(57)【要約】      （修正有）【課題】対象物の動きに関する動作情報と、センサーとの距離情報とが得られる電波センサーとそれを搭載した装置を提供する。【解決手段】電波センサー１００は、２以上の変調信号を生成する変調信号生成手段１０２と、一つの変調信号を選択する選択手段１０６と、変調信号生成手段１０２から生成される変調信号１０４、１０５により発振周波数が変調される発振手段１０８と、選択手段１０６を時分割で切り替える制御手段１２８と、送信アンテナと、送信電波が対象物により反射して戻ってきた反射電波を受信する受信アンテナ１１０と、伝送線路１０９上に接続され、送信電波の周波数と受信電波の周波数の差分周波数信号を取り出す検波手段１１１と、差分周波数信号１１３から不必要な周波数成分を除去するフィルター１１５と、増幅手段１１９と、ＡＤ変換手段１２３と、デジタル信号１２４を演算して解析するデータ演算手段１２６から成る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２以上の変調信号を生成する変調信号生成手段と、
前記変調信号のうちから一つの変調信号を選択する選択手段と、
前記変調信号生成手段から生成される変調信号により発振周波数が変調される発振手段と、
前記選択手段を時分割で切り替える制御手段と、
前記発振手段で発振された信号を送信電波として送信する送信アンテナと、
前記送信電波が対象物により反射して戻ってきた反射電波を受信電波として受信し、前記送信アンテナとは別個に設けられるか又は共用される受信アンテナと、
前記発振手段と少なくとも前記送信アンテナとを接続する伝送線路上に接続され、前記送信電波の周波数と前記受信電波の周波数の差分の差分周波数信号を取り出す検波手段と、
前記検波手段により出力される差分周波数信号から不必要な周波数成分を除去するフィルターと、
前記フィルターによって選択した差分周波数信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段で増幅された差分周波数信号をデジタル信号へ変換するＡＤ変換手段と、
前記ＡＤ変換手段により出力されるデジタル信号を演算して解析するデータ演算手段から成る、電波センサー。
【請求項２】
少なくとも２以上の変調信号を生成する変調信号生成手段と、
前記変調信号のうちから一つの変調信号を選択する選択手段と、
前記変調信号生成手段から生成される変調信号により発振周波数が変調される発振手段と、
前記選択手段を時分割で切り替える制御手段と、
前記発振手段で発振された信号を送信電波として送信する送信アンテナと、
前記送信アンテナから送信された電波が対象物により反射して戻ってきた反射電波を受信電波として受信し、前記送信アンテナとは別個に設けられるか又は共用される受信アンテナと、
前記発振手段と前記送信アンテナとを接続する伝送線路上で前記受信アンテナから第１の信号線路長の位置に接続され、前記送信電波の周波数と前記受信電波の周波数の差分の第１の差分周波数信号を取り出す第１の検波手段と、
前記伝送線路上で前記受信アンテナから第２の信号線路長の位置に接続され、前記送信電波の周波数と前記受信電波の周波数の差分の第２の差分周波数信号を取り出す第２の検波手段と、
前記第１の検波手段により出力される第１の差分周波数信号から不必要な周波数成分を除去する第１のフィルターと、
前記第２の検波手段により出力される第２の差分周波数信号から不必要な周波数成分を除去する第２のフィルターと、
前記第１のフィルターによって選択した第１の差分周波数信号を増幅する第１の増幅手段と、
前記第２のフィルターによって選択した第２の差分周波数信号を増幅する第２の増幅手段と、
前記第１の増幅手段で増幅された第１の差分周波数信号及び前記第２の増幅手段で増幅された第２の差分周波数信号をデジタル値へ変換するＡＤ変換手段と、
前記ＡＤ変換手段により出力されるデジタル信号を演算して解析するデータ演算手段と、
から成る、電波センサー。
【請求項３】
少なくとも２以上の変調信号を生成する変調信号生成手段と、
前記変調信号のうちから一つの変調信号を選択する選択手段と、
前記変調信号生成手段から生成される変調信号により発振周波数が変調される発振手段と、
前記選択手段を時分割に切り替える制御手段と、
前記発振手段で発振された信号を送信電波として送信する送信アンテナと、
前記送信アンテナから送信された電波が対象物により反射して戻ってきた反射電波を受信電波として受信し、前記送信アンテナとは別個に設けられる受信アンテナと、
前記発振手段から出力される信号を遅らせる遅延手段と、
前記受信アンテナから受信された受信波と、前記発振手段から出力される送信波が入力され、前記送信波の周波数と前記受信波の周波数の差分に相当する周波数の差分の第１の差分周波数信号を取り出す第１の検波手段と、
前記発振手段から出力される信号を遅らせる遅延手段と、
前記受信アンテナから受信された受信波と、前記発振手段から出力される送信波を前記遅延手段で遅延された信号が入力され、前記送信波の周波数と前記受信波の周波数の差分の第２の差分周波数信号を取り出す第２の検波手段と、
前記第１の検波手段により出力される第１の差分周波数信号から不必要な周波数成分を除去する第１のフィルターと、
前記第２の検波手段により出力される第２の差分周波数信号から不必要な周波数成分を除去する第２のフィルターと、
前記第１のフィルターによって選択した第１の差分周波数信号を増幅する第１の増幅手段と、
前記第２のフィルターによって選択した２の差分周波数信号を増幅する第２の増幅手段と、
前記第１の増幅手段で増幅された第１の差分周波数信号及び前記第２の増幅手段で増幅された第２の差分周波数信号をデジタル値へ変換するＡＤ変換手段と、
前記ＡＤ変換手段により出力されるデジタル信号を演算して解析するデータ演算手段と、
から成る、電波センサー。
【請求項４】
前記第１の検波手段と前記第２の検波手段の距離が、無変調時の送信電波の１／８波長に相当する距離であることを特徴とする、請求項２に記載の電波センサー。
【請求項５】
前記遅延手段の遅延量が、前記発振手段から出力される無変調時の信号の１／４波長に相当する、請求項３に記載の電波センサー。
【請求項６】
前記複数の変調信号は、変調後の送信電波周波数を一定値にする、階段状に上昇又は下降させる及び連続的に上昇又は下降させる、の内少なくとも２つを含む、請求項１〜５の何れかに記載の電波センサー。
【請求項７】
前記送信電波の周波数は、１０ＧＨｚ、２４ＧＨｚ及び７７ＧＨｚの何れかの周波数帯である、請求項１〜５の何れかに記載の電波センサー。
【請求項８】
前記データ演算手段によって処理された情報は、対象物が移動方向に関わらず移動をしているか、していないかという前記対象物の動作情報と、前記送信アンテナから前記対象物までの距離情報であることを特徴とする、請求項１、６及び７の何れかに記載の電波センサー。
【請求項９】
前記データ演算手段によって処理された情報は、対象物が前記アンテナに対して接近しているのか離反しているのかという前記対象物の動作情報と、前記送信アンテナから前記対象物までの距離情報であることを特徴とする、請求項２〜７の何れかに電波センサー。
【請求項１０】
前記データ演算手段によって処理される処理方式は、電波ドップラーレーダー方式、電波ＦＭＣＷレーダー方式、電波ＦＭリニア型定在波方式及び電波パルス圧縮レーダー方式のうち少なくとも２つを含む、請求項１〜９の何れかに記載の電波センサー。
【請求項１１】
請求項１〜１０の何れかに記載の電波センサーを備えた、電波センサーを搭載した装置。
【請求項１２】
前記電波センサーを搭載した装置は、温水洗浄便座システム、現金自動預け払い機及びマルチファンクションプリンターの何れかである、請求項１１に記載の電波センサーを搭載した装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波センサーに関し、電波を対象物に対して送信し、その対象物で反射された反射波を受信し、それらの送信波と受信波の合成波を検波した信号を解析することで対象物の動作情報や距離情報を特定する電波センサー及びそれを搭載した装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般家庭や公共の場所のトイレに例をとって説明すると、近年、これら一般家庭や公共の場所のトイレには温水洗浄便座の設置が進んでいる。温水洗浄便座の一部の機種では便蓋の開閉、便座の昇降、用便後の脱臭、用便後の便器の洗浄等を自動で行うものも市場に投入されている。
【０００３】
それらの自動動作の制御には様々な人感センサーが使われている。例えば人がトイレの扉を開けて便器に近づいてくることの検知には焦電（ＰＩＲ）センサーや電波ドップラーレーダーが使われている（特許文献１参照）。
【０００４】
人が便座に着座していることの検知には便座に体重をかけたときに便座が数ｍｍ沈み込むことでスイッチがＯＮになるマイクロスイッチ、人の臀部が便座に接していることを検知する静電容量変化検知型センサー、人が便座に腰掛けることによって便座にかかる圧力を検知する圧力センサー、人の腰部が便座直近に存在することを赤外線を腰部に照射し、反射してきた赤外線の強さを測定することで検知する赤外線近接センサー等が使われている。
【０００５】
焦電（ＰＩＲ）センサーや赤外線近接センサーは、人体の動作や人体がセンサーに近接していることを安価に、精度よく検知できるという利点があるが、焦電（ＰＩＲ）センサーにも赤外線近接センサーにも赤外線を透過させるための窓が必要になるという欠点がある。
【０００６】
一般家庭のトイレに温水洗浄便座を設置する場合にはその赤外線透過窓の存在は問題にならないが、公共の場所のトイレに設置される温水洗浄便座では赤外線透過窓の内側に盗撮カメラを仕込まれる危険性があるため、公共の場所のトイレに設置される温水洗浄便座では赤外線透過窓が忌避される傾向にある。
従って、人が便座に近づいてくることの検知には電波ドップラーレーダーが、人が便座に着座していることの検知にはマイクロスイッチや静電容量変化検知型近接センサーが使用されることが多い。
【０００７】
マイクロスイッチは機構的に単純で耐久性があり、しかも安価である。しかしながら、マイクロスイッチを用いた場合、人が便座に腰掛けたときに数ｍｍ便座が沈み込む物理的な動きによってスイッチをＯＮ、ＯＦＦするため、便座に腰掛ける瞬間に便座が下方に数ｍｍ沈み込む感覚があり、そのため便座の沈み込み動作を好ましく思わない利用者がいる。また、スイッチがＯＮ、ＯＦＦするときに発するカチッというクリック音を好ましく思わない利用者もいる。
【０００８】
一方、静電容量変化検知型近接センサーは価格が高いという問題と、便座内での配置が難しいという問題がある。
【０００９】
一般的な温水洗浄便座では便座を温めるヒーターが便座内に仕込まれている。ヒーターは便座の人肌が触れる部分全体を温める必要があるため便座表面のほぼ全面に配置されるが、人の着座を検知するための静電容量変化検知型センサーもまた人肌が触れる部分であるほぼ全面に設置しなくてはならないため、両者の配置場所が競合してしまい、機構設計に困難を生じるという問題がある。
【００１０】
人が便器に近づいてくることを検知する電波ドップラーレーダーを着座の検知にも使用しようとする試みもある。しかし、電波ドップラーレーダーは人の動きを検知するレーダーであるので、その特性上人が完全に静止しているとそこに人が存在していることを検知できなくなり、洗浄水が吐水されなくなったり、人がまだ便座に座っているのに人が存在しなくなったものとして便器洗浄動作が実行されたり、脱臭装置が始動したりするという問題がある。
【００１１】
次に、電波ドップラーセンサーを用いた従来技術について説明する。
図４は、電波ドップラーセンサーを用いた従来技術１を示し、人の動きの検知に電波ドップラーレーダーを使用し、着座検知にマイクロスイッチを使用した温水洗浄便座５００のブロック図である。
便座の開閉モーター、便座昇降モーター、温水洗浄水吐水弁、便器洗浄水吐水弁等の制御を行う中央制御マイコン５３０には、電波ドップラーレーダー５０１からの出力信号５２９と着座検知用マイクロスイッチ５３１が接続されている。電波周波数の信号を発振する発振手段５０８により発振された信号は、伝送線路５０９を介してアンテナ５１０に接続されている。
【００１２】
アンテナ５１０は送信アンテナと受信アンテナが共用の場合もあるし、送信アンテナと受信アンテナが別個に設けられている場合もある。アンテナ５１０から対象物すなわち人体(図示せず)に対して送信波が送信され、対象物すなわち人体で反射された反射波が受信波としてアンテナ５１０で受信される。対象物がアンテナ５１０に接近してくるときにはドップラー効果により反射波すなわち受信波の周波数は送信波の周波数より高くなる。
【００１３】
一方、対象物がアンテナ５１０から離反していくときにはドップラー効果により反射波すなわち、受信波の周波数は送信波の周波数より低くなる。送信波と受信波の周波数の差は近似的に対象物すなわち人体の移動速度に比例する。伝送線路５０９上には送信波と受信波の合成波が存在することになる。
【００１４】
伝送線路５０９には検波手段５１１が接続されており、送信波と受信波の合成波は検波手段５１１で検波され、送信波の周波数と受信波の周波数の差分の周波数を持つ差分周波数信号５１３が抽出される。
【００１５】
差分周波数信号５１３には人体の動きにより生じる周波数成分とは無関係な不要なノイズ周波数成分も含まれているので、フィルター５１５で不要ノイズ周波数成分が除去された信号５１７が抽出される。信号５１７は、増幅手段５１９で数十倍から数千倍に増幅された信号５２１がＡＤ変換手段５２３でデジタル信号５２４に変換されデータ演算手段５２６に入力される。
【００１６】
デジタル信号５２４には前述のようにドップラー効果による人体の移動速度の情報が含まれているため、データ演算手段５２６でその人体の移動速度の情報から人体の移動を検知したことを示す信号５２７を生成し、中央制御マイコン５３０に送る。
中央制御マイコン５３０は人体の移動を検知したことを示す信号を受け取ると、人体がトイレの扉を開けて便器に近づいてきたものと判断し、次に、便蓋開閉モーターに対して便蓋を開けるよう指示する。この場合、便蓋が開いて人が便座に腰掛けると便座が数ｍｍ沈み込んで、マイクロスイッチ部５３１がオンになり、中央制御マイコン５３０は人が便座に腰掛けたものと判断する。
【００１７】
図５は電波ドップラーセンサーを用いた従来技術２を示し、人の接近又は離反の検知に電波ドップラーレーダーを使用し、着座検知に静電容量変化型センサーを使用した温水洗浄便座６００のブロック図である。
図５は、図４と比較して着座検知用マイクロスイッチ５３１が着座検知用静電容量変化型センサー６３１に置き替わっただけである。その動作は、図４とほぼ共通であり、人が便座に着座していることの検知方法のみが異なる。図５の温水洗浄便座６００では、人が便座に着座すると人の肌が着座検知用静電容量変化型センサー６３１に近接するため、容量が増加する。中央制御マイコン６３０はこの容量の変化を演算によって求め、人が便座に着座していることを認識する。
【００１８】
図６は電波ドップラーセンサーを用いた従来技術３を示し、人体の動きの検知及び着座検知に電波ドップラーレーダーを使用した温水洗浄便座７００のブロック図である。図６は、図４と比較して着座検知用マイクロスイッチ５３１が無くなっており、着座の検知も電波ドップラーレーダーで行う。つまり、電波ドップラーレーダーでは人の移動速度がわかるので、移動速度が早ければ人がトイレの扉を開けて便座に向かって移動してくる、あるいは便座から離れてトイレの扉を開けて出ていくと判断する。移動速度が小さければ便座に着座していると判断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００３−１９４９２４号公報
【特許文献２】特許第４２９３１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
図４に示す従来技術１には以下のような課題があった。即ち、人体の動き検知用電波ドップラーレーダー５００と着座検知用のマイクロスイッチ５３１の併用では、人が着座すると便座が沈み込んで便座が正しく固定されていないような感覚を覚える。またマイクロスイッチ５３１がオンになるとカチっと不快な音がする。また人が立ち上がると便座が浮き上がって臀部にくっついてくるような感覚を覚える。またマイクロスイッチ５３１がオフになると不快な音がする。
【００２１】
図５に示す従来技術２には以下のような課題があった。人体の動き検知用電波ドップラーレーダー６００と着座検知用の静電容量変化検知型近接センサー６３１の併用では、静電容量変化検知型近接センサー６３１は価格が高い。また設置が難しい。一般的な温水洗浄便座を温めるヒーターは便座の人の肌が触れる部分全体を温める必要があるため便座全体に配置されるが、人の着座を検知するための静電容量変化検知型近接センサー６３１もまた人の肌が触れる部分全体に設置しなくてはならないため、両者の設置場所が競合してしまい、機構設計に困難を生じる。
【００２２】
図６に示す従来技術３には以下のような課題があった。人の動きの検知及び着座検知の両方に電波ドップラーセンサー７００を用いると人が便座に座って長時間動かないでいると着座していないものと判断され、温水洗浄水が吐出されなくなったり、人がまだ便座に座っているのに人が居なくなったものと判断されて便器洗浄動作が実行されたり、脱臭装置が作動したりする。
【００２３】
本発明は、上記課題に鑑み、人を含む対象物の動きに関する動作情報と、対象物とセンサーとの距離情報とが得られる電波センサーとそれを搭載した装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するため本発明の電波センサーは、
少なくとも２以上の変調信号を生成する変調信号生成手段と、
複数の変調信号のうちから一つの変調信号を選択する選択手段と、
変調信号生成手段から生成される変調信号により発振周波数が変調される発振手段と、
選択手段を時分割で切り替える制御手段と、
発振手段で発振された信号を送信電波として送信する送信アンテナと、
送信アンテナから送信された電波が対象物により反射して戻ってきた反射電波を受信電波として受信し、送信アンテナとは別個に設けられるか又は共用される受信アンテナと、
発振手段と少なくとも送信アンテナとを接続する伝送線路上に接続され、送信電波の周波数と受信電波の周波数の差分である差分周波数信号を取り出す検波手段と、
検波手段により出力される差分周波数信号から不必要な周波数成分を除去するフィルターと、
フィルターによって選択した差分周波数信号を増幅する増幅手段と、
増幅手段で増幅された差分周波数信号をデジタル信号へ変換するＡＤ変換手段と、
ＡＤ変換手段により出力されるデジタル信号を演算して解析するデータ演算手段から成ることを特徴とする。
本発明の電波センサーによれば、制御手段によりレーダーモードの変調を、時分割で切り換えることが可能となり、対象物の移動方向に関わらず移動をしているか、していないかという対象物の動作情報及び対象物までの距離情報が得られる。
【００２５】
上記目的を達成するため本発明の別の電波センサーは、さらに、
電波信号送受信線路上で受信アンテナから第１の信号線路長の位置に接続され、送信電波の周波数と受信電波の周波数の差分である第１の差分周波数信号を取り出す第１の検波手段と、
伝送線路上で受信アンテナから第２の信号線路長の位置に接続され、送信電波の周波数と受信電波の周波数の差分である第２の差分周波数信号を取り出す第２の検波手段と、
第１の検波手段により出力される第１の差分周波数信号から不必要な周波数成分を除去する第１のフィルターと、
第２の検波手段により出力される第２の差分周波数信号２から不必要な周波数成分を除去する第２のフィルターと、
第１のフィルターによって選択した信号を増幅する第１の増幅手段と、
第２のフィルターによって選択した信号を増幅する第２の増幅手段と、
第１の増幅手段で増幅された第１の差分周波数信号及び第２の増幅手段で増幅された第２の差分周波数信号をデジタル値へ変換するＡＤ変換手段と、
から成ることを特徴とする。
上記目的を達成するため本発明のさらに別の電波センサーは、上記構成において、さらに、送信アンテナから送信された電波が対象物や障害物に反射して戻ってきた反射電波を受信電波として受信し、送信アンテナとは別個に設けられる受信アンテナと、
発振手段から出力される信号を遅らせる遅延手段と、
受信アンテナから受信された受信波と、発振手段から出力される送信波が入力され、送信波の周波数と受信波の周波数の差分に相当する周波数の第１の差分周波数信号を取り出す第１の検波手段と、
発振手段から出力される信号を遅らせる遅延手段と、
受信アンテナから受信された受信波と、発振手段から出力される送信波を遅延手段で遅延された信号が入力され、送信波の周波数と受信波の周波数の差分に相当する周波数の第２の差分周波数信号を取り出す第２の検波手段と、
から成ることを特徴とする。  本発明の電波センサーによれば、制御手段によりレーダーモードの変調を、時分割で切り換えることが可能となり、対象物の移動方向を含む対象物の動作情報及び対象物までの距離情報が得られる。
【００２６】
上記構成において、第１の検波手段と第２の検波手段の距離が、好ましくは、無変調時の送信電波の１／８波長に相当する距離である。
遅延手段の遅延量が、好ましくは、発振手段から出力される無変調時の信号の１／４波長に相当する。
複数の変調信号は、好ましくは、変調後の送信電波周波数を一定値にする、階段状に上昇又は下降させる及び連続的に上昇又は下降させる、の内少なくとも２つを含む。
送信電波の周波数は、好ましくは１０ＧＨｚ、２４ＧＨｚ及び７７ＧＨｚの何れかの周波数帯である。
データ演算手段によって処理された情報は、好ましくは、対象物が移動方向に関わらず移動をしているか、していないかという対象物の動作情報と、送信アンテナから対象物までの距離情報である。
データ演算手段によって処理された情報は、好ましくは、対象物がアンテナに対して接近しているのか離反しているのかという対象物の動作情報と、送信アンテナから対象物までの距離情報であることを特徴とする、
データ演算手段によって処理される処理方式は、好ましくは、電波ドップラーレーダー方式、電波ＦＭＣＷレーダー方式、電波ＦＭリニア型定在波方式及び電波パルス圧縮レーダー方式のうち少なくとも２つを含む。
【００２７】
上記目的を達成するため本発明の電波センサーを搭載した装置は、上記の何れかに記載の電波センサーを備えたことを特徴とする。
上記構成において、電波センサーを搭載した装置は、好ましくは、温水洗浄便座システム、現金自動預け払い機及びマルチファンクションプリンターの何れかである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の電波センサーによれば、電波を対象物に対して送信し、その対象物で反射された反射波を受信し、それらの送信波と受信波の合成波を検波した信号を解析することにより、対象物の動作情報や対象物に関する距離情報を提供することができる。
【００２９】
本発明の電波センサーを搭載した装置によれば、設置が容易で、対象物の動作情報や対象物に関する距離情報を得ることができる電波センサーを使用しているので、従来生じていた誤動作や音の発生のない、例えば温水洗浄便座システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電波センサーを用いた温水洗浄便座システムのブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る電波センサーを用いた温水洗浄便座システムのブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る電波センサーを用いた温水洗浄便座システムのブロック図である。
【図４】ドップラーセンサーを用いた従来技術１を示すブロック図である。
【図５】ドップラーセンサーを用いた従来技術２を示すブロック図である。
【図６】ドップラーセンサーを用いた従来技術３を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態について説明するが、本発明の範囲は実施形態に限定されることなく適宜変更することができる。特に、図面に記載した各部材の形状、寸法、位置関係などについては概念的な事項を示すに過ぎず、その適用場面に応じて変更することができる。各図において、同一の又は対応する部材等には同一の符号を付している。
【００３２】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る電波センサー１００を用いた温水洗浄便座システムのブロック図である。
電波センサー１００は、少なくとも２以上の複数の変調信号１０４、１０５を生成する変調信号生成手段１０２、１０３と、複数の変調信号のうちから一つの変調信号を選択する選択手段１０６と、選択手段１０６から生成される変調信号により発振周波数が変調される発振手段１０８と、選択手段１０６を時分割で切り替える制御手段１２８と、発振手段１０８で発振された信号を送信電波として送信する送信アンテナ１１０と、送信アンテナ１１０から送信された電波が対象物や障害物に反射して戻ってきた反射電波を受信し、送信アンテナ１１０とは別個に設けられるか又は共用される受信アンテナと、発振手段１０８と少なくとも送信アンテナ１１０とを接続する伝送線路１０９上に接続され、送信電波の周波数と受信電波の周波数の差分である差分周波数信号を取り出す検波手段１１１と、検波手段１１１により出力される差分信号から不必要な周波数成分を除去するフィルター１１５と、フィルター１１５によって選択した信号を増幅する増幅手段１１９と、増幅手段１１９で増幅された差分周波数信号１２１をデジタル値へ変換するＡＤ変換手段１２３と、ＡＤ変換手段１２３により出力されるデジタル信号１２４を演算して解析するデータ演算手段１２６と、を含んで構成される。
本発明の電波センサーは、例えば様々な荷物や障害物或いは動物などを対象物とすることもできるが、以下の説明においては、電波センサーの対象物を人又は人体とする電波人感センサーとして説明する。また、設置場所及び配置対象物も、各種の場所や検知すべき様々な対象装置類などに適用できることは言うまでもない。
【００３３】
電波人感センサー１００の出力１２７は、この電波人感センサー１００を搭載した装置の中央制御用マイコン１３０に入力される。中央制御用マイコン１３０としては、マイコンやＦＰＧＡ等を使用することができる。
【００３４】
電波人感センサー１００を搭載した装置１３０は、例えば、電波人感センサー１００を搭載した温水洗浄便座システム、電波人感センサー１１０を搭載した現金自動預け払い機（ＡＴＭ）、マルチファンクションプリンター(ＭＦＰ)等があげられる。図示の場合には、電波人感センサー１００を搭載した温水洗浄便座システムの央制御用コンピュータにより、便座の開閉モーター、便座昇降モーター、温水洗浄水吐水弁、便器洗浄水吐水弁の制御を行う場合を示している。
【００３５】
第１の変調信号生成手段１０２から第１の変調信号１０４が生成される。第ｎ（ここで、ｎは、２以上の整数である。）番目の変調信号生成手段１０３からは第１の変調信号１０４とは異なる第ｎ番目の変調信号１０５が生成される。
【００３６】
図１では二つの変調信号生成手段１０２、１０３しか示していないが、本発明における変調信号生成手段の数は二つに限定されるものではなく、生成される変調信号が互いに異なればもっと数が多くてもかまわない。
【００３７】
変調信号１０４と変調信号１０５は選択手段１０６に入力され、制御手段１２８からの選択信号１２９によって変調信号１０４、変調信号１０５のうち一つを選択して発振手段変調信号１０７として出力する。変調後に送信される電波の周波数、つまり送信電波周波数及び受信電波周波数は、レーダーで使用される１０ＧＨｚ（Ｘバンドとも呼ばれている）、２４ＧＨｚ（Ｋバンドとも呼ばれている）及び７７ＧＨｚ（Ｗバンドとも呼ばれている）の何れかの周波数帯とすることができる。
【００３８】
発振手段１０８は送信電波となる信号を発生させる機能を有している。発振手段１０８に変調が掛からなければ、つまり無変調時には、ある一定の周波数の信号を発生するものとする。発振手段１０８は一般的には電圧制御発振器（ＶＣＯ）が用いられる。その場合には変調信号１０４、１０５は電圧信号が用いられる。
【００３９】
本発明の発振手段１０８は電圧制御発振器（ＶＣＯ）に限定されない。電流制御発振器（ＣＣＯ）でもデジタル制御発振器（ＤＣＯ）でも構わない。変調をかけられる発振器なら何でも構わない。
【００４０】
発振手段１０８から発信された信号は伝送線路１０９を介してアンテナ１１０に接続される。伝送線路１０９は、発振手段１０８とアンテナ１１０とを接続し、基板上に設けられるストリップ線路や同軸ケーブルを使用することができる。アンテナ１１０は送信アンテナと受信アンテナを別個に設けても構わないし、又は共用しても構わない。図１のアンテナ１１０は、送受信共用アンテナである。
【００４１】
アンテナ１１０に到達した信号は電波としてアンテナ１１０から放出される。電波人感センサー１００の対象物、つまり、人体で反射した電波は受信波としてアンテナ１１０に戻り、伝送線路１０９上を発振手段１０８に向かって進む。伝送線路１０９上では送信波と受信波の合成波が存在することになる。
【００４２】
検波手段１１１は送信波と受信波の合成波を検波するので送信波と受信波の変調がかかっていない時の周波数成分は除去され、送信波の周波数と受信波の周波数の差分の周波数を持つ差分周波数信号１１３が取り出されてフィルター１１５に送られる。
【００４３】
差分周波数信号１１３には様々なノイズ周波数成分が含まれているので、フィルター１１５で対象物の動きに関係のない周波数成分の信号、すなわちノイズが除去され、選択された差分周波数信号１１３が増幅手段１１９に入力される。
【００４４】
ノイズが除去された信号１１７は、増幅手段１１９で数十倍から数千倍の振幅に増幅されたアナログ信号１２１となり、ＡＤ変換手段１２３に入力される。
【００４５】
ＡＤ変換手段１２３でデジタル値に変換されたデジタル信号１２４はデータ演算手段１２６に送られる。
【００４６】
データ演算手段１２６ではＡＤ変換後のデジタルデータ１２４を解析して演算処理し、対象物が動いているのか停止しているのか、対象物が接近してくるのか離反していくのか、対象物の移動速度、アンテナから人体までの距離等の対象物の動作及び状態情報、すなわち検知結果１２７が抽出される。
【００４７】
対象物の検知結果１２７は中央制御マイコン１３０に送られる。例えば、発振手段１０８が電圧制御発振器（ＶＣＯ）であり、変調信号生成手段１０２から生成される変調信号１０４が一定電圧信号で、変調信号生成手段１０３から生成される変調信号１０５が階段(ステップ)状に上昇し、ある値に達したら階段(ステップ)状に下降するような電圧信号である構成を仮定する。
【００４８】
上記構成の場合、選択された変調信号１０７が一定電圧である期間はこの電波人感センサー１００は対象物の動きの有無と対象物の移動速度情報が得られる電波ドップラーレーダーとして機能させることができ、対象物の移動の有無・移動速度を検知できる。
【００４９】
さらに、選択された変調信号１０７が階段(ステップ)状に上昇又は下降する期間にはこの電波人感センサー１００は、リニアＦＭ型定在波レーダーとして機能させることができ、対象物の電波人感センサー１００からの距離情報を検知できる（特許文献２参照）。
【００５０】
この電波人感センサー１００を温水洗浄便座の便蓋開閉のための人体の動きを検知する目的と、用便後に一定時間稼働する脱臭装置の起動・停止及び洗浄水吐水開始や停止のための便座に対する人体の着座を検知する目的で使用し、温水洗浄便座にこの電波人感センサー１００が取り付けられているものと仮定する。
【００５１】
簡単のために制御手段１２３は、選択手段１０６の変調信号１０４と変調信号１０５を時分割で制御するために、例えば１００ｍｓの所定の時間間隔で交互に切り替えるものと仮定する。
この場合、最初の１００ｍｓ期間では一定の周波数の電波がアンテナ１１０から対象物に向けて送信され、次の１００ｍｓ期間では階段(ステップ)状に周波数が上昇し、そして下降して元の周波数に戻るような電波がアンテナ１１０から対象物に向けて送信される。
【００５２】
つまり、電波人感センサーは１００ｍｓ毎に送信電波周波数が固定のドップラーレーダーモードと、送信電波周波数を階段(ステップ)状に上昇又は下降させたリニアＦＭ型定在波レーダーモードとを交互に繰り返しながら動作していることになる。
【００５３】
人がトイレに入っていない初期状態では温水洗浄便座はこの電波人感センサー１００のドップラーレーダーが人体の動きを検知した信号を発するのを待っている。人がトイレの扉を開けてトイレに入って便器に近づいてくると、アンテナ１１０から送信された電波が人に当たって反射され、アンテナ１１０に戻ってくる。
【００５４】
従って、伝送線路１０９上にはある周波数の送信波と、それより高い周波数の受信波の合成波が存在することになる。人が便器に搭載されている電波人感センサー１００に向かって近づいてくるとドップラー効果により受信波の周波数は上昇する。検波手段１１１で合成波を検波すると、送信波と受信波の差分の周波数を持つ差分周波数信号１１３が得られる。差分周波数信号１１３の周波数は近似的に人間の移動速度に比例する。これにより、制御手段１２８によりドップラーレーダーモードが動作している場合には、対象物が移動方向に関わらず移動をしているか、していないかという対象物の動作情報が得られる。
【００５５】
人間がトイレに入ってきて便座に向かってくる速度には下限、上限があるので、差分周波数信号１１３の周波数にも上限、下限がある。その上限、下限周波数から外れた周波数成分はノイズと考えられるのでフィルター１１５で除去することが望ましい。
【００５６】
フィルター１１５で選択した信号の振幅は一般的に数１０μＶ〜数ｍＶと非常に小さいので、アンプ、即ち増幅手段１９で数十倍から数千倍に増幅する。増幅された信号はＡＤ変換手段１２３でデジタル値に変換されて後段のデータ演算手段１２６に送られる。
【００５７】
前述のとおり、差分周波数信号１１３の周波数は近似的に人の移動速度に比例するので、ＡＤ変換後のデジタル信号１２４を解析して周波数を求めれば人の移動速度がわかるが、移動方向はわからない。その移動速度がある範囲に入っていればそれは人体の移動であると判断し、人体が移動しているとの検知結果を中央制御マイコン１３０に送って便蓋を開ける。人は便蓋が上がるのを待ってから便座に腰かける。
【００５８】
次に、温水洗浄便座は便蓋を上げた後、電波人感センサー１００のリニアＦＭ型定在波レーダーモードの検知結果に着目する。人が便座に腰掛けている状態でアンテナ１１０から送信された電波が腰掛けている人に当たって反射され、受信波としてアンテナ１１０に戻ってくる。
【００５９】
従って、伝送線路１０９上には送信波と、受信波の合成波が存在することになる。
【００６０】
検波手段１１１で合成波を検波すると、送信波と反射波の差分の周波数を持つ差分周波数信号１１３が得られる。差分周波数信号１１３には人と電波人感センサー１００のアンテナ１００までの距離情報が含まれている。
【００６１】
この差分周波数信号１１３をフィルター１１５に通して不要周波数成分を除去し、さらに増幅手段１１９で数十倍から数千倍に増幅し、ＡＤ変換手段１２３でデジタル変換してデータ演算手段１２６に入力する。
【００６２】
データ演算手段１２６では、入力されたデジタル信号１２４を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の処理をして、周波数軸の信号を時間軸の信号に変換し、時間軸の信号から、人と電波人感センサー１００との距離情報を算出する。算出した距離が所定の範囲内、例えば０ｃｍ〜４０ｃｍならば人が便座に座っていると判断し、着座しているという検知結果を生成し、中央制御マイコン１３０に送り、中央制御マイコン１３０はまだ便座に腰掛けているものと判断して温水吐水を許可し脱臭装置は停止させ、便器洗浄水を止水させる。
【００６３】
人と電波人感センサー１００の距離がある範囲内、例えば４０ｃｍ〜８０ｃｍならば人が便座から立ち上がったと判断して温水吐水を停止し、脱臭装置の動作を開始して便器洗浄水は止水したままにする。
【００６４】
さらに、人と電波人感センサー１００の距離がある距離、例えば８０ｃｍ以上になったら人が便器から離れていくものと判断し、温水吐水を停止したままにし、脱臭装置の動作を継続し、便器洗浄水を吐水させる。その後、ある一定時間が経過したら脱臭装置の動作を停止し、便蓋を閉じて一連の動作を完了させる。
【００６５】
上記の説明では、人が温水洗浄便座に近づいてくることの検知にドップラーレーダーだけを使用し、人が便座に着座していることの検知にリニアＦＭ型定在波レーダーを使用しているが、本発明はその使用方法を限定するものではなく、両者の検知結果を常時モニターして両者の検知結果から温水洗浄便座の動作を決定しても構わない。
【００６６】
また、上記ではドップラーレーダーとリニアＦＭ型定在波レーダーを１００ｍｓ毎に交互に動作させたが、本発明はその使用方法に限定するものではなく、ある時間ではドップラーレーダーだけ動作させてリニアＦＭ型定在波レーダーを停止させ、ある時間ではドップラーレーダーを停止させてリニアＦＭ型定在波レーダーだけを動作させてもよい。
【００６７】
さらに両者が動作する時間の割合を動的に変化させても構わない。
なお、上述の電波人感センサー１００を構成する構成要件はハードウェアに限らず、ソフトウェア（プログラム）で実現しても構わない。
【００６８】
本実施形態の電波人感センサー１００によれば、制御手段１２８によりドップラーレーダーモードが動作している場合には、対象物が移動方向に関わらず移動をしているか、していないかという対象物の動作情報が得られる。さらに、この電波人感センサー１００によれば、制御手段１２８によりリニアＦＭ型定在波レーダーモードが動作している場合には、対象物までの距離情報が得られる。
【００６９】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態に係る電波人感センサー２００を用いた温水洗浄便座システムのブロック図である。
図２の本発明の第２の実施形態のブロック図と、図１の本発明の第１の実施形態のブロック図との違いは検波手段、差分周波数信号、フィルター、増幅手段(Amp)の個数だけである。図２のアンテナ２１０は、送受信共用アンテナである。
【００７０】
第１の実施形態では、検波手段１１１、差分周波数信号１１３、フィルター１１５、増幅手段１１９はそれぞれ１系統しかなかったが、第２の実施形態の電波人感センサー２００では、それぞれ２系統を備えており、第１及び第２の検波手段２１１、２１２とアンテナ２１０との距離が異なる。両者の違いはこれだけであり、第１の実施形態と第２の実施形態の動作が同じ箇所の説明は割愛し、両者の動作が異なる箇所についてだけ説明する。
【００７１】
第２の実施形態では、検波手段が第１の検波手段２１１と第２の検波手段２１２の二つあり、第１の検波手段２１１はアンテナ２１０から伝送線路長１の距離で接続され、第２の検波手段２１２はアンテナ２１０から伝送線路長２の距離で接続されており、一般的には伝送線路長１と伝送線路長２の長さの差は発振手段２０８の変調がかかっていないときの送信波の波長のほぼ１／８に設定される。
【００７２】
伝送線路長１と伝送線路長２の長さの差が送信波の波長のほぼ１／８であると、第１の検波手段２１１が受ける送信波と受信波の位相差と比較して、第２の検波手段２１２が受ける送信波と受信波の位相差は送信波の波長のほぼ１／４になる。
【００７３】
電波人感センサー２００では、第１の検波手段２１１により出力される第１の差分周波数信号２１３は、第１のフィルター２１５に入力され、雑音が除去されて第１の増幅器２１９に入力され、増幅された第１の差分周波数信号であるアナログ信号はＡＤ変換手段２２３に入力され、ＡＤ変換手段２２３からの第１のデジタルデータ２２４がデータ演算手段２２６に入力される。
同様に、第２の検波手段２１２により出力される第２の差分周波数信号２１４は、第２のフィルター２１６に入力され、雑音が除去されて第２の増幅器２２０に入力され、増幅された第２の差分周波数信号であるアナログ信号はＡＤ変換手段２２３に入力され、ＡＤ変換手段２２３からの第２のデジタルデータ２２５がデータ演算手段２２６に入力される。
さらに、データ演算手段２２６で処理された情報１２７が、中央制御マイコン２３０に出力される。
【００７４】
第２の実施形態によれば、第１の変調信号生成手段２０２が固定電圧を発生し、第ｎ番目の変調信号生成手段２０３が階段(ステップ)状に上昇又は下降する電圧を発生する場合を仮定する。固定電圧で変調がかけられた場合、即ち変調がかけられていない無変調時にはドップラーレーダーモードでは第１の実施形態のドップラーモードで検知できた対象物の移動の有無、移動速度に加えて、接近か離反かという移動方向を検知できるという利点が生じる。
【００７５】
送信波に変調がかけられていないドップラーレーダーモードで対象物がアンテナ２１０に対して接近してくる場合には第１の差分周波数信号２１３の位相は第２の差分周波数信号２１４の位相より早くなる。
【００７６】
逆に、対象物がアンテナ２１０に対して離反していく場合には第１の差分周波数信号２１３の位相は第２の差分周波数信号２１４の位相より遅くなる。
【００７７】
従って、この電波人感センサー２００によれば、データ演算手段２２６で第１の差分周波数信号２１３と第２の差分周波数信号２１４の位相を比較してどちらが早いかを求めれば対象物が電波人感センサー２００に接近してくるのかそれとも離反していくのかを検知結果として出力できる。これにより、温水洗浄便座に対する人体の動きがより詳しくわかるため便蓋の開閉動作や温水の吐水又は停止動作や脱臭装置の起動又は停止動作や便器洗浄水の吐水・止水動作の確度が向上する。
【００７８】
（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態に係る電波人感センサー３００を用いた温水洗浄便座システムのブロック図である。
【００７９】
図３に示す本発明の電波人感センサー３００と、図２に示す本発明の電波人感センサー２００との違いは、アンテナが送信用アンテナ３１０と受信用アンテナ３２８の二つに分離されている点と、第１の検波手段３１１及び第２の検波手段３１２に入力される送信波の違いだけである。他の構成は同じであるので、説明は省略し、両者の動作が異なる箇所についてだけ説明する。
【００８０】
図３に示す本発明の電波人感センサー３００においては、検波手段が第１の検波手段３１１と第２の検波手段３１２の二つを有しており、第１の検波手段３１１には受信アンテナ３２８が受信する受信波と、発振手段３０８が発振する送信波が入力される。
さらに、第２の検波手段３１２には、受信アンテナ３２８が受信する受信波と、発振手段３０８が発振する送信波を遅延手段３２９により遅延した、つまり、送信波の遅延波とが入力されている。
【００８１】
一般的には、遅延手段３２９の遅延量は発振手段３０８の変調がかかっていない、つまり無変調時の送信波の波長のほぼ１／４に設定される。このような構成で第１の変調信号生成手段３０２が固定電圧を発生し、第２の変調信号生成手段３０３が階段(ステップ)状に上昇又は下降する電圧を発生する場合を仮定する。
【００８２】
固定電圧で無変調の場合には、ドップラーレーダーモードでは第１の実施形態のドップラーモードで検知できた対象物の移動の有無、移動速度に加えて、接近か離反かの移動方向を検知できるという利点が生じる。
【００８３】
送信波に変調がかけられていないドップラーレーダーモードにおいて、対象物がアンテナに対して接近してくる場合には、第１の差分周波数信号３１３の位相は、第２の差分周波数信号３１４の位相より早くなる。逆に、対象物がアンテナ３１０、３２８に対して離反していく場合には、第１の差分周波数信号３１３の位相は第２の差分周波数信号３１４の位相より遅くなる。
【００８４】
従って、この電波人感センサー３００によれば、データ演算手段３２６で第１の差分周波数信号３１３と第２の差分周波数信号３１４の位相を比較してどちらが早いかを求めれば、対象物が電波人感センサー３００に接近してくるのかそれとも離反していくのかを検知結果として出力できる。これにより、温水洗浄便座に対する人体の動きがより詳しくわかるため便蓋の開閉動作や温水の吐水又は停止動作や脱臭装置の起動又は停止動作や便器洗浄水の吐水又は止水動作の確度が向上する。以下、実施例を説明する。
【実施例】
【００８５】
（電波人感センサーの構成）
電波人感センサー１００においては、各モードのレーダーの構成部品となる発振手段１０８、送受信共用アンテナ１１０、検波手段１１１を、送受信ＲＦＩＣで構成している。送受信ＲＦＩＣは、ＳｉのＣＭＯＳ集積回路、Ｓｉ−Ｇｅの集積回路を使用することができる。１番目の変調信号生成手段１０２、２番目の変調信号生成手段１０３、選択手段１０６、データ演算手段１２６、制御手段１２８、フィルター１１５、増幅手段１１９、ＡＤ変換手段１２３及び、データ演算手段１２７等をマイコンで構成している。具体的には、電波人感センサー１００は、ガラスエポキシ樹脂基板（FR-4）上にＲＦＩＣ（InnoSenT社、型番SMR-334）とマイコン（ルネサスエレクトロニクス社、型番RX231）やソフトウェアとを実装して、構成されている。レーダーの周波数をＸバンド（１０ＧＨｚ）とした電波人感センサー１００のサイズは、例えば３ｃｍ×４ｃｍ×１ｍｍ程度の寸法で実現できた。実施例の電波人感センサー１００からほぼ２ｍ離れた位置から直近までの位置において、人体が電波人感センサー１００に対して接近してくるのか離反していくのかという動作情報及び電波人感センサー１００から人体までの距離情報が得られるという動作が確認された。
【００８６】
なお、上記実施形態は本発明の範囲内において適宜変更可能である。例えば電波人感センサー１００、２００、３００を搭載した装置としては専ら温水洗浄便座システムの例について説明したが、温水洗浄便座システムに何ら限定されるものではなく、現金自動預け払い機及びマルチファンクションプリンターのような対象物となる人体の検出のために電波人感センサー１００、２００、３００を用いる装置にも本発明を適用可能である。さらに、本発明の電波センサーの対象物は、人に限らず動物や移動する物体である荷物等にも適用できる。
【符号の説明】
【００８７】
１００、２００、３００：電波センサー（電波人感センサー）
１０２、２０２、３０２：１番目の変調信号生成手段
１０３、２０３、３０３：ｎ（ｎは２以上の整数)番目の変調信号生成手段
１０４、２０４、３０４：１番目の変調信号
１０５、２０５、３０５：ｎ（ｎは２以上の整数)番目の変調信号
１０６、２０６、３０６：選択手段
１０７、２０７、３０７：選択された変調信号
１０８、２０８、３０８：発振手段
１０９、２０９、３０９：伝送線路
１１０、２１０：送受信共用アンテナ
１１１：検波手段
１１３：差分周波数信号
１１５：フィルター
１１７：差分周波数信号
１１９：増幅手段
１２１：アナログ信号
１２３：ＡＤ変換手段
１２４：デジタル信号
１２６、２２６、３２６：データ演算手段
１２７、２２７、３２７：データ演算手段によって得られた情報
１２８、２２８、３２８：制御手段
１２９、２２９、３２９：選択信号
１３０，２３０、３３０：中央制御マイコン
２１１、３１１：第１の検波手段
２１２、３１２：第２の検波手段
２１３、３１３：第１の差分周波数信号
２１４、３１４：第２の差分周波数信号
２１５、３１５：第１のフィルター
２１６、３１６：第２のフィルター
２１７、３１７：第１のフィルターを通過した第１の差分周波数信号
２１８、３１８：第２のフィルターを通過した第２の差分周波数信号
２１９、３１９：第１の増幅手段
２２０、３２０：第２の増幅手段
２２１、３２１：増幅された第１の差分周波数信号
２２２、３２２：増幅された第２の差分周波数信号
２２３、３２３：ＡＤ変換手段
２２４、３２４：第１のデジタルデータ
２２５、３２５：第２のデジタルデータ
３２８：受信アンテナ
３２９：遅延手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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