(57)【要約】【課題】    スイッチングノイズを除去し、且つ、アンテナゲインのバラつきによる影響を受けない高周波センサ装置を提供する。【解決手段】  基板と、  高周波信号を発生する発振部と、  前記高周波信号を電波ビームとして放射し、前記電波ビームの物体による反射波及び透過波の少なくともいずれか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部と、  前記検波部で検知された受信波を処理する信号処理部とを備え、前記電波ビームを少なくとも２方向に切り替える機能を有した高周波センサ装置であって、  前記信号処理部は、  電波の放射方向と等しい数だけ設置され、且つ、各々の信号処理部は互いに並列に配置されており、  電波の放射方向を切替えた後、所定の時間だけ遅れて前記検波部と信号処理部とを電気的に短絡させるスイッチを有することを特徴とする高周波センサ装置。【選択図】  図１
2010078462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
高周波信号を発生する発振部と、
前記高周波信号を電波ビームとして放射し、前記電波ビームの物体による反射波及び透過波の少なくともいずれか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部と、
前記検波部で検知された受信波を処理する信号処理部とを備え、前記電波ビームを少なくとも２方向に切り替える機能を有した高周波センサ装置であって、  
前記信号処理部は、電波の放射方向と等しい数だけ設置され、
且つ、各々の信号処理部は互いに並列に配置されており、
電波の放射方向を切替えた後、所定の時間だけ遅れて前記検波部と信号処理部とを電気的に短絡させるスイッチを有することを特徴とする高周波センサ装置。
【請求項２】
前記アンテナは、
前記基板の表面上に配設された高周波信号が給電される給電素子と、
前記給電素子から所定の素子間スペースだけ離れて配設された複数の無給電素子と、
前記無給電素子と接地電極とを電気的に短絡させるか、もしくは開放させるかを切り替えて電波の放射方向を切替えるスイッチを有することを特徴とする高周波センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波ビームを複数方向に放射する高周波センサの検知信号処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電波ビームを複数方向に放射し、各方向における反射波から人体等の検知物体の位置情報をセンシングする高周波センサが特許文献１などで知られている。
このようなセンサの放射方向を切替える際、アンテナに付属している位相調整回路のスイッチングによる急峻な電圧の変動（以下、スパイクノイズ）が発生し、そのノイズが送信波に印加される。スパイクノイズは当然受信波にも印加され、スパイクノイズが現れる時間帯では誤検知の原因となったり、増幅回路等による感度調整が難しくなる。
【０００３】
一方上述したような出力回路のスイッチングによるスパイクノイズの問題は高周波に限らず生じる問題であり、例えば特許文献２においては、スイッチング方式の電力制御装置における過電流保護の観点から、スパイクノイズの発生時期と同期させてスイッチングするスイッチを設けることにより後段回路の検出不感時間を設けてスイッチングノイズの影響を除去する方法が知られている。
【特許文献１】特開２００７−４８３２０号公報
【特許文献２】特開２００４−３３６８６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、電波ビームを複数方向に切替える際、各方向によって、アンテナゲインにバラつきが生じる。このばらつきは受信波の反射電力差として現れるため、例えスイッチングノイズの影響のみを除去したとしても、反射電力差分の電圧差が除去できない為、結局受信波を増幅させた際に同様のノイズを発生させてしまう。
アンテナ設計時において、ある程度各方向のアンテナゲインを揃える事は可能であるが、各方向により、放射角度が異なる場合には、ゲインを揃えた状態で角度のみを変えるのは困難である。また、パターンの作製誤差などもあり、特に反射波を高倍率に増幅させる際には、上述した問題が顕著に現れてしまう。
【０００５】
従って、本発明の目的は、スイッチングノイズを除去し、且つ、アンテナゲインのバラつきによる影響を受けない高周波センサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、  基板と、
高周波信号を発生する発振部と、
前記高周波信号を電波ビームとして放射し、前記電波ビームの物体による反射波及び透過波の少なくともいずれか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部と、
前記検波部で検知された受信波を処理する信号処理部とを備え、前記電波ビームを少なくとも２方向に切り替える機能を有した高周波センサ装置であって、  
前記信号処理部は、電波の放射方向と等しい数だけ設置され、
且つ、各々の信号処理部は互いに並列に配置されており、
前記検波部と、前記信号処理部の間に、前記電波ビームの放射方向を切替えた後、所定の時間だけ遅れて前記検波部と信号処理部とを電気的に短絡させる第２のスイッチを有することを特徴とする高周波センサ装置が提供される。
【０００７】
本発明の一態様によれば、
前記アンテナは、
前記基板の表面上に配設された高周波信号が給電される給電素子と、
前記給電素子から所定の素子間スペースだけ離れて配設された複数の無給電素子と、
前記無給電素子と接地電極とを電気的に短絡させるか、もしくは開放させるかを切り替えて電波の放射方向を切替えるスイッチを有す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】
本発明によれば、電波の放射方向毎にスイッチを有する信号処理部を設けることで、アンテナゲインのばらつきやスイッチングノイズに関係なく受信信号を高倍率で増幅させることが可能となり、高感度なセンサ装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明における高周波スイッチについて説明する。
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。
【００１０】
図１は、本発明一態様における高周波スイッチの実施形態を示す、ブロック図である。
【００１１】
本発明の一態様における高周波スイッチ１００は、図示していないが、基板１０１と、基板１０１上に配設された、電波ビームとして前方に放射される送信波を発生する発振部１１０と、送信波が直接、供給される給電素子１２９と給電素子１２９が励振することにより励起される複数の無給電素子１２１，１２２，１２３，１２４とからなるアンテナ１２０と、複数の無給電素子に各々、接続され高周波信号の通過または遮断を選択できる複数の第１のスイッチ１５１，１５２，１５３，１５４と、複数の切替スイッチの切替順序および切替速度を制御する電波方向制御回路１４０と、送信波と前方に放射された送信波が被検知体に衝突し反射して戻ってきた反射波との周波数の差分を検知信号抽出する検波器１３０と、抽出された検知信号を各検知エリアごとの信号に分離する第２のスイッチ１６０と、その各検知エリアごとの受信信号を取り込み、処理する信号処理部１７０からなる。
【００１２】
図２に本発明の一態様における高周波スイッチの具体的な構成例を示す。
【００１３】
本実施例においては、検知エリア１８１、１８２の２方向に電波をスキャンさせ、各検知エリアに存在する被検知物体の移動状態をセンシングする。
検知エリアは、第１のスイッチ１５０がスイッチへの高周波信号の通過、遮断を切替え、無給電素子１２０の位相が変化することによりその指向性を制御することが出来る。
本実施例においては図上左右方向に電波を放射しているが、無給電素子の配置位置や、夫々のアンテナに接続されている第１のスイッチのスイッチタイミングにより、任意の方向に電波を放射することが出来る。
【００１４】
第１のスイッチとして本実施例ではＦＥＴを用いている。第１のスイッチとして用いることの出来る回路部品としては、他にＰＩＮダイオード、高周波リレー等が考えられるが、第１のスイッチはアンテナの直近傍に設置する必要があるため、小型であることが求められる。上述したＰＩＮダイオードや高周波リレーに比べ、回路を小型化できる点から、ＦＥＴを用いることが、より好ましい。
【００１５】
図３に各検知エリア１８１、１８２に電波を放射する際の第１のスイッチ１５１，１５２，１５３，１５４の状態を示す。ＦＥＴは、ゲート・ソース間の電圧を変化させることによってスイッチの開放、及び短絡機能を実現している。開放及び短絡切り換え時にその伝送線路長が変化することから、スイッチを流れる電波の位相変化が生じる。図２における無給電素子は、スイッチが短絡状態の時に励振し、開放状態の時には励振しないように位相を調整しているため、スイッチ１５１，１５２が短絡、１５３、１５４が開放の時に検知エリア１８１の方向に電波を放射し、１５１，１５２が開放、１５３，１５４が短絡の時に検知エリア１８２の方向に電波を放射する。  
無給電素子の位相は本実施例の様態に限られたものではなく、例えば、無給電素子の素子寸法を変化させたり、スイッチに接続されている伝送線路の形状を変化させ、短絡及び開放の条件を逆転した場合にも同様の効果を発現する。
【００１６】
図４に、図２に示した高周波センサを用いて検知エリア１８１，１８２に被検知物体が存在しない場合における検波部１３０を通して得られた受信信号の波形の一例を示す。
本実施例におけるアンテナは送受一体型であるため、放射方向切替え時間がＴ秒の時、受信信号の波形は図４のように各検知エリア１８１，１８２からの反射波の情報が交互に現れる。
この際、放射方向切り替えからｔ秒の間、急峻な電圧の変動（以下、スパイクノイズ）が見られる。これは、放射方向切替え時に第１のスイッチ１５０の開放及び短絡の状態を反転させる際の突入電流に起因するノイズである。
第１のスイッチ１５０は無給電素子に直接接続されている為、送信波自体に印加されるノイズであり、回路構成上、受信波からこの信号を除去するのは難しい。
また、各放射エリア１８１，１８２の受信信号の基準電圧値には、電圧差Ｖが存在する。この電圧差Ｖは、検知エリア１８１に放射する時のアンテナゲインと、検知エリア１８２に放射する時のアンテナゲインの差に起因する。図２の高周波センサ装置においては、無給電素子１２１，１２２と１２３，１２４は、給電素子に対して略対称な位置に配設されている。しかし、アンテナパターンの製造時の誤差や、第１のスイッチ１５０の取り付け位置誤差や部品の個体バラつき等の影響により、厳密に両方向のアンテナゲインを揃えることは難しい。
【００１７】
図５に、図４で示した受信信号を信号処理部１７０にて所定の倍率に増幅した波形の一例を示す。
図のように、図４で示したようなスパイクノイズが存在する場合、例えば被検知物体から得られる受信信号がスパイクノイズに対して小さい場合、信号処理部１７０にて信号を増幅すると、スパイクノイズも増幅されてしまい、被検知物体から得られた信号を正確に取得できない。
また、図４で見られた電圧差Ｖを除去する為に、カップリングなどの処理を行うが、カップリングコンデンサの容量も、増幅したスパイクノイズが基準電圧に安定するまでの時間を冗長にさせる要因となる。
【００１８】
図６に、第１のスイッチ１５１，１５２，１５３，１５４と、第２のスイッチ１６１，１６２のスイッチタイミングチャートを示す。
図において、第１のスイッチ、第２のスイッチ共に信号がＨｉの時にスイッチが短絡するものとする。
第２のスイッチ１６０は、放射方向の数だけ設置し、図のように各放射方向に対応する第２のスイッチのみを短絡させることにより、各検知エリアからの情報を独立して取り出すことが出来る。
また、第１のスイッチを短絡させるタイミングよりもｔ‘秒だけ遅らせて第２のスイッチを短絡させることにより、図４で示したようなスパイクノイズを物理的に除去することが出来る。
【００１９】
図７に、第２のスイッチを用いてスパイクノイズを除去した受信信号の増幅波形の一例を示す。
スパイクノイズを物理的に除去した為、より高倍率で増幅することが出来、微小な受信信号を正確に捉えることが可能になる。また、各放射方向ごとに信号を分離している為、信号の基準電圧が各方向ごとに一定となるため、カップリングするなどして、各方向の基準電圧を容易に揃えることが出来る様になり、各検知エリアから得られる受信波形をより厳密に比較することが可能となる。
【００２０】
第１のスイッチ１５０と第２のスイッチ１６０の短絡時間差ｔ‘はスパイクノイズの発生時間ｔ以上にすることにより、確実に除去することが可能であるが、ｔ以下であっても、所望の増幅率にした際にそのノイズ電圧が、検知信号の電圧と比較して十分小さい場合などには、受信信号を取り込む時間をより長く設けることができるため、好ましい。
【００２１】
図７には、放射方向切替え時に微小なノイズが確認される。これは第２のスイッチ短絡時のスパイクノイズであるが、第２のスイッチ１６０は、受信側の回路に配設されており、そのスイッチングが、電波の放射自体には影響を及ぼさない為、第１のスイッチ切替え時のスパイクノイズよりも格段にそのノイズ電圧が小さい。
【００２２】
これまで述べたように、第１のスイッチ１５０と第２のスイッチ１６０の短絡時間差を設けることによって、スパイクノイズの影響を除去できる。
また、信号処理回路を放射方向毎に設けることによって、各方向の基準電圧差による影響を除去できるため、検知信号を増幅するなどの処理を容易に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明における高周波センサ装置の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明における高周波センサ装置の実施形態を示す模式図である。
【図３】本発明における電波の放射方向と第１のスイッチの状態を示す表である。
【図４】本発明における電波の放射方向切替に伴うノイズ波形例である。
【図５】本発明における電波の放射方向切替に伴うノイズ電圧の増幅波形例である。
【図６】本発明における第１のスイッチ及び第２のスイッチのタイミングチャートである。
【図７】本発明における電波の放射方向切替に伴うノイズ波形例である。
【符号の説明】
【００２４】
１００  高周波センサ装置
１０１  基板
１１０  発振部
１２０  アンテナ
１２１、１２２、１２３，１２４  無給電素子
１２９  給電素子
１３０  検波部
１４０  電波放射方向制御回路
１５０、１５１、１５２、１５３、１５４  第１のスイッチ
１６０、１６１、１６２  第２のスイッチ
１７０、１７１、１７２  信号処理部
１８１、１８２  検知エリア
【図１】
2010078462.tif 000003
【図２】
2010078462.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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