非接触スイッチ装置
【課題】被検知体を確実に検知しつつ操作性を改善できる高周波センサを提供する。
【解決手段】複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、を備え、前記制御判断回路は、前記電波ビームを第１の方向に放射させた状態で被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１の方向とは異なる第２の方向に放射させ、前記電波ビームを前記第２の方向に放射させた状態で被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第２の方向とは異なる方向に放射させることを特徴とする非接触スイッチ装置される。
【解決手段】複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、を備え、前記制御判断回路は、前記電波ビームを第１の方向に放射させた状態で被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１の方向とは異なる第２の方向に放射させ、前記電波ビームを前記第２の方向に放射させた状態で被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第２の方向とは異なる方向に放射させることを特徴とする非接触スイッチ装置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触スイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波などが人体にあたると反射波あるいは透過波を生じる。この反射波または透過波を受信し人体の有無を検出するのが高周波センサ装置であり、自動ドア、機器のリモートコントロール、衛生洗浄装置、照明装置などの非接触スイッチ装置に使用できる。
【０００３】
人体を含む移動物体を検知するには、ドップラー効果を利用することができる。すなわち、電波や音波が移動物体に当たり反射すると、反射波の周波数がドップラーシフトする。反射波及び送信波の差分周波数スペクトラムを求めることにより移動物体が検知される。さらにドップラー周波数は物体の移動速度に比例するので、移動速度を知ることもできる。
【０００４】
送信波として電波を用いる場合、センサを構成するアンテナからの電波放射方向を目的物に向けて精度良く制御することが重要である。アンテナとして給電素子及びこれを取り囲む無給電素子をパッチ電極で構成し、高周波スイッチにより電気的にスキャンを行う構造を用いることができる。
【０００５】
光センサを用いた非接触スイッチの技術開示例がある（特許文献１）。この技術開示例では、人が手等をスイッチボックスに近づけてスイッチ操作を行うことができる。
【特許文献１】特開２００５−２８５６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ドップラー信号を用いた非接触スイッチ装置により機器のスイッチをリモートコントロールする場合、例えば使用者の手の出し方によっては誤動作を生じることがある。
本発明は、この認識に基づいてなされたもので、被検知体を確実に検知しつつ操作性を改善できる高周波センサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、を備え、前記制御判断回路は、前記電波ビームを第１の方向に放射させた状態で被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１の方向とは異なる第２の方向に放射させ、前記電波ビームを前記第２の方向に放射させた状態で被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第２の方向とは異なる方向に放射させることを特徴とする非接触スイッチ装置が提供される。
【０００８】
本発明の他の一態様によれば、複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、を備え、前記制御判断回路は、前記電波ビームを第１の方向と第２の方向とに交互に放射させて前記第１の方向に放射させている時に被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１及び第２の方向とは異なる第３の方向に放射させ、前記電波ビームを第１の方向と第２の方向とに交互に放射させて前記第２の方向に放射させている時に被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１及び第２の方向とは異なる第３の方向に放射させることを特徴とする非接触スイッチ装置が提供される。
【０００９】
本発明の他の一態様によれば、複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、を備え、前記制御判断回路は、前記電波ビームを第１の方向と第２の方向とに交互に放射させた状態において、被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１及び第２の方向とは異なる第３の方向と第４の方向とに交互に放射させ、前記電波ビームを前記第３の方向と前記第４の方向とに交互に放射させた状態において、被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第３及び第４の方向とは異なる方向に放射させることを特徴とする非接触スイッチ装置が提供される。
【００１０】
本発明の他の一態様によれば、複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、を備え、前記制御判断回路は、前記電波ビームを第１の方向と第２の方向とに交互に放射させて前記第１の方向に放射させている時に被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１及び第２の方向とは異なる第３の方向と第４の方向とに交互に放射させ、前記電波ビームを前記第１の方向と前記第２の方向とに交互に放射させて前記第２の方向に放射させている時に被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１及び第２の方向とは異なる第３の方向と第４の方向とに交互に放射させ、前記電波ビームを前記第３の方向と前記第４の方向とに交互に放射させて前記第３の方向に放射させている時に被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第３の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第４の方向に放射させることを特徴とする非接触スイッチ装置が提供される。
【００１１】
本発明の他の一態様によれば、複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、を備え、前記制御判断回路は、前記電波ビームを第１の方向に放射させ、前記被検知体からの第１のドップラー信号により前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させ、前記第１の制御信号が出力されている期間中に、前記電波ビームを前記第１の方向とは異なる第２の方向と前記第１の方向とに交互に放射させ、前記第１の方向において発生した第２のドップラー信号の周波数及び前記第１のドップラー信号の周波数を比較することにより前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させ、前記第２の方向において前記被検知体を検知を確定すると前記負荷制御回路から第３の制御信号を出力させることを特徴とする非接触スイッチ装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、被検知体を確実に検知しつつ操作性を改善できる高周波センサを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態にかかる非接触スイッチ装置のブロック図を表す。非接触スイッチ装置４は高周波センサ機能を有しており、高周波部１０及び制御部２０を有する。高周波部１０は、給電素子１０２、無給電素子１０４を含むアンテナ１００と、高周波回路１２０と、を有する。高周波回路１２０には、送信波３０を発生する発振回路１２２と、ドップラー信号を出力する検波回路１２４と、が設けられている。
【００１５】
アンテナ１００から放射された送信波３０は、人体などの物体に当たり反射波４０を生じ、給電素子１０２で受信される。アンテナ１００は送受信共用でもよいし、送信及び受信を別としてもよい。人体検知用の非接触スイッチ装置において使用可能な送信波３０の周波数は、１０．５２５及び２４．１５ＧＨｚである。
【００１６】
移動する物体を検知すると、ドップラー信号が高周波部１０の検波回路１２４から出力される。このドップラー信号は、制御部２０の増幅器２０２を介して制御判断回路２０６へ入力される。制御判断回路２０６は比較器を含み、増幅器２０２の出力が入力された後、スイッチ制御判断を行い、出力を負荷制御回路２０４に出力する。負荷制御回路２０４は、スイッチオン信号及びスイッチオフ信号などの制御信号を外部に出力し負荷２０５を制御する。負荷２０５としては、例えば照明装置のランプや衛生洗浄装置の吐水機能部がある。
【００１７】
また、制御判断回路２０６は、増幅器２０２の出力により人体検知を行い、電波ビームの放射パターン１１１を遷移させる制御信号をアンテナ１００に出力する。
【００１８】
図２は、本発明の第１の実施の形態にかかる非接触スイッチ装置４のアンテナ１００を表し、図２（ａ）は模式平面図、図２（ｂ）はＤ−Ｄ線に沿った模式断面図である。アンテナ１００は、基板１５０の略中心に給電素子１０２と、これを挟んで０、及び１８０度方向に配置された無給電素子１０４（１０４ａ及び１０４ｂ）と、を有している。給電素子１０２及び無給電素子１０４ａ、１０４ｂは、基板１５０の一方の主面に設けられたパッチ電極を有する。基板１５０の他方の主面、すなわちパッチ電極の裏面側は接地電極１５２とする。
【００１９】
給電素子１０２は、左右対称軸の中間点よりずれた点を給電点Ｐとする。励振方向（９０−２７０度方向）と略９０度をなす無給電素子１０４ａ、１０４ｂの一辺の中央近傍には伝送線路１０８ａ、１０８ｂが励振方向と平行に延在している。伝送線路１０８ａ、１０８ｂの終端には高周波スイッチ（ＳＷ１）１０６ａ及び高周波スイッチ（ＳＷ２）１０６ｂが接続されており、それぞれの高周波スイッチ１０６は電気的にオンまたはオフに制御可能となっている。
【００２０】
図２（ｂ）において、パッチ電極に対して垂直な面内におけるビーム１１１ａ、ビーム１１１ｂの放射パターンをそれぞれ表す。ここで、高周波スイッチ１０８をオフとすると伝送線路１０８は終端開放となり無給電素子１０４の位相及びゲインをプラスの状態に設定できる。また、高周波スイッチ１０８をオンとすると伝送線路１０８は終端短絡となり無給電素子１０４の位相またはゲインをマイナスとできる。
【００２１】
今、ＳＷ１をオフ、ＳＷ２をオンとするとビーム１１１ａを放射でき、図２（ｂ）の右上方の移動物体を検出できる。また、ＳＷ１をオン、ＳＷ２をオフとするとビーム１１１ｂを放射でき、図２（ｂ）の左上方の移動物体を検出できる。なお、パッチ電極と平行な面内において、ビーム１１１ａは例えば３３０〜３０度方向に広がり、ビーム１１１ｂは例えば１５０〜２１０度方向に広がった放射パターンを有する。
【００２２】
なお、高周波スイッチ１０６としては、例えばＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）やＧａＡｓ ＭＥＳＦＥＴ（Metal Semiconductor Field Effect Transistor）を用いる。この場合、ゲート端子１６５ａの制御電圧によりソース端子１６２ａ及びドレイン端子１６１ａ間をオンまたはオフに切り替えることができる。
【００２３】
図３は、第１の実施の形態にかかる非接触スイッチ装置４のタイミングチャートである。本実施の形態の非接触スイッチ装置４は、放射方向が異なるビームにより人体を検知し、スイッチオン信号またはスイッチオフ信号を出力する。例えば、ビーム１１１ａにより人体（手などの動き）を検知すると、外部の負荷２０５（図１参照）に対してスイッチオンの信号を出力し、ビーム１１１ｂにより人体を検知すると、外部の負荷２０５に対してスイッチオフの信号を出力する。より具体的には、例えば、ビーム１１１ａにより人体を検知すると照明を点灯させ、ビーム１１１ｂにより人体を検知すると照明を消灯させることができる。
【００２４】
図３において、Ｔ３までは非接触スイッチ装置４から負荷２０５に対してスイッチオフ信号が出力される。Ｔ１及びＴ２から始まる期間内において検知信号が検知されると検知を確定し、非接触スイッチ装置４から負荷２０５に対してスイッチオン信号が出力され、ビーム１１１ａの放射は停止され、ビーム１１１ｂの放射が始まる。なおここでは、検知信号を２回受け取ると検知を確定する場合を例示したが、１回の検知信号により検知を確定してもよい。ビーム１１１ｂが放射されるＴ３からの期間はスイッチオフ待機状態である。すなわち、ビーム１１１ｂにより例えば人の手などの被検知体が検知されるとスイッチオフへ遷移させるので、スイッチオンを実行するための検知信号は省略でき、遷移させたい状態への検知信号を得るビームをのみを放射する。
【００２５】
Ｔ６及びＴ７から始まる期間において、ビーム１１１ｂにより人が検知されると、検知を確定し、非接触スイッチ装置４からスイッチオフ信号が出力され、Ｔ８においてビーム１１１ｂの放射が停止され、ビーム１１１ａの放射が始まる。なお、ここでも、２回の検知信号により検知を確定する具体例を表したが、本発明はこれには限定されず、１回の検知信号で検知を確定してもよく、または３回以上の検知信号により検知を確定するようにしてもよい。Ｔ８以後は、再びスイッチオン待機時間となる。すなわち、ビーム１１１ａを放射し、人体の検知を確定すると負荷２０５に対してスイッチオンの信号を出力する。
【００２６】
このように本実施の形態においては、状態を遷移させる検知信号が得られる方向にのみビームが放射され、所定の時間間隔でのビームスキャンは行われない。なお、前述したように、図３においては誤検知を抑制するために、２回の検知信号により検知を確定しているが、本発明はこの回数には限定されない。このような非接触スイッチ装置４は、後に説明するように、例えば、洋式便器の上に設置され、便座に座った使用者の「おしり」に向けて吐水ノズルから水を噴射して洗浄する衛生洗浄装置における吐水機能部などの制御ができる。
【００２７】
図４は、比較例のタイミングチャートである。本比較例においては、スキャンが継続されている。Ｔ３から始まるスイッチオン信号出力状態をスイッチオフ信号出力状態に遷移させるには、ビーム１１１ｂによる検出が必要である。しかし、Ｔ５から始まるスキャンにおいて、両方のビームに対して検知信号が発生している。この場合、スイッチオフ信号出力状態に遷移させるのに必要がないビーム１１１ａが放射されており、サイドローブが間違って人の手などを検知すると誤信号Ｍを生じる可能性がある。Ｔ５から始まるスキャンで１１１ａからも１１１ｂからも検知信号がでるとスイッチオン、スイッチオフの切り替えを誤る、または遅らせることがある。
【００２８】
図５は、本発明の第２の実施の形態にかかる非接触スイッチ装置４のアンテナ１００を表し、図５（ａ）は模式平面図、図５（ｂ）はＥ−Ｅ線に沿い、パッチ電極と平行な面内の放射パターン、図５（ｃ）はアンテナ１００表面を覆った高周波部１０の外観を表す図である。本実施の形態においては、２０〜７０度の範囲を有するビーム１１１ａ、２９０〜３４０度に広がるビーム１１１ｂ、１２０〜２４０度に広がるビーム１１１ｃがそれぞれ放射される。
【００２９】
ここで非接触スイッチ装置４は、衛生洗浄装置の吐水機能部を制御するものとする。ビーム１１１ａをおしり洗浄、ビーム１１１ｂをビデ洗浄、ビーム１１１ｃを停止、とそれぞれの機能を割り付け、図５（ｃ）のような外観とすると操作性がよい。この場合、使用頻度などを考慮しておしり洗浄をビデ洗浄よりスキャン時間が長い重み付けに設定し、優先順位を高くする。またスキャン時間の重み付けにはゼロを含めると、スキャンを行わないステップを設定できる。
【００３０】
図６は、本実施形態の作用を説明するタイミングチャートであり、図７はフローチャートである。まず、スイッチ機能が設定される（Ｓ３００）。例えば、ビーム１１１ａにはおしり洗浄開始、ビーム１１１ｂにはビデ洗浄開始、ビーム１１１ｃには洗浄終了が割り付けられる。
【００３１】
続いてスキャンの優先順位が設定される（Ｓ３０２）。本実施の形態においては、最初の優先順位の１番におしり洗浄開始、２番にビデ洗浄開始とする。また、優先順位をスキャン時間の重み付けにより表す（Ｓ３０４）。例えば、ビーム１１１ａにはｔａ（ｍｓ）、ビーム１１１ｂにはｔｂ（ｍｓ）、ビーム１１１ｃにはｔｃ（ｍｓ）が設定される。スキャンの１周期をｔｔとすると、ｔｔ＝ｔａ＋ｔｂ＋ｔｃである。Ｓ３０４では優先順位に従い、ｔａ＞ｔｂ、ｔｃ＝０とした例を表す。
【００３２】
人体検知が開始され（Ｓ３０６）、Ｔ１及びＴ２から始まるスキャンにより、ビーム１１１ａに例えば手を振ることにより、「おしり」に向けて吐水を開始するスイッチオン信号が出力されおしり洗浄が開始される（Ｓ３１０）。また図６には表されていないが、ビーム１１１ｂに手を振るとビデ洗浄が開始される（Ｓ３１２）。
【００３３】
おしり洗浄またはビデ洗浄の後の２回目は、洗浄終了が優先順位の１番に設定され（Ｓ３１４）、電波スキャン設定がされる（Ｓ３１６）。例えば、ｔａ＝０，ｔｂ＝０，ｔｃ＝ｔｔとする。このように、スイッチオン信号またはスイッチオフ信号が変化した後には、優先順位、すなわちスキャン時間が改められる。
【００３４】
Ｔ４からはビーム１１１ｃのみが固定して放射され、人体検知開始となる（Ｓ３１８）。手を振るなどにより人体検知されると人体検知判断となる（Ｓ３２０）。ビーム１１１ｃで検知信号が検知されると洗浄終了となる（Ｓ３２４）。非検知であれば時間測定を行い（Ｓ３２２）、時間ｔが所定値ｔｍより小さければＳ３１８の人体検知開始へ戻り、時間ｔが所定値ｔｍより大きければ洗浄を終了し（Ｓ３２４）、優先順位設定（Ｓ３０２）に戻る。
【００３５】
スキャン時間設定の場合、優先順位の高い方向のスキャン時間を長くすると、迅速かつ正確なスイッチオン信号及びスイッチオフ信号を出力する非接触スイッチ装置とできる。またスキャン時間をゼロと設定すると、その方向のビームを非放射状態とできる。なお、本実施の形態のように１つのビームにより、おしり洗浄およびビデ洗浄のスイッチオフ信号を共通して出力するとビームの数を減らすことができ、操作性及び小型化を容易とする。
【００３６】
図８は、本発明の第３の実施の形態にかかる非接触スイッチ装置４のアンテナ１００を表し、図８（ａ）は模式平面図、図８（ｂ）はＦ−Ｆ線に沿い、パッチ電極と平行な面内の放射パターン、図８（ｃ）はアンテナ１００覆った操作部の外観を表す図である。本実施の形態においては、２０〜７０度の範囲を有するビーム１１１ａ、１１０〜１６０度の範囲を有するビーム１１１ｂ、２００〜２５０度の範囲を有するビーム１１１ｃ、２９０〜３４０度に広がるビーム１１１ｄがそれぞれ放射される。
【００３７】
ここで非接触スイッチ装置４は、衛生洗浄装置の吐水機能部を制御するものとする。最初の優先順位は１番にビーム１１１ａによるおしり洗浄、２番にビーム１１１ｃによるビデ洗浄とする。また、２回目の優先順位は１番にビーム１１１ｄによるパルス洗浄、２番にビーム１１１ｂによる停止とそれぞれの機能を割り付ける。さらに、３回目はビーム１１１ｂによる停止を優先とする。この場合、図８（ｃ）のような外観とすると操作性がよい。
【００３８】
また、図９は、本実施形態の作用を説明するタイミングチャートである。ビーム人体検知が開始され、Ｔ１及びＴ２から始まるスキャンにより、例えばビーム１１１ａに例えば手をかざすことにより「おしり」に向けて吐水をを開始させるスイッチオン信号が出力されおしり洗浄が開始される。
【００３９】
おしり洗浄の後は、パルス洗浄または停止のスイッチオン信号を待機するので、ビーム１１１ｄ及びビーム１１１ｂが交互にスキャンされる。この場合、優先順位が１番目であるパルス洗浄を待機するビーム１１１ｄの放射時間が長く設定される。に設定されるので、電波スキャン設定がされる。
【００４０】
Ｔ５及びＴ６から始まるスキャンにより、ビーム１１１ｄによりパルス洗浄のスイッチオン信号が出力されると、Ｔ８後パルス洗浄となる。この後は停止が優先であるのでビーム１１１ｂのみが放射され、停止のスイッチオン信号が検知されたＴ９において、おしり洗浄は終了する。この後１回目の優先順位設定に戻り、優先順位の１番におしり洗浄、２番にビデ洗浄とするビーム１１１ａ及びビーム１１１ｃによるスキャンが行われる。４つのビームに機能を割り付け、スキャン時間に重み付けを行い、迅速かつ正確なスイッチオン信号及びスイッチオフ信号を出力する非接触スイッチ装置が提供される。
【００４１】
図１０は、第４の実施の形態にかかる非接触スイッチ装置を説明するタイミングチャートである。本実施の形態は、例えば吐水及び止水状態を制御する水栓器具などに用いられる。ビームａがオンの状態で手の接近を検知すると吐水、ビームｂがオンの状態で手の接近を検知すると止水とする。手の接近速度は、使用者の年齢、性別、高周波センサ装置の設置位置により様々であるが、位置が固定されていれば、同一使用者の手の接近速度に大きな差はない。従って、ビームの放射方向が固定され吐水開始まで待機している状態で、最初に吐水開始を指示する吐水開始信号を受信した時、その信号の周波数（ｆ１）または周期（Ｓ１）に対し標準（中程度）の吐水量を割り当て吐水を開始する。なお、Ｓ１＝１／ｆ１である。
【００４２】
ｎ回目以降（ｎ≧２）は吐水量を増減するかまたは止水するかを選択できるようにビームをスキャンし、その間に吐水開始信号を受信したらその吐水開始信号の周波数（ｆｎ）または周期（Ｓｎ）が、ｆｎ−１またはＳｎ−１に対する変化度合いに応じて吐水量を増減させる。ここでも、Ｓｎ＝１／ｆｎである。すなわち、負荷制御回路２０４から出力される制御信号は、吐水量を増やすか、減らすか、同じとするかの制御信号とする。また、ビームをスキャンしていると周波数判定の精度が低下する可能性があるためビームの方向を固定することが好ましい。そうすれば、使用者の年齢、性別、高周波センサ装置の設置位置により手が接近する速度が様々であっても、同程度の吐水制御ができる。また、人が意識して手を動かす速度を細かく変えることは不可能である。従って、標準の吐水量で吐水する周波数及び標準の吐水量から変化させる周波数の各々に有る程度の幅を持たせる必要がある。
最初に受信した信号の周波数がｆ１であるとｆ１に対して±１０〜３０％程度の範囲（例えば、ｆ１が７０Ｈｚの場合、５０〜９０Ｈｚ）では標準の吐水量で吐水し、それ以下もしくはそれ以上になった時、標準の吐水量から増減させる。そうすれば人が殆ど意識しなくても手を動かす速度が変化すれば吐水量を変化させることができる。本実施の形態において、Ｓ１＞Ｓ２の時に標準吐水量よりも少なく、Ｓ１＜Ｓ２の時に標準吐水量よりも多く吐水する例について説明したが、この反対であってもよい。また、水栓器具の制御のみならず、冷暖房器具の熱量や送風機及び乾燥機の風量、照明器具の光量などの制御においても同様の効果が得られる。さらに、報知信号に応じてＬＥＤやブザーなどの報知手段により高周波センサ装置が手の動作を検知し物理量を変化させることができる状態にあることを使用者に報知することで、使用者にストレスを与えることなく操作性を向上させることができる。
【００４３】
本実施形態の非接触スイッチ装置は、自動ドア、衛生洗浄装置、照明装置などにおいて迅速かつ正確なリモートコントロールを可能とする。
【００４４】
以上、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれら実施の形態に限定されない。非接触スイッチ装置を構成するアンテナ、高周波部、制御部、ビームなどの形状、配置、回路などに関して当業者が設計変更を行ったものであっても本発明の主旨を逸脱しない限り本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態にかかる非接触スイッチ装置のブロックである。
【図２】第１の実施の形態にかかる非接触スイッチ装置のアンテナである。
【図３】第１の実施の形態を説明するタイミングチャートである。
【図４】比較例のタイミングチャートである。
【図５】第２の実施の形態にかかる非接触スイッチ装置のアンテナを説明する図である。
【図６】第２の実施の形態を説明するタイミングチャートである。
【図７】第２の実施の形態のフローチャートである。
【図８】第３の実施の形態にかかる非接触スイッチ装置のアンテナを説明する図である。
【図９】第３の実施の形態のフローチャートである。
【図１０】第４の実施の形態を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
４ 非接触スイッチ装置、１０ 高周波部、２０制御部、１００ アンテナ、１１１ ビーム、２０４ 負荷制御回路、２０６ 制御判断回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非接触スイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波などが人体にあたると反射波あるいは透過波を生じる。この反射波または透過波を受信し人体の有無を検出するのが高周波センサ装置であり、自動ドア、機器のリモートコントロール、衛生洗浄装置、照明装置などの非接触スイッチ装置に使用できる。
【０００３】
人体を含む移動物体を検知するには、ドップラー効果を利用することができる。すなわち、電波や音波が移動物体に当たり反射すると、反射波の周波数がドップラーシフトする。反射波及び送信波の差分周波数スペクトラムを求めることにより移動物体が検知される。さらにドップラー周波数は物体の移動速度に比例するので、移動速度を知ることもできる。
【０００４】
送信波として電波を用いる場合、センサを構成するアンテナからの電波放射方向を目的物に向けて精度良く制御することが重要である。アンテナとして給電素子及びこれを取り囲む無給電素子をパッチ電極で構成し、高周波スイッチにより電気的にスキャンを行う構造を用いることができる。
【０００５】
光センサを用いた非接触スイッチの技術開示例がある（特許文献１）。この技術開示例では、人が手等をスイッチボックスに近づけてスイッチ操作を行うことができる。
【特許文献１】特開２００５−２８５６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ドップラー信号を用いた非接触スイッチ装置により機器のスイッチをリモートコントロールする場合、例えば使用者の手の出し方によっては誤動作を生じることがある。
本発明は、この認識に基づいてなされたもので、被検知体を確実に検知しつつ操作性を改善できる高周波センサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、を備え、前記制御判断回路は、前記電波ビームを第１の方向に放射させた状態で被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１の方向とは異なる第２の方向に放射させ、前記電波ビームを前記第２の方向に放射させた状態で被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第２の方向とは異なる方向に放射させることを特徴とする非接触スイッチ装置が提供される。
【０００８】
本発明の他の一態様によれば、複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、を備え、前記制御判断回路は、前記電波ビームを第１の方向と第２の方向とに交互に放射させて前記第１の方向に放射させている時に被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１及び第２の方向とは異なる第３の方向に放射させ、前記電波ビームを第１の方向と第２の方向とに交互に放射させて前記第２の方向に放射させている時に被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１及び第２の方向とは異なる第３の方向に放射させることを特徴とする非接触スイッチ装置が提供される。
【０００９】
本発明の他の一態様によれば、複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、を備え、前記制御判断回路は、前記電波ビームを第１の方向と第２の方向とに交互に放射させた状態において、被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１及び第２の方向とは異なる第３の方向と第４の方向とに交互に放射させ、前記電波ビームを前記第３の方向と前記第４の方向とに交互に放射させた状態において、被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第３及び第４の方向とは異なる方向に放射させることを特徴とする非接触スイッチ装置が提供される。
【００１０】
本発明の他の一態様によれば、複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、を備え、前記制御判断回路は、前記電波ビームを第１の方向と第２の方向とに交互に放射させて前記第１の方向に放射させている時に被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１及び第２の方向とは異なる第３の方向と第４の方向とに交互に放射させ、前記電波ビームを前記第１の方向と前記第２の方向とに交互に放射させて前記第２の方向に放射させている時に被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１及び第２の方向とは異なる第３の方向と第４の方向とに交互に放射させ、前記電波ビームを前記第３の方向と前記第４の方向とに交互に放射させて前記第３の方向に放射させている時に被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第３の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第４の方向に放射させることを特徴とする非接触スイッチ装置が提供される。
【００１１】
本発明の他の一態様によれば、複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、を備え、前記制御判断回路は、前記電波ビームを第１の方向に放射させ、前記被検知体からの第１のドップラー信号により前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させ、前記第１の制御信号が出力されている期間中に、前記電波ビームを前記第１の方向とは異なる第２の方向と前記第１の方向とに交互に放射させ、前記第１の方向において発生した第２のドップラー信号の周波数及び前記第１のドップラー信号の周波数を比較することにより前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させ、前記第２の方向において前記被検知体を検知を確定すると前記負荷制御回路から第３の制御信号を出力させることを特徴とする非接触スイッチ装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、被検知体を確実に検知しつつ操作性を改善できる高周波センサを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態にかかる非接触スイッチ装置のブロック図を表す。非接触スイッチ装置４は高周波センサ機能を有しており、高周波部１０及び制御部２０を有する。高周波部１０は、給電素子１０２、無給電素子１０４を含むアンテナ１００と、高周波回路１２０と、を有する。高周波回路１２０には、送信波３０を発生する発振回路１２２と、ドップラー信号を出力する検波回路１２４と、が設けられている。
【００１５】
アンテナ１００から放射された送信波３０は、人体などの物体に当たり反射波４０を生じ、給電素子１０２で受信される。アンテナ１００は送受信共用でもよいし、送信及び受信を別としてもよい。人体検知用の非接触スイッチ装置において使用可能な送信波３０の周波数は、１０．５２５及び２４．１５ＧＨｚである。
【００１６】
移動する物体を検知すると、ドップラー信号が高周波部１０の検波回路１２４から出力される。このドップラー信号は、制御部２０の増幅器２０２を介して制御判断回路２０６へ入力される。制御判断回路２０６は比較器を含み、増幅器２０２の出力が入力された後、スイッチ制御判断を行い、出力を負荷制御回路２０４に出力する。負荷制御回路２０４は、スイッチオン信号及びスイッチオフ信号などの制御信号を外部に出力し負荷２０５を制御する。負荷２０５としては、例えば照明装置のランプや衛生洗浄装置の吐水機能部がある。
【００１７】
また、制御判断回路２０６は、増幅器２０２の出力により人体検知を行い、電波ビームの放射パターン１１１を遷移させる制御信号をアンテナ１００に出力する。
【００１８】
図２は、本発明の第１の実施の形態にかかる非接触スイッチ装置４のアンテナ１００を表し、図２（ａ）は模式平面図、図２（ｂ）はＤ−Ｄ線に沿った模式断面図である。アンテナ１００は、基板１５０の略中心に給電素子１０２と、これを挟んで０、及び１８０度方向に配置された無給電素子１０４（１０４ａ及び１０４ｂ）と、を有している。給電素子１０２及び無給電素子１０４ａ、１０４ｂは、基板１５０の一方の主面に設けられたパッチ電極を有する。基板１５０の他方の主面、すなわちパッチ電極の裏面側は接地電極１５２とする。
【００１９】
給電素子１０２は、左右対称軸の中間点よりずれた点を給電点Ｐとする。励振方向（９０−２７０度方向）と略９０度をなす無給電素子１０４ａ、１０４ｂの一辺の中央近傍には伝送線路１０８ａ、１０８ｂが励振方向と平行に延在している。伝送線路１０８ａ、１０８ｂの終端には高周波スイッチ（ＳＷ１）１０６ａ及び高周波スイッチ（ＳＷ２）１０６ｂが接続されており、それぞれの高周波スイッチ１０６は電気的にオンまたはオフに制御可能となっている。
【００２０】
図２（ｂ）において、パッチ電極に対して垂直な面内におけるビーム１１１ａ、ビーム１１１ｂの放射パターンをそれぞれ表す。ここで、高周波スイッチ１０８をオフとすると伝送線路１０８は終端開放となり無給電素子１０４の位相及びゲインをプラスの状態に設定できる。また、高周波スイッチ１０８をオンとすると伝送線路１０８は終端短絡となり無給電素子１０４の位相またはゲインをマイナスとできる。
【００２１】
今、ＳＷ１をオフ、ＳＷ２をオンとするとビーム１１１ａを放射でき、図２（ｂ）の右上方の移動物体を検出できる。また、ＳＷ１をオン、ＳＷ２をオフとするとビーム１１１ｂを放射でき、図２（ｂ）の左上方の移動物体を検出できる。なお、パッチ電極と平行な面内において、ビーム１１１ａは例えば３３０〜３０度方向に広がり、ビーム１１１ｂは例えば１５０〜２１０度方向に広がった放射パターンを有する。
【００２２】
なお、高周波スイッチ１０６としては、例えばＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor）やＧａＡｓ ＭＥＳＦＥＴ（Metal Semiconductor Field Effect Transistor）を用いる。この場合、ゲート端子１６５ａの制御電圧によりソース端子１６２ａ及びドレイン端子１６１ａ間をオンまたはオフに切り替えることができる。
【００２３】
図３は、第１の実施の形態にかかる非接触スイッチ装置４のタイミングチャートである。本実施の形態の非接触スイッチ装置４は、放射方向が異なるビームにより人体を検知し、スイッチオン信号またはスイッチオフ信号を出力する。例えば、ビーム１１１ａにより人体（手などの動き）を検知すると、外部の負荷２０５（図１参照）に対してスイッチオンの信号を出力し、ビーム１１１ｂにより人体を検知すると、外部の負荷２０５に対してスイッチオフの信号を出力する。より具体的には、例えば、ビーム１１１ａにより人体を検知すると照明を点灯させ、ビーム１１１ｂにより人体を検知すると照明を消灯させることができる。
【００２４】
図３において、Ｔ３までは非接触スイッチ装置４から負荷２０５に対してスイッチオフ信号が出力される。Ｔ１及びＴ２から始まる期間内において検知信号が検知されると検知を確定し、非接触スイッチ装置４から負荷２０５に対してスイッチオン信号が出力され、ビーム１１１ａの放射は停止され、ビーム１１１ｂの放射が始まる。なおここでは、検知信号を２回受け取ると検知を確定する場合を例示したが、１回の検知信号により検知を確定してもよい。ビーム１１１ｂが放射されるＴ３からの期間はスイッチオフ待機状態である。すなわち、ビーム１１１ｂにより例えば人の手などの被検知体が検知されるとスイッチオフへ遷移させるので、スイッチオンを実行するための検知信号は省略でき、遷移させたい状態への検知信号を得るビームをのみを放射する。
【００２５】
Ｔ６及びＴ７から始まる期間において、ビーム１１１ｂにより人が検知されると、検知を確定し、非接触スイッチ装置４からスイッチオフ信号が出力され、Ｔ８においてビーム１１１ｂの放射が停止され、ビーム１１１ａの放射が始まる。なお、ここでも、２回の検知信号により検知を確定する具体例を表したが、本発明はこれには限定されず、１回の検知信号で検知を確定してもよく、または３回以上の検知信号により検知を確定するようにしてもよい。Ｔ８以後は、再びスイッチオン待機時間となる。すなわち、ビーム１１１ａを放射し、人体の検知を確定すると負荷２０５に対してスイッチオンの信号を出力する。
【００２６】
このように本実施の形態においては、状態を遷移させる検知信号が得られる方向にのみビームが放射され、所定の時間間隔でのビームスキャンは行われない。なお、前述したように、図３においては誤検知を抑制するために、２回の検知信号により検知を確定しているが、本発明はこの回数には限定されない。このような非接触スイッチ装置４は、後に説明するように、例えば、洋式便器の上に設置され、便座に座った使用者の「おしり」に向けて吐水ノズルから水を噴射して洗浄する衛生洗浄装置における吐水機能部などの制御ができる。
【００２７】
図４は、比較例のタイミングチャートである。本比較例においては、スキャンが継続されている。Ｔ３から始まるスイッチオン信号出力状態をスイッチオフ信号出力状態に遷移させるには、ビーム１１１ｂによる検出が必要である。しかし、Ｔ５から始まるスキャンにおいて、両方のビームに対して検知信号が発生している。この場合、スイッチオフ信号出力状態に遷移させるのに必要がないビーム１１１ａが放射されており、サイドローブが間違って人の手などを検知すると誤信号Ｍを生じる可能性がある。Ｔ５から始まるスキャンで１１１ａからも１１１ｂからも検知信号がでるとスイッチオン、スイッチオフの切り替えを誤る、または遅らせることがある。
【００２８】
図５は、本発明の第２の実施の形態にかかる非接触スイッチ装置４のアンテナ１００を表し、図５（ａ）は模式平面図、図５（ｂ）はＥ−Ｅ線に沿い、パッチ電極と平行な面内の放射パターン、図５（ｃ）はアンテナ１００表面を覆った高周波部１０の外観を表す図である。本実施の形態においては、２０〜７０度の範囲を有するビーム１１１ａ、２９０〜３４０度に広がるビーム１１１ｂ、１２０〜２４０度に広がるビーム１１１ｃがそれぞれ放射される。
【００２９】
ここで非接触スイッチ装置４は、衛生洗浄装置の吐水機能部を制御するものとする。ビーム１１１ａをおしり洗浄、ビーム１１１ｂをビデ洗浄、ビーム１１１ｃを停止、とそれぞれの機能を割り付け、図５（ｃ）のような外観とすると操作性がよい。この場合、使用頻度などを考慮しておしり洗浄をビデ洗浄よりスキャン時間が長い重み付けに設定し、優先順位を高くする。またスキャン時間の重み付けにはゼロを含めると、スキャンを行わないステップを設定できる。
【００３０】
図６は、本実施形態の作用を説明するタイミングチャートであり、図７はフローチャートである。まず、スイッチ機能が設定される（Ｓ３００）。例えば、ビーム１１１ａにはおしり洗浄開始、ビーム１１１ｂにはビデ洗浄開始、ビーム１１１ｃには洗浄終了が割り付けられる。
【００３１】
続いてスキャンの優先順位が設定される（Ｓ３０２）。本実施の形態においては、最初の優先順位の１番におしり洗浄開始、２番にビデ洗浄開始とする。また、優先順位をスキャン時間の重み付けにより表す（Ｓ３０４）。例えば、ビーム１１１ａにはｔａ（ｍｓ）、ビーム１１１ｂにはｔｂ（ｍｓ）、ビーム１１１ｃにはｔｃ（ｍｓ）が設定される。スキャンの１周期をｔｔとすると、ｔｔ＝ｔａ＋ｔｂ＋ｔｃである。Ｓ３０４では優先順位に従い、ｔａ＞ｔｂ、ｔｃ＝０とした例を表す。
【００３２】
人体検知が開始され（Ｓ３０６）、Ｔ１及びＴ２から始まるスキャンにより、ビーム１１１ａに例えば手を振ることにより、「おしり」に向けて吐水を開始するスイッチオン信号が出力されおしり洗浄が開始される（Ｓ３１０）。また図６には表されていないが、ビーム１１１ｂに手を振るとビデ洗浄が開始される（Ｓ３１２）。
【００３３】
おしり洗浄またはビデ洗浄の後の２回目は、洗浄終了が優先順位の１番に設定され（Ｓ３１４）、電波スキャン設定がされる（Ｓ３１６）。例えば、ｔａ＝０，ｔｂ＝０，ｔｃ＝ｔｔとする。このように、スイッチオン信号またはスイッチオフ信号が変化した後には、優先順位、すなわちスキャン時間が改められる。
【００３４】
Ｔ４からはビーム１１１ｃのみが固定して放射され、人体検知開始となる（Ｓ３１８）。手を振るなどにより人体検知されると人体検知判断となる（Ｓ３２０）。ビーム１１１ｃで検知信号が検知されると洗浄終了となる（Ｓ３２４）。非検知であれば時間測定を行い（Ｓ３２２）、時間ｔが所定値ｔｍより小さければＳ３１８の人体検知開始へ戻り、時間ｔが所定値ｔｍより大きければ洗浄を終了し（Ｓ３２４）、優先順位設定（Ｓ３０２）に戻る。
【００３５】
スキャン時間設定の場合、優先順位の高い方向のスキャン時間を長くすると、迅速かつ正確なスイッチオン信号及びスイッチオフ信号を出力する非接触スイッチ装置とできる。またスキャン時間をゼロと設定すると、その方向のビームを非放射状態とできる。なお、本実施の形態のように１つのビームにより、おしり洗浄およびビデ洗浄のスイッチオフ信号を共通して出力するとビームの数を減らすことができ、操作性及び小型化を容易とする。
【００３６】
図８は、本発明の第３の実施の形態にかかる非接触スイッチ装置４のアンテナ１００を表し、図８（ａ）は模式平面図、図８（ｂ）はＦ−Ｆ線に沿い、パッチ電極と平行な面内の放射パターン、図８（ｃ）はアンテナ１００覆った操作部の外観を表す図である。本実施の形態においては、２０〜７０度の範囲を有するビーム１１１ａ、１１０〜１６０度の範囲を有するビーム１１１ｂ、２００〜２５０度の範囲を有するビーム１１１ｃ、２９０〜３４０度に広がるビーム１１１ｄがそれぞれ放射される。
【００３７】
ここで非接触スイッチ装置４は、衛生洗浄装置の吐水機能部を制御するものとする。最初の優先順位は１番にビーム１１１ａによるおしり洗浄、２番にビーム１１１ｃによるビデ洗浄とする。また、２回目の優先順位は１番にビーム１１１ｄによるパルス洗浄、２番にビーム１１１ｂによる停止とそれぞれの機能を割り付ける。さらに、３回目はビーム１１１ｂによる停止を優先とする。この場合、図８（ｃ）のような外観とすると操作性がよい。
【００３８】
また、図９は、本実施形態の作用を説明するタイミングチャートである。ビーム人体検知が開始され、Ｔ１及びＴ２から始まるスキャンにより、例えばビーム１１１ａに例えば手をかざすことにより「おしり」に向けて吐水をを開始させるスイッチオン信号が出力されおしり洗浄が開始される。
【００３９】
おしり洗浄の後は、パルス洗浄または停止のスイッチオン信号を待機するので、ビーム１１１ｄ及びビーム１１１ｂが交互にスキャンされる。この場合、優先順位が１番目であるパルス洗浄を待機するビーム１１１ｄの放射時間が長く設定される。に設定されるので、電波スキャン設定がされる。
【００４０】
Ｔ５及びＴ６から始まるスキャンにより、ビーム１１１ｄによりパルス洗浄のスイッチオン信号が出力されると、Ｔ８後パルス洗浄となる。この後は停止が優先であるのでビーム１１１ｂのみが放射され、停止のスイッチオン信号が検知されたＴ９において、おしり洗浄は終了する。この後１回目の優先順位設定に戻り、優先順位の１番におしり洗浄、２番にビデ洗浄とするビーム１１１ａ及びビーム１１１ｃによるスキャンが行われる。４つのビームに機能を割り付け、スキャン時間に重み付けを行い、迅速かつ正確なスイッチオン信号及びスイッチオフ信号を出力する非接触スイッチ装置が提供される。
【００４１】
図１０は、第４の実施の形態にかかる非接触スイッチ装置を説明するタイミングチャートである。本実施の形態は、例えば吐水及び止水状態を制御する水栓器具などに用いられる。ビームａがオンの状態で手の接近を検知すると吐水、ビームｂがオンの状態で手の接近を検知すると止水とする。手の接近速度は、使用者の年齢、性別、高周波センサ装置の設置位置により様々であるが、位置が固定されていれば、同一使用者の手の接近速度に大きな差はない。従って、ビームの放射方向が固定され吐水開始まで待機している状態で、最初に吐水開始を指示する吐水開始信号を受信した時、その信号の周波数（ｆ１）または周期（Ｓ１）に対し標準（中程度）の吐水量を割り当て吐水を開始する。なお、Ｓ１＝１／ｆ１である。
【００４２】
ｎ回目以降（ｎ≧２）は吐水量を増減するかまたは止水するかを選択できるようにビームをスキャンし、その間に吐水開始信号を受信したらその吐水開始信号の周波数（ｆｎ）または周期（Ｓｎ）が、ｆｎ−１またはＳｎ−１に対する変化度合いに応じて吐水量を増減させる。ここでも、Ｓｎ＝１／ｆｎである。すなわち、負荷制御回路２０４から出力される制御信号は、吐水量を増やすか、減らすか、同じとするかの制御信号とする。また、ビームをスキャンしていると周波数判定の精度が低下する可能性があるためビームの方向を固定することが好ましい。そうすれば、使用者の年齢、性別、高周波センサ装置の設置位置により手が接近する速度が様々であっても、同程度の吐水制御ができる。また、人が意識して手を動かす速度を細かく変えることは不可能である。従って、標準の吐水量で吐水する周波数及び標準の吐水量から変化させる周波数の各々に有る程度の幅を持たせる必要がある。
最初に受信した信号の周波数がｆ１であるとｆ１に対して±１０〜３０％程度の範囲（例えば、ｆ１が７０Ｈｚの場合、５０〜９０Ｈｚ）では標準の吐水量で吐水し、それ以下もしくはそれ以上になった時、標準の吐水量から増減させる。そうすれば人が殆ど意識しなくても手を動かす速度が変化すれば吐水量を変化させることができる。本実施の形態において、Ｓ１＞Ｓ２の時に標準吐水量よりも少なく、Ｓ１＜Ｓ２の時に標準吐水量よりも多く吐水する例について説明したが、この反対であってもよい。また、水栓器具の制御のみならず、冷暖房器具の熱量や送風機及び乾燥機の風量、照明器具の光量などの制御においても同様の効果が得られる。さらに、報知信号に応じてＬＥＤやブザーなどの報知手段により高周波センサ装置が手の動作を検知し物理量を変化させることができる状態にあることを使用者に報知することで、使用者にストレスを与えることなく操作性を向上させることができる。
【００４３】
本実施形態の非接触スイッチ装置は、自動ドア、衛生洗浄装置、照明装置などにおいて迅速かつ正確なリモートコントロールを可能とする。
【００４４】
以上、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれら実施の形態に限定されない。非接触スイッチ装置を構成するアンテナ、高周波部、制御部、ビームなどの形状、配置、回路などに関して当業者が設計変更を行ったものであっても本発明の主旨を逸脱しない限り本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態にかかる非接触スイッチ装置のブロックである。
【図２】第１の実施の形態にかかる非接触スイッチ装置のアンテナである。
【図３】第１の実施の形態を説明するタイミングチャートである。
【図４】比較例のタイミングチャートである。
【図５】第２の実施の形態にかかる非接触スイッチ装置のアンテナを説明する図である。
【図６】第２の実施の形態を説明するタイミングチャートである。
【図７】第２の実施の形態のフローチャートである。
【図８】第３の実施の形態にかかる非接触スイッチ装置のアンテナを説明する図である。
【図９】第３の実施の形態のフローチャートである。
【図１０】第４の実施の形態を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
４ 非接触スイッチ装置、１０ 高周波部、２０制御部、１００ アンテナ、１１１ ビーム、２０４ 負荷制御回路、２０６ 制御判断回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、
前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、
前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、
を備え、
前記制御判断回路は、
前記電波ビームを第１の方向に放射させた状態で被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１の方向とは異なる第２の方向に放射させ、
前記電波ビームを前記第２の方向に放射させた状態で被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第２の方向とは異なる方向に放射させることを特徴とする非接触スイッチ装置。
【請求項２】
複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、
前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、
前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、
を備え、
前記制御判断回路は、
前記電波ビームを第１の方向と第２の方向とに交互に放射させて前記第１の方向に放射させている時に被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１及び第２の方向とは異なる第３の方向に放射させ、
前記電波ビームを第１の方向と第２の方向とに交互に放射させて前記第２の方向に放射させている時に被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１及び第２の方向とは異なる第３の方向に放射させることを特徴とする非接触スイッチ装置。
【請求項３】
複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、
前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、
前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、
を備え、
前記制御判断回路は、
前記電波ビームを第１の方向と第２の方向とに交互に放射させた状態において、被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１及び第２の方向とは異なる第３の方向と第４の方向とに交互に放射させ、
前記電波ビームを前記第３の方向と前記第４の方向とに交互に放射させた状態において、被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第３及び第４の方向とは異なる方向に放射させることを特徴とする非接触スイッチ装置。
【請求項４】
複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、
前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、
前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、
を備え、
前記制御判断回路は、
前記電波ビームを第１の方向と第２の方向とに交互に放射させて前記第１の方向に放射させている時に被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１及び第２の方向とは異なる第３の方向と第４の方向とに交互に放射させ、
前記電波ビームを前記第１の方向と前記第２の方向とに交互に放射させて前記第２の方向に放射させている時に被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１及び第２の方向とは異なる第３の方向と第４の方向とに交互に放射させ、
前記電波ビームを前記第３の方向と前記第４の方向とに交互に放射させて前記第３の方向に放射させている時に被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第３の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第４の方向に放射させることを特徴とする非接触スイッチ装置。
【請求項５】
前記制御判断回路は、前記電波ビームを前記第３の方向と前記第４の方向とに交互に放射させる際に、前記第３の方向に放射させる時間と前記第４の方向に放射させる時間とを異ならせることを特徴とする請求項３または４に記載の非接触スイッチ装置。
【請求項６】
前記制御判断回路は、前記電波ビームを前記第１の方向と前記第２の方向とに交互に放射させる際に、前記第１の方向に放射させる時間と前記第２の方向に放射させる時間とを異ならせることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の非接触スイッチ装置。
【請求項７】
複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、
前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、
前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、
を備え、
前記制御判断回路は、
前記電波ビームを第１の方向に放射させ、前記被検知体からの第１のドップラー信号により前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させ、
前記第１の制御信号が出力されている期間中に、前記電波ビームを前記第１の方向とは異なる第２の方向と前記第１の方向とに交互に放射させ、
前記第１の方向において発生した第２のドップラー信号の周波数及び前記第１のドップラー信号の周波数を比較することにより前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させ、
前記第２の方向において前記被検知体を検知を確定すると前記負荷制御回路から第３の制御信号を出力させることを特徴とする非接触スイッチ装置。
【請求項８】
前記制御判断回路は、検知信号を所定の回数検出すると、前記被検知体の検知を確定することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の非接触スイッチ装置。
【請求項１】
複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、
前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、
前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、
を備え、
前記制御判断回路は、
前記電波ビームを第１の方向に放射させた状態で被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１の方向とは異なる第２の方向に放射させ、
前記電波ビームを前記第２の方向に放射させた状態で被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第２の方向とは異なる方向に放射させることを特徴とする非接触スイッチ装置。
【請求項２】
複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、
前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、
前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、
を備え、
前記制御判断回路は、
前記電波ビームを第１の方向と第２の方向とに交互に放射させて前記第１の方向に放射させている時に被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１及び第２の方向とは異なる第３の方向に放射させ、
前記電波ビームを第１の方向と第２の方向とに交互に放射させて前記第２の方向に放射させている時に被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１及び第２の方向とは異なる第３の方向に放射させることを特徴とする非接触スイッチ装置。
【請求項３】
複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、
前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、
前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、
を備え、
前記制御判断回路は、
前記電波ビームを第１の方向と第２の方向とに交互に放射させた状態において、被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１及び第２の方向とは異なる第３の方向と第４の方向とに交互に放射させ、
前記電波ビームを前記第３の方向と前記第４の方向とに交互に放射させた状態において、被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第３及び第４の方向とは異なる方向に放射させることを特徴とする非接触スイッチ装置。
【請求項４】
複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、
前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、
前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、
を備え、
前記制御判断回路は、
前記電波ビームを第１の方向と第２の方向とに交互に放射させて前記第１の方向に放射させている時に被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１及び第２の方向とは異なる第３の方向と第４の方向とに交互に放射させ、
前記電波ビームを前記第１の方向と前記第２の方向とに交互に放射させて前記第２の方向に放射させている時に被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第１及び第２の方向とは異なる第３の方向と第４の方向とに交互に放射させ、
前記電波ビームを前記第３の方向と前記第４の方向とに交互に放射させて前記第３の方向に放射させている時に被検知体の検知を確定すると、前記負荷制御回路から第３の制御信号を出力させるとともに、前記電波ビームを前記第４の方向に放射させることを特徴とする非接触スイッチ装置。
【請求項５】
前記制御判断回路は、前記電波ビームを前記第３の方向と前記第４の方向とに交互に放射させる際に、前記第３の方向に放射させる時間と前記第４の方向に放射させる時間とを異ならせることを特徴とする請求項３または４に記載の非接触スイッチ装置。
【請求項６】
前記制御判断回路は、前記電波ビームを前記第１の方向と前記第２の方向とに交互に放射させる際に、前記第１の方向に放射させる時間と前記第２の方向に放射させる時間とを異ならせることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の非接触スイッチ装置。
【請求項７】
複数の方向に電波ビームを放射可能とされたアンテナを含む高周波部と、
前記高周波部からのドップラー信号に基づいて被検知体の有無を判断し、前記アンテナから放射される電波ビームの方向を制御する制御判断回路と、
前記制御判断回路からの制御出力に基づいて制御信号を外部に出力する負荷制御回路と、
を備え、
前記制御判断回路は、
前記電波ビームを第１の方向に放射させ、前記被検知体からの第１のドップラー信号により前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力させ、
前記第１の制御信号が出力されている期間中に、前記電波ビームを前記第１の方向とは異なる第２の方向と前記第１の方向とに交互に放射させ、
前記第１の方向において発生した第２のドップラー信号の周波数及び前記第１のドップラー信号の周波数を比較することにより前記負荷制御回路から第２の制御信号を出力させ、
前記第２の方向において前記被検知体を検知を確定すると前記負荷制御回路から第３の制御信号を出力させることを特徴とする非接触スイッチ装置。
【請求項８】
前記制御判断回路は、検知信号を所定の回数検出すると、前記被検知体の検知を確定することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の非接触スイッチ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−２２６４８０（Ｐ２００８−２２６４８０Ａ）
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５８７３７（Ｐ２００７−５８７３７）
【出願日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
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