(57)【要約】      （修正有）【課題】被検知体を確実に検知しつつ操作性を改善できる非接触スイッチ装置を提供する。【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、検知モードにおいては、いずれか１つに電波ビームを放射した時に被検知体の検知を確定すると、検知の確定に対応して前記複数の方向において検知が確定された時に前記負荷制御回路から出力すべき制御信号をそれぞれに決定し、前記検知モードが終了後、スイッチ入力モードにおいては、前記複数の方向のうちのいずれか１つにおける検知の確定に対応して前記負荷制御回路から前記検知モードにおいて決定された制御信号を出力させる。【選択図】図５
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【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、検知モードとスイッチ入力モードとを実行可能とされ、
前記検知モードにおいては、前記複数の方向のいずれか１つに電波ビームを放射した時に被検知体の検知を確定すると、その方向における検知の確定に対応して前記複数の方向において検知が確定された時に前記負荷制御回路から出力すべき制御信号をそれぞれに決定し、
前記検知モードが終了後、切り替えられた前記スイッチ入力モードにおいては、前記複数の方向のうちのいずれか１つにおける検知の確定に対応して前記負荷制御回路から前記検知モードにおいて決定された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２】
前記複数の方向のうちの１つの方向における検知の確定に対応して決定された制御信号が出力された後、前記検知モードに戻ることを特徴とする請求項１の記載の非接触スイッチ装置。
【請求項３】
前記スイッチ入力モードに切り替えられた後、検知が確定されない時間が所定値よりも長くなると前記検知モードに戻ることを特徴とする請求項１に記載の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、
前記複数の方向のいずれか１つに前記電波ビームを放射した時に被検知体の検知を確定すると、その方向における検知の確定に対応して前記負荷制御回路から制御信号を出力すると共に、前記被検知体を検知したのとは異なる方向において検知が確定された時に前記負荷制御回路が出力すべき制御信号をそれぞれに決定し、
前記複数の方向のいずれか１つにおける検知の確定に対応して前記負荷制御回路から制御信号を決定された通りに出力することを特徴とする非接触スイッチ装置。
【請求項５】
前記検知モードにおいて前記検知を確定するためのドップラー信号の周波数よりも、前記スイッチ入力モードにおいて前記検知を確定するためのドップラー信号の周波数のほうが高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つ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、
前記複数の方向のうちの第１の方向に電波ビームを放射した時に被検知体も検知を確定すると、その方向における検知の確定に対応して前記負荷制御回路から第１の制御信号を出力する共に、
電波ビームの方向を前記第１の方向とは異なる方向前記に固定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の非接触スイッチ装置。
【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として用いることができる。
【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非接触スイッチ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、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、検知モードとスイッチ入力モードとを実行可能とされ、前記検知モードにおいては、前記複数の方向のいずれか１つに電波ビームを放射した時に被検知体の検知を確定すると、その方向における検知の確定に対応して前記複数の方向において検知が確定された時に前記負荷制御回路から出力すべき制御信号をそれぞれに決定し、前記検知モードが終了後、切り替えられた前記スイッチ入力モードにおいては、前記複数の方向のうちのいずれか１つにおける検知の確定に対応して前記負荷制御回路から前記検知モードにおいて決定された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。
【０００８】
また、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、前記複数の方向のいずれか１つに前記電波ビームを放射した時に被検知体の検知を確定すると、その方向における検知の確定に対応して前記負荷制御回路から制御信号を出力すると共に、前記被検知体を検知したのとは異なる方向において検知が確定された時に前記負荷制御回路が出力すべき制御信号をそれぞれに決定し、前記複数の方向のいずれか１つにおける検知の確定に対応して前記負荷制御回路から制御信号を決定された通りに出力す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】
【０００９】
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非接触スイッチ装置を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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非接触スイッチ装置４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、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、ドップラー信号を発生する検波回路１２４と、が設けられている。
【００１１】
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。人体検知用の高周波センサ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。
【００１２】
物体が移動すると、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、負荷２０５の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などがある。
【００１３】
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う。制御判断回路２０６はまた、アンテナ１００の電波ビームの放射パターン１１１を遷移させる制御信号を出力する。
【００１４】
また、図２はアンテナ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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
図３は、本実施の形態にかかる非接触スイッチ装置を照明装置スイッチに応用した例を説明する図である。  
また、図４は、スイッチの作用を説明するタイミングチャートである。  
さらに図５はスイッチの作用を説明するためのフローチャートである。
【００２０】
部屋の、例えば壁面に図１の非接触スイッチ装置が固定されアンテナ１００のパッチ電極を含む面が略床面と垂直に、Ｄ−Ｄ線が略水平となるように固定されている。図３は、部屋の上方から床面方向を見た図である。人６が入室し、非接触スイッチ装置のビーム１１１ｂ方向で、例えば手をやや早めに振ると、検知信号が発生される。
【００２１】
図４において、ビーム１１１ａ及びビーム１１１ｂが交互に照射されている。この状態は図５の第１の検知（Ｓ３００）である。人６が入室しビーム１１１ｂによりスキャンされると（図３（ａ））、人体検知が確定され検知信号が発生される（Ｓ３０２）。なお、本実施の形態においては誤検知を防止するために第１の検知はＴ１及びＴ２から始まる２回のスキャンを含み、連続して検知信号が発生した場合に人体検知と確定される。しかし、検知を確定するための回数は、２回に限定されない。
【００２２】
本具体例においては、第１の検知において、人体有りと判断された１８０度方向のビーム１１１ｂによる検知を照明装置の非接触スイッチのオンに割り付ける。つまり、ビーム１１１ｂにより被検知体を検知したら、非接触スイッチをオンとする制御信号を出力する。一方、０度方向のビーム１１１ａによる検知を相反するオフに割り付ける。すなわち、入室する側のビームに照明装置を点灯させるという主機能を割り付ける。他方のビーム１１１ａには、相反した消灯の機能を割り付ける（Ｓ３０４）。
【００２３】
従って、これとは逆に、最初にビーム１１１ａにより人体を検知した場合には、ビーム１１１ａによる検知を非接触スイッチのオンに割り付ける。そして、ビーム１１１ｂによる検知を非接触スイッチのオフに割り付ける。
【００２４】
このように、本実施形態は、ビーム１１１ａ、１１１ｂの検知と、スイッチのオン・オフとが固定されておらず、最初に検知したビームをスイッチのオンまたはオフに割り付ける検知モードを備えている。
【００２５】
検知モード後は、スイッチ入力モード（Ｓ３０６）に切り替えられる。Ｔ４及びＴ５から始まる第２の検知において（図３（ｂ））、人６が手をやや早めに振るなどして検知された方向が判断される（Ｓ３０８）。もしビーム１１１ｂにより検知信号が２つ連続して発生すると、Ｓ３０４で割り付けられた機能に従い、非接触スイッチ装置が制御信号によりＴ６でオン状態に転じ、照明装置が点灯される（Ｓ３１０）。このあと、ビーム１１１ｂにより人６が検知されてもオン状態は継続される。
【００２６】
また、Ｔ７及びＴ８から始まる第３の検知において（図３（ｃ））、人６が移動または手を振るなどによりビーム１１１ａによる検知信号が２つ連続して発生すると、Ｔ９において非接触スイッチ装置は制御信号によりオフ状態に転じ、照明装置が消灯され（Ｓ３１２）、人６は退室し（図３（ｄ））、再びはじめの人体検知モード（Ｓ３００）に戻る。スイッチ入力モードに切り替えられた後、新たな検知が確定されない状態が所定時間経過
本実施の形態の場合、入室した方向のビームにより、人体検知（Ｓ３００）及び点灯のためスイッチオン信号を出力させるステップ（Ｓ３１０）が連続してなされるので操作性がよい。もし、０度方向から人６が入室する場合にはビーム１１１ａにより、はじめの人体検知及びスイッチオン信号を出力するステップが連続してなされる。
【００２７】
他方、ビームに対して非接触スイッチ装置のオン、オフが固定されていると、人体検知をしたビームとは別方向のビームによりオン状態にするケースが生じる。この場合、人６と、オン状態へ遷移させるビームとの間に、オフ状態へ遷移させるビームが配置されることになる。このために、例えばオン状態への遷移動作のつもりが、オフ状態継続とする誤検知を生じやすくなり、操作性もよくない。  
図６は、人体検知が確定した直ちに点灯させる場合のタイミングチャートである。第１の検知により人体検知が確定したら制御信号を出力しＴ３においてすぐに点灯させる。このときビーム１１１ａによる検知の確定により出力すべき制御信号が決定される。Ｔ４及びＴ５から始まる第２の検知において、ビーム１１１ｂにより人体が検知されてもオン状態は継続され、Ｔ７及びＴ８から始まる第３の検知においてビーム１１１ａの人体検知によりＴ９においてオフ状態とされる。この場合、検知モード及びスイッチ入力モードは連続しており、点灯までの時間を早めることができる。
【００２８】
次に、本実施形態の非接触スイッチ装置を衛生洗浄装置に応用した例について説明する。ここで、「衛生洗浄装置」とは、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装置をいう。  図７は、本応用例を説明する図である。また図８はそのタイミングチャートである。この場合、第１の検知における検知信号のビームに非接触スイッチ装置のオフ機能を、これと反対方向のビームにオン機能を割り付ける。すなわち、検知モードにおいて入室をビーム１１１ｂで検出し（図７（ａ））、それぞれのビームに機能を割り付ける。さらに、便座につき（図７（ｂ））、使用後手を振るなどによりビーム１１１ａからの第２の検知による信号が２つ発生後、制御信号が出力されＴ６で非接触スイッチ装置がオン状態となり吐水ノズルから吐水される（図７（ｃ））。
【００２９】
さらに、手を振るなど第３の検知による検知信号により、制御信号が出力されＴ９で非接触スイッチ装置がオフ状態に転じ吐水ノズルからの吐水が停止される（図７（ｄ））。この場合、照明装置と異なり、便座側のビーム１１１ａにオン状態機能を、退室する方向のビーム１１１ｂにオフ機能を割り付けるので操作性がよい。もちろん、本応用においては非接触スイッチ装置であることは使いやすさ、衛生面での効果が大きいことは言うまでもない。
【００３０】
以上は、２つのビームを略所定の繰り返し周波数で交互にスキャンする場合について説明した。しかし本発明はこれらに限定されない。図９は、本実施形態の変形例を説明するタイミングチャートである。
【００３１】
まず、進入方向検知期間における第１の検知によるスイッチ機能割り付け後はオン状態に転じる検知信号を待機している状態であるので、Ｔ３からはビーム１１１ａを放射するオン動作待機期間とする。Ｔ４から始まる第２の検知において検知信号が発生し非接触スイッチ装置がオン状態に転じ、ビームは１１１ａから１１１ｂに転じる。Ｔ４からの期間はオフ状態に転じる検知信号を待機した状態である。Ｔ５から始まる第３の検知において信号が検知されると非接触スイッチ装置はオフに転じ、ビームは１１１ｂから１１１ａに転じる。
【００３２】
この場合、オン動作待機期間が始まるＴ３以降において、ドップラー信号の高い周波数成分を検知できるようにすると、早い動きを確実に検知でき、ゆっくりした動きによる誤検知を抑制できる。また、入室方向が決まれば学習効果により、２回目以降のスイッチ機能割り付けを省略することができるので、Ｔ３まで進入方向検知のスキャンを省略できる。
【００３３】
非接触スイッチ装置がオン状態であれば次の動作はオフであり、オフ状態とする検知信号の待ち状態と言える。このために図９においてオフ動作待機時間は、オフ状態に遷移させるビーム１１１ｂの放射を継続した状態である。この場合、ビーム１１１ａの放射は不要である。
【００３４】
他方、図１０は、比較例のタイミングチャートである。比較例においてはスキャンが継続されている。Ｔ３から始まるオン状態をオフ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、例えばオフ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からも検知信号が出力されるとオン、オフ状態の遷移を誤る、または遅らせることがある。
【００３５】
これに対して図９に表す本変形例では、必要なビームのみが放射された待機状態であるので、正確かつ迅速に検知信号を得ることができる。このために、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として用いることができる。
【００３６】
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、発振回路、検波回路、制御回路などの形状、配置などに関し、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】
【００３７】
【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図である。
【図２】アンテナを表す模式図である。
【図３】非接触スイッチ装置の照明装置への応用例である。
【図４】図３を説明するタイミングチャートである。
【図５】図３を説明するフローチャートである。
【図６】図４の変形例のタイミングチャートである。
【図７】衛生洗浄装置への応用例である。
【図８】図７を説明するタイミングチャートである。
【図９】変形例のタイミングチャートである。
【図１０】比較例のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
４  非接触スイッチ装置、６  人、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
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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