(57)【要約】【課題】マイクロ波センサをアンプ部とセンサヘット部に分離したときに、どのような形態の送信指令パルスを外部から与えても、センサヘッド部から規定の安全強度を超えるマイクロ波が放出されないことを保証することにより、電波関連法規による無許可取扱を可能とする。【解決手段】マイクロ波の送信希望タイミング並びに送信希望パルス幅を規定する送信指令パルス信号を受け取るための外部端子を有するセンサヘッドハウジングに、マイクロ波発信素子と、前記外部端子から与えられる送信指令パルス信号に応答して前記マイクロ波発信素子をパルスドライブするドライブ回路とを内蔵し、かつ前記ドライブ回路には、マイクロ波発信素子をドライブするためのドライブ電力を規定値以下に制限するためのドライブ電力制限手段を組み込む。【選択図】　図１
2004093219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波の送信希望タイミング並びに送信希望パルス幅を規定する送信指令パルス信号を受け取るための外部端子を有するセンサヘッドハウジングに、マイクロ波発信素子と、前記外部端子から与えられる送信指令パルス信号に応答して、前記マイクロ波発信素子をパルスドライブするドライブ回路とを内蔵してなり、かつ前記ドライブ回路には、マイクロ波発信素子をドライブするためのドライブ電力を規定値以下に制限するためのドライブ電力制限手段が組み込まれている、ことを特徴とするマイクロ波センサのセンサヘッド。
【請求項２】
前記ドライブ電力制限手段が、前記マイクロ波発信素子をドライブするためのドライブパルスのパルス幅を、前記送信希望パルス幅が第１の基準値以下のときには当該送信希望パルス幅に応じた可変値とする一方、前記第１の基準値を越えるときには所定の固定値とするパルス幅制限手段を含む、ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波センサのセンサヘッド。
【請求項３】
前記ドライブ電力制限手段が、前記マイクロ波発信素子をドライブするためのドライブパルスを、前記外部端子に直流電圧が供給されているときには、所定パルス幅及び所定繰り返し周期を有するパルス列とする発振手段をさらに含む、ことを特徴とする請求項２に記載のマイクロ波センサのセンサヘッド。
【請求項４】
前記ドライブ電力制限手段が、前記マイクロ波発信素子をドライブするためのドライブパルスの波高値を規定値以下に制限する波高値制限手段をさらに含む、ことを特徴とする請求項２又は３に記載のマイクロ波センサのセンサヘッド。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載のマイクロ波センサのセンサヘッドと、当該センサヘッドのドライブ電力制限手段による制限範囲内の送信タイミング並びに送信パルス幅を規定する送信指令パルス信号を生成するアンプとを、前記外部端子に装着される電気コードを介して着脱自在に接続してなるアンプ分離型マイクロ波センサ。
【請求項６】
マイクロ波の送信希望タイミング並びに送信希望パルス幅を規定する送信指令パルス信号を受け取るための外部端子を有するセンサヘッドハウジングに、マイクロ波発信素子と、前記外部端子から与えられる送信指令パルス信号に応答して、前記マイクロ波発信素子をパルスドライブするドライブ回路とを内蔵してなり、
前記ドライブ回路が、前記外部端子から前記マイクロ波発信素子へと至る通電路に介在されたドライブスイッチと、前記外部端子から給電されて動作すると共に、その出力により前記ドライブスイッチをオンオフ制御する非安定マルチバイブレータ回路とを含み、かつ
前記非安定マルチバイブレータ回路は、その自励発振状態における出力立ち上がり所要時間が、前記送信希望パルス幅の許容最大値となるように、回路の時定数設定がされている、ことを特徴とするマイクロ波センサのセンサヘッド。
【請求項７】
前記マイクロ波発信素子と並列にツェナーダイオードが接続されている、ことを特徴とする請求項６に記載のマイクロ波センサのセンサヘッド。
【請求項８】
前記センサヘッドハウジング内のメモリには、個々のセンサヘッドを識別するためのＩＤ情報が、外部より読み出し可能に格納されている、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のマイクロ波センサのセンサヘッド。
【請求項９】
請求項６乃至請求項８の何れかに記載のマイクロ波センサのセンサヘッドと、当該センサヘッドの非安定マルチバイブレータ回路が自励発振を行うときの出力立ち上がり所要時間以下の送信パルス幅を規定する送信指令パルスを生成するアンプとを、前記外部端子に装着される電気コードを介して着脱自在に接続してなるアンプ分離型マイクロ波センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロ波送信出力が規定値を越えないようにした安全性の高いマイクロ波センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
工場内の生産ラインなどでインライン適用が可能な非破壊検査装置としては、Ｘ線検査装置や近接センサを利用した検査装置などが従来より知られている。Ｘ線を利用した検査装置にあっては、Ｘ線の取り扱いに細心の注意を必要とすること、装置が大型化することなどの欠点がある。また、近接センサを利用した検査装置にあっては、検査距離を大きく取れないという本質的な欠点がある。
【０００３】
これに対して、ガリウム・ヒ素ＦＥＴ等のような取り扱いの容易なマイクロ波発信素子が開発されたこともあって、マイクロ波を利用した検査装置（以下、マイクロ波センサという）が昨今脚光を浴びている。このようなマイクロ波センサの一例が図９に示されている。同図に示されるマイクロ波センサ７は、マイクロ波センサとして必要な回路要素乃至要素部品の全てを、共通のハウジングに収容してなるアンプ一体型の構造を有する。
【０００４】
なお、図において７０１は発振回路、７０２はドライブ回路、７０３は発信素子、７０４は受信素子、７０５は増幅回路、７０５ａは感度調整ボリューム、７０６はコンパレータ、７０７は信号処理回路、７０８は出力回路、７０９はオープンコレクタ出力タイプの外部出力端子、７１０は安定表示灯、７１１は動作表示灯、７１２は相互干渉防止回路、７１３はＤＣ電源を受け取るための受電端子、７１４は定電圧回路、７１５は電源リセット回路、４は被検出物体である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のマイクロ波センサにあっては、回路部品乃至要素部品の全てを共通のハウジングに収容してなるアンプ一体型の構造を有するものであるため、コンパクト化が難しく、取付スペースに制約を受けやすいという問題点が指摘されている。
【０００６】
ところで、光電センサや超音波センサなどの分野においては、アンプ一体型の構造を有するものと、アンプ分離型の構造を有するものとが知られている。そして、アンプ分離型構造を採用すれば、センサヘッド部とアンプ部とを別々のハウジングに収容することによって、センサヘッド部のコンパクト化を図り、取付スペース上の制約を解消することができる。
【０００７】
しかしながら、マイクロ波センサの場合にあっては、違法な使用（例えば法規制以上の送信出力生成）を防止する観点から、アンプ分離型構造を採用することが難しく、実際、従来よりアンプ分離型構造を有するマイクロ波センサは実用化されていなかった。
【０００８】
すなわち、図９の回路図において、例えばドライブ回路７０２と発信素子７０３とを専用のセンサヘッドハウジングに収容すれば、アンプ分離型構造を実現することができるが、そうすると、ドライブ回路７０２の入力端子が外部に露出されてしまうため、ここに過大な波高値やパルス幅を有する送信指令パルス信号が入力されると、発信素子７０３から出力されるマイクロ波の送信電力を法定の値以下に制限することが困難となる。このような状況は、センサヘッドを購入したユーザの側で、故意に送信指令パルス信号を変形することによって、容易に起こり得ることが想定される。
【０００９】
この発明は、上述の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、マイクロ波送信出力に関する法規制値を満足させつつも、アンプ分離型構造の採用を可能とすることにある。
【００１０】
この発明の、更に他の目的または作用効果については、以下の明細書の記載を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明のマイクロ波センサのセンサヘッドは、マイクロ波の送信希望タイミング並びに送信希望パルス幅を規定する送信指令パルス信号を受け取るための外部端子を有するセンサヘッドハウジング内に、マイクロ波発信素子と、前記外部端子から与えられる送信指令パルス信号に応答して、前記マイクロ波発信素子をパルスドライブするドライブ回路とを内蔵してなるものである。また、前記ドライブ回路には、マイクロ波発信素子をドライブするためのドライブ電力を規定値以下に制限するためのドライブ電力制限手段が組み込まれている。尚、ここで言う『規定値』は、法規制によって定められる値のみに限定されず、使用環境等に応じてユーザ側で適宜決定される任意の値であってもよい。
【００１２】
このような構成によれば、ドライブ回路内にドライブ電力制限手段が組み込まれていることから、外部端子から故意に変形された送信指令パルス信号が入力されたとしても、ドライブ電力制限手段の作用により、マイクロ波発信素子をドライブするためのドライブ電力は規定値以下に制限されるため、上記の外部端子がメーカ以外に開放されていたとしても、ユーザ側でセンサヘッドから高出力のマイクロ波を発生させることは不可能となり、これによりマイクロ波最大送信出力を保証しつつも、アンプ分離型構造を採用することが可能となる。
【００１３】
好ましい実施の形態においては、前記ドライブ電力制限手段が、前記マイクロ波発信素子をドライブするためのドライブパルスのパルス幅を、前記送信希望パルス幅が第１の基準値以下のときには当該送信希望パルス幅に応じた可変値とする一方、前記第１の基準値を越えるときには所定の固定値とするパルス幅制限手段を含むように構成しても良い。
【００１４】
このような構成によれば、マイクロ波発信素子をドライブするためのドライブパルスのドライブタイミングについては送信指令パルス信号により自在にコントロールできる一方、同ドライブパルスのパルス幅に関しては、第１の基準値以下にあっては送信指令パルス信号により自在にコントロールできるものの、第１の基準値を越えるときには予め決められた固定値とされるため、この固定値を例えば法定のマイクロ波最大送信電力に整合させることにより、ドライブパルスのパルス幅の面から、マイクロ波発信素子をドライブするためのドライブ電力を規定値以下に制限することができる。
【００１５】
好ましい実施の形態にあっては、前記ドライブ電力制限手段が、前記マイクロ波発信素子をドライブするためのドライブパルスを、前記外部端子に直流電圧が供給されているときには、所定パルス幅及び所定繰り返し周期を有するパルス列とする発振手段をさらに含むようにしても良い。
【００１６】
このような構成によれば、外部から送信指令パルス信号を与えずとも、所定パルス幅及び所定繰り返し周期を有するドライブパルス列を発生させることができ、ドライブパルスのパルス幅の面から、マイクロ波発信素子をドライブするためのドライブ電力を規定値以下に制限することができる。
【００１７】
好ましい実施の形態にあっては、前記ドライブ電力制限手段が、前記マイクロ波発信素子をドライブするためのドライブパルスの波高値を規定値以下に制限する波高値制限手段をさらに含むようにしても良い。
【００１８】
このような構成によれば、特に動作電源を外部から受け取るような場合において、その動作電源を故意に高めに設定するといった不正行為が行われたとしても、センサヘッド内部のマイクロ波発信素子の印加電圧は規定値以下に制限されるため、マイクロ波発信素子の印加電圧の面から、ドライブ電力を規定値以下に制限することができる。
【００１９】
尚、上述した種々の形態のセンサヘッドは、当該センサヘッドのドライブ電力制限手段による制限範囲内の送信タイミング並びに送信パルス幅を規定する（法規制を遵守した）送信指令パルス信号を生成するアンプに、外部端子に装着される電気コードを介して着脱自在に接続されるようにすると好ましい。
【００２０】
このようにして構成されるアンプ分離型マイクロ波センサによれば、マイクロ波の送信電力が法定値を超えない範囲で、アンプが生成する送信指令パルス信号に基づいてセンサヘッドが送信するマイクロ波を自在にコントロールすることができる。一方で、例えばセンサヘッドを購入したユーザの側で、故意に送信指令パルス信号を変形することによって、マイクロ波の送信電力を法定の値以上にしようとした場合にあっても、ドライブ電力制限手段の作用により、そのような高出力のマイクロ波発生を未然に防ぐことができる。
【００２１】
次に、別の観点より見た本発明のマイクロ波センサのセンサヘッドは、マイクロ波の送信希望タイミング及び送信希望パルス幅を規定する送信指令パルス信号を受け取るための外部端子を有するセンサヘッドハウジングに、マイクロ波発信素子と、前記外部端子から与えられる送信指令パルス信号に応答して、前記マイクロ波発信素子をパルスドライブするドライブ回路とを内蔵してなるものである。また、前記ドライブ回路が、前記外部端子から前記マイクロ波発信素子へと至る通電路に介在されたドライブスイッチと、前記外部端子から給電されて動作すると共に、その出力により前記ドライブスイッチをオンオフ制御する非安定マルチバイブレータ回路とを含むものである。さらに、前記非安定マルチバイブレータ回路は、その自励発振状態における出力立ち上がり所要時間が、前記送信希望パルス幅の許容最大値となるように、回路の時定数設定が行われている。
【００２２】
このような構成によれば、外部端子に供給される送信指令パルスのパルス幅が、非安定マルチバイブレータ回路の自励発振状態における出力立ち上がり所要時間よりも短ければ、非安定マルチバイブレータ回路は全く起動されないから、マイクロ波発信素子は送信指令パルス信号で規定された送信希望タイミング並びに送信希望パルス幅をもってパルスドライブされる。これに対して、送信指令パルス信号の送信希望パルス幅が非安定マルチバイブレータ回路の自励発振状態における出力立ち上がり所要時間よりも長ければ、非安定マルチバイブレータ回路の出力が立ち上がることにより、送信指令パルス信号により規定される送信希望パルス幅は無視されて、マイクロ波発信素子は非安定マルチバイブレータ回路により規定されたパルス幅並びに送信指令パルス信号で規定された送信希望タイミングをもってパルスドライブされることとなる。さらに、送信指令パルス信号により規定される送信希望パルス幅がさらに延びて、非安定マルチバイブレータ回路の自励発振状態における繰り返し周期を越えると、送信指令パルス信号で規定された送信希望タイミング並びに送信希望パルス幅は全く無視され、マイクロ波発信素子は非安定マルチバイブレータ回路の自励発振状態で規定されるパルス列によってパルスドライブされる。つまり、外部端子に直流電圧を供給すれば、センサヘッドからは非マルチバイブレータ回路の自励発振状態に従ったドライブパルス列が出力されるから、別途アンプユニットを備え付けずとも、センサヘッドだけでパルス状マイクロ波を繰り返し一定周期で発生させることが可能となる。
【００２３】
好ましい実施の形態においては、上記の非安定マルチバイブレータ回路を内蔵するセンサヘッドにおいて、さらにマイクロ波発信素子と並列にツェナーダイオードが接続しても良い。
【００２４】
このような構成によれば、特に、センサヘッドの電源を外部から供給するような場合、外部電源の電圧を故意に高めに設定するような不正が行われたとしても、マイクロ波発信素子の駆動電圧はツェナーダイオードで規定される値に維持されるから、このような外部電圧を操作することによる不正行為を未然に防止できる。なお、外部からの電圧供給は、前記送信指令パルス信号の外部入力端子からでも良いし、別途専用の電源供給端子を設けて、そこから内部回路に供給するようにしても良い。
【００２５】
尚、上述した種々の形態のセンサヘッドは、当該センサヘッドの非安定マルチバイブレータ回路が自励発振を行うときの出力立ち上がり所要時間以下の送信パルス幅を規定する送信指令パルスを生成するアンプに、外部端子に装着される電気コードを介して着脱自在に接続されるようにすると好ましい。
【００２６】
このようにして構成されるアンプ分離型マイクロ波センサによれば、マイクロ波の送信電力が法定値を超えない範囲で、アンプが生成する送信指令パルス信号に基づいてセンサヘッドが送信するマイクロ波を自在にコントロールすることができる。一方で、例えばセンサヘッドを購入したユーザの側で、故意に送信指令パルス信号を変形することによって、マイクロ波の送信電力を法定の値以上にしようとした場合にあっても、ドライブ電力制限手段の作用により、そのような高出力のマイクロ波発生を未然に防ぐことができる。
【００２７】
別の一面から見た本発明のセンサヘッドにあっては、上述の各発明において、センサヘッドハウジング内のメモリには、個々のセンサヘッドを識別するためのＩＤ情報が、外部より読み出し可能に格納されているようにしても良い。
【００２８】
このような構成によれば、センサヘッドユニットとアンプユニットとの組を多数組設けてなるような計測システムにおいても、各アンプユニット側において、センサヘッドユニット側のＩＤ情報を読み出すようにすれば、センサヘッドユニットを生産ラインに直に組み込む一方、アンプユニットについては遠く離れた制御盤に組み込むような場合にあっても、両者の接続間違いによる誤動作を未然に防止することができる。
【００２９】
すなわち、多数のセンサヘッドユニットが存在するとは云え、この種のシステムにおいては、個々のセンサヘッドユニットをそれぞれ固有の送信希望タイミング並びに送信希望パルスをもってパルスドライブする場合が多いから、センサヘッドユニットとアンプユニットとを誤って接続すると、計測動作に支障を来し、制御システム全体の誤動作を引き起こす虞れも想定される。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明のいくつかの実施の一形態を添付図面に従って詳細に説明する。なお、言うまでもないが、以下の実施の形態は本発明の一例を示すものに過ぎず、本発明の要旨は特許請求の範囲によってのみ規定されるものである。
【００３１】
本発明センサヘッドを含むマイクロ波センサ全体の回路図（第１実施形態）が図１に示されている。同図に示されるように、このマイクロ波センサは、送信用センサヘッド部１と、受信用センサヘッド部２と、アンプ部３とに分離構成されている。後に詳細に説明するように、それらのセンサ構成要素１，２，３は、いずれも専用のハウジングを備えており、相互間の信号伝達は専用の電気コードを介して行われる。なお、図では、電源ラインについては図示を省略されているが、いずれも外部から供給されるものである。すなわち、アンプ部３に対する電源供給は、ＤＣ電源受電用の外部端子３１２を介して行われる。また、送信用センサヘッド部１に対する電源供給は、後述する外部端子１２０を介して行われる。同様に、受信用センサヘッド部２に対する電源供給も、後述する外部端子２２０を介して行われる。
【００３２】
次に、送信用センサヘッド部１の構成について説明する。送信用センサヘッド部１は、マイクロ波の送信希望タイミング並びに送信希望パルス幅を規定する送信指令パルス信号を受け取るための外部端子１２０を有するセンサヘッドハウジング（詳細は後述する）を備えている。また、センサヘッドハウジングの内部には、マイクロ波を被検出物体４に向けて送信するマイクロ波発信素子１１０と、外部端子１２０から与えられる送信指令パルス信号に応答して、マイクロ波発信素子１１０をパルスドライブするリミッタ付ドライブ回路１００が内蔵されている。このリミッタ付ドライブ回路１００には、マイクロ波発信素子１１０をドライブするためのドライブ電力を法定の規定値（１０ｍＷ）以下に制限するためのドライブ電力制限手段が組み込まれている。
【００３３】
リミッタ付ドライブ回路１００の内部構成を示す回路図が図２に示されている。同図に示されるように、リミッタ付ドライブ回路１００は、外部端子１２０からマイクロ波発信素子１１０へと至る通電路に介在されたドライブスイッチであるＰＮＰトランジスタＴＲ１と、外部端子１２０から給電されて動作すると共に、その出力により前記ドライブスイッチであるＰＮＰトランジスタＴＲ１をオンオフ制御する非安定マルチバイブレータ回路ＯＳＣとを含んでいる。この例では、非安定マルチバイブレータ回路ＯＳＣは、互いに従属接続された２個のインバータＡ１，Ａ２と、それらの帰還回路を構成するコンデンサＣ１、抵抗Ｒ１，Ｒ２とを含んで構成される。なお、抵抗Ｒ３，Ｒ４は、トランジスタＴＲ１の動作点を規定するものである。
【００３４】
また、図示例にあっては、発信素子１１０と並列にツェナーダイオードＺＤが接続されており、これにより発信素子１１０の印加電圧はツェナーダイオードＺＤのクリップ電圧Ｖｚ（例えば、５．６Ｖ）以下に規制される。
【００３５】
加えて、非安定マルチバイブレータ回路ＯＳＣは、その自励発振状態における出力立ち上がり所要時間が、外部端子１２０に供給される送信指令パルス信号の送信希望パルス幅の許容最大値となるように、回路の時定数が設定されている。
【００３６】
発信素子１１０は、リミッタ付ドライブ回路１００から出力されるドライブパルスによって駆動され、駆動電圧に応じた振幅並びに駆動パルス幅に応じたパルス幅を有するパルス状マイクロ波を被検出物体４に向けて送り出し乃至照射するように構成されている。発信素子１１０としては、市販の製品を適宜選んで採用することができ、例えばユピテル工業（株）製の発振モジュール（ＹＭＫ００５−Ａ１Ａ）などを使用することができる。
【００３７】
次に、図１に戻って、受信用センサヘッド部２について説明する。受信用センサヘッド部２は、マイクロ波受信出力を外部へと送り出すための外部端子２２０を有する専用のハウジング（詳細は後述する）を備えている。このハウジング内には、被検出物体４で反射されて到来するマイクロ波を受信すると共に、その受信レベルに応じた電気信号である受信出力を外部端子２２０へ送り出すための受信素子２１０が内蔵されている。
【００３８】
次に、アンプ部３の構成について説明する。アンプ部３も専用のハウジング（詳細は後述する）を備えている。このハウジングには、送信指令パルス信号を送信用センサヘッド部１へ向けて外部へと送り出すための外部端子３１４と、受信用センサヘッド部２からの受信出力を受け取るための外部端子３１３と、スイッチング出力を外部へと送り出すための外部端子３１１と、ＤＣ電源を外部から受け付けるための外部端子３１２とを有している。
【００３９】
アンプ部３の内部回路については、先に図９において説明したアンプ一体型マイクロ波センサとほぼ同様であって、両者の違いは、ドライブ回路７０２、発信素子７０３及び受信素子７０４が除かれているに過ぎない。
【００４０】
すなわち、アンプ部３内には、発振回路３０１と、感度調整ボリューム３０２ａを備えた増幅回路３０２と、コンパレータ３０３と、信号処理回路３０４と、出力回路３０５と、相互干渉防止回路３０６と、安定表示灯３０７と、動作表示灯３０８と、定電圧回路３０９と、電源リセット回路３１０とが含まれている。
【００４１】
発振回路３０１は、本発明に関連する送信指令パルス信号を生成する他、相互干渉防止回路３０６などと協働しつつ、同期制御信号を生成して、これを信号処理回路３０４へと供給する。
【００４２】
増幅回路３０２は、受信出力を設定感度をもって増幅する。コンパレータ３０３は、増幅回路３０２の出力を所定しきい値を基準として二値化することで、受信パルスを生成する。信号処理回路３０４は、発振回路３０１から与えられた同期制御信号に基づいて、所定の検出アルゴリズムを実行することにより、被検出物体４の有無に対応した判定出力を生成する。この信号処理回路３０４はこの例ではマイクロコンピュータにより実現されている。出力回路３０５は、信号処理回路３０４の安定出力に基づいて、スイッチング出力を生成し、これを外部端子３１１から外部へと送り出す。出力回路３０５は、この例ではオープンコレクタ出力型とされている。定電圧回路３０９は、外部端子３１２から与えられるＤＣ電源を安定化した後、アンプ部３内の各回路へと供給する。電源リセット回路３１０は、定電圧回路３０９の出力の立ち上がりに応答して電源リセットパルスを生成し、これで出力回路３０５を初期状態にリセットする。
【００４３】
定電圧回路３０９で生成された安定化ＤＣ電源は、所定の信号経路を経て、送信用センサヘッド部１並びに受信用センサヘッド部２に対しても供給される。
【００４４】
以上の構成によれば、アンプ部３の外部端子３１２にＤＣ電源が供給されてアンプ部３の内部回路が動作を開始すると、発振回路３０１で生成された送信指令パルス信号は、アンプ部３の外部端子３１４を介して外部へと送出され、さらに送信用センサヘッド部１の外部端子１２０を介して送信用センサヘッド部１へと取り込まれる。送信用センサヘッド部１に取り込まれた送信指令パルス信号は、リミッタ付ドライブ回路１００に与えられ、リミッタ付ドライブ回路１００からは送信指令パルス信号で規定された送信希望タイミング並びに送信希望パルス幅を有するドライブパルスが発信素子１１０へと与えられる。すると、発信素子１１０からは、ドライブパルスの送信タイミング並びに送信パルス幅に応じたパルス状マイクロ波が被検出物体４へ向けて照射される。非検出物体４で反射されたマイクロ波は、受信用センサヘッド部２において、受信素子２１０で受信され、対応する電気信号に変換される。こうして得られた受信出力は、受信用センサヘッド部２の外部端子２２０を介して外部へと送り出される。この受信出力は、センサヘッド部３の外部端子３１３を介してアンプ部３内へと取り込まれ、先に説明したように、増幅回路３０２，コンパレータ３０３，信号処理回路３０４，出力回路３０５を介してスイッチング出力が生成され、こうして得られたスイッチング出力が外部端子３１１を介して外部へと送出される。
【００４５】
次に、本発明の要部である送信用センサヘッド部１内のリミッタ付ドライブ回路１００の動作を、図２の回路図並びに図３の波形図を参照しながら説明する。
【００４６】
図２の回路図から明らかなように、ドライブスイッチを構成するトランジスタＴＲ１のベース端子は、抵抗Ｒ３及びＲ４を介してアースされているため、非安定マルチバイブレータＯＳＣが立ち上がる前の状態（反転アンプＡ２の出力が”Ｌ”の状態）では、トランジスタＴＲ１は常にオン状態とされている。従って、この状態におけるトランジスタＴＲ１のコレクタ側には、外部端子１２０に与えられた電圧がそのまま印加される。尤も、このトランジスタＴＲ１のコレクタ側の電圧は、ツェナーダイオードＺＤによってクリップされるから、発信素子１１０への印加電圧は、常にツェナーダイオードＺＤのクリップ電圧（例えば、５．６Ｖ）以下とされる。
【００４７】
従って、外部端子１２０に与えられる送信指令パルス信号のパルス幅（”Ｈ”期間）が、非安定マルチバイブレータＯＳＣの出力立ち上がりに必要な時間よりも短ければ、非安定マルチバイブレータＯＳＣは全く発振動作を行わないから、外部端子１２０に与えられた送信指令パルス信号で規定される送信希望タイミング並びに送信希望パルス幅をもって、発信素子１１０がパルスドライブされる。もちろん、この状態においては、発信素子１１０のドライブ電力は法定された規定値（１０ｍＷ）以下に制限され、過大なマイクロ波が誤って送出される虞れはない。
【００４８】
これに対して、外部端子１２０に供給される送信指令パルス信号のパルス幅（”Ｈ”期間）が、非安定マルチバイブレータＯＳＣの立ち上がりに要する規定時間を越えると、非安定マルチバイブレータＯＳＣを構成する反転アンプＡ２の出力が”Ｈ”となることによって、トランジスタＴＲ１がオフされ、外部端子１２０に供給される信号電圧は”Ｈ”が続いているにも拘わらず、発信素子１１０に印加される電圧は強制的に”Ｌ”とされる。その結果、送信指令パルス信号で規定された送信希望パルス幅は”Ｈ”状態が続いていても、発信素子１１０に印加されるドライブパルスのパルス幅は非安定マルチバイブレータＯＳＣの回路時定数で規定された固定値となり、発信素子１１０のドライブ電力は許容最大値の状態に維持される。一方、この状態においても、外部端子１２０に供給される送信指令パルス信号の送信希望パルス幅の値が、自励状態にある非安定マルチバイブレータ回路ＯＳＣの繰り返し周期よりも短いときには、外部端子１２０の電圧が”Ｈ”から”Ｌ”に復帰すると共に、発信素子１１０への印加電圧も”Ｈ”から”Ｌ”に復帰するため、送信指令パルス信号で規定される送信希望タイミングについては同期がとれた状態に維持される。
【００４９】
これに対して、送信指令パルス信号で規定される送信希望パルス幅がさらに延長されて、非安定マルチバイブレータ回路ＯＳＣの出力立ち上がりに要する時間を越えると、非安定マルチバイブレータＯＳＣが自励発振状態となるため、発信素子１１０に印加されるドライブパルスの波形は、非安定マルチバイブレータ回路ＯＳＣの発振出力と整合したものとなり、送信指令パルス信号により規定された送信希望タイミング並びに送信希望パルス幅は完全に無視される。
【００５０】
尤も、このような自励発振状態は、外部端子１２０に対してアンプユニットからではなく、単なる直流電圧を供給したことによっても生ぜしめることができる。すなわち、外部端子１２０に対して所定の電圧値を有する直流電圧が印加されると、非安定マルチバイブレータ回路ＯＳＣが自励発振状態となり、発信素子１１０に対して、規定の最大許容パルス幅並びに規定の周期を有する（例えば、ここでは、デューティ５０％の波形）を有するドライブパルスが供給されるから、アンプユニットを別途接続せずとも、送信用センサヘッド部１を有するだけで、予め決められた周期並びにデューティを有するドライブパルスを発信素子１１０へと与え、発信素子１１０から対応するパルス幅並びに周期を有するパルス状マイクロ波を自動的に発生させることができる。これを利用すれば、後述するように、送信用センサヘッド部１並びに受信用センサヘッド部２のみを備え、アンプユニット３を設けずとも、この種のマイクロ波を用いた検査動作を実現することができる。
【００５１】
以上説明したリミッタ付ドライブ回路の３種類の動作が、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示されている。
【００５２】
同図（ａ）に示されるように、外部端子１２０に直流電圧Ｖｉｎが供給されると、ドライブ出力波形は波高値Ｖｚ、パルス幅Ｔ１、繰り返し周期Ｔ４を有するパルス列となる。このパルス列の波形は、非安定マルチバイブレータＯＳＣの自励発振状態におけるパルス幅と整合する。同図（ｂ）に示されるように、外部端子１２０に供給される送信指令パルス信号のパルス幅Ｔ２が時間Ｔ１を越え、かつ時間Ｔ４よりも短い場合には（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ４）、ドライブ出力波形はパルス幅Ｔ１かつ繰り返し周期は送信指令パルス信号に同期したものとなる。ここで、時間Ｔ１は自励状態にある非安定マルチバイブレータＯＳＣの出力パルス幅に整合する。同図（ｃ）に示されるように、外部端子１２０に供給される送信指令パルス信号のパルス幅Ｔ３が時間Ｔ１よりも短い（Ｔ３＜Ｔ１）場合には、送信指令パルス信号の波形とドライブ出力波形とは同一となる。そのため、送信指令パルス信号で規定される送信希望タイミング並びに送信希望パルス幅がいずれも有効となる。
【００５３】
次に、本発明センサヘッド部の他の例を含むマイクロ波センサ全体の回路図（第２実施形態）が図４に示されている。なお、同図において前記第１実施形態と同一構成部分には同符号を付して説明は省略する。
【００５４】
この第２実施形態の特徴は、送信用センサヘッド部１内に、当該センサヘッドを識別するための個別情報を記憶したＥＥＰＲＯＭなどのメモリ１３０が内蔵され、このメモリ１３０の内容は、外部端子１４０，１５０を介してアンプ部３内の信号処理回路３０４によって読み取り可能とされている点にある。これに対応して、アンプ部３側にも、メモリ内容読み取りのための外部端子３１５，３１６が設けられる。
【００５５】
アンプ部３の信号処理回路３０４を構成するマイクロコンピュータでは、送信用センサヘッド部内のメモリ１３０から読み取られたＩＤ情報に基づいて、自機に接続された送信用センサヘッド部が適切なものであるかどうかを確認することができる。なお、このような相手方確認のための機能を実現するためのソフトウェアは当業者であれば容易に製作できるであろうから、フローチャートなどによる詳細説明はここでは省略する。
【００５６】
従って、この第２実施形態によれば、多数のセンサヘッド部を使用しかつセンサヘッドの取付現場とアンプ部の据付場所とがかけ離れているような場合にあっても、その都度接続コードを辿って接続関係を視覚的に確認せずとも、アンプ部側の確認用ソフトウェアを起動させるだけで、自機に接続されたセンサヘッド部が予定されたものであるかどうかを容易に確認することができる。
【００５７】
尚、送信用センサヘッド部１の側において接続されたアンプの識別を行い、規定の送信指令パルス信号を出力するアンプ部が接続された場合のみマイクロ波を送信するようにすれば、先述したドライブ電力制限手段をセンサヘッド側に設けなくとも、マイクロ波発信素子のドライブ電力が規定値以上となることを防止することが可能である。
【００５８】
このような場合の一実施例を示すマイクロ波センサ全体の回路図が図５に示されている。なお、同図において前記第２実施形態と同一構成部分には同符号を付して説明は省略する。
【００５９】
この変形例に示すマイクロ波センサにあっては、センサヘッド１にはドライブ回路１０００には先述したリミッタ（マイクロ波制限手段）が設けられておらず、信号処理回路１６０、個別情報を記憶したＥＥＰＲＯＭなどのメモリ１３０、並びに接続確認表示灯１７０が内蔵されている。一方、アンプ部３には、予め定められた（組合せ可能な）センサヘッドを識別するための個別情報を記憶したＥＥＰＲＯＭなどのメモリ３１７が内蔵されている。センサヘッド部１の信号処理回路１６０は、このメモリ３１７に記憶された個別情報と、センサヘッドのメモリ１３０から読み出された内容（個別情報）との照合を行うことにより、接続されたアンプが組合せ可能なものか否かを判別するように構成されている。
【００６０】
この変形例によるセンサヘッド部１の動作内容が図６のフローチャートに示されている。
【００６１】
センサヘッド部１への電源が供給された状態において、電気コードを介してセンサヘッド並びにアンプ部の各々の端子部同士の接続（外部端子１４０と外部端子３１５、並びに外部端子１５０と外部端子３１６）がなされると、接続時初期動作として信号処理回路１６０によりアンプ部３のメモリ３１７に記憶された個別情報が読み込まれる（ステップ６０１）。
【００６２】
次いで、センサヘッド部１のメモリ１３０に記憶された個別情報が読み込まれ、ステップ６０１で読み込まれた個別情報との照合を行う（ステップ６０２）。
【００６３】
この照合が一致した場合には（ステップ６０３ＹＥＳ）、予定されたアンプとセンサヘッドとが接続されたことを示す表示として、接続確認表示灯１７０が青色発光され（ステップ６０４）、以降、新たな接続が行われるまで、ドライブ回路１０００、発信素子１１０を介して、アンプ部３の発振回路３０１から入力される送信指令パルス信号に応じたマイクロ波が送信される。
【００６４】
一方、照合が不一致である場合には（ステップ６０３ＮＯ）、組合せ不可能なアンプとセンサヘッドが接続されたことを示す表示として、接続確認表示灯１７０が赤色発光され（ステップ６０５）、以降、新たな接続が行われるまで、信号処理回路１６０はドライブ回路１０００に対して発信停止信号を出力し、これにより、発振素子１１０からのマイクロ波の送信が禁止される。
【００６５】
このような構成によれば、予定されたセンサヘッドと予定されたアンプ部とが接続されていることが確認されたときにのみ、予めアンプ部で定められた送信指令パルス信号に基づくマイクロ波が送信されるから、例えば、ユーザの用意した任意のアンプ部を当該センサヘッドに接続することにより、過大出力（法定値以上）のマイクロ波が発生されてしまうといった事態も、未然に防ぐことができる。
【００６６】
次に、本発明センサヘッドを含むマイクロ波センサ全体の外観図が図７に示されている。同図において、１は送信用センサヘッド部、２は受信用センサヘッド部、３はアンプ部、１ａは送信用センサヘッド部のハウジング、２ａは受信用センサヘッド部のハウジング、３ａはアンプ部のハウジング、５及び６は各センサヘッド部とアンプ部とを繋ぐ電気コード、１１は送信用ヘッド部１の外部端子であるコネクタプラグ、２１は受信用ヘッド部２の外部端子であるコネクタプラグ、５１は電気コード５の供給側に設けられたコネクタプラグ、５ａ，５ｂは電気コード５の各分岐ライン、５２は分岐ライン５ａの先端に設けられたコネクタレセプタクル、５３は分岐部５ｂの先端に設けられたコネクタレセプタクル、６１は電気コード６の先端に設けられたコネクタレセプタクルである。
【００６７】
このように、このマイクロ波センサの全体は、送信用センサヘッド部１と、受信用センサヘッド部２と、電気コード６が付属されたアンプ部３と、それらを接続するための二股状電気コード５とからなる４つの部品で構成される。殊に、送信用並びに受信用センサヘッド部１，２とアンプ部３とが完全に分離されているため、送信用センサヘッド部１並びに受信用センサヘッド部２は小型なものとなって、狭いスペースに容易に取り付けることが可能となる。
【００６８】
次に、本発明センサヘッドの他の応用例を示す説明図が図８に示されている。この例にあっては、アンプ部３を用いることなく、この種のマイクロ波を利用した物体検出を可能としている。この場合、送信用センサヘッド部３に対しては電気コード５ａを介して直流電圧が印加される。すると、先に説明したように、送信用センサヘッド部３からは、内蔵された発振手段としての非安定マルチバイブレータが自励発振状態となることによって、送信用センサヘッド部３からは規定のパルス幅並びに繰り返し周期を有するパルス状マイクロ波が自動的に発振出力される。一方、マイクロ波の受信出力は、受信用センサヘッド部２を介して外部へと出力され、これは電気コード５ｂを介して、適宜な外部信号処理系へと与えられる。この外部信号処理系に関しては、ユーザ側において自由に設計することができるから、ユーザは送信用センサヘッド部１並びに受信用センサヘッド部２を購入するだけで、自前で、マイクロ波検査システムを構築することができる。
【００６９】
尚、上記の例では、リミッタ付ドライブ回路１００におけるドライブパルスの発生手段として非安定マルチバイブレータを適用したものを示したが、リミッタ付ドライブ回路１００は、このような自励発振回路によるものに限定されず、例えば水晶、セラミックによる発振回路や、その発振回路と分周期とを組み合わせたもの、又はＣＰＵ等を用いても同様の動作を実現できることは言うまでもない。
【００７０】
以上述べたように、本発明のセンサヘッドは、マイクロ波の送信希望タイミング並びに送信希望パルス幅を規定する送信指令パルス信号を受け取るための外部端子１１を有するセンサヘッドハウジング１ａ内に、マイクロ波発信素子１１０と、外部端子１２０から与えられる送信指令パルス信号に応答して、マイクロ波発信素子１１０をパルスドライブするドライブ回路１００とを内蔵してなるものである。また、ドライブ回路１００には、マイクロ波発信素子をドライブするためのドライブ電力を規定値以下に制限するためのドライブ電力制限手段が組み込まれている。
【００７１】
ドライブ電力制限手段としては、マイクロ波発信素子１１０をドライブするためのドライブパルスのパルス幅を、送信希望パルス幅が第１の基準値（Ｔ１）以下のときには当該送信希望パルス幅に応じた可変値とする一方、第１の基準値（Ｔ１）を越えるときには所定の固定値（この例ではＴ１）とするパルス幅制限手段を含んでいる。
【００７２】
また、ドライブ電力制限手段が、マイクロ波発信素子１１０をドライブするためのドライブパルスを、前記外部端子１２０に直流電圧が供給されているときには、所定パルス幅（Ｔ１）及び所定繰り返し周期（Ｔ４）を有するパルス列とする自励発振手段をさらに含んでいる。
【００７３】
また、ドライブ電力制限手段が、マイクロ波発振素子１１０をドライブするためのドライブパルスの波高値を規定値（Ｖｚ）に制限する波高値制限手段をさらに含んでいる。
【００７４】
より具体的には、ドライブ回路は、外部端子１２０からマイクロ波発振素子１１０へと至る通電路に介在されたドライブスイッチであるＰＮＰトランジスタＴＲ１と、外部端子１２０から給電されて動作すると共に、その出力によりドライブスイッチをオンオフ制御する非安定マルチバイブレータ回路ＯＳＣとを含んでいる。
【００７５】
加えて、非安定マルチバイブレータ回路ＯＳＣは、その自励発振状態における出力立ち上がり所要時間（Ｔ１）が、送信希望パルス幅の許容最大値となるように、回路の時定数設定がなされている。加えて、マイクロ波発信素子１１０と並列にツェナーダイオードＺＤが接続されている。
【００７６】
さらに、別の例にあっては、センサヘッドハウジング１ａ内には、個々のセンサヘッドを識別するためのＩＤ情報が、外部より読み出し可能に格納されたメモリ１３０が内蔵されている。
【００７７】
そのため、この実施形態に係るセンサヘッドによれば、図３にて説明した３種類の動作モードを通じて、発信素子１１０のドライブ電力を規定値以下に制限しつつも、アンプ部と別体化を達成したことによって、小型化を実現し、狭小な取付スペースへの容易な取付けを可能とするものである。
【００７８】
なお、以上の実施形態においては、センサヘッド部とアンプ部とを分離するのみならず、センサヘッド部それ自体も送信側と受信側とに分離したが、これは単なる一例に過ぎないものであり、送信用センサヘッド部を受信用センサヘッド部とを１個のハウジングに収容して、一体化しても良いことは勿論である。この場合においても、アンプ部を分離したことによって、相当のコンパクト化を達成できることは勿論である。
【００７９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、この種のマイクロ波センサにおいて、センサヘッド部とアンプ部との分離によるセンサヘッド部の小型化を達成できると共に、外部端子に与えられるべき送信指令パルス信号を様々に変形することによる高強度マイクロ波出力の発生を確実に禁ずることができ、これにより小型でかつマイクロ波出力を規定値以下に確実に保証できるセンサヘッド部の実用化が可能となるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明センサヘッドを含むマイクロ波センサ全体の回路図（第１実施形態）である。
【図２】リミッタ付ドライブ回路の内部構成を示す回路図である。
【図３】リミッタ付ドライブ回路の動作を示す波形図である。
【図４】本発明センサヘッドを含むマイクロ波センサ全体の回路図（第２実施形態）である。
【図５】本発明に係るアンプ分離型マイクロ波センサ全体を示す回路図（変形例）である。
【図６】図５に示すマイクロ波センサにおけるアンプ部の動作内容を示すフローチャートである。
【図７】本発明センサヘッドを含むマイクロ波センサ全体の外観図である。
【図８】本発明センサヘッドの他の応用例を示す説明図である。
【図９】従来のマイクロ波センサの回路図である。
【符号の説明】
１　送信用センサヘッド部
２　受信用センサヘッド部
３　アンプ部
１００　リミッタ付ドライブ回路
１１０　発信素子
１２０　外部端子
１３０　メモリ
１４０，１５０　メモリ内容読み出しのための外部端子
１６０　信号理回路
１７０　接続確認表示灯
２１０　受信素子
２２０　外部端子
３０１　受信回路
３０２　増幅回路
３０２ａ　感度調整ボリューム
３０３　コンパレータ
３０４　信号処理回路
３０５　出力回路
３０６　相互干渉防止回路
３０７　安定表示灯
３０８　動作表示灯
３０９　定電圧回路
３１０　電源リセット回路
３１１　スイッチング出力用の外部端子
３１２　ＤＣ電源受電用の外部端子
３１３　受信出力受付用の外部端子
３１４　送信指令パルス信号送出用の外部端子
３１５，３１６　メモリ内容読み込みのための外部端子
３１７　メモリ
１０００　ドライブ回路
３０４０　信号処理回路
ＯＳＣ　非安定マルチバイブレータ回路
Ａ１，Ａ２　インバータ
Ｒ１，Ｒ２　抵抗
Ｃ１　コンデンサ
Ｒ３，Ｒ４　抵抗
ＴＲ１　ドライブスイッチを構成するＰＮＰトランジスタ
ＺＤ　発信素子印加電圧を制限するためのツェナーダイオード
１ａ　受信用センサヘッド部のハウジング
２ａ　送信用センサヘッド部のハウジング
３ａ　アンプ部のハウジング
【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】
2004093219.tif 000009
【図８】
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【図９】
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