示した図である。なお、図4において、縦軸は速度(m/s)となっているが、縦軸は周波数(つまりドップラー周波数)と考えてよい。 Figure 4A shows a heat map (spectrogram) of the analysis results when time-frequency analysis was performed using continuous wavelet transform on the received signal data obtained when the detection target (finger) made a relatively fast swinging motion. FIG. On the other hand, FIG. 4B shows a heat map (spectrogram) of the analysis results when time-frequency analysis is performed using continuous wavelet transform on the received signal data obtained when the detection target (finger) swings relatively slowly. ). Note that in FIG. 4, the vertical axis represents velocity (m/s), but the vertical axis may be considered to be frequency (that is, Doppler frequency).
実施の形態の場合には、3つの受信アンテナRx1~Rx3を用いて3つの受信信号を取得するので、スイング動作解析部150は、各受信信号について図4に示したスペクトルグラムを得る。このスペクトルグラム中の最大スペクトルの発生時刻(換言すれば、周波数が最大を示す時刻)がスイングに起因する反射波の受信時刻に相当する。
In the case of the embodiment, since three received signals are obtained using three receiving antennas Rx1 to Rx3, swing
スイング動作解析部150は、続くステップS3において、受信信号ごとの解析結果より最大スペクトルを検出するとともに、最大スペクトルの発生時刻、周波数及び又は振幅をそれぞれ抽出する。具体的には、スイング動作解析部150は、図4のように時間-周波数次元上に展開されたスペクトルの中から、振幅が最大を示すポイントを検出し、検出された最大スペクトルの発生時刻、周波数及び又は振幅を抽出する。
In the subsequent step S3, the swing
スイング動作解析部150は、続くステップS4において、ステップS3で抽出した最大スペクトルの時刻、周波数及び又は振幅が、所定の範囲内にあるか否か判定する。具体的には、ステップS3の処理は、時間的に前後して切出された特定期間の受信信号データを対して行われ、ステップS4では、時間的に前後する期間についての最大スペクトルの発生時刻、周波数及び又は振幅が所定の範囲内にあるか否か判定する。
In subsequent step S4, swing
スイング動作解析部150は、ステップS4では、時間的に前後する期間についての最大スペクトルの発生時刻、周波数及び又は振幅が所定の範囲内にあるか否か判定し、否定結果を得た場合(ステップS4;NO)にはステップS5に移り、肯定結果を得た場合(ステップS4;YES)にはステップS1に戻る。因みに、ステップS4の判定は、検出された最大スペクトルが検出対象の運動により発生したスペクトルか否かを判定していると言うこともできる。
In step S4, the swing
実際上、ステップS4では、最大スペクトルの発生時刻、周波数及び振幅のうちのいずれか一つ又は2つ以上を組み合わせて用いた判定を行うことができる。例えば、最大スペクトルの発生時刻を用い、時間的に前後する期間についての最大スペクトルの発生時刻の差が所定の範囲内にないとき(つまり発生時刻の差が所定値よりも大きいとき)、このことは検出対象が動いた可能性が高いことを意味するので、ステップS5に移って、検出対象が動いた速度及び方向の推定処理を行う。同様に、例えば、最大スペクトルの周波数を用い、時間的に前後する期間についての最大スペクトルの周波数の差が所定の範囲内にないとき(つまり周波数の差が所定値よりも大きいとき)、このことは検出対象が動いた可能性が高いことを意味するので、ステップS5に移って、検出対象が動いた速度及び方向の推定処理を行うことができる。同様に、例えば、最大スペクトルの振幅を用い、時間的に前後する期間についての最大スペクトルの振幅の差が所定の範囲内にないとき(つまり振幅の差が所定値よりも大きいとき)、このことは検出対象が動いた可能性が高いことを意味するので、ステップS5に移って、検出対象が動いた速度及び方向の推定処理を行うことができる。 In fact, in step S4, determination can be made using any one or a combination of two or more of the maximum spectrum occurrence time, frequency, and amplitude. For example, when using the occurrence time of the maximum spectrum and the difference in the occurrence time of the maximum spectrum between temporally preceding and succeeding periods is not within a predetermined range (that is, when the difference in the occurrence time is larger than a predetermined value), Since this means that there is a high possibility that the detection target has moved, the process moves to step S5 to perform estimation processing of the speed and direction in which the detection target has moved. Similarly, for example, when using the frequency of the maximum spectrum and the difference in frequency of the maximum spectrum for successive periods in time is not within a predetermined range (i.e., when the difference in frequency is larger than a predetermined value), Since this means that there is a high possibility that the detection target has moved, the process can proceed to step S5 to estimate the speed and direction in which the detection target has moved. Similarly, for example, when the amplitude of the maximum spectrum is used and the difference in the amplitude of the maximum spectrum for successive periods in time is not within a predetermined range (i.e., when the difference in amplitude is larger than a predetermined value), this Since this means that there is a high possibility that the detection target has moved, the process can proceed to step S5 to estimate the speed and direction in which the detection target has moved.
ここで、図4の処理例では、ステップS1で検出対象が動いた可能性があるかを大まかに判定し、ステップS4で検出対象が動いた可能性があるかをより厳密に判定してから、ステップS5の推定処理に移るようになっている。このようにすることで、全ての受信信号データに対してステップS5の推定処理を行う場合よりも演算量を削減できるようになる。なお、場合によってはステップS1やステップS4の判定処理を省略してもよい。ただし、このようにすると、演算量が増加する可能性が高い。因みに、ステップS1の判定を行うことでそれに続くステップS2及びS3の処理量を削減でき、ステップS4の判定を行うことでそれに続くステップS5の処理量を削減できる。 Here, in the processing example of FIG. 4, in step S1 it is roughly determined whether there is a possibility that the detection target has moved, and in step S4 it is determined more precisely whether there is a possibility that the detection target has moved. , the process moves on to the estimation process in step S5. By doing so, the amount of calculation can be reduced compared to the case where the estimation process in step S5 is performed on all received signal data. Note that the determination processing in step S1 and step S4 may be omitted depending on the case. However, if this is done, there is a high possibility that the amount of calculation will increase. Incidentally, by making the determination in step S1, the amount of processing in subsequent steps S2 and S3 can be reduced, and by making the determination in step S4, the amount of processing in step S5 that follows can be reduced.
スイング動作解析部150は、ステップS5において、受信信号ごとの最大スペクトルの周波数に基づいて解析対象のスイング速度を推定するとともに、最大スペクトルの発生時刻と受信アンテナの配置の関係とに基づいてスイング方向を推定する。
In step S5, the swing
具体的には、スイング動作解析部150は、検出対象の速度の導出する際には、受信アンテナRx1、Rx2、Rx3ごとに受信された受信信号の最大スペクトル周波数がそれぞれf1,f2,f3であるとすると、次式に従い、3つの周波数の平均値を代表値として求め、搬送波の波長λ(本実施の形態の場合、搬送波周波数が24GHzなのでλ≒1.25cm)を用いてスペクトル周波数を速度vに換算する。
Specifically, when deriving the speed of the detection target, the swing
また、スイング動作解析部150は、スイング方向の推定する際には、最大スペクトルの発生時刻に加えて、受信アンテナの物理的な配置位置も考慮に入れてスイング方向を推定する。仮に受信アンテナRx1、Rx2、Rx3の配置関係が図5Aのような関係にあるとすると、検出対象のスイング運動方向φ(図5B)は、受信アンテナRx1、Rx2、Rx3ごとに受信された受信信号の最大スペクトラム時刻t1,t2,t3より、次式を用いて導出することができる。
Further, when estimating the swing direction, the swing
<3>スイング運動方向の検出原理
次に、スイング動作解析部150で行うスイング運動方向の検出の原理について説明する。ここでは、説明を簡単化するために、図6に示したように、送信アンテナが1つであり、受信アンテナが2つの場合を例にとって説明する。
<3> Principle of Detection of Swing Movement Direction Next, the principle of detection of the swing movement direction performed by the swing
まず、図6に示すように、検出対象が振り上げられるようにスイングした場合に、受信アンテナRx1、Rx2で受信される反射波の電力が、どのように変化していくか考えてみる。 First, as shown in FIG. 6, let us consider how the power of the reflected waves received by the receiving antennas Rx1 and Rx2 changes when the detection target swings upward.
スイング運動により時々刻々と変化していく検出対象の角度に伴い、各受信アンテナRx1、Rx2で受信される反射波の電力も変化していく。そして、検出対象の反射に特殊な指向性が存在しない限り、まず、図7Aに示したように、検出対象から伸びる垂線が、送信アンテナTx1-検出対象-受信アンテナRx2がなす角を二等分する位置関係となった時点で、受信アンテナR2側の受信電力がピークとなる。 As the angle of the detection target changes moment by moment due to the swing motion, the power of the reflected waves received by each of the receiving antennas Rx1 and Rx2 also changes. As long as there is no special directivity in the reflection of the detection target, first, as shown in FIG. When the positional relationship is reached, the received power on the receiving antenna R2 side reaches its peak.
その後、スイング動作が、さらに進んでいくと、図7Bに示したように、検出対象から伸びる垂線が、送信アンテナTx1-検出対象-受信アンテナRx1がなす角を2等分する位置関係となり、この時点で、受信アンテナR1側の受信電力も受信アンテナRx2側から遅れる形でピークとなる。 After that, as the swing motion progresses further, as shown in FIG. 7B, the perpendicular line extending from the detection target becomes in a positional relationship that bisects the angle formed by the transmitting antenna Tx1 - the detection target - the receiving antenna Rx1, and this At this point, the received power on the receiving antenna R1 side also reaches its peak with a delay from the receiving antenna Rx2 side.
図8に示したように、逆に検出対象が振り下げられるようにスイングした場合についても同様に考えることができる。つまり、図9A及び図9Bから明らかなように、検出対象が振り上げられた場合とは逆に、受信アンテナRx1側の受信信号の方が、受信アンテナRx2側の受信信号よりも先にピークを迎える。 As shown in FIG. 8, a case in which the detection target swings downward can be similarly considered. In other words, as is clear from FIGS. 9A and 9B, contrary to the case where the detection target is raised, the received signal on the receiving antenna Rx1 side peaks earlier than the received signal on the receiving antenna Rx2 side. .
以上の考察から、受信アンテナRx1を有する受信系と、受信アンテナRx2を有する受信系のどちらの受信信号が先にピークを示したかを検出することにより、検出対象のスイング運動が振り上げ動作であるのか、または、振り下げ動作であるのかを判定することができる。本実施の形態は、これを利用して、検出対象のスイング運動の方向を推定する。 From the above considerations, by detecting which received signal of the receiving system with the receiving antenna Rx1 or the receiving system with the receiving antenna Rx2 showed a peak first, it is possible to determine whether the swing motion to be detected is a swing-up motion. , or whether it is a swing-down motion. This embodiment utilizes this to estimate the direction of the swing motion of the detection target.
なお、詳細には説明はしないが、同様に上述の実施の形態のような3つの受信アンテナRx1~Rx3を、全ての受信アンテナが同一の直線上には並ばないように配置すれば、検出対象の縦方向と横方向でのスイング方向を推定できる(換言すれば、検出対象のスイング方向を2次元的に推定できる)。つまり、3つの受信アンテナRx1~Rx3を同一の直線上に並ばないように配置すれば、縦方向及び横方向のそれぞれについて関係性が現れることは明らかであり、縦方向及び横方向のそれぞれについての各受信アンテナRx1~Rx3の受信信号のピーク時刻の相対関係に基づいて、スイング運動の方向を2次元的に推定できる。 Although not explained in detail, similarly, if the three receiving antennas Rx1 to Rx3 as in the above embodiment are arranged so that all the receiving antennas are not lined up on the same straight line, the detection target (In other words, the swing direction of the object to be detected can be estimated two-dimensionally.) In other words, it is clear that if the three receiving antennas Rx1 to Rx3 are arranged so that they are not lined up on the same straight line, a relationship will appear in each of the vertical and horizontal directions. The direction of the swing motion can be estimated two-dimensionally based on the relative relationship between the peak times of the received signals of each of the receiving antennas Rx1 to Rx3.
さらに、ドップラー周波数の変動に基づいて検出対象の速度も推定できる。よって、実施の形態では、スイング方向と速度を合わせて合計で3次元的に検出対象の動きを推定していると言える。 Furthermore, the speed of the detection target can also be estimated based on fluctuations in the Doppler frequency. Therefore, in the embodiment, it can be said that the movement of the detection target is estimated three-dimensionally in total, including the swing direction and speed.
さらに、4つの受信アンテナを、全ての受信アンテナが同一平面上には並ばないように配置すれば、縦方向と横方向と奥行き方向、つまり検出対象のスイング方向を3次元的に推定できる。さらに、ドップラー周波数の変動に基づいて検出対象の速度も推定できる。よって、4つ以上の受信アンテナを用いれば、スイング方向と速度を合わせて合計で4次元的に検出対象の動きを推定することもできる。 Furthermore, by arranging the four receiving antennas so that they are not all lined up on the same plane, it is possible to three-dimensionally estimate the vertical, horizontal, and depth directions, that is, the swing direction of the detection target. Furthermore, the speed of the detection target can also be estimated based on fluctuations in the Doppler frequency. Therefore, by using four or more receiving antennas, it is possible to estimate the movement of the detection target in a total of four dimensions, including the swing direction and speed.
<4>まとめ
以上説明したように、本実施の形態によれば、スイング運動をする検出対象に向けて搬送波を送信する送信アンテナTx1と、それぞれ異なる位置に配置され検出対象からの搬送波の反射波を受信する複数の受信アンテナRx1~Rx3と、複数の受信アンテナRx1~Rx3で受信した反射波の相関関係を解析することで少なくとも検出対象のスイング運動の方向を推定するスイング動作解析部150と、を有することにより、検出対象のスイング運動の方向を簡易な構成で検出可能なセンサー装置100を実現できる。
<4> Summary As explained above, according to the present embodiment, the transmitting antenna Tx1 transmits a carrier wave toward a detection target that makes a swing motion, and the reflected wave of the carrier wave from the detection target is arranged at different positions. a swing
<5>他の実施の形態
上述の実施の形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することの無い範囲で、様々な形で実施することができる。
<5> Other embodiments The embodiments described above are merely examples of implementation of the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed as limited by these embodiments. It is something that cannot happen. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from its gist or main features.
上述の実施の形態では、スイング動作解析部150が、検出対象のスイング運動の方向に加えて、複数の受信アンテナRx1~Rx3で受信した反射波の周波数に基づいて検出対象のスイング運動の速度を推定する場合について述べたが、スイング運動の方向のみを推定してもよい。
In the embodiment described above, the swing
また、上述の実施の形態では、主に、スイング動作解析部150が、それぞれの受信アンテナRx1~Rx3に到達した反射波の受信時刻(具体的には、それぞれの受信アンテナRx1~Rx3における周波数が最大を示す時刻)について、各受信アンテナRx1~Rx3間の相関関係を解析することで、検出対象のスイング運動の方向を推定する場合について述べたが、これに限らない。
Furthermore, in the above-described embodiment, the swing
上述した実施の形態では、送信アンテナTx1から送信される搬送波が24GHzの電波である場合について述べたが、搬送波の周波数はこれに限らず、搬送波は例えば音波であってもよい。 In the embodiment described above, a case has been described in which the carrier wave transmitted from the transmitting antenna Tx1 is a 24 GHz radio wave, but the frequency of the carrier wave is not limited to this, and the carrier wave may be a sound wave, for example.
スイング動作解析部150は、それぞれの受信アンテナRx1~Rx3に到達した反射波の受信時刻に代えて、それぞれの受信アンテナRx1~Rx3に到達した反射波の電力、位相、又は、周波数の各受信アンテナRx1~Rx3間の相関関係を解析することで、検出対象のスイング運動の方向を推定してもよい。
The swing
<5-1>他の構成例1
上述の実施の形態では、スイング動作解析部150が、時間-周波数解析を実行し、スペクトルグラムを得、このスペクトルグラム中の最大スペクトルの発生時刻を反射波に現れるピークの時刻として得る場合について述べたが、これに限らず、各受信アンテナRx1~Rx3の受信電力を算出し、スイング動作解析部によって受信電力が最大振幅を示す時刻を反射波に現れるピーク時刻に相当する時刻として得るようにしてもよい。
<5-1> Other configuration example 1
In the above-described embodiment, the swing
図2との対応部分に同一符号を付して示す図10は、他の構成例1として、このような処理を実現するセンサー装置の構成を示したものである。 FIG. 10, in which parts corresponding to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, shows, as another configuration example 1, the configuration of a sensor device that realizes such processing.
図10のセンサー装置200は、図2のセンサー装置100と比較して、各受信アンテナRx1~Rx3の受信系が、受信信号の同相成分(I)及び直交成分(Q)の二乗和を連続的に算出し続けることにより、受信信号の振幅レベルの変化を示す包絡線を常時導出し続ける構成となっている。具体的には、各受信アンテナRx1~Rx3の受信信号に対して、ミキサー121a、122a、123aによって搬送波を乗じることでダウンコンバートされたI成分を得るとともにミキサー121b、122b、123bによって位相シフター201で90°位相シフトされた搬送波を乗じることでダウンコンバートされたQ成分を得る。ミキサー121a、122a、123aから出力された受信信号のI成分は、帯域通過フィルター(BPF)131a、132a、133a及びアナログデジタル変換器(ADC)141a、142a、143aを介して二乗和処理部211、212、213に入力される。一方、ミキサー121b、122b、123bから出力された受信信号のQ成分は、帯域通過フィルター(BPF)131b、132b、133b及びアナログデジタル変換器(ADC)141b、142b、143bを介して二乗和処理部211、212、213に入力される。
In the
二乗和処理部211、212、213は、それぞれ、I成分及びQ成分の二乗和を算出することで、受信信号の包絡線(受信電力)を得る。続く、ピーク時刻検出部221、222、223は、包絡線のピーク時刻(つまり受信電力のピーク時刻)を検出し、検出した時刻をスイング動作解析部230に出力する。
The square
スイング動作解析部230は、スイング動作解析部150が最大スペクトルの発生時刻に基づいてスイング方向を推定したのに対して、ピーク時刻検出部221、222、223から入力した受信電力のピーク時刻に基づいてスイング動作解析部150と同様の方法でスイング方向を推定する。
While the swing
なお、図10の構成には示されていないが、スイング運動の発生の検出は、別途アナログデジタル変換器(ADC)141a、141b、142a、142b、143a、143bの出力データ等を用いて常時行い、スイング動作解析部230は、スイング運動の発生が検出されたタイミングの前後に検出されたピーク時刻の検出結果を基にスイング方向を推定すればよい。
Although not shown in the configuration of FIG. 10, detection of the occurrence of swing motion is always performed using output data of separate analog-to-digital converters (ADCs) 141a, 141b, 142a, 142b, 143a, and 143b. The swing
<5-2>他の構成例2
上述の実施の形態及び他の構成例1では、それぞれの受信アンテナRx1~Rx3の受信信号のピーク発生時刻の相関関係に基づいてスイング方向を推定する場合について述べたが、それぞれの受信アンテナRx1~Rx3の受信信号の位相の相関関係に基づいてスイング方向を推定してもよい。
<5-2> Other configuration example 2
In the above-described embodiment and other configuration example 1, a case has been described in which the swing direction is estimated based on the correlation between the peak occurrence times of the received signals of the respective receiving antennas Rx1 to Rx3. The swing direction may be estimated based on the phase correlation of the Rx3 received signal.
図10との対応部分に同一符号を付して示す図11は、他の構成例2として、このような処理を実現するセンサー装置の構成を示したものである。 FIG. 11, in which parts corresponding to those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, shows, as another configuration example 2, the configuration of a sensor device that implements such processing.
図11のセンサー装置300は、図10のセンサー装置200と比較して、二乗和処理部211、212、213及びピーク時刻検出部221、222、223に代えて、位相計算部311、312、313を有する。位相計算部311、312、313は、それぞれ、アナログデジタル変換器(ADC)141a、141b、142a、142b、143a、143bから出力された受信信号(I/Q信号)の比より、各受信信号の位相を算出し、スイング動作解析部320に出力する。
The
スイング動作解析部320は、位相計算部311、312、313から入力した位相に基づいてスイング方向を推定する。ここで、反射波に現れるピークの時刻の変化と反射波の位相の変化は対応する関係にあるので、受信アンテナRx1~Rx3の受信信号のピーク発生時刻の相関関係に基づいてスイング方向を推定する考え方と同様の考え方を用いて、受信アンテナRx1~Rx3の受信信号の位相の相関関係(位相差(若しくは、位相差の変動))に基づいてスイング方向を推定することができる。
The swing
なお、図11の構成には示されていないが、スイング運動の発生の検出は、別途アナログデジタル変換器(ADC)141a、141b、142a、142b、143a、143bの出力データ等を用いて常時行い、スイング動作解析部320は、スイング運動の発生が検出されたタイミングの前後の各受信信号間の位相差(若しくは、位相差の変動)を基にスイング方向を推定すればよい。
Although not shown in the configuration of FIG. 11, detection of the occurrence of swing motion is always performed using output data of separate analog-to-digital converters (ADCs) 141a, 141b, 142a, 142b, 143a, and 143b. The swing
また、図11の構成例では、アナログデジタル変換器(ADC)141a、141b、142a、142b、143a、143bから出力されるI/Qデータから各受信信号の位相を直接求める構成を採っているが、高速フーリエ変換処理やウェーブレット変換処理等の周波数次元への変換を施し、周波数次元上で各受信信号間の位相差(若しくは、位相差の変動)を算出してもよい。 Furthermore, in the configuration example shown in FIG. 11, the phase of each received signal is directly determined from the I/Q data output from analog-to-digital converters (ADCs) 141a, 141b, 142a, 142b, 143a, and 143b. , the phase difference (or variation in phase difference) between each received signal may be calculated on the frequency dimension by performing transformation into the frequency dimension such as fast Fourier transform processing or wavelet transform processing.
<5-3>他の構成例3
上述の実施の形態及び他の構成例1では、それぞれの受信アンテナRx1~Rx3の受信信号のピーク発生時刻の相関関係に基づいてスイング方向を推定する場合について述べたが、それぞれの受信アンテナRx1~Rx3の受信信号の周波数の相関関係に基づいてスイング方向を推定してもよい。
<5-3> Other configuration example 3
In the above-described embodiment and other configuration example 1, a case has been described in which the swing direction is estimated based on the correlation between the peak occurrence times of the received signals of the respective receiving antennas Rx1 to Rx3. The swing direction may be estimated based on the frequency correlation of the Rx3 received signal.
図2との対応部分に同一符号を付して示す図12は、他の構成例3として、このような処理を実現するセンサー装置の構成を示したものである。 FIG. 12, in which parts corresponding to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, shows, as another configuration example 3, the configuration of a sensor device that implements such processing.
図12のセンサー装置400は、図2のセンサー装置100と比較して、周波数解析部411、412、413を有する。なお、センサー装置400は、帯域通過フィルター(BPF)131、132、133が省略されている。周波数解析部411、412、413は、それぞれ、アナログデジタル変換器(ADC)141、141、142、142、143、143から出力された受信信号データに対して、逐次、高速フーリエ変換処理やウェーブレット変換処理の周波数解析処理を施すことにより、検出対象のスイング動作に起因して発生した受信信号成分の周波数を出力する。
The
スイング動作解析部420は、周波数解析部411、412、413から入力した周波数に基づいてスイング方向を推定する。ここで、反射波に現れるピークの時刻の変化と反射波の周波数の変化は対応する関係にあるので、受信アンテナRx1~Rx3の受信信号のピーク発生時刻の相関関係に基づいてスイング方向を推定する考え方と同様の考え方を用いて、受信アンテナRx1~Rx3の受信信号の周波数の相関関係(比又は差)に基づいてスイング方向を推定することができる。
The swing
なお、図12の構成には示されていないが、スイング運動の発生の検出は、別途アナログデジタル変換器(ADC)141、142、143の出力データ等を用いて常時行い、スイング動作解析部320は、スイング運動の発生が検出されたタイミングの前後の各受信信号間の周波数の比又は差を基にスイング方向を推定すればよい。
Although not shown in the configuration of FIG. 12, detection of the occurrence of swing motion is always performed using output data of separate analog-to-digital converters (ADCs) 141, 142, and 143, and the swing
また、図12の構成例では、アナログデジタル変換器(ADC)141、142、143からの出力信号に対して周波数解析を実行する構成を採っているが、図11に示した構成により導出される受信信号位相の変動速度(すなわち角速度)の関係からスイング方向を推定してもよい。 Furthermore, in the configuration example shown in FIG. 12, a configuration is adopted in which frequency analysis is performed on the output signals from analog-to-digital converters (ADCs) 141, 142, and 143. The swing direction may be estimated from the relationship between the fluctuation rate (ie, angular velocity) of the received signal phase.
<5-4>他の構成例4
図10に示したセンサー装置200においては、スイング動作解析部230がピーク時刻検出部221、222、223から入力した受信電力のピーク時刻に基づいてスイング方向を推定する場合について述べたが、受信電力のピーク時刻の代わりに、受信電力の比又は差に基づいてスイング方向を推定してもよい。
<5-4> Other configuration example 4
In the
図10との対応部分に同一符号を付して示す図13は、他の構成例4として、このような処理を実現するセンサー装置の構成を示したものである。 FIG. 13, in which parts corresponding to those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, shows, as another configuration example 4, the configuration of a sensor device that realizes such processing.
図13のセンサー装置500は、図10のセンサー装置200と比較して、ピーク時刻検出部221、222、223が省略され、スイング動作解析部510に二乗和処理部211、212、213の出力をそのまま入力する。
In the
スイング動作解析部510は、二乗和処理部211、212、213から入力された各受信アンテナRx1~Rx3の受信電力換算値の相関関係(比又は差)に基づいてスイング方向を推定する。
Swing
本発明は、例えばモーションセンサーに好適である。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention is suitable for a motion sensor, for example.
100、200、300、400、500 センサー装置
101 オシレーター
102 パワーアンプ
111~113 ローノイズアンプ
121~123 ミキサー
131~133 帯域通過フィルター(BPF)
141 ~143 アナログデジタル変換器(ADC)
150、230、320、420、510 スイング動作解析部
201 位相シフター
211~213 二乗和処理部
221~223 ピーク時刻検出部
311~313 位相計算部
411~413 周波数解析部
Tx1 送信アンテナ
Rx1~Rx3 受信アンテナ
100, 200, 300, 400, 500
141 to 143 Analog-to-digital converter (ADC)
150, 230, 320, 420, 510 Swing
Claims (2)
それぞれ異なる位置に配置され、検出対象からの前記搬送波の反射波を受信する複数の受信アンテナと、
前記複数の受信アンテナで受信した前記反射波の相関関係を解析することで、少なくとも検出対象のスイング運動の方向を推定する解析部と、
を備え、
前記解析部は、それぞれの前記受信アンテナに到達した前記反射波の周波数について、各受信アンテナ間の相関関係を解析することで、前記方向を推定する、
センサー装置。 a transmitting antenna that transmits a carrier wave toward a detection target that makes a swinging motion;
a plurality of receiving antennas each arranged at a different position and receiving reflected waves of the carrier wave from the detection target;
an analysis unit that estimates at least the direction of the swing motion of the detection target by analyzing the correlation of the reflected waves received by the plurality of receiving antennas;
Equipped with
The analysis unit estimates the direction by analyzing the correlation between each reception antenna with respect to the frequency of the reflected wave that has reached each reception antenna.
sensor device.
それぞれ異なる位置に配置され、検出対象からの前記搬送波の反射波を受信する複数の受信アンテナと、
前記複数の受信アンテナで受信した前記反射波の相関関係を解析することで、少なくとも検出対象のスイング運動の方向を推定する解析部と、
を備え、
前記受信アンテナは、4つ以上であり、全てが同一平面上には並ばないように配置されている、
センサー装置。 a transmitting antenna that transmits a carrier wave toward a detection target that makes a swinging motion;
a plurality of receiving antennas each arranged at a different position and receiving reflected waves of the carrier wave from the detection target;
an analysis unit that estimates at least the direction of the swing motion of the detection target by analyzing the correlation of the reflected waves received by the plurality of receiving antennas;
Equipped with
The receiving antennas are four or more and are arranged so that they are not all lined up on the same plane.
sensor device.
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