(57)【要約】【課題】検知対象物がセンサ部に対して近距離の状態にある場合の静止又は略静止状態における検知精度を更に向上させ、且つ検知対象物の接近／離遠に関してもより精度良く判別することが可能なセンサ装置を提供する。【解決手段】外部へ放射する送信波を生成する発振器と、前記発振器からの送信波を第１伝送路と第２伝送路とに２分割する分岐部と、分割した伝送路を結合する結合部と、結合部で結合した送信波を送信すると共に、検知物体で反射した反射波を受信波として受信するアンテナ部と、前記第１伝送路及び第２伝送路の各々に設けられ、受信波の干渉によって得られる出力信号を生成するミキサ部とを備え、この２つのミキサ部からの出力信号の位相差が９０度になるように構成されたセンサ部と、この２つのセンサ部からの出力信号の任意の基準値に対する変化量に基づいて物体の有無を判定する判定部と、を備えたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部へ放射する送信波を生成する発振器と、前記発振器からの送信波を第１伝送路と第２伝送路とに２分割する分岐部と、分割した伝送路を結合する結合部と、結合部で結合した送信波を送信すると共に、検知物体で反射した反射波を受信波として受信するアンテナ部と、前記第１伝送路及び第２伝送路の各々に設けられ、受信波の干渉によって得られる出力信号を生成するミキサ部とを備え、この２つのミキサ部からの出力信号の位相差が９０度になるように第１伝送路と第２伝送路の分岐部とミキサ部、又はミキサ部と結合部との間の線路長を異なる長さにしたセンサ部と、
この２つのセンサ部からの出力信号の任意の基準値に対する変化量に基づいて物体の有無を判定する判定部と、
を備えたことを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記ミキサ部は、分割された第１伝送路及び第２伝送路上に、分岐部又は結合部から等距離に各々設けたことを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記ミキサ部は、第１伝送路及び第２伝送路上にミキサダイオードを直接接続することを特徴とする請求項１又は２記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記ミキサ部は、分岐部と、結合部の間の第１伝送路及び第２伝送路上に分岐部を設けてミキサダイオードを接続することを特徴とする請求項１又は２記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記分岐部及び結合部には、一方の伝送路からの電波を他方の伝送路に流すことを防ぐアイソレーターを備えたことを特徴とする請求項１乃至４何れか一項記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記発振器と分岐部との間の伝送路上に、発振器で生成された電波以外の周波数を低減させるフィルタ機構を設けたことを特徴とする請求項１乃至５何れか一項記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電波の送受信を行い検知対象物の検知を行い、検知対象物の静止又は略静止状態を精度良く検知でき、検知対象物の接近／離遠の判別を行うことができるセンサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電波の送受信を行い検知対象物の検知を行う電波センサは、検知対象物の動作速度によって得られる周波数や、検知対象物と電波センサとの距離による信号の振幅値によって検知を行っていた。しかし、一般的に電波センサは、電波センサから得られるドップラ信号を用いて検知を行っていたため、静止又は略静止状態にある検知対象物の検知を精度良く行うことはできなかった。
【０００３】
また、電波センサは、電波の送受信を行うための送信部、受信部が別体になっているものや、一体になっているもあり、電波センサの大きさや、使用用途に合わせて送信部及び受信部の形態を変化させていた。特に送受信一体型については、大きさを減少させることができると共に、検知対象物が近距離にある場合の送信部への受信波の侵入を防止することができる（特許文献１）。
【０００４】
ここで、電波センサを用いた静止又は略静止状態を検知するものもあり、センサ部から得られた複数の信号にそれぞれ異なる位相差を設けて、ある基準電圧に対して全波整流を行い、最大値の軌跡より検知対象物の静止状態又は略静止状態における電波センサからの距離を検知するものもある。また、同時に検知対象物の接近／離遠に関しても検知することが可能である。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２５７９０９（第２−３頁、第１、３、４図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記のように静止又は略静止状態を検知する電波センサがあるが、この電波センサは、外部に電波を送信する送信部と、外部から電波を受信する受信部が別体となっているため、検知対象物が電波センサに非常に近い場所においては、送信部からも受信波を受信してしまうため、電波センサから出力される出力信号に歪みが生じ、近距離における静止又は略静止状態の検知精度が低下する恐れがあった。
【０００７】
また、出力信号に歪みが生じた場合、接近離遠の判別を行うことが困難となるため、近距離における検知対象物の接近／離遠の判別精度も低下する恐れがあった。
【０００８】
そこで、本発明は、検知対象物がセンサ部に対して近距離の状態にある場合の静止又は略静止状態における検知精度を更に向上させ、且つ検知対象物の接近／離遠に関してもより精度良く判別することが可能なセンサ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
前記目的達成のために、外部へ放射する送信波を生成する発振器と、前記発振器からの送信波を第１伝送路と第２伝送路とに２分割する分岐部と、分割した伝送路を結合する結合部と、結合部で結合した送信波を送信すると共に、検知物体で反射した反射波を受信波として受信するアンテナ部と、前記第１伝送路及び第２伝送路の各々に設けられ、受信波の干渉によって得られる出力信号を生成するミキサ部とを備え、この２つのミキサ部からの出力信号の位相差が９０度になるように第１伝送路と第２伝送路の分岐部とミキサ部、又はミキサ部と結合部との間の線路長を異なる長さにしたセンサ部と、この２つのセンサ部からの出力信号の任意の基準値に対する変化量に基づいて物体の有無を判定する判定部と、を備えたことを特徴とする。
かかる構成により、送信部と受信部を一体にしたことにより、検知対象物がセンサ部に近い距離にある場合においても、２つの出力信号に歪みを生じることが無いため、近距離における静止、又は略静止状態における検知対象物を精度良く検知することが可能となる。
また、２つの出力信号に９０度の位相差を設けるように線路長を変更することにより、検知信号が距離に対してほぼ一意的に値を持つようになるため、静止又は略静止状態をより精度良く検知することが可能となる。
また、位相差を９０度に保持しつつ、且つ近距離における出力信号の歪みも低下させることができるため、時間軸における２つの出力信号の前後関係により接近／離遠を精度良く判別することが可能となる。
【００１０】
また、請求項２記載のように、前記ミキサ部は、分割された第１伝送路及び第２伝送路上に、分岐部又は結合部から等距離に各々設けたことを特徴とする。
かかる構成により、送信波又は受信波の何れか一方を同位相でミキサ部入力することができるため、２つの出力信号の振幅値に大きな差を生じさせること無く、出力信号を導出することが可能となり、検知信号が距離に対してほぼ一意的に値を持つようになるため、静止又は略静止状態をより精度良く検知することができる。
【００１１】
また、請求項３記載のように、前記ミキサ部は、第１伝送路及び第２伝送路上にミキサダイオードを直接接続することを特徴とする。
かかる構成により、静止又は略静止状態を検知する際に直流電圧値によって検知するが、ミキサ部を第１伝送路及び第２伝送路上に各々直接ミキサダイオードを接続するように構成することで、ミキサ部への送信波の流入量が制限されるため、出力信号の直流成分を低減することができ、検知信号をＤＣアンプにて増幅する等の信号処理を行う際に容易に行うことが可能となり、且つ直流成分が大きくなると信号処理部の駆動電圧を越えてしまい、静止又は略静止状態の検知対象部を精度良く検知できなくなるため、電波の流入量を制限することにより静止又は略静止状態の検知対象物を精度良く検知を行うことが可能となる。
【００１２】
また、請求項４記載のように、前記ミキサ部は、分岐部と、結合部の間の第１伝送路及び第２伝送路上に分岐部を設けてミキサダイオードを接続することを特徴とする。
かかる構成により、送信波を送信部とミキサ部に均等に配分することができるため、出力信号の振幅値を増大させることが可能となるため遠方における静止又は略静止状態を検知することが可能となる。また、検知対象物が遠方時を移動の際の出力信号の振幅値を大きくすることが可能であるため、遠方時の接近／離遠の判定もより精度良く行うことが可能となる。
【００１３】
また、請求項５記載のように、前記分岐部及び結合部には、一方の伝送路からの電波を他方の伝送路に流すことを防ぐアイソレーターを備えたことを特徴とする。
かかる構成により、送信波又は受信波が一方の伝送路を伝送して分岐部を通過して他方の伝送路に伝送してしまった場合、２つの出力信号の位相差が９０度でなくなるため、アイソレーターを備えることで、他方への伝送路への電波の伝送を防止し、出力信号の位相差を確保することができるため、静止又は略静止状態の検知精度を向上させることが可能となる。
【００１４】
また、請求項６記載のように、前記発振器と分岐部との間の伝送路上に、発振器で生成された電波以外の周波数を低減させるフィルタ機構を設けたことを特徴とする。
かかる構成により、分岐部と結合部との間の伝送路又は、アンテナ部と結合部との間の伝送路上にフィルタを設けると、遠方を検知した等により得られた小さな受信波信号を損失してしまう恐れがあるため、もっとも出力の大きい送信波のみが伝送する発振器と分岐部との間にフィルタを設けることで、発振器から出力される周波数以外の周波数成分を除去することができると共に、受信信号を損失しないため、出力信号を安定して出力することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。本実施例ではセンサ部からの受信波の周波数を、屋内センシング用途として使用できる１０．５〜１０．５５ＧＨｚとしているが、それ以外の周波数においても同様の効果を得ることができる。
ここで、図１に、本発明のセンサ装置の概略構成図、図２に分岐部の構成図、図３にミキサ部の概略構成図、図４に分岐部を使用したミキサ部の概略構成図、図５に発振器と分岐部との間の伝送に設けたフィルタの概略構成図、図６に検知信号の信号波形図を示す。
【００１６】
図１に本発明のセンサ装置の概略構成図を示す。ここで、本発明のセンサ装置は、電波を生成する発振器１００によって生成された送信波１０１は、伝送路を２分割する分岐部１０２によって分割される。分割された送信波１０１は、それぞれの伝送路である第１伝送路１００及び第２伝送路１１０を通って伝送される。そこで、２つの伝送路を合成する結合部１０３によって、第１伝送路１１０及び第２伝送路１１１は合成され、分割した送信波も合成される。合成された送信波は、アンテナ部１０４によって外部に放射される。
【００１７】
外部に放射された送信波１０１は、検知対象物に反射し、再度アンテナ部１０４によって受信波１０５として受信される。受信波１０５は、伝送路を２分割する結合部１０３によって分割され第１伝送路１１０及び第２伝送路１１１を伝送する。ここで、分割された伝送路である第１伝送路１１０及び第２伝送路１１１には、それぞれミキサ部１０６を有しており、ミキサ部１０６には送信波及び受信波が入力、合成されて検波を行い、検知対象物の大きさ、速度、距離に応じた出力信号１０７を導出する。
【００１８】
ここで、分岐部１０２によって２分割された第１伝送路１１０及び第２伝送路１１１は、それぞれ異なる長さに設定してある。それぞれの伝送路長差は、２つの出力信号１０７の位相差が９０度になるように設定しているものであり、線路長差を設ける場所としては、第１伝送路１１０及び第２伝送路１１１の分岐部１０２とミキサ部１０６との間の伝送路、又はミキサ部１０６と結合部１０３との間の伝送路とする。第１伝送路１１０及び第２伝送路１１１で、同じ区間の伝送路に差を設けることにより、出力信号１０７の位相差の確保が容易である。
【００１９】
また、第１伝送路１１０及び第２伝送路１１１に設けられたミキサ部１０６は、分岐部１０２又は結合部１０３から見て等距離の場所に設置するものである。これは、各分岐部１０２、１０３から等距離にミキサ部１０６を設置することで、送信波１０１又は受信波１０５の何れか一方の信号を同位相でミキサ部に入力することができるため、出力信号１０７の振幅値に大きな差が生じさせないことができる。出力信号１０７に大きな振幅値の差が生じてしまうと、検知信号１０８を導出する際にどちらか一方の信号を増幅する必要性が出てくるため、信号処理が複雑になってしまう。そのため、ミキサ部１０６の設置方法により後段での信号処理を容易に行うことが可能となる。
【００２０】
ミキサ部１０６より出力された出力信号１０７は、信号処理を行う判定部１０９に入力され、ここで、任意の基準値に対する変化量に基づいて物体の有無を判定するものである。判定部１０９においては、出力信号の直流成分及び交流成分について信号処理を行うことにより、検知対象物の有無、又は静止又は略静止状態の検知対象物との距離及び有無を検知するものである。
以上の構成によって、検知対象物の有無、又は静止、略静止状態における検知物体の有無及びセンサ装置からの距離を精度良く検知することが可能となり、且つ２つの信号の位相差を確保でき、検知対象物が近距離時の歪みを低減することができるため、検知対象物の接近／離遠を精度良く行うことが可能となる。
【００２１】
次に、各部の詳細な構造について示す。図２に分岐部の構成図を示す。
ここで分岐部２００は、一般的にはウィルキンソンカプラと呼ばれる分割器を使用している。本実施例ではＵ字型の分岐部を示しているが、Ｕ字型以外にも、Ｙ字型又はＴ字型もあり、どの分岐部を使用しても同様の効果を得ることができる。
分岐部２００は、ポート１（２０１）から入力を行えば分岐として機能するものであり、ポート２（２０２）、３（２０３）から入力を行えば結合器して機能するものである。例えば送信波側から見ると、分岐部は分岐、結合部は結合器となる。
各分岐部は、それぞれ分岐を行う際に、一方に伝送した電波が他方に逆流して伝送するのを防止するためにアイソレーション機能を有するものである。本実施例では、アイソレーション機能としてＵ字分岐に抵抗器２０４を挿入することによりポート２（２０２）からポート３（２０３）への逆流及びポート３（２０３）からポート２（２０２）への逆流を防止しており、この逆流を防止することによって、線路長で生成した９０度の位相差を確保することができ、静止又は略静止状態の検知対象部とを精度良く検知でき、接近／離遠の判定についても精度良く判定することができるものである。
【００２２】
図３にミキサ部の概略構成図を示す。図３のミキサ部は、伝送路上に直接ミキサダイオードを接続したものの概略構成図である。ここで、ミキサ部３００は、本実施例では、ミキサダイオード３０１のアノード側３０２を直接伝送路３０４に接続し、カソード側３０３から送信波３０５と受信波３０６を混合した波形を検波した出力信号３０７を導出するものである。ミキサダイオード３０１を伝送路３０４に直接接続することにより、送信波３０５と受信波３０６の一部をミキサダイオード３０１に取り込むため検知信号３０７の直流成分が増大するのを防いでいる。検知信号３０７の直流成分はミキサダイオード３０１への電波の流入量によって変化するものであり、静止又は略静止状態においては直流電圧値を基に検知対象物との距離を検知するため、電波の流入量を制限することで、センサ部及び判定部の駆動電源を越えるような直流電圧値を得ることを防ぎ、静止又は略静止状態の検知対象物の検知精度を高めると共に、判定部での信号処理を容易に行うことができる。
【００２３】
また、ミキサダイオード３０１のカソード側３０３には、大きな出力信号を得るために基板上における（１／４）波長の長さのスタブ３０８を設けている。更に、出力信号３０７に高周波成分を混在させないために、オープンスタブ３０９によって出力信号への高周波信号の混在を防止するものである。前記のように高周波成分をカットするための方法として、更にコンデンサ３１０を並列に接続したローパスフィルタを挿入することにより、後段の判定部での信号処理が容易に行うことができる。
【００２４】
図４に分岐部を使用したミキサ部の概略構成図を示す。本実施例では、分岐部にＴ字型分岐を使用した概略構成図としている。このミキサ部４００においては、伝送路中にＴ字分岐４０１を挿入することにより送信波４０２及び受信波４０３をミキサダイオード４０４へ効率良く伝送することができると共に、ミキサダイオード４０４から出力される出力信号４０５の振幅値を増大させることができるものである。ミキサダイオード４０４からの出力信号４０５を増大させることにより、遠方での静止又は略静止状態を正確に検知することができると共に、近距離だけでなく遠方での検知対象物の接近／離遠を容易に判定することが可能となる。
【００２５】
ここで用いた分岐部４０１は、送信波４０２を伝送する伝送路上に設けているため、ミキサ部４００に送信波４０２を伝送すると共に、アンテナ部への伝送を行う必要がある。そこで、分岐部、結合部とは異なり、分岐部にアイソレーション機能を持たせていない。アイソレーション機能を持たせないことによって、ミキサ部４００とアンテナ部へ等分に送信波を伝送することができるものである。また、分岐部４０１はミキサダイオード４０４のアノード側との接続を行うため整合回路を設けている。本実施例での整合回路は、伝送路にテーパーをつけた形状にすることでミキサダイオード４０１との整合を取っている。
【００２６】
前記に示したミキサ部は、それぞれ異なる特性を持っているが、本発明のセンサ装置をどのような用途に使用するかによって使い分けることが可能である。近距離における静止又は略静止状態を検知することを主とする場合においては、ミキサダイオードを伝送路に直接接続する方法を用いる方がより効果的であり、検知対象物の接近／離遠の検知を主とする場合には、ミキサ部に分岐部を用いた方法がより効果的である。
どちらの方法を用いる場合においても、近距離における出力信号の歪みを低減することが可能であるため、近距離における静止又は略静止状態における検知精度の向上、及び近距離における接近／離遠の判別の向上を行うことが可能となる。
【００２７】
次に、図５に発振器と分岐部との間の伝送に設けたフィルタの概略構成図について示す。本実施例で用いたフィルタ５００は、１３ＧＨｚ以下の周波数を通過させるローパスフィルタである。このフィルタ５００は、本実施例ではローパスフィルタで構成しているが、通過させた周波数だけを通過させるバンドパスフィルタでも良い。
ここで、フィルタ５００は、発振器５０１と分岐部５０２との間に設けている。分岐部５０２以降の伝送路５０３にフィルタ５００を設けると、送信波５０４のほかに受信波もフィルタ５００を通過してしまう。受信波は送信波５０４と比較しても振幅値が小さく、フィルタ５００を通過した際に生じる損失によって更に小さくなる恐れがある。そこで、受信波を損失することなく且つ不要な周波数帯を除去するためには、上記のように発振器５０１と分岐部５０２との間に設けるのが望ましい。
また、フィルタ５００の出力側から信号が入力することは、フィルタ５００のフィルタ特性の変動にも繋がる恐れがあるため、フィルタ部の出力側にはアイソレーターを入力するのが望ましい。但し、フィルタの出力側からの入力があってもセンサ部自身の動作に影響はない。
【００２８】
上記のセンサ部からの出力信号を基に、判定部では検知信号を導出して、静止又は略静止状態の検知対象物を検知するものである。図６に、検知信号の信号波形を示す。本実施例においては、２つの出力信号６００、６０１に位相差を９０°設けて、任意の基準電圧に対して全波整流を行い、２つの出力信号６００、６０１の最大値の軌跡を取ることで、検知対象物との距離によってほぼ一意的に値を導出することができる。この現象は静止物体についても距離によって直流電圧の変動があるため、その変動値を用いることによって導出できるものである。この波形６００、６０１を用いることによって、静止又は略静止状態の検知対象物についても、センサ装置からどの位置にいるかを概算することが可能となる。
【００２９】
以上のセンサ装置を用いる用いることによって、送信アンテナ、受信アンテナ別体型では誤検知をする恐れがあった近距離における静止又は略静止状態の検知対象物をより精度良く検知することができ、且つ接近／離遠に関しての判別精度も向上する。
【００３０】
本発明は、センサ部からの２つの出力信号に位相差９０°を設けて行ったものである。その他にも複数個の出力信号を用いて、それぞれの出力信号に位相差を持たせて検知信号を作成することによって距離に対して一意的な値がより正確に導出できるものである。また、半波整流を用いた方法もあるが、半波整流の場合には、更に多くの出力信号を必要とするため、センサ部が大型化する可能性がある。本発明は、センサ部の小型化、簡易化も含めて２つの出力信号を使用した方法を示したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセンサ装置の概略構成図
【図２】分岐部の構成図
【図３】ミキサ部の概略構成図
【図４】分岐部を使用したミキサ部の概略構成図
【図５】発振器と分岐部との間の伝送に設けたフィルタの概略構成図
【図６】検知信号の信号波形図
【符号の説明】
１００：発振器、１０１：送信波、１０２：分岐部、１０３：結合部、１０４：アンテナ部、１０５：受信波、１０６：ミキサ部、１０７：出力信号、１０８：検知信号、１０９：判定部、２００：分岐部、２０１：ポート１、２０２：ポート２、２０３：ポート３、２０４：抵抗器、３００：ミキサ部、３０１：ミキサダイオード、３０２：アノード側、３０３：カソード側、３０４：伝送路、３０５：送信波、３０６：受信波、３０７：出力信号、３０８：スタブ、３０９：オープンスタブ、３１０：コンデンサ、３１１：抵抗器、４００：ミキサ部、４０１：分岐部、４０２：送信波、４０３：受信波、４０４：ミキサダイオード、４０５：出力信号、５００：フィルタ、５０１：発振器、５０２：分岐部、５０３：伝送路、５０４：送信波、６００：出力信号（その１）、６０１：出力信号（その２）
【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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