高周波センサ装置
【課題】使用条件などに応じてスキャン速度を可変とした高周波センサ装置を提供する。
【解決手段】送信波を発生する発振回路と、前記送信波を複数の方向に放射可能とし、前記送信波の物体による反射波を受信波として受信するアンテナと、前記受信波を検知する検波回路と、前記検波回路により検知されたドップラー信号に基づいて被検知体の検知の有無を判定する制御判断回路と、を備え、前記制御判断回路は、前記アンテナから放射される電波の方向を複数の方向のいずれかに第１の速度で順次切り替える第１のスキャンモードと、前記アンテナから放射される電波の方向を複数の方向のいずれかに前記第１の速度とは異なる第２の速度で順次切り替える第２のスキャンモードと、を実行可能であることを特徴とする高周波センサ装置が提供される。
【解決手段】送信波を発生する発振回路と、前記送信波を複数の方向に放射可能とし、前記送信波の物体による反射波を受信波として受信するアンテナと、前記受信波を検知する検波回路と、前記検波回路により検知されたドップラー信号に基づいて被検知体の検知の有無を判定する制御判断回路と、を備え、前記制御判断回路は、前記アンテナから放射される電波の方向を複数の方向のいずれかに第１の速度で順次切り替える第１のスキャンモードと、前記アンテナから放射される電波の方向を複数の方向のいずれかに前記第１の速度とは異なる第２の速度で順次切り替える第２のスキャンモードと、を実行可能であることを特徴とする高周波センサ装置が提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波センサ装置に関する。
【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、便器洗浄装置などに使用できる。さらに、移動物体を検出する高周波センサ装置もあり、例えば水洗便器の自動洗浄などに有用である。
【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】
無給電素子が基板内のスルーホール式の制御線を通じて基板の背面上に設けられた高周波スイッチに接続され、電波ビームの放射方向を切替えるマイクロストリップアンテナ及びこれを用いた高周波センサに関する技術開示例がある（特許文献１）。電波ビームの放射方向をスキャンさせると、例えば高周波センサ装置のアンテナに向かって人がどの方向から接近してきたかなどを検知することができる。
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２００６／０３５８８１Ａ１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、被検知体の移動速度が遅い場合には、ドップラー信号による検知にも時間がかかる。従って、電波ビームを複数の方向に順次スキャンさせて検知を行う場合、被検知体の移動速度に応じて、最適なスキャン速度は異なる場合が多い。例えは高齢者のように歩行速度が遅い被検知体を対象とする場合にはスキャン速度を遅くしないとドップラー信号による検知が困難となる。一方、歩行速度が速い被検知体を対象とする場合にはスキャン速度を速くしてどの方向から接近する被検知体も確実に検知することが望ましい。
【０００６】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、使用条件などに応じてスキャン速度を可変とした高周波センサ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、送信波を発生する発振回路と、前記送信波を複数の方向に放射可能とし、前記送信波の物体による反射波を受信波として受信するアンテナと、前記受信波を検知する検波回路と、前記検波回路により検知されたドップラー信号に基づいて被検知体の検知の有無を判定する制御判断回路と、を備え、前記制御判断回路は、前記アンテナから放射される電波の方向を複数の方向のいずれかに第１の速度で順次切り替える第１のスキャンモードと、前記アンテナから放射される電波の方向を複数の方向のいずれかに前記第１の速度とは異なる第２の速度で順次切り替える第２のスキャンモードと、を実行可能であることを特徴とする高周波センサ装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、使用条件などに応じてスキャン速度を可変とした高周波センサ装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
図１は、本発明の実施の形態にかかる高周波センサ装置のブロック図である。
高周波センサ装置は、高周波部１０と制御部２０とを有する。高周波部１０は、給電素子１０２及び無給電素子１０４、１０６などからなるアンテナ１００と、高周波回路１２と、を有する。高周波回路１２には、送信波を発生する発振回路１４と、受信波からドップラー信号を取り出す検波回路１６と、が設けられている。
【００１０】
アンテナ１００から放射された送信波は、人体などの物体に当たり反射波を生じ、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、送信用と受信用とを別にしてもよい。人体検知用の高周波センサ装置において使用可能な送信波の周波数は、１０．５２５及び２４．１５ＧＨｚである。
【００１１】
移動物体の場合、ドップラー信号が高周波部１０の検波回路１６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２２を介して制御判断回路２６へ入力される。また、増幅器２２の他の出力は、比較器２４を介して制御判断回路２６へ入力される。その出力は、負荷制御回路３０へ入力される。また、制御判断回路２６は、無給電素子１０４、１０６の電波ビームの放射方向を変える制御信号を出力する。
図２は、本実施形態の高周波センサ装置に設けられるマイクロストリップアンテナの一例を表す平面図である。
また、図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。なお、図２以降の図については、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１２】
このアンテナは、セラミックスや樹脂などの絶縁性の材料からなる基板１０１の前面に矩形状の導電体薄膜からなる３つのアンテナ素子１０２、１０４、１０６が一直線上に併設された構造を有する。中央のアンテナ素子１０２は、マイクロ波信号源から直接的に（すなわち、電線を通じて）マイクロ波電力の供給を受ける給電素子である。給電素子１０２の両側に設けられた２つのアンテナ素子１０４、１０６は、直接的な給電は受けない無給電素子である。給電素子１０２の励振方向は、図２において上下の方向であり、３つのアンテナ素子１０４、１０２、１０６の配列方向は励振方向と直交する方向とされている。この実施例では一例として左右の無給電素子１０４、１０６は、中央の給電素子１０２を中心として線対象の位置、すなわち給電素子１０２から等距離の位置に配置されており、サイズも同一とされている。無給電素子１０４、１０６のサイズは、給電素子１０２のサイズとほぼ同一とすることができるが、異なるものとしてもよい。なお、励振方向にみた長さは、用いるマイクロ波の波長に応じて最適な範囲があるので変えることができる範囲は狭いが、励振方向に対して垂直な方向の長さはより広い範囲で変えることができる。
【００１３】
給電素子１０２の背面の所定箇所（以下、「給電点」という）に給電線１０８の一端が接続されている。図３に表したように、給電線１０８は、基板１０１を貫通する導電線であり、給電線１０８の他端は、基板１０１の背面上に位置された高周波回路１２のマイクロ波出力端子に接続されている。なお、高周波回路１２は、例えばワンチップＩＣとして形成することができる。給電素子１０２は、高周波回路１２に設けられた発振回路１４（図１参照）から出力される特定周波数（例えば、１０．５２５ＧＨｚ、２４．１５ＧＨｚ、または７６ＧＨｚなど）のマイクロ波電力を給電点に受けて励振される。
【００１４】
図３に表したように、基板１０１は多層基板であり、その内部には１つの層として、薄膜状のアース電極１１６が、基板１０１の全面にわたって設けられている。アース電極１１６は、接地線１１５を介して高周波回路１２のグランド端子に接続されている。
【００１５】
図２及び図３に表したように、無給電素子１０４、１０６のそれぞれの背面の所定箇所（以下、「接地点」という）にも、制御線１１０、１１２の一端がそれぞれ接続されている。制御線１１０、１１２の他端は、基板１０１の背面上に配置されたスイッチ１２０、１２４の一側端子にそれぞれ接続されている。スイッチ１２０、１２４の他側端子は、接地線１１８、１２２をそれぞれ介して、アース電極１１６に接続されている。スイッチ１２０、１２４は個別にオン・オフ操作が可能とされている。左側のスイッチ１２０のオン・オフ操作により、左側の無給電素子１０４がアース電極１１６に接続されるか、フローティング状態になるかが切り替えられる。右側のスイッチ１２４のオン・オフ操作により、右側の無給電素子１０６がアース電極１１６に接続されるか、フローティング状態になるかが切り替えられる。
【００１６】
スイッチ１２０、１２４には、高周波スイッチを用いることが望ましいが、使用するマイクロ波周波数に対するインピーダンスが所定の適正値に調整されている必要は特になく、高周波信号を遮断するスイッチのオフ特性（アイソレーション）が良好であればよい。 図２に表したように、給電素子１０２の給電点の位置は、一例として、給電素子１０２の励振方向（上下方向）において、使用するマイクロ波の基板１０１上での波長λｇに応じた最適アンテナ長 （ほぼ、λｇである）だけ給電素子１０２の下側エッジ（または上側エッジ）から上側（または下側）に離れた位置であって、励振方向（上下方向）と直交する方向（左右方向）において、給電素子１０２の中央位置とされている。一方、無給電素子１０４、１０６のそれぞれの接地点の位置は、一例として、励振方向（上下方向）において、各無給電素子１０４、１０６の中央を中心とした幅Ｌ／２の範囲より外側の位置であって、直交する方向（左右方向）において、それぞれの無給電素子１０４、１０６の中央の位置とされている。ここで、Ｌは、無給電素子１０４、１０６の励振方向にみた長さである。
【００１７】
このように構成されたマイクロストリップアンテナにおいて、スイッチ１２０、１２４を操作して無給電素子１０４、１０６をアース電極１１６に接続（接地）するかを切り替えることにより、このマイクロストリップアンテナから出力されてる電波ビームの放射方向を複数の方向のいずれかに切り替えることができる。給電素子１０２と無給電素子１０４、１０６との位置関係により放射方向が決定されるため、波長よりも極端に短い給電線１０８を介して給電素子１０２と高周波回路１２とを接続することが可能であり、よって、伝送損失が少なく効率がよい。また、制御線に接続されるスイッチが１つで電波ビームの放射方向を変化させることができるため、このマイクロストリップアンテナは基板サイズ小型化や製造の低コスト化に適している。
【００１８】
図４は、スイッチ１２０、１２４の操作による電波ビームの放射方向の変化を表す模式図である。
図４において、楕円は放射される電波ビームを模式的に表し、横軸の角度は基板１０１の主面に対して垂直な方向からみた電波ビームの放射方向の角度（放射角度）を表し、プラスの角度は放射方向が図２において右側に傾いていることを表し、マイナスの角度は左側に傾いていることを表す。
【００１９】
図４に表したように、両方のスイッチ１２０、１２４がオンの場合（すなわち、両方の
無給電素子１０４、１０６が接地されている場合）、電波ビームは点線で表したように、基板１０１の主面に対して垂直な方向に放射される。両方のスイッチ１２０、１２４がオフの場合（すなわち、両方の無給電素子１０４、１０６がフローティング状態の場合）も、電波ビームは一点鎖線で表したように、基板１０１の主面に対して垂直な方向に放射される。
【００２０】
一方、左側のスイッチ１２０がオンで右側のスイッチ１２４がオフの場合（すなわち、左側の無給電素子１０４だけが接地されている場合）は、電波ビームは破線で表したように、左側（条件によっては右側）に傾いた方向に放射される。また、左側のスイッチ１２０がオフで右側のスイッチ１２４がオンの場合（すなわち、右側の無給電素子１０６だけが接地されている場合）は、電波ビームはもうひとつの破線で表したように、右側（条件によっては左側）に傾いた方向に放射される。
このように、接地される無給電素子１０４、１０６を選択することにより、電波ビームの放射方向を変えることができる。
【００２１】
図５は、本発明の第１の実施の形態の高周波センサ装置において実行される動作を例示するフローチャートである。
また、図６は、本実施形態におけるドップラー信号の波形や信号のタイミングなどを表すグラフ図である。
また、図７は、高周波センサ装置の動作を説明するための模式図である。
【００２２】
本実施形態においては、例えば、図５に表したように、高周波センサ装置は第１のスキャンモードを実行する（ステップＳ１０２）。これは例えば、図７（ａ）及び（ｂ）に表したように、電波ビームＤ２と電波ビームＤ１とを交互に放射して、移動体によるドップラー信号を監視するモードである。この時、図６に表したように、スイッチ１（ＳＷ１）とスイッチ２（ＳＷ２）とを順次切り替える。それぞれのスイッチがオンとなる時間ＴＳ１、ＴＳ２は、例えば、比較的速く移動する人体を対象とするような場合に、例えば１０〜５０ミリ秒程度とすることができる。
【００２３】
そして、第１のスキャンモードが実行されている時（ステップＳ１０２）に、制御判断回路２６がトリガＰＳ（図６参照）を入力すると（ステップＳ１０４：ｙｅｓ）、第２のスキャンモードが開始される（ステップＳ１０６）。トリガＰＳは、例えば、高周波センサ装置を現場に取り付ける施工業者が高周波センサ装置に設けられたスイッチ（図示せず）を操作することにより入力することができる。ただし、トリガＰＳの入力はスイッチ操作には限られず、制御判断回路２６に対して有線または無線により所定の信号を送信して実行させてもよい。あるいは、後に詳述するように、被検知体を検知したことにより、制御判断回路２６が自発的にトリガＰｓを発生させてもよい。これは、その後のトリガについても同様である。
【００２４】
第２のスキャンモードにおいては、第１のスキャンモードとは異なる速度で電波ビームＤ１、Ｄ２が切り替えられる。図６に表した具体例の場合、それぞれの電波ビームＤ１、Ｄ２がオンとなる時間ＴＳ３、ＴＳ４は、例えば、５０〜２００ミリ秒程度とすることができる。電波ビームをこの程度の時間放射すると、図７（ｃ）に表したように、歩行速度が比較的遅い高齢者などの被検知体９００が接近してきたような場合でも、ドップラー信号により確実に検知することが可能となる。
【００２５】
そして、第２のスキャンモードが実行されている時（ステップＳ１０６）に、制御判断回路２６がトリガＰＥ（図６参照）を入力すると（ステップＳ１０８：ｙｅｓ）、第１のスキャンモードが開始される（ステップＳ１０２）。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態においては、第１のスキャンモードと、これとはスキャン速度が異なる第２のスキャンモードと、が選択的に実行可能とされている。こうすることにより、例えば移動速度が遅い被検知体を検知するような場合と、移動速度が比較的速い被検知体を検知するような場合と、にそれぞれ適したスキャンモードを実行させることができ、いずれの場合も被検知体をより確実に検知することが可能となる。例えば、工場において高周波センサ装置を製造する際に、要求される仕様あるいは用途に応じてスキャンモードの切り替えて出荷することができる。または、高周波センサ装置を取り付ける現場において、その用途や使用態様に応じて施工業者がスキャンモードを適宜切り替えることもできる。あるいは、高周波センサ装置の設置後に、状況に応じて使用者がスキャンモードを切り替えるようにしてもよい。
【００２７】
なお、図５〜図７においては、第１のスキャンモードと第２のスキャンモードを選択的に実行可能な具体例を表したが、本発明はこれには限定されず、３つあるいはそれ以上のスキャンモードのいずれかを選択的に実行可能としてもよい。
【００２８】
図８は、本実施形態におけるスキャンモードの第２の具体例を表す模式図である。
電波ビームＤ１を放射する時間と、電波ビームＤ２を放射する時間と、は必ずしも同一である必要はない。図８に表した具体例の場合、第２のスキャンモードにおいて、スイッチＳＷ１をオンにする時間ＴＳ３は、スイッチＳＷ２をオンにする時間ＴＳ４よりも長く設定されている。
【００２９】
図９に表したように、電波ビームＤ１とＤ２とを交互に放射する場合、高周波センサ装置を設置する現場の条件によっては、電波ビームＤ１の方向から被検知体９０２が接近する確率と、電波ビームＤ２の方向から被検知体９０４が接近する確率と、が同一ではない場合も多い。例えば、高周波センサ装置が部屋の隅や廊下のつきあたりなどに設置される場合などは、電波ビームＤ１とＤ２のいずれか一方の方向から専ら被検知体が接近することも多い。このような場合に、スキャン速度を変えるだけでなく、デューティも変えることにより、現場の状況により適合した動作をさせることが可能となる。
【００３０】
図１０は、スキャンのデューティも変化させるスキャンモードを例示する模式図である。
図１０（ａ）に表した第１のスキャンモードにおいては、スイッチＳＷ１とＳＷ２がオンとなる時間ＴＳ１、ＴＳ２は、いずれも短く且つ同一とされている。これに対して、図１０（ｂ）に表した第２のスキャンモードにおいては、スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオンになる時間ＴＳ３、ＴＳ４は、いずれも第１のスキャンモードよりも長く、且つ、ＴＳ３のほうがＴＳ４よりも長く設定されている。一方、図１０（ｃ）に表した第３のスキャンモードにおいては、スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオンになる時間ＴＳ５、ＴＳ６は、いずれも第１のスキャンモードよりも長く、且つ、ＴＳ６のほうがＴＳ５よりも長く設定されている。
これら３つのスキャンモードのいずれかを製造現場、施工現場、または設置後に、適宜切り替えることにより、使用状況に適合した動作をさせることができる。
【００３１】
図１１は、本実施形態におけるスキャンモードの第４の具体例を表す模式図である。
また、図１２及び図１３は、本具体例における高周波センサ装置の動作を説明するための模式図である。
【００３２】
本具体例においては、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を順次切り替えることにより、電波ビームＤ１、Ｄ２、Ｄ３を順番に切り替えて放射する。そして、第１のスキャンモードにおいては、それぞれの電波ビームの放射時間ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３は短く設定されている。これら放射時間ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３は同一としてもよく、互いに異なるものとしてもよい。
【００３３】
一方、図１２（ｂ）及び図１３（ｂ）に表したように、被検知体９００を検知すると、第２のスキャンモードが開始される。第２のスキャンモードにおいては、これら３つの電波ビームのうちの少なくともいずれかの放射が休止される。例えば図１２に表した具体例の場合、被検知体９００は、電波ビームＤ１の方向から接近する。制御判断回路２６がこれを検知すると、第２のスキャンモードを開始する。そして、電波ビームＤ３の放射を休止し、電波ビームＤ１とＤ２を交互に放射する。この際にそれぞれの電波ビームＤ１、Ｄ２が放射される時間ＴＳ４、ＴＳ５は、第１のスキャンモードにおける時間ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３よりも長く設定されている。
【００３４】
このようにすると、高周波センサ装置に接近する被検知体９００の動作をより具体的に把握することが可能となる。
例えば、高周波センサ装置により自動ドアの開閉を制御するような場合、図１２（ｂ）及び（ｃ）に表したように、高周波センサ装置が付設された自動ドアに対して被検知体９００が接近する時には、被検知体９００の移動速度はドアに近づくにつれて低下する傾向がある。一方、図１３（ｂ）及び（ｃ）に表したように、被検知体９００が自動ドアの前を通り過ぎるような場合には、被検知体９００の移動速度はドアの前でも低下しない場合が多い。従って、電波ビームの方向を限定し、且つ電波ビームの放射時間を長く設定することにより、被検知体９００が図１２に表したように接近しているのか、それとも図１３に表したように通過するだけであるのか、を判別することができる。その結果として、例えば、通過する被検知体９００に対して自動ドアを無用に開くことを抑制できる。
【００３５】
図１４は、本実施形態におけるスキャンモードの第５の具体例を表す模式図である。
本具体例においては、第１のスキャンモードと第２のスキャンモードとを交互に繰り返す。すなわち、例えば周波数の低い動きに合わせてスキャン速度を遅いモードに固定してしまうと、周波数が高い動きに対して、どの方向に被検知体が存在するかの検知が困難となる場合がある。またこれとは逆に、周波数の高い動きに合わせてスキャン速度が速いモードに固定してしまうと、周波数が低い動きに対して、どの方向に被検知体が存在するかの検知が困難となる場合がある。
【００３６】
これに対して、本具体例においては、スキャン速度が速いスキャンモードと、スキャン速度が遅いスキャンモードと、を繰り返すことにより、周波数の高い動きに対しても、周波数の低い動きに対しても、確実に検知することが可能となる。なお、図１４に表した具体例においては、第１のスキャンモードと第２のスキャンモードとをそれぞれ１サイクルずつ交互に繰り返すが、本発明はこれには限定されない。すなわち、第１のスキャンモードと第２のスキャンモードとを複数サイクルずつ繰り返してもよい。
【００３７】
図１５は、本実施形態におけるスキャンモードの第６の具体例を表す模式図である。
本具体例においては、相対的に速い速度でスキャンを実行中に被検知体を検知すると、スキャン速度を相対的に遅くする。
すなわち、図１５に表したように、第１のスキャンモードにおいては相対的に速い速度でスキャンを実行する。そして、ドップラー信号の振幅が所定の閾値を越えると、トリガ（図６参照）が発せられ、第２のスキャンモードに移行する。第２のスキャンモードにおいては、第１のスキャンモードよりも相対的に遅い速度でスキャンが実行される。図１５に表した具体例の場合、第１のスキャンモードにおいても第２のスキャンモードにおいても、スイッチ１（ＳＷ１）がオンの時に被検知体を検知している。このように、スキャン速度が速い第１のスキャンモードと、スキャン速度が遅い第２のスキャンモードにおいてそれぞれ被検知体を検知したら（すなわち、ドップラー信号が閾値を越えたら）、検知を確定するようにすることができる。検知を確定すると、例えば図１５に表したように、判定信号を外部に出力し、例えば自動ドアを開くなどの所定の制御が実行される。
【００３８】
本具体例によれば、まず速いスキャン速度でスキャンを実行（第１のスキャンモード）し、被検知体を検知すると、遅いスキャン速度でスキャンを実行（第２のスキャンモード）することにより、被検知体をより確実に検知することが可能となる。
【００３９】
すなわち、人体検知までがスキャン速度が速い、人体検知後にスキャン速度を遅くすることによって周波数の高い動きと低い動きを検知できる。スキャン速度が速いモード（第１のスキャンモード）を検知の確定前に実行する理由としては、スキャン速度が遅いモードを実行すると、人体そのものを検知できない場合がある（人の通り過ぎるような早いうごきを拾えない）からである。これに対して、スキャン速度が速いモードを実行した場合は、人体の遅い動きなどに対して、どちらの方向にいるのかを誤検知することはあり得るが、人体などの被検知体の有無は確実に検知できる。よって、本具体例においては、人体などの被検知体の検知前にスキャン速度が速いスキャンモード（第１のスキャンモード）を実行し、人体などの被検知体の検知後にスキャンモードが遅いスキャンモード（第２のスキャンモード）を実行し、検知を確定するようにしている。
【００４０】
通常は、スキャン速度を速くしてスキャンし、人体などの被検知体を検知した時のみ、スキャン速度を遅くすれば、ドップラー信号の電圧振幅値と周波数をより認識し易くなり、周波数が低い動き（ゆっくりとした動き）に対しても、どの方向に人などの被検知体がいるのか応答性を損なうことなく検知でき検知精度を向上できる。
【００４１】
また、本発明の高周波センサ装置を操作スイッチとして使用するしてもよい。この場合、電波スキャン時に得られたドップラー信号の周波数に基づいて、所定の周波数以上の信号が得られた時のみスイッチとして機能させれば、センサ装置付近をスイッチ操作しないで通り過ぎる人の動きで誤動作することを防止できる。
【００４２】
また、図１５に表した具体例の場合、第２のスキャンモードにおいて検知を確定すると、電波ビームの方向をスイッチ１（ＳＷ１）の方向に固定している。この状態で、例えば被検知体の手の動く速度などに応じて所定の情報を入力させることも可能である。すなわち、本具体例の高周波センサ装置を、操作スイッチとして使用することもできる。この場合、電波スキャン時に得られたドップラー信号の周波数に基づいて、所定の周波数以上の信号が得られた時のみスイッチとして機能させれば、例えば、高周波センサ装置の付近をスイッチ操作しないで通り過ぎる人の動きで誤動作することを防止できる。
【００４３】
さらに、所定の周波数以上の信号が得られた時に電波方向を固定しその時のドップラー信号に基づいて判定信号を出力する構成にすれば、速度だけでなく距離や時間のパラメータを抽出して、よりアナログ的なスイッチとして使用することも可能である。なお、図１５に表した具体例においては、電波ビームの固定は必ずしも必須ではなく、第２のスキャンモードで検知を確定し、所定の動作を実行させるようにしてもよい。
【００４４】
以上、電波ビームを２方向または３方向にスキャンする具体例について説明したが、本発明はこれら具体例には限定されない。すなわち、本発明は、電波ビームを４方向またはそれ以上の方向にスキャンする場合にも同様に適用することができる。
【００４５】
図１６は、４方向以上に電波ビームをスキャンできる高周波センサ装置のアンテナ１００の模式平面図である。
また、図１７は、このアンテナ１００においてスイッチ操作により放射ビームの方向が変化することを表した模式図である。
このアンテナ１００は、給電素子１０２の上下左右に無給電素子１３０、１３２、１０４、１０６が配置された形態を有する。これら無給電素子は、制御線１１０、１１２、１３４、１３６を介して接続されたスイッチＳＷ１〜ＳＷ４により、それぞれ接地状態とフローティング状態のいずれかにすることができる。無給電素子１０４、１０６、１３０、１３２のいずれか１つのみを選択的に接地状態とすることにより、メインビームの放射方向を上下左右に傾斜させることができる。また、無給電素子１０４、１０６、１３０、１３２は給電素子１０２により励起され、同一方向に励振されるため、左右の無給電素子１０４、１０６のうちのいずれかと上下の無給電素子１３０、１３２のいずれかをそれぞれ接地することにより、メインビームの方向を平面視で４５度程度の方向に傾斜させることもできる。このように接地される無給電素子１０４、１０６、１３０、１３２を選択することにより、メインビームの方向を４５度間隔で変えることもできる。
【００４６】
このように、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を適宜切り替えることにより、４方向またはそれ以上の方向に電波ビームを放射できる。そして、本実施形態によれば、複数のスキャンモードを設け、それぞれのスキャンモードにおいて電波ビームを放射する時間及びそれらのデューティを適宜変えたり、いずれかひとつ以上の電波ビームの放射を休止させることにより、設置する現場や使用態様、被検知体の移動状況などに適合した動作をする高周波センサ装置を提供することができる。
【００４７】
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、本発明はこれらの実施形態に限定されない。例えば、高周波センサ装置を構成するアンテナ、高周波スイッチ、発振回路、検波回路、制御部などの形状、サイズ、配置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。また、前述した各具体例のふたつまたはそれ以上を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態にかかる高周波センサ装置のブロック図である。
【図２】本実施形態の高周波センサ装置に設けられるマイクロストリップアンテナの一例を表す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】スイッチ１２０、１２４の操作による電波ビームの放射方向の変化を表す模式図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の高周波センサ装置において実行される動作を例示するフローチャートである。
【図６】本実施形態におけるドップラー信号の波形や信号のタイミングなどを表すグラフ図である。
【図７】高周波センサ装置の動作を説明するための模式図である。
【図８】本実施形態におけるスキャンモードの第２の具体例を表す模式図である。
【図９】図８に表した具体例の動作を説明するための模式図である。
【図１０】スキャンのデューティも変化させるスキャンモードを例示する模式図である。
【図１１】本実施形態におけるスキャンモードの第４の具体例を表す模式図である。
【図１２】第４具体例における高周波センサ装置の動作を説明するための模式図である。
【図１３】第４具体例における高周波センサ装置の動作を説明するための模式図である。
【図１４】第５具体例における高周波センサ装置の動作を説明するための模式図である。
【図１５】第６具体例における高周波センサ装置の動作を説明するための模式図である。
【図１６】４方向以上に電波ビームをスキャンできる高周波センサ装置のアンテナ１００の模式平面図である。
【図１７】アンテナ１００においてスイッチ操作により放射ビームの方向が変化することを表した模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 高周波部、 １２ 高周波回路、 １４ 発振回路、 １６ 検波回路、 ２０ 制御部、 ２２ 増幅器、 ２４ 比較器、 ２６ 制御判断回路、 ３０ 負荷制御回路、１００ アンテナ、１０１ 基板、１０２ アンテナ素子（給電素子）、１０４、１０６ アンテナ素子（無給電素子）、１０８ 給電線、１１０ 制御線、１１５ 接地線、１１６ アース電極、１１８ 接地線、１２０、１２４ スイッチ、１３０、１３２ 無給電素子、９００ 被検知体、ＳＷ１〜ＳＷ４ スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波センサ装置に関する。
【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、便器洗浄装置などに使用できる。さらに、移動物体を検出する高周波センサ装置もあり、例えば水洗便器の自動洗浄などに有用である。
【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】
無給電素子が基板内のスルーホール式の制御線を通じて基板の背面上に設けられた高周波スイッチに接続され、電波ビームの放射方向を切替えるマイクロストリップアンテナ及びこれを用いた高周波センサに関する技術開示例がある（特許文献１）。電波ビームの放射方向をスキャンさせると、例えば高周波センサ装置のアンテナに向かって人がどの方向から接近してきたかなどを検知することができる。
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２００６／０３５８８１Ａ１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、被検知体の移動速度が遅い場合には、ドップラー信号による検知にも時間がかかる。従って、電波ビームを複数の方向に順次スキャンさせて検知を行う場合、被検知体の移動速度に応じて、最適なスキャン速度は異なる場合が多い。例えは高齢者のように歩行速度が遅い被検知体を対象とする場合にはスキャン速度を遅くしないとドップラー信号による検知が困難となる。一方、歩行速度が速い被検知体を対象とする場合にはスキャン速度を速くしてどの方向から接近する被検知体も確実に検知することが望ましい。
【０００６】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものであり、使用条件などに応じてスキャン速度を可変とした高周波センサ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、送信波を発生する発振回路と、前記送信波を複数の方向に放射可能とし、前記送信波の物体による反射波を受信波として受信するアンテナと、前記受信波を検知する検波回路と、前記検波回路により検知されたドップラー信号に基づいて被検知体の検知の有無を判定する制御判断回路と、を備え、前記制御判断回路は、前記アンテナから放射される電波の方向を複数の方向のいずれかに第１の速度で順次切り替える第１のスキャンモードと、前記アンテナから放射される電波の方向を複数の方向のいずれかに前記第１の速度とは異なる第２の速度で順次切り替える第２のスキャンモードと、を実行可能であることを特徴とする高周波センサ装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、使用条件などに応じてスキャン速度を可変とした高周波センサ装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
図１は、本発明の実施の形態にかかる高周波センサ装置のブロック図である。
高周波センサ装置は、高周波部１０と制御部２０とを有する。高周波部１０は、給電素子１０２及び無給電素子１０４、１０６などからなるアンテナ１００と、高周波回路１２と、を有する。高周波回路１２には、送信波を発生する発振回路１４と、受信波からドップラー信号を取り出す検波回路１６と、が設けられている。
【００１０】
アンテナ１００から放射された送信波は、人体などの物体に当たり反射波を生じ、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、送信用と受信用とを別にしてもよい。人体検知用の高周波センサ装置において使用可能な送信波の周波数は、１０．５２５及び２４．１５ＧＨｚである。
【００１１】
移動物体の場合、ドップラー信号が高周波部１０の検波回路１６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２２を介して制御判断回路２６へ入力される。また、増幅器２２の他の出力は、比較器２４を介して制御判断回路２６へ入力される。その出力は、負荷制御回路３０へ入力される。また、制御判断回路２６は、無給電素子１０４、１０６の電波ビームの放射方向を変える制御信号を出力する。
図２は、本実施形態の高周波センサ装置に設けられるマイクロストリップアンテナの一例を表す平面図である。
また、図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。なお、図２以降の図については、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１２】
このアンテナは、セラミックスや樹脂などの絶縁性の材料からなる基板１０１の前面に矩形状の導電体薄膜からなる３つのアンテナ素子１０２、１０４、１０６が一直線上に併設された構造を有する。中央のアンテナ素子１０２は、マイクロ波信号源から直接的に（すなわち、電線を通じて）マイクロ波電力の供給を受ける給電素子である。給電素子１０２の両側に設けられた２つのアンテナ素子１０４、１０６は、直接的な給電は受けない無給電素子である。給電素子１０２の励振方向は、図２において上下の方向であり、３つのアンテナ素子１０４、１０２、１０６の配列方向は励振方向と直交する方向とされている。この実施例では一例として左右の無給電素子１０４、１０６は、中央の給電素子１０２を中心として線対象の位置、すなわち給電素子１０２から等距離の位置に配置されており、サイズも同一とされている。無給電素子１０４、１０６のサイズは、給電素子１０２のサイズとほぼ同一とすることができるが、異なるものとしてもよい。なお、励振方向にみた長さは、用いるマイクロ波の波長に応じて最適な範囲があるので変えることができる範囲は狭いが、励振方向に対して垂直な方向の長さはより広い範囲で変えることができる。
【００１３】
給電素子１０２の背面の所定箇所（以下、「給電点」という）に給電線１０８の一端が接続されている。図３に表したように、給電線１０８は、基板１０１を貫通する導電線であり、給電線１０８の他端は、基板１０１の背面上に位置された高周波回路１２のマイクロ波出力端子に接続されている。なお、高周波回路１２は、例えばワンチップＩＣとして形成することができる。給電素子１０２は、高周波回路１２に設けられた発振回路１４（図１参照）から出力される特定周波数（例えば、１０．５２５ＧＨｚ、２４．１５ＧＨｚ、または７６ＧＨｚなど）のマイクロ波電力を給電点に受けて励振される。
【００１４】
図３に表したように、基板１０１は多層基板であり、その内部には１つの層として、薄膜状のアース電極１１６が、基板１０１の全面にわたって設けられている。アース電極１１６は、接地線１１５を介して高周波回路１２のグランド端子に接続されている。
【００１５】
図２及び図３に表したように、無給電素子１０４、１０６のそれぞれの背面の所定箇所（以下、「接地点」という）にも、制御線１１０、１１２の一端がそれぞれ接続されている。制御線１１０、１１２の他端は、基板１０１の背面上に配置されたスイッチ１２０、１２４の一側端子にそれぞれ接続されている。スイッチ１２０、１２４の他側端子は、接地線１１８、１２２をそれぞれ介して、アース電極１１６に接続されている。スイッチ１２０、１２４は個別にオン・オフ操作が可能とされている。左側のスイッチ１２０のオン・オフ操作により、左側の無給電素子１０４がアース電極１１６に接続されるか、フローティング状態になるかが切り替えられる。右側のスイッチ１２４のオン・オフ操作により、右側の無給電素子１０６がアース電極１１６に接続されるか、フローティング状態になるかが切り替えられる。
【００１６】
スイッチ１２０、１２４には、高周波スイッチを用いることが望ましいが、使用するマイクロ波周波数に対するインピーダンスが所定の適正値に調整されている必要は特になく、高周波信号を遮断するスイッチのオフ特性（アイソレーション）が良好であればよい。 図２に表したように、給電素子１０２の給電点の位置は、一例として、給電素子１０２の励振方向（上下方向）において、使用するマイクロ波の基板１０１上での波長λｇに応じた最適アンテナ長 （ほぼ、λｇである）だけ給電素子１０２の下側エッジ（または上側エッジ）から上側（または下側）に離れた位置であって、励振方向（上下方向）と直交する方向（左右方向）において、給電素子１０２の中央位置とされている。一方、無給電素子１０４、１０６のそれぞれの接地点の位置は、一例として、励振方向（上下方向）において、各無給電素子１０４、１０６の中央を中心とした幅Ｌ／２の範囲より外側の位置であって、直交する方向（左右方向）において、それぞれの無給電素子１０４、１０６の中央の位置とされている。ここで、Ｌは、無給電素子１０４、１０６の励振方向にみた長さである。
【００１７】
このように構成されたマイクロストリップアンテナにおいて、スイッチ１２０、１２４を操作して無給電素子１０４、１０６をアース電極１１６に接続（接地）するかを切り替えることにより、このマイクロストリップアンテナから出力されてる電波ビームの放射方向を複数の方向のいずれかに切り替えることができる。給電素子１０２と無給電素子１０４、１０６との位置関係により放射方向が決定されるため、波長よりも極端に短い給電線１０８を介して給電素子１０２と高周波回路１２とを接続することが可能であり、よって、伝送損失が少なく効率がよい。また、制御線に接続されるスイッチが１つで電波ビームの放射方向を変化させることができるため、このマイクロストリップアンテナは基板サイズ小型化や製造の低コスト化に適している。
【００１８】
図４は、スイッチ１２０、１２４の操作による電波ビームの放射方向の変化を表す模式図である。
図４において、楕円は放射される電波ビームを模式的に表し、横軸の角度は基板１０１の主面に対して垂直な方向からみた電波ビームの放射方向の角度（放射角度）を表し、プラスの角度は放射方向が図２において右側に傾いていることを表し、マイナスの角度は左側に傾いていることを表す。
【００１９】
図４に表したように、両方のスイッチ１２０、１２４がオンの場合（すなわち、両方の
無給電素子１０４、１０６が接地されている場合）、電波ビームは点線で表したように、基板１０１の主面に対して垂直な方向に放射される。両方のスイッチ１２０、１２４がオフの場合（すなわち、両方の無給電素子１０４、１０６がフローティング状態の場合）も、電波ビームは一点鎖線で表したように、基板１０１の主面に対して垂直な方向に放射される。
【００２０】
一方、左側のスイッチ１２０がオンで右側のスイッチ１２４がオフの場合（すなわち、左側の無給電素子１０４だけが接地されている場合）は、電波ビームは破線で表したように、左側（条件によっては右側）に傾いた方向に放射される。また、左側のスイッチ１２０がオフで右側のスイッチ１２４がオンの場合（すなわち、右側の無給電素子１０６だけが接地されている場合）は、電波ビームはもうひとつの破線で表したように、右側（条件によっては左側）に傾いた方向に放射される。
このように、接地される無給電素子１０４、１０６を選択することにより、電波ビームの放射方向を変えることができる。
【００２１】
図５は、本発明の第１の実施の形態の高周波センサ装置において実行される動作を例示するフローチャートである。
また、図６は、本実施形態におけるドップラー信号の波形や信号のタイミングなどを表すグラフ図である。
また、図７は、高周波センサ装置の動作を説明するための模式図である。
【００２２】
本実施形態においては、例えば、図５に表したように、高周波センサ装置は第１のスキャンモードを実行する（ステップＳ１０２）。これは例えば、図７（ａ）及び（ｂ）に表したように、電波ビームＤ２と電波ビームＤ１とを交互に放射して、移動体によるドップラー信号を監視するモードである。この時、図６に表したように、スイッチ１（ＳＷ１）とスイッチ２（ＳＷ２）とを順次切り替える。それぞれのスイッチがオンとなる時間ＴＳ１、ＴＳ２は、例えば、比較的速く移動する人体を対象とするような場合に、例えば１０〜５０ミリ秒程度とすることができる。
【００２３】
そして、第１のスキャンモードが実行されている時（ステップＳ１０２）に、制御判断回路２６がトリガＰＳ（図６参照）を入力すると（ステップＳ１０４：ｙｅｓ）、第２のスキャンモードが開始される（ステップＳ１０６）。トリガＰＳは、例えば、高周波センサ装置を現場に取り付ける施工業者が高周波センサ装置に設けられたスイッチ（図示せず）を操作することにより入力することができる。ただし、トリガＰＳの入力はスイッチ操作には限られず、制御判断回路２６に対して有線または無線により所定の信号を送信して実行させてもよい。あるいは、後に詳述するように、被検知体を検知したことにより、制御判断回路２６が自発的にトリガＰｓを発生させてもよい。これは、その後のトリガについても同様である。
【００２４】
第２のスキャンモードにおいては、第１のスキャンモードとは異なる速度で電波ビームＤ１、Ｄ２が切り替えられる。図６に表した具体例の場合、それぞれの電波ビームＤ１、Ｄ２がオンとなる時間ＴＳ３、ＴＳ４は、例えば、５０〜２００ミリ秒程度とすることができる。電波ビームをこの程度の時間放射すると、図７（ｃ）に表したように、歩行速度が比較的遅い高齢者などの被検知体９００が接近してきたような場合でも、ドップラー信号により確実に検知することが可能となる。
【００２５】
そして、第２のスキャンモードが実行されている時（ステップＳ１０６）に、制御判断回路２６がトリガＰＥ（図６参照）を入力すると（ステップＳ１０８：ｙｅｓ）、第１のスキャンモードが開始される（ステップＳ１０２）。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態においては、第１のスキャンモードと、これとはスキャン速度が異なる第２のスキャンモードと、が選択的に実行可能とされている。こうすることにより、例えば移動速度が遅い被検知体を検知するような場合と、移動速度が比較的速い被検知体を検知するような場合と、にそれぞれ適したスキャンモードを実行させることができ、いずれの場合も被検知体をより確実に検知することが可能となる。例えば、工場において高周波センサ装置を製造する際に、要求される仕様あるいは用途に応じてスキャンモードの切り替えて出荷することができる。または、高周波センサ装置を取り付ける現場において、その用途や使用態様に応じて施工業者がスキャンモードを適宜切り替えることもできる。あるいは、高周波センサ装置の設置後に、状況に応じて使用者がスキャンモードを切り替えるようにしてもよい。
【００２７】
なお、図５〜図７においては、第１のスキャンモードと第２のスキャンモードを選択的に実行可能な具体例を表したが、本発明はこれには限定されず、３つあるいはそれ以上のスキャンモードのいずれかを選択的に実行可能としてもよい。
【００２８】
図８は、本実施形態におけるスキャンモードの第２の具体例を表す模式図である。
電波ビームＤ１を放射する時間と、電波ビームＤ２を放射する時間と、は必ずしも同一である必要はない。図８に表した具体例の場合、第２のスキャンモードにおいて、スイッチＳＷ１をオンにする時間ＴＳ３は、スイッチＳＷ２をオンにする時間ＴＳ４よりも長く設定されている。
【００２９】
図９に表したように、電波ビームＤ１とＤ２とを交互に放射する場合、高周波センサ装置を設置する現場の条件によっては、電波ビームＤ１の方向から被検知体９０２が接近する確率と、電波ビームＤ２の方向から被検知体９０４が接近する確率と、が同一ではない場合も多い。例えば、高周波センサ装置が部屋の隅や廊下のつきあたりなどに設置される場合などは、電波ビームＤ１とＤ２のいずれか一方の方向から専ら被検知体が接近することも多い。このような場合に、スキャン速度を変えるだけでなく、デューティも変えることにより、現場の状況により適合した動作をさせることが可能となる。
【００３０】
図１０は、スキャンのデューティも変化させるスキャンモードを例示する模式図である。
図１０（ａ）に表した第１のスキャンモードにおいては、スイッチＳＷ１とＳＷ２がオンとなる時間ＴＳ１、ＴＳ２は、いずれも短く且つ同一とされている。これに対して、図１０（ｂ）に表した第２のスキャンモードにおいては、スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオンになる時間ＴＳ３、ＴＳ４は、いずれも第１のスキャンモードよりも長く、且つ、ＴＳ３のほうがＴＳ４よりも長く設定されている。一方、図１０（ｃ）に表した第３のスキャンモードにおいては、スイッチＳＷ１、ＳＷ２がオンになる時間ＴＳ５、ＴＳ６は、いずれも第１のスキャンモードよりも長く、且つ、ＴＳ６のほうがＴＳ５よりも長く設定されている。
これら３つのスキャンモードのいずれかを製造現場、施工現場、または設置後に、適宜切り替えることにより、使用状況に適合した動作をさせることができる。
【００３１】
図１１は、本実施形態におけるスキャンモードの第４の具体例を表す模式図である。
また、図１２及び図１３は、本具体例における高周波センサ装置の動作を説明するための模式図である。
【００３２】
本具体例においては、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３を順次切り替えることにより、電波ビームＤ１、Ｄ２、Ｄ３を順番に切り替えて放射する。そして、第１のスキャンモードにおいては、それぞれの電波ビームの放射時間ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３は短く設定されている。これら放射時間ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３は同一としてもよく、互いに異なるものとしてもよい。
【００３３】
一方、図１２（ｂ）及び図１３（ｂ）に表したように、被検知体９００を検知すると、第２のスキャンモードが開始される。第２のスキャンモードにおいては、これら３つの電波ビームのうちの少なくともいずれかの放射が休止される。例えば図１２に表した具体例の場合、被検知体９００は、電波ビームＤ１の方向から接近する。制御判断回路２６がこれを検知すると、第２のスキャンモードを開始する。そして、電波ビームＤ３の放射を休止し、電波ビームＤ１とＤ２を交互に放射する。この際にそれぞれの電波ビームＤ１、Ｄ２が放射される時間ＴＳ４、ＴＳ５は、第１のスキャンモードにおける時間ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３よりも長く設定されている。
【００３４】
このようにすると、高周波センサ装置に接近する被検知体９００の動作をより具体的に把握することが可能となる。
例えば、高周波センサ装置により自動ドアの開閉を制御するような場合、図１２（ｂ）及び（ｃ）に表したように、高周波センサ装置が付設された自動ドアに対して被検知体９００が接近する時には、被検知体９００の移動速度はドアに近づくにつれて低下する傾向がある。一方、図１３（ｂ）及び（ｃ）に表したように、被検知体９００が自動ドアの前を通り過ぎるような場合には、被検知体９００の移動速度はドアの前でも低下しない場合が多い。従って、電波ビームの方向を限定し、且つ電波ビームの放射時間を長く設定することにより、被検知体９００が図１２に表したように接近しているのか、それとも図１３に表したように通過するだけであるのか、を判別することができる。その結果として、例えば、通過する被検知体９００に対して自動ドアを無用に開くことを抑制できる。
【００３５】
図１４は、本実施形態におけるスキャンモードの第５の具体例を表す模式図である。
本具体例においては、第１のスキャンモードと第２のスキャンモードとを交互に繰り返す。すなわち、例えば周波数の低い動きに合わせてスキャン速度を遅いモードに固定してしまうと、周波数が高い動きに対して、どの方向に被検知体が存在するかの検知が困難となる場合がある。またこれとは逆に、周波数の高い動きに合わせてスキャン速度が速いモードに固定してしまうと、周波数が低い動きに対して、どの方向に被検知体が存在するかの検知が困難となる場合がある。
【００３６】
これに対して、本具体例においては、スキャン速度が速いスキャンモードと、スキャン速度が遅いスキャンモードと、を繰り返すことにより、周波数の高い動きに対しても、周波数の低い動きに対しても、確実に検知することが可能となる。なお、図１４に表した具体例においては、第１のスキャンモードと第２のスキャンモードとをそれぞれ１サイクルずつ交互に繰り返すが、本発明はこれには限定されない。すなわち、第１のスキャンモードと第２のスキャンモードとを複数サイクルずつ繰り返してもよい。
【００３７】
図１５は、本実施形態におけるスキャンモードの第６の具体例を表す模式図である。
本具体例においては、相対的に速い速度でスキャンを実行中に被検知体を検知すると、スキャン速度を相対的に遅くする。
すなわち、図１５に表したように、第１のスキャンモードにおいては相対的に速い速度でスキャンを実行する。そして、ドップラー信号の振幅が所定の閾値を越えると、トリガ（図６参照）が発せられ、第２のスキャンモードに移行する。第２のスキャンモードにおいては、第１のスキャンモードよりも相対的に遅い速度でスキャンが実行される。図１５に表した具体例の場合、第１のスキャンモードにおいても第２のスキャンモードにおいても、スイッチ１（ＳＷ１）がオンの時に被検知体を検知している。このように、スキャン速度が速い第１のスキャンモードと、スキャン速度が遅い第２のスキャンモードにおいてそれぞれ被検知体を検知したら（すなわち、ドップラー信号が閾値を越えたら）、検知を確定するようにすることができる。検知を確定すると、例えば図１５に表したように、判定信号を外部に出力し、例えば自動ドアを開くなどの所定の制御が実行される。
【００３８】
本具体例によれば、まず速いスキャン速度でスキャンを実行（第１のスキャンモード）し、被検知体を検知すると、遅いスキャン速度でスキャンを実行（第２のスキャンモード）することにより、被検知体をより確実に検知することが可能となる。
【００３９】
すなわち、人体検知までがスキャン速度が速い、人体検知後にスキャン速度を遅くすることによって周波数の高い動きと低い動きを検知できる。スキャン速度が速いモード（第１のスキャンモード）を検知の確定前に実行する理由としては、スキャン速度が遅いモードを実行すると、人体そのものを検知できない場合がある（人の通り過ぎるような早いうごきを拾えない）からである。これに対して、スキャン速度が速いモードを実行した場合は、人体の遅い動きなどに対して、どちらの方向にいるのかを誤検知することはあり得るが、人体などの被検知体の有無は確実に検知できる。よって、本具体例においては、人体などの被検知体の検知前にスキャン速度が速いスキャンモード（第１のスキャンモード）を実行し、人体などの被検知体の検知後にスキャンモードが遅いスキャンモード（第２のスキャンモード）を実行し、検知を確定するようにしている。
【００４０】
通常は、スキャン速度を速くしてスキャンし、人体などの被検知体を検知した時のみ、スキャン速度を遅くすれば、ドップラー信号の電圧振幅値と周波数をより認識し易くなり、周波数が低い動き（ゆっくりとした動き）に対しても、どの方向に人などの被検知体がいるのか応答性を損なうことなく検知でき検知精度を向上できる。
【００４１】
また、本発明の高周波センサ装置を操作スイッチとして使用するしてもよい。この場合、電波スキャン時に得られたドップラー信号の周波数に基づいて、所定の周波数以上の信号が得られた時のみスイッチとして機能させれば、センサ装置付近をスイッチ操作しないで通り過ぎる人の動きで誤動作することを防止できる。
【００４２】
また、図１５に表した具体例の場合、第２のスキャンモードにおいて検知を確定すると、電波ビームの方向をスイッチ１（ＳＷ１）の方向に固定している。この状態で、例えば被検知体の手の動く速度などに応じて所定の情報を入力させることも可能である。すなわち、本具体例の高周波センサ装置を、操作スイッチとして使用することもできる。この場合、電波スキャン時に得られたドップラー信号の周波数に基づいて、所定の周波数以上の信号が得られた時のみスイッチとして機能させれば、例えば、高周波センサ装置の付近をスイッチ操作しないで通り過ぎる人の動きで誤動作することを防止できる。
【００４３】
さらに、所定の周波数以上の信号が得られた時に電波方向を固定しその時のドップラー信号に基づいて判定信号を出力する構成にすれば、速度だけでなく距離や時間のパラメータを抽出して、よりアナログ的なスイッチとして使用することも可能である。なお、図１５に表した具体例においては、電波ビームの固定は必ずしも必須ではなく、第２のスキャンモードで検知を確定し、所定の動作を実行させるようにしてもよい。
【００４４】
以上、電波ビームを２方向または３方向にスキャンする具体例について説明したが、本発明はこれら具体例には限定されない。すなわち、本発明は、電波ビームを４方向またはそれ以上の方向にスキャンする場合にも同様に適用することができる。
【００４５】
図１６は、４方向以上に電波ビームをスキャンできる高周波センサ装置のアンテナ１００の模式平面図である。
また、図１７は、このアンテナ１００においてスイッチ操作により放射ビームの方向が変化することを表した模式図である。
このアンテナ１００は、給電素子１０２の上下左右に無給電素子１３０、１３２、１０４、１０６が配置された形態を有する。これら無給電素子は、制御線１１０、１１２、１３４、１３６を介して接続されたスイッチＳＷ１〜ＳＷ４により、それぞれ接地状態とフローティング状態のいずれかにすることができる。無給電素子１０４、１０６、１３０、１３２のいずれか１つのみを選択的に接地状態とすることにより、メインビームの放射方向を上下左右に傾斜させることができる。また、無給電素子１０４、１０６、１３０、１３２は給電素子１０２により励起され、同一方向に励振されるため、左右の無給電素子１０４、１０６のうちのいずれかと上下の無給電素子１３０、１３２のいずれかをそれぞれ接地することにより、メインビームの方向を平面視で４５度程度の方向に傾斜させることもできる。このように接地される無給電素子１０４、１０６、１３０、１３２を選択することにより、メインビームの方向を４５度間隔で変えることもできる。
【００４６】
このように、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を適宜切り替えることにより、４方向またはそれ以上の方向に電波ビームを放射できる。そして、本実施形態によれば、複数のスキャンモードを設け、それぞれのスキャンモードにおいて電波ビームを放射する時間及びそれらのデューティを適宜変えたり、いずれかひとつ以上の電波ビームの放射を休止させることにより、設置する現場や使用態様、被検知体の移動状況などに適合した動作をする高周波センサ装置を提供することができる。
【００４７】
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、本発明はこれらの実施形態に限定されない。例えば、高周波センサ装置を構成するアンテナ、高周波スイッチ、発振回路、検波回路、制御部などの形状、サイズ、配置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。また、前述した各具体例のふたつまたはそれ以上を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態にかかる高周波センサ装置のブロック図である。
【図２】本実施形態の高周波センサ装置に設けられるマイクロストリップアンテナの一例を表す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】スイッチ１２０、１２４の操作による電波ビームの放射方向の変化を表す模式図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態の高周波センサ装置において実行される動作を例示するフローチャートである。
【図６】本実施形態におけるドップラー信号の波形や信号のタイミングなどを表すグラフ図である。
【図７】高周波センサ装置の動作を説明するための模式図である。
【図８】本実施形態におけるスキャンモードの第２の具体例を表す模式図である。
【図９】図８に表した具体例の動作を説明するための模式図である。
【図１０】スキャンのデューティも変化させるスキャンモードを例示する模式図である。
【図１１】本実施形態におけるスキャンモードの第４の具体例を表す模式図である。
【図１２】第４具体例における高周波センサ装置の動作を説明するための模式図である。
【図１３】第４具体例における高周波センサ装置の動作を説明するための模式図である。
【図１４】第５具体例における高周波センサ装置の動作を説明するための模式図である。
【図１５】第６具体例における高周波センサ装置の動作を説明するための模式図である。
【図１６】４方向以上に電波ビームをスキャンできる高周波センサ装置のアンテナ１００の模式平面図である。
【図１７】アンテナ１００においてスイッチ操作により放射ビームの方向が変化することを表した模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０ 高周波部、 １２ 高周波回路、 １４ 発振回路、 １６ 検波回路、 ２０ 制御部、 ２２ 増幅器、 ２４ 比較器、 ２６ 制御判断回路、 ３０ 負荷制御回路、１００ アンテナ、１０１ 基板、１０２ アンテナ素子（給電素子）、１０４、１０６ アンテナ素子（無給電素子）、１０８ 給電線、１１０ 制御線、１１５ 接地線、１１６ アース電極、１１８ 接地線、１２０、１２４ スイッチ、１３０、１３２ 無給電素子、９００ 被検知体、ＳＷ１〜ＳＷ４ スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信波を発生する発振回路と、
前記送信波を複数の方向に放射可能とし、前記送信波の物体による反射波を受信波として受信するアンテナと、
前記受信波を検知する検波回路と、
前記検波回路により検知されたドップラー信号に基づいて被検知体の検知の有無を判定する制御判断回路と、
を備え、
前記制御判断回路は、
前記アンテナから放射される電波の方向を複数の方向のいずれかに第１の速度で順次切り替える第１のスキャンモードと、
前記アンテナから放射される電波の方向を複数の方向のいずれかに前記第１の速度とは異なる第２の速度で順次切り替える第２のスキャンモードと、
を実行可能であることを特徴とする高周波センサ装置。
【請求項２】
前記第１のスキャンモードにおいて前記複数の方向のうちの第１の方向に電波を放射する時間と、前記複数の方向のうちの第２の方向に電波を放射する時間と、の割合と、
前記第２のスキャンモードにおいて前記第１の方向に電波を放射する時間と、前記第２の方向に電波を放射する時間と、の割合と、
が異なることを特徴とする請求項１記載の高周波センサ装置。
【請求項３】
前記制御判断回路は、前記第１のスキャンモードにおいて被検知体を検知すると、その方向に電波を放射する割合を、前記第２のスキャンモードにおいて大きくすることを特徴とする請求項２記載の高周波センサ装置。
【請求項４】
前記第１のスキャンモードにおける前記複数の方向の数と、前記第２のスキャンモードにおける前記複数の方向の数と、が異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の高周波センサ装置。
【請求項５】
前記制御判断回路は、前記第１のスキャンモードと前記第２のスキャンモードとを交互に繰り返すことを特徴とする請求項１記載の高周波センサ装置。
【請求項６】
前記制御判断回路は、前記第１のスキャンモードにおいて前記被検知体を検知すると、前記第１のスキャンモードを終了し前記第２のスキャンモードを開始することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の高周波センサ装置。
【請求項７】
前記第１の速度は、前記第２の速度よりも大きく、
前記制御判断回路は、前記第１のスキャンモードにおいて被検知体を検知すると、前記第１のスキャンモードを終了し前記第２のスキャンモードを実行し、前記第２のスキャンモードにおいても被検知体を検知すると検知を確定することを特徴とする請求項１記載の高周波センサ装置。
【請求項１】
送信波を発生する発振回路と、
前記送信波を複数の方向に放射可能とし、前記送信波の物体による反射波を受信波として受信するアンテナと、
前記受信波を検知する検波回路と、
前記検波回路により検知されたドップラー信号に基づいて被検知体の検知の有無を判定する制御判断回路と、
を備え、
前記制御判断回路は、
前記アンテナから放射される電波の方向を複数の方向のいずれかに第１の速度で順次切り替える第１のスキャンモードと、
前記アンテナから放射される電波の方向を複数の方向のいずれかに前記第１の速度とは異なる第２の速度で順次切り替える第２のスキャンモードと、
を実行可能であることを特徴とする高周波センサ装置。
【請求項２】
前記第１のスキャンモードにおいて前記複数の方向のうちの第１の方向に電波を放射する時間と、前記複数の方向のうちの第２の方向に電波を放射する時間と、の割合と、
前記第２のスキャンモードにおいて前記第１の方向に電波を放射する時間と、前記第２の方向に電波を放射する時間と、の割合と、
が異なることを特徴とする請求項１記載の高周波センサ装置。
【請求項３】
前記制御判断回路は、前記第１のスキャンモードにおいて被検知体を検知すると、その方向に電波を放射する割合を、前記第２のスキャンモードにおいて大きくすることを特徴とする請求項２記載の高周波センサ装置。
【請求項４】
前記第１のスキャンモードにおける前記複数の方向の数と、前記第２のスキャンモードにおける前記複数の方向の数と、が異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の高周波センサ装置。
【請求項５】
前記制御判断回路は、前記第１のスキャンモードと前記第２のスキャンモードとを交互に繰り返すことを特徴とする請求項１記載の高周波センサ装置。
【請求項６】
前記制御判断回路は、前記第１のスキャンモードにおいて前記被検知体を検知すると、前記第１のスキャンモードを終了し前記第２のスキャンモードを開始することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の高周波センサ装置。
【請求項７】
前記第１の速度は、前記第２の速度よりも大きく、
前記制御判断回路は、前記第１のスキャンモードにおいて被検知体を検知すると、前記第１のスキャンモードを終了し前記第２のスキャンモードを実行し、前記第２のスキャンモードにおいても被検知体を検知すると検知を確定することを特徴とする請求項１記載の高周波センサ装置。
【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】
【公開番号】特開２００８−２０２９７９（Ｐ２００８−２０２９７９Ａ）
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３６８５２（Ｐ２００７−３６８５２）
【出願日】平成１９年２月１６日（２００７．２．１６）
【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４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１６日（２００７．２．１６）
【出願人】（００００１００８７）ＴＯＴＯ株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
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