(57)【要約】【課題】  所定のエリアに電磁波を広角度で送信してその際に物体との間に形成される定在波に基づいて物体の存在を検出するエリアセンサを提供することである。【解決手段】  電磁波送信部１５は、可変周波数の電源を発信する電源発信部１２から出力された電源周波数と同一の周波数を有する電磁波を広角度で伝搬媒質に輻射する。定在波検出部１６は、電磁波送信部１５から輻射された電磁波の送信経路途中に設けられ、伝搬媒質中の送信経路に形成される定在波の受信強度を検出する。そして、演算装置２１は、定在波検出部１６で検出された定在波の受信強度の変化に基づいて、電磁波の送信経路に物体１７が存在することを判定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変周波数の電源を発信する電源発信部と、前記電源発信部から出力された電源周波数と同一の周波数を有する電磁波を広角度で伝搬媒質に輻射する電磁波送信部と、前記電磁波送信部から輻射された電磁波の送信経路途中に設けられ前記伝搬媒質中の送信経路に形成される定在波の受信強度を検出する定在波検出部と、前記定在波検出部で検出された定在波の受信強度の変化に基づいて前記電磁波の送信経路に物体が存在することを判定する演算装置とを備えたことを特徴とするエリアセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定のエリアに電磁波を送信し物体からの反射波と送信した電磁波とで形成される定在波により物体の存在を検出するエリアセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
エリアセンサとしては、投光器と受光器とを対向配置して投光器と受光器との間の光が遮られることで物体の存在を検出する光電センサや、人体の温度を感知して人間が存在することを検出する人体検出センサとしての焦電センサがある。
【０００３】
光電センサは、光線を遮ったことにより物体を検出するものであるため、線上での物体の存在しか検出できないので、エリアセンサとして使用するには、多数の投光器と受光器とをそれぞれ一対として設置し、検出エリアを取り囲むようにしなければならない。また、投光器と受光器との窓が汚れた場合には誤検出する可能性がある。このことから、特に塵埃の多い場所や長期にわたる使用では、窓の掃除が不可欠となる。
【０００４】
一方、焦電センサは人体近接時の温度変化を検出してエリア内に人間が進入したことを検出しているため、人間がレインコートや防寒服等を着用している場合や長時間同じ位置に停止している場合には、人間の存在を検出できないことがある。
【０００５】
ここで、物体との間に形成される定在波に基づいて物体までの距離を測定する距離測定装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。この距離測定装置は、定在波の周期が距離に反比例することに着目し、定在波の周期を判定して物体までの距離を測定するものである。例えば、電磁波の送信周波数ｆを所定時間Δｔの間に周波数（ｆ＋Δｆ）に変化させ、所定時間Δｔ内での周波数変化Δｆに伴う定在波の受信強度の変化回数を検出し、その変化回数と所定時間Δｔとから物体までの距離を求めるものである。これにより、近距離であっても精度良い距離測定が可能であり、複数の物体の距離を同時に測定することができ、しかも、他の距離測定装置の発信信号の影響を受けることなく距離測定を行えるという優れた特徴を有する。そこで、この距離測定装置をエリアセンサに使用することが検討されている。
【特許文献１】特開２００２−３５７６５６号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に示される距離測定装置をエリアセンサに適用しようとした場合には、物体までの距離を演算することになるので、物体の存在を検出することに対しては余分な演算を行うことになる。
【０００７】
すなわち、特許文献１のものは送信周波数を変化させた場合の定在波の受信強度の変化回数を計測し距離に換算するものであるので、そのまま適用した場合には、物体の存在を検出する場合においても物体までの距離を演算することになる。従って、物体の存在を検出する場合には、距離を精度よく演算するためのＦＦＴ処理や距離を求める演算は不要である。
【０００８】
また、特許文献１に示される距離測定装置では、１０ｃｍ以下の距離であっても精度よく検出できるようにするために電磁波の輻射角を絞り狭角で電磁波を輻射するようにしていることから、物体の存在を検出できるエリアは限られた範囲のものとなる。
【０００９】
本発明の目的は、所定のエリアに電磁波を広角度で送信してその際に物体との間に形成される定在波に基づいて物体の存在を検出するエリアセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のエリアセンサは、可変周波数の電源を発信する電源発信部と、前記電源発信部から出力された電源周波数と同一の周波数を有する電磁波を広角度で伝搬媒質に輻射する電磁波送信部と、前記電磁波送信部から輻射された電磁波の送信経路途中に設けられ前記伝搬媒質中の送信経路に形成される定在波の受信強度を検出する定在波検出部と、前記定在波検出部で検出された定在波の受信強度の変化に基づいて前記電磁波の送信経路に物体が存在することを判定する演算装置とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、所定のエリアに電磁波を広角度で送信してその際に物体との間に形成される定在波に基づいて物体の存在を検出するので、光電センサや焦電センサによるエリアセンサの持つ欠点を取り除いたエリアセンサを提供できる。すなわち、光電センサを用いたエリアセンサのように、多数の光電センサを設ける必要がなく投光器や受光器の窓の汚れによる誤動作がないエリアセンサとすることができる。また、焦電センサを用いたエリアセンサのように、温度変化が少ないときに物体の検出ができなくなるということがなく、物体の存在を適正に検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係わるエリアセンサ１１のブロック構成図である。電源発信部１２は可変周波数の電源を発信するものであり、可変周波数電源発信部１３と周波数制御部１４とから構成されている。可変周波数電源発信部１３は、例えば、交流電源等から一定の周波数の電源を基準として周波数制御部１４からの周波数制御信号に基づいて可変周波数の電源を出力するものである。例えば、周波数制御部１４から周波数制御信号を入力すると、一定の周波数ｆの電源を所定時間Δｔの間に周波数（ｆ＋Δｆ）まで変化させた電源を出力し、その後に元の一定の周波数ｆの電源に戻す。
【００１３】
周波数制御部１４は、可変周波数電源発信部１３に対して周波数制御信号を所定の時間間隔で繰り返し出力する。従って、可変周波数電源発信部１３は所定の時間間隔で、出力電源の周波数ｆを所定時間Δｔの間に周波数（ｆ＋Δｆ）まで繰り返し変化させることになる。
【００１４】
電源発信部１２には、例えばアンテナや増幅器等の電磁波送信部１５が接続されている。この電磁波送信部１５は、電源発信部１２から出力された電源周波数と同一の周波数を有する電磁波を広角度で伝搬媒質に輻射するものである。広角度で電磁波を輻射するために、例えば、電源発信部１２からの電源を導波管や同軸ケーブルで電磁波送信部１５に導き、電磁波送信部１５に設けられたホーンから広角度で輻射する。また、伝搬媒質は通常は空気であるが、空気以外の水もしくは真空中のように電磁波を伝搬するものであれば何でもよい。
【００１５】
電磁波送信部１５から輻射された電磁波（以下、輻射波という）の送信経路途中には定在波検出部１６が設けられている。電磁波の送信経路に物体１７が存在する場合には、輻射波１８と物体１７で反射された電磁波の反射波１９とが合成されて、電磁波送信部１５と物体１７との間には定在波２０が形成される。この定在波検出部１６は、伝搬媒質中の送信経路に形成される定在波２０の受信強度を検出するものである。
【００１６】
演算装置２１は、定在波検出部１６で検出された定在波の受信強度の変化に基づいて電磁波の送信経路に物体１７が存在することを判定し、その判定結果は必要に応じて出力装置２２に出力される。
【００１７】
次に、定在波検出部１６での定在波２０の受信強度の検出について説明する。定在波検出部１６は、輻射波１８と物体１７で反射した反射波１９とが干渉して形成される定在波２０の振幅を検出するものである。
【００１８】
ここで、電磁波送信部１５と物体１７との距離が輻射波１８の波長の整数倍となったとき輻射波１８と反射波１９とは強め合って定在波２０の振幅は大きくなる。一方、電磁波送信部１５と物体１７との距離が波長の半整数倍となったとき輻射波１８と反射波１９とは弱め合って定在波２０の振幅は小さくなる。電磁波の送信周波数ｆが一定の場合には定在波の振幅値は一定であるので、定在波検出部１６は一定値で変化のない定在波の振幅値を検出することになる。
【００１９】
そこで、図２に示すように、電磁波の送信周波数ｆを所定時間Δｔの間に周波数ｆ１から周波数（ｆ１＋Δｆ）に変化させたとする。そうすると、その所定時間Δｔ内での周波数変化Δｆに伴う定在波の受信強度の変化が現れる。これは、周波数変化Δｔにより輻射波１８の波長が変化し、電磁波送信部１５から物体１７までの輻射波の波数が変化して、それに伴い、定在波２０の振幅が変化するからである。
【００２０】
すなわち、時点ｔ１までは電磁波の送信周波数ｆは周波数ｆ１で一定であり、時点ｔ１から時点ｔ２までの間で送信周波数ｆを周波数（ｆ１＋Δｆ）まで変化させたとする。電磁波の送信周波数ｆが周波数ｆ１で一定であるときは、定在波検出部１６は定在波の一定の振幅を検出している。いま、この受信強度Ｅ１は輻射波１８と反射波１９とで強め合っている状態であるとする。この状態から、時点ｔ１で送信周波数ｆを変化させると、定在波２０の受信強度Ｅは低下していき時点ｔ１１で最低となり、再度、定在波２０の受信強度Ｅは上昇していく。そして、時点ｔ１２で最大となり、同様に時点ｔ１３で最低となり、時点ｔ２で最大となる。定在波２０の受信強度Ｅがこのような変化をした場合には、所定時間Δｔの間で定在波２０は２個の波数が増加したことを意味している。ここで、至近距離においては、輻射波１８と反射波１９とで作られる定在波２０の波数が１波数以下となる場合がある。
【００２１】
定在波検出部１６で検出されたこのような定在波２０の受信強度Ｅは、演算装置２１に入力される。演算装置２１では定在波検出部１６で検出された定在波の受信強度の変化に基づいて電磁波の送信経路に物体１７が存在することを判定する。すなわち、演算装置２０は定在波検出部１６の出力信号を所定周期でサンプリングして時系列的にサンプリング値を求め、定在波２０の変化率を求める。そして、その変化率が正弦波（SINθ）または余弦波（COSθ）を示す曲線であると判断したときに、電磁波の送信経路に物体１７が存在すると判断する。これより、輻射波１８と反射波１９とで作られる定在波２０の波数が１波数以下であっても、物体１７の存在を判定することができる。
【００２２】
図２では、時点ｔ１で定在波２０の受信強度Ｅが低下し始めており、この時点ｔ１以降の変化率を算出して正弦波（SINθ）または余弦波（COSθ）を示す曲線であるか否かの判定を行うことになる。
【００２３】
以上の説明では、電磁波送信部１５と定在波検出部１６とを別々に設けた場合について説明したが、１つのアンテナによって電磁波送信部１５と定在波検出部１６とを兼用させてもよい。この場合、装置をコンパクトかつ簡単な構造のものとすることができる。
【００２４】
また、以上の説明では、可変周波数電源発信部１３は周波数制御部１４からの所定の時間間隔で、出力電源の周波数ｆを所定時間Δｔの間に周波数（ｆ＋Δｆ）まで繰り返し変化させるようにしたが、演算装置２１からの指令または設定器からの設定変更により所定の時間間隔を変化させるようにしてもよい。
【００２５】
本発明の実施の形態によれば、定在波検出部１６で検出された定在波２０の受信強度の変化回数ではなく、その変化率に基づいて電磁波の送信経路に物体１７が存在することを判定するので、輻射波１８と反射波１９とで作られる定在波２０の波数が１波数以下であっても、物体１７の存在を判定することができる。
【００２６】
すなわち、距離の計測ではなく識別エリア内に物体の有無の判定のみでよいので、定在波の波数を数える高度な演算処理（例えば、ＦＦＴ演算処理）は不要であり、ハードウエア及びソフトウエア共に簡易化される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係わるエリアセンサのブロック構成図。
【図２】本発明の実施の形態に係わるエリアセンサにより定在波の受信強度の変化の検出についての説明図。
【符号の説明】
【００２８】
１１…エリアセンサ、１２…電源発信部、１３…可変周波数電源発信部、１４…周波数制御部、１５…電磁波送信部、１６…定在波検出部、１７…物体、１８…輻射波、１９…反射波、２０…定在波、２１…演算装置、２２…出力装置
【図１】
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【図２】
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