(57)【要約】【課題】電磁波式近接検知において、所定の出力の電磁波を輻射するための消費電流を低減する。【解決手段】高周波輻射・受波部１は、トランジスタ１１と、トランジスタ１１のコレクタに接続され、かつ輻射される電磁波の波長の約１／４の長さを有する第１の導電体パターン１２からなるコイルと、トランジスタ１１のベースに接続され、かつ第１の導電体パターン１２と所定の間隔で配置された所定の長さを有する第２の導電体パターン１７とを有する。第１の導電体パターン１２のインダクタンス、および第１の導電体パターン１２と第２の導電体パターン１７との間の浮遊容量により、トランジスタ１１のコレクタ側の電圧をベース側へ正帰還して発振させる。また、第１の導電体パターン１２を１／４波長アンテナとする。トランジスタ１１のコレクタ側で電磁波を放射することで、所定の出力の電磁波を輻射するための消費電流を小さくすることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の高周波の周波数の発振、前記高周波の電磁波の輻射、および前記電磁波の反射波の受波を行う高周波輻射・受波部と、前記高周波輻射・受波部の出力側の電流変化から低周波擾乱成分を抽出し、増幅する増幅部とを具備した電磁波式近接検知装置において、前記高周波輻射・受波部は、トランジスタと、前記トランジスタの出力側端子であるコレクタに接続され、かつ前記所定の周波数に共振する長さを有する第１の導電体パターンと、前記トランジスタの入力側端子であるベースに接続され、かつ前記第１の導電体パターンと所定の間隔で配置された所定の長さを有する第２の導電体パターンとを有することを特徴とする電磁波式近接検知装置。
【請求項２】
前記高周波輻射・受波部は、前記トランジスタのエミッタに接続されたアンテナを有することを特徴とする請求項１記載の電磁波式近接検知装置。
【請求項３】
前記高周波輻射・受波部は、前記トランジスタのエミッタとグランドとの間に接続され、かつ前記所定の周波数に共振する長さを有する導電体を有することを特徴とする請求項１または２記載の電磁波式近接検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人間や動物などの検知対象物が近接したことを検知する電磁波式近接検知装置に関し、特に、消費電力の低減が可能な電磁波式近接検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電磁波式近接検知装置としては、特許文献１に開示された電磁波式近接センサがある。そして、特許文献１の図３には、マイクロ波発振用のガリウムヒ素ＦＥＴ２ａ、およびガリウムヒ素ＦＥＴ２ａのベースに接続され、分布定数回路で構成された、アンテナを兼用する発振コイル２ｂなどを有する電磁波輻射部２と、電磁波輻射部２のガリウムヒ素ＦＥＴ２ａのコレクタから取り出されたコレクタ電圧の変動を増幅し、帯域制限して擾乱成分を抽出する擾乱成分抽出部３と、擾乱成分抽出部３で抽出された擾乱成分と所定の基準レベルとを比較し、基準レベルより大きな擾乱成分が検出されたときにセンサ信号を出力するレベル比較部５とを具備した電磁波式近接センサが開示されている。
【０００３】
この電磁波式近接センサによれば、アンテナを兼用する発振コイル２ｂから検知エリアに電磁波が輻射される。検知エリアに検知対象物が接近すると、電磁波はドップラーシフトを受けながら反射される。この反射波を電磁波輻射部２の発振コイル２ｂがキャッチすると、送信波の一部と混合されて、ビート（低周波の擾乱）が生じ、ガリウムヒ素ＦＥＴ２ａのコレクタ電圧に低周波擾乱成分が乗る。コレクタ電圧の変動はコレクタ抵抗２ｃにより検出され、直流カット用コンデンサ２ｄを介して擾乱成分抽出部３へ入力される。擾乱成分抽出部３は、入力電圧を増幅し、帯域制限して擾乱成分を抽出し、レベル比較部５へ出力する。レベル比較部５は、入力された擾乱成分と基準レベルとを比較し、基準レベルより大きな擾乱成分が検出されたときにセンサ信号を出力する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の電磁波式近接検知装置は、アンテナを兼用した発振コイルがトランジスタのべースに接続されているため、所定の出力の電磁波を輻射するための消費電流が大きいという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、所定の出力の電磁波を輻射するための消費電流の低減を可能にする電磁波式近接検知装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、所定の出力の電磁波を輻射するための消費電流の低減を可能にすると共に、検知感度の向上を可能にする電磁波式近接検知装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電磁波式近接検知装置は、所定の高周波の周波数の発振、前記高周波の電磁波の輻射、および前記電磁波の反射波の受波を行う高周波輻射・受波部と、前記高周波輻射・受波部の出力側の電流変化から低周波擾乱成分を抽出し、増幅する増幅部とを具備した電磁波式近接検知装置において、前記高周波輻射・受波部は、トランジスタと、前記トランジスタの出力側端子であるコレクタに接続され、かつ前記所定の周波数に共振する長さを有する第１の導電体パターンと、前記トランジスタの入力側端子であるベースに接続され、かつ前記第１の導電体パターンと所定の間隔で配置された所定の長さを有する第２の導電体パターンとを有することを特徴とする。この構成により、この構成により、第１の導電体パターンのインダクタンス、および第１の導電体パターンと第２の導電体パターンとの間の浮遊容量により、トランジスタのコレクタ側の電圧をベース側へ帰還して発振させ、かつ第１の導電体パターンをアンテナとすることにより、トランジスタのコレクタ側で電磁波を輻射することで、所定の出力の電磁波を輻射するための消費電流を小さくすることができる。
【０００８】
また、本発明の電磁波式近接検知装置は、前記高周波輻射・受波部が、前記トランジスタのエミッタに接続されたアンテナを有することを特徴とする。この構成により、アンテナで受波した電磁波をトランジスタのエミッタに供給し、電流変化を大きく取り出せるトランジスタのコレクタ側で擾乱成分を取り出すことで、検知感度を向上させることができる。
【０００９】
さらに、本発明の電磁波式近接検知装置は、前記高周波輻射・受波部が、前記トランジスタのエミッタとグランドとの間に接続され、かつ前記所定の周波数に共振する長さを有する導電体を有することを特徴とする。この構成により、受波した電磁波が導電体に共振することで、検知感度を向上させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
本発明の実施の形態の電磁波式近接検知装置は、図１に示すように、高周波輻射・受波部１と、高周波輻射・受波部１の出力電流の変化を取り出す結合コンデンサ６と、結合コンデンサ６の出力から所定の周波数成分を抽出し、増幅する増幅部７と、増幅部７の出力を可視表示する表示部８とを具備する。詳細について後述するように、この電磁波式近接検知装置は、ガラスエポキシなどを材料とする回路基板上に実装されている。
【００１１】
高周波輻射・受波部１は、トランジスタ１１を具備する。トランジスタ１１のコレクタは、回路基板表面上の第１の導電体パターン１２と、抵抗１３との直列接続回路を介して電源ＶＤＤに接続されている。トランジスタ１１のエミッタは、後述する導体線２１と、半固定抵抗１９との直列接続回路を介してグランドに接続されている。電源ＶＤＤとグランドとの間には、トランジスタ１１にベースバイアス電圧を供給するための、抵抗１４と、抵抗１５と、ダイオード１６との直列接続回路が接続されている。トランジスタ１１のベースと、抵抗１４および抵抗１５の接続点との間には、回路基板表面上の第２の導電体パターン１７が接続されている。また、回路基板裏面上の第３の導電体パターン１８は、第１の導電体パターン１２との間で浮遊容量によるキャパシタを構成する。ダイオード１６は、トランジスタ１１の温度ドリフト補償作用を行う。半固定抵抗１９は、トランジスタ１１のベースバイアス電圧の微調整用である。
【００１２】
また、高周波輻射・受波部１は、トランジスタ１１のエミッタに接続されたアンテナ２０と、トランジスタ１１のエミッタと半固定抵抗１９との間に接続された導体線２１とを具備する。これらの詳細については後述する。
【００１３】
結合コンデンサ６は、第１の導電体パターン１２と抵抗１３との接続点に接続されている。増幅部７は、所定の周波数、例えば１０Ｈｚ以下の電流変化成分を抽出し、増幅する。表示部８は、増幅部７の出力が入力される駆動用のトランジスタ８１と、トランジスタ８１により駆動される発光ダイオード８２とを具備する。
【００１４】
図２は、本実施の形態の電磁波式近接検知装置における回路基板の要部の構成、および部品の実装状態を説明するための図である。この図において、図１と同一の構成要素には図１で使用した符号を付した。
【００１５】
図２に示すように、回路基板の表面には、第１の導電体パターン１２と、第２の導電体パターン１７とが形成されている。これらの導電体パターンは、回路基板の表面に銅箔を接合し、エッチングして形成したものである。第１の導電体パターン１２は、発振回路１のインダクタンスとして機能すると共に、この発振回路１で生成された電気振動を電磁波として放射するアンテナの機能も有する。そして、第１の導電体パターン１２の長さｄ１  は、放射される電磁波の波長の約１／４に設定されている。第２の導電体パターン１７は、第１の導電体パターン１２と平行に配置されている。第２の導電体パターン１７と第１の導電体パターン１２との間隔ｄ２  、および第２の導電体パターン１７と第１の導電体パターン１２とが互いに平行に対向している部分の長さｄ３  により、第２の導電体パターン１７と第１の導電体パターン１２との間の浮遊容量によるキャパシタンスの値が決まる。第３の導電体パターン１８は、回路基板の裏面に形成されている。なお、図示は省略したが、グランドとなる導電体パターンが回路基板の表面の適当な位置に形成されている。
【００１６】
第１の導電体パターン１２の左下端付近と、第２の導電体パターン１７の下端との間にトランジスタ１１が実装されている。トランジスタ１１のコレクタＣは第１の導電体パターン１２に接続され、トランジスタ１１のベースＢは第２の導電体パターン１７に接続されている。そして、図示されていないが、トランジスタ１１のエミッタＥには、直径約０．５ｍｍのスズメッキ鋼線からなるアンテナ２０が立設されている。アンテナ２０の長さは電磁波の波長の約１／４に設定されており、真っ直ぐなホイップアンテナとなる。このアンテナ２０により、全方位の受波指向性が得られる。また、トランジスタ１１のエミッタＥには、導体線２１が接続されている。導体線２１の長さは電磁波の波長の約１／２に設定されている。
【００１７】
次に、以上のように構成された電磁波式近接検知装置の動作について、（１）高周波輻射・受波部１の発振および電磁波輻射動作、（２）近接検知動作、の順に説明する。
【００１８】
（１）高周波輻射・受波部１の発振および電磁波輻射動作
高周波輻射・受波部１は、インダクタンスとキャパシタンスとを帰還回路とするＬＣ発振回路である。ここで、第１の導電体パターン１２がインダクタンスとなり、第１の導電体パターン１２と第２の導電体パターン１７との間の浮遊容量がキャパシタンスとなる。そして、トランジスタ１１の出力側であるコレクタに接続されたインダクタンスの電圧が浮遊容量によりトランジスタ１１の入力側であるベースに正帰還され、発振が行われる。発振周波数は、第１の導電体パターン１２の長さｄ１（この値によりインダクタンスが決まる）と、第２の導電体パターン１７と第１の導電体パターン１２との間隔ｄ２、および第２の導電体パターン１７と第１の導電体パターン１２とが互いに平行に対向している部分の長さｄ３（これらの値によりキャパシタンスが決まる）とにより、基本的に決定される。発振周波数は、準マイクロ波（１〜３ＧＨｚ）の２．４ＧＨｚに設定することが好適である。電磁波の輻射は、トランジスタ１１のコレクタに接続された第１の導体パターン１２により主に行われる。このように、トランジスタのコレクタ側で電磁波を輻射することにより、同じ電力の輻射であれば、従来のベース・エミッタ間発振により電磁波を輻射する構成よりも、消費電流を小さくすることができる。
【００１９】
（２）近接検知動作
近接検知装置の検知エリア（例えば１．５ｍ程度以内）に人間などの検知対象物が接近してくると、表示部８の発光ダイオード８２が点灯する。このとき、トランジスタ１１のコレクタ電流は、検知対象物の接近速度に応じて正弦波状に変化している。このコレクタ電流の変化を結合コンデンサ６により取り出し、増幅器７により増幅し、表示部８で表示している。
【００２０】
このときの動作は以下のようになる。高周波輻射・受波部１の第１の導電体パターン１２から主に輻射された電磁波は検知対象物で反射され、アンテナ２０で受波される。そして、検知対象物が接近し、アンテナ２０と検知対象物との間の距離が変化すると、反射波に変化が生じ、アンテナ２０で受波され、導体線２１に注入される。ここで、輻射された電磁波と受波された電磁波との混合が行われ、低周波の擾乱が生じ、コレクタ抵抗１３の電圧に低周波の擾乱成分が乗る。この擾乱成分を結合コンデンサ６より取り出す。トランジスタ１１のエミッタに接続された導体線２１は、受波される電磁波に共振する長さを有するため、アンテナ２０で受波された電磁波が導体線２１に共振し、検知感度が向上する。
【００２１】
なお、上記実施の形態では、アンテナ２０を設けたが、アンテナ２０を省略しても、全方位の指向性は得られなくなるものの指向性を持った検知動作を行うことはできる。また、導体線２１を回路基板上の導電体パターンとしても良い。さらに、第１の導電体パターン１２の長さは、約１／４波長に限定されるものではなく、高周波輻射・受波部１の発振周波数に共振する長さであれば良い。同様に、アンテナ２１の長さ、導体線２１の長さも、高周波輻射・受波部１の発振周波数に共振する長さであれば良い。また、アンテナ２１は、ホイップアンテナに限らず、他の形状のアンテナでも良い。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電磁波式近接検知装置によれば、第１の導電体パターンのインダクタンス、および第１の導電体パターンと第２の導電体パターンとの間の浮遊容量により、トランジスタのコレクタ側の電圧をベース側へ正帰還して発振させ、かつ第１の導電体パターンをアンテナとすることにより、トランジスタのコレクタ側で電磁波を輻射することで、所定の出力の電磁波を輻射するための消費電流を低減することができる。
【００２３】
また、本発明の電磁波式近接検知装置によれば、アンテナで受波した電磁波をトランジスタのエミッタに供給し、電流変化を大きく取り出せるコレクタ側で低周波の擾乱成分を取り出すことにより、検知感度を向上させることができる。
【００２４】
さらに、本発明の電磁波式近接検知装置によれば、受波された電磁波が導電体に共振することで、検知感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の電磁波式近接検知装置の構成を示すブロック図、
【図２】本発明の実施の形態の電磁波式近接検知装置における回路基板の要部の構成、および部品の実装状態を説明するための図である。
【符号の説明】
１  高周波輻射・受波部
６  結合コンデンサ
７  増幅部
８  表示部
１１、８１  トランジスタ
１２  第１の導電体パターン
１３、１４、１５、１９  抵抗
１６  ダイオード
１７  第２の導電体パターン
１８  第３の導電体パターン
２０  アンテナ
２１  導体線
８２  発光ダイオード
【図１】
2004212178.tif 000003
【図２】
2004212178.tif 000004