(57)【要約】  物体までの距離を計測し、かつ近距離の物体を検知するセンサおよび水栓装置を提供する。センサ（１０）は、検知部（１１）と処理部（１３）とを有する。検知部（１１）は、放射した電波の周波数と受信した電波の周波数との周波数差を持つビート信号のデジタル値を出力する。処理部（１３）の周波数分析部（１３１）は、ビート信号の周波数スペクトルを求めるように構成される。処理部（１３）の補正部（１３４）は、検知部（１１）の出力ビット数と周波数分析部（１３１）の入力ビット数との差の個数のゼロを、周波数分析部（１３１）に入力されるデジタル値に付加する。処理部（１３）の計算部（１３５）は、周波数分析部（１３１）が求めた周波数スペクトルからパワーがピーク値であるピーク周波数を求め、ピーク周波数を物体（Ｏｂ）までの距離に換算する。
2017115459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間経過に伴って周波数が変化する電波を空間に放射し、かつ前記空間から電波を受信する検知部と、
放射した電波の周波数と受信した電波との周波数の周波数差に基づいて前記空間に存在する物体までの距離を計測する処理部とを有し、
前記検知部は、
前記検知部が放射した電波の周波数と受信した電波の周波数との周波数差を持つビート信号のデジタル値を出力するアナログ−デジタル変換器を備え、
かつ電波を放射させる放射期間と電波を放射させない休止期間とが１回ずつ含まれる処理周期を繰り返すように動作し、電波を間欠的に放射する構成であって、
前記処理部は、
入力ビット数が前記アナログ−デジタル変換器の出力ビット数よりも多く、かつ前記ビート信号の周波数スペクトルを求めるように構成された周波数分析部と、
前記アナログ−デジタル変換器の出力ビット数と前記周波数分析部の入力ビット数との差の個数のゼロを、前記周波数分析部に入力されるデジタル値に付加する補正部と、
前記周波数分析部が求めた前記周波数スペクトルからパワーがピーク値であるピーク周波数を求め、前記ピーク周波数を前記物体までの距離に換算する計算部と
を備えるセンサ。
【請求項２】
前記計算部は、
前記ビート信号の周波数スペクトルにおいてパワーがピーク値である周波数ビンを含む３個以上の周波数ビンに当て嵌まる曲線を求め、さらに前記曲線のピーク値に対応する周波数をピーク周波数に定め、このピーク周波数を前記物体までの距離に換算する
請求項１記載のセンサ。
【請求項３】
前記処理部は、
時刻が異なる２つの放射期間に得られたビート信号の信号値の差分を求める差分処理部を備え、前記差分処理部の出力を前記周波数分析部に引き渡す
請求項１又は２記載のセンサ。
【請求項４】
前記処理部は、
時刻が異なる２つの放射期間に得られたビート信号から前記周波数分析部がそれぞれ求めた周波数スペクトルにおける周波数ビンごとのパワーの差分を求める差分処理部を備え、前記差分処理部の出力を前記計算部に引き渡す
請求項１又は２記載のセンサ。
【請求項５】
前記２つの放射期間のうちの一方は、前記検知部の動作中における最新の処理周期の放射期間であり、前記２つの放射期間のうちの他方は、前記検知部の動作開始時における処理周期の放射期間である
請求項３又は４記載のセンサ。
【請求項６】
前記２つの放射期間のうちの一方は、前記検知部の動作中における最新の処理周期の放射期間であり、前記２つの放射期間のうちの他方は、前記検知部の動作中において所定回前の処理周期の放射期間である
請求項３又は４記載のセンサ。
【請求項７】
前記検知部は、
前記空間から受信した電波に対応した受信信号に対する直交検波を行うことにより、前記ビート信号として位相が互いに９０度異なる２つのビート信号を出力し、  前記補正部は、
前記２つのビート信号に対応して前記周波数分析部に入力される２つのデジタル値それぞれにゼロを付加し、
前記周波数分析部は、
離散フーリエ変換と高速フーリエ変換との一方を行う構成であって、前記２つのデジタル値それぞれにゼロを付加した前記補正部の出力が入力される
請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項８】
前記検知部は、
前記空間に放射する電波の周波数が時間経過に伴って単調に上昇するように周波数を掃引する構成と、
前記空間に放射する電波の周波数が時間経過に伴って単調に下降するように周波数を掃引する構成と、
前記空間に放射する電波の周波数が時間経過に伴って単調に上昇する期間と単調に下降する期間とを含むように周波数を掃引する構成とから選択される
請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項９】
前記計算部は、
前記周波数スペクトルにおけるパワーのピーク値が所定の閾値を超えない場合は、前記距離を求めない
請求項１〜８のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記処理部は、
前記距離に基づいて定めた監視領域の範囲内か否かを判断する判断部と、
前記判断部の判断結果に応じて機器制御用の制御信号を出力する出力部とを備える
請求項１〜９のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項１１】
前記判断部は、
距離に基づいて定めた監視領域内に存在する物体を対象物と判定する機能を有し、前記監視領域の境界となる距離が設定される
請求項１０記載のセンサ。
【請求項１２】
請求項１０又は１１記載のセンサと、
制御信号を受けて吐水と止水とが選択される水栓とを備え、
前記処理部は、前記監視領域に前記対象物が存在するときに吐水を選択する制御信号を前記水栓に与え、前記監視領域に前記対象物が存在しないときに止水を選択する制御信号を前記水栓に与える
水栓装置。
【請求項１３】
前記センサは前記水栓に一体に取り付けられている
請求項１２記載の水栓装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波を用いて物体を検知するセンサ、およびこのセンサにより吐水と止水とが制御されるセンサを用いた水栓装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、送受信器の送信器でスイープした信号をアンテナ送信素子から送信し、その反射波をアンテナ受信素子で受信するレーダ装置が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１には、参照信号と入力信号との相関処理のために、基準参照信号にゼロ埋めしたものを参照信号とし、参照信号をＦＦＴ処理するという内容の記載がある。すなわち、特許文献１では、基準参照信号の符号長を入力信号の符号長と合わせることを目的としてゼロ埋めが行われている。【０００３】
また、自動水栓装置において、マイクロ波ドップラーセンサを用いる構成例が特許文献２に記載されている。【０００４】
特許文献１の技術は、たとえば航空機に搭載されるレーダ装置に適用される。したがって、数ｃｍ程度の近距離に存在する物体を検知する目的は想定されていない。【０００５】
また、特許文献２の技術は、マイクロ波ドップラーセンサを用いる構成であり、電波を間欠的に放射する電波センサにおいて数ｃｍ程度の近距離に存在する物体を検知する技術は記載されていない。ドップラーセンサでは、動きを検出することはできるが、物体までの距離を知ることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−１８２０１０号公報
【特許文献２】特開２０１３−７２２３７号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、物体までの距離を計測することが可能であり、かつ近距離の物体を検知することが可能であるセンサを提供することを目的とし、さらにこのセンサを用いた水栓装置を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明の一態様に係るセンサは、検知部と処理部とを有する。検知部は、時間経過に伴って周波数が変化する電波を空間に放射し、かつ空間から電波を受信する。処理部は、検知部が放射した電波の周波数と受信した電波との周波数の周波数差に基づいて空間に存在する物体までの距離を計測する。また、検知部は、放射した電波の周波数と受信した電波の周波数との周波数差を持つビート信号のデジタル値を出力するアナログ−デジタル変換器を備える。さらに、検知部は、電波を放射させる放射期間と電波を放射させない休止期間とが１回ずつ含まれる処理周期を繰り返すように動作し、電波を間欠的に放射する構成である。処理部は、周波数分析部と補正部と計算部とを備える。周波数分析部は、入力ビット数がアナログ−デジタル変換器の出力ビット数より多く、かつビート信号の周波数スペクトルを求めるように構成される。補正部は、アナログ−デジタル変換器の出力ビット数と周波数分析部の入力ビット数との差の個数のゼロを、周波数分析部に入力されるデジタル値に付加する。計算部は、周波数分析部が求めた周波数スペクトルからパワーがピーク値であるピーク周波数を求め、ピーク周波数を物体までの距離に換算する。
【０００９】
本発明の一態様に係る水栓装置は、上述したセンサにおいて距離に基づいて定めた監視領域内の範囲内か否かを判断して制御信号を出力するように構成されたセンサと、制御信号を受けて吐水と止水とが選択される水栓とを備える。処理部は、監視領域に対象物が存在するときに吐水を選択する制御信号を水栓に与え、監視領域に対象物が存在しないときに止水を選択する制御信号を水栓に与える。
【００１０】
上記構成によれば、物体までの距離を計測することが可能であり、かつ近距離の物体を検知することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態におけるセンサの構成例１を示すブロック回路図である。
【図２】実施形態における送信波の説明図である。
【図３】実施形態の動作の説明図である。
【図４】実施形態におけるセンサの構成例２を示すブロック回路図である。
【図５】実施形態におけるセンサの構成例３を示すブロック回路図である。
【図６】実施形態の水栓装置を取り付けたシンクの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に説明する構成例は、空間に電波を放射し、空間からの電波を受信することによって、空間情報を抽出するセンサ、およびこのセンサを用いた水栓装置に関する。ここでの空間情報は、空間に存在する物体までの距離の情報、空間に定めた監視領域に物体が存在するか否かの情報、監視領域に存在する物体が監視対象である対象物か否かの情報などから選択される。以下に説明するセンサにおいて、監視領域に物体が存在するか否かの情報、監視領域に存在する物体が対象物か否かの情報は、空間に存在する物体までの距離の情報を基にした情報である。したがって、センサは、空間に存在する物体までの距離を計測する機能を備える。物体は人体であってもよく、この場合に、センサは人感センサとして用いることが可能である。また、センサは、機器制御用の制御信号を出力する構成であってもよい。
【００１３】
センサを用いた水栓装置は、台所、洗面所、便所などに配置される水栓に、センサを組み合わせた構成を想定している。水栓は、吐出口までの流路に配置された電磁弁のようなバルブを備え、センサからの制御信号を受けてバルブを動作させることにより、吐水と止水とを選択する。たとえば、台所でシンクと組み合わせて用いる水栓装置であれば、吐出口を備えたスパウトにセンサが取り付けられる。センサは、スパウトにおいて吐出口に近い部位に取り付けられる。また、吐出口の付近の所定範囲に対象物を監視するための監視領域が設定される。監視領域は、センサからの距離によって定められる。センサは、監視領域に手、食器、調理器具、野菜、果物のような対象物が存在するか否かの情報を空間情報として抽出する。
【００１４】
センサは、吐水または止水のための制御信号を出力するタイミングを、監視領域と対象物との関係に関する条件で決めている。もっとも簡単な関係では、監視領域に対象物が存在するという条件が成立するときにセンサは吐水を指示する制御信号を出力し、監視領域に対象物が存在しないという条件が成立するときにセンサは止水を指示する制御信号を出力する。センサが吐水または止水を指示する制御信号を出力するタイミングを定める条件には、水栓の利便性を高めるために、様々な条件が付加されるが、付加される条件は要旨ではないから説明を省略する。
【００１５】
（センサの構成例１）
図１に示すように、以下に説明するセンサ１０は、検知部１１と制御部１２と処理部１３とを備える。検知部１１は、空間に電波を放射し、空間から電波を受信する。検知部１１が送信した電波と受信した電波とを比較することにより空間情報を抽出することができる。制御部１２は、電波を放射するタイミングを検知部１１に指示し、処理部１３は、検知部１１の出力に基づいて空間情報を抽出する。検知部１１あるいは処理部１３が電波を放射するタイミングを定めてもよい。このような構成である場合、制御部１２は省略可能である。
【００１６】
図２に示す構成例では、制御部１２は、空間に電波を放射する放射期間Ｔｓと、空間に電波を放射しない休止期間Ｔｒとが、交互に生じるように検知部１１に指示している。すなわち、検知部１１は、空間に電波を間欠的に放射する。以下では、１回の放射期間Ｔｓと１回の休止期間Ｔｒとを合わせた期間を処理周期Ｔ０と呼ぶ。たとえば、放射期間Ｔｓは１［ｍｓ］、処理周期Ｔ０は５０［ｍｓ］に定められる。電波の周波数、放射期間Ｔｓおよび休止期間Ｔｒは、検知する空間情報の種類に応じて選択される。電波の周波数は、マイクロ波からミリ波の範囲の周波数帯から選択される。
【００１７】
検知部１１は、放射期間Ｔｓに電波を放射するだけではなく、放射期間Ｔｓに電波の受信も行う。すなわち、センサ１０が電波を放射してから、監視領域に存在する物体Ｏｂで反射された電波をセンサ１０が受信するまでの時間は、放射期間Ｔｓに比べて十分に短時間であるから、電波の放射と電波の受信とは実質的に同時に行われているとみなす。以下では、センサ１０が放射した電波を送信波と呼び、物体Ｏｂで反射された電波を反射波と呼ぶ。
【００１８】
たとえば、センサ１０に対して監視領域が、センサ１０を始点として３［ｃｍ］から６０［ｃｍ］の範囲に設定されており、放射期間Ｔｓが１［ｍｓ］に設定されているとする。この場合、送信波の放射から反射波の受信までの時間は、０．２［ｎｓ］から４［ｎｓ］程度であり、放射期間Ｔｓの百万分の１にも満たないから、送信波の送信と反射波の受信とは同タイミングとして扱ってもよい。
【００１９】
以上の説明からわかるように、放射期間Ｔｓにおいて送信波の放射と反射波の受信とを行い、休止期間Ｔｒには反射波の受信を行っていない。したがって、休止期間Ｔｒには検知部１１の動作は停止する。休止期間Ｔｒには、処理部１３において空間情報を抽出する処理が行われるから、処理部１３では電力の消費が生じるが、検知部１１では電力はほとんど消費されない。したがって、休止期間Ｔｒにおいて受信を行う構成と比較すると消費する電力が低減される。また、センサ１０は、放射期間Ｔｓに比べて休止期間Ｔｒを大幅に長く設定することが可能であるから（たとえば、５０倍）、休止期間Ｔｒの電力の消費を抑制することは、電力の消費量の大幅な削減につながる。
【００２０】
検知部１１は、ＦＭＣＷ方式（FMCW：Frequency-modulated continuous-wave）で空間情報を監視するワンチップ集積回路を備える。このワンチップ集積回路は、送信用回路と受信用回路とを備える。検知部１１は、図３に符号Ｓｇ１で示すように、時間経過に伴って周波数が変化するＦＭＣＷ信号を発生する。すなわち、ＦＭＣＷ信号は、時間を周波数に変えるように周波数変調を行った信号と言える。ここで説明するセンサ１０は、図３に符号Ｆ１で示すように、放射期間Ｔｓにおいて時間経過に伴って周波数が直線的に下降するＦＭＣＷ信号を発生する。
【００２１】
図３に符号Ｓｇ１で示すＦＭＣＷ信号は、検知部１１が備える送信用アンテナ１１１に入力され、送信用アンテナ１１１は時間経過に伴って周波数が変化する電波を空間に放射する。一方、検知部１１が備える受信用アンテナ１１２は、空間から受信した電波を、図３に符号Ｓｇ２で示すような受信信号に変換する。以下では、送信用アンテナ１１１から放射された電波を送信波と呼び、受信用アンテナ１１２が受信した電波のうち空間に存在する物体Ｏｂで反射された電波を反射波と呼ぶ。
【００２２】
検知部１１は、ＦＭＣＷ信号Ｓｇ１と受信信号Ｓｇ２とを混合する。混合された信号には、ＦＭＣＷ信号Ｓｇ１の周波数と受信信号Ｓｇ２の周波数との差の周波数成分が含まれる。言い換えると、混合された信号には、送信波の周波数と反射波の周波数との差の周波数成分が含まれる。以下では、送信用アンテナ１１１から放射した電波の周波数と、受信用アンテナ１１２が受信した電波の周波数との周波数差を持つ信号をビート信号と呼ぶ。ビート信号の例を図３に符号Ｓｇ３で示す。電波を反射する物体Ｏｂまでの距離が放射期間Ｔｓにおいて変化しなければ、放射期間Ｔｓにおけるビート信号Ｓｇ３の周波数は一定である。
【００２３】
送信用アンテナ１１１から放射された電波のうち空間に存在する物体Ｏｂで反射された電波が受信用アンテナ１１２で受信された場合、電波の放射から受信までの時間は物体Ｏｂまでの距離を反映する。また、送信波は時間経過に伴って周波数が変化するから、電波の放射から受信までの時間は、送信波と反射波と周波数差によって計測することが可能である。つまり、混合回路１１０１から出力される信号に含まれるビート信号の周波数を求めることによって、物体Ｏｂまでの距離を求めることが可能である。
【００２４】
いま、送信波の周波数が図３に符号Ｆ１で示すように変化し、反射波の周波数が図３に符号Ｆ２で示すように変化すると仮定する。また、放射期間Ｔｓでの時間に対する周波数の変化率を（Ｂｗ／Ｔｓ）［Ｈｚ／ｓ］とする。Ｂｗは、放射期間Ｔｓにおいて変化する周波数の範囲である。ＦＭＣＷ信号は、放射期間Ｔｓにおいて周波数が直線的に下降するから、周波数の範囲Ｂｗは、放射期間Ｔｓの開始時点における送信波の周波数と、放射期間Ｔｓの終了時点における送信波の周波数との差である。ＦＭＣＷ信号において、放射期間Ｔｓに掃引する周波数の範囲Ｂｗと放射期間Ｔｓとは既知であるから、放射期間Ｔｓでの時間に対する周波数の変化率は既知の値である。
【００２５】
送信波と反射波との周波数差Δｆ［Ｈｚ］と、周波数の変化率（Ｂｗ／Ｔｓ）とを用いると、電波の放射から受信までの時間Δｔ［ｓ］は、Δｔ＝Δｆ（Ｔｓ／Ｂｗ）で表される。つまり、送信波と反射波と周波数差Δｆは、電波の放射から受信までの時間Δｔに置き換えることができる。また、光速をｃ［ｍ／ｓ］とすれば、電波を反射させた物体Ｏｂまでの距離Ｒ［ｍ］は、Ｒ＝ｃ・Δｔ／２である。したがって、Ｒ＝（ｃ・Δｆ／２）（Ｔｓ／Ｂｗ）と表される。言い換えると、送信波と反射波との周波数差Δｆを求めることにより、センサ１０から物体Ｏｂまでの距離Ｒを求めることができる。
【００２６】
ここで、（ｃ／２）（Ｔｓ／Ｂｗ）＝ｋとおけば、Ｒ＝ｋ・Δｆであり、「センサ１０から物体Ｏｂまでの距離Ｒは周波数差Δｆに比例する」という簡単な関係で表される。また、上述した関係式によれば、センサ１０から物体Ｏｂまでの距離は、送信波の周波数には依存せず、放射期間Ｔｓにおける周波数の変化率に依存することがわかる。
【００２７】
一例として、放射期間Ｔｓを１［ｍｓ］に定め、放射期間Ｔｓにおいて掃引する周波数の範囲Ｂｗを１５０［ＭＨｚ］に定める。光速ｃを３×１０８［ｍ／ｓ］とすれば、係数ｋは、ｋ＝（ｃ／２）（Ｔｓ／Ｂｗ）＝１×１０−３［ｍ・ｓ］である。したがって、周波数差Δｆが１［ｋＨｚ］のとき、センサ１０から物体Ｏｂまでの距離Ｒは、Ｒ＝１［ｍ］であり、周波数差Δｆが１００［Ｈｚ］のとき、センサ１０から物体Ｏｂまでの距離Ｒは、Ｒ＝１×１０−１［ｍ］＝１０［ｃｍ］である。
【００２８】
上述のように、センサ１０は、電波の送信から受信までの時間Δｔを、送信波の周波数と反射波の周波数との周波数差Δｆに置き換えている。したがって、処理部１３は、検知部１１から出力されるビート信号の周波数スペクトルを分析し、周波数差Δｆに相当する周波数を抽出することが要求される。周波数スペクトルは、分析対象である周波数範囲を複数の区間に区分し、区間ごとに信号のエネルギーを対応付けたデータである。この周波数差Δｆは、センサ１０から物体Ｏｂまでの距離に応じて変化し、センサ１０から物体Ｏｂまでの距離が小さいと周波数差Δｆも小さくなる。そのため、対象物を検出するように設定される監視領域をセンサ１０から近い距離に設定する場合には、処理部１３で分析する周波数の下限値を低周波に設定することが必要である。
【００２９】
センサ１０が上述した数値で設計されていると、周波数差Δｆが１００［Ｈｚ］のときに、距離Ｒは１０［ｃｍ］である。したがって、監視領域をセンサ１０から１０［ｃｍ］程度の距離に設定しようとすれば、処理部１３で分析する周波数の下限値は１００［Ｈｚ］程度になる。言い換えると、１０［ｃｍ］を単位とする距離を、上述した構成のセンサ１０で計測しようとすれば、周波数スペクトルにおける１つの区間（周波数ビン）は、１００［Ｈｚ］に設定する必要がある。
【００３０】
検知部１１は、送信波を間欠的に放射し、放射期間Ｔｓに相当する時間ごとにビート信号を処理部１３に引き渡している。そのため、周波数スペクトルの分析が可能な最小周波数は、放射期間Ｔｓによる制約を受ける。たとえば、センサ１０が上述した数値で設計されている場合、放射期間Ｔｓは１［ｍｓ］であるから、検知部１１の出力をそのまま用いると、周波数ビンは１［ｋＨｚ］である。つまり、計測可能な距離の最小単位は１［ｍ］である。
【００３１】
周波数ビンの幅を狭くするには、放射期間Ｔｓを長くする方法と、放射期間Ｔｓにおいて掃引する周波数の幅Ｂｗを広くする方法とが考えられる。言い換えると、ＦＭＣＷ信号における周波数の変化率（Ｂｗ／Ｔｓ）を大きくすることが考えられる。しかし、検出しようとする対象物が移動する速さ、送信波として掃引可能な周波数の範囲、センサ１０の製造コストなどの種々の条件を満足する設計のためには、放射期間Ｔｓ、掃引周波数の幅Ｂｗを大きく変更することは困難である。
【００３２】
ここに説明しているセンサ１０では、検知部１１の出力を変更することなく、周波数ビンの幅を狭くする技術を提供する。このセンサ１０では、放射期間Ｔｓを変更せずに周波数ビンを狭く設定するために、周波数スペクトルを求める前段階で、ビート信号をデジタル値に変換する処理と、変換後のデジタル値に所定個数の０を付加する処理とを行っている。
【００３３】
デジタル値に０を付加する処理は、ゼロパディングという処理である。ゼロパディングの処理は、周波数スペクトルの分析対象であるデジタル値に、必要な桁数の０を付加することによりデジタル値の桁数を増加させる処理である。ゼロパディングの処理を行うことによって、周波数ビンの幅を狭くすることが可能になる。
【００３４】
ゼロパディングの処理における０の個数は、ビート信号のデジタル値を求める際のサンプリング回数を基準に定められる。たとえば、放射期間Ｔｓにおけるサンプリング回数が２５回であれば、ゼロパディングを行った後の桁数が、サンプリング回数の１０倍である２５０桁程度になる個数の０がデジタル値に付加される。サンプリング回数が２５回である場合に、周波数ビンの幅が１［ｋＨｚ］であったとすれば、ゼロパディングの処理によって周波数ビンの幅は１００［Ｈｚ］まで狭めることが可能になる。すなわち、ゼロパディングの処理を行うことにより、周波数スペクトルを１００［Ｈｚ］の単位で当て嵌めることが可能になる。なお、ここまでに説明した数値は一例であり、設計などに応じて変更される。
【００３５】
処理部１３は、計算部１３５を備える。計算部１３５は、周波数分析部１３１が求めた周波数スペクトルのうちパワーがピーク値であるピーク周波数を求め、ピーク周波数をビート信号の周波数と判断する。すなわち、計算部１３５は、ピーク周波数を上述した周波数差Δｆとみなし、周波数差Δｆを物体Ｏｂまでの距離に換算する。周波数スペクトルにおいて、パワーがピーク値である周波数が複数生じている場合、異なる物体Ｏｂの距離をそれぞれ求めることが可能である。また、処理部１３において、距離に基づく監視領域が定められていれば、監視領域に存在する物体Ｏｂを対象物として抽出することが可能である。
【００３６】
以下に、センサ１０の構成をより具体的に説明する。センサ１０を構成する検知部１１は、高周波の送信用回路と受信用回路とで構成される高周波回路１１０と、高周波回路１１０に接続された送信用アンテナ１１１および受信用アンテナ１１２とを備える。高周波回路１１０は、送信用アンテナ１１１に送信信号を与えて空間に電波を放射させ、空間から電波を受信した受信用アンテナ１１２が出力した受信信号から空間情報を含む信号を取り出す。送信用アンテナ１１１と受信用アンテナ１１２とは、マイクロストリップアンテナのような平面アンテナである。この種の平面アンテナには、パッチアンテナ、スロットアンテナなどがある。送信用アンテナ１１１と受信用アンテナ１１２とは、送信用アンテナ１１１から監視領域までの距離と、受信用アンテナ１１２から監視領域までの距離との差が比較的小さくなるように、近接するように配置される。
【００３７】
送信用アンテナ１１１および受信用アンテナ１１２は、たとえば、２４．０５ＧＨｚを超え２４．２５ＧＨｚ以下の周波数帯に対応するように設計される。このような周波数帯であれば、送信用アンテナ１１１と受信用アンテナ１１２とのサイズおよび間隔は数ｍｍ程度でよい。ここに、送信用アンテナ１１１と受信用アンテナ１１２との間隔は、送信用アンテナ１１１と受信用アンテナ１１２との間に形成される隙間の寸法を意味する。
【００３８】
なお、日本国内において、この周波数帯は、人または物体のような対象物の存在、位置、動き、大きさなどから選択される情報を取得するために使用され、無線局の免許を受けることなく使用することが可能である。この種の無線局は、船舶または航空機の航行以外の目的で用いる無線局であって、日本国内では、「移動体検知センサー用特定小電力無線局」と呼ばれている。ここに示した周波数帯は、一例であって、必要に応じて変更することが可能である。
【００３９】
高周波回路１１０は、ＦＭＣＷ方式で空間情報を監視するワンチップ集積回路で構成されている。図１には高周波回路１１０の構成例を示している。ここでの高周波回路１１０は、混合回路１１０１と信号発生回路１１０２とを主な構成として備える。また、この高周波回路１１０は、上述した回路のほかに、送信用増幅回路および受信用増幅回路などを備える。高周波回路１１０は、ワンチップ集積回路で構成するほか、複数個の集積回路、または個別部品で構成することも可能である。
【００４０】
信号発生回路１１０２は、ＰＬＬシンセサイザ（PLL：Phase Locked Loop）で実現されており、ＦＭＣＷ信号を出力する。信号発生回路１１０２の動作は制御部１２に指示される。ここで、ＦＭＣＷ信号は、放射期間Ｔｓにおいて、時間経過に伴って周波数が直線的に変化（下降）する。制御部１２は、信号発生回路１１０２に対してＦＭＣＷ信号を出力させるか否かを指示する。信号発生回路１１０２は、図３に符号Ｓｇ１で示すようなＦＭＣＷ信号を出力する。すなわち、制御部１２は、放射期間Ｔｓおよび休止期間Ｔｒのタイミングを信号発生回路１１０２に指示する。放射期間ＴｓにおけるＦＭＣＷ信号の周波数の変化率は、この構成例では検知部１１に設定されている構成を想定しているが、制御部１２から検知部１１に指示する構成であってもよい。
【００４１】
上述した構成例において、ＦＭＣＷ信号は、放射期間Ｔｓにおいて、時間経過に伴って周波数が直線的に下降する動作を行っているが、時間経過に伴って周波数が直線的に上昇する動作であってもよい。また、ＦＭＣＷ信号は、放射期間Ｔｓにおいて、時間経過に伴って周波数が上昇する期間と下降する期間とを有していてもよく、周波数の変化が図３に示す例のように直線的であることも必須ではない。すなわち、検知部１１は、時間経過に伴って周波数が単調に上昇するように周波数を掃引する動作と、時間経過に伴って周波数が単調に下降するように周波数を掃引する動作との少なくとも一方を行うように構成される。
【００４２】
図３に符号Ｓｇ１で示すようなＦＭＣＷ信号が送信用アンテナ１１１に入力されると、送信用アンテナ１１１から空間に電波が放射される。一方、受信用アンテナ１１２は、空間から受信した電波を、図３に符号Ｓｇ２で示すような受信信号に変換する。
【００４３】
受信用アンテナ１１２から出力された受信信号は混合回路１１０１に与えられ、混合回路１１０１は、信号発生回路１１０２から入力されたＦＭＣＷ信号Ｓｇ１と受信信号Ｓｇ２とを混合する。混合回路１１０１は乗算器として機能する。したがって、混合回路１１０１からは、ＦＭＣＷ信号Ｓｇ１と受信信号Ｓｇ２とを掛け合わせた信号が出力される。すなわち、混合回路１１０１が出力する信号には、送信用アンテナ１１１から放射した電波の周波数と、受信用アンテナ１１２が受信した電波の周波数との周波数差を持つビート信号Ｓｇ３が含まれる。
【００４４】
高周波回路１１０は、混合回路１１０１から出力される信号をデジタル信号に変換するために、アナログ−デジタル変換器１１０３（以下、「ＡＤ変換器」という）を備える。また、混合回路１１０１とＡＤ変換器１１０３との間には、フィルタ回路１１０４が設けられる。フィルタ回路１１０４は、ローパスフィルタあるいはバンドパスフィルタで構成される。
【００４５】
混合回路１１０１から出力される信号のうちビート信号ではない成分は対象物の検出には不要な成分であるから、できるだけ除去することが望ましい。そのため、フィルタ回路１１０４は、混合回路１１０１から出力される信号のうち、ビート信号の抽出に不要な周波数成分を除去するように設計される。
【００４６】
図１に示す構成例では、ＡＤ変換器１１０３のサンプリング周波数は予想されるビート信号の周波数の２倍以上に設計されている。フィルタ回路１１０４は、ＡＤ変換器１１０３のサンプリング周波数の２分の１の周波数を超える成分の通過を阻止するように設計される。フィルタ回路１１０４は、アンチエイリアシングのために、混合回路１１０１から出力される信号のうちナイキスト周波数を超える成分を抑制する。実際には、フィルタ回路１１０４は、通過周波数の上限がナイキスト周波数の９０％程度に設計される。また、ＡＤ変換器１１０３のサンプリング周波数は、センサ１０で検知しようとする対象物までの距離、放射期間Ｔｓ、放射期間Ｔｓに掃引する周波数の範囲Ｂｗなどに基づいて定められる。
【００４７】
たとえば、放射期間Ｔｓが１［ｍｓ］であって、１回の放射期間Ｔｓにおけるサンプリングの点数を２５と仮定する。これらの数値は、一例であって、センサ１０が検出する対象物が移動する速さ、対象物を検出する距離の範囲、処理部１３の処理能力などに応じて設定される。上述した条件では、サンプリング周波数が２５［ｋＨｚ］であるから、フィルタ回路１１０４は、通過周波数の上限が１１［ｋＨｚ］程度となるように構成される。
【００４８】
上述のように設計されたフィルタ回路１１０４は、対象物ではない物体Ｏｂで生じた成分、送信波と反射波との周波数を加算した成分、ＦＭＣＷ信号の成分、一部の外来雑音などの通過を抑制する。また、送信波であるＦＭＣＷ信号の成分はビート信号に比べて周波数が高く、送信波と反射波との周波数を加算した成分もビート信号に比べて周波数が高いから、これらの成分はフィルタ回路１１０４によって抑制される。すなわち、フィルタ回路１１０４は、混合回路１１０１から出力される信号のうち、ビート信号ではない成分の抑制に寄与する。
【００４９】
混合回路１１０１から出力された信号のうちフィルタ回路１１０４を通過した信号は、ＡＤ変換器１１０３に入力され、ビート信号の成分を含むアナログ信号がデジタル信号に変換される。ＡＤ変換器１１０３はシリアルデータを出力する構成であって、ＡＤ変換器１１０３から出力されるデジタル信号が、検知部１１の出力として処理部１３に与えられる。
【００５０】
処理部１３がＡＤ変換器１１０３から出力された信号の周波数を分析するには、通常であれば、１回の放射期間Ｔｓに１周期以上の信号を含むことが要求される。つまり、ＡＤ変換器１１０３から出力された信号から検出可能な周波数の下限値は、上述した条件では１［ｋＨｚ］である。また、ＡＤ変換器１１０３から出力された信号から検出可能な周波数の上限値は、フィルタ回路１１０４を通過する周波数の上限値で制限され、上述した条件では１１［ｋＨｚ］程度である。
【００５１】
放射期間Ｔｓの長さとサンプリングの点数とを上述のように設定すると、混合回路１１０１から出力される信号のうち、１［ｋＨｚ］から１１［ｋＨｚ］程度までの範囲で周波数スペクトルを求めることが可能である。周波数スペクトルの１つの区間は、たとえば、分析対象である周波数範囲の下限値の幅を持つように定められる。ただし、周波数スペクトルの１つの区間は、分析対象である周波数範囲の下限値に２の累乗を乗じた幅を持つように定められることもある。
【００５２】
処理部１３は、フィルタ回路１１０４から出力された信号の周波数スペクトルを求める周波数分析部１３１を備える。周波数分析部１３１は、ＡＤ変換器１１０３から出力されたデジタル信号を用いてビート信号の周波数を求める。つまり、周波数分析部１３１は、ＡＤ変換器１１０３から出力された信号を入力として、離散フーリエ変換（DFT：Discrete Fourier Transform）を行うように構成されている。ここでの離散フーリエ変換は、基本的なＤＦＴ演算を想定しているが、ＤＦＴ演算を高速化した高速フーリエ変換（FFT：Fast Fourier Transform）を行ってもよい。
【００５３】
周波数分析部１３１からは、ＡＤ変換器１１０３から出力された信号の周波数スペクトルが出力される。つまり、周波数分析部１３１は、ＡＤ変換器１１０３に入力された信号の周波数範囲において、周波数範囲を複数に区分した区間（周波数ビン）ごとのパワーを出力する。周波数分析部１３１は、放射期間Ｔｓごとに周波数スペクトルを求める。言い換えると、処理周期Ｔ０ごとに周波数スペクトルが得られる。
【００５４】
処理部１３は、周波数分析部１３１が求めた周波数スペクトルを用いて対象物が存在するか否かを判断する判断部１３２を備える。判断部１３２は、周波数分析部１３１が求めた周波数スペクトルが所定の条件を満たすときに、対象物がセンサ１０から所定の距離範囲に設定した監視領域に存在すると判断する。また、処理部１３は、判断部１３２の判断結果に基づいて制御信号を出力する出力部１３３を備え、監視領域に対象物が存在することを示す信号を判断部１３２が出力すると、出力部１３３は制御信号を出力する。
【００５５】
判断部１３２は、監視領域の境界をセンサ１０からの距離によって定める。すなわち、監視領域の境界は、センサ１０からの距離の上限、センサ１０からの距離の下限、あるいはセンサ１０からの距離の上限と下限との両方によって定められる。監視領域の境界となる距離は、判断部１３２に設定される。監視領域の境界となる距離をユーザが設定できるように処理部１３が構成されていることが望ましい。たとえば、処理部１３に外部装置とのインターフェイス部を設け、インターフェイス部を通して専用の設定器、汎用のパーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレット端末などから選択される設定装置と通信する構成が採用される。
【００５６】
ここで、周波数分析部１３１の分析対象である周波数範囲の下限値を１［ｋＨｚ］と仮定する。この例の場合、分析対象である周波数範囲の下限値の幅を持つ区間（周波数ビン）は、１［ｋＨｚ］以上２［ｋＨｚ］未満、２［ｋＨｚ］以上３［ｋＨｚ］未満のように定められる。また、分析対象である周波数範囲の下限値に２の累乗を乗じた幅を持つ区間は、１［ｋＨｚ］以上２［ｋＨｚ］未満、２［ｋＨｚ］以上４［ｋＨｚ］未満のように定められる。
【００５７】
上述したように、センサ１０から物体Ｏｂまでの距離Ｒは、送信波と反射波との周波数差Δｆと、センサ１０の仕様で定まる係数ｋとを用いると、Ｒ＝ｋ・Δｆと表される。放射期間Ｔｓにおいて掃引する周波数の範囲Ｂｗを１５０［ＭＨｚ］とすれば、係数ｋは１×１０−３［ｍ・ｓ］である。周波数ビンの幅が１［ｋＨｚ］であると、周波数差Δｆを認識する最小単位も１［ｋＨｚ］であり、Ｒ＝ｋ・Δｆに当て嵌めると、センサ１０から物体Ｏｂまでの距離Ｒを計測する際の最小単位は１［ｍ］である。
【００５８】
計測可能な距離の最小単位を小さくするには、係数ｋを小さくすることが考えられる。すなわち、放射期間Ｔｓを１［ｍｓ］より短く設定することと、放射期間Ｔｓにおいて掃引する周波数の範囲Ｂｗを１５０［ＭＨｚ］より大きく設定することとの少なくとも一方を行うことが考えられる。要するに、計測可能な距離の最小単位を小さくするには、周波数の変化率（Ｂｗ／Ｔｓ）を小さくすることが考えられる。
【００５９】
しかしながら、放射期間Ｔｓを短くすれば、分析対象である周波数範囲の下限値が上昇して測定可能な距離の下限値が大きくなる。一方、放射期間Ｔｓに掃引する周波数の範囲Ｂｗは、技術的には可能であっても法規の制約などがあるから実現は困難である。たとえば、日本国内では、２４ＧＨｚ帯において、周波数の範囲Ｂｗは２００［ＭＨｚ］を超えられない。
【００６０】
そのため、処理部１３は、上述したゼロパディングの処理を行う。ゼロパディングの処理は、処理部１３において周波数分析部１３１に前置する補正部１３４で行う。すなわち、処理部１３は、周波数スペクトルにおける周波数ビンの個数を増加させるためにゼロパディングの処理を行う。ここでのゼロパディングの処理は、ＡＤ変換器１１０３の出力ビット数と周波数分析部１３１の入力ビット数との差を埋めるために、ビット数差の個数のゼロを上位ビットに追加することを意味する。
【００６１】
例を示すために、ＡＤ変換器１１０３の出力ビット数が５ビットであり、周波数分析部１３１の入力ビット数が１０ビットであると仮定する。ここで、ＡＤ変換器１１０３の出力値が「１００１１」であるとすれば、ゼロパディングの処理により、この出力値の上位ビットに５個の０を追加する。つまり、ＡＤ変換器１１０３の出力値にゼロパディングの処理を行うと、周波数分析部１３１に「０００００１００１１」が与えられる。
【００６２】
検知可能な距離の最小単位は周波数分析部１３１の周波数ビンの幅で決まるから、周波数分析部１３１の入力ビット数が多いほど、検知可能な最短距離が小さくなる。ただし、ゼロパディングの処理では、情報量が増えているわけではないので、ＡＤ変換器１１０３の出力ビット数と周波数分析部１３１の入力ビット数との差が大きくなるほど、ゼロパディングの処理による誤差が増加する。そのため、周波数分析部１３１の入力ビット数は、ＡＤ変換器１１０３の出力ビット数の１０倍程度が許容範囲の上限になる。
【００６３】
周波数分析部１３１の入力ビット数は、一般的には１２８ビットあるいは２５６ビットが選択され、この構成例においてＡＤ変換器１１０３の出力ビット数は２５ビットであるから、ゼロパディングの処理によりビット数は５倍程度あるいは１０倍程度に増加する。仮に周波数分析部１３１の入力ビット数をＡＤ変換器１１０３の出力ビット数の１０倍とすれば、周波数ビンの幅が１０分の１になる。したがって、センサ１０は、直交検波を行う構成を採用し、かつ上述した数値を適用すると、センサ１０が検知可能な距離の最小単位は１［ｍ］から１０［ｃｍ］まで短縮することが可能になる。
【００６４】
上述した処理部１３は、制御部１２と併せてマイコン（Microcontroller）で構成されている。マイコンは、プログラムに従って動作するプロセッサと、プロセッサを動作させるプログラムを格納するためのメモリおよび作業用のメモリとを備えた１チップのデバイスとして構成される。
【００６５】
制御部１２と処理部１３とは、マイコンではなく、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＰＩＣ（Peripheral Interface Controller）などから選択されるデバイスで構成されていてもよい。あるいは、制御部１２および処理部１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサと別にメモリを用いる構成であってもよい。また、制御部１２と処理部１３とを構成するプロセッサは共用ではなく、別々に設けられていてもよい。
【００６６】
プログラムは、メモリのうちのＲＯＭ（Read Only Memory）に格納された状態で提供されるほか、コンピュータで読取可能な光ディスクあるいは外部記憶装置のような記録媒体で提供することも可能である。また、インターネットのような電気通信回線を通してプログラムが提供されてもよい。ＲＯＭに格納されておらず、記憶媒体または電気通信回線を通して提供されるプログラムは、書換可能な不揮発性のメモリに格納される。
【００６７】
処理部１３が行う処理には、ＤＦＴ演算あるいはＦＦＴ演算のように処理負荷の大きい処理が含まれており、処理には比較的長い時間を要する。そのため、処理部１３の主な処理は、処理周期Ｔ０のうち放射期間Ｔｓではない期間に行われる。すなわち、放射期間Ｔｓに得られたビート信号Ｓｇ３が処理部１３に引き渡されると、処理部１３は、次の放射期間Ｔｓまでの休止期間Ｔｒに、ビート信号の周波数分析を行って対象物が存在するか否かを判断する。なお、出力部１３３は、制御信号を一旦出力すると、少なくとも次の放射期間Ｔｓに得られたビート信号Ｓｇ３に基づく判断結果が得られるまでは、制御信号を出力する状態を維持する。出力部１３３が制御信号の出力を維持する条件は要旨ではないから説明を省略する。
【００６８】
以上説明したように、センサ１０は、ゼロパディングを行うことにより検知可能な最短距離をおおむね１０分の１まで短縮することが可能である。したがって、センサ１０は、一部の構成を変更することによって、様々な用途に用いることが可能である。なお、用途によっては、放射期間Ｔｓ、休止期間Ｔｒ、掃引する周波数の範囲などを変更することも可能である。
【００６９】
判断部１３２は、監視領域に対象物が存在するか否かだけではなく、センサ１０から対象物までの距離を表す信号を出力するように構成されていてもよい。また、判断部１３２は、センサ１０から対象物までの距離を表す信号のみを出力する構成であってもよい。
【００７０】
上述した構成例において、判断部１３２は、周波数分析部１３１が求めた周波数スペクトルに基づいて監視領域に対象物が存在するか否かを判断し、判断結果に基づく信号を出力している。対象物が監視領域に存在するか否かを判断する条件は、基本的には、センサ１０から物体Ｏｂまでの距離で定めてある。常時は物体Ｏｂが存在しない範囲に監視領域が定めてあれば、監視領域に存在する物体Ｏｂが対象物と判断される。
【００７１】
具体的には、判断部１３２は、周波数分析部１３１が求めた周波数スペクトルのうちピーク値を持つ周波数ビンを抽出し、抽出した周波数ビンに対応した距離に物体Ｏｂが存在すると判断する。すなわち、判断部１３２は、監視領域の距離範囲に対応する周波数ビンにピークが生じていれば、監視領域に物体Ｏｂが存在すると判断する。ここに、周波数スペクトルはピークが１つだけの単峰型であるとは限らず、複数のピークを持つ可能性もあるが、ピークが存在する周波数ビンが監視領域の範囲内であれば、判断部１３２は、監視領域に物体Ｏｂが存在すると判断する。
【００７２】
ところで、上述した構成例では、センサ１０から物体Ｏｂまでの距離を求めるために、送信波を放射してから反射波が受信されるまでの時間の２分の１を、物体Ｏｂに電波が到達する時間とみなしている。そのため、空間においてセンサ１０から一定距離としてセンサ１０が認識する領域は、実際には、送信用アンテナ１１１と受信用アンテナ１１２とを焦点とする回転楕円体の表面上の領域である。
【００７３】
ただし、送信用アンテナ１１１と受信用アンテナ１１２との間隔（数ｍｍ程度）に比べると、センサ１０から監視領域までの距離は十分に大きいから、回転楕円体の短径と長径との比率は略１である。したがって、監視領域は、近似的には、送信用アンテナ１１１と受信用アンテナ１１２との中間点を中心とする大小２つの球面の間の領域の一部と言える。たとえば、上述した球面間の領域のうち、送信用アンテナ１１１と受信用アンテナ１１２との中間点を中心として所定の立体角に含まれる領域を、監視領域に定めることが可能である。
【００７４】
以上説明したように、送信用アンテナ１１１から空間に放射した送信波が物体Ｏｂで反射され、送信波の反射により生じた反射波が受信用アンテナ１１２で受信されると、ビート信号Ｓｇ３に基づいて物体Ｏｂまでの距離が求められる。求められた距離が、監視領域に含まれているときには、処理部１３の出力部１３３から制御信号が出力される。したがって、制御信号を機器の制御に用いると、物体Ｏｂが監視領域に存在するか否かに応じて機器を動作させることが可能になる。また、機器を制御する用途のほか、監視領域への物体Ｏｂの侵入を監視する用途に用いることも可能である。
【００７５】
なお、受信用アンテナ１１２から出力される受信信号の信号値（電力値）が微弱である場合、受信用アンテナ１１２が受信している電波が、監視領域からの反射波ではない可能性が高い。したがって、受信用アンテナ１１２から出力される受信信号の信号値が基準値に満たない程度に微小である場合、該当する受信信号は、制御部１２の処理対象から除外することが望ましい。すなわち、検知部１１あるいは制御部１２に、受信信号の信号値を基準値と比較する構成を付加し、基準値に満たない受信信号は処理対象から除外することが望ましい。
【００７６】
上述した構成のセンサ１０は、電波により物体Ｏｂを検知するから、周囲の光の影響を受けずに物体Ｏｂの検知が可能であり、かつ物体Ｏｂの色あるいは温度の影響を受けずに物体Ｏｂの検知が可能であり、また多くの材質の物体Ｏｂを検知することが可能である。しかも、マイクロ波からミリ波の範囲の電波を用いるから、比較的小型の物体Ｏｂでも検知することが可能である。
【００７７】
さらに、周波数スペクトルを求める前にゼロパディングの処理を行うから、間欠的に電波を放射する構成であり、かつ１回の放射期間Ｔｓが比較的短い時間であるにもかかわらず、検知可能な距離の最小単位を短縮することが可能である。つまり、センサ１０が電波を間欠的に放射する構成を採用し、しかも比較的近距離に存在する物体Ｏｂの検知が可能である。
【００７８】
たとえば、上述した構成例のように放射期間Ｔｓが１［ｍｓ］という短時間である場合でも、補正部１３４がゼロパディングを適宜に行うことにより、たとえば２０ｃｍ程度の最小単位（精度）で距離を計測することが可能である。したがって、放射した送信波の反射波を受信することができる範囲（たとえば、センサ１０から２ｍ以内）という近距離において、比較的低速（たとえば、２ｍ／ｓ程度）で移動する物体Ｏｂを、比較的短い距離の単位で検出することが可能である。
【００７９】
また、時間経過に伴って周波数が変化する電波を送信し、反射波と送信波との周波数差をもつビート信号の周波数に基づいてセンサ１０から物体Ｏｂまでの距離を求めるから、物体Ｏｂまでの距離に基づいて対象物を検知することが可能である。すなわち、ドップラー式の構成では得ることができない距離の情報を用いて物体Ｏｂを検知することが可能である。
【００８０】
上述した構成例では、周波数スペクトルのうちパワーがピーク値である周波数ビンの周波数を用いて物体Ｏｂまでの距離を求めている。そのため、計測可能な距離の最小単位は周波数ビンの幅に依存する。すなわち、上述した構成例では、パワーがピーク値であるピーク周波数が、周波数ビンの幅に相当する誤差を含んでいる。ピーク周波数を真の値に近づけるために、計算部１３５が以下の処理を行ってもよい。
【００８１】
すなわち、計算部１３５は、パワーがピーク値である周波数ビンを含む３個以上の周波数ビンのパワーを用いて曲線の当て嵌めを行い、この曲線のピーク値に対応する周波数をピーク周波数に定めることが望ましい。一般に３個の周波数ビンのパワーがあれば二次曲線に当て嵌めることが可能である。したがって、計算部１３５は、当て嵌めた二次曲線のピーク値を求めることによって、ピーク周波数を定めることができる。また、５個程度の周波数ビンのパワーがあればラグランジュ補間のような補間法を用いることによって曲線の当て嵌めを行うことが可能である。計算部１３５がこの処理を行うと、周波数ビンの幅で決まる距離の最小単位よりも距離の分解能を高めることが可能になる。
【００８２】
（センサの構成例２）
上述した構成例で説明した数値をセンサ１０が採用した場合、ゼロパディングの処理を行うことによって、センサ１０は約２０［ｃｍ］を単位として物体Ｏｂまでの距離を計測することが可能である。ただし、センサ１０の用途によっては、計測の単位をさらに短縮することが要求される。計測の単位をさらに短縮するには、周波数分析部１３１に入力するデータに付加するゼロの個数を増加させることが考えられるが、周波数分析部１３１の入力ビット数が増加し、処理部１３の負荷が増加するという問題が生じる。
【００８３】
そのため、図４に示すセンサ１０Ａは、ゼロパディングの処理を行う補正部１３４に加えて、直交検波の技術を採用することにより、検知可能な距離の最小単位がさらに小さくなる。
【００８４】
図１に示したセンサ１０は、混合回路１１０１の出力が１つであるが、図４に示すセンサ１０Ａは、混合回路１１０１から２つの出力が得られる。混合回路１１０１は、内部において２つの系統に分離されており、２つの系統にそれぞれ受信用アンテナ１１２から出力された受信信号が入力される。一方の系統では、ＦＭＣＷ信号を受信信号と混合し、他方の系統では、ＦＭＣＷ信号の位相を９０度シフトさせた信号を受信信号と混合する。ＦＭＣＷ信号に対して位相をシフトさせた信号は、ＦＭＣＷ信号に対して位相が進んでいても遅れていてもよい。受信信号に混合される信号が、一方の系統では正弦波であるとき、他方の系統では余弦波であればよい。
【００８５】
上述のように、混合回路１１０１を２系統に構成し、系統ごとに位相が異なる信号を受信信号と混合すると、混合回路１１０１からは位相の異なる２種類の信号が出力される。２種類の信号はそれぞれビート信号を含む。２種類のビート信号は、反射波に対応した受信信号に対して位相が９０度異なる信号を混合することにより得られているから、互いに位相が９０度異なっている。このように反射波に対応した受信信号から２種類のビート信号を得ることを直交検波と呼ぶ。以下では、２種類のビート信号の一方をＩ信号と呼び、他方をＱ信号と呼ぶ。Ｉ信号とＱ信号とは位相が異なるが同周波数である。
【００８６】
図４に示す構成例では、混合回路１１０１からＩ信号とＱ信号との２種類の信号が出力されるから、ＡＤ変換器１１０３も２系統であり、Ｉ信号とＱ信号とにそれぞれ対応した２つのデジタル信号を出力する。ＡＤ変換器１１０３から出力されたＩ信号およびＱ信号にそれぞれ対応した２種類のデジタル信号は処理部１３に入力される。
【００８７】
処理部１３における周波数分析部１３１は、Ｉ信号とＱ信号とを用いてＤＦＴを行うように構成される。すなわち、周波数分析部１３１は、Ｉ信号とＱ信号とを直交関数列とみなしてＤＦＴの複素計算を行う。この構成により、周波数分析部１３１は、ＤＦＴの処理を容易に行うことができる。
【００８８】
Ｉ信号とＱ信号との２種類の信号を直交関数列とみなしてＤＦＴを行うことにより、単一の信号を用いて周波数スペクトルを求める場合と比較すると、距離を計測する単位を４分の１に短縮することが可能になる。すなわち、位相が９０度異なる２つの信号を組み合わせることによって、１周期において４種類の情報を得ることが可能になり、結果として４分の１周期ごとに距離を計測することが可能になる。なお、ＤＦＴに代えてＦＦＴを行うことも可能である。ただし、ＦＦＴではサンプル数が２の累乗個でなければならないから、放射期間Ｔｓにおけるサンプリングの点数は変更する必要がある。
【００８９】
図４に示す構成例は、周波数分析部１３１の入力ビット数を１０倍程度にするゼロパディングの処理と組み合わせてあり、検知可能な距離の最小単位を約５［ｃｍ］に短縮することが可能である。他の構成および動作は、図１に示した構成例と同様である。
【００９０】
（センサの構成例３）
上述した構成例では、静止している物体Ｏｂが監視領域に存在し続けている場合でも、出力部１３３から制御信号が出力される。そのため、センサ１０が設置される環境によっては、対象物ではない物体Ｏｂに対して出力部１３３から制御信号が出力される可能性がある。
【００９１】
そこで、図５に示すセンサ１０Ｂは、移動する物体Ｏｂを対象物として検知する技術を採用している。図５に示すセンサ１０Ｂは、図４に示したセンサ１０Ａの処理部１３に、差分処理部１３６が付加されている。また、図５に示すセンサ１０Ｂでは、差分処理部１３６が周波数分析部１３１に前置して設けられている。補正部１３４は、差分処理部１３６と周波数分析部１３１との間に設けられる。差分処理部１３６は、時刻が異なる２つの放射期間Ｔｓに得られたビート信号の信号値の差分を求める。この構成例では、差分処理部１３６の出力ビット数は、ＡＤ変換器１１０３の出力ビット数と一致する。
【００９２】
差分処理部１３６は、ＡＤ変換器１１０３の出力値を一時的に記憶するレジスタと、ＡＤ変換器１１０３の最新の出力値とレジスタが記憶しているＡＤ変換器１１０３の前回の出力値との差分を求める演算部とを備える。差分処理部１３６が求めた差分は周波数分析部１３１に入力される。以後の処理については、図１に示した構成例と同様である。
【００９３】
静止している物体Ｏｂで生じる反射波に対応したＡＤ変換器１１０３の出力は、処理周期Ｔ０の間にほとんど変化しないから、静止している物体Ｏｂで反射された反射波に対応したビート信号Ｓｇ３は、差分処理部１３６の出力にはほとんど現れない。したがって、差分処理部１３６の出力を周波数分析部１３１に引き渡すことによって、静止している物体Ｏｂに対応した周波数ビンにピークが生じる可能性が低減される。
【００９４】
すなわち、差分処理部１３６を用いるセンサ１０Ｂでは、静止している物体Ｏｂは対象物から除外される。言い換えると、監視領域に侵入した物体Ｏｂあるいは監視領域で移動する物体Ｏｂだけが対象物として検出され、対象物が監視領域に存在する場合に、出力部１３３から制御信号が出力される。なお、周波数分析部１３１に前置するように差分処理部１３６を設けている場合、差分処理部１３６から出力される電力の大きさが基準値に満たない場合に、処理対象から除外することによって、周波数分析部１３１の処理負荷の軽減につながる。
【００９５】
上述した構成例では、差分処理部１３６は、周波数分析部１３１に前置しているが、周波数分析部１３１に後置してもよい。この場合、差分処理部１３６は、周波数分析部１３１が求めた周波数スペクトルの差分であって、周波数ビンごとのパワーの差分を求める。差分処理部１３６は、求めた差分を出力する。したがって、移動の遅い物体Ｏｂであれば周波数が近い複数の周波数ビンにピークが生じ、移動の速い物体Ｏｂであれば周波数の離れた複数の周波数ビンにピークが生じる。このことを利用すれば、ピークの位置に基づいて物体Ｏｂが移動する速さの目安を得ることが可能である。
【００９６】
上述した動作例において、差分処理部１３６は、前後に隣接した２回の処理周期Ｔ０に得られた情報の差分を求めているが、差分を求める処理周期Ｔ０は離れていてもよい。つまり、差分処理部１３６は、最新の処理周期Ｔ０で得られた情報と、所定回数前の処理周期Ｔ０で得られた情報との差分を求めてもよい。たとえば、差分処理部１３６は、最初ンの処理周期Ｔ０で得られた情報と、１０周期前の処理周期Ｔ０で得られた情報との差分を求めてもよい。また、差分処理部１３６は、センサ１０Ｂの起動時に得た情報と最新の情報との差分を求めてもよい。要するに、差分処理部１３６は、用途に応じて、静止している物体Ｏｂを処理対象から除外できるように構成されていればよい。図５に示した構成例３の他の構成および動作は、図４に示した構成例２と同様である。また、構成例３として説明した差分処理部１３６の技術は、図１に示した構成例と組み合わせることが可能である。
【００９７】
（水栓装置）
以下では、図６を用いて、センサ１０Ｂの適用例である水栓装置２０を説明する。以下に説明する水栓装置２０は、台所用のシンク２２と組み合わせて用いる構成であり、台所用のシンク２２を囲むカウンタ２３に配置された水栓２１を備え、この水栓２１にセンサ１０が一体に取り付けられている。水栓装置２０に用いるセンサ１０Ｂには、構成例２および構成例３の技術が採用される。すなわち、センサ１０Ｂは、図５に示した構成を備える。
【００９８】
水栓２１は、カウンタ２３の定位置に固定されカウンタ２３の上面から突出するベース２１１と、ベース２１１に対してカウンタ２３の上面に沿った面内で回転するスパウト２１２とを備える。ベース２１１とスパウト２１２との内部は、水（または湯）の流路を形成するようにつながっており、ベース２１１には流路を開く状態と閉じる状態とを選択するバルブ２１３（図５参照）が配置されている。バルブ２１３は、電磁弁を備え、センサ１０Ｂからの制御信号に応じて流路を開くか流路を閉じるかを選択する。すなわち、センサ１０Ｂはバルブ２１３に制御信号を与えることによって、水栓２１の吐水と止水とを制御する。
【００９９】
図６に示す構成例では、センサ１０Ｂは、スパウト２１２の先端部に設けた吐出口２１４に隣接して配置されている。センサ１０Ｂは、吐出口２１４の近辺を監視領域とするように調節されており、対象物が監視領域に入るとバルブ２１３を開くための制御信号を出力する。具体的には、吐出口２１４の直下およびその周辺が監視領域になるように、送信用アンテナ１１１および受信用アンテナ１１２の配置と、判断部１３２に定めた条件とが定められる。したがって、手、食器、調理器具、野菜、果物などの対象物が吐出口２１４に近づくとバルブ２１３が開いて吐水を行う。
【０１００】
一方、センサ１０Ｂが対象物を検出していない状態では、センサ１０Ｂはバルブ２１３を閉じるための制御信号を出力する。したがって、対象物が吐出口２１４から離れるとバルブ２１３が閉じて止水が行われる。なお、バルブ２１３は、吐水と止水との切替時点にのみ通電するラッチング型の電磁弁を備えることが望ましい。もちろん、バルブ２１３がラッチング型であることは一例であり、またバルブ２１３は電動弁を備えていてもよい。
【０１０１】
ところで、水栓装置２０に用いるセンサ１０Ｂは、センサ１０Ｂに対して数［ｃｍ］から５０［ｃｍ］程度の距離に監視領域が定められる。一方、吐出口２１４から水が吐出する方向において、送信用アンテナ１１１および受信用アンテナ１１２の位置は吐出口２１４の位置とは異なることが多い。通常、送信用アンテナ１１１および受信用アンテナ１１２の位置と吐出口２１４の位置との距離は数［ｃｍ］程度に定められる。
【０１０２】
したがって、監視領域の起点を吐出口２１４とする場合、センサ１０Ｂを起点とする監視領域に対して、数［ｃｍ］程度の補正を行う必要がある。つまり、吐出口２１４を起点とする監視領域を設定するには、センサ１０Ｂにおいて監視領域を定める距離から補正値を減算することが必要である。逆に言えば、センサ１０Ｂを基点とする場合、監視領域までの距離は、吐出口２１４とセンサ１０Ｂとの位置の差に相当する補正値を含む。
【０１０３】
たとえば、センサ１０Ｂの送信用アンテナ１１１および受信用アンテナ１１２が、水栓２１の吐出口２１４に対して６［ｃｍ］上方に位置している場合を想定する。この場合、吐出口２１４から監視領域までの距離に６［ｃｍ］の補正値を加えた値が、センサ１０Ｂから監視領域までの距離である。たとえば、監視領域が、センサ１０Ｂから１０［ｃｍ］以上３０［ｃｍ］以下の範囲に設定されている場合、補正値が６［ｃｍ］であれば、吐出口２１４から監視領域までの距離は、４［ｃｍ］以上２４［ｃｍ］以下の範囲である。
【０１０４】
ここで説明している水栓装置２０において、センサ１０Ｂの監視領域が適切に設定されていれば、シンク２２の底を対象物と誤認する可能性は低減されるが、シンク２２に洗い物が置かれていると、対象物と誤認して吐水する可能性がある。一方、この水栓装置２０においてセンサ１０Ｂが検出する対象物は、手、食器、調理器具、野菜、果物などであって、センサ１０Ｂに対する相対的な速さが数［ｃｍ／ｓ］から１［ｍ／ｓ］程度の移動する物体Ｏｂである。したがって、移動する物体Ｏｂと静止している物体Ｏｂとを区別すれば、シンク２２に洗い物が置かれていても対象物と誤認する可能性が低減される。そのため、台所で用いる水栓装置２０には、差分処理部１３６を備えるセンサ１０Ｂが用いられる。
【０１０５】
上述したセンサ１０Ｂは、台所で用いる水栓装置２０に限らず、洗面所、便所、風呂などの水栓２１に用いることも可能である。センサ１０Ｂを設ける位置は、吐出口２１４の近くに限らず、吐出口２１４から離れていてもよく、また水栓２１のベース２１１であってもよい。また、センサ１０Ｂが、洗面ボウルまたは手洗いボウルに設けられていてもよい。
【０１０６】
水栓装置２０は、シンク２２と組み合わせる水栓２１にセンサ１０Ｂを設けた構成だけではなく、便器、シャワー、浴槽などへの給水経路にバルブ２１３が配置される構成でもよい。なお、判断部１３２および出力部１３３の動作は、水栓装置２０の用途に応じて設計される。つまり、水栓装置２０の用途に応じて、センサ１０Ｂが検出した空間情報とバルブ２１３の動作とが関係付けられる。
【０１０７】
上述したセンサ１０Ｂは、水栓２１の吐水と止水との選択だけではなく、被接触式のスイッチとして機器の運転と停止との選択に用いることが可能であり、近距離で人の検知を行う人感センサとして建物の開口部の通過者を監視する用途などに用いてもよい。
【０１０８】
ここでは、水栓装置２０にセンサ１０Ｂを適用した場合の構成について説明したが、この構成に限定されない。水栓装置２０にセンサ１０またはセンサ１０Ａを適用してもよい。
【０１０９】
なお、上述した実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることはもちろんのことである。
【０１１０】
（まとめ）
以上説明したように、第１の態様のセンサ（１０，１０Ａ，１０Ｂ）は、検知部（１１）と処理部（１３）とを有する。検知部（１１）は、時間経過に伴って周波数が変化する電波を空間に放射し、かつ空間から電波を受信する。処理部（１３）は、検知部（１１）が放射した電波の周波数と受信した電波との周波数の周波数差に基づいて空間に存在する物体Ｏｂまでの距離を計測する。また、検知部（１１）は、放射した電波の周波数と受信した電波の周波数との周波数差を持つビート信号のデジタル値を出力するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ変換器１１０３）を備える。さらに、検知部（１１）は、電波を放射させる放射期間Ｔｓと電波を放射させない休止期間Ｔｒとが１回ずつ含まれる処理周期Ｔ０を繰り返すように動作し、電波を間欠的に放射する構成である。処理部（１３）は、周波数分析部（１３１）と補正部（１３４）と計算部（１３５）とを備える。周波数分析部（１３１）は、入力ビット数がＡＤ変換器（１１０３）の出力ビット数より多く、かつビート信号の周波数スペクトルを求めるように構成される。補正部（１３４）は、ＡＤ変換器（１１０３）の出力ビット数と周波数分析部（１３１）の入力ビット数との差の個数のゼロを、周波数分析部（１３１）に入力されるデジタル値に付加する。計算部（１３５）は、周波数分析部（１３１）が求めた周波数スペクトルからパワーがピーク値であるピーク周波数を求め、ピーク周波数を物体Ｏｂまでの距離に換算する。
【０１１１】
この構成によれば、周波数スペクトルを求めるために周波数分析部（１３１）に与えるデータにゼロを加えているから、周波数分析部（１３１）に与えられるビット数が増加し、結果的に周波数分析部（１３１）の周波数分解能を高めることが可能になる。すなわち、検知部（１１）の出力ビット数に比べて周波数分析部（１３１）の入力ビット数を多くすることにより、検知部（１１）の出力ビット数に対応した周波数スペクトルに比べて周波数の分解能を高めることが可能になる。その結果、ビート信号の周波数に基づいて求める距離の最小単位は、補正部（１３４）による補正を行わない場合よりも小さくすることができる。
【０１１２】
加えて、この構成では、電波は処理周期Ｔ０で間欠的に空間に放射され、センサ（１０，１０Ａ，１０Ｂ）は処理周期Ｔ０ごとにビート信号の周波数スペクトルを求めることが可能である。つまり、時間経過に伴って物体Ｏｂまでの距離が変化した場合に、最小では処理周期Ｔ０の時間間隔で物体Ｏｂまでの距離の変化を追跡することが可能である。
【０１１３】
第２の態様のセンサ（１０，１０Ａ，１０Ｂ）では、第１の態様において、計算部（１３５）は、ビート信号の周波数スペクトルにおいてパワーがピーク値である周波数ビンを含む３個以上の周波数ビンに当て嵌まる曲線を求め、さらに曲線のピーク値に対応する周波数をピーク周波数に定めてもよい。この場合、計算部（１３５）は、このピーク周波数を物体Ｏｂまでの距離に換算する。
【０１１４】
この構成によれば、物体Ｏｂまでの距離を、周波数ビンの幅で決まる距離の最小単位よりも高い精度で求めることが可能になる。
【０１１５】
第３の態様のセンサ（１０Ｂ）では、第１または第２の態様において、処理部（１３）は、時刻が異なる２つの放射期間Ｔｓに得られたビート信号の信号値の差分を求める差分処理部（１３６）を備える。処理部（１３）は、差分処理部（１３６）の出力を周波数分析部（１３１）に引き渡すように構成される。
【０１１６】
この構成によれば、差分処理部（１３６）は、時刻が異なる放射期間Ｔｓについて得られるビート信号のうち信号値の異なる成分を出力するから、静止している物体Ｏｂから得られるビート信号が減殺される。言い換えると、差分処理部（１３６）の出力は、移動している物体Ｏｂが反射した成分に対応し、センサ（１０）は移動する物体Ｏｂを対象物として検知することが可能になる。
【０１１７】
第４の態様のセンサ（１０Ｂ）では、第１または第２の態様において、処理部（１３）は、時刻が異なる２つの放射期間Ｔｓに得られたビート信号から周波数分析部（１３１）がそれぞれ求めた周波数スペクトルにおける周波数ビンごとのパワーの差分を求める差分処理部（１３６）を備えていてもよい。この場合、処理部（１３）は、差分処理部（１３６）の出力を計算部（１３５）に引き渡すように構成される。
【０１１８】
この構成によれば、差分処理部（１３６）は、時刻が異なる放射期間Ｔｓについて得られる周波数スペクトルの差分を出力するから、静止している物体Ｏｂから得られる周波数ビンのパワーが減殺される。言い換えると、差分処理部（１３６）の出力は、移動している物体Ｏｂが反射した周波数の成分に対応し、センサ（１０Ｂ）は移動する物体Ｏｂを対象物として検知することが可能になる。また、差分処理部（１３６）が周波数スペクトルの差分を求めているから、周波数を分析する前のデジタル値の差分を求める場合と比較すると、メモリのようなハードウェア資源が削減される可能性がある。
【０１１９】
第５の態様のセンサ（１０Ｂ）では、第３または第４の態様において、２つの放射期間Ｔｓのうちの一方は、検知部１１の動作中における最新の処理周期Ｔ０の放射期間Ｔｓであり、２つの放射期間Ｔｓのうちの他方は、検知部（１１）の動作開始時における処理周期Ｔ０の放射期間Ｔｓであることが望ましい。
【０１２０】
この構成によれば、検知部（１１）が動作を開始した時点の環境に対する変化を抽出するから、検知部（１１）が動作を開始した時点には検知されなかった物体Ｏｂを検知することが可能になる。
【０１２１】
第６の態様のセンサ（１０Ｂ）では、第３または第４の態様において、２つの放射期間Ｔｓのうちの一方は、検知部（１１）の動作中における最新の処理周期Ｔ０の放射期間Ｔｓであり、２つの放射期間Ｔｓのうちの他方は、検知部（１１）の動作中において所定回前の処理周期Ｔ０の放射期間Ｔｓであってもよい。
【０１２２】
この構成によれば、検知部（１１）の動作中において所定回前の処理周期Ｔ０の環境に対する変化を抽出するから、環境あるいはセンサ１０Ｂの動作に緩やかに経時的な変化が生じても、物体Ｏｂと誤認する可能性が低減される。すなわち、時間経過に伴って環境が徐々に変化する場合、あるいはセンサ１０Ｂの温度変化あるいはセンサ１０Ｂの劣化などによってセンサ１０Ｂの動作が徐々に変化する場合に、このような変化を物体Ｏｂと誤認する可能性が低減される。
【０１２３】
第７の態様のセンサ（１０Ａ）では、第１〜第６のいずれかの態様において、検知部（１１）は、空間から受信した電波に対応した受信信号に対する直交検波を行うことにより、ビート信号として位相が互いに９０度異なる２つのビート信号を出力する。また、補正部（１３４）は、２つのビート信号に対応して周波数分析部（１３１）に入力される２つのデジタル値それぞれにゼロを付加する。周波数分析部（１３１）は、離散フーリエ変換（ＤＦＴ）と高速フーリエ変換（ＦＦＴ）との一方を行う構成であって、２つのデジタル値それぞれにゼロを付加した補正部（１３４）の出力が入力される。
【０１２４】
すなわち、周波数分析部（１３１）は複素計算を行う構成であり、複素計算を行わない構成に比べると距離の最小単位が４分の１になる。
【０１２５】
第８の態様のセンサ（１０，１０Ａ，１０Ｂ）では、第１〜第７のいずれかの態様において、検知部（１１）は、以下の３種類の構成から選択されることが望ましい。第１の構成は、空間に放射する電波の周波数が時間経過に伴って単調に上昇するように周波数を掃引する構成である。第２の構成は、空間に放射する電波の周波数が時間経過に伴って単調に下降するように周波数を掃引する構成である。第３の構成は、空間に放射する電波の周波数が時間経過に伴って単調に上昇する期間と単調に下降する期間とを含むように周波数を掃引する構成である。
【０１２６】
これらの３種類の構成のいずれかを選択することにより、放射期間Ｔｓにおいて周波数が変化し、物体Ｏｂまでの距離が変化しなければ、放射期間Ｔｓにおいて周波数が一定のビート信号が得られる。すなわち、放射期間Ｔｓを単位としてビート信号の周波数を分析することができる。
【０１２７】
第９の態様のセンサ（１０，１０Ａ，１０Ｂ）では、第１〜第８のいずれかの態様において、計算部（１３５）は、周波数スペクトルにおけるパワーのピーク値が所定の閾値を超えない場合は、距離を求めないことが望ましい。
【０１２８】
この構成により、電波を反射する物体Ｏｂが存在しないときに、微小な雑音を物体Ｏｂの存在と誤認する可能性を低減できる。
【０１２９】
第１０の態様のセンサ（１０，１０Ａ，１０Ｂ）では、第１〜第９のいずれかの態様において、処理部（１３）は、距離に基づいて定めた監視領域の範囲内か否かを判断する判断部（１３２）と、判断部（１３２）の判断結果に応じて機器制御用の制御信号を出力する出力部（１３３）とを備えることが望ましい。
【０１３０】
この構成によれば、判断部（１３２）の判断結果に応じて出力部（１３３）から制御信号を出力することによって、機器の動作を制御することが可能になる。たとえば、以下に説明する水栓装置（２０）であれば、バルブ（２１３）（図５参照）を制御対象の機器として、制御信号によりバルブ（２１３）の開栓と閉栓とを行うことが可能になる。また、制御対象の機器が警報装置であれば、監視領域における人の存在をセンサ（１０，１０Ａ，１０Ｂ）が検知したときに、警報装置を動作させることが可能である。センサ（１０，１０Ａ，１０Ｂ）からの制御信号による制御対象の機器はこれらの例に限らず、また判断部（１３２）の判断結果と出力部（１３３）からの制御信号との関係も適宜に定めることが可能である。出力部（１３３）は、オンとオフとのような２状態の選択だけではなく、３状態以上の選択を可能にする制御信号を出力してもよい。また、出力部（１３３）は、物体Ｏｂまでの距離に応じて信号値が連続的に変化する制御信号を出力してもよい。
【０１３１】
第１１の態様のセンサ（１０，１０Ａ，１０Ｂ）では、第１０の態様において、判断部（１３２）は、距離に基づいて定めた監視領域内に存在する物体を対象物と判定する機能を有し、監視領域の境界となる距離が設定されることが望ましい。
【０１３２】
すなわち、センサ（１０，１０Ａ，１０Ｂ）は距離を計測する構成であるから、判断部（１３２）は、距離に基づいて定めた監視領域に存在する物体Ｏｂを対象物と判定することが可能である。また、監視領域の境界となる距離が判断部（１３２）に設定されるから、判断部（１３２）の設定を変更することにより、監視領域の範囲を定めることができる。たとえば、監視領域の境界として距離の上限のみを定めると、上限の距離より近い物体Ｏｂをセンサ（１０，１０Ａ，１０Ｂ）が対象物として検知し、監視領域の境界として距離の下限のみを定めると、下限の距離より遠い物体Ｏｂをセンサ（１０，１０Ａ，１０Ｂ）が対象物として検知する。また、監視領域の境界として、距離の上限と下限とを定めると、上限の距離より近く、かつ下限の距離より遠い範囲の物体Ｏｂをセンサ（１０，１０Ａ，１０Ｂ）が対象物として検知する。
【０１３３】
第１２の態様の水栓装置（２０）は、第１０または１１の態様のセンサ（１０，１０Ａ，１０Ｂ）と、制御信号を受けて吐水と止水とが選択される水栓（２１）とを備える。処理部（１３）は、監視領域に対象物が存在するときに吐水を選択する制御信号を水栓（２１）に与え、監視領域に対象物が存在しないときに止水を選択する制御信号を水栓（２１）に与える。
【０１３４】
この構成によれば、水栓（２１）の吐水と止水とを上述したセンサ（１０，１０Ａ，１０Ｂ）で制御することが可能になる。そのため、監視領域に対象物が存在すれば水栓（２１）からの吐水を行い、監視領域から対象物を出せば止水を行うことが可能であって、レバーなどの操作を行わずに吐水と止水とを自動的に行うことが可能になる。つまり、水栓（２１）から不必要に水を吐出させる可能性が低減され、節水にも寄与することになる。
【０１３５】
第１２の態様の水栓装置（２０）では、第１１の態様において、センサ（１０，１０Ａ，１０Ｂ）は水栓（２１）に一体に取り付けられていることが好ましい。すなわち、センサ（１０，１０Ａ，１０Ｂ）と水栓（２１）とが一体化された水栓装置（２０）として商品を提供することができるから、水栓（２１）以外の構成を変更することなく既存の水栓（２１）と交換することによって、水栓装置（２０）のメリットを享受することが可能になる。
【符号の説明】
【０１３６】
１０，１０Ａ，１０Ｂ  センサ
１１  検知部
１３  処理部
２０  水栓装置
２１  水栓
１３１  周波数分析部
１３２  判断部
１３３  出力部
１３４  補正部
１３５  計算部
１３６  差分処理部
１１０３  ＡＤ変換器（アナログ−デジタル変換器）
Ｏｂ  物体
Ｔ０  処理周期
Ｔｒ  休止期間
Ｔｓ  放射期間
【図１】
2017115459.tif 000003
【図２】
2017115459.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2017115459.tif 000008
【国際調査報告】
2017115459.tif 000009
2017115459.tif 000010
2017115459.tif 000011
2017115459.tif 000012
2017115459.tif 000013
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