(57)【要約】【課題】複数の出力信号を用いて物体の検知を行う物体検知装置で、各出力信号の位相をずらした範囲での振幅の最大値を、センサ部の平面基板上の線路パターンによって同一又は非常に近い値にすることで、後段の信号処理で複雑な回路を構成することなく且つ検知精度を更に向上させるセンサ装置を提供する。【解決手段】送信信号４０３と受信信号４０５を基に低周波数の出力信号４０８を抽出するに際して、各出力信号４０８に全て異なる位相差を持たせるための位相差生成手段４０６は、信号生成部４０１から各信号変換部４０７へ送信信号を分配する分岐点４０９と各信号変換部４０７との間に設けており、各出力信号の電圧レベルを調整する調整部４１０は、前記信号生成部４０１から前記分岐点４０９との間の伝送路上に設けるものであり、この調整部４１０によって各送信信号の複数の出力信号の振幅の最大値を略同一にすることが可能となる。【選択図】　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に電波として送信するための送信信号を生成する信号生成部と、前記送信信号を外部に送信する送信部と、外部から電波として受信された信号を受信信号として受信する受信部と、前記受信信号と前記送信信号を基に低周波数の出力信号を抽出する複数の信号変換部と、この信号変換部によって変換された出力信号をそれぞれ出力する出力手段と、前記複数の出力信号の位相差が全て異なるように位相差を生じさせる位相差生成手段と、を平面基板上に有するセンサ部と、前記センサ部からの複数の出力信号を基準電圧において全波整流又は半波整流を行い、整流された各信号の最大値の軌跡である検知信号を用いて物体の検知を行う信号処理部とを有する物体検知装置において、前記複数の出力信号で位相が最も進んでいるものと、位相が最も遅れているものとの間の出力信号の振幅の最大値が、検知範囲内の少なくとも１箇所において同一になるセンサ部を有することを特徴とする物体検知装置。
【請求項２】
前記センサ部は、前記信号生成部にて生成した送信信号を複数に分割して夫々の信号変換部へ伝送するものであり、この信号生成部と送信信号を分割する分岐点との間の伝送路上に、複数の出力信号の振幅の最大値を調整する調整手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項３】
前記センサ部は、前記信号生成部にて生成した送信信号を複数に分割して夫々の信号変換部へ伝送するものであり、また、分割された送信信号の伝送路に前記位相差生成手段が設けられており、前記送信信号を分割する分岐点と各位相差生成手段との間の各伝送路上に、複数の出力信号の振幅の最大値を調整する調整手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項４】
前記センサ部は、前記信号生成部にて生成した送信信号を複数に分割して夫々の信号変換部へ伝送するものであり、また、分割された送信信号の伝送路に前記位相差生成手段が設けられており、この位相差生成手段と前記信号変換部との間の伝送路上に、複数の出力信号の振幅の最大値を調整する調整手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項５】
前記センサ部は、前記信号変換部内に送信信号と受信信号を混合する混合部と、この混合部にて混合した混合信号から低周波数の出力信号を抽出する信号抽出部とが設けられていると共に、この混合部と信号抽出部との間の伝送路上に、複数の出力信号の振幅の最大値を調整する調整手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電波の送受信によってセンシングを行う物体検知装置において、対象物の有無（静体、動体）に好適な出力を得ることのできる物体検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電波の送受信によって物体の検知を行う電波センサ（例えばマイクロ波センサ）は、自動ドアや警備システム等の様々な応用分野に使用されている。このマイクロ波センサの一形態として、２つの低周波数出力信号（出力信号）を利用するものがあり、２つの出力信号の位相差を９０度にして、この２つの相補的な出力信号の大きさによって、物体の微小動作による変位を測定している（例えば、先行文献１参照。）。
【０００３】
【先行文献１】
特開平１０−２３９４２６号公報（第１−６頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
２つの出力信号を利用した電波センサは、動体の検知を行うものであったが、静止した物体（静体）を検知する方法としても利用できる。即ち、各出力信号を全波整流又は半波整流を行い、全ての出力信号を重ね合わせた波形の最大値を抽出することで、動体／静体を検知することができるものであり（図１）、このように２つの出力信号を重ね合わせることにより定在波の振動を低減させ、距離に応じて一意的に出力レベルを導出することができ、よって、動体のみならず静体の検知を行うことができるものである。
しかし、複数の出力信号の各出力信号の振幅は、伝送路以外からの電波の伝達（例えば空中伝播）等や、センサ部を構成している基板の誘電率や厚みの生産時の公差等により、その最大値に大小差が生じる可能性が高く、特に基板厚の公差については、通常±数十μｍから百数十μｍの公差があり、この公差範囲であると、基板上の回路は理想値から大きくずれてしまうため、基板上にセンサパターンを構成した場合、この各出力信号の振幅最大値の大小差は避けられないものであった。
そして、位相をずらした範囲内で、出力信号の振幅の最大値を同一とせず信号処理を行うと、出力信号同士の振幅の最大値に大小が生じてしまうため、全波整流又は半波整流を行った後に重ね合わせを行っても距離に応じた一意的な出力レベルを得ることが困難となり（図２）、検知精度が低減してしまう恐れもあった。なお、動体のみの検知を行うことに限定した場合、各出力信号毎に判断すれば検知を行うことが可能であるが、閾値などの設定を各出力信号毎に行う必要があり、設定が非常に複雑となる。
そこで、本発明では、位相をずらした範囲内で各出力信号の振幅の最大値を略同一にすることで、後段の信号処理で複雑な回路を構成することなく、且つ動体／静体の検知精度を向上させた物体検知装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用】
前記目的達成のために、本発明に係る物体検知装置は、外部に電波として送信するための送信信号を生成する信号生成部と、前記送信信号を外部に送信する送信部と、外部から電波として受信された信号を受信信号として受信する受信部と、前記受信信号と前記送信信号を基に低周波数の出力信号を抽出する複数の信号変換部と、この信号変換部によって変換された出力信号をそれぞれ出力する出力手段と、前記複数の出力信号の位相差が全て異なるように位相差を生じさせる位相差生成手段と、を平面基板上に有するセンサ部と、前記センサ部からの複数の出力信号を基準電圧において全波整流又は半波整流を行い、整流された各信号の最大値の軌跡である検知信号を用いて物体の検知を行う信号処理部とを有する物体検知装置において、前記複数の出力信号で位相が最も進んでいるものと、位相が最も遅れているものとの間の出力信号の振幅の最大値が、検知範囲内の少なくとも１箇所において同一になるセンサ部を有することを特徴とする。
かかる構成により、センサ部から出力される各出力信号の位相が最も進んでいるものと、位相がもっとも遅れているものとの間の出力信号の振幅の最大値を検知範囲内で少なくとも１箇所において同一にすることで、位相をずらした範囲内での各出力信号の振幅の最大値が、検知範囲全体においても同一または非常に近い値となるため、後段の信号処理部にて複雑な回路を形成して調整を行うことなく、動体／静体の検知をより精度良く行うことができる。
【０００６】
また、請求項２、３、４、５記載のように、前記センサ部は、前記信号生成部から送信部と信号変換部に送信信号を分割する分岐点との間、前記分岐点と各位相差生成手段の間、前記位相差生成手段と前記信号変換部との間、前記信号変換部内に設けられた送信信号と受信信号を混合する混合部と受信信号と送信信号を混合した混合信号から低周波数の出力信号を抽出する信号抽出部との間の伝送路上に、複数の出力信号の振幅の最大値を調整する調整手段を設けたことを特徴とする。
かかる構成により、各線路上に対して調整を行うことで、出力信号を導出する寸前の線路上に調整手段を設ければ、各出力信号に対して詳細な調整を行うことができるため、位相をずらした範囲内での出力信号の振幅の最大値をより精度良く調整することができ、信号生成部により近い線路上に調整手段を設ければ、複数の調整手段を使用することなく、位相をずらした範囲内での出力信号の振幅の最大値を全ての出力信号に対して調整することができるため、信号処理部にて複雑な回路を形成して調整を行うことなく、動体／静体の検知をより精度良く行うことができる。
【０００７】
本発明では、出力信号の振幅の最大値を調整するために、主に送信信号が伝送する伝送路に対して調整手段を設けている。これは、送信信号に対して受信信号の振幅が非常に小さいため、送信信号と受信信号を混合して導出する低周波数の出力信号の振幅に送信信号の振幅が大きく影響しているためである。更に送信信号と受信信号が混合した信号が伝送する伝送路上に対して調整を行うことにより、送信信号の伝送する伝送路のみに調整を行うよりも更に精度良く調整を行うことが可能となる。
【０００８】
【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。
図３に位相をずらした範囲内で各出力信号の振幅の最大値が同一の時の波形図、図４に信号生成部と信号生成部から各信号変換部へ送信信号を分配する分岐点との間の伝送路上に調整手段を設けたセンサ部の概略構成図、図５に調整手段を前記分岐点から各信号変換部までの間の伝送路上に設けたセンサ部の概略構成図、図６に調整手段を前記各位相差生成手段と各信号変換部との間の伝送路上に設けたセンサ部の概略構成図、図７に信号変換部内の混合部と信号抽出部との間の伝送線路上に設けたセンサ部の信号変換部内の概略構成図、図８にセンサ部後段に接続する信号処理部の概略構成図を示す。
【０００９】
まず、図４に基づいて本発明の実施形態について説明する。
このセンサ部は、信号生成部４０１で生成された送信信号４０３を外部に放射する送信部４０２と、検知対象物から反射してきた送信信号４０２を受信信号４０５として受信する受信部４０４と、送信信号４０３と受信信号４０５を基に低周波数の出力信号４０８を抽出する信号変換部４０７とから構成されている。
ここで、各出力信号４０８に全て異なる位相差を持たせるための位相差生成手段４０６は、信号生成部４０１から各信号変換部４０７へ送信信号を分配する分岐点４０９と各信号変換部４０７との間に設けており、位相をずらした範囲内での出力信号の振幅の最大値を調整する調整手段４１０は、前記信号生成部４０１から前記分岐点４０９との間の伝送路上に設けるものである。これは、上述したように受信信号４０５に比べて送信信号４０３が非常に大きな振幅を有するものであるため、位相差生成手段４０６を受信部側に設けた場合、受信信号４０５がわずかに減衰する恐れがあり、その減少により受信信号の振幅が低減するため検知範囲が狭くなる可能性があることと、出力信号４０８の振幅の最大値を決定する要因として送信信号４０３の振幅が影響していることより、位相差生成手段４０６と調整手段４１０は送信部側に設置している。
【００１０】
上記の構成のように、位相差生成手段４０６を送信部側に設けることにより、位相差生成手段４０６で生じる恐れのある信号のわずかな減衰を考慮することなく、各出力信号４０８に位相差を生じさせることが可能である。
また、調整手段４１０を信号生成部４０１と分岐点４０９との間の伝送路上に設けることにより、信号生成部４０１と分岐点４０９との伝送路間のインピーダンスを変化させて、様々な影響によるこの区間の伝送路のインピーダンスを理想値に修正することが可能となる。
ここで、調整手段４１０にて調整する理想的なインピーダンスとしては、図３に示す検知範囲Ｌ（その物体検知装置の仕様書に記載されている検知可能距離）内の出力信号の少なくとも１箇所（Ｘ点）において、位相をずらした範囲内での各出力信号４０８ａ，４０８ｂの振幅の最大値が同一又は非常に近い値にないようにすればよい。そうすれば、検知範囲Ｌ内において、信号処理した全ての出力信号を重ね合わせて最大値を抽出することで距離に対してほぼ一意的に出力値を導出することができる。
なお、本発明の調整手段４１０は、平面基板上にパターンで構成するか、又は面実装電子部品で構成するものであるため、簡単な構成で調整手段４１０を構成することが可能である。この調整手段４１０の詳細は後述する。
【００１１】
次に位相差生成手段を前記分岐点から各信号変換部までの間の伝送路上に設け、調整手段を前記分岐点から各位相差生成手段までの間の伝送路上に設けたセンサ部の概略構成図を図５に示す。
ここで、図５のセンサ部は、前述した図４のセンサ部と同様の構成であり、調整手段５１０を分岐点５０９と各位相差生成手段５０６との間の伝送路上に設けたものである。この伝送路上に調整手段５１０を設けることで、図４のセンサ部のように１つの調整手段で一括調整を行うよりも更に各出力信号に対して調整を行うことができると共に、伝送線路のインピーダンスを個別に調整行うことで位相差生成手段５０６との整合を取ることができるため、位相差生成手段５０６において送信信号５０３に位相差を確実に持たせることができ、位相をずらした範囲内での振幅の最大値を同一又は非常に近い値３０３にすることが可能となる。
【００１２】
また、位相差生成手段を前記分岐点から各信号変換部までの間の伝送路上に設け、調整手段を前記各位相差生成手段と各信号変換部との間の伝送路上に設けたセンサ部の概略構成図を図６に示す。
図６のセンサ部は、図４、５と同様の構成であり、調整手段６１０が各位相差生成手段６０６と各信号変換部６１０との伝送路上に設けたものである。この伝送路上に調整手段６１０を設けることで、位相差生成手段６０６において送信信号に位相差を持たせる際に、位相差生成手段６０６内で送信信号にわずかな損失が生じてしまい、各信号変換部へ伝送される位相差を持った送信信号の振幅の最大値が多少変動した時、インピーダンスの調整によって位相差をずらした範囲内での各送信信号の振幅の最大値を調整することができるため、結果的に位相をずらした範囲内での各出力信号の振幅の最大値を同一又は非常に近い値３０３に調整することができる。
【００１３】
次に位相差生成手段を前記分岐点から各信号変換部までの間の伝送路上に設け、信号変換部内の混合部と信号抽出部との間の伝送線路上に設けたセンサ部の信号変換部内の概略構成図を図７に示す。
ここで、信号変換部７０１は送信信号７０２と受信信号７０３とを混合する混合部７０４と、混合部７０４で混合した信号から低周波数の出力信号７０６を抽出する信号抽出部７０５から構成されているものであり、本発明のセンサ部は前記混合部７０４と信号抽出部７０５との間の伝送路上に調整手段７０７を設けたものである。本実施例では、混合部はマイクロストリップラインで形成した結合器を使用しており、また信号抽出部には高周波数の信号から低周波数の信号を抽出することができるショットキバリアダイオードを使用している。このショットキバリアダイオードは、高周波数側の信号周波数に合わせたものを使用しており、本実施例では送信信号を１０．５ＧＨｚの設定にしたものであるので、ダイオードについても最大１４ＧＨｚまで対応するダイオードを使用している。
ここで、出力信号７０６の振幅の最大値に大きく影響するものとして送信信号７０２の振幅の最大値であると前述していたが、それ以外の要因として受信信号７０３の振幅の最大値もあると思われる。そこで、位相をずらした範囲内での出力信号７０６の振幅の最大値を同一又は非常に近い値３０３にする方法として、混合部７０４で送信信号７０２と受信信号７０３が混合した後に調整手段７０７で伝送路のインピーダンス調整を行うことで、送信信号７０２と受信信号７０３の２つの振幅の最大値を調整することなく一括して調整することができるため、位相をずらした範囲内での出力信号の振幅の最大値を同一又は非常に近い値３０３にすることが可能となる。
【００１４】
ここで、上述したように分岐点と各信号変換部との間の伝送路に位相差生成手段をそれぞれ設けて、調整手段を様々な場所に取り付けたが、上述したどの場所に設置しても位相をずらした範囲内での出力信号の振幅の最大値調整は可能である。但し、調整手段は基板上にパターンや面実装電子部品で構成するため、基板上の空きスペースでどの場所に設置できるか制限されるものであるため、構成されたセンサ部の基板上でスペースの取れる場所に設置することが望ましい。
【００１５】
上述してきたように、本発明では、出力信号の振幅の最大値調整を行うために調整手段を設けたセンサ部について述べてきたが、この調整手段についての詳細を示す。
ここで、本発明のセンサ部に設置している調整手段は、平面基板上に設けるものであり、且つ簡単な構成で作成されているものである。この調整手段では、主に伝送路のインピーダンスの調整を行うことで複数の出力信号の振幅の最大値を調整するものであるため、Ｒ、Ｌ、Ｃ成分を持ったチップ部品や線路パターンで構成するものである。
センサ部の基板上に設置する部品数を少なくしたい場合は、Ｌ成分やＣ成分は線路パターンで構成したスタブによって調整手段を構成するものである（スタブは一般的なスタブの他に扇型のラジアルスタブなども良い）。この時、スタブは伝送路に対して並列接続する形になるため、直列接続でインピーダンスの調整を行いたい場合はチップ部品を用いると容易に実現可能であるが、並列接続のスタブを組み合わせることにより、直列接続と同様のインピーダンスを実現することは可能である。
また、Ｒ成分は線路幅の調整をテーパーを用いて行ったり、整合を取りつつ線路幅を変更する変換器を用いることで容易に変更することは可能である。
また部品数が影響しないのであれば、チップ部品で構成することは可能であるが、チップ部品を接続させるためのハンダ等でインピーダンスの変化が生じてしまうので、パターンで構成するほうが望ましい。
これらの構成を組み合わせることにより、様々なセンサ部に最適な調整手段を構成することが可能であり、このように基板上で簡単なパターンなどで構成することで、出力信号になった後に増幅器などを用いて調整を行うよりも小型で、容易に調整を行うことが可能となる。
【００１６】
ここで、センサ部の後段に接続する信号処理部の概略構成図を図８に示す。ここで、信号処理部８０１は、センサ部からの複数の出力信号８０２を全波整流又は半波整流する整流部８０３によって整流され、整流された複数の整流信号８０４は加算部８０５によって合成され、加算部８０５によって合成された合成信号８０６の振幅の最大値の軌跡を導出する検知信号生成部８０７によって図２のような検知信号を導出することができる。
本実施例では、信号処理部８０１はマイクロコンピュータによって構成しており、各信号処理を１つのマイクロコンピュータ内で処理しているが、それ以外にもオペアンプとダイオードを複数使用して整流回路、加算器回路、最大値抽出回路を構成して各信号処理を行う方法もある。
【００１７】
以上、上記に記載したセンサ部から出力される複数の出力信号を、上記記載の信号処理部を用いて検知信号を導出することにより、距離に応じてほぼ一意的に値を出することが可能となるため、動体／静体の検知をより精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の複数の出力信号から物体検知を行うセンサ部概略構成図
【図２】図１のセンサ部の各出力信号の振幅の最大値が均一の時の波形図
【図３】図１のセンサ部の各出力信号の振幅の最大値が均一でない時の波形図
【図４】信号生成部と信号生成部から各信号変換部へ送信信号を分配する分岐点との間の伝送路上に調整手段を設けたセンサ部の概略構成図
【図５】調整手段を前記分岐点から各信号変換部までの間の伝送路上に設けたセンサ部の概略構成図
【図６】調整手段を前記各位相差生成手段と各信号変換部との間の伝送路上に設けたセンサ部の概略構成図
【図７】信号変換部内の混合部と信号抽出部との間の伝送線路上に設けたセンサ部の信号変換部内の概略構成図
【図８】センサ部後段に接続する信号処理部の概略構成図
【符号の説明】
１０１：信号生成部、１０２：送信部、１０３：送信信号、１０４：受信部、１０５：受信信号、１０６：位相差生成手段、１０７：信号変換部、１０８：出力信号、１０９：分岐点、２０１：出力信号１、２０２：出力信号２、３０１：出力信号１、３０２：出力信号２、３０３：同一点、４０１：信号生成部、４０２：送信部、４０３：送信信号、４０４：受信部、４０５：受信信号、４０６：位相差生成手段、４０７：信号変換部、４０８：出力信号、４０９：分岐点、４１０：調整手段、５０３：送信信号、５０６：位相差生成手段、５０８：出力信号、５０９：分岐点、５１０：調整手段、６０６：位相差生成手段、６１０：調整手段、７０１：信号変換部、７０２：送信信号、７０３：受信信号、７０４：混合部、７０５：信号抽出部、７０６：出力信号、７０７：調整手段、８０１：信号処理部、８０２：出力信号、８０３：整流部、８０４：整流信号、８０５：加算部、８０６：合成信号、８０７：検知信号生成部
【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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