JP2014048049A - Movement detection device - Google Patents
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Abstract
【課題】動体の細かい動きを非接触で検出する装置を実現すること。
【解決手段】放射器7はマイクロ波を放射する送信アンテナ13を有し、位相差検出器2はマイクロ波を受信する受信アンテナ20A、Bを有している。送信アンテナ13と受信アンテナ20A、B間に位置した手の指先の動きによるマルチパスの変化で、受信アンテナ20A、Bで受信する信号に位相差が生じる。位相差検出器2はその位相差を検出することで、手の指先の動きを検出する。実施例1の動作検出装置が高分解能である理由は、細かい動きによる微小なマルチパスの変化であっても、マイクロ波を用いているため位相差は大きな値であり、
【選択図】図1An object of the present invention is to realize a device for detecting a fine movement of a moving object in a non-contact manner.
A radiator has a transmitting antenna that radiates microwaves, and a phase difference detector has receiving antennas that receive microwaves. A change in multipath due to the movement of the fingertip of the hand located between the transmitting antenna 13 and the receiving antennas 20A and 20B causes a phase difference in signals received by the receiving antennas 20A and 20B. The phase difference detector 2 detects the movement of the fingertip of the hand by detecting the phase difference. The reason why the motion detection apparatus according to the first embodiment has a high resolution is that even if a minute multipath change due to a fine movement is performed using a microwave, the phase difference is a large value.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、動体の動きを非接触で検出する動作検出装置に関し、特に動作の分解能が高く、たとえば手の指先の動きを検出することができる装置に関する。 The present invention relates to a motion detection device that detects a motion of a moving body in a non-contact manner, and more particularly to a device that has a high motion resolution and can detect, for example, the motion of a fingertip of a hand.
人体の特定部位の位置、たとえば手先の位置を測定する装置として、従来マウスやタッチパネルディスプレイなどの機器があるが、これらはいずれも人体との接触を必要とするものであり、非接触では位置を測定することができない。 Conventionally, there are devices such as a mouse and a touch panel display as devices for measuring the position of a specific part of the human body, for example, the position of the hand, but these all require contact with the human body. It cannot be measured.
非接触で人体の特定位置を検出する装置としては、テルミンと呼ばれる楽器がよく知られている。テルミンは発振回路に接続されたアンテナを有し、アンテナと人体との相対距離の違いによる静電容量の変化によって発振周波数を変化させ、その発振周波数と基準周波数との周波数のうなりを音に変換する楽器である。 As a device for detecting a specific position of a human body in a non-contact manner, a musical instrument called a theremin is well known. Theremin has an antenna connected to an oscillation circuit. The oscillation frequency is changed by changing the capacitance due to the relative distance between the antenna and the human body, and the beat of the frequency between the oscillation frequency and the reference frequency is converted into sound. It is a musical instrument.
このテルミンの原理を利用した位置測定装置として、特許文献1、2がある。特許文献1では、第1方向に沿って平行に配置された複数の第1アンテナと、第1方向に直交する第2方向に沿って平行に配置された複数の第2アンテナと、によって構成されたアンテナパネルを有したセンサ装置が示されている。センサ装置には、第1、2アンテナにそれぞれスイッチで切り換えられて接続する1つの発振回路が設けられており、人の指先がアンテナパネルに近づいた場合に、第1アンテナと発振回路とを接続して発振周波数の変化から第1方向の座標を決定し、第2アンテナと発振回路との接続に切り換えて発振周波数の変化から第2方向の座標を決定することで、アンテナパネル上部に位置する人の指先の位置を非接触で検出することができる。特許文献2には、アンテナを球面状とした、テルミンと同様の動作原理の非接触センサが示されている。アンテナを球面状とすることで、手の位置の違いによる静電容量の変動を抑制することができ、発振周波数が安定するため、手とアンテナとの距離を精度よく検出することができる。 Patent Documents 1 and 2 are examples of position measuring devices that use the principle of theremin. In Patent Document 1, a plurality of first antennas arranged in parallel along a first direction and a plurality of second antennas arranged in parallel along a second direction orthogonal to the first direction are configured. A sensor device having an antenna panel is shown. The sensor device is provided with one oscillation circuit that is connected to the first and second antennas with a switch, and when the fingertip of the person approaches the antenna panel, the first antenna and the oscillation circuit are connected. Then, the coordinates in the first direction are determined from the change in the oscillation frequency, and the second direction coordinates are determined from the change in the oscillation frequency by switching to the connection between the second antenna and the oscillation circuit. The position of a human fingertip can be detected without contact. Patent Document 2 discloses a non-contact sensor having an operation principle similar to that of Theremin, in which an antenna is spherical. By making the antenna spherical, fluctuations in capacitance due to differences in hand position can be suppressed, and the oscillation frequency is stabilized, so that the distance between the hand and the antenna can be detected with high accuracy.
また、人間同士においては、手のジェスチャによるコミュニケーションが行われているが、そのような手のジェスチャを電子機器などの操作に応用する試みがなされている。手のジェスチャの違い、言い換えれば人の手の形状の違い(たとえばグーとパーの違い)を検出する方法として、非特許文献1の技術がある。非特許文献1には、手の形状をカメラで撮影して画像から手の形状を抽出し、あらかじめ登録しておいた教師データと照合することで手の動きを検出することが記載されている。 Further, humans communicate with each other using hand gestures, and attempts have been made to apply such hand gestures to operations of electronic devices and the like. As a method for detecting a difference in hand gesture, in other words, a difference in the shape of a human hand (for example, a difference between goo and par), there is a technique of Non-Patent Document 1. Non-Patent Document 1 describes that a hand shape is detected by photographing a hand shape with a camera, extracting the hand shape from an image, and comparing it with pre-registered teacher data. .
手のジェスチャによる電子機器等の操作を行おうとする場合、手の位置検出と指先の動きの検出が必要となる。しかし、非特許文献1に記載された手のジェスチャ検出方法では、カメラなどの画像センサが必要であり、周囲の明るさや背景画像によっては手のジェスチャを検出することができないという問題がある。また、プラスチックや布などでセンサを覆って人の目に触れないようにし、美的外観を損なわないようにすることができない。 When an operation of an electronic device or the like is performed using a hand gesture, it is necessary to detect the position of the hand and the movement of the fingertip. However, the hand gesture detection method described in Non-Patent Document 1 requires an image sensor such as a camera, and there is a problem that the hand gesture cannot be detected depending on the surrounding brightness and the background image. Also, the sensor cannot be covered with plastic or cloth so that it cannot be touched by human eyes, and the aesthetic appearance cannot be impaired.
また、特許文献1、2による手の位置検出では、特定の人だけの手の位置を測定したい場合であっても、その特定の人と他の人との区別ができず、選択的に人の手の位置を測定するということができない。また、指の動きのような細かい動きを検出することはできない。 Further, in the hand position detection according to Patent Documents 1 and 2, even if it is desired to measure the hand position of a specific person, the specific person cannot be distinguished from other persons, and the person can be selectively selected. You can't measure the position of your hand. Further, it is not possible to detect fine movements such as finger movements.
そこで本発明は、動体の動作を非接触で検出することができ、かつその動作検出の分解能が高い動作検出装置を提供することである。 Accordingly, the present invention is to provide a motion detection device that can detect the motion of a moving body in a non-contact manner and has a high resolution for motion detection.
請求項1に係る発明は、動体の動作を非接触で検出する動作検出装置において、マイクロ波を放射する送信アンテナと、互いに離間し、かつ、送信アンテナから離間して配置された、送信アンテナからのマイクロ波を受信する2つの受信アンテナと、2つの受信アンテナによってマイクロ波をそれぞれ受信し、その受信した2つの信号の位相差を検出する検出器と、を有し、検出器によって検出した位相差から、送信アンテナと受信アンテナ間の動作検出領域での動体の動作を検出する、ことを特徴とする動作検出装置である。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a motion detection device that detects a motion of a moving body in a non-contact manner, from a transmission antenna that radiates microwaves and a transmission antenna that is spaced apart from each other and spaced from the transmission antenna. Having two receiving antennas for receiving microwaves and a detector for receiving the microwaves by the two receiving antennas and detecting a phase difference between the two received signals. A motion detection device that detects motion of a moving object in a motion detection region between a transmission antenna and a reception antenna from a phase difference.
請求項2に係る発明は、動体の動作を非接触で検出する動作検出装置において、マイクロ波を放射する互いに離間して配置された2つの送信アンテナと、送信アンテナから離間して配置された、送信アンテナからのマイクロ波を受信する受信アンテナと、を有し、受信アンテナによって、一方の送信アンテナからのマイクロ波と他方の送信アンテナからのマイクロ波との位相差を反映した信号を受信し、その位相差から、送信アンテナと受信アンテナ間の動作検出領域での動体の動作を検出する、ことを特徴とする動作検出装置である。 According to a second aspect of the present invention, in the motion detection device that detects the motion of the moving body in a non-contact manner, the two transmission antennas that are spaced apart from each other that radiate microwaves are disposed apart from the transmission antenna. A reception antenna that receives the microwave from the transmission antenna, and receives the signal reflecting the phase difference between the microwave from one transmission antenna and the microwave from the other transmission antenna by the reception antenna; The motion detection device detects motion of a moving object in a motion detection region between a transmission antenna and a reception antenna from the phase difference.
請求項1、2に係る発明において、マイクロ波は、周波数300MHz〜3THzの電磁波である。高周波数を発振する発振器の入手容易性などの点から、望ましい周波数は2.0〜6.0GHzである。 In the invention according to claims 1 and 2, the microwave is an electromagnetic wave having a frequency of 300 MHz to 3 THz. A desirable frequency is 2.0 to 6.0 GHz from the viewpoint of availability of an oscillator that oscillates at a high frequency.
受信アンテナによって受信した信号は、位相差の検出が容易となるようにダウンコンバートしてもよいし、PLL回路を用いて位相を拡大してもよい。 The signal received by the receiving antenna may be down-converted so that the phase difference can be easily detected, or the phase may be expanded using a PLL circuit.
請求項1に係る発明における検出器は、たとえば下記の請求項3、4に係る発明のように構成することができる。第4の発明のように構成すれば、オフセットが安定し、位置の測定精度を向上させることができる。また、第3の発明のように構成すれば、位置測定精度は落ちるが、構成が簡単となるため装置の低コスト化を図ることができる。
また、請求項2に係る発明においては、たとえば下記の請求項6に係る発明のように構成して位相差を抽出することができる。
The detector in the invention according to claim 1 can be configured as in the inventions according to claims 3 and 4 below, for example. If comprised like 4th invention, offset will be stabilized and the measurement precision of a position can be improved. Further, if configured as in the third invention, the position measurement accuracy is lowered, but the configuration is simplified, so that the cost of the apparatus can be reduced.
Moreover, in the invention which concerns on Claim 2, it comprises like the invention which concerns on the following Claim 6, for example, and can extract a phase difference.
請求項3に係る発明は、検出器は、受信した2つの信号を乗算して出力する乗算器と、乗算器の出力のうち、高周波成分をカットして出力する第1ローパスフィルタと、を有することを特徴とする請求項1に記載の動作検出装置である。 According to a third aspect of the present invention, the detector includes a multiplier that multiplies and outputs the two received signals, and a first low-pass filter that outputs a high-frequency component cut out of the output of the multiplier. The motion detection device according to claim 1.
各受信アンテナと乗算器は直接接続されている必要はなく、増幅器やバンドパスフィルタなどが挿入されて間接的に接続された構成であってもよい。 Each receiving antenna and the multiplier need not be directly connected, and may be configured to be indirectly connected by inserting an amplifier, a band-pass filter, or the like.
請求項4に係る発明は、検出器は、受信アンテナの一方からの信号が入力される第1移相器と、受信アンテナの他方からの信号が入力され、移相量が第1移相器と等しい第2移相器と、受信アンテナの一方で受信する信号と、受信アンテナの他方で受信し、第2移相器によって移相された信号とを乗算して出力する第1乗算器と、受信アンテナの一方で受信し、第1移相器によって移相された信号と、受信アンテナの他方で受信した信号とを乗算して出力する第2乗算器と、第1乗算器の出力と、第2乗算器の出力との差分をとる第1減算器と、第1減算器の出力のうち、高周波成分をカットして出力する第1ローパスフィルタと、を有することを特徴とする請求項1に記載の動作検出装置である。 According to a fourth aspect of the present invention, the detector includes a first phase shifter to which a signal from one of the receiving antennas is input, and a signal from the other of the receiving antenna to which the phase shift amount is the first phase shifter. A first phase shifter that is equal to and a first multiplier that multiplies a signal received by one of the receiving antennas and a signal received by the other of the receiving antennas and phase-shifted by the second phase shifter, and outputs A second multiplier that multiplies a signal received by one of the receiving antennas and phase-shifted by the first phase shifter and a signal received by the other of the receiving antenna, and an output of the first multiplier; A first subtractor that takes a difference from the output of the second multiplier, and a first low-pass filter that outputs a high frequency component out of the output of the first subtractor. 1. The motion detection device according to 1.
受信アンテナの一方と第1移相器あるいは第1乗算器、受信アンテナの他方と第2移相器あるいは第2乗算器、第1移相器と第2乗算器、第2移相器と第1乗算器、第1、2乗算器と減算器、の各区間は直接接続されている必要はなく、増幅器やバンドパスフィルタなどが挿入されて間接的に接続された構成であってもよい。 One of the receiving antennas and the first phase shifter or the first multiplier, the other of the receiving antennas and the second phase shifter or the second multiplier, the first phase shifter and the second multiplier, the second phase shifter and the first The sections of the first multiplier, the first and second multipliers, and the subtractor need not be directly connected, and may be configured to be indirectly connected by inserting an amplifier, a bandpass filter, or the like.
請求項5に係る発明は、第1移相器および第2移相器の移相量は、90°であることを特徴とする請求項4に記載の動作検出装置である。 The invention according to claim 5 is the motion detection device according to claim 4, wherein the amount of phase shift of the first phase shifter and the second phase shifter is 90 °.
請求項6に係る発明は、受信アンテナからの信号を2乗して出力する非線形素子と、非線形素子の出力のうち、高周波成分をカットして出力する第1ローパスフィルタと、をさらに有することを特徴とする請求項2に記載の動作検出装置である。 The invention according to claim 6 further includes: a non-linear element that squares and outputs a signal from the receiving antenna; and a first low-pass filter that outputs a high-frequency component out of the output of the non-linear element. The motion detection device according to claim 2, wherein
受信アンテナと非線形素子は直接接続されている必要はなく、増幅器、バンドパスフィルタなどが挿入されて間接的に接続された構成であってもよい。 The receiving antenna and the nonlinear element do not need to be directly connected, and may be configured to be indirectly connected by inserting an amplifier, a bandpass filter, or the like.
本発明の動作検出装置に、動作検出領域での動体の位置を非接触で測定する位置測定装置をさらに加えて、動体の位置と動作の両方を非接触で検出する位置動作検出装置を構成してもよい。位置測定装置は、動体表面に電磁場を伝搬させる励振器と、動体から離間し、かつ互いに離間して動作検出領域を含むよう配置された第1電極と第2電極とを有して、第1電極および第2電極に至る電磁場の位相差から、動体の位置を測定する電磁場変動検出器と、を有することを特徴とする。 In addition to the motion detection device of the present invention, a position measurement device that measures the position of the moving object in the motion detection region in a non-contact manner is configured to constitute a position motion detection device that detects both the position and motion of the moving object in a non-contact manner May be. The position measuring device includes an exciter for propagating an electromagnetic field on the surface of a moving body, a first electrode and a second electrode that are spaced apart from the moving body and spaced apart from each other to include a motion detection region. And an electromagnetic field fluctuation detector for measuring the position of the moving body from the phase difference of the electromagnetic field reaching the electrode and the second electrode.
このような位置測定装置を設けることにより、動体の位置を検出することができるとともに、励振器によって励振された動体のみの位置を検出することができ、他の動体を検出しないようにすることができる。つまり、特定の動体と他の動体とを区別して位置の検出を行うことができる。 By providing such a position measuring device, it is possible to detect the position of the moving object, to detect only the position of the moving object excited by the exciter, and not to detect other moving objects. it can. That is, the position can be detected by distinguishing a specific moving body from other moving bodies.
励振器は、動体表面に電磁波を伝搬することができる位置に取り付けられていればよく、動体に直接取り付けられていてもよいし、動体と接触する他の物体に取り付けられていてもよい。励振器の発振周波数は、たとえば人体表面を電磁場が伝搬することができる周波数帯であれば1〜100MHzである。 The exciter is only required to be attached to a position where electromagnetic waves can be propagated to the surface of the moving body, and may be directly attached to the moving body, or may be attached to another object that contacts the moving body. The oscillation frequency of the exciter is, for example, 1 to 100 MHz in a frequency band where an electromagnetic field can propagate on the human body surface.
電磁場変動検出器は、たとえば以下のように構成することができる。
電磁場変動検出器は、第1電極に接続する第3移相器と、第2電極に接続し、移相量が第3移相器と等しい第4移相器と、第1電極で受信する信号と、第2電極で受信し、第4移相器によって移相された信号とを乗算して出力する第3乗算器と、第1電極で受信し、第3移相器によって移相された信号と、第2電極で受信した信号とを乗算して出力する第4乗算器と、第3乗算器の出力と、第4乗算器の出力との差分をとる第2減算器と、第1減算器の出力のうち、高周波成分をカットして出力する第2ローパスフィルタとを有する。
このように構成すれば、オフセットが安定し、位置の測定精度を向上させることができる。
The electromagnetic field fluctuation detector can be configured as follows, for example.
The electromagnetic field variation detector receives the third phase shifter connected to the first electrode, the fourth phase shifter connected to the second electrode and having the same phase shift amount as the third phase shifter, and the first electrode. A third multiplier that multiplies the signal and a signal received by the second electrode and phase-shifted by the fourth phase shifter, and a signal received by the first electrode and phase-shifted by the third phase shifter. A fourth multiplier that multiplies the received signal by the signal received by the second electrode and outputs the result, a second subtractor that takes a difference between the output of the third multiplier and the output of the fourth multiplier, A second low-pass filter that cuts out and outputs a high-frequency component of the output of one subtractor.
If comprised in this way, offset will be stabilized and the measurement accuracy of a position can be improved.
また、上記の電磁場変動検出器の構成において、第3移相器および第4移相器の移相量は、90°とするのがよい。電磁場変動検出器の出力が最大となり、オフセットが安定するため、位置検出精度が向上するためである。 In the configuration of the electromagnetic field fluctuation detector, the amount of phase shift of the third phase shifter and the fourth phase shifter is preferably 90 °. This is because the position detection accuracy is improved because the output of the electromagnetic field fluctuation detector is maximized and the offset is stabilized.
本発明において、動作を検出する動体は、たとえば人の手などの人体の部位であり、人以外の動物などの動作を検出することにも用いることが可能であるし、無機物の動作、たとえば自動車やロボット等の動作の検出にも用いることがで可能である。 In the present invention, the moving body for detecting the movement is a part of a human body such as a human hand, and can be used for detecting the movement of an animal other than a human. It can also be used to detect the movement of a robot or the like.
本発明によれば、動体の動作によるマルチパスの変化を、信号の位相差として検出することができるので、非接触で動体の動作を検出することができる。特にマイクロ波の放射を用いているため、高い分解能で動作を検出することができる。たとえば、手の指の動きなどの細かい動きを非接触で検出することができる。また、請求項9に係る発明によると、特定の動体と他の動体とを区別して、その特定の動体の位置を検出することができる。たとえば、手の動き(手の位置)と指の動きの双方を非接触で検出することができるため、手のジェスチャを検出してそのジェスチャに応じた機器の操作を行うことが可能となる。 According to the present invention, a change in multipath due to the motion of a moving object can be detected as a phase difference between signals, so that the motion of the moving object can be detected without contact. In particular, since microwave radiation is used, the operation can be detected with high resolution. For example, a fine movement such as a finger movement of a hand can be detected without contact. According to the ninth aspect of the invention, it is possible to distinguish a specific moving object from other moving objects and detect the position of the specific moving object. For example, since both hand movement (hand position) and finger movement can be detected in a non-contact manner, it is possible to detect a hand gesture and operate a device in accordance with the gesture.
以下、本発明の具体的な実施例について、図を参照に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, specific examples of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the examples.
図1は、実施例1の動作検出装置1の構成を示した図である。実施例1の動作検出装置1は、放射器7と、位相差検出器2と、で構成されている。 FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the motion detection apparatus 1 according to the first embodiment. The operation detection apparatus 1 according to the first embodiment includes a radiator 7 and a phase difference detector 2.
[放射器7の構成]
放射器7は、図1に示すように、発振器10と、バンドパスフィルタ11、増幅器12を介して発振器10に接続する送信アンテナ13と、によって構成されている。バンドパスフィルタ11は、発振器10の発振する電気信号の周波数帯のみを透過させるものであり、増幅器12はその透過帯域の電気信号を増幅するものである。これらバンドパスフィルタ11、増幅器12は必ずしも必要なものではないが、ノイズ等を除去して出力を高め、実施例1の動作検出装置1の動作感度を向上させるためにはこれらを設けることが望ましい。増幅器12によって増幅された電気信号は、送信アンテナ13より電磁波として空間に放射される。
[Configuration of radiator 7]
As shown in FIG. 1, the radiator 7 includes an oscillator 10 and a transmission antenna 13 connected to the oscillator 10 via a band pass filter 11 and an amplifier 12. The band pass filter 11 transmits only the frequency band of the electric signal oscillated by the oscillator 10, and the amplifier 12 amplifies the electric signal in the transmission band. These bandpass filter 11 and amplifier 12 are not necessarily required, but it is desirable to provide them in order to remove noise and the like to increase the output and improve the operation sensitivity of the operation detection apparatus 1 of the first embodiment. . The electric signal amplified by the amplifier 12 is radiated from the transmitting antenna 13 to the space as an electromagnetic wave.
放射器7は、人の指先の動きを検出したい場所近傍に設置されている。発振器10は、マイクロ波を発振するものであればよく、たとえば300MHz〜3THzの発振周波数である。マイクロ波であれば、高い分解能で動作検出を行うことができる。つまり、手の指先の動きなどの小さな部位の動作を検出可能である。高周波数を発振可能な発振器10の入手容易性などの点から、2.0〜6.0GHzが望ましい。 The radiator 7 is installed in the vicinity of a place where it is desired to detect the movement of a human fingertip. The oscillator 10 only needs to oscillate microwaves, and has an oscillation frequency of 300 MHz to 3 THz, for example. With a microwave, motion detection can be performed with high resolution. That is, it is possible to detect the movement of a small part such as the movement of the fingertip of the hand. From the point of availability of the oscillator 10 capable of oscillating at a high frequency, 2.0 to 6.0 GHz is desirable.
[位相差検出器2の構成]
位相差検出器2は、図1に示すように、放射器7の送信アンテナ13から所定の距離離れた場所に位置し、かつ、互いに離間して設けられた2つの受信アンテナ20A、Bを有している。また、送信アンテナ13、受信アンテナ20A、Bが結ぶ領域が、手の指の動きを検出したい領域(動作検出領域)と重なるように、送信アンテナ13、受信アンテナ20A、Bは配置されている。そのような配置であれば、送信アンテナ13と受信アンテナ20A、B間の距離、および受信アンテナ20A、B間の距離は任意である。この2つのアンテナ20A、Bによって、アンテナ13からの電気信号を受信する。アンテナ20A、Bは、それぞれバンドパスフィルタ21A、B、増幅器22A、Bを介して乗算器23A、Bの入力側に接続されている。バンドパスフィルタ21A、Bは、発振器10の発振周波数帯のみを透過するものであり、増幅器22A、Bは、それぞれバンドパスフィルタ21A、Bからの電気信号を増幅するものである。
[Configuration of Phase Difference Detector 2]
As shown in FIG. 1, the phase difference detector 2 is provided with two receiving antennas 20A and 20B which are located at a predetermined distance from the transmitting antenna 13 of the radiator 7 and are provided apart from each other. doing. In addition, the transmission antenna 13 and the reception antennas 20A and B are arranged so that an area where the transmission antenna 13 and the reception antennas 20A and B are connected overlaps an area (motion detection area) where it is desired to detect finger movement. With such an arrangement, the distance between the transmitting antenna 13 and the receiving antennas 20A and 20B and the distance between the receiving antennas 20A and 20B are arbitrary. The electric signals from the antenna 13 are received by the two antennas 20A and 20B. The antennas 20A and 20B are connected to the input sides of the multipliers 23A and 23B through band pass filters 21A and 21B and amplifiers 22A and 22B, respectively. The bandpass filters 21A and B transmit only the oscillation frequency band of the oscillator 10, and the amplifiers 22A and 22A amplify electric signals from the bandpass filters 21A and B, respectively.
また、乗算器23A、Bのもう一方の入力側にはPLL(Phase−locked loop)回路24が共通して接続されている。PLL回路24は、周波数が発振器10の発振周波数に近い信号を生成するものである。この乗算器23A、Bにおいて、アンテナ20A、Bからの電気信号にPLL回路24からの信号を乗ずることで、アンテナ20Aで受信した電気信号と、アンテナ20Bで受信した電気信号との位相を比較しやすい中間周波数の電気信号へとダウンコンバートしている。 A PLL (Phase-locked loop) circuit 24 is commonly connected to the other input side of the multipliers 23A and 23B. The PLL circuit 24 generates a signal whose frequency is close to the oscillation frequency of the oscillator 10. In the multipliers 23A and 23B, the phase of the electrical signal received by the antenna 20A is compared with the phase of the electrical signal received by the antenna 20B by multiplying the electrical signal from the antennas 20A and 20B by the signal from the PLL circuit 24. Down-converted to easy intermediate frequency electrical signal.
なお、乗算器23A、BとPLL回路24とを用いたダウンコンバートは、必ずしも必要ではない。放射器7の発振器10の発振周波数が低いものを用いる場合には、乗算器23A、B、PLL回路24を省略した構成としてもよい。 Note that down-conversion using the multipliers 23A and 23B and the PLL circuit 24 is not always necessary. In the case where the oscillator 10 having a low oscillation frequency is used, the multipliers 23A, B and the PLL circuit 24 may be omitted.
乗算器23A、Bの出力側は、それぞれバンドパスフィルタ25A、B、増幅器27A、Bを介して、乗算器28の2つの入力側に接続されている。バンドパスフィルタ25A、Bは中間周波数帯の信号のみを透過させるものである。増幅器27A、BはPLL回路26A、Bからの電気信号を増幅させるものである。また、乗算器28は、増幅器27A、Bからの電気信号を乗じて出力する。そして、増幅器26によって増幅された後、乗算器28による乗算によって生じる和信号と差信号のうち、ローパスフィルタ29によって差信号が取り出され、位相差検出器2の出力として取り出される。この位相差検出器2から出力される電気信号は、アンテナ20Aで受信した電気信号と、アンテナ20Bで受信した電気信号との位相差に対応したDC値である。 The output sides of the multipliers 23A and B are connected to the two input sides of the multiplier 28 via bandpass filters 25A and 25 and amplifiers 27A and 27B, respectively. The bandpass filters 25A and 25B transmit only signals in the intermediate frequency band. The amplifiers 27A and B amplify the electric signals from the PLL circuits 26A and B. The multiplier 28 multiplies the electric signals from the amplifiers 27A and 27B and outputs the result. Then, after being amplified by the amplifier 26, the difference signal is extracted by the low-pass filter 29 out of the sum signal and the difference signal generated by the multiplication by the multiplier 28, and is extracted as the output of the phase difference detector 2. The electrical signal output from the phase difference detector 2 is a DC value corresponding to the phase difference between the electrical signal received by the antenna 20A and the electrical signal received by the antenna 20B.
[位相差検出器の変形例]
位相差検出器2は、受信アンテナ20A、Bで受信した電気信号の位相差を検出することができる構成であれば他の構成を用いることもできる。たとえば、図2に示す構成を採用することも可能である。図2に示す変形例の位相差検出器は、実施例1の位相差検出器2における、バンドパスフィルタ25A、Bから増幅器26までの区間の構成を次のように置き替えたものである。バンドパスフィルタ25Aの出力は2分配され、一方は増幅器127を介して乗算器129Aに接続され、他方は移相器128B、増幅器127を介して乗算器129Bに接続されている。また、バンドパスフィルタ25Bの出力も2分配され、一方は増幅器127を介して乗算器129Bに接続され、他方は移相器128Bと移相量の等しい移相器128A、および増幅器127を介して乗算器129Aに接続されている。乗算器129A、Bの出力側は減算器120に接続されていて、減算器の出力側は増幅器26に接続されている。
[Modification of phase difference detector]
The phase difference detector 2 can use another configuration as long as it can detect the phase difference of the electrical signals received by the receiving antennas 20A and 20B. For example, the configuration shown in FIG. 2 can be adopted. The phase difference detector of the modification shown in FIG. 2 is obtained by replacing the configuration of the section from the bandpass filters 25A and 25B to the amplifier 26 in the phase difference detector 2 of the first embodiment as follows. The output of the band pass filter 25A is divided into two, one being connected to the multiplier 129A via the amplifier 127, and the other being connected to the multiplier 129B via the phase shifter 128B and the amplifier 127. The output of the bandpass filter 25B is also divided into two parts, one being connected to the multiplier 129B via the amplifier 127, and the other being connected to the phase shifter 128A having the same phase shift amount as the phase shifter 128B, and the amplifier 127. It is connected to the multiplier 129A. The output sides of the multipliers 129 </ b> A and B are connected to the subtractor 120, and the output side of the subtractor is connected to the amplifier 26.
この変形例の位相差検出器では、実施例1の位相差検出器2と同様に、アンテナ20Aで受信した電気信号と、アンテナ20Bで受信した電気信号との位相差を反映したDC値が出力として得られる。その出力は、実施例1の位相差検出器2に比べて大きな値であるため、より高感度な動作検出が可能である。特に、変形例の位相差検出器において移相器128A、Bの位相量として90°を選べば、出力は実施例1の位相差検出器2に比べて2倍大きな値となり、さらに高感度な動作検出が可能となる。また、出力が正弦波となり、位相差が0のときに出力が0となるため、位相差の変動の検出がより容易になるとともに、動作検出精度も向上する。 In the phase difference detector of this modification, as in the phase difference detector 2 of the first embodiment, a DC value reflecting the phase difference between the electrical signal received by the antenna 20A and the electrical signal received by the antenna 20B is output. As obtained. Since the output is larger than that of the phase difference detector 2 of the first embodiment, it is possible to detect operation with higher sensitivity. In particular, if 90 ° is selected as the phase amount of the phase shifters 128A and B in the phase difference detector of the modified example, the output is twice as large as that of the phase difference detector 2 of the first embodiment, and the sensitivity is higher. Motion detection is possible. Further, since the output is a sine wave and the output is 0 when the phase difference is 0, it is easier to detect the variation in the phase difference and the operation detection accuracy is improved.
[実施例1の動作検出装置1の動作]
次に、実施例1の動作検出装置1の動作について説明する。ここでは、送信アンテナ13と受信アンテナ20A、B間に手のひらを位置させ、手の指の動きを検出する場合を想定する。このとき、手の指の動きに応じて送信アンテナ13から受信アンテナ20A、Bに至るマルチパスが変化するため、受信アンテナ20Aが受信する信号と、受信アンテナ20Bが受信する信号とでは、位相に違いが生じる。このように、手の指の動きと信号の位相差に対応があるため、位相差検出器2によって位相差を検出することで手の指の動きを非接触で検出することができる。実施例1の動作検出装置1が高分解能である理由は、細かい動きによる微小なマルチパスの変化であっても、マイクロ波を用いているため位相差は大きな値であり、位相差を検出することができるためである。また、実施例1の動作検出装置1は、マイクロ波を用いて非接触で動作を検出するため、布やプラスチックなどの素材で動作検出装置1を隠すことができ、周囲のデザイン性を損なわずに動作の検出を行うことができる。
[Operation of Operation Detection Device 1 of First Embodiment]
Next, the operation of the motion detection device 1 according to the first embodiment will be described. Here, it is assumed that the palm is positioned between the transmitting antenna 13 and the receiving antennas 20A and B, and the movement of the finger of the hand is detected. At this time, since the multipath from the transmitting antenna 13 to the receiving antennas 20A and 20B changes according to the movement of the finger of the hand, the phase between the signal received by the receiving antenna 20A and the signal received by the receiving antenna 20B A difference is made. Thus, since there is a correspondence between the movement of the finger of the hand and the phase difference between the signals, the movement of the finger of the hand can be detected in a non-contact manner by detecting the phase difference by the phase difference detector 2. The reason why the motion detection apparatus 1 of the first embodiment has a high resolution is that even if a minute multipath change due to a fine motion is used, the phase difference is large because a microwave is used, and the phase difference is detected. Because it can. In addition, since the motion detection device 1 according to the first embodiment detects a motion in a non-contact manner using a microwave, the motion detection device 1 can be hidden by a material such as cloth or plastic, and the surrounding design is not impaired. It is possible to detect the operation.
なお、実施例1の動作検出装置1は、上記のようにマルチパスの変化を位相差として検出する動作原理であるが、そのマルチパスは透過型のものと反射型のもののどちらであってもかまわない。透過型は、送信アンテナ13と受信アンテナ20A、Bの間に動体が位置するようにする場合であり、送信アンテナ13から動体を迂回、透過して受信アンテナ20A、Bに至るようなマルチパスを形成する場合である。反射型は、レーダと同様の原理であり、動体を含み、送信アンテナ13と動体とを結ぶ直線に垂直な平面に対して、2つの受信アンテナ20A、Bが送信アンテナ13と同じ面側に配置されている場合であり、送信アンテナ13から動体によって反射されて受信アンテナ20A、Bに至るようなパスを形成する場合である。 The operation detection device 1 according to the first embodiment is based on the operation principle of detecting a change in multipath as a phase difference as described above. The multipath may be either a transmission type or a reflection type. It doesn't matter. The transmission type is a case where a moving object is positioned between the transmitting antenna 13 and the receiving antennas 20A and 20B, and a multipath that bypasses and transmits the moving object from the transmitting antenna 13 to reach the receiving antennas 20A and 20B. This is the case. The reflection type is based on the same principle as that of radar, and includes two moving antennas, and two receiving antennas 20A and 20B are arranged on the same plane side as the transmitting antenna 13 with respect to a plane perpendicular to a straight line connecting the transmitting antenna 13 and the moving object. This is a case where a path is formed that is reflected from the transmitting antenna 13 by a moving object and reaches the receiving antennas 20A and 20B.
以上のように、実施例1の動作検出装置1では、送信アンテナ13からマイクロ波を放射して2つの受信アンテナ20A、Bで受信し、送信アンテナ13と受信アンテナ20A、B間での人の指先の動きの変化による受信信号の位相差の変化を検出することにより、人の指先の動きを非接触で検出することができる。この実施例1の動作検出装置1は、手によるジェスチャなどの細かい動作を検出して電子機器等の操作を行うことができる。 As described above, in the motion detection device 1 according to the first embodiment, microwaves are radiated from the transmission antenna 13 and received by the two reception antennas 20A and 20B, and the human being between the transmission antenna 13 and the reception antennas 20A and 20B is received. By detecting the change in the phase difference of the received signal due to the change in the fingertip movement, the movement of the human fingertip can be detected in a non-contact manner. The motion detection device 1 according to the first embodiment can detect a fine motion such as a gesture by hand and operate an electronic device or the like.
図3は、実施例2の位置動作検出装置の構成を示した図である。実施例2の位置動作検出装置は、実施例1の動作検出装置1に、位置測定装置3を追加したものである。 FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the position motion detection apparatus according to the second embodiment. The position motion detection device according to the second embodiment is obtained by adding a position measurement device 3 to the motion detection device 1 according to the first embodiment.
位置測定装置3は、図4に示すように、動体に取り付けられる励振器4と、励振器4から離間して配置された2つの電磁場変動検出器5とによって構成されている。ただし、図4では2つの電磁場変動検出器5のうち、一方のみを図示している。 As shown in FIG. 4, the position measuring device 3 includes an exciter 4 attached to a moving body and two electromagnetic field fluctuation detectors 5 that are arranged apart from the exciter 4. However, in FIG. 4, only one of the two electromagnetic field fluctuation detectors 5 is illustrated.
[励振器4の構成]
励振器4は、発振器40と、バンドパスフィルタ41および増幅器43を介して発振器40と接続する電極42と、によって構成されている。発振器40の発振周波数は、電磁場が動体表面を伝搬することができる周波数であり、人体であれば1〜100MHzである。バンドパスフィルタ41は、発振器40の発振する電気信号の周波数帯のみを透過するものであり、増幅器43はバンドパスフィルタ41を透過した電気信号を増幅するものである。また、電極42は、増幅器43からの電気信号によって電磁場を励振し、動体表面に電磁場を伝搬させるものである。バンドパスフィルタ41や増幅器43は必ずしも必要なものではないが、ノイズ等を除去して位置測定精度を高めるためにはこれらを設けることが望ましい。
[Configuration of Exciter 4]
The exciter 4 includes an oscillator 40 and an electrode 42 connected to the oscillator 40 via a band pass filter 41 and an amplifier 43. The oscillation frequency of the oscillator 40 is a frequency at which an electromagnetic field can propagate on the surface of a moving body, and is 1 to 100 MHz for a human body. The band pass filter 41 transmits only the frequency band of the electric signal oscillated by the oscillator 40, and the amplifier 43 amplifies the electric signal transmitted through the band pass filter 41. Further, the electrode 42 excites an electromagnetic field by an electric signal from the amplifier 43 and propagates the electromagnetic field to the moving body surface. The band-pass filter 41 and the amplifier 43 are not necessarily required, but it is desirable to provide them in order to remove noise and improve the position measurement accuracy.
電極42は、たとえば円板状、方形状などの形状とすることができる。電極42の大きさを、電磁場の波長の1/100程度以下に小さくすれば、電極42からの放射モードはなく、エバネセット波による近接場が電極42の周囲に形成される。たとえば100MHzであれば、電極42は3cm以下(電極42の最も長い部分、円板状であれば直径、方形状であれば対角線)とすればよい。 The electrode 42 may have a disk shape, a square shape, or the like, for example. If the size of the electrode 42 is reduced to about 1/100 or less of the wavelength of the electromagnetic field, there is no radiation mode from the electrode 42 and a near field by an evanescent set wave is formed around the electrode 42. For example, in the case of 100 MHz, the electrode 42 may be 3 cm or less (the longest part of the electrode 42, the diameter if it is a disc, the diagonal if it is a square).
この励振器4は、動作の検出対象である人体に取り付けられていて、この実施例において動体は手である。励振器4はこの実施例2のように動体に直接取り付けてもよいが、動体以外の場所に取り付け、電磁場を励振して動体に伝搬させるようにしてもよい。 The exciter 4 is attached to a human body that is a motion detection target. In this embodiment, the moving body is a hand. The exciter 4 may be directly attached to the moving body as in the second embodiment, but may be attached to a place other than the moving body to excite an electromagnetic field and propagate to the moving body.
[電磁場変動検出器5の構成]
電磁場変動検出器5は、互いに離間して設けられた2つの電極50A、B(本発明の第1電極、第2電極に相当)を有している。電極50A、Bは、励振器4によって人体表面を伝搬する電磁場を電気信号として受信するものである。電極50Aにはバンドパスフィルタ51A、増幅器52Aが、電極50Bにはバンドパスフィルタ51B、増幅器52Bが、それぞれ接続されている。バンドパスフィルタ51A、Bは、発振器40の発振周波数帯のみを透過するものであり、増幅器52A、Bは、それぞれバンドパスフィルタ51A、Bからの電気信号を増幅するものである。
[Configuration of electromagnetic field fluctuation detector 5]
The electromagnetic field fluctuation detector 5 includes two electrodes 50A and B (corresponding to the first electrode and the second electrode of the present invention) provided apart from each other. The electrodes 50 </ b> A and B receive an electromagnetic field propagating on the human body surface as an electric signal by the exciter 4. A band pass filter 51A and an amplifier 52A are connected to the electrode 50A, and a band pass filter 51B and an amplifier 52B are connected to the electrode 50B, respectively. The bandpass filters 51A and 51B transmit only the oscillation frequency band of the oscillator 40, and the amplifiers 52A and 52A amplify electric signals from the bandpass filters 51A and 51B, respectively.
また、電磁場変動検出器5は、乗算器53A、Bをそれぞれ有している。乗算器53Aには、増幅器54を介して増幅器52Aと接続し、移相器55A、増幅器54を介して増幅器52Bと接続している。一方、乗算器53Bには、移相器55B、増幅器54を介して増幅器52Aと接続し、増幅器54を介して増幅器52Bと接続している。移相器55Aは電極50Bからの、移相器55Bは電極50Bからの電気信号を移相して出力するものであり、その移相量は等しく設定されている。乗算器53Aは、電極50Aからの電気信号と、移相器55Aによって移相された電極50Bからの電気信号とを乗算して出力するものである。また、乗算器53Bは、電極50Bからの電気信号と、移相器55Bによって移相された電極50Aからの電気信号とを乗算して出力するものである。 The electromagnetic field fluctuation detector 5 has multipliers 53A and 53B, respectively. The multiplier 53A is connected to the amplifier 52A via the amplifier 54, and is connected to the amplifier 52B via the phase shifter 55A and the amplifier 54. On the other hand, the multiplier 53B is connected to the amplifier 52A via the phase shifter 55B and the amplifier 54, and is connected to the amplifier 52B via the amplifier 54. The phase shifter 55A outputs the phase of the electrical signal from the electrode 50B, and the phase shifter 55B outputs the phase of the electrical signal from the electrode 50B, and the phase shift amount is set equal. The multiplier 53A multiplies the electrical signal from the electrode 50A and the electrical signal from the electrode 50B phase-shifted by the phase shifter 55A and outputs the result. The multiplier 53B multiplies the electrical signal from the electrode 50B and the electrical signal from the electrode 50A phase-shifted by the phase shifter 55B and outputs the result.
乗算器53A、Bの出力側は減算器56が接続していて、それぞれの出力する電気信号の差分をとって出力する。減算器56の出力側は、増幅器57、ローパスフィルタ58が順に接続している。増幅器57は、減算器56の出力する電気信号を増幅するものであり、ローパスフィルタ58は、高周波成分(直流成分に近い電気信号以外)をカットして出力するものである。 The output side of the multipliers 53A, B is connected to a subtractor 56, which takes the difference between the output electrical signals and outputs the difference. On the output side of the subtractor 56, an amplifier 57 and a low-pass filter 58 are connected in order. The amplifier 57 amplifies the electric signal output from the subtractor 56, and the low-pass filter 58 cuts and outputs a high frequency component (other than an electric signal close to a direct current component).
以下、一方の電磁場変動検出器5の電極50A、Bに対応する、他方の電磁場変動検出器5の電極を50C、Dとする。電極50A〜Dは矩形の枠状のプラスチックフレーム6上に配置されており、電極50A、B間を結ぶ直線(x軸方向に平行な直線)と、電磁場変動検出器5の電極50C、D間を結ぶ直線(y軸方向に平行な直線)が、直交するように配置されている。また、放射器7の送信アンテナ13は、電極50D近傍に配置され、位相差検出器2の受信アンテナ20A、Bは、電極50C近傍に配置されている。プラスチックフレーム6で囲われた領域が動作検出領域となっている。なお、電極50A、Bを結ぶ直線と電極50C、Dを結ぶ直線が直交するように配置したが、必ずしもその必要はなく、2つの直線が角度を成すように配置すればよい。ただし、位置測定の精度向上のためには直交させることが望ましい。また、送信アンテナ13、受信アンテナ20A、Bと、電極A〜Dとの位置関係は、必ずしも上記のようにする必要はなく、放射器7および位相差検出器2による動作検出領域と、位置測定装置3による動体検出領域が重なるように、送信アンテナ13、受信アンテナ20A、Bと、電極50A〜Dとを配置すればよい。 Hereinafter, the electrodes of the other electromagnetic field fluctuation detector 5 corresponding to the electrodes 50A and 50B of one electromagnetic field fluctuation detector 5 are denoted by 50C and D, respectively. The electrodes 50A to 50D are disposed on a rectangular frame-shaped plastic frame 6, and a straight line connecting the electrodes 50A and 50B (a straight line parallel to the x-axis direction) and between the electrodes 50C and D of the electromagnetic field fluctuation detector 5 are disposed. Are arranged so as to be orthogonal to each other (a straight line parallel to the y-axis direction). Further, the transmission antenna 13 of the radiator 7 is disposed in the vicinity of the electrode 50D, and the reception antennas 20A and 20B of the phase difference detector 2 are disposed in the vicinity of the electrode 50C. An area surrounded by the plastic frame 6 is an operation detection area. The straight line connecting the electrodes 50A and 50B and the straight line connecting the electrodes 50C and D are arranged so as to be orthogonal to each other. However, it is not always necessary, and the two straight lines may be arranged at an angle. However, in order to improve the accuracy of position measurement, it is desirable to make them orthogonal. In addition, the positional relationship between the transmitting antenna 13, the receiving antennas 20A and 20B, and the electrodes A to D is not necessarily as described above, and the motion detection region by the radiator 7 and the phase difference detector 2 and the position measurement are not necessarily required. What is necessary is just to arrange | position the transmitting antenna 13, receiving antenna 20A, B, and electrode 50A-D so that the moving body detection area by the apparatus 3 may overlap.
[位置測定装置3の動作]
位置測定装置3では、プラスチックフレーム6に励振器4によって励振された動体を近づけた場合に、2つの電磁場変動検出器5の出力するそれぞれの電圧値から、x軸方向における動体の位置と、y軸方向における動体の位置(手先の位置)を測定することができる。つまり、動体の二次元的な位置を非接触で測定することができる。以下、位置測定装置3のx軸方向における動体位置測定の動作について説明する。
[Operation of Position Measuring Device 3]
In the position measuring device 3, when the moving body excited by the exciter 4 is brought close to the plastic frame 6, the position of the moving body in the x-axis direction and the y-axis are calculated from the respective voltage values output from the two electromagnetic field fluctuation detectors 5. The position of the moving body (the position of the hand) in the axial direction can be measured. That is, the two-dimensional position of the moving object can be measured in a non-contact manner. Hereinafter, the operation of moving object position measurement in the x-axis direction of the position measuring device 3 will be described.
まず、動体に取り付けられた励振器4によって、動体表面に電磁場を伝搬させる。つまり、発振器40によって電気信号を発振させ、バンドパスフィルタ41を通してノイズ成分等を除去して増幅器43によって電気信号を増幅したのち、電極42より電磁場を励振させて動体表面に電磁場を伝搬させる。動体が人体であれば、1〜100MHz帯の周波数を発振器40によって発振させる。周波数が1〜100MHzの範囲であれば、励振された電磁場を人体表面に伝搬させることができる。なお、人体は比誘電率が高いため、波長が大きく短縮されて伝搬しているものと推察される。たとえば10.7MHzでは人体の比誘電率はおよそ160程度となり、非常に高い値となっている。 First, an electromagnetic field is propagated to the surface of the moving body by the exciter 4 attached to the moving body. That is, an electric signal is oscillated by the oscillator 40, noise components and the like are removed through the bandpass filter 41 and the electric signal is amplified by the amplifier 43, and then the electromagnetic field is excited from the electrode 42 to propagate the electromagnetic field to the surface of the moving body. If the moving body is a human body, the oscillator 40 oscillates a frequency of 1 to 100 MHz band. If the frequency is in the range of 1 to 100 MHz, the excited electromagnetic field can be propagated to the human body surface. Since the human body has a high relative dielectric constant, it is assumed that the wavelength is greatly shortened and propagates. For example, at 10.7 MHz, the relative dielectric constant of the human body is about 160, which is a very high value.
電磁場変動検出器5の2つの電極50A、Bは、動体に近い位置に、動体には接触させずに配置されており、2つの電極50A、Bによって、動体表面を伝搬する電磁場を電気信号として受信する。この電極50A、Bで受信する電気信号は、動体位置と電極50A、Bとの相対的な距離に応じて位相が異なる。 The two electrodes 50A and B of the electromagnetic field fluctuation detector 5 are arranged at a position close to the moving body without being in contact with the moving body, and the electromagnetic field propagating on the surface of the moving body by the two electrodes 50A and B is used as an electric signal. Receive. The phases of the electric signals received by the electrodes 50A and 50B differ depending on the relative distance between the moving body position and the electrodes 50A and 50B.
電磁場変動検出器5の電極50Aで受信する電気信号をcos(ωt+θA)、電極50Bで受信する電気信号をcos(ωt+θB)、ここでωは2πfであり、fは発振器40の発振周波数、とすると、乗算器53Aには電気信号cos(ωt+θA)と移相器55Aによって位相がφ遅らされた電気信号cos(ωt+θB−φ)が入力される。また、乗算器53Bには電気信号cos(ωt+θB)と移相器55Bによって移相がφ遅らされた電気信cos(ωt+θA−φ)が入力される。したがって、乗算器53Aの出力は、cos(ωt+θA)・cos(ωt+θB−φ)であり、後段のローパスフィルタ28でカットされる高周波成分を除けば、(1/2)・cos(ψ+φ)である。ここで、θA−θB、すなわち位相差をψと置いた。同様に乗算器53Bの出力は、(1/2)・cos(ψ−φ)となる。 The electrical signal received at the electrode 50A of the electromagnetic field fluctuation detector 5 is cos (ωt + θA), the electrical signal received at the electrode 50B is cos (ωt + θB), where ω is 2πf, and f is the oscillation frequency of the oscillator 40. The multiplier 53A receives the electric signal cos (ωt + θA) and the electric signal cos (ωt + θB−φ) whose phase is delayed by φ by the phase shifter 55A. The multiplier 53B receives the electric signal cos (ωt + θB) and the electric signal cos (ωt + θA−φ) whose phase shift is delayed by φ by the phase shifter 55B. Therefore, the output of the multiplier 53A is cos (ωt + θA) · cos (ωt + θB−φ), and is (½) · cos (ψ + φ) except for the high-frequency component cut by the low-pass filter 28 at the subsequent stage. . Here, θA−θB, that is, the phase difference is set as ψ. Similarly, the output of the multiplier 53B is (1/2) · cos (ψ−φ).
乗算器53A、Bから出力される電気信号(1/2)・cos(ψ+φ)および(1/2)・cos(ψ−φ)は、減算器56に入力される。減算器56からの出力は、(1/2)・cos(ψ−φ)−(1/2)・cos(ψ+φ)=sinψ・sinφとなる。その後、増幅器57で信号が増幅されたのち、ローパスフィルタ58によってすでに計算上省略した高周波数成分がカットされて、sinψ・sinφが出力される。 The electrical signals (1/2) · cos (ψ + φ) and (1/2) · cos (ψ−φ) output from the multipliers 53 A and B are input to the subtractor 56. The output from the subtractor 56 is (1/2) · cos (ψ−φ) − (1/2) · cos (ψ + φ) = sinψ · sinφ. Thereafter, after the signal is amplified by the amplifier 57, the high frequency component which has already been omitted in the calculation is cut by the low-pass filter 58, and sinφ · sinφ is output.
このsinψ・sinφの電圧値は、電極50A、Bで受信する電気信号の位相差ψ(=θA−θB)に対応した値であり、さらにその位相差ψは、電極50A、Bの近傍にある動体のx軸方向の位置に対応した値である。したがって、電気信号sinψ・sinφの電圧値から、電極50A、Bの近傍にある動体のx軸方向の位置を測定することができる。なお、この結果が示すように、φが90°のときにsinφ=1より出力が最大となるため、移相器55A、Bの移相量φは90°に設定することが望ましい。位置測定の感度を向上させることができるためである。 The voltage value of sinψ · sinφ is a value corresponding to the phase difference ψ (= θA−θB) of the electrical signal received by the electrodes 50A, B, and the phase difference ψ is in the vicinity of the electrodes 50A, B. It is a value corresponding to the position of the moving body in the x-axis direction. Therefore, the position of the moving body in the vicinity of the electrodes 50A, B in the x-axis direction can be measured from the voltage value of the electrical signal sinψ · sinφ. As shown in this result, when φ is 90 °, the output becomes maximum from sin φ = 1, so that the phase shift amount φ of the phase shifters 55A and 55B is desirably set to 90 °. This is because the sensitivity of position measurement can be improved.
同様にして、動体のy軸方向の位置をもう一方の電磁場変動検出器5にて測定することができる。そのため、位置測定装置3によると動体の二次元的な位置を非接触で測定することができる。 Similarly, the position of the moving body in the y-axis direction can be measured by the other electromagnetic field fluctuation detector 5. Therefore, according to the position measuring device 3, the two-dimensional position of the moving body can be measured without contact.
なお、上記のように電磁場変動検出器5では、受信した2つの電気信号をそれぞれ2つに分割し、それぞれの一方をディレイしたのち乗算して差分を取っている。これは、単に受信した電気信号を乗算して高周波成分をカットするだけではオフセットが安定せず、位置の測定精度が悪化してしまうためである。ただし、高い位置精度が求められていない場合には、電磁場変動検出器5から移相器55A、B、乗算器53B、減算器56を削除した構成とすることもできる。 As described above, the electromagnetic field fluctuation detector 5 divides the received two electric signals into two, delays one of the two, and multiplies them to obtain the difference. This is because the offset is not stabilized simply by multiplying the received electrical signal to cut the high frequency component, and the position measurement accuracy deteriorates. However, when high position accuracy is not required, the phase shifters 55A and B, the multiplier 53B, and the subtractor 56 may be deleted from the electromagnetic field fluctuation detector 5.
[実施例2の位置動作検出装置の動作]
実施例2の位置動作検出装置は、上述のように位置測定装置3によって動体(手)の二次元的な位置を検出することができる。しかし、この位置測定装置3のみでは、動体の細かい動きは検出することができない。そこで、放射器7と位相差検出器2によって、実施例1と同様にして動体の細かい動きを検出している。つまり、実施例2の位置動作検出装置によれば、2次元的な大きな動体の動きと細かい動きとをそれぞれ区別して検出することができる。また、位置測定装置3によって励振されている特定の動体の動作のみを選択的に検出することができ、励振されていない他の動体の動作を検出しないようにすることができる。これにより、放射器7と位相差検出器2によって検出される動体の細かい動きが、位置測定装置3の励振器4によって励振されている特定の動体の動作であることが特定できる。
[Operation of Position Motion Detection Device of Embodiment 2]
The position motion detection apparatus according to the second embodiment can detect the two-dimensional position of the moving body (hand) by the position measurement apparatus 3 as described above. However, only the position measuring device 3 cannot detect a fine movement of the moving body. Thus, the radiator 7 and the phase difference detector 2 detect the fine movement of the moving object in the same manner as in the first embodiment. That is, according to the position motion detection apparatus of the second embodiment, it is possible to distinguish and detect two-dimensional large moving body motion and fine motion. Further, it is possible to selectively detect only the motion of a specific moving body excited by the position measuring device 3, and it is possible to prevent detection of the motion of another moving body that is not excited. Thereby, it can be specified that the fine motion of the moving object detected by the radiator 7 and the phase difference detector 2 is the operation of the specific moving object excited by the exciter 4 of the position measuring device 3.
この実施例2の位置動作検出装置は、たとえば、2次元的な大きな動体の動きとして手全体の動き、細かい動きとして指先の動きを対応させれば、特定の人の手のジェスチャを検出することができ、電子機器等を手のジェスチャによって操作可能となる。一例として、車のステアリングを動作検出領域とし、励振器4を運転席に設けてドライバーを励振させるように実施例2の位置動作検出装置を設けることで、ステアリングを握っているドライバーの手のジェスチャをそのステアリング近傍で検出してパワーウィンドなどを操作することができ、ステアリングを握っていない助手席の人の手のジェスチャでは操作できないようにすることができる。 The position motion detection apparatus according to the second embodiment can detect a gesture of a specific person's hand, for example, by matching the movement of the entire hand as a two-dimensional large moving body movement and the movement of a fingertip as a fine movement. It is possible to operate an electronic device or the like with a hand gesture. As an example, a gesture of a driver's hand holding the steering wheel is provided by setting the position motion detection device of the second embodiment so that the vehicle steering is set as the motion detection region and the exciter 4 is provided in the driver's seat to excite the driver. Can be detected in the vicinity of the steering wheel to operate the power window and the like, so that it cannot be operated with the gesture of the hand of the passenger in the passenger seat who does not hold the steering wheel.
なお、実施例2の位置動作検出装置の位相差検出器2における、ダウンコンバート後の周波数は、位置測定装置3の励振器4により励振させる周波数と等しくするのがよい。これにより、位相差の比較が容易となる。 Note that the frequency after down-conversion in the phase difference detector 2 of the position motion detection apparatus according to the second embodiment is preferably equal to the frequency excited by the exciter 4 of the position measurement apparatus 3. This facilitates the comparison of the phase difference.
[実験例]
図5は、実施例2の位置動作検出装置を用いて人の手の動作を検出した結果を示すグラフである。手に位置測定装置3の励振器4を取り付けて、位置測定装置3を動作させた。手の動作は、A−B間で手を振る、停止、手をグーとパーにする動作を繰り返す、停止、A−B間で手を振る、というのを繰り返した。位置測定装置3の励振器4による励振周波数は10.7MHzとし、放射器7の放射するマイクロ波の周波数は5.8GHzとし、位相差検出器2において5.8GHzを10.7MHzにダウンコンバートして励振器4による励振周波数と等しくした。また、図5において横軸は経過時間、縦軸は位相差検出器2および電磁場変動検出器5(2つの電磁場変動検出器5のうちx軸方向の位置測定をする方)の出力を示している。図5中、Pの符号が電磁場変動検出器5の出力であり、Qの符号が位相差検出器2の出力である。
[Experimental example]
FIG. 5 is a graph showing the result of detecting the motion of a human hand using the position motion detection device of the second embodiment. The exciter 4 of the position measuring device 3 was attached to the hand, and the position measuring device 3 was operated. The movement of the hand was repeated such as waving hand between A and B, stopping, repeating the action of making the hand goo and par, stopping and waving hand between A and B. The excitation frequency by the exciter 4 of the position measuring device 3 is 10.7 MHz, the frequency of the microwave radiated by the radiator 7 is 5.8 GHz, and the phase difference detector 2 downconverts 5.8 GHz to 10.7 MHz. Thus, the excitation frequency by the exciter 4 was made equal. In FIG. 5, the horizontal axis represents the elapsed time, and the vertical axis represents the outputs of the phase difference detector 2 and the electromagnetic field fluctuation detector 5 (of the two electromagnetic field fluctuation detectors 5 that measure the position in the x-axis direction). Yes. In FIG. 5, the sign P is the output of the electromagnetic field fluctuation detector 5, and the sign Q is the output of the phase difference detector 2.
電磁場変動検出器5の出力Pは、手を振る動作を行った区間については、出力値が周期的に大きく増減していることがわかる。つまり、手を振る動作を検出できていることがわかる。一方で停止やグーとパーを繰り返す動作を行った区間については、出力値はほぼ一定であり、グーとパーを繰り返す動作を検出できていないことがわかる。これは、電磁場変動検出器5は動作の分解能が低いために、手の指の動きという細かい動きを検出することができないことを示している。 It can be seen that the output value P of the electromagnetic field fluctuation detector 5 greatly increases or decreases periodically in the section where the hand-waving operation is performed. That is, it can be seen that the motion of waving can be detected. On the other hand, in the section where the operation of repeating the stop and the goo and par is performed, the output value is almost constant, and it can be seen that the operation of repeating the goo and par cannot be detected. This indicates that the electromagnetic field fluctuation detector 5 cannot detect a fine movement such as a finger movement of the hand because the operation resolution is low.
また、位相差検出器2の出力Qは、手を振る動作を行った区間については、電磁場変動検出器5の場合と同様に、出力値が周期的に大きく増減していることがわかる。つまり、手を振る動作を検出することができている。一方、グーとパーを繰り返す動作を行った区間については、変動幅が手を振る動作を行った区間よりも小さいものの、出力値が周期的に増減していることがわかる。つまり、グーとパーを繰り返すという指先の動きを検出することができている。また、動作を停止している区間については、出力値はほぼ一定であり、手を振る動作やグーとパーを繰り返す動作との区別ができていることがわかる。これは、放射器7と位相差検出器2を用いた動作検出は高い分解能を有していることを示している。 Further, it can be seen that the output Q of the phase difference detector 2 periodically increases and decreases in the same manner as in the case of the electromagnetic field fluctuation detector 5 in the section where the hand-waving operation is performed. That is, the motion of waving can be detected. On the other hand, in the section where the operation of repeating goo and par is performed, the output value periodically increases or decreases although the fluctuation range is smaller than the section where the operation of waving is performed. That is, it is possible to detect the fingertip movement of repeating goo and par. Further, in the section where the operation is stopped, the output value is almost constant, and it can be seen that the operation of shaking hands and the operation of repeating goo and par can be distinguished. This indicates that the motion detection using the radiator 7 and the phase difference detector 2 has a high resolution.
上記実験により、実施例2の位置動作検出装置を用いれば、手を振るという大きな動作と、グーとパーを繰り返すという細かい動作の双方を区別して検出することができ、さらに励振器4によって励振された特定の人の手の動作のみを検出することが可能であることが示された。 From the above experiment, using the position motion detection apparatus of the second embodiment, it is possible to distinguish and detect both a large motion of shaking hands and a fine motion of repeating goo and par, and further excited by the exciter 4. It has been shown that it is possible to detect only the movement of a specific person's hand.
図6は、実施例3の動作検出装置の構成を示した図である。実施例3の動作検出装置は、放射器100と、位相差抽出器200と、で構成されている。 FIG. 6 is a diagram illustrating the configuration of the motion detection apparatus according to the third embodiment. The motion detection apparatus according to the third embodiment includes a radiator 100 and a phase difference extractor 200.
[放射器100の構成]
放射器100は、図6のように、発振器10、バンドパスフィルタ11、増幅器12までは、実施例1の放射器7と同様の構成である。違いは、増幅器12からの出力が2分配されて送信アンテナ130A、Bに入力されることである。送信アンテナ130A、Bは送信アンテナ13と同様のものである。
[Configuration of radiator 100]
As shown in FIG. 6, the radiator 100 has the same configuration as that of the radiator 7 of the first embodiment up to the oscillator 10, the bandpass filter 11, and the amplifier 12. The difference is that the output from the amplifier 12 is divided into two and input to the transmitting antennas 130A and 130B. The transmission antennas 130A and B are the same as the transmission antenna 13.
[位相差抽出器200の構成]
位相差抽出器200は、図6のように、1つの受信アンテナ220を有している。この送信アンテナ130A、Bと受信アンテナ220の配置は、実施例1の送信アンテナ13、受信アンテナ20A、Bとちょうど逆の配置となっている。この受信アンテナ220によって、送信アンテナ130A、Bからの電気信号を受信する。受信アンテナ220は、バンドパスフィルタ221、増幅器222を介して乗算器223の入力側に接続されている。乗算器223のもう一方の入力側にはPLL回路224が接続されている。乗算器223の出力側は、バンドパスフィルタ225、増幅器227を介して、非線形素子230の入力側に接続されている。ここで、受信アンテナ220から増幅器227までの各構成要素およびPLL回路224は、実施例1の受信アンテナ20Aから増幅器27AおよびPLL回路24と同様のものである。
[Configuration of Phase Difference Extractor 200]
The phase difference extractor 200 has one receiving antenna 220 as shown in FIG. The arrangement of the transmission antennas 130A and 130B and the reception antenna 220 is just the opposite of that of the transmission antenna 13 and the reception antennas 20A and B of the first embodiment. The reception antenna 220 receives electrical signals from the transmission antennas 130A and 130B. The receiving antenna 220 is connected to the input side of the multiplier 223 via the band pass filter 221 and the amplifier 222. A PLL circuit 224 is connected to the other input side of the multiplier 223. The output side of the multiplier 223 is connected to the input side of the nonlinear element 230 via a band pass filter 225 and an amplifier 227. Here, each component from the receiving antenna 220 to the amplifier 227 and the PLL circuit 224 are the same as the receiving antenna 20A to the amplifier 27A and the PLL circuit 24 of the first embodiment.
非線形素子230は、入力される信号の2乗成分を生成するために用いるものである。非線形素子230からの出力のうち、ローパスフィルタ240によって直流成分のみが取り出され、位相差抽出器200の出力として取り出される。この位相差抽出器200から出力される電気信号は、送信アンテナ130Aから受信アンテナ220に至ったマイクロ波と、送信アンテナ130Bから受信アンテナ220に至ったマイクロ波との位相差に対応したDC値である。 The nonlinear element 230 is used to generate a square component of an input signal. Of the output from the non-linear element 230, only the DC component is extracted by the low-pass filter 240 and extracted as the output of the phase difference extractor 200. The electric signal output from the phase difference extractor 200 has a DC value corresponding to the phase difference between the microwave from the transmission antenna 130A to the reception antenna 220 and the microwave from the transmission antenna 130B to the reception antenna 220. is there.
[実施例3の動作検出装置の動作]
次に、実施例3の動作検出装置の動作について説明する。ここでは、実施例1の場合と同様に、送信アンテナ130A、Bと受信アンテナ220間に手のひらを位置させ、手の指の動きを検出する場合を想定する。このとき、手の指の動きに応じて、送信アンテナ130Aから受信アンテナ220に至るマイクロ波と、送信アンテナ130Bから受信アンテナ220に至るマイクロ波とに位相差が生じる。この位相差を反映した信号を受信アンテナ220によって受信し、位相差抽出器200によって位相差を反映したDC値を抽出することができるため、非接触で手の指の動きを検出することができる。
[Operation of Operation Detection Device of Example 3]
Next, the operation of the motion detection apparatus according to the third embodiment will be described. Here, as in the case of the first embodiment, it is assumed that the palm is positioned between the transmitting antennas 130A and 130B and the receiving antenna 220, and the movement of the finger of the hand is detected. At this time, a phase difference occurs between the microwave from the transmitting antenna 130A to the receiving antenna 220 and the microwave from the transmitting antenna 130B to the receiving antenna 220 according to the movement of the finger of the hand. Since the signal reflecting this phase difference is received by the receiving antenna 220 and the DC value reflecting the phase difference can be extracted by the phase difference extractor 200, the movement of the finger of the hand can be detected without contact. .
位相差抽出器200による位相差の抽出について、より詳しく説明する。送信アンテナ130A、Bが出力する電気信号をcos(ωt)、送信アンテナ130Aから受信アンテナ220に至る経路において位相がθA変化し、送信アンテナ130Bから受信アンテナ220に至る経路において位相がθB変化するものとすると、受信アンテナ220において受信する電気信号は、cos(ωt+θA)+cos(ωt+θB)である。この電気信号が非線形素子230に入力され、2乗成分が生成される。つまり、{cos(ωt+θA)+cos(ωt+θB)}2 の成分が生成される。この2乗成分のうち直流成分は1+cos(ψ)である。非線形素子230の出力のうち、この直流成分以外はローパスフィルタ240によってカットされる。結局のところ、位相差抽出器200の出力は1+cos(ψ)となり、このDC値より位相差ψを抽出することができる。 The extraction of the phase difference by the phase difference extractor 200 will be described in more detail. The electrical signal output from the transmission antennas 130A and 130B is cos (ωt), the phase changes by θA in the path from the transmission antenna 130A to the reception antenna 220, and the phase changes by θB in the path from the transmission antenna 130B to the reception antenna 220 Then, the electrical signal received by the receiving antenna 220 is cos (ωt + θA) + cos (ωt + θB). This electric signal is input to the nonlinear element 230, and a square component is generated. That is, a component of {cos (ωt + θA) + cos (ωt + θB)} 2 is generated. Of this square component, the DC component is 1 + cos (ψ). Of the output of the non-linear element 230, other than this DC component is cut by the low-pass filter 240. After all, the output of the phase difference extractor 200 becomes 1 + cos (ψ), and the phase difference ψ can be extracted from this DC value.
以上のように、実施例3の動作検出装置では、人の指の動きの変化によって生じるマイクロ波の位相差を反映した信号を受信アンテナ220によって受信し、その位相差を抽出することで、人の指先の動きを非接触で検出することができる。この実施例3の動作検出装置に、位置測定装置3を組み合わせれば、実施例2の位置動作検出装置と同様の効果を得られる。 As described above, in the motion detection device according to the third embodiment, a signal reflecting the phase difference of the microwave generated by the change in the movement of the person's finger is received by the receiving antenna 220, and the phase difference is extracted. The movement of the fingertip can be detected without contact. If the position measuring device 3 is combined with the motion detecting device of the third embodiment, the same effect as the position motion detecting device of the second embodiment can be obtained.
実施例1と実施例3とから、送信アンテナと受信アンテナの少なくとも一方が複数(ただし、双方が1つである場合を除く)であれば、同様にして人の指先の動きを非接触で検出できることが推察できる。また、受信アンテナ220によって受信した信号から位相差を抽出する構成は、実施例3に示した位相差検出器200に限るものではない。 From Example 1 and Example 3, if at least one of the transmitting antenna and the receiving antenna is plural (except when both are one), the movement of the human fingertip is similarly detected in a non-contact manner. I can guess what I can do. Further, the configuration for extracting the phase difference from the signal received by the receiving antenna 220 is not limited to the phase difference detector 200 shown in the third embodiment.
なお、実施例1、2では、本発明の動作検出装置を人の手の動作を検出するために用いているが、もちろん、人以外の励振可能な動体の動作を検出するためにも用いることができる。 In the first and second embodiments, the motion detection device of the present invention is used to detect the motion of a human hand, but of course, it can also be used to detect the motion of an excitable moving body other than a human. Can do.
本発明によれば、指先の動きなどの細かい動きを検出することができるため、手のジェスチャによって機器を操作するなどに応用することができる。 According to the present invention, since it is possible to detect a fine movement such as a fingertip movement, the present invention can be applied to operating a device with a hand gesture.
1:動作検出装置
2:位相差検出器
3:位置測定装置
4:励振器
5:電磁場変動検出器
7:放射器
10、40:発振器
11、21A、B、25A、B:バンドパスフィルタ
12、22A、B、27A、B:増幅器
13、130A、B:送信アンテナ
20A、B、220:受信アンテナ
23A、B、28、53A、B、129A、B:乗算器
24:PLL回路
29、58、240:ローパスフィルタ
42、50A、B:電極
55A、B、128A、B:移相器
56、120:減算器
230:非線形素子
1: Motion detector 2: Phase difference detector 3: Position measurement device 4: Exciter 5: Electromagnetic field fluctuation detector 7: Radiator 10, 40: Oscillator 11, 21A, B, 25A, B: Band pass filter 12, 22A, B, 27A, B: Amplifier 13, 130A, B: Transmitting antenna 20A, B, 220: Receiving antenna 23A, B, 28, 53A, B, 129A, B: Multiplier 24: PLL circuit 29, 58, 240 : Low-pass filter 42, 50A, B: Electrode 55A, B, 128A, B: Phase shifter 56, 120: Subtractor 230: Non-linear element
Claims (12)
マイクロ波を放射する送信アンテナと、
互いに離間し、かつ、送信アンテナから離間して配置された、前記送信アンテナからのマイクロ波を受信する2つの受信アンテナと、
2つの前記受信アンテナによってマイクロ波をそれぞれ受信し、その受信した2つの信号の位相差を検出する検出器と、
を有し、
前記検出器によって検出した前記位相差から、前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の動作検出領域での前記動体の動作を検出する、
ことを特徴とする動作検出装置。 In a motion detection device that detects the motion of a moving body without contact,
A transmitting antenna that radiates microwaves;
Two receiving antennas that receive microwaves from the transmitting antenna, spaced apart from each other and spaced from the transmitting antenna;
A detector for receiving microwaves respectively by the two receiving antennas and detecting a phase difference between the two received signals;
Have
From the phase difference detected by the detector, detect the motion of the moving object in the motion detection region between the transmitting antenna and the receiving antenna.
An operation detection device characterized by the above.
マイクロ波を放射する互いに離間して配置された2つの送信アンテナと、
前記送信アンテナから離間して配置された、前記送信アンテナからのマイクロ波を受信する受信アンテナと、
を有し、
前記受信アンテナによって、一方の前記送信アンテナからのマイクロ波と他方の前記送信アンテナからのマイクロ波との位相差を反映した信号を受信し、その前記位相差から、前記送信アンテナと前記受信アンテナ間の動作検出領域での前記動体の動作を検出する、
ことを特徴とする動作検出装置。 In a motion detection device that detects the motion of a moving body without contact,
Two transmitting antennas spaced apart from each other that radiate microwaves;
A receiving antenna for receiving microwaves from the transmitting antenna, spaced apart from the transmitting antenna;
Have
The reception antenna receives a signal reflecting the phase difference between the microwave from one of the transmission antennas and the microwave from the other transmission antenna, and from the phase difference, between the transmission antenna and the reception antenna Detecting the motion of the moving object in the motion detection area of
An operation detection device characterized by the above.
受信した2つの信号を乗算して出力する乗算器と、
前記乗算器の出力のうち、高周波成分をカットして出力する第1ローパスフィルタと、
を有することを特徴とする請求項1に記載の動作検出装置。 The detector is
A multiplier that multiplies and outputs the two received signals;
A first low-pass filter that outputs a high frequency component out of the output of the multiplier;
The motion detection device according to claim 1, comprising:
前記受信アンテナの一方からの信号が入力される第1移相器と、
前記受信アンテナの他方からの信号が入力され、移相量が前記第1移相器と等しい第2移相器と、
前記受信アンテナの一方で受信する信号と、前記受信アンテナの他方で受信し、前記第2移相器によって移相された信号とを乗算して出力する第1乗算器と、
前記受信アンテナの一方で受信し、前記第1移相器によって移相された信号と、前記受信アンテナの他方で受信する信号とを乗算して出力する第2乗算器と、
前記第1乗算器の出力と、前記第2乗算器の出力との差分をとる第1減算器と、
前記第1減算器の出力のうち、高周波成分をカットして出力する第1ローパスフィルタと、
を有することを特徴とする請求項1に記載の動作検出装置。 The detector is
A first phase shifter to which a signal from one of the receiving antennas is input;
A second phase shifter that receives a signal from the other of the receiving antennas and has a phase shift amount equal to that of the first phase shifter;
A first multiplier that multiplies and outputs a signal received by one of the receiving antennas and a signal received by the other of the receiving antennas and phase-shifted by the second phase shifter;
A second multiplier that multiplies and outputs a signal received by one of the receiving antennas and phase-shifted by the first phase shifter and a signal received by the other of the receiving antenna;
A first subtractor that takes a difference between an output of the first multiplier and an output of the second multiplier;
A first low-pass filter that cuts out and outputs a high-frequency component of the output of the first subtractor;
The motion detection device according to claim 1, comprising:
前記非線形素子の出力のうち、高周波成分をカットして出力する第1ローパスフィルタと、
をさらに有することを特徴とする請求項2に記載の動作検出装置。 A nonlinear element that squares and outputs a signal from the receiving antenna;
A first low-pass filter that cuts and outputs a high-frequency component of the output of the nonlinear element;
The motion detection device according to claim 2, further comprising:
前記位置測定装置は、
動体表面に電磁場を伝搬させる励振器と、
前記動体から離間し、かつ互いに離間して前記動作検出領域を含むよう配置された第1電極と第2電極とを有して、前記第1電極および前記第2電極に至る電磁場の位相差から、前記動体の位置を測定する電磁場変動検出器と、
を有する、
ことを特徴とする位置動作検出装置。 A position motion detection device comprising: the motion detection device according to any one of claims 1 to 7; and a position measurement device that measures the position of the moving body in the motion detection region in a non-contact manner. And
The position measuring device includes:
An exciter that propagates an electromagnetic field to the surface of the moving body;
A first electrode and a second electrode that are spaced apart from the moving body and spaced apart from each other to include the motion detection region; and from a phase difference of an electromagnetic field that reaches the first electrode and the second electrode. An electromagnetic field fluctuation detector for measuring the position of the moving body;
Having
A position motion detection apparatus characterized by the above.
前記第1電極からの信号が入力される第3移相器と、
前記第2電極からの信号が入力され、移相量が前記第3移相器と等しい第4移相器と、
前記第1電極で受信する信号と、前記第2電極で受信し、前記第4移相器によって移相された信号とを乗算して出力する第3乗算器と、
前記第1電極で受信し、前記第3移相器によって移相された信号と、前記第2電極で受信した信号とを乗算して出力する第4乗算器と、
前記第3乗算器の出力と、前記第4乗算器の出力との差分をとる第2減算器と、
前記第1減算器の出力のうち、高周波成分をカットして出力する第2ローパスフィルタと、
を有する、
ことを特徴とする請求項9に記載の位置動作検出装置。 The electromagnetic field fluctuation detector is
A third phase shifter to which a signal from the first electrode is input;
A fourth phase shifter that receives a signal from the second electrode and has a phase shift amount equal to that of the third phase shifter;
A third multiplier that multiplies a signal received by the first electrode and a signal received by the second electrode and phase-shifted by the fourth phase shifter;
A fourth multiplier that multiplies and outputs the signal received by the first electrode and phase-shifted by the third phase shifter and the signal received by the second electrode;
A second subtractor that takes a difference between the output of the third multiplier and the output of the fourth multiplier;
Of the output of the first subtractor, a second low-pass filter that cuts and outputs a high-frequency component;
Having
The position motion detection device according to claim 9.
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