(57)【要約】【課題】電波センサにおいてターゲットの有無または状態の検知精度を高める。【解決手段】電波センサ１００は、１０００Hz程度のスイッチング周波数で間欠的に、GHzオーダの送信電波１２４をターゲット１０８へ発射する。ターゲット１０８からの間欠的な反射／透過電波が受信アンテナ１１０で受信され、検波部１１２でその反射／透過電波のスイッチング周波数で矩形波状に変化するエンベロープ信号が検波され、バンドパスフィルタ１１４でそのエンベロープ信号から直流成分が除去され、エンベロープ信号のスイッチング周波数の交流成分だけが抽出されて出力信号１３４となる。出力信号１３４は、反射／透過電波の振幅を良好に反映した振幅をもつ。出力信号１３４に基づいてターゲットの有無または状態（例えばターゲットが洗濯物である場合の乾燥状態）が判断される。【選択図】図１
2007155496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットの有無または状態の検知に利用されるための電波センサにおいて、
高周波信号を所定周波数の変調信号で変調して出力する発振部と、
前記発信部の出力信号に対応した送信電波をターゲットへ発射するための送信アンテナと、
前記ターゲットからの反射／透過電波を受けるための受信アンテナと、
前記受信アンテナの出力信号から前記反射／透過電波の変調信号成分を取り出す検波部と、
前記検波部の出力信号から、直流成分を除いた交流成分を取り出す直流カット部と
を備え、前記直流カット部の出力信号を前記検知に利用することができるようになった電波センサ。
【請求項２】
請求項１記載の電波センサにおいて、
前記変調信号は、前記高周波信号を前記所定周波数でオンオフすることで前記送信波を間欠的に発射させるためのスイッチング信号である電波センサ。
【請求項３】
請求項２記載の電波センサにおいて、
前記スイッチング信号のオンデューティが４０％から６０％である電波センサ。
【請求項４】
請求項１記載の電波センサにおいて、
前記所定周波数が、１０００Hz以上である電波センサ。
【請求項５】
請求項1記載の電波センサにおいて、
前記所定周波数が、前記ターゲットの動きの周波数の８倍以上である電波センサ。
【請求項６】
請求項４または５記載の電波センサにおいて、
前記所定周波数が１０ｋHz以下である電波センサ。
【請求項７】
請求項１記載の電波センサにおいて、
前記ターゲットが人の手である場合に、前記所定周波数が３００Hｚ以上である電波センサ。
【請求項８】
請求項１記載の電波センサにおいて、
前記ターゲットが干してある洗濯物である場合に、前記所定周波数が８００Hｚ以上である電波センサ。
【請求項９】
請求項１記載の電波センサにおいて、
前記直流カット部が、前記検波部の出力信号から前記所定周波数を含むその近傍の周波数のみを取り出すバンドバスフィルタを有する電波センサ。
【請求項１０】
ターゲットの有無または状態の検知に利用されるための電波センシング方法において、
高周波信号を所定周波数の変調信号で変調して出力するステップと、
前記変調された高周波信号に対応した送信電波を送信アンテナからターゲットへ発射するステップと、
前記ターゲットからの反射／透過電波を受信アンテナで受信するステップと、
前記受信アンテナの出力信号から前記反射／透過電波の変調信号成分を検波するステップと、
前記検波された変調信号成分から、直流成分を除いた交流成分を取り出すステップと、
前記取り出された交流成分を、前記検知に利用できるように出力するステップと
を有する電波センシング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波を用いて物体の有無または状態を検知するためのセンサ及びセンシング方法に関わる。本発明に従う電波センサ及び電波センシング方法は、誘電率が比較的に低くかつ動きの少ない物体をターゲットとする場合に特に好適であるが、その他の物体の検知にも適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
ターゲットが動いている場合、ターゲットへ向けて発射された送信波とターゲットから反射して戻って来た反射波とをミキシングすることで得られるドップラ信号を利用することで、ターゲットの存在を検知することができる。一方、ターゲットが静止しているかまたはターゲットの動きが少ない場合、送信波と反射波が干渉する位相干渉波（定在波）の影響により、ドップラ信号の強度（振幅）は、図１に示すように、センサとターゲット間の距離に応じて、電波の空間波長に応じた周期をもつ正弦波カーブに沿って変化する。そのため、図１で示す破線と交差する点に相当する距離の位置にターゲットが存在する場合、ドップラ信号に基づいてはそのターゲットを検知することができない。
【０００３】
静止しているかまたは動きの小さいターゲットを検知するためには、ドップラ信号に代えて、ターゲットからの反射波そのものの強度を利用することができる。ターゲットからの反射波を検波して得られる検波信号の強度（振幅）は、図２に示すように、センサとターゲット間の距離が近づくほど増大する。また、図示してないが、ターゲットの電波反射率（または誘電率）が大きいほど、反射波検波信号の強度は増大する。このことを利用して、道路面へ向けて電波を発射し、道路からの反射波を受信し、そして、反射波の強度に基づいて、道路の乾燥、湿潤、冠水または凍結という状態を判断することが、特許文献１に開示されている。
【０００４】
ところで、浴室や浴室内に干された洗濯物を乾燥させることができる浴室空調装置が知られている（例えば、特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】特開2004-3251193号公報
【特許文献２】特開2000-254398号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したような浴室空調装置において、浴室または洗濯物が乾燥したときに自動的に乾燥運転を停止することで、電力消費量を節約したいという要望がある。浴室または洗濯物が乾燥したかどうかを判断するための方法の一つとして、浴室の床もしくは壁上の水滴もしくは水溜りの量を検出する、または浴室内に干されている洗濯物に含まれる水分量を検出するという方法が採用し得る。この検出の目的に、上述したような電波センサを用い、浴室の床もしくは壁または洗濯物をターゲットとし、そのターゲットに含まれるまたは付着した水の量の変化に伴う電波反射率の変化を、ターゲットからの反射波の強度に基づいて判断するという方法を採用することができる。
【０００７】
しかしながら、図２に例示されるように、ターゲットからの反射波の検波信号の強度（振幅）には、ターゲットの有無にも電波の有無にも関係なしに常時観測される成分（以下、バイアス成分という）Vbが含まれる。このバイアス成分Vbは、電波センサの周囲の温度の上昇に伴って増大し、また、検波用ダイオードなどの個々の回路素子の特性の違いによって異なる。浴室空調装置を運転している間、浴室の温度は上昇していくので、バイアス成分Vbも増大していき、図３に例示するように、反射波検波信号の強度が増大する。反射波検波信号のバイアス成分Vbは、ターゲットの有無またはその反射率を検出する目的において、ノイズとなる。
【０００８】
また、ターゲットが浴室の床もしくは壁または洗濯物である場合、反射波検波信号の強度のうち、ターゲットの有無またはその反射率の検出に利用できる成分（つまり、ターゲットの距離や反射率の関数である成分）（以下、有効信号成分という）Vaは、上述したノイズとしてのバイアス成分Vbよりもずっと小さいことが多い。その原因の一つに、そのようなターゲットの電波反射率がかなり小さいことがある。すなわち、使用する電波の周波数が１５ＧＨｚ以下であれば水の比誘電率は６０〜８０程度であり、衣類の繊維材料の比誘電率は１程度であり、浴室の床や壁の主たる材料である合成樹脂の比誘電率は２〜４程度である。そのため、洗濯物の場合、乾燥した状態では比誘電率は１程度、濡れた状態でも４〜５程度にすぎない。また、樹脂製の床または壁の場合、乾燥した状態での比誘電率が２〜４程度、その表面に水滴や水溜まりが付着した状態でも、その水滴や水溜まりの面積は全体面積に比べて小さいから、その比誘電率は上述した水の比誘電率よりはかなり低い。電波反射率は比誘電率の増加関数であるから、上記のように誘電率の低いターゲットの反射率は小さい。また、自動水栓の場合、電波センサに対し手の平を向けて手が差し出されるだけでなく、手の平は電波方向に平行で手の厚み面が電波センサに向けて差し出されたり、指先だけが差し出されたりする場合があり、そのような場合には反射面積が小さい。従って、反射波検波信号のS/N比は小さく、よって、ターゲットの有無または電波反射率変化を精度良く検出することが困難である。
【０００９】
また、浴室空調装置の場合、装置の運転の振動や温風の影響により、浴室の床や壁が振動したり、洗濯物が揺れたりする。また、自動水栓の前に差し出された人の手を検出する場合にも、人の手は常に小さく揺れている。従って、この様な振動や揺れにより反射波検波信号の強度は常に変動している。このことも、検出精度を向上させる上で考慮されることが好ましい。
【００１０】
従って、本発明の目的は、電波センサまたは電波センシング方法において、ターゲットの有無または状態の検知精度を高めることにある。
【００１１】
本発明の別の目的は、浴室の床もしくは壁または洗濯物などの濡れた物体の乾燥度合いを電波を用いて精度良く検知できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一つの側面に従う、ターゲットの有無または状態の検知に利用されるための電波センサは、高周波信号を所定周波数の変調信号で変調して出力する発振部と、前記発信部の出力信号に対応した送信電波をターゲットへ発射するための送信アンテナと、前記ターゲットからの反射／透過電波を受けるための受信アンテナと、前記受信アンテナの出力信号から前記反射／透過電波の変調信号成分を取り出す検波部と、前記検波部の出力信号から、直流成分を除いた交流成分を取り出す直流カット部とを備え、前記直流カット部の出力信号を前記検知に利用することができるようになっている。
【００１３】
本発明の電波センサによれば、所定周波数で変調された送信電波がターゲットへ発射され、ターゲットからの反射／透過電波の変調信号成分が検波され、検波された変調信号成分から直流成分がカットされて交流成分が取り出される。検波された変調信号成分には、ノイズとしてのバイアス成分が上記直流成分として含まれているが、これはカットされて、交流成分だけが抽出され、この交流成分は反射／透過電波の強度を良好に反映した信号である。従って、この交流成分を利用することで、ターゲットの有無または状態をより精度良く判断することができる。
【００１４】
好適な実施形態では、前記変調信号は、前記高周波信号を前記所定周波数でオンオフすることで前記送信波を間欠的に発射させるためのスイッチング信号である。このスイッチング信号のオンデューティは、好ましくは４０％から６０％である。
【００１５】
上記変調信号の周波数は、好ましくは、ターゲットの動きの周波数の８倍以上である。例えば、ターゲットが人の手である場合に、変調周波数は好ましくは３００Hｚ以上であり、また、ターゲットが干してある洗濯物である場合、変調周波数が好ましくは８００Hｚ以上であり、好適な実施形態では、１０００Hz以上である。それにより、上記直流カット部から出力される上記交流成分が、ターゲットと電波センサとの間の距離の振動または揺れによる反射／透過電波の強度の変動の瞬時値を良好に示した信号となるので、検出の感度が高くなる。また、この周波数を１０ｋHz以下、好ましくは５０００Hz以下に抑えることで、ターゲットが人の手あるいは干してある洗濯物などの場合の検知目的を達成しつつ、電波センサの構造がいたずらに複雑化しコスト高となるという問題を回避できる。
【００１６】
本発明の別の側面に従う、ターゲットの有無または状態の検知に利用されるための電波センシング方法は、高周波信号を所定周波数の変調信号で変調して出力するステップと、記変調された高周波信号に対応した送信電波を送信アンテナからターゲットへ発射するステップと、前記ターゲットからの反射／透過電波を受信アンテナで受信するステップと、前記受信アンテナの出力信号から前記反射／透過電波の変調信号成分を検波するステップと、前記検波された変調信号成分から、直流成分を除いた交流成分を取り出すステップと、前記取り出された交流成分を、前記検知に利用できるように出力するステップとを有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の電波センサまたは電波センシング方法によれば、ターゲットの有無または状態の検知精度を高めることができる。
【００１８】
本発明の電波センサまたは電波センシング方法は、浴室の床もしくは壁または洗濯物などの濡れた物体の乾燥度合いを検知する用途に利用可能であり、その場合、物体の乾燥度合いの検知精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図４は、本発明の一実施形態にかかる電波センサの構成を示す。
【００２０】
この電波センサ１００は、スイッチング部１０２、発振部１０４、送信アンテナ１０６、受信アンテナ１１０、検波部１１２、バンドパスフィルタ（BPF）１１４、増幅部１１６及び出力端子１１８を備える。スイッチング部１０２は、所定周期でオン状態とオフ状態を繰り返すスイッチング信号１２０を発生し、このスイッチング信号１２０を発振部１０４に加える。ここで、スイッチング信号１２０の周波数fcは、数百Hzから数千Hzの間程度であり、この実施形態では１０００Hzとする。スイッチング信号１２０のでオンデューティは例えば４０％から６０％前後であり、この実施形態では５０％とする。
【００２１】
発振部１０４は、スイッチング信号１２０がオン状態である時間区間にのみ、スイッチング信号１２０のオンオフスイッチング周波数fcより遥かに高い所定周波数の信号、例えばGHzオーダ（例えば、１０GHｚ）の高周波信号１２２を、送信アンテナ１０６に出力する。スイッチング信号１２０がオフ状態である時間区間では、発振部１０４の出力はゼロである。送信アンテナ１０６は、高周波信号１２２に対応した高周波数の電波（送信波）１２４を、所定のターゲット１０８に向けて発射する。送信波１２４は、スイッチング信号１２０の周波数fc（１０００Hz）で、間欠的に発射されることになる。換言すると、送信波１２４は、高周波信号１２２の電波を搬送波としスイッチング信号１２０を変調信号として、その搬送波を変調信号で変調したものである。
【００２２】
ターゲット１０８は、この電波センサの用途に応じて異なる。例えば、その用途が浴室内の洗濯物が乾燥したか否かを判断することであるならば、その洗濯物がターゲット１０８である。或いは、浴室自体の乾燥程度を判断することが用途であるならば、浴室の床、壁または棚などの水滴や水溜りが残り易い部分を、ターゲット１０８とするこことができる。或いは、自動水栓の前に差し出された人の手を検知することが目的ならば、そこに差し出された手がターゲット１０８である。
【００２３】
受信アンテナ１１０は、送信アンテナ１０６とは別に設けられる。受信アンテナ１１０は、送信波１２４がターゲット１０８で反射した反射波１２６を受信する。変形例として、受信アンテナ１１０の設置場所を選ぶことで、受信アンテナ１１０は、送信波１２４がターゲット１０８を透過した透過波を受信するようにしてもよい。しかし、透過波を受信する場合については後に説明するので、ここでは、受信アンテナ１１０はターゲットからの反射波１２６を受信するものとする。受信アンテナ１１０には、回り込んだ送信波１２４の一部も、受信される。
【００２４】
検波部１１２とバンドパスフィルタ１１４と増幅部１１６は、発振部１０４のように間欠的に動作するのではなく、継続的に作動して、すなわち、スイッチング信号１２０がオン状態のときにも常に作動して、以下に説明する信号処理を行なう。
【００２５】
検波部１１２は、受信アンテナ１１０の出力信号１２８だけを入力し、その出力信号１２８の変調成分、すなわち、反射波１２６の強度（振幅）の変調成分（以下、反射波検波信号という）１３０をバンドパスフィルタ１１４に出力する。ここで、検波部１１２内の検波用回路素子（例えば検波用ダイオード）（図示せず）を通過するとき、受信アンテナ１１０の出力信号１２８から、GHｚオーダの高周波成分は除去されて、反射波１２６のエンベロープを表した信号のみが、反射波検波信号１３０として取り出される。従って、反射波検波信号１３０は、反射波１２６に同期して周波数fc（１０００Hz）でオンオフしそのオン時のレベルが反射波１２６の強度（振幅）（換言すると、反射波１２６の変調成分の強度（振幅））に相当する矩形波状の交流成分と、図２に示したバイアス成分Vｂに相当する直流成分とが重畳された波形を示す信号である。この反射波検波信号１３０の波形については、後に具体的に説明する。
【００２６】
バンドパスフィルタ１１４は、反射波検波信号１３０の矩形波状の交流成分のスイッチング周波数fc（１０００Hz）を含むその近傍の周波数バンドのみを通過させ、他の周波数バンドはカットする。反射波検波信号１３０のうち、バンドパスフィルタ１１４を通過できる成分は、スイッチング周波数fc（１０００Hz）とその近傍の周波数の交流成分だけであり、バイアス成分Vｂに相当する直流成分と、スイッチング周波数fc（１０００Hz）より周波数の高い高調波（２０００Hz、３０００Hz、…）成分はカットされる。従って、バンドパスフィルタ１１４の出力信号１３４は、反射波検波信号１３０のうちスイッチング周波数fc（１０００HZ）とその近傍の交流成分だけであり、この成分は、反射波１２６の強度（振幅）に対応した振幅（換言すると、反射波１２６の変調信号成分の強度（振幅）に対応した振幅）をもつ。バンドパスフィルタ１１４の出力信号１３２は、増幅部１１６で増幅され、そして、増幅後の信号は出力端子１１８から、この電波センサ１００の出力信号１３４として出力される。変形例として、バンドパスフィルタ１１４に代わりに、直流カット回路（例えば、直流カットコンデンサ）を用いて、反射波検波信号１３０からバイアス成分Vｂに相当する直流成分をカットして、反射波１２６の強度（振幅）に依存した強度（振幅）を持つ交流成分だけを取り出すようにしてもよい。いずれにしても、出力端子１１８からの出力信号１３４は、周囲温度や回路素子特性等により変動するバイアス成分Vｂの影響を受けず、反射波１２６の強度（振幅）を精度良く反映した強度（振幅）をもつことになる。よって、出力信号１３４の強度（振幅）に基づき、ターゲット１０８の有無、距離または状態などを精度良く検知することができる。
【００２７】
図５Aと図５Bは、この電波センサ１００の用途として洗濯物の乾燥と自動水栓を例に取り、図４に示した出力信号１３４の強度とターゲットの状態との関係を例示する。
【００２８】
図５Aは、洗濯物（衣類）の乾燥の場合の例を示している。衣類に吸収されている水分の割合（吸水率）がより大きいほど、衣類の比誘電率がより大きく（例えば、乾燥時には約１、最も濡れている時に４〜５程度）、それに伴い衣類の電波反射率もより高く（反射率は比誘電率から一義に定まる）、よって、受信される反射波１２６の強度はより大きい。図５Aに示すように、出力信号１３４の強度は、このような衣類の吸水率の変化に伴う受信される反射波１２６の強度の変化を良好に反映している。
【００２９】
図５Bは、自動水栓の場合の例を示している。自動水栓の前に差し出された人の手と電波センサ１００のアンテナとの距離がより遠いほど、受信される反射波１２６の強度はより小さい。図５Bに示すように、出力信号１３４の強度は、このような手の距離の変化に伴う受信される反射波１２６の強度の変化を良好に反映している。
【００３０】
以下では、この実施形態にかかる電波センサ１００がもつ特徴的な部分について説明する。
【００３１】
図６Aは、バンドパスフィルタ１１４と増幅部１１６の回路例を示し、また、図６Bは、バンドパスフィルタ１１４に代わりに直流カット回路（例えば直流カットコンデンサ）１１５を用いた回路例を示す。既に説明したように、図６Aと図６Bのいずれの構成であっても、出力信号１３４は、反射波検波信号１３０から主たるノイズであるバイアス成分Vｂが除去された、反射波１２６の強度（振幅）を精度良く反映した交流成分のみの信号となる。
【００３２】
図７は、反射波検波信号１３０と出力信号１３４の波形例を示す。
【００３３】
図７において、参照番号１３０Aと１３０Bはいずれも、検波部１１２から出力される反射波検波信号１３０の例を示している。反射波検波信号１３０A、１３０Bは、図２に示した有効信号成分Va（つまり、受信された反射波１２６の強度）を示すスイッチング周波数fcの交流成分Vｗのレベルは同じ（つまり、受信された反射波１２６の強度は同じ）であるが、図２に示したバイアス成分Vbに相当する直流成分VdcのレベルがΔVだけ異なっている。すなわち、受信された反射波１２６の強度は同じであっても（換言すれば、ターゲット１０８の距離および状態が同じであっても）、例えば周囲温度が低い時には反射波検波信号１３０Aのように直流成分Vdcが小さくなり、周囲温度が高い時には反射波検波信号１３０Bのように直流成分Vdcが大きくなる。
【００３４】
このように直流成分Vdcが異なる反射波検波信号１３０A、１３０Bを、図６Aに示したようなスイッチング周波数fcのバンドパスフィルタ１１４、または、図６Bに示したような直流カット回路１１５に通すことで、直流成分Vdcが除去され、出力信号１３４として、交流成分Vｗの強度（換言すれば、受信された反射波１２６の強度）が良好に反映された信号を得ることができる。図７において、参照番号１３４Aは、反射波検波信号１３０A、１３０Bを図６Aに示されたスイッチング周波数fcのバンドパスフィルタ１１４を通すことで得られる出力信号１３４の例を示し、参照番号１３４Bは、図６Bに示された直流カット回路（直流カットコンデンサ）１１５を通すことで得られる出力信号１３４の例を示す。なお、出力信号１３４Aは、正弦波的な波形であるが、出力信号１３４Bは、直流カットコンデンサ１１５の作用で、矩形波状の交流成分Vｗを積分したような歪んだ波形となっている。しかし、いずれの出力信号１３４A、１３４Bも、その強度（振幅）は、交流成分Vｗの強度（換言すれば、受信された反射波１２６の強度）に比例している。
【００３５】
図７に示したように、反射波検波信号１３０では、主たるノイズである図２に示したバイアス成分Vbは直流成分Vdcとなって現れ、有効信号成分Vbは交流成分Vwとして現れる。そのため、反射波検波信号１３０の中から、バンドパスフィルタ１１４または直流カット回路１１５によって、有効信号成分Vbに対応した交流成分Vwを選択的に抽出することができる。このような処理を可能にした理由は、図４に示したスイッチング部１０２による送信波１２４に対するスイッチング操作にある。すなわち、周波数fcで送信波１２４をオンオフするスイッチング操作により、反射波１２６もスイッチング周波数fcでオンオフすることになり、その反射波１２６のスイッチング周波数fcの矩形波状のエンベロープが、反射波検波信号１３０において、有効信号成分Vbに対応する振幅をもつ交流成分Vｗとして現れることになる。一方、反射波１２６の有無に関係なく生じるノイズとしてのバイアス成分Vbは、反射波検波信号１３０において、直流成分Vdcとして現れることになる。要するに、送信波１２４のスイッチング操作により、反射波検波信号１３０の有効信号成分Vaとバイアス成分Vbとが、交流成分Vwと直流成分Vdcという異なる性質の信号に分離されるのである。その結果、有効信号成分Vaを反映した（反射波の強度を反映した）交流成分Vwを選択的に取り出すことができるのである。
【００３６】
さて、上述したスイッチング周波数fcには、この電波センサの用途に応じた最適な値範囲が存在する。この実施形態では、１０００Hzをスイッチング周波数fcとして採用したが、この１０００Hz という値は、洗濯物の乾燥度合い判断や自動水栓での手の検出などを用途とする場合における最適値の一例である。以下では、スイッチング周波数fcの最適な範囲について説明する。
【００３７】
図８Aと図８Bは、反射波１２６の強度（振幅）の変動とスイッチング周波数fcとの関係を示している。
【００３８】
図８Aと図８Bにおいて、曲線１４０は、時間と共に変動する反射波１２６の強度（振幅）の波形を示す。また、参照符号Tは、送信波１２４ひいては反射波１２６のスイッチングの周期を示す。反射波１２６の強度（振幅）の変動の主たる原因の一つは、用途が浴室内の洗濯物の乾燥や自動水栓などである場合、浴室空調装置の運転による壁の振動や洗濯物の揺れや人の手の揺れなどによる電波センサ１００とターゲット１０８間の距離の振動や揺れである推測される。従って、反射波強度波形１４０は、上述した原因となる振動や揺れの周期で変動する。
【００３９】
図８Aは、反射波強度波形１４０の変動周期に匹敵するほどに、反射波１２６のスイッチング周期Tが長い（スイッチング周波数fcが低い）場合を示している。各スイッチング周期Tにおいて１回のオン区間にだけ反射波１２６の強度が測定され、そして、検波部１１２内では検波用ダイオードが容量成分を含んでいるので、測定された反射波強度波形１４０が平坦化または平均化される。そのため、図８Aの場合、破線１４２で示したような反射波強度変動波形１４０の平均値が、出力信号１３４として現れることになる。すなわち、反射波１２６の強度を良好に検出することができない。
【００４０】
これに対し、図８Bは、反射波強度波形１４０の変動周期に比べて、反射波１２６のスイッチング周期Tがずっと短い（スイッチング周波数fcが高い）場合を示している。スイッチング周期Tが短いほど、反射波強度波形１４０をより忠実に表した出力信号１３４を得ることができる。しかし、反射波強度波形１４０の変動周期に比べて、ある程度以上にスイッチング周期Tが短ければ、それ以上にスイッチング周期Tを短くしても、反射波強度波形１４０をほぼ忠実に検出できるという効果はさほど向上せず、逆に回路構成が複雑になるため、低すぎず高すぎないというスイッチング周波数fcの最適範囲が存在する。
【００４１】
図９Aと図９Bは、一例として人の手をターゲット１０８として同じ距離から反射波１２６を受信した場合において、スイッチング周波数fc の違いによるバンドパスフィルタ１１４を通過した信号１３２（増幅前の出力信号１３４）の強度（振幅）の違いを観測した結果を示す。
【００４２】
図９Aに示す信号１３２Aは、スイッチング周波数fc が１０００Hzの場合に得られた信号１３２であり、図９Bに示す信号１３２Bは、スイッチング周波数fc が１７０Hzの場合に得られた信号１３２である。両信号１３２A、１３２Bを比較するとわかるように、いずれの場合にも信号１３２の強度（振幅）は変動するが、スイッチング周波数fc が高い場合の方が、信号１３２の最大強度（振幅）が大きい。その理由は、上述したように、スイッチング周波数fc が高い場合の方が、反射波１２６の強度をより忠実に抽出できるからである。
【００４３】
図１０は、ターゲット１０８が自動水栓に差し出された人の手である場合と浴室内に干された洗濯物（衣類）と場合の各々について、スイッチング周波数fcと出力信号１３４の強度（相対強度）との関係を調べた結果を示す。
【００４４】
図１０に示されるように、ターゲット１０８が自動水栓に差し出された人の手である場合には、スイッチング周波数fcは約３００Ｈz以上が好ましく、また、ターゲット１０８が浴室内に干された洗濯物（衣類）である場合には、約８００Hz以上が好ましい。いすれの場合にも、スイッチング周波数fcが約１０００Ｈz程度であれば十分である。また、この調査御結果のデータを分析したところ、手の場合には反射波強度の変動の周波数は約３０〜４０Hz程度であり、また、浴室内の洗濯物の場合には反射波強度の変動の周波数は約８０〜１００Hz程度である。因みに、手の動き自体は10Hz程度であろうが、手洗ボールの陶器内での電波の乱反射によるマルチパス（直接的な反射だけでなく、陶器の複数箇所の反射の影響）により、反射波強度変動の周波数が実際の手の動きより高くなると推測される。また、洗濯物の揺れはもっとゆっくりであろうが、浴室空調装置の振動や浴室内での良く室内でのマルチパスにより、反射波強度変動の周波数が上記のようになると推測される。これらのことから、反射波強度変動の周波数の約８倍程度以上の周波数に、スイッチング周波数fcを設定することが好ましい。一方、スイッチング周波数fcの上限については、装置構造を明らかに複雑化しコスト高となる程には高過ぎない値が望ましい。この観点では、ターゲットが上に例示したような手、洗濯物、浴室などである場合には、約数千Hz度、より具体的には、例えば約２０００Ｈz、あるいは、ターゲットや事情によっては振動数が上記より幾分高くなる場合もあり得ることを考慮すると、例えば約５０００Hzを、スイッチング周波数fcの上限とすることが好ましいる。あるいは、さらに安全幅を大きく確保する必要がある可能性がある場合には、スイッチング周波数fcの上限は約１０KHzとすることもできる。
【００４５】
図１１は、送信波１２４および反射波１２６のスイッチングするためのスイッチング信号１２０のオンデューティと、スイッチング信号１２０に含まれる基本波成分（スイッチング周波数fcの成分）の電力比率との関係を示す。
【００４６】
図１１に示すように、オンデューティが５０％であるときに、基本波成分の比率が最大となる。基本波成分の比率が大きい程、反射波１２６の強度が同じであっても、得られる出力信号１３４の強度は大きくなり、よって、検出の精度が高くなる。好ましいオンデューティの範囲は、約４０％から約６０％の範囲であり、５０％が最適である。
【００４７】
以下では、この実施形態にかかる電波センサの用途例と設置例を幾つか紹介する。
【００４８】
図１２は、この実施形態にかかる電波センサの自動水栓への適用例を示す。
【００４９】
図１２に示すように、自動水栓１５０が取り付けられた手洗ボウル１５２の適当箇所に、この実施形態にかかる電波センサを内蔵した制御装置１５４が取り付けられる。制御装置１５４は、自動水栓１５０の前の手１５６が差し出される場所に向けて内蔵の電波センサから送信波１５８を発射し、手１５６からの反射波を受信する。制御装置１５４は、内蔵の電波センサの出力信号に基づいて手１５６の有無を判断し、その判断結果に応じて自動水栓１５０の水路を開閉する電磁バルブ１６０を制御する。
【００５０】
図１３は、この実施形態にかかる電波センサの浴室空調装置への適用例を示す。
【００５１】
図１３に示すように、浴室の例えば天井１６２の適当箇所、または、天井１６２に設置された浴室空調装置１６４の適当箇所に、この実施形態にかかる電波センサの少なくとも送信アンテナと受信アンテナを内蔵したアンテナユニット１６６が取り付けられる。電波センサの他の部分は、アンテナユニット１６６に内蔵されていても良いし、あるいは、浴室空調装置１６４に内蔵されていても良いし、あるいは、それらとは別の場所に設置されていてもよい。浴室内に干された洗濯物１６８の乾燥度合いを判断する用途の場合には、アンテナユニット１６６は、浴室内の洗濯物１６８をターゲットにして、そこに送信波１７０を発射し、そして、洗濯物１６８からの反射波を受信する。あるいは、浴室自体の乾燥度合いを判断する用途の場合には、アンテナユニット１６６は、浴室内の所定場所、例えば、床１７２またはカウンタ１７８の水溜りまたは水滴が残り易い場所１７４、１７６または１８０をターゲットとして、そこに送信波１８２を発射し、その場所１７４、１７６または１８０からの反射波を受信する。いずれの用途においても、図５Aを参照して既に説明したように、ターゲットの乾燥が進むにつれて、ターゲットの水が減ってターゲットの誘電率が低下し電波反射率が低下するので、電波センサの出力信号の強度が低下する。浴室空調装置１６４内の制御装置は、電波センサからの出力信号を受けて、その出力信号の強度に基づいてターゲットの乾燥度合いを判断する。例えば、出力信号の強度が所定の閾値以下になると、ターゲットが十分に乾燥したと判断することができる。制御装置は、その判断結果に基づいて浴室空調装置１６４の運転を制御する。例えば、ターゲットが十分に乾燥したと判断された時に、浴室空調装置１６４の乾燥運転を自動的に停止することができる。
【００５２】
図１４は、浴室内の洗濯物の乾燥度合いを判断するための変形例を示す。
【００５３】
この変形例では、電波センサは、ターゲットである洗濯物１６８からの反射波ではなく、透過波を受信する。すなわち、浴室内の適当箇所に、電波センサの少なくとも送信アンテナを内蔵した送信アンテナユニット１８４が設置され、また、洗濯物１６８から見て送信アンテナユニット１８４とは反対側の場所に、電波センサの少なくとも受信アンテナを内蔵した受信アンテナユニット１８６が設置される。送信アンテナユニット１８４は、洗濯物１６８へ向けて送信波１８８を発射し、受信アンテナユニット１８６は、洗濯物１６８を透過して来た透過波１９０を受信する。
【００５４】
図１５は、図１４の変形例における、洗濯物１６８の乾燥の進行に伴う電波センサの出力信号の強度の変化を示す図。
【００５５】
洗濯物１６８の乾燥が進むにつれて電波反射率が低下し、電波透過率は逆に上昇して透過波１９０の強度が増大するので、図１５に示すように、電波センサの出力信号の強度１９４は増大する。乾燥がほぼ完了すると、電波センサの出力信号の強度１９４は最大値で飽和する。乾燥に伴って強度が低下する反射波を受信する方法よりも、透過波を受信する方法の法が、乾燥の完了をより精度良く検出することが容易である。
【００５６】
図１６は、浴室自体の乾燥度合いを判断するための変形例を示す。
【００５７】
この変形例では、電波センサは、ターゲットである浴室の床１７２の水の残りやすい所定場所１７４からの透過波を受信する。すなわち、例えば天井１６２に設置された送信アンテナユニット１８４が、床１７２の所定場所１７４に向けて送信波１９６を発射し、そして、例えば所定場所１７４の床下に設置された受信アンテナユニット１８６が、所定場所１７４からの透過波１９８を受信する。
【００５８】
この変形例でも、図１７に示すように、浴室の乾燥が進むにつれて所定場所１７４の水が減りそこの電波透過率が上昇して透過波１９８の強度が増大するので、電波センサの出力信号の強度２００は増大する。乾燥がほぼ完了すると、電波センサの出力信号の強度２００は最大値で飽和する。精度良く浴室の乾燥の完了を検出することが容易である。
【００５９】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は本発明の説明のための例示にすぎず、本発明の範囲をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱することなく、その他の様々な態様でも実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】センサとターゲット間の距離に応じたドップラ信号の出力レベルの変化を例示する図。
【図２】センサとターゲット間の距離に応じた反射波検波信号の出力レベルの変化を例示する図。
【図３】センサの周囲温度に応じた反射波検波信号の出力レベルの変化を例示する図。
【図４】本発明の一実施形態にかかる電波センサの構成を示すブロック線図。
【図５】電波センサ１００の用途として洗濯物の乾燥と自動水栓を例に取り、図４に示した出力信号１３４の強度とターゲットの状態との関係を例示する図。
【図６】バンドパスフィルタ１１４と増幅部１１６の回路例と、バンドパスフィルタ１１４に代わりに直流カットコンデンサ１１５を用いた回路例を示す図。
【図７】反射波検波信号１３０と出力信号１３４の波形例を示す図。
【図８】反射波１２６の強度（振幅）の変動とスイッチング周波数fcとの関係を示す図。
【図９】スイッチング周波数fc の違いによるバンドパスフィルタ１１４を通過した信号１３２の強度（振幅）の違いを観測した結果を示す図。
【図１０】ターゲット１０８が自動水栓に差し出された人の手である場合と浴室内に干された洗濯物（衣類）と場合の各々について、スイッチング周波数fcと出力信号１３４の強度（相対強度）との関係を調べた結果を示す図。
【図１１】スイッチング信号１２０のオンデューティと、スイッチング信号１２０に含まれる基本波成分（スイッチング周波数fcの成分）の電力比率との関係を示す図。
【図１２】本発明の電波センサの自動水栓への適用例を示す断面図。
【図１３】本発明の電波センサの浴室空調装置への適用例を示す斜視図。
【図１４】本発明の電波センサの浴室空調装置への適用例の変形例を示す斜視図。
【図１５】図１４の変形例における、洗濯物の乾燥の進行に伴う電波センサの出力信号の強度の変化を示す図。
【図１６】本発明の電波センサの浴室空調装置への適用例の別の変形例を示す斜視図。
【図１７】図１５の変形例における、浴室の乾燥の進行に伴う電波センサの出力信号の強度の変化を示す図。
【符号の説明】
【００６１】
１００  電波センサ
１０２  スイッチング部
１０４  発振部
１０６  送信アンテナ
１０８  ターゲット
１１０  受信アンテナ
１１２  検波部
１１４  バンドパスフィルタ（BPF）
１１６  増幅部
１１８  出力端子
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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