電波センサ
【課題】電波ビームの放射方向を制御しＳ／Ｎ比に優れた低消費電力、且つ小型の電波センサを提供する。
【解決手段】送信信号を生成する発振回路と、誘電体からなる基板１の一方の表面または内部の略全面に形成された送信信号のグランドとして作用する接地電極と、他方の表面に形成された、送信信号を電波ビームとして前方に放射する矩形状の少なくとも一対の送信電極３ａ〜３ｄと、送信電極３ａ〜３ｄから放射され被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを受信信号として受信する矩形状の受信電極４と、何れか一方の端子が接地電極のみに、他方の端子が受信電極４に各々接続され、受信電極４にて受信した受信信号を検波する検波素子とを備え、一対の送信電極３ａ〜３ｄは受信電極４に対して対称で、且つ一対の送信電極３ａ〜３ｄの各中心点を結ぶ直線の中心と受信電極４の中心点が一致する位置に、受信電極４を配置する。
【解決手段】送信信号を生成する発振回路と、誘電体からなる基板１の一方の表面または内部の略全面に形成された送信信号のグランドとして作用する接地電極と、他方の表面に形成された、送信信号を電波ビームとして前方に放射する矩形状の少なくとも一対の送信電極３ａ〜３ｄと、送信電極３ａ〜３ｄから放射され被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを受信信号として受信する矩形状の受信電極４と、何れか一方の端子が接地電極のみに、他方の端子が受信電極４に各々接続され、受信電極４にて受信した受信信号を検波する検波素子とを備え、一対の送信電極３ａ〜３ｄは受信電極４に対して対称で、且つ一対の送信電極３ａ〜３ｄの各中心点を結ぶ直線の中心と受信電極４の中心点が一致する位置に、受信電極４を配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波ビームを利用したセンシング技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、送信部に備えた送信アンテナから電波ビームを放射し、検知領域内に存在する被検知体に衝突し反射して戻ってきた反射波（受信信号）を、受信部に備えた受信アンテナにて受信し、送信された電波ビームの周波数と受信した電波ビームの周波数の差分をスダイオードにより検波し検知信号として出力する電波センサ（移動体検知センサ）が自動車やセキュリティ（使用周波数：２４．０５〜２４．２５ＧＨｚ）、住宅設備機器（使用周波数：１０．５０〜１０．５５ＧＨｚ）の分野で使用されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−５６１１７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電波ビームを利用した移動体検知センサの場合、電波ビームとして放射される高周波信号が高周波化するほど、空間に放射された電波ビームの減衰量が距離に応じて増加するため、センサから前方に放射された電波ビームが被検知体に衝突し反射して戻ってくる受信電力は低下し、検知性能に大きく影響を与える。そこで受信電力の低下を抑制するために、（１）発振電力を増加する、（２）アンテナゲインを増加する、（３）発振電力がそのまま送信電力となるよう送信部と受信部を電気的に分離する、といった方法が考えられる。（１）の方法としてはガンダイオードを空洞共振器に収納し高周波信号を生成する、（２）の方法としては電波ビームを送信、受信するアンテナにゲインが比較的高いホーンアンテナテナを採用することが容易に挙げられ、自動ドアや自動車分野で実用化されている。（３）の方法としては通信用途で提案されている従来技術記載のレクテナ回路等を受信部として採用し、電気的に分離された送信部と受信部の各アンテナを指向方向が同一となるように配置することが挙げられる。
しかしながら、（１）や（２）の方法にて構成されたセンサは比較的消費電力が大きく、センサ形状も大型（凸凹型）するため、陶器や洗面ボールの隙間等に配置し人体（手や足）や水（尿）の移動状態を検知することは困難である。
（３）の方法の場合、比較的消費電力は小さく、センサ形状も小型（薄型）化できるが、略同一平面上に送信部と受信部の各アンテナを適当に近接（電波ビームの空間波長以下）させて配置すると、送信部から受信部に高周波電流が回り込み、電波ビームの放射方向を制御できない、受信部から出力される検知信号の暗ノイズが増加しセンサの検知性能を示すＳ／Ｎ比が低下するといった不具合が生じる。
【０００５】
従って、本発明の目的は、センサ前方に存在する被検知体の有無や移動状態を精度良く検出する、電波ビームの放射方向を制御しＳ／Ｎ比に優れた低消費電力、且つ小型の電波センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、送信信号を生成する発振回路と、誘電体からなる基板と、前記基板の一方の表面または内部の略全面に形成された送信信号のグランドとして作用する接地電極と、前記基板の他方の表面に形成された、送信信号を電波ビームとして前方に放射する矩形状の少なくとも一対の送信電極と、前記一対の送信電極から放射され被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを受信信号として受信する矩形状の受信電極と、何れか一方の端子が前記接地電極のみに、他方の端子が前記受信電極に各々接続され、前記受信電極にて受信した受信信号を検波する検波素子と、前記検波素子にて検波された受信信号を外部に出力する前記受信電極に接続された出力線路とを備え、前記一対の送信電極は前記受信電極に対して対称で、且つ前記一対の送信電極の各中心点を結ぶ直線の中心と前記受信電極の中心点が一致する位置に、前記受信電極を配置したことを特徴とする。
【０００７】
上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、前記受信電極は、前記受信電極の励振周波数が送信信号の周波数と略同一となる電極形状であることを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、前記出力線路は、前記受信電極の励振方向と平行な端辺に接続されたことを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、前記受信電極の励振方向と平行な端辺の長さをＬとすると、前記出力線路は、前記受信電極の励振方向と直交する端辺から０．５×Ｌの位置に接続されたことを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、前記受信電極の励振方向と平行する端辺の長さをＬとすると、前記受信電極の内側、且つ前記受信電極の励振方向と直交する端辺から０．５×Ｌの位置に前記基板の表裏を貫通する導通孔を配置し、前記導通孔を介して前記受信電極と前記出力線路とが接続されたことを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、前記検波素子の他方の端子は、前記受信電極の励振方向と直交する端辺に接続されたことを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、前記検波素子の他方の端子は、前記受信電極の周波数を調整する周波数調整線路を介して前記受信電極に接続されたことを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、前記受信電極と前記周波数調整線路の接続点から前記検波素子を介し前記接地電極までの電気線路長は、送信信号の周波数に対し前記基板における４分の１波長の奇数倍であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、センサ前方に存在する被検知体の有無や移動状態を精度良く検出する、電波ビームの放射方向を制御しＳ／Ｎ比に優れた低消費電力、且つ小型の電波センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明における電波センサについて説明する。
尚、以下実施例における図面の基板の厚みやパターン寸法は説明の都合上、実際の形状とは異なる。
図１は、本発明における電波センサの第１実施形態を示す、（ａ）送受信部の正面図、（ｂ）送受信部の背面図、（ｃ）発振部の正面図、（ｂ）発振部の背面図である。図２は同、組立て図である。
【００１６】
本発明の電波センサは、電波ビームを送受信する送受信部と電波ビームとして放射される高周波（例えば、マイクロ波やミリ波）の送信信号を生成する発振部とが別体にて構成されている。
誘電体からなる基板１ａの一方の表面の略全面には送信信号のグランドとして作用する接地電極２ａが形成され、基板１ａの他方の表面には送信信号として前方に電波ビームを放射する矩形状の送信電極３と送信電極３から放射され被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを受信信号として受信する矩形状の受信電極４が形成されている。基板１ｂに形成された発振回路９により生成された送信信号は、送信電極３の内部に設けられた基板１ａの表裏を貫通する貫通孔１１ａに配置される給電線１２（同軸ケーブルや樹脂被覆リード線等）を介し直接、送信電極３に伝播され、送信電極３から電波ビームとして放射される。貫通孔１１ａはインピーダンスが５０Ωとなる送信電極３の内部に設けられている。
送信電極３は、基板１ａ上における送信信号（使用周波数）の約半波長（λｇ／２：λｇ…基板１ａを伝搬する高周波信号の波長である。また、真空中における高周波信号の電波の波長をλ、基板１ａの比誘電率をεｒとすると、λ＝εｒ１/２・λｇである。）の長さＬを少なくとも一辺にもつ略正方形状の薄膜電極であり、接地電極２ａが反射板として作用するマイクロストリップ構造の送信アンテナである。従って、接地電極２ａを境界として送信電極３から前方（接地電極２ａに対し送信電極３が形成された方向）に向かい効率良く電波ビームを放射することができる。
【００１７】
受信電極４は、送信電極３と同一矩形状の薄膜電極を有するマイクロストリップ構造の受信アンテナであり、インピーダンスが５０Ωとなる位置（送信電極３の内部に設けられた貫通孔１１ａの中心点と同一箇所に相当）に基板１ａの表裏を貫通する導通孔８ａが設けられ、基板１ａの一方の表面に形成された周波数調整線路７と受信電極４とを接続している。周波数調整線路７の片端には、受信電極４にて受信した受信信号を検波する検波素子５としてショットキーダイオード５（以下、ダイオード）のカソード端子が接続され、ダイオード５のアノード端子は接地電極２ａに接続されている。また、ダイオード５にて検波された受信信号を検知信号として外部に出力するため、出力線路６の片端が受信電極４の励振方向と平行な一方の端辺に接続され、受信信号は基板１ａの表裏を貫通する導通孔８ｂを介し基板１ａの一方の表面に形成された接続電極１４まで送信される。
【００１８】
周波数調整線路７の長さを所定の長さに設定することにより、受信電極４に周波数調整線路７を介しダイオード５を接続した状態にて、受信電極４の共振周波数を変化させることができる。そして、送信電極３から放射される電波ビームの最大放射強度方向を任意の方向へ設定することが可能となる。送信電極３と受信電極４の共振周波数が略同一となる長さに周波数調整線路７の長さ、即ちλｇ／４の奇数倍に設定したとき、出力線路６を介し外部に出力される検知信号の暗ノイズを極小化することができ、センサとして高いＳ／Ｎ比を得ることがる。また、周波数調整線路７の長さを調整し受信電極４の共振周波数を送信電極３に対し高めまたは低めに設定することにより、受信電極４を導波器または反射器として作用させることができる。特に、受信電極４にダイオード５が接続された状態で受信電極４を導波器として作用させることにより、受信電極４は送信電極３から放射され被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを受信し外部に受信信号を出力するだけでなく、送受信する電波ビームのゲイン、指向性利得を増加させることができるため、出力線路６を介し外部に出力される検知信号の暗ノイズは若干高めに推移しＳ／Ｎ比は低下するが、検知範囲を狭くすることができる。
【００１９】
また、送信電極３および受信電極４の前方に被検知体が存在しない状態のとき、送信電極３から放射された電波ビーム（電流）が受信電極４へ回り込み検波素子５にて検波される受信信号の電圧値レベルが上昇することを抑制できるため、出力線路６の後段に接続される増幅回路１６にて受信信号を増幅する際、比較的高い増幅率を採用でき検知精度が向上する。
【００２０】
本構成のマイクロストリップアンテナを電波センサに備えれば、センサ前方の被検知体の動きを検出するために必要な送信電力の省力化が図れ、発振回路９にて生成する送信信号の電力を少なくできるため、低消費電力、且つコンパクトな電波センサを提供することができる。
本実施例では、励振方向と平行する送信電極３の端辺と励振方向と平行する受信電極４の端辺とが対向するよう送信電極３と受信電極４を同一平面状に各々配置したが、励振方向と直交する送信電極の端辺と励振方向と直交する受信電極の端辺とが対向するように配置しても良いし、送信電極の端辺の一部と受信電極の端辺の一部とが対向するよう配置しても良い。そうすれば、受信電極４を導波器として作用させたとき、対向する送信電極３の端面から受信電極の端面までの距離をさらに短くでき、高いアンテナゲイン（高指向性利得）が得られるため、さらにセンサの少電力化、小型化が図れる。また、送信電極３と受信電極４は同一平面状にある必要は無い。使用環境（検知性能）に応じて送信電極３と受信電極４の位置関係は自由に変更することができ、例えば、送信電極３に対し後方側（電波ビームの放射方向とは反対方向）に受信電極４を配置すれば、送信電極３から受信電極４への電波ビーム（電流）の回り込みを抑制できる。また、偏波方式は送信電極と受信電極の形状を略正方形状（垂直偏波）から略正方形の角部を旋回方向に応じてカットすれば円偏波方式に容易に変えることができる。
【００２１】
検波素子５（ダイオード）にて検波された受信信号を外部に出力する出力線路６は、受信電極４の励振方向と平行な端辺に接続することが好ましい。出力線路６を受信電極４の励振方向と直交する端辺や周波数調整線路７に接続すると、出力線路６が保有するインダクタンス成分や容量成分、出力線路６の後段に接続される増幅回路１６等の影響を大きく受けて受信電極４の共振周波数が乱高下するため、確実に電波ビームを所定の方向に放射することが困難となる。受信電極４の励振方向と平行な端辺に出力線路６を接続することにより、出力線路６および出力線路６の後段に接続される電気回路のインダクタンス成分や容量成分の影響を少なくし受信電極４の共振周波数の変化を抑制できるため、電波ビームを所定の方向に放射することが比較的容易となる。さらに好ましくは、受信電極４の励振方向と直交する端辺から０．５×Ｌ（Ｌ：励振方向と平行する端辺の長さ）の位置に相当する受信電極４の端辺近傍に出力線路６を接続することである。出力線路６および出力線路６の後段に接続される電気回路のインダクタンス成分や容量成分の影響を受けず受信電極４の共振周波数の変化が殆ど無いため、確実に電波ビームを所定の方向に放射することができる。
【００２２】
出力線路６の線路幅は狭いほどインピーダンスを大きくでき高周波を遮断（反射）しやすくなるため、銅箔エッチング法による一般的な基板製造方法を考慮すると０．１〜０．５ミリメートル程度の線路幅が好ましい。基板上の波長に換算すると出力線路６の線路幅は３０分の１波長以下である。
【００２３】
誘電体からなる基板１ｂの一方の表面の略全面には送信信号のグランドとして作用する接地電極２ｂが形成され、基板１ｂの他方の表面には不要な電磁波をシールドするとともに基板１ｂと対向する天面に所定の周波数で発振させるための図示しない周波数調整手段（螺子）を備えたシールドケース１０が設置され、その内部に発振回路９（電界効果トランジスタと誘電体共振器を利用し送信信号を生成、またはガンダイオードを利用し送信信号を生成）が形成されている。また、シールドケース１０の周囲には検波素子５にて検波された受信信号を増幅して比較し易くするための増幅回路１６（オペアンプを利用し構成）が形成されている。送受信部や発振部とは別体にて増幅回路１６を備えても良いが、受信電極と検波素子から構成される受信部と増幅回路１６とを接続する導線の構造や長さ、その設置環境によっては受信信号が送信されるライン上にノイズが入り検知性能に影響を与えるため、増幅回路１６は少なくとも受信部の近傍に備え、受信部と増幅回路１６とを短距離にて接続することが好ましい。
【００２４】
基板１ａと基板１ｂの外周形状は略同一である。基板１ａの接地電極２ａ面と基板１ｂの接地電極２ｂ面とを対向させ、少なくとも外周形状が基板１ａと同一である導電性のスペーサー介し、接地電極２ａと接地電極２ｂとを電気的に接続することにより、接地電極２ａ、２ｂが共通の高周波のグランドとして安定して作用する。従って、基板１ａまたは基板１ｂの何れか一方の基板に電源電圧（Ｖ・ＧＮＤ）を印加すれば、基板１ｂに形成された発振回路にて所定の電力を有する高周波の送信信号が効率良く生成でき、基板１ａに形成された送信電極３から電波ビームとして送信信号を所定の方向に放射することができる。
【００２５】
送信電極３から放射される電波ビームの放射電力および送信電極と３と受信電極４との位置関係により、検波素子５にて得られる受信信号の電圧値レベルはプラス側またはマイナス側に変化する。従って、送信電極３から放射される電波ビームの放射電力および送信電極と３と受信電極４との位置関係に応じ、周波数調整線路７を介しカソード端子またはアノード端子のどちらか一方を受信電極４と接続し、他方の端子を接地電極２ａに接続すれば、出力線路６の後段に接続される増幅回路１６が単電源（プラス側またはマイナス側）にて受信信号を効率良く増幅することができる。
基板１ｂの一方の表面には基板１ｂの表裏を貫通する導通端子１３が接続され、基板１ａの一方の表面に形成された接続電極１４まで送信された受信信号は、導通端子１３を介し増幅回路１６へ送信される。増幅回路１６における増幅率は使用環境や検知性能に応じて適宜、設定すれば良く、等倍（ボルテージフォロワ：入力１に対し出力１の比率）以上の増幅回路１６を一体で備えれば、ノイズ耐性が向上し電波センサから外部に出力される受信信号の電圧値変動を抑制できる。本実施例には記載していないが、必要に応じて増幅回路の前段または後段に必要な周波数成分のみを抽出するフィルター回路を組み込むこともできる。
【００２６】
また、本発明の電波センサに、増幅された受信信号に基づいて被検知体の動きを判断する動作判断回路（比較回路：コンパレータを使用し構成、ＣＰＵ：中央演算処理装置を使用し構成等）と、動作判断回路の判定結果に応じた負荷を駆動するための駆動信号を有線または無線にて外部に出力する出力回路を備えれば、非接触式の電波スイッチとして使用できる。動作判断回路は、直接、またはコンパレータを介しマイコン（ＣＰＵ）の入力ポートに入力された受信信号の入力タイミングや入力期間に応じて、被検知体の動きを判断すれば良い。さらに、精度良く被検知体の動きを判断したいときはＣＰＵのアナログ電圧をデジタル電圧に変換する機能を有したＡＤ変換機能ポートに受信信号を入力すれば良い。
【００２７】
送信信号と受信信号の周波数の差分を抽出し被検知体の動きを検出するドップラー検知方式の電波センサの場合、被検知体の動きが極端に遅くなったり静止すると、センサから出力されるドップラー信号の電圧値レベルが変動しなくなる。本発明の電波センサは、被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを受信電極４にて受信し、受信電極４のみに電気的に接続された検波素子５により受信電極４に流れる電流成分を検波し受信信号を外部に出力する。従って、センサ前方における被検知体の存在の有無や移動状態、人や手など被検知体の比較的ゆっくりとした動きや静止状態を、陶器や樹脂などの裏側にセンサを隠蔽した状態にて、受信信号の電圧値レベルや電圧振幅値の（時間的）変化から被検知体の移動速度に関係なく容易に検出することができる。
【００２８】
投光素子と受光素子を本実施例のように同一基板上に各々１つずつ配置し、投光素子により前方へ光電ビームを照射し被検知体に衝突し反射して戻ってきた光電ビームを受光素子により受信する赤外線センサの場合、受光素子を介し出力される受信信号の一瞬の電圧値レベルの変動からセンサ前方における被検知体の有無を検出できる。一方で、センサ素子の１波長が数ナノメートル程度であるため、センサに向かい接近する被検知体の移動速度を受信信号から検出することは困難である。
本発明の電波センサは、送信信号の周波数帯域としてマイクロ波やミリ波の帯域を利用すると、定在波の影響によりセンサ前方における電力分布が送信信号の周波数の２分の１波長間隔にてゼロから最大まで変化する領域が連続的に生じる。従って、センサに向かい接近する被検知体の動きに対して受信信号が矩形波または三角波状に変化する。そのため、赤外線センサのように受信信号の一瞬の電圧値レベルの変動からセンサ前方における被検知体の有無を精度良く検出することは困難であるが、電波センサから出力された受信信号の周期と送信信号の周波数からセンサに向かい接近する被検知体の移動速度を容易に検出できる。例えば、送信信号の周波数が１０ギガヘルツだとすると１波長は約３０ミリメートルとなり、センサ前方における電力分布は約１５ミリメートル間隔にてゼロから最大まで変化する領域が連続的に生じる。相対的な移動距離は送信信号の周波数により決定するため、センサから出力される受信信号に基づいて前のパルスの立上り（または電圧ピーク値）から次のパルスの立上り（または電圧ピーク値）までの時間を抽出すれば、約１５ミリメートルの移動距離に対する移動速度を容易に検出することができ、さらにこの移動速度を連続的に検出すれば被検知体の移動状態の変化を容易に認識できる。
【００２９】
図３は、本発明における電波センサを水栓装置の自動化に応用した一例を示す、（ａ）正面図および（ｂ）側面図である。図４は、同、電波センサから出力される受信信号の電圧波形を示すグラフである。
図３に示す自動水栓装置は、水道配管に直結され通水または断水を電気的に切り替え可能な構造を有した図示しない電磁弁と、片端から水道水が流入し他端に設けられた吐水口から流出する水栓装置２１と、上述した第１実施形態の電波センサとから構成されている。図示しない電磁弁と水栓装置２１の片端は図示しない給水ホースにより配管接続され、使用者が吐水口に向かい洗面ボウル２２内に手を差し出したとき自動的に水を吐水口から流出させるために、電波センサ、図示しない動作判断回路、図示しない出力回路、図示しない電磁弁の順に電気的に接続されている。水栓装置２１は吐水口が洗面ボウル２２の中心線上に位置するように壁２３に固定され、吐水口よりも壁２３側となる洗面ボウル２２の裏側に、受信電極４が送信電極３よりも吐水口側に近くなるよう電波センサが設置され、送信電極３面に対し斜め上方向に向かい電波ビームが放射される。ここでいう、電波ビームの放射方向とは最大放射強度方向を示し、電波ビームの放射方向と吐水口に向かい接近する手の進入方向とは対向することが好ましい。
【００３０】
図４に示すＣＡＳＥ１の電圧波形は使用者が洗面ボウル２２内に手を差し出す前の状態、ＣＡＳＥ２の電圧波形は使用者が吐水口に向かい洗面ボウル２２内に手を差し出す（センサに向かい手が接近する）ときの状態、ＣＡＳＥ３の電圧波形は吐水口から水が流出し使用者が手洗いしているときの状態、ＣＡＳＥ４の電圧波形は使用者が手洗いを終了し吐水口から水が流出しているだけの状態において、電波センサから出力される受信信号の時間的変化を示す電圧波形である。ここでいう洗面ボウル２２内とは洗面ボウル内側の天頂方向も含む。
ＣＡＳＥ２で示すように吐水口に向かい手が接近するとセンサから出力される受信信号の電圧値レベルはパルス状に増加し吐水口（電波センサ）に接近するほど電圧振幅値が大きくなる。本実施例に記載していないが、逆に吐水口から手が離遠すると受信信号の電圧値レベルはパルス状に減少する。
また、手洗いするために使用者が吐水口付近で両手を前後方向にに擦り合わせて動かしている場合、センサに対して手（指先）が接近・離遠を連続的に繰り返す状態となりＣＡＳＥ３で示すように周波数的には比較的低い傾向となるが電圧振幅値がある程度大きく変動する。
ＣＡＳＥ２およびＣＡＳＥ３の現象は前述した通り電波センサの波長に寄因する。例えば、電波センサの送信信号の周波数を電波法にて使用が許可されている１０・５０〜１０．５５ＧＨｚとすると、１波長は約２８ミリメートルとなり約１４ミリメートル間隔にてセンサ前方に電波の放射強度がゼロから最大まで変化する領域が連続的に生じる。そのため、センサ前方における放射強度のムラがそのまま手から反射して受信電極４にて受信されるため、前方からセンサ（吐水口）に向かって接近する動きに対してパルス状の受信信号がセンサから出力されることになる。従って、その受信信号の電圧振幅値の時間的変化を抽出すれば、センサに向かい手が接近するのか、それともセンサから手が離遠するのか、手の移動方向を容易に検出できる。さらに、前のパルスの立上り（またはピーク電圧値）から次のパルスの立上り（またはピーク電圧値）までの距離は送信信号の周波数により決定するため、経過時間ｔを抽出すれば相対的な移動速度を容易に検出できる。
【００３１】
一方、手洗いが終了し吐水口から水が流出しているだけの状態のときに電波センサから出力される受信信号は、ＣＡＳＥ４に示すように電圧値レベルが多少変動しても電圧振幅値は手や指が吐水口付近に在る場合と比較し著しく小さくなる。さらに、吐水口から連続的に流出する水はセンサ側からは平板状または円柱状の反射板のように見える。従って、水の流出経路が前述した電力分布がほぼゼロとなる位置になるようセンサを洗面ボウル２２の裏側に設置すれば、吐水口から水が流出しているだけの状態のときセンサから出力される受信信号の電圧値レベルは、使用者が洗面ボウル２２内に手を差し出す前の状態にてセンサから出力される受信信号の電圧値レベルから殆ど変動しなくなるため、吐水口付近に手が在るか否かをさらに識別しやすくなる。そして、図示しない動作判断回路の電気回路構成および制御プログラムが簡素化でき、さらにセンサの小型化が図れ量産性が向上する。
【００３２】
このように、受信信号の電圧振幅値の時間的変化を図示しない動作判断回路にて検出すれば、容易に吐水口から流出する水の吐水・止水制御ができる。例えば、使用者の手が吐水口に向かい接近した動きのみに対して吐水口から水を自動的に流出させることができ、水や電気を節約できる。
【００３３】
図５は、第１実施形態の電波センサにおける送受信部の変形例１を示す、（ａ）正面図、（ｂ）背面図である。
以下、前述した実施例と重複する部分の記載については説明を省略する。
図１に示した電波センサの送受信部はマイクロストリップ構造を有するパッチアンテナであったのに対し、図５に示す電波センサの送受信部はマイクロストリップ構造を有するダイポールアンテナである。基板１ａの他方の表面には基板１ａ上において送信信号の周波数の約２分の１波長に相当するＬの長さを有する矩形状の薄膜電極が送信電極３として形成されている。送信電極３の略中央部には給電線１２を接続するため基板１ａの表裏を貫通する貫通孔１１ａが設けられている。基板１ａの一方の表面に形成された接地電極２ａが反射板として作用するため、ダイポールアンテナではあるが無指向性ではなく前方（接地電極２ａに対し送信電極３が形成された方向）に向かい電波ビームを放射できる。また、送信電極３と平行するように薄膜矩形状の２つの受信電極４ａ、４ｂが所定の間隔を設け一直線状に形成され、励振方向と直交し且つ対向する受信電極４ａの端辺から受信電極４ｂの端辺までの略中間位置に検波素子５としてダイオード５が配置されている。受信電極４ａの端辺近傍にはダイオード５のアノード端子が接続され、受信電極４ｂの端辺と対向する受信電極４ａの端辺近傍に基板１ａの表裏を貫通する導通孔８ａが設けられ、基板１ａの一方の表面に形成された接地電極２ａと受信電極４ａとが導通孔８ａを介し接続されている。受信電極４ｂの端辺近傍にはダイオード５のカソード端子が接続され、励振方向と平行する受信電極４ｂの端辺にはダイオード５にて検波した受信信号を外部に出力するための出力線路６が接続されている。そして、基板１ａの表裏を貫通する導通孔８ｂを介し基板１ａの一方の表面に形成された接続電極１４と出力線路６とが接続されている。
【００３４】
受信電極４ａ、４ｂおよびダイオード５から構成される１対の受信アンテナの共振周波数は送信信号の周波数よりも高く、導波器として作用する。図１（ａ）に示したマイクロストリップアンテナと比較すると、アンテナンゲインは低く電波ビームの放射パターン（半値角）が広い。そのため、送信電極３から放射された電波ビーム（電流）が受信電極４へ回り込む量が多く、ダイオード５にて検波する受信信号の電圧値レベルが初期（送信電極３の前方に被検知体が存在しない状態）から高くなる傾向にある。従って、被検知体の微小な動きについては検出しずらくなるが、励振方向とは直交する端辺の長さを送信電極３および受信電極４ａ、４ｂともに短くできるため、電波センサの小型化を最優先する場合には最適なアンテナ構造である。
【００３５】
図６は、第１実施形態の電波センサにおける送受信部の変形例２を示す、正面図である。
図１（ａ）に示したマイクロストリップアンテナに対し、基板１ａの他方の表面に矩形状の送信電極３を中心として対称な位置に矩形状の受信電極４ａ、４ｂを形成している。従って、受信電極４ａ、４ｂの内部に設けられた導通孔８ａ、８ｃを介し接続される図示しない周波数調整線路を調整し受信電極４ａ、４ｂを導波器として作用させると、アンテナゲインが向上し、より鋭い電波ビームを送信電極３面に対し鉛直方向に向かい放射できる。従って、送信電極３から受信電極４ａ、４ｂへの電波ビーム（電流）の回り込みをさらに抑制でき、導通孔８ｂ、８ｄを介し接続された図示しないダイオード５ａ、５ｂにて検波する受信信号の電圧値レベルは初期（送信電極３の前方に被検知体が存在しない状態）から低くできる。一方で、受信電極４ａにおける電波ビームの受信パターンは送信電極３面に対し鉛直方向から受信電極４ｂが配置された方向に傾き、受信電極４ｂにおける電波ビームの受信パターンは送信電極３面に対し鉛直方向から受信電極４ａが配置された方向に傾く。このとき、送信電極から放射される電波ビームの送信パターンと受信電極４ａにおける電波ビームの受信パターンとの重複領域と、送信電極から放射される電波ビームの送信パターンと受信電極４ｂにおける電波ビームの受信パターンとの重複領域が送信電極を中心として左右対称に分離される。従って、本構成のマイクロストリップアンテナを電波センサに備えれば、受信電極４ａと受信電極４ｂにおける受信信号の電圧値レベルや電圧振幅値の時間的変化（位相差）を比較することにより、陶器や樹脂の裏側にセンサを隠蔽した状態でセンサ前方における被検知体の位置や移動状態（センサに対し接近・離遠する移動方向や速度、センサ前方を横断する移動方向や速度）を識別することができる。また、送信電極３から放射される電波ビームは、赤外線を利用したセンサと比較すると指向角が広く、受信電極４ａ、４ｂにて受信信号が得られる検知範囲が重複するため、被検知体の動きが連続した動きであるか否かを容易に認識できる。
【００３６】
基板１ａと基板１ｂの比誘電率や厚みは必ずしも同じである必要は無く、使用環境や検知性能に応じて変更できる。例えば、発振回路を形成する基板１ｂには、効率良く送信信号を生成するために比誘電率のバラツキが少なくｔａｎδ（誘電正接）が小さい基板材料を使用し、送信電極３や受信電極４を形成する基板１ａには、受信電極４をより多く形成しセンシング分解能を向上するために比誘電率の高い基板材料を使用する。
【００３７】
図７は、本発明における電波センサの第２実施形態を示す、側面図である。図８は、同、（ａ）正面図、（ｂ）正面側から見た内層の透視図、（ｃ）背面図である。
図１に示した電波センサは電波ビームを送受信する送受信部と電波ビームとなる高周波の送信信号を生成する発振部とが別体にて構成されていたのに対し、図７に示す電波センサは、送信信号のグランドとして作用する接地電極２を内部に埋設し積層した基板１を使用し、電波ビームを送受信する送受信部と電波ビームとなる高周波の送信信号を生成する発振部とが一体にて構成されている。
誘電体からなる基板１の一方の表面には送信信号として前方に電波ビームを放射する矩形状の送信電極３と送信電極３から放射され被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを受信信号として受信する矩形状の受信電極４が形成されている。送信電極３には伝送線路１７の片端を接続するため伝送線路１７の線路幅（インピーダンス）に応じ必要な切り欠きが設けられ、そこに伝送線路１７の片端が接続され、伝送線路１７の他端には基板１の表裏を貫通する導通孔８ａが設けられ、基板１の他方の表面に形成された発振回路９により生成された送信信号が、導通孔８ａを介し送信電極３まで伝播される。送信電極３は、基板１上において送信信号の周波数の約２分の１波長に相当する長さＬを少なくとも一辺に有する矩形状の薄膜電極であり、接地電極２が反射板として作用するマイクロストリップ構造の送信アンテナである。
【００３８】
受信電極４は、矩形状の薄膜電極を有するマイクロストリップ構造の受信アンテナであり、励振方向と直交する受信電極４の一方の端辺中央部に受信した受信信号を検波する検波素子５としてダイオード５のカソード端子が接続され、ダイオード５のアノード端子は基板１の表裏を貫通する導通孔８ｂを介し基板１の内部に形成された接地電極２に接続されている。第１実施形態にて示した電波センサは周波数調整線路の長さを所定の長さに設定することにより受信電極４の共振周波数を変化させ受信電極４を導波器または反射器として作用させていたが、受信電極４にダイオード５が接続された状態で受信電極４の外形寸法を変更すれば受信電極４の共振周波数が変化し、受信電極４を導波器または反射器として作用させることができる。特に、ダイオード５が接続された状態で受信電極４を導波器として作用させることにより、受信電極４は送信電極３から放射され被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを受信し外部に受信信号を出力するだけでなく、送信電極３から放射される電波ビームのゲインを増加させることができる。
【００３９】
従って、本構成のマイクロストリップアンテナを電波センサに備えれば、発振回路９にて生成される送信信号を効率良く送信電極３まで伝播し、センサ前方の被検知体の動きを検出するために必要な送信電力の省力化が図れ、発振回路９にて生成する送信信号の電力を少なくできるため、低消費電力、且つコンパクトな電波センサを提供することができる。また、検波素子５は受信電極４と同一基板面に配置し検波素子５の一端を直接、受信電極４に接続することが好ましい。そうすれば、部材や製造工程におけるバラツキによる電気的線路長（受信電極４から検波素子５を介し接地電極２までのインピーダンス）の変動を最小限に抑えることができるため、受信電極４の共振周波数がばらついて電波ビームの放射方向がセンサ毎に大きく異なることを抑制できる。
【００４０】
検波素子５にて検波された受信信号を外部に出力するため受信電極４の略中央部には基板１の表裏を貫通する導通孔８ｃが設けられている。そして、導通孔８ｃを介し基板１の他方の表面に形成された増幅回路１６と受信電極４とが接続される。ここでいう導通孔８ｃは出力線路の一部であり、製造時に導通孔８ｃを形成するために基板１の他方の表面に形成される図示しないランド（電極）も出力線路と見なすことができる。増幅回路１６を構成する半導体（オペアンプ）や抵抗器、コンデンサ等の電子部品の端子部を半田で接続するための部品接続電極を、導通孔８ｃの図示しないランドと兼用することによりセンサのノイズ耐性が向上し、図１に示した電波センサより薄型化を図れる。
【００４１】
検波素子５にて検波された受信信号を外部に出力する出力線路は、受信電極４の励振方向と直交する端辺から０．５×Ｌ（（Ｌ：励振方向と平行する端辺の長さ）の位置に相当する受信電極４の内部に導通孔８ｃを設け、導通孔８ｃを介し受信電極４と図示しない出力線路（導通孔８ｃのランド）とを接続することが好ましい。さらに好ましくは、受信電極４の略中央部に導通孔８ｃを設け、導通孔８ｃを介し受信電極４と図示しない出力線路とを接続することである。そうすれば、導通孔８ｃの後段に接続される電気回路のインダクタンス成分や容量成分の影響を受けず受信電極４の共振周波数の変化が殆ど無いため、確実に電波ビームを所定の方向に放射することができる。また、送信電極３および受信電極４の前方に被検知体が存在しない状態のとき、送信電極３から放射された電波ビーム（電流）が受信電極４へ回り込み検波素子５にて検波される受信信号の電圧値レベルが上昇することを抑制できるため、導通孔８ｃの後段に接続される増幅回路１６にて受信信号を増幅する際、比較的高い増幅率を採用でき検知精度が向上する。また、図示しない出力線路を引き回さずに短距離にて増幅回路１６まで受信信号を送信できノイズ耐性に優れる。
【００４２】
基板１の他方の表面には不要な電磁波をシールドするとともに基板１と対向する天面に所定の周波数で発振させるための図示しない周波数調整手段（螺子）を備えたシールドケース１０が設置され、その内部に発振回路９（電界効果トランジスタと誘電体共振器を利用し送信信号を生成、またはガンダイオードを利用し送信信号を生成）と検波素子５にて検波された受信信号を増幅して比較し易くするための増幅回路１６（オペアンプを使用し構成）とが形成されている。そして、発振回路９と増幅回路１６とはシールドケース１０の凹面に設けられた仕切り手段１８により高周波的に分離されている。従って、増幅回路１６には発振回路９側から電波ビームが回り込まないことは勿論、送信電極３から放射された電波ビームが基板１の背面に回りこみ、増幅回路１６のライン上にのってくることを防止できる。従って、図１に示した電波センサと比較すると、センサ前方の被検知体の小さな動きを精度良く検出できる。仕切り手段１８は、生産性を考慮するとシールドケース１０と一体に金属部材で設けることが好ましくい。別の方法として電波吸収材料にて増幅回路１６部を被覆しても良い。
【００４３】
図９は、本発明における電波センサの第３実施形態を示す、正面図である。
図１に示した電波センサは電波ビームを送受信する送受信部の送信電極と受信電極が各１つであったのに対し、図９に示す電波センサの送受信部は複数の送信電極と１つの受信電極から構成されている。
誘電体からなる基板１の一方の表面には送信信号として前方に電波ビームを放射する矩形状の送信電極３ａ、３ｂと送信電極３ａ、３ｂから放射され被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを受信信号として受信する矩形状の受信電極４が形成されている。送信電極３ａ、３ｂは電力均等分配回路となる伝送線路１７にて相互に接続され、図示しない発振回路９にて生成された送信信号が貫通孔１１を介し送信電極３ａ、３ｂまで伝播される。送信電極３ａ、３ｂは、基板１上において送信信号の周波数の約２分の１波長に相当する長さＬを少なくとも一辺に有する矩形状の薄膜電極であり、基板１の内部または他方の表面に形成された図示しない接地電極２が反射板として作用するマイクロストリップ構造の送信アンテナである。
【００４４】
受信電極４は、矩形状の薄膜電極を有するマイクロストリップ構造の受信アンテナであり、励振方向と直交する受信電極４の一方の端辺中央部に受信した受信信号を検波する検波素子５としてダイオード５のカソード端子が周波数調整線路７を介し接続され、ダイオード５のアノード端子は基板１の表裏を貫通する導通孔８ａを介し接地電極２に接続されている。受信電極４の共振周波数は周波数調整線路７の長さを所定の長さに設定することにより送信信号の周波数と略同一にすることができ、被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを効率良く受信できる。そして受信電極の略中央部に配置された導通孔８ｂを介し図示しない出力線路から受信信号を外部に出力する。
【００４５】
受信電極４は、電力均等分配回路となる伝送線路１７にて相互に接続された送信電極３ａ、３ｂの各端辺と受信電極４の端辺とが対向しない位置に配置されている。従って、送信電極３ａ、３ｂから放射された電波ビームが受信電極４に回り込み、受信電極４に電流が流れて受信信号の直流電圧値レベル（オフセット電圧）が上昇することを抑制できる。その結果、受信信号を図示しない増幅回路１６にて受信信号を増幅する際、直流電圧レベルでの増幅率を高く設定し高いＳ／Ｎ比を得ることができ、被検知体の微小な動きを検出し易くなる。
【００４６】
本発明の電波センサは、複数の送信電極を電力均等分配回路となる伝送線路１７にて相互に接続することにより、個々の送信電極（送信アンテナ）に伝播される送信信号のエネルギーを分散させ、受信電極（受信アンテナ）に回り込む電流量を減少させることができる。複数の送信電極に対し受信電極が１つ配置された、例えば、送信電極３ａまたは送信電極３ｂの何れか１つの端辺と受信電極４の端辺が対向して配置された送受信部を備えた電波センサは、１つの送信電極に対し受信電極が１つ配置された送受信部を備えた電波センサよりも高いＳ／Ｎ比を得ることができる。
【００４７】
また、送信電極の端辺と受信電極の端辺とを対向させて配置する場合、励振方向と直交する送信電極の端辺と受信電極の端辺とを対向して配置させる形態と、励振方向と平行する送信電極の端辺と受信電極の端辺とを対向して配置させる形態があるが、前者の方が受信電極に回り込む電流量を抑制することができるとともに電波ビームの放射形態に与える影響が少ない。図１０に示す送受信部は、基板１の一方の表面に複数の送信電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが格子状に配置され、図示しない発振回路にて生成された送信信号が均等に分配されて給電孔２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを介し伝播される。そして、送信電極２４ａと２４ｄおよび送信電極２４ｂと２４ｃの各中心点を結ぶ複数の直線が交差する点と、受信電極４の中心点が一致するよう受信電極４が配置されている。受信電極４の端辺は送信電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの何れの端辺とも対向していない。受信電極には導通孔８を介し図示しないダイオード５が接続され、また貫通孔１１から検波素子５にて検波された受信信号を外部に出力する。このように受信電極４を中心に送信電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを対称な位置に配置することにより、受信電極への電流の回り込みを抑制するとともに、電波ビームを基板１面に対し略鉛直方向に放射し、電波ビームの送信領域と受信領域の重複する部分を大きくすることができる。従って、コンパクトな形態ながら電波ビームを絞った状態でも広い検知範囲を維持することができる。
【００４８】
図１１は、本発明における電波センサの第４実施形態を示す、正面図である。
図１に示した電波センサは電波ビームを送受信する送受信部の送信電極と受信電極が各１つであったのに対し、図１１に示す電波センサの送受信部は複数の送信電極と複数の受信電極から構成されている。
誘電体からなる基板１の一方の表面には送信信号として前方に電波ビームを放射する矩形状の送信電極３ａ、３ｂと送信電極３ａ、３ｂから放射され被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを受信信号として受信する矩形状の受信電極４ａ、４ｂが形成されている。送信電極３ａ、３ｂおよび受信電極４ａ、４ｂは電力均等分配回路となる伝送線路１７ａ、１７ｂにて相互に接続され、図示しない発振回路９にて生成された送信信号が貫通孔１１ａを介し送信電極３ａ、３ｂまで伝播される。送信電極３ａ、３ｂは、基板１上において送信信号の周波数の約２分の１波長に相当する長さＬを少なくとも一辺に有する矩形状の薄膜電極であり、基板１の内部または他方の表面に形成された図示しない接地電極２が反射板として作用するマイクロストリップ構造の送信アンテナである。
【００４９】
受信電極４ａ、４ｂは、矩形状の薄膜電極を有するマイクロストリップ構造の受信アンテナであり、励振方向と平行する受信電極４ｂの一方の端辺略中央部に受信した受信信号を検波する検波素子５としてダイオード５のアノード端子が周波数調整線路７を介し接続され、ダイオード５のカソード端子は基板１の表裏を貫通する導通孔８を介し接地電極２に接続されている。受信電極４ａ、４ｂの共振周波数は周波数調整線路７の長さを所定の長さに設定することにより送信信号の周波数と略同一にすることができ、被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを効率良く受信できる。そして受信電極の励振方向と平行する一方の端辺略中央部に接続された出力線路６から受信信号を外部に出力する。
【００５０】
このように、送受信部のアンテナゲインを向上させた時でも前述した実施例と同様に出力線路６を介し外部に出力される検知信号の暗ノイズを小さくでき、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。また、図１に示した電波センサと比較すると検知距離が延びるのは当然の事ながら、電波ビーム送信時の放射パターンと受信時の放射パターンの重複領域が増えるため、励振方向と直交する検知範囲の幅が広がり、より広い範囲にて被検知体の動きをセンシングすることができる。
【００５１】
図１２に示す変形例のように受信電極４ａ、４ｂの双方に周波数調整線路７ａ、７ｂを介しダイオード５ａ、５ｂを接続することができる。そして、受信電極４ａと受信電極４ｂの対向する端辺の略中央部に出力線路６を接続し、貫通孔１１ｂを介し検知信号を外部に出力することにより、コンパクトな構造にて検知範囲は図１１に示した電波センサと同程度の状態にて高いＳ／Ｎ比を得ることができる。
【００５２】
図１３に示す変形例のように受信電極４ａ、４ｂを相互に接続する電力均等分配回路となる伝送線路１７ｂに周波数調整線路７を介しダイオードを接続し、励振方向と平行する受信電極４ａまたは受信電極４ｂのどちらか一方の端辺略中央部に出力線路６を接続し外部に検知信号を出力しても図１１に示した電波センサと同様の効果を得ることができる。本実施例においてダイオード５を受信電極４と同一の基板１表面に配置しているが、図示しない接地電極２と同一の基板１裏面に配置することもできる。
【００５３】
図１４は本発明における電波センサの別の使用形態として送信部と受信部が別の基板にて各々、構成されたものを組み合わせ移動体検知センサとして使用するときの送信部と受信部の位置関係を示す、配置図である。
送信部は高周波信号を生成する発振回路７と、発振回路にて生成された高周波信号を電波ビームとして前方に放射する送信電極３を備えている。受信部は前方に放射された電波ビームが被検知体に衝突し反射して戻ってきた反射波を受信する受信電極４と、受信電極４の共振周波数を調整する周波数調整線路７と、受信電極４にて受信した受信信号を検波するダイオード５と、検波した信号を外部に出力する出力線路６とを備えている。そして、送信電極３の電波ビームの放射パターンと受信電極４の電波ビームの受信パターンの少なくとも一部が重複し、且つ前方に被検知体が存在するときに受信部にて受信する受信信号が増大するよう送信部と受信部が配置されている。
【００５４】
図１５は、受信部の構成を示す（ａ）正面図（ｂ）背面図である。
本構成の受信部を検波装置とすると、検波装置は受信アンテナ（受信電極４）と周波数調整線路７と検波素子（ダイオード５）と出力線路６とから構成される。受信電極４は、矩形状の薄膜電極を有するマイクロストリップ構造の受信アンテナであり、励振方向と平行する受信電極４の一方の端辺略中央部に受信した受信信号を検波する検波素子５としてダイオード５のカソード端子が周波数調整線路７を介し接続され、ダイオード５のアノード端子は基板１の表裏を貫通する導通孔８を介し接地電極２に接続されている。そして、ダイオードにて検波した検知信号を外部に出力する出力線路６が受信電極４の励振方向と平行する一方の端辺略中央部に接続されている。
受信電極４の共振周波数は、周波数調整線路７の長さを所定の長さに設定することにより自由に変えることができ、別体に配置された図示しない送信電極から放射される電波ビームの高周波信号の周波数と、受信電極の共振周波数とが略同一（例えば、−１０ｄＢ以下の周波数帯域に共振周波数が存在する）となるように設定すれば、図１に示した電波センサと同様に出力線路６を介し外部に出力される検知信号の暗ノイズを極小化することができ、高いＳ／Ｎ比を得ることができる。
【００５５】
図１６に示す変形例は、図１５の検波装置に対し受信電極４と出力線路の接続位置が異なる。受信電極４の内側に配置された貫通孔１１が検知信号を外部に出力する出力線路の役割を果たしている。受信電極４と出力線路６の片端が接続される位置は、受信電極４の励振方向の長さをＬ（≒λｇ／２）とすると、受信電極４に流れる高周波電流が最小となる励振方向と直交する端辺から０．５×Ｌ（≒λｇ／４）の位置が好ましい。そうすれば、周波数調整線路７にて設定した受信電極４の共振周波数に殆ど影響を与えずに検知信号を外部に出力することができる。また、必要に応じて基板１裏面の略全面に形成された図示しない接地電極２の一部を切り欠いて、貫通孔１１に接続される出力線路を形成しても良いが、その場合、出力線路は励振方向と平行に引き出すことが望ましい。
【００５６】
図１７に示す変形例は、図１５の検波装置に対し受信電極４とダイオード５が接続される周波数調整線路７の接続位置が異なる。（ａ）に示す検波装置は受信電極４の内側を切り欠いて周波数調整線路７と受信電極４が接続され、（ｂ）に示す検波装置は基板１の図示しない接地電極２と同一面に図示しない周波数調整線路７とダイオード５を配置し、受信電極４の内側に設けられた導通孔８を介し、基板１に配置された図示しない周波数調整線路７と受信電極４が接続されている。（ｃ）に示す検波装置は周波数調整線路７を介さず受信電極４に直接、ダイオード５が接続されている。その場合、受信電極４の共振周波数が所望の値となるよう受信電極４の形状を調整すれば良い。このように受信電極４の略中央部を除く励振方向と平行する受信電極４の中心線上の位置にて周波数調整線路７と受信電極４、またはダイオード５と受信電極４を接続することで、受信電極４の励振方向と直交する端辺から０．５×Ｌの位置における高周波電流を、共振周波数帯域にて小さくすることができる。その結果、暗ノイズが小さく、高いＳ／Ｎ比を有した検波装置を実現できる。特に、図１８に示すように受信電極４に周波数調整線路７を介しダイオード５が接続された状態にて、受信電極４と周波数調整線路７の接続点からダイオードと接地電極２の接続点までの電気線路長がλｇ／４の時、図１９に示すように出力線路６を介し外部に出力される検知信号の暗ノイズが極少化でき、最も高いＳ／Ｎ比が得られる。また、出力線路６を介し出力される検知信号を増幅する際、増幅回路２５を構成するオペアンプ２５の入力端子と出力線路６とを直接、接続することにより暗ノイズの増加を防止できる。増幅回路２５は別の基板に配置しても良いが、図２０に示すように同一基板１上に配置し、少なくとも増幅率を１倍（ボルテージフォロワ）に設定することが好ましい。
【００５７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明における電波センサの第１実施形態を示す、（ａ）送受信部の正面図、（ｂ）送受信部の背面図、（ｃ）発振部の正面図、（ｂ）発振部の背面図である。
【図２】同、組立て図である。
【図３】第１実施形態の電波センサを水栓装置の自動化に応用した一例を示す、（ａ）正面図および（ｂ）側面図である。
【図４】同、電波センサから出力される受信信号の電圧波形を示すグラフである。
【図５】第１実施形態の電波センサにおける送受信部の変形例１を示す、（ａ）正面図、（ｂ）背面図である。
【図６】第１実施形態の電波センサにおける送受信部の変形例２を示す、正面図である。
【図７】本発明における電波センサの第２実施形態を示す、側面図である。
【図８】同、（ａ）正面図、（ｂ）正面側から見た内層部の透視図、（ｃ）背面図である。
【図９】本発明における電波センサの第３実施形態を示す、正面図である。
【図１０】第３実施形態の電波センサにおける送受信部の変形例１を示す、正面図である。
【図１１】本発明における電波センサの第４実施形態を示す、正面図である。
【図１２】同、変形例１の正面図である。
【図１３】同、変形例２の正面図である。
【図１４】本発明における電波センサの別の使用形態として送信部と受信部の位置関係を示す、配置図である。
【図１５】同、受信部の（ａ）正面図（ｂ）背面図である。
【図１６】同、（ａ）変形例１の正面図、（ｂ）変形例２の正面図である。
【図１７】同、（ａ）変形例３の正面図、（ｂ）変形例４の正面図、（ｃ）変形例５の正面図である。
【図１８】同、Ａ−Ａ’断面の主要部拡大図である。
【図１９】同、電気線路長の長さと暗ノイズの関係を示すグラフである。
【図２０】同、変形例６の正面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１、１ａ、１ｂ 基板
２、２ａ、２ｂ 接地電極
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 送信電極
４、４ａ、４ｂ 受信電極
５、５ａ、５ｂ 検波素子（ショットキーダイオード）
６、６ａ、６ｂ 出力線路
７、７ａ、７ｂ 周波数調整線路
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ 導通孔
９ 発振回路
１０ シールドケース
１１、１１ａ、１１ｂ 貫通孔
１２ 給電線
１３ 導通端子
１４ 接続電極
１５ スペーサー
１６ 増幅回路
１７、１７ａ、１７ｂ 伝送線路
１８ 仕切り手段
２１ 水栓装置
２２ 洗面ボール
２３ 壁
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ 給電孔
２５ 増幅回路（オペアンプ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波ビームを利用したセンシング技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、送信部に備えた送信アンテナから電波ビームを放射し、検知領域内に存在する被検知体に衝突し反射して戻ってきた反射波（受信信号）を、受信部に備えた受信アンテナにて受信し、送信された電波ビームの周波数と受信した電波ビームの周波数の差分をスダイオードにより検波し検知信号として出力する電波センサ（移動体検知センサ）が自動車やセキュリティ（使用周波数：２４．０５〜２４．２５ＧＨｚ）、住宅設備機器（使用周波数：１０．５０〜１０．５５ＧＨｚ）の分野で使用されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−５６１１７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電波ビームを利用した移動体検知センサの場合、電波ビームとして放射される高周波信号が高周波化するほど、空間に放射された電波ビームの減衰量が距離に応じて増加するため、センサから前方に放射された電波ビームが被検知体に衝突し反射して戻ってくる受信電力は低下し、検知性能に大きく影響を与える。そこで受信電力の低下を抑制するために、（１）発振電力を増加する、（２）アンテナゲインを増加する、（３）発振電力がそのまま送信電力となるよう送信部と受信部を電気的に分離する、といった方法が考えられる。（１）の方法としてはガンダイオードを空洞共振器に収納し高周波信号を生成する、（２）の方法としては電波ビームを送信、受信するアンテナにゲインが比較的高いホーンアンテナテナを採用することが容易に挙げられ、自動ドアや自動車分野で実用化されている。（３）の方法としては通信用途で提案されている従来技術記載のレクテナ回路等を受信部として採用し、電気的に分離された送信部と受信部の各アンテナを指向方向が同一となるように配置することが挙げられる。
しかしながら、（１）や（２）の方法にて構成されたセンサは比較的消費電力が大きく、センサ形状も大型（凸凹型）するため、陶器や洗面ボールの隙間等に配置し人体（手や足）や水（尿）の移動状態を検知することは困難である。
（３）の方法の場合、比較的消費電力は小さく、センサ形状も小型（薄型）化できるが、略同一平面上に送信部と受信部の各アンテナを適当に近接（電波ビームの空間波長以下）させて配置すると、送信部から受信部に高周波電流が回り込み、電波ビームの放射方向を制御できない、受信部から出力される検知信号の暗ノイズが増加しセンサの検知性能を示すＳ／Ｎ比が低下するといった不具合が生じる。
【０００５】
従って、本発明の目的は、センサ前方に存在する被検知体の有無や移動状態を精度良く検出する、電波ビームの放射方向を制御しＳ／Ｎ比に優れた低消費電力、且つ小型の電波センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、送信信号を生成する発振回路と、誘電体からなる基板と、前記基板の一方の表面または内部の略全面に形成された送信信号のグランドとして作用する接地電極と、前記基板の他方の表面に形成された、送信信号を電波ビームとして前方に放射する矩形状の少なくとも一対の送信電極と、前記一対の送信電極から放射され被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを受信信号として受信する矩形状の受信電極と、何れか一方の端子が前記接地電極のみに、他方の端子が前記受信電極に各々接続され、前記受信電極にて受信した受信信号を検波する検波素子と、前記検波素子にて検波された受信信号を外部に出力する前記受信電極に接続された出力線路とを備え、前記一対の送信電極は前記受信電極に対して対称で、且つ前記一対の送信電極の各中心点を結ぶ直線の中心と前記受信電極の中心点が一致する位置に、前記受信電極を配置したことを特徴とする。
【０００７】
上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、前記受信電極は、前記受信電極の励振周波数が送信信号の周波数と略同一となる電極形状であることを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、前記出力線路は、前記受信電極の励振方向と平行な端辺に接続されたことを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、前記受信電極の励振方向と平行な端辺の長さをＬとすると、前記出力線路は、前記受信電極の励振方向と直交する端辺から０．５×Ｌの位置に接続されたことを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、前記受信電極の励振方向と平行する端辺の長さをＬとすると、前記受信電極の内側、且つ前記受信電極の励振方向と直交する端辺から０．５×Ｌの位置に前記基板の表裏を貫通する導通孔を配置し、前記導通孔を介して前記受信電極と前記出力線路とが接続されたことを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、前記検波素子の他方の端子は、前記受信電極の励振方向と直交する端辺に接続されたことを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、前記検波素子の他方の端子は、前記受信電極の周波数を調整する周波数調整線路を介して前記受信電極に接続されたことを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するために本発明の一態様によれば、前記受信電極と前記周波数調整線路の接続点から前記検波素子を介し前記接地電極までの電気線路長は、送信信号の周波数に対し前記基板における４分の１波長の奇数倍であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、センサ前方に存在する被検知体の有無や移動状態を精度良く検出する、電波ビームの放射方向を制御しＳ／Ｎ比に優れた低消費電力、且つ小型の電波センサを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明における電波センサについて説明する。
尚、以下実施例における図面の基板の厚みやパターン寸法は説明の都合上、実際の形状とは異なる。
図１は、本発明における電波センサの第１実施形態を示す、（ａ）送受信部の正面図、（ｂ）送受信部の背面図、（ｃ）発振部の正面図、（ｂ）発振部の背面図である。図２は同、組立て図である。
【００１６】
本発明の電波センサは、電波ビームを送受信する送受信部と電波ビームとして放射される高周波（例えば、マイクロ波やミリ波）の送信信号を生成する発振部とが別体にて構成されている。
誘電体からなる基板１ａの一方の表面の略全面には送信信号のグランドとして作用する接地電極２ａが形成され、基板１ａの他方の表面には送信信号として前方に電波ビームを放射する矩形状の送信電極３と送信電極３から放射され被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを受信信号として受信する矩形状の受信電極４が形成されている。基板１ｂに形成された発振回路９により生成された送信信号は、送信電極３の内部に設けられた基板１ａの表裏を貫通する貫通孔１１ａに配置される給電線１２（同軸ケーブルや樹脂被覆リード線等）を介し直接、送信電極３に伝播され、送信電極３から電波ビームとして放射される。貫通孔１１ａはインピーダンスが５０Ωとなる送信電極３の内部に設けられている。
送信電極３は、基板１ａ上における送信信号（使用周波数）の約半波長（λｇ／２：λｇ…基板１ａを伝搬する高周波信号の波長である。また、真空中における高周波信号の電波の波長をλ、基板１ａの比誘電率をεｒとすると、λ＝εｒ１/２・λｇである。）の長さＬを少なくとも一辺にもつ略正方形状の薄膜電極であり、接地電極２ａが反射板として作用するマイクロストリップ構造の送信アンテナである。従って、接地電極２ａを境界として送信電極３から前方（接地電極２ａに対し送信電極３が形成された方向）に向かい効率良く電波ビームを放射することができる。
【００１７】
受信電極４は、送信電極３と同一矩形状の薄膜電極を有するマイクロストリップ構造の受信アンテナであり、インピーダンスが５０Ωとなる位置（送信電極３の内部に設けられた貫通孔１１ａの中心点と同一箇所に相当）に基板１ａの表裏を貫通する導通孔８ａが設けられ、基板１ａの一方の表面に形成された周波数調整線路７と受信電極４とを接続している。周波数調整線路７の片端には、受信電極４にて受信した受信信号を検波する検波素子５としてショットキーダイオード５（以下、ダイオード）のカソード端子が接続され、ダイオード５のアノード端子は接地電極２ａに接続されている。また、ダイオード５にて検波された受信信号を検知信号として外部に出力するため、出力線路６の片端が受信電極４の励振方向と平行な一方の端辺に接続され、受信信号は基板１ａの表裏を貫通する導通孔８ｂを介し基板１ａの一方の表面に形成された接続電極１４まで送信される。
【００１８】
周波数調整線路７の長さを所定の長さに設定することにより、受信電極４に周波数調整線路７を介しダイオード５を接続した状態にて、受信電極４の共振周波数を変化させることができる。そして、送信電極３から放射される電波ビームの最大放射強度方向を任意の方向へ設定することが可能となる。送信電極３と受信電極４の共振周波数が略同一となる長さに周波数調整線路７の長さ、即ちλｇ／４の奇数倍に設定したとき、出力線路６を介し外部に出力される検知信号の暗ノイズを極小化することができ、センサとして高いＳ／Ｎ比を得ることがる。また、周波数調整線路７の長さを調整し受信電極４の共振周波数を送信電極３に対し高めまたは低めに設定することにより、受信電極４を導波器または反射器として作用させることができる。特に、受信電極４にダイオード５が接続された状態で受信電極４を導波器として作用させることにより、受信電極４は送信電極３から放射され被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを受信し外部に受信信号を出力するだけでなく、送受信する電波ビームのゲイン、指向性利得を増加させることができるため、出力線路６を介し外部に出力される検知信号の暗ノイズは若干高めに推移しＳ／Ｎ比は低下するが、検知範囲を狭くすることができる。
【００１９】
また、送信電極３および受信電極４の前方に被検知体が存在しない状態のとき、送信電極３から放射された電波ビーム（電流）が受信電極４へ回り込み検波素子５にて検波される受信信号の電圧値レベルが上昇することを抑制できるため、出力線路６の後段に接続される増幅回路１６にて受信信号を増幅する際、比較的高い増幅率を採用でき検知精度が向上する。
【００２０】
本構成のマイクロストリップアンテナを電波センサに備えれば、センサ前方の被検知体の動きを検出するために必要な送信電力の省力化が図れ、発振回路９にて生成する送信信号の電力を少なくできるため、低消費電力、且つコンパクトな電波センサを提供することができる。
本実施例では、励振方向と平行する送信電極３の端辺と励振方向と平行する受信電極４の端辺とが対向するよう送信電極３と受信電極４を同一平面状に各々配置したが、励振方向と直交する送信電極の端辺と励振方向と直交する受信電極の端辺とが対向するように配置しても良いし、送信電極の端辺の一部と受信電極の端辺の一部とが対向するよう配置しても良い。そうすれば、受信電極４を導波器として作用させたとき、対向する送信電極３の端面から受信電極の端面までの距離をさらに短くでき、高いアンテナゲイン（高指向性利得）が得られるため、さらにセンサの少電力化、小型化が図れる。また、送信電極３と受信電極４は同一平面状にある必要は無い。使用環境（検知性能）に応じて送信電極３と受信電極４の位置関係は自由に変更することができ、例えば、送信電極３に対し後方側（電波ビームの放射方向とは反対方向）に受信電極４を配置すれば、送信電極３から受信電極４への電波ビーム（電流）の回り込みを抑制できる。また、偏波方式は送信電極と受信電極の形状を略正方形状（垂直偏波）から略正方形の角部を旋回方向に応じてカットすれば円偏波方式に容易に変えることができる。
【００２１】
検波素子５（ダイオード）にて検波された受信信号を外部に出力する出力線路６は、受信電極４の励振方向と平行な端辺に接続することが好ましい。出力線路６を受信電極４の励振方向と直交する端辺や周波数調整線路７に接続すると、出力線路６が保有するインダクタンス成分や容量成分、出力線路６の後段に接続される増幅回路１６等の影響を大きく受けて受信電極４の共振周波数が乱高下するため、確実に電波ビームを所定の方向に放射することが困難となる。受信電極４の励振方向と平行な端辺に出力線路６を接続することにより、出力線路６および出力線路６の後段に接続される電気回路のインダクタンス成分や容量成分の影響を少なくし受信電極４の共振周波数の変化を抑制できるため、電波ビームを所定の方向に放射することが比較的容易となる。さらに好ましくは、受信電極４の励振方向と直交する端辺から０．５×Ｌ（Ｌ：励振方向と平行する端辺の長さ）の位置に相当する受信電極４の端辺近傍に出力線路６を接続することである。出力線路６および出力線路６の後段に接続される電気回路のインダクタンス成分や容量成分の影響を受けず受信電極４の共振周波数の変化が殆ど無いため、確実に電波ビームを所定の方向に放射することができる。
【００２２】
出力線路６の線路幅は狭いほどインピーダンスを大きくでき高周波を遮断（反射）しやすくなるため、銅箔エッチング法による一般的な基板製造方法を考慮すると０．１〜０．５ミリメートル程度の線路幅が好ましい。基板上の波長に換算すると出力線路６の線路幅は３０分の１波長以下である。
【００２３】
誘電体からなる基板１ｂの一方の表面の略全面には送信信号のグランドとして作用する接地電極２ｂが形成され、基板１ｂの他方の表面には不要な電磁波をシールドするとともに基板１ｂと対向する天面に所定の周波数で発振させるための図示しない周波数調整手段（螺子）を備えたシールドケース１０が設置され、その内部に発振回路９（電界効果トランジスタと誘電体共振器を利用し送信信号を生成、またはガンダイオードを利用し送信信号を生成）が形成されている。また、シールドケース１０の周囲には検波素子５にて検波された受信信号を増幅して比較し易くするための増幅回路１６（オペアンプを利用し構成）が形成されている。送受信部や発振部とは別体にて増幅回路１６を備えても良いが、受信電極と検波素子から構成される受信部と増幅回路１６とを接続する導線の構造や長さ、その設置環境によっては受信信号が送信されるライン上にノイズが入り検知性能に影響を与えるため、増幅回路１６は少なくとも受信部の近傍に備え、受信部と増幅回路１６とを短距離にて接続することが好ましい。
【００２４】
基板１ａと基板１ｂの外周形状は略同一である。基板１ａの接地電極２ａ面と基板１ｂの接地電極２ｂ面とを対向させ、少なくとも外周形状が基板１ａと同一である導電性のスペーサー介し、接地電極２ａと接地電極２ｂとを電気的に接続することにより、接地電極２ａ、２ｂが共通の高周波のグランドとして安定して作用する。従って、基板１ａまたは基板１ｂの何れか一方の基板に電源電圧（Ｖ・ＧＮＤ）を印加すれば、基板１ｂに形成された発振回路にて所定の電力を有する高周波の送信信号が効率良く生成でき、基板１ａに形成された送信電極３から電波ビームとして送信信号を所定の方向に放射することができる。
【００２５】
送信電極３から放射される電波ビームの放射電力および送信電極と３と受信電極４との位置関係により、検波素子５にて得られる受信信号の電圧値レベルはプラス側またはマイナス側に変化する。従って、送信電極３から放射される電波ビームの放射電力および送信電極と３と受信電極４との位置関係に応じ、周波数調整線路７を介しカソード端子またはアノード端子のどちらか一方を受信電極４と接続し、他方の端子を接地電極２ａに接続すれば、出力線路６の後段に接続される増幅回路１６が単電源（プラス側またはマイナス側）にて受信信号を効率良く増幅することができる。
基板１ｂの一方の表面には基板１ｂの表裏を貫通する導通端子１３が接続され、基板１ａの一方の表面に形成された接続電極１４まで送信された受信信号は、導通端子１３を介し増幅回路１６へ送信される。増幅回路１６における増幅率は使用環境や検知性能に応じて適宜、設定すれば良く、等倍（ボルテージフォロワ：入力１に対し出力１の比率）以上の増幅回路１６を一体で備えれば、ノイズ耐性が向上し電波センサから外部に出力される受信信号の電圧値変動を抑制できる。本実施例には記載していないが、必要に応じて増幅回路の前段または後段に必要な周波数成分のみを抽出するフィルター回路を組み込むこともできる。
【００２６】
また、本発明の電波センサに、増幅された受信信号に基づいて被検知体の動きを判断する動作判断回路（比較回路：コンパレータを使用し構成、ＣＰＵ：中央演算処理装置を使用し構成等）と、動作判断回路の判定結果に応じた負荷を駆動するための駆動信号を有線または無線にて外部に出力する出力回路を備えれば、非接触式の電波スイッチとして使用できる。動作判断回路は、直接、またはコンパレータを介しマイコン（ＣＰＵ）の入力ポートに入力された受信信号の入力タイミングや入力期間に応じて、被検知体の動きを判断すれば良い。さらに、精度良く被検知体の動きを判断したいときはＣＰＵのアナログ電圧をデジタル電圧に変換する機能を有したＡＤ変換機能ポートに受信信号を入力すれば良い。
【００２７】
送信信号と受信信号の周波数の差分を抽出し被検知体の動きを検出するドップラー検知方式の電波センサの場合、被検知体の動きが極端に遅くなったり静止すると、センサから出力されるドップラー信号の電圧値レベルが変動しなくなる。本発明の電波センサは、被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを受信電極４にて受信し、受信電極４のみに電気的に接続された検波素子５により受信電極４に流れる電流成分を検波し受信信号を外部に出力する。従って、センサ前方における被検知体の存在の有無や移動状態、人や手など被検知体の比較的ゆっくりとした動きや静止状態を、陶器や樹脂などの裏側にセンサを隠蔽した状態にて、受信信号の電圧値レベルや電圧振幅値の（時間的）変化から被検知体の移動速度に関係なく容易に検出することができる。
【００２８】
投光素子と受光素子を本実施例のように同一基板上に各々１つずつ配置し、投光素子により前方へ光電ビームを照射し被検知体に衝突し反射して戻ってきた光電ビームを受光素子により受信する赤外線センサの場合、受光素子を介し出力される受信信号の一瞬の電圧値レベルの変動からセンサ前方における被検知体の有無を検出できる。一方で、センサ素子の１波長が数ナノメートル程度であるため、センサに向かい接近する被検知体の移動速度を受信信号から検出することは困難である。
本発明の電波センサは、送信信号の周波数帯域としてマイクロ波やミリ波の帯域を利用すると、定在波の影響によりセンサ前方における電力分布が送信信号の周波数の２分の１波長間隔にてゼロから最大まで変化する領域が連続的に生じる。従って、センサに向かい接近する被検知体の動きに対して受信信号が矩形波または三角波状に変化する。そのため、赤外線センサのように受信信号の一瞬の電圧値レベルの変動からセンサ前方における被検知体の有無を精度良く検出することは困難であるが、電波センサから出力された受信信号の周期と送信信号の周波数からセンサに向かい接近する被検知体の移動速度を容易に検出できる。例えば、送信信号の周波数が１０ギガヘルツだとすると１波長は約３０ミリメートルとなり、センサ前方における電力分布は約１５ミリメートル間隔にてゼロから最大まで変化する領域が連続的に生じる。相対的な移動距離は送信信号の周波数により決定するため、センサから出力される受信信号に基づいて前のパルスの立上り（または電圧ピーク値）から次のパルスの立上り（または電圧ピーク値）までの時間を抽出すれば、約１５ミリメートルの移動距離に対する移動速度を容易に検出することができ、さらにこの移動速度を連続的に検出すれば被検知体の移動状態の変化を容易に認識できる。
【００２９】
図３は、本発明における電波センサを水栓装置の自動化に応用した一例を示す、（ａ）正面図および（ｂ）側面図である。図４は、同、電波センサから出力される受信信号の電圧波形を示すグラフである。
図３に示す自動水栓装置は、水道配管に直結され通水または断水を電気的に切り替え可能な構造を有した図示しない電磁弁と、片端から水道水が流入し他端に設けられた吐水口から流出する水栓装置２１と、上述した第１実施形態の電波センサとから構成されている。図示しない電磁弁と水栓装置２１の片端は図示しない給水ホースにより配管接続され、使用者が吐水口に向かい洗面ボウル２２内に手を差し出したとき自動的に水を吐水口から流出させるために、電波センサ、図示しない動作判断回路、図示しない出力回路、図示しない電磁弁の順に電気的に接続されている。水栓装置２１は吐水口が洗面ボウル２２の中心線上に位置するように壁２３に固定され、吐水口よりも壁２３側となる洗面ボウル２２の裏側に、受信電極４が送信電極３よりも吐水口側に近くなるよう電波センサが設置され、送信電極３面に対し斜め上方向に向かい電波ビームが放射される。ここでいう、電波ビームの放射方向とは最大放射強度方向を示し、電波ビームの放射方向と吐水口に向かい接近する手の進入方向とは対向することが好ましい。
【００３０】
図４に示すＣＡＳＥ１の電圧波形は使用者が洗面ボウル２２内に手を差し出す前の状態、ＣＡＳＥ２の電圧波形は使用者が吐水口に向かい洗面ボウル２２内に手を差し出す（センサに向かい手が接近する）ときの状態、ＣＡＳＥ３の電圧波形は吐水口から水が流出し使用者が手洗いしているときの状態、ＣＡＳＥ４の電圧波形は使用者が手洗いを終了し吐水口から水が流出しているだけの状態において、電波センサから出力される受信信号の時間的変化を示す電圧波形である。ここでいう洗面ボウル２２内とは洗面ボウル内側の天頂方向も含む。
ＣＡＳＥ２で示すように吐水口に向かい手が接近するとセンサから出力される受信信号の電圧値レベルはパルス状に増加し吐水口（電波センサ）に接近するほど電圧振幅値が大きくなる。本実施例に記載していないが、逆に吐水口から手が離遠すると受信信号の電圧値レベルはパルス状に減少する。
また、手洗いするために使用者が吐水口付近で両手を前後方向にに擦り合わせて動かしている場合、センサに対して手（指先）が接近・離遠を連続的に繰り返す状態となりＣＡＳＥ３で示すように周波数的には比較的低い傾向となるが電圧振幅値がある程度大きく変動する。
ＣＡＳＥ２およびＣＡＳＥ３の現象は前述した通り電波センサの波長に寄因する。例えば、電波センサの送信信号の周波数を電波法にて使用が許可されている１０・５０〜１０．５５ＧＨｚとすると、１波長は約２８ミリメートルとなり約１４ミリメートル間隔にてセンサ前方に電波の放射強度がゼロから最大まで変化する領域が連続的に生じる。そのため、センサ前方における放射強度のムラがそのまま手から反射して受信電極４にて受信されるため、前方からセンサ（吐水口）に向かって接近する動きに対してパルス状の受信信号がセンサから出力されることになる。従って、その受信信号の電圧振幅値の時間的変化を抽出すれば、センサに向かい手が接近するのか、それともセンサから手が離遠するのか、手の移動方向を容易に検出できる。さらに、前のパルスの立上り（またはピーク電圧値）から次のパルスの立上り（またはピーク電圧値）までの距離は送信信号の周波数により決定するため、経過時間ｔを抽出すれば相対的な移動速度を容易に検出できる。
【００３１】
一方、手洗いが終了し吐水口から水が流出しているだけの状態のときに電波センサから出力される受信信号は、ＣＡＳＥ４に示すように電圧値レベルが多少変動しても電圧振幅値は手や指が吐水口付近に在る場合と比較し著しく小さくなる。さらに、吐水口から連続的に流出する水はセンサ側からは平板状または円柱状の反射板のように見える。従って、水の流出経路が前述した電力分布がほぼゼロとなる位置になるようセンサを洗面ボウル２２の裏側に設置すれば、吐水口から水が流出しているだけの状態のときセンサから出力される受信信号の電圧値レベルは、使用者が洗面ボウル２２内に手を差し出す前の状態にてセンサから出力される受信信号の電圧値レベルから殆ど変動しなくなるため、吐水口付近に手が在るか否かをさらに識別しやすくなる。そして、図示しない動作判断回路の電気回路構成および制御プログラムが簡素化でき、さらにセンサの小型化が図れ量産性が向上する。
【００３２】
このように、受信信号の電圧振幅値の時間的変化を図示しない動作判断回路にて検出すれば、容易に吐水口から流出する水の吐水・止水制御ができる。例えば、使用者の手が吐水口に向かい接近した動きのみに対して吐水口から水を自動的に流出させることができ、水や電気を節約できる。
【００３３】
図５は、第１実施形態の電波センサにおける送受信部の変形例１を示す、（ａ）正面図、（ｂ）背面図である。
以下、前述した実施例と重複する部分の記載については説明を省略する。
図１に示した電波センサの送受信部はマイクロストリップ構造を有するパッチアンテナであったのに対し、図５に示す電波センサの送受信部はマイクロストリップ構造を有するダイポールアンテナである。基板１ａの他方の表面には基板１ａ上において送信信号の周波数の約２分の１波長に相当するＬの長さを有する矩形状の薄膜電極が送信電極３として形成されている。送信電極３の略中央部には給電線１２を接続するため基板１ａの表裏を貫通する貫通孔１１ａが設けられている。基板１ａの一方の表面に形成された接地電極２ａが反射板として作用するため、ダイポールアンテナではあるが無指向性ではなく前方（接地電極２ａに対し送信電極３が形成された方向）に向かい電波ビームを放射できる。また、送信電極３と平行するように薄膜矩形状の２つの受信電極４ａ、４ｂが所定の間隔を設け一直線状に形成され、励振方向と直交し且つ対向する受信電極４ａの端辺から受信電極４ｂの端辺までの略中間位置に検波素子５としてダイオード５が配置されている。受信電極４ａの端辺近傍にはダイオード５のアノード端子が接続され、受信電極４ｂの端辺と対向する受信電極４ａの端辺近傍に基板１ａの表裏を貫通する導通孔８ａが設けられ、基板１ａの一方の表面に形成された接地電極２ａと受信電極４ａとが導通孔８ａを介し接続されている。受信電極４ｂの端辺近傍にはダイオード５のカソード端子が接続され、励振方向と平行する受信電極４ｂの端辺にはダイオード５にて検波した受信信号を外部に出力するための出力線路６が接続されている。そして、基板１ａの表裏を貫通する導通孔８ｂを介し基板１ａの一方の表面に形成された接続電極１４と出力線路６とが接続されている。
【００３４】
受信電極４ａ、４ｂおよびダイオード５から構成される１対の受信アンテナの共振周波数は送信信号の周波数よりも高く、導波器として作用する。図１（ａ）に示したマイクロストリップアンテナと比較すると、アンテナンゲインは低く電波ビームの放射パターン（半値角）が広い。そのため、送信電極３から放射された電波ビーム（電流）が受信電極４へ回り込む量が多く、ダイオード５にて検波する受信信号の電圧値レベルが初期（送信電極３の前方に被検知体が存在しない状態）から高くなる傾向にある。従って、被検知体の微小な動きについては検出しずらくなるが、励振方向とは直交する端辺の長さを送信電極３および受信電極４ａ、４ｂともに短くできるため、電波センサの小型化を最優先する場合には最適なアンテナ構造である。
【００３５】
図６は、第１実施形態の電波センサにおける送受信部の変形例２を示す、正面図である。
図１（ａ）に示したマイクロストリップアンテナに対し、基板１ａの他方の表面に矩形状の送信電極３を中心として対称な位置に矩形状の受信電極４ａ、４ｂを形成している。従って、受信電極４ａ、４ｂの内部に設けられた導通孔８ａ、８ｃを介し接続される図示しない周波数調整線路を調整し受信電極４ａ、４ｂを導波器として作用させると、アンテナゲインが向上し、より鋭い電波ビームを送信電極３面に対し鉛直方向に向かい放射できる。従って、送信電極３から受信電極４ａ、４ｂへの電波ビーム（電流）の回り込みをさらに抑制でき、導通孔８ｂ、８ｄを介し接続された図示しないダイオード５ａ、５ｂにて検波する受信信号の電圧値レベルは初期（送信電極３の前方に被検知体が存在しない状態）から低くできる。一方で、受信電極４ａにおける電波ビームの受信パターンは送信電極３面に対し鉛直方向から受信電極４ｂが配置された方向に傾き、受信電極４ｂにおける電波ビームの受信パターンは送信電極３面に対し鉛直方向から受信電極４ａが配置された方向に傾く。このとき、送信電極から放射される電波ビームの送信パターンと受信電極４ａにおける電波ビームの受信パターンとの重複領域と、送信電極から放射される電波ビームの送信パターンと受信電極４ｂにおける電波ビームの受信パターンとの重複領域が送信電極を中心として左右対称に分離される。従って、本構成のマイクロストリップアンテナを電波センサに備えれば、受信電極４ａと受信電極４ｂにおける受信信号の電圧値レベルや電圧振幅値の時間的変化（位相差）を比較することにより、陶器や樹脂の裏側にセンサを隠蔽した状態でセンサ前方における被検知体の位置や移動状態（センサに対し接近・離遠する移動方向や速度、センサ前方を横断する移動方向や速度）を識別することができる。また、送信電極３から放射される電波ビームは、赤外線を利用したセンサと比較すると指向角が広く、受信電極４ａ、４ｂにて受信信号が得られる検知範囲が重複するため、被検知体の動きが連続した動きであるか否かを容易に認識できる。
【００３６】
基板１ａと基板１ｂの比誘電率や厚みは必ずしも同じである必要は無く、使用環境や検知性能に応じて変更できる。例えば、発振回路を形成する基板１ｂには、効率良く送信信号を生成するために比誘電率のバラツキが少なくｔａｎδ（誘電正接）が小さい基板材料を使用し、送信電極３や受信電極４を形成する基板１ａには、受信電極４をより多く形成しセンシング分解能を向上するために比誘電率の高い基板材料を使用する。
【００３７】
図７は、本発明における電波センサの第２実施形態を示す、側面図である。図８は、同、（ａ）正面図、（ｂ）正面側から見た内層の透視図、（ｃ）背面図である。
図１に示した電波センサは電波ビームを送受信する送受信部と電波ビームとなる高周波の送信信号を生成する発振部とが別体にて構成されていたのに対し、図７に示す電波センサは、送信信号のグランドとして作用する接地電極２を内部に埋設し積層した基板１を使用し、電波ビームを送受信する送受信部と電波ビームとなる高周波の送信信号を生成する発振部とが一体にて構成されている。
誘電体からなる基板１の一方の表面には送信信号として前方に電波ビームを放射する矩形状の送信電極３と送信電極３から放射され被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを受信信号として受信する矩形状の受信電極４が形成されている。送信電極３には伝送線路１７の片端を接続するため伝送線路１７の線路幅（インピーダンス）に応じ必要な切り欠きが設けられ、そこに伝送線路１７の片端が接続され、伝送線路１７の他端には基板１の表裏を貫通する導通孔８ａが設けられ、基板１の他方の表面に形成された発振回路９により生成された送信信号が、導通孔８ａを介し送信電極３まで伝播される。送信電極３は、基板１上において送信信号の周波数の約２分の１波長に相当する長さＬを少なくとも一辺に有する矩形状の薄膜電極であり、接地電極２が反射板として作用するマイクロストリップ構造の送信アンテナである。
【００３８】
受信電極４は、矩形状の薄膜電極を有するマイクロストリップ構造の受信アンテナであり、励振方向と直交する受信電極４の一方の端辺中央部に受信した受信信号を検波する検波素子５としてダイオード５のカソード端子が接続され、ダイオード５のアノード端子は基板１の表裏を貫通する導通孔８ｂを介し基板１の内部に形成された接地電極２に接続されている。第１実施形態にて示した電波センサは周波数調整線路の長さを所定の長さに設定することにより受信電極４の共振周波数を変化させ受信電極４を導波器または反射器として作用させていたが、受信電極４にダイオード５が接続された状態で受信電極４の外形寸法を変更すれば受信電極４の共振周波数が変化し、受信電極４を導波器または反射器として作用させることができる。特に、ダイオード５が接続された状態で受信電極４を導波器として作用させることにより、受信電極４は送信電極３から放射され被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを受信し外部に受信信号を出力するだけでなく、送信電極３から放射される電波ビームのゲインを増加させることができる。
【００３９】
従って、本構成のマイクロストリップアンテナを電波センサに備えれば、発振回路９にて生成される送信信号を効率良く送信電極３まで伝播し、センサ前方の被検知体の動きを検出するために必要な送信電力の省力化が図れ、発振回路９にて生成する送信信号の電力を少なくできるため、低消費電力、且つコンパクトな電波センサを提供することができる。また、検波素子５は受信電極４と同一基板面に配置し検波素子５の一端を直接、受信電極４に接続することが好ましい。そうすれば、部材や製造工程におけるバラツキによる電気的線路長（受信電極４から検波素子５を介し接地電極２までのインピーダンス）の変動を最小限に抑えることができるため、受信電極４の共振周波数がばらついて電波ビームの放射方向がセンサ毎に大きく異なることを抑制できる。
【００４０】
検波素子５にて検波された受信信号を外部に出力するため受信電極４の略中央部には基板１の表裏を貫通する導通孔８ｃが設けられている。そして、導通孔８ｃを介し基板１の他方の表面に形成された増幅回路１６と受信電極４とが接続される。ここでいう導通孔８ｃは出力線路の一部であり、製造時に導通孔８ｃを形成するために基板１の他方の表面に形成される図示しないランド（電極）も出力線路と見なすことができる。増幅回路１６を構成する半導体（オペアンプ）や抵抗器、コンデンサ等の電子部品の端子部を半田で接続するための部品接続電極を、導通孔８ｃの図示しないランドと兼用することによりセンサのノイズ耐性が向上し、図１に示した電波センサより薄型化を図れる。
【００４１】
検波素子５にて検波された受信信号を外部に出力する出力線路は、受信電極４の励振方向と直交する端辺から０．５×Ｌ（（Ｌ：励振方向と平行する端辺の長さ）の位置に相当する受信電極４の内部に導通孔８ｃを設け、導通孔８ｃを介し受信電極４と図示しない出力線路（導通孔８ｃのランド）とを接続することが好ましい。さらに好ましくは、受信電極４の略中央部に導通孔８ｃを設け、導通孔８ｃを介し受信電極４と図示しない出力線路とを接続することである。そうすれば、導通孔８ｃの後段に接続される電気回路のインダクタンス成分や容量成分の影響を受けず受信電極４の共振周波数の変化が殆ど無いため、確実に電波ビームを所定の方向に放射することができる。また、送信電極３および受信電極４の前方に被検知体が存在しない状態のとき、送信電極３から放射された電波ビーム（電流）が受信電極４へ回り込み検波素子５にて検波される受信信号の電圧値レベルが上昇することを抑制できるため、導通孔８ｃの後段に接続される増幅回路１６にて受信信号を増幅する際、比較的高い増幅率を採用でき検知精度が向上する。また、図示しない出力線路を引き回さずに短距離にて増幅回路１６まで受信信号を送信できノイズ耐性に優れる。
【００４２】
基板１の他方の表面には不要な電磁波をシールドするとともに基板１と対向する天面に所定の周波数で発振させるための図示しない周波数調整手段（螺子）を備えたシールドケース１０が設置され、その内部に発振回路９（電界効果トランジスタと誘電体共振器を利用し送信信号を生成、またはガンダイオードを利用し送信信号を生成）と検波素子５にて検波された受信信号を増幅して比較し易くするための増幅回路１６（オペアンプを使用し構成）とが形成されている。そして、発振回路９と増幅回路１６とはシールドケース１０の凹面に設けられた仕切り手段１８により高周波的に分離されている。従って、増幅回路１６には発振回路９側から電波ビームが回り込まないことは勿論、送信電極３から放射された電波ビームが基板１の背面に回りこみ、増幅回路１６のライン上にのってくることを防止できる。従って、図１に示した電波センサと比較すると、センサ前方の被検知体の小さな動きを精度良く検出できる。仕切り手段１８は、生産性を考慮するとシールドケース１０と一体に金属部材で設けることが好ましくい。別の方法として電波吸収材料にて増幅回路１６部を被覆しても良い。
【００４３】
図９は、本発明における電波センサの第３実施形態を示す、正面図である。
図１に示した電波センサは電波ビームを送受信する送受信部の送信電極と受信電極が各１つであったのに対し、図９に示す電波センサの送受信部は複数の送信電極と１つの受信電極から構成されている。
誘電体からなる基板１の一方の表面には送信信号として前方に電波ビームを放射する矩形状の送信電極３ａ、３ｂと送信電極３ａ、３ｂから放射され被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを受信信号として受信する矩形状の受信電極４が形成されている。送信電極３ａ、３ｂは電力均等分配回路となる伝送線路１７にて相互に接続され、図示しない発振回路９にて生成された送信信号が貫通孔１１を介し送信電極３ａ、３ｂまで伝播される。送信電極３ａ、３ｂは、基板１上において送信信号の周波数の約２分の１波長に相当する長さＬを少なくとも一辺に有する矩形状の薄膜電極であり、基板１の内部または他方の表面に形成された図示しない接地電極２が反射板として作用するマイクロストリップ構造の送信アンテナである。
【００４４】
受信電極４は、矩形状の薄膜電極を有するマイクロストリップ構造の受信アンテナであり、励振方向と直交する受信電極４の一方の端辺中央部に受信した受信信号を検波する検波素子５としてダイオード５のカソード端子が周波数調整線路７を介し接続され、ダイオード５のアノード端子は基板１の表裏を貫通する導通孔８ａを介し接地電極２に接続されている。受信電極４の共振周波数は周波数調整線路７の長さを所定の長さに設定することにより送信信号の周波数と略同一にすることができ、被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを効率良く受信できる。そして受信電極の略中央部に配置された導通孔８ｂを介し図示しない出力線路から受信信号を外部に出力する。
【００４５】
受信電極４は、電力均等分配回路となる伝送線路１７にて相互に接続された送信電極３ａ、３ｂの各端辺と受信電極４の端辺とが対向しない位置に配置されている。従って、送信電極３ａ、３ｂから放射された電波ビームが受信電極４に回り込み、受信電極４に電流が流れて受信信号の直流電圧値レベル（オフセット電圧）が上昇することを抑制できる。その結果、受信信号を図示しない増幅回路１６にて受信信号を増幅する際、直流電圧レベルでの増幅率を高く設定し高いＳ／Ｎ比を得ることができ、被検知体の微小な動きを検出し易くなる。
【００４６】
本発明の電波センサは、複数の送信電極を電力均等分配回路となる伝送線路１７にて相互に接続することにより、個々の送信電極（送信アンテナ）に伝播される送信信号のエネルギーを分散させ、受信電極（受信アンテナ）に回り込む電流量を減少させることができる。複数の送信電極に対し受信電極が１つ配置された、例えば、送信電極３ａまたは送信電極３ｂの何れか１つの端辺と受信電極４の端辺が対向して配置された送受信部を備えた電波センサは、１つの送信電極に対し受信電極が１つ配置された送受信部を備えた電波センサよりも高いＳ／Ｎ比を得ることができる。
【００４７】
また、送信電極の端辺と受信電極の端辺とを対向させて配置する場合、励振方向と直交する送信電極の端辺と受信電極の端辺とを対向して配置させる形態と、励振方向と平行する送信電極の端辺と受信電極の端辺とを対向して配置させる形態があるが、前者の方が受信電極に回り込む電流量を抑制することができるとともに電波ビームの放射形態に与える影響が少ない。図１０に示す送受信部は、基板１の一方の表面に複数の送信電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが格子状に配置され、図示しない発振回路にて生成された送信信号が均等に分配されて給電孔２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄを介し伝播される。そして、送信電極２４ａと２４ｄおよび送信電極２４ｂと２４ｃの各中心点を結ぶ複数の直線が交差する点と、受信電極４の中心点が一致するよう受信電極４が配置されている。受信電極４の端辺は送信電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの何れの端辺とも対向していない。受信電極には導通孔８を介し図示しないダイオード５が接続され、また貫通孔１１から検波素子５にて検波された受信信号を外部に出力する。このように受信電極４を中心に送信電極３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを対称な位置に配置することにより、受信電極への電流の回り込みを抑制するとともに、電波ビームを基板１面に対し略鉛直方向に放射し、電波ビームの送信領域と受信領域の重複する部分を大きくすることができる。従って、コンパクトな形態ながら電波ビームを絞った状態でも広い検知範囲を維持することができる。
【００４８】
図１１は、本発明における電波センサの第４実施形態を示す、正面図である。
図１に示した電波センサは電波ビームを送受信する送受信部の送信電極と受信電極が各１つであったのに対し、図１１に示す電波センサの送受信部は複数の送信電極と複数の受信電極から構成されている。
誘電体からなる基板１の一方の表面には送信信号として前方に電波ビームを放射する矩形状の送信電極３ａ、３ｂと送信電極３ａ、３ｂから放射され被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを受信信号として受信する矩形状の受信電極４ａ、４ｂが形成されている。送信電極３ａ、３ｂおよび受信電極４ａ、４ｂは電力均等分配回路となる伝送線路１７ａ、１７ｂにて相互に接続され、図示しない発振回路９にて生成された送信信号が貫通孔１１ａを介し送信電極３ａ、３ｂまで伝播される。送信電極３ａ、３ｂは、基板１上において送信信号の周波数の約２分の１波長に相当する長さＬを少なくとも一辺に有する矩形状の薄膜電極であり、基板１の内部または他方の表面に形成された図示しない接地電極２が反射板として作用するマイクロストリップ構造の送信アンテナである。
【００４９】
受信電極４ａ、４ｂは、矩形状の薄膜電極を有するマイクロストリップ構造の受信アンテナであり、励振方向と平行する受信電極４ｂの一方の端辺略中央部に受信した受信信号を検波する検波素子５としてダイオード５のアノード端子が周波数調整線路７を介し接続され、ダイオード５のカソード端子は基板１の表裏を貫通する導通孔８を介し接地電極２に接続されている。受信電極４ａ、４ｂの共振周波数は周波数調整線路７の長さを所定の長さに設定することにより送信信号の周波数と略同一にすることができ、被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを効率良く受信できる。そして受信電極の励振方向と平行する一方の端辺略中央部に接続された出力線路６から受信信号を外部に出力する。
【００５０】
このように、送受信部のアンテナゲインを向上させた時でも前述した実施例と同様に出力線路６を介し外部に出力される検知信号の暗ノイズを小さくでき、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。また、図１に示した電波センサと比較すると検知距離が延びるのは当然の事ながら、電波ビーム送信時の放射パターンと受信時の放射パターンの重複領域が増えるため、励振方向と直交する検知範囲の幅が広がり、より広い範囲にて被検知体の動きをセンシングすることができる。
【００５１】
図１２に示す変形例のように受信電極４ａ、４ｂの双方に周波数調整線路７ａ、７ｂを介しダイオード５ａ、５ｂを接続することができる。そして、受信電極４ａと受信電極４ｂの対向する端辺の略中央部に出力線路６を接続し、貫通孔１１ｂを介し検知信号を外部に出力することにより、コンパクトな構造にて検知範囲は図１１に示した電波センサと同程度の状態にて高いＳ／Ｎ比を得ることができる。
【００５２】
図１３に示す変形例のように受信電極４ａ、４ｂを相互に接続する電力均等分配回路となる伝送線路１７ｂに周波数調整線路７を介しダイオードを接続し、励振方向と平行する受信電極４ａまたは受信電極４ｂのどちらか一方の端辺略中央部に出力線路６を接続し外部に検知信号を出力しても図１１に示した電波センサと同様の効果を得ることができる。本実施例においてダイオード５を受信電極４と同一の基板１表面に配置しているが、図示しない接地電極２と同一の基板１裏面に配置することもできる。
【００５３】
図１４は本発明における電波センサの別の使用形態として送信部と受信部が別の基板にて各々、構成されたものを組み合わせ移動体検知センサとして使用するときの送信部と受信部の位置関係を示す、配置図である。
送信部は高周波信号を生成する発振回路７と、発振回路にて生成された高周波信号を電波ビームとして前方に放射する送信電極３を備えている。受信部は前方に放射された電波ビームが被検知体に衝突し反射して戻ってきた反射波を受信する受信電極４と、受信電極４の共振周波数を調整する周波数調整線路７と、受信電極４にて受信した受信信号を検波するダイオード５と、検波した信号を外部に出力する出力線路６とを備えている。そして、送信電極３の電波ビームの放射パターンと受信電極４の電波ビームの受信パターンの少なくとも一部が重複し、且つ前方に被検知体が存在するときに受信部にて受信する受信信号が増大するよう送信部と受信部が配置されている。
【００５４】
図１５は、受信部の構成を示す（ａ）正面図（ｂ）背面図である。
本構成の受信部を検波装置とすると、検波装置は受信アンテナ（受信電極４）と周波数調整線路７と検波素子（ダイオード５）と出力線路６とから構成される。受信電極４は、矩形状の薄膜電極を有するマイクロストリップ構造の受信アンテナであり、励振方向と平行する受信電極４の一方の端辺略中央部に受信した受信信号を検波する検波素子５としてダイオード５のカソード端子が周波数調整線路７を介し接続され、ダイオード５のアノード端子は基板１の表裏を貫通する導通孔８を介し接地電極２に接続されている。そして、ダイオードにて検波した検知信号を外部に出力する出力線路６が受信電極４の励振方向と平行する一方の端辺略中央部に接続されている。
受信電極４の共振周波数は、周波数調整線路７の長さを所定の長さに設定することにより自由に変えることができ、別体に配置された図示しない送信電極から放射される電波ビームの高周波信号の周波数と、受信電極の共振周波数とが略同一（例えば、−１０ｄＢ以下の周波数帯域に共振周波数が存在する）となるように設定すれば、図１に示した電波センサと同様に出力線路６を介し外部に出力される検知信号の暗ノイズを極小化することができ、高いＳ／Ｎ比を得ることができる。
【００５５】
図１６に示す変形例は、図１５の検波装置に対し受信電極４と出力線路の接続位置が異なる。受信電極４の内側に配置された貫通孔１１が検知信号を外部に出力する出力線路の役割を果たしている。受信電極４と出力線路６の片端が接続される位置は、受信電極４の励振方向の長さをＬ（≒λｇ／２）とすると、受信電極４に流れる高周波電流が最小となる励振方向と直交する端辺から０．５×Ｌ（≒λｇ／４）の位置が好ましい。そうすれば、周波数調整線路７にて設定した受信電極４の共振周波数に殆ど影響を与えずに検知信号を外部に出力することができる。また、必要に応じて基板１裏面の略全面に形成された図示しない接地電極２の一部を切り欠いて、貫通孔１１に接続される出力線路を形成しても良いが、その場合、出力線路は励振方向と平行に引き出すことが望ましい。
【００５６】
図１７に示す変形例は、図１５の検波装置に対し受信電極４とダイオード５が接続される周波数調整線路７の接続位置が異なる。（ａ）に示す検波装置は受信電極４の内側を切り欠いて周波数調整線路７と受信電極４が接続され、（ｂ）に示す検波装置は基板１の図示しない接地電極２と同一面に図示しない周波数調整線路７とダイオード５を配置し、受信電極４の内側に設けられた導通孔８を介し、基板１に配置された図示しない周波数調整線路７と受信電極４が接続されている。（ｃ）に示す検波装置は周波数調整線路７を介さず受信電極４に直接、ダイオード５が接続されている。その場合、受信電極４の共振周波数が所望の値となるよう受信電極４の形状を調整すれば良い。このように受信電極４の略中央部を除く励振方向と平行する受信電極４の中心線上の位置にて周波数調整線路７と受信電極４、またはダイオード５と受信電極４を接続することで、受信電極４の励振方向と直交する端辺から０．５×Ｌの位置における高周波電流を、共振周波数帯域にて小さくすることができる。その結果、暗ノイズが小さく、高いＳ／Ｎ比を有した検波装置を実現できる。特に、図１８に示すように受信電極４に周波数調整線路７を介しダイオード５が接続された状態にて、受信電極４と周波数調整線路７の接続点からダイオードと接地電極２の接続点までの電気線路長がλｇ／４の時、図１９に示すように出力線路６を介し外部に出力される検知信号の暗ノイズが極少化でき、最も高いＳ／Ｎ比が得られる。また、出力線路６を介し出力される検知信号を増幅する際、増幅回路２５を構成するオペアンプ２５の入力端子と出力線路６とを直接、接続することにより暗ノイズの増加を防止できる。増幅回路２５は別の基板に配置しても良いが、図２０に示すように同一基板１上に配置し、少なくとも増幅率を１倍（ボルテージフォロワ）に設定することが好ましい。
【００５７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明における電波センサの第１実施形態を示す、（ａ）送受信部の正面図、（ｂ）送受信部の背面図、（ｃ）発振部の正面図、（ｂ）発振部の背面図である。
【図２】同、組立て図である。
【図３】第１実施形態の電波センサを水栓装置の自動化に応用した一例を示す、（ａ）正面図および（ｂ）側面図である。
【図４】同、電波センサから出力される受信信号の電圧波形を示すグラフである。
【図５】第１実施形態の電波センサにおける送受信部の変形例１を示す、（ａ）正面図、（ｂ）背面図である。
【図６】第１実施形態の電波センサにおける送受信部の変形例２を示す、正面図である。
【図７】本発明における電波センサの第２実施形態を示す、側面図である。
【図８】同、（ａ）正面図、（ｂ）正面側から見た内層部の透視図、（ｃ）背面図である。
【図９】本発明における電波センサの第３実施形態を示す、正面図である。
【図１０】第３実施形態の電波センサにおける送受信部の変形例１を示す、正面図である。
【図１１】本発明における電波センサの第４実施形態を示す、正面図である。
【図１２】同、変形例１の正面図である。
【図１３】同、変形例２の正面図である。
【図１４】本発明における電波センサの別の使用形態として送信部と受信部の位置関係を示す、配置図である。
【図１５】同、受信部の（ａ）正面図（ｂ）背面図である。
【図１６】同、（ａ）変形例１の正面図、（ｂ）変形例２の正面図である。
【図１７】同、（ａ）変形例３の正面図、（ｂ）変形例４の正面図、（ｃ）変形例５の正面図である。
【図１８】同、Ａ−Ａ’断面の主要部拡大図である。
【図１９】同、電気線路長の長さと暗ノイズの関係を示すグラフである。
【図２０】同、変形例６の正面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１、１ａ、１ｂ 基板
２、２ａ、２ｂ 接地電極
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 送信電極
４、４ａ、４ｂ 受信電極
５、５ａ、５ｂ 検波素子（ショットキーダイオード）
６、６ａ、６ｂ 出力線路
７、７ａ、７ｂ 周波数調整線路
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ 導通孔
９ 発振回路
１０ シールドケース
１１、１１ａ、１１ｂ 貫通孔
１２ 給電線
１３ 導通端子
１４ 接続電極
１５ スペーサー
１６ 増幅回路
１７、１７ａ、１７ｂ 伝送線路
１８ 仕切り手段
２１ 水栓装置
２２ 洗面ボール
２３ 壁
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ 給電孔
２５ 増幅回路（オペアンプ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号を生成する発振回路と、
誘電体からなる基板と、
前記基板の一方の表面または内部の略全面に形成された送信信号のグランドとして作用する接地電極と、
前記基板の他方の表面に形成された、送信信号を電波ビームとして前方に放射する矩形状の少なくとも一対の送信電極と、
前記一対の送信電極から放射され被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを受信信号として受信する矩形状の受信電極と、
何れか一方の端子が前記接地電極のみに、他方の端子が前記受信電極に各々接続され、前記受信電極にて受信した受信信号を検波する検波素子と、
前記検波素子にて検波された受信信号を外部に出力する前記受信電極に接続された出力線路とを備え、
前記一対の送信電極は前記受信電極に対して対称で、且つ前記一対の送信電極の各中心点を結ぶ直線の中心と前記受信電極の中心点が一致する位置に、前記受信電極を配置したことを特徴とする電波センサ。
【請求項２】
前記受信電極は、前記受信電極の励振周波数が送信信号の周波数と略同一となる電極形状であることを特徴とする請求項１記載の電波センサ。
【請求項３】
前記出力線路は、前記受信電極の励振方向と平行な端辺に接続されたことを特徴とする請求項１乃至２何れか１項記載の電波センサ。
【請求項４】
前記受信電極の励振方向と平行な端辺の長さをＬとすると、前記出力線路は、前記受信電極の励振方向と直交する端辺から０．５×Ｌの位置に接続されたことを特徴とする請求項１乃至３何れか１項記載の電波センサ。
【請求項５】
前記受信電極の励振方向と平行する端辺の長さをＬとすると、前記受信電極の内側、且つ前記受信電極の励振方向と直交する端辺から０．５×Ｌの位置に前記基板の表裏を貫通する導通孔を配置し、前記導通孔を介して前記受信電極と前記出力線路とが接続されたことを特徴とする請求項１乃至２何れか１項記載の電波センサ。
【請求項６】
前記検波素子の他方の端子は、前記受信電極の励振方向と直交する端辺に接続されたことを特徴とする請求項１乃至５何れか１項記載の電波センサ。
【請求項７】
前記検波素子の他方の端子は、前記受信電極の周波数を調整する周波数調整線路を介して前記受信電極に接続されたことを特徴とする請求項１乃至６何れか１項記載の電波センサ。
【請求項８】
前記受信電極と前記周波数調整線路の接続点から前記検波素子を介し前記接地電極までの電気線路長は、送信信号の周波数に対し前記基板における４分の１波長の奇数倍であることを特徴とする請求項７記載の電波センサ。
【請求項１】
送信信号を生成する発振回路と、
誘電体からなる基板と、
前記基板の一方の表面または内部の略全面に形成された送信信号のグランドとして作用する接地電極と、
前記基板の他方の表面に形成された、送信信号を電波ビームとして前方に放射する矩形状の少なくとも一対の送信電極と、
前記一対の送信電極から放射され被検知体に衝突し反射して戻ってきた電波ビームを受信信号として受信する矩形状の受信電極と、
何れか一方の端子が前記接地電極のみに、他方の端子が前記受信電極に各々接続され、前記受信電極にて受信した受信信号を検波する検波素子と、
前記検波素子にて検波された受信信号を外部に出力する前記受信電極に接続された出力線路とを備え、
前記一対の送信電極は前記受信電極に対して対称で、且つ前記一対の送信電極の各中心点を結ぶ直線の中心と前記受信電極の中心点が一致する位置に、前記受信電極を配置したことを特徴とする電波センサ。
【請求項２】
前記受信電極は、前記受信電極の励振周波数が送信信号の周波数と略同一となる電極形状であることを特徴とする請求項１記載の電波センサ。
【請求項３】
前記出力線路は、前記受信電極の励振方向と平行な端辺に接続されたことを特徴とする請求項１乃至２何れか１項記載の電波センサ。
【請求項４】
前記受信電極の励振方向と平行な端辺の長さをＬとすると、前記出力線路は、前記受信電極の励振方向と直交する端辺から０．５×Ｌの位置に接続されたことを特徴とする請求項１乃至３何れか１項記載の電波センサ。
【請求項５】
前記受信電極の励振方向と平行する端辺の長さをＬとすると、前記受信電極の内側、且つ前記受信電極の励振方向と直交する端辺から０．５×Ｌの位置に前記基板の表裏を貫通する導通孔を配置し、前記導通孔を介して前記受信電極と前記出力線路とが接続されたことを特徴とする請求項１乃至２何れか１項記載の電波センサ。
【請求項６】
前記検波素子の他方の端子は、前記受信電極の励振方向と直交する端辺に接続されたことを特徴とする請求項１乃至５何れか１項記載の電波センサ。
【請求項７】
前記検波素子の他方の端子は、前記受信電極の周波数を調整する周波数調整線路を介して前記受信電極に接続されたことを特徴とする請求項１乃至６何れか１項記載の電波センサ。
【請求項８】
前記受信電極と前記周波数調整線路の接続点から前記検波素子を介し前記接地電極までの電気線路長は、送信信号の周波数に対し前記基板における４分の１波長の奇数倍であることを特徴とする請求項７記載の電波センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１０−９６６２１（Ｐ２０１０−９６６２１Ａ）
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６７３６１（Ｐ２００８−２６７３６１）
【出願日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
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