(57)【要約】【課題】送信及び受信用アンテナを有し、電波を送受信して被検出体の存在を検知するアクティブセンサにおいて、送信用アンテナの半値角に基く検知エリア端における検知感度を向上させ、より正確に被検出体を検知する。【解決手段】センサ１は、ＲＦ信号の電波を送信する送信用アンテナ１２と、送信された電波の被検出体からの反射波を受信する受信用アンテナ１３とを有し、電波を送受信して被検出体の存在を検知する。受信用アンテナ１３の半値角θ２による受信エリア３０内に送信用アンテナ１２の半値角θ１による送信エリア２０を配置し、半値角θ２を半値角θ１より大きくする。これにより、送信用アンテナ１２の半値角θ１の送信エリア２０の端における検知感度が向上する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信用アンテナと、この送信用アンテナから放射された電波の被検出体による反射波を受信する受信用アンテナとを有し、電波を送受信して被検出体の存在を検知するアクティブセンサであって、
前記受信用アンテナの半値角の設定範囲内に前記送信用アンテナの半値角の設定範囲が配置され、前記受信用アンテナの半値角が前記送信用アンテナの半値角より大きいことを特徴とするアクティブセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信用アンテナと受信用アンテナとを有し、電波を送受信して被検出体の存在を検知するアクティブセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被検出体の存在を検知するセンサとしては、例えば、照明器具等に併設される人感センサ等があり、照明器具は、人感センサにより一定範囲内の人の存否を検知し、人の検知があった場合に一定時間点灯される。これにより、自動で照明器具を点灯または消灯することができ、照明の消し忘れ防止などの利便性の向上、省エネルギー化、安全化が図られている。
【０００３】
このような照明器具に取り付けられる人感センサとしては、主としてＰＩＲ（Passive Infrared Radiation）センサがよく使用されている。ＰＩＲセンサは、パッシブ型センサであり、センサの検知エリア内で、人の動きなどを温度変化により感知することにより、容易に使用することが可能である。しかしながら、ＰＩＲセンサは、周囲の温度に影響を受け易く、さらに、検知距離が短い。このことから、温度変化の著しい場所や高天井などの検知距離が長い場所で使用することは困難であり、このような場合には、温度依存性が少なく、遠方からも検知可能なアクティブ型センサが使用される。
【０００４】
このようなアクティブ型センサの例としては、自らが信号を送信、受信し、ドップラ効果によって送受信信号間で生じた周波数差を検出することにより移動物体を検知する電波センサがある。一般に、電波センサは、構成を簡単にするため、送信用アンテナと受信用アンテナを１つのアンテナで共用して使用されることが多く、送信用アンテナの送信領域と受信用アンテナの受信領域は同じ領域となる。
【０００５】
このようなアクティブ型センサの例を、図１０（ａ）、（ｂ）に示す。アクティブ型センサ１０１は、送信用アンテナ１０２と受信用アンテナ１０３とを備え、各アンテナの電力半値角（以下、半値角という）θ１は同じである。アクティブ型センサ１０１は、天井壁２００から床面２０１に向けて電波を放射するように配設される。これらのアンテナ１０２、１０３は、それらの間隔ｄが天井の高さに比べ十分短く、床面２０１側から見て等価的に１つの半値幅θ１を成し、同じ送受信エリア１１０を形成する送受信共用の合成アンテナと見なせる。
【０００６】
しかしながら、このようなアクティブ型センサ１０１は、送受信エリア１１０の端部における送信レベルと人Ｍからの反射波の受信レベルは、センサ１０１の真下におけるそれぞれ略最大レベルとなる送信レベル及び受信レベルの半分になる。従って、送受信エリア１１０の端部におけるセンサ１０１の送受信を合わせた送受信感度は、０．５×０．５＝０．２５となり、略最大となるセンサ１０１の真下の送受信感度に比べて、２５％に低下する。このため、半値角θ１に基く送受信エリア１１０の端部においては、送受信感度が低下して物体の正確な検知ができないという問題があった。
【０００７】
ところで、送信用アンテナの半値角より受信用アンテナの半値角が小さくなるように構成された無線レーダーのアクティブセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、このセンサは、受信用アンテナの半値角が小さいため、送信用アンテナに基く送信エリア端部における物体からの反射波の受信感度が、半値角が互いに同じ送受信アンテナの場合に比較して低下することがあった。
【特許文献１】特開２００１−２７２４５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の問題を解決するものであり、送信及び受信用アンテナを有し、電波を送受信して被検出体の存在を検知するアクティブセンサにおいて、送信用アンテナの半値角に基く検知エリア端における検知感度を向上させ、より正確に被検出体を検知することができるアクティブセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、送信用アンテナと、この送信用アンテナから放射された電波の被検出体による反射波を受信する受信用アンテナとを有し、電波を送受信して被検出体の存在を検知するアクティブセンサであって、前記受信用アンテナの半値角の設定範囲内に前記送信用アンテナの半値角の設定範囲が配置され、前記受信用アンテナの半値角が前記送信用アンテナの半値角より大きいものである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、送信用アンテナによって設定される検知領域ぎりぎりの場所（半値角近傍）における受信時の感度を、送受信用アンテナの半値角を同じくして送受信エリアを同じ領域に設定する場合に比べて高くすることができ、検知感度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係るアクティブセンサについて図面を参照して説明する。図１（ａ）（ｂ）は本実施形態におけるアクティブセンサ（以下、センサという）１が搭載された照明装置１０を示す。照明装置１０は、天井壁等に取り付けられ、蛍光灯等の光源部４と、照明光の出射方向側に取り付けられ、人（被検出体）の存在を検知して検出信号を出力するセンサ１とを備える。
【００１２】
図２は照明装置１０の構成を示す。照明装置１０は、センサ１の検出信号を受けて人の存否の判定信号を出力する評価回路部２と、評価回路部２からの判定信号を基に光源部４の照明の点灯または消灯を行う制御部３と、制御部３により点灯制御される光源部４と、これら各部に商用電源から電源を供給する電源部５とを備える。センサ１は、自ら電波を発射して人を検知し、評価回路部２は、センサ１の検出信号を基に生成した判定信号を制御部３に出力する。制御部３は、評価回路部２からの判定信号が入力されると、検知エリアに人が存在すると判断して、点灯制御信号を出力して、光源部４を点灯制御する。
【００１３】
図３は、センサ１の構成を示す。センサ１は、ＲＦ信号を発振させるＲＦ発振回路部１１と、ＲＦ信号を送信する送信用アンテナ１２と、ＲＦ信号の人体による反射波を受信する受信用アンテナ１３と、送信信号と受信信号を基に人体検出信号を出力する信号処理部１４とを有する。このセンサ１は、電波を送受信し、ドップラ効果によって移動体を検知する電波センサである。信号処理部１４は、周波数混合回路（不図示）を有し、周波数混合回路により送信信号と受信信号の周波数差を基にドップラ信号を検出して、これを基にセンサ検出信号Ｓａを出力する。このセンサ１から出力されたセンサ検出信号Ｓａは、評価回路部２に供給される。また、送信用アンテナ１２と受信用アンテナ１３は、できる限り近い位置に並べて設置され、平面アンテナやホーンアンテナ等の各種アンテナ、又は、これらを組合わせを用いることができる。
【００１４】
図４は、評価回路部２を示す。評価回路部２は、センサ検出信号ＳａをＧ倍に増幅する増幅回路部２１と、増幅回路部２１からの出力増幅信号Ｓｂ（＝Ｇ・Ｓａ）を予め設定したしきい値と比較し、しきい値を越えたかどうかの判定を行う検波回路部２２とを有する。検波回路部２２は、出力増幅信号Ｓｂがしきい値を越えた場合は、人感検知の判定信号Ｓｃを発生し、この判定信号Ｓｃを制御部３に送出する。
【００１５】
上記のように構成されたセンサ１の人感検知に基く照明装置１０の点灯制御について図５を参照して説明する。センサ１の検知エリア内に人が存在しない定常時は、センサ１のみが継続して動作し、送信用アンテナ１２と受信用アンテナ１３によるＲＦ信号の送受信を行い、制御部３は光源部４をＯＦＦ状態とする。このとき、センサ１の検知エリア内を人が移動するなどして、図５（ａ）に示すように、センサ検出信号Ｓａに変化があると、信号処理部１４で検出されたセンサ検出信号Ｓａは増幅回路部２１で増幅されて、図５（ｂ）に示すように、振幅変化が増大された出力増幅信号Ｓｂとなる。この出力増幅信号Ｓｂは、検波回路部２２により、しきい値Ｓｒとの大小が判定され、図５（ｃ）に示すように、判定信号Ｓｃが形成される。この判定信号Ｓｃは、出力増幅信号Ｓｂがしきい値Ｓｒを越えた期間のみオン状態となるパルス信号波形となり、人の検知の有無の判定がディジタル信号化される。即ち、人の存在を検出した場合は、オン信号波形「１」となり、人の存在が確認されない場合はオフ信号波形「０」となる。制御部３は、タイマ（不図示）を有し、判定信号Ｓｃの「１」信号が入力されると、タイマの起動と、光源部４の点灯操作を行い、図５（ｄ）に示すように、予めタイマで設定された一定期間Ｔａだけ点灯制御信号Ｓｄを出力して、光源部４を点灯させる。
【００１６】
また、制御部３は、タイマの設定後、一定期間Ｔａを経過する間に、再度、評価回路部２から判定信号Ｓｃの「１」信号が検知された場合は、タイマのリセットを行い、再度、一定期間Ｔａをカウントし、タイマが切れると、光源部４もＯＦＦされる。これにより、センサ１が人を検知すると、光源部４は直ぐに点灯され、センサ１が人を検知している間は継続して点灯され、人が検知されなくなれば消灯される。
【００１７】
ここで、センサ１における送信用アンテナ１２と受信用アンテナ１３とによる送信エリアと受信エリアの設定について、図６（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図６（ａ）に示すように、送信用アンテナ１２と受信用アンテナ１３は、天井壁２００から床面２０１に向けて指向特性を成し、それらのアンテナの指向特性は、それぞれ電力半値角（以下、半値角という）θ１、θ２を有する。また、受信用アンテナ１３の半値角θ２の設定範囲（受信エリア３０）内に送信用アンテナ１２の半値角θ１の設定範囲（送信エリア２０）が配設され、受信用アンテナ１３の半値角θ２が送信用アンテナ１２の半値角θ１より大きくなるように設定される。即ち、送信用アンテナ１２による送信エリア２０が、受信用アンテナ１３による受信エリア３０内に含まれ、半値角θ１と半値角θ２が略同じ中心軸４０を有するように配置される。ここでは、送信エリア２０がセンサ１の検知エリアとなり、送信エリア２０内で人Ｍが検知される。
【００１８】
図６（ｂ）は、図６（ａ）のＰ部を拡大して示す。送信用アンテナ１２と受信用アンテナ１３は、それらの間隔ｄが天井の高さに比べ十分短くなるように互いに接近して配設される。これにより、天井壁２００から離れた床面２０１側から見て送信用アンテナ１２と受信用アンテナ１３のそれぞれの半値角θ１、θ２が等価的に同じ中心軸４０を持つと見なせる。また、半値角θ１、θ２の指向性パターンは、中心軸４０に関してそれぞれ略対称となる。
【００１９】
ここで、送信用アンテナ１２と受信用アンテナ１３の指向性パターン特性の例として、送信用アンテナ１２の半値角θ１を６０°、受信用アンテナの半値角θ２を９０°と設定したときの受信感度について、図７を参照して説明する。図７において、横軸は、中心の角度を０°として、左右に半値角の半分の角度を表し、縦軸は、中心の角度０°における最大値を１とする電力利得比を表し、デシベル（ｄB）表示及び倍率表示をしている。
【００２０】
上記送信用アンテナ１２においては、その半値角６０°の位置Ｐ１における電力利得比は０．５倍（−３ｄＢ）となり、受信用アンテナ１３においては、上記半値角６０°に対応する位置Ｐ２における電力利得比は０．８倍（−１ｄＢ）となる。ここでは、送信用アンテナ１２と受信用アンテナ１３のそれぞれの電力利得を略同じとする。これら電力利得は、各アンテナ指向性パターンの送信メインローブ及び受信メインローブにおけるそれぞれの半値角θ１、θ２の中心軸４０上の最大となる利得である。なお、電力利得をアンテナの指向性利得で表してもよい。
【００２１】
図８は、センサ１の送信エリア２０と検知される人Ｍの関係を示す。ここで、天井壁２００の高さを８ｍとし、床面２０１のセンサ１の真下を中心に直径略６ｍのエリア周辺の人Ｍの存否を検知するための送信用アンテナ１２の半値角θ１を求める。ここでは、センサ１からの電波が主に最大高さを２ｍとした人Ｍの頭部付近で反射されるとし、略６ｍ径エリアにおける半値角をθａとすると、θａ（°）＝２×θｂ＝２×ｔａｎ−１（３／６）（°）＝５３（°）となる。但し、θｂは、θａの半分とする。これより、送信用アンテナ１２の半値角θ１を検知エリアのマージンを設けて６０°とすれば、略６ｍ径エリア内に存在する人Ｍを効率よく検知できるエリアを設定できる。
【００２２】
ここで、送信用アンテナ１２の半値角θ１を６０°として、送信エリア２０の端部（送信用アンテナ１２の半値角ぎりぎりの場所）で人Ｍの検知を行う場合の送受信感度を求める。この送受信感度は、送信用アンテナ１２からの電波の送信と、この送信電波の人Ｍによる反射波の受信用アンテナ１３による受信とによる送受信を合わせた検知感度であり、その検知感度レベルを送信レベル×受信レベルで表す。ここでは、センサ１の真下方向における最大レベルが得られる検知感度レベルを基準値１とする。
【００２３】
このとき、前記図７より、センサ１の真下から３０°の位置における送信用アンテナ１２の送信レベル及び受信用アンテナ１３の受信レベルは、それぞれの最大レベルの０．５倍及び０．８倍となる。従って、送信エリア２０の端部における送受信感度は、０．５×０．８＝０．４０となり、最大感度レベルの４０％となる。この結果、送受信感度は、従来の送受信用アンテナの半値角を同じとして送受信エリアを同じとした場合の送信エリアの端部における送受信感度（２５％）に比べて１５％向上する。
【００２４】
即ち、受信用アンテナ１３の半値角θ２（ここでは、９０°）を、送信用アンテナ１２の半値角θ１（６０°）より大きくしたことにより、半値角１の位置に対応する受信用アンテナ１３の電力利得比（０．８倍）が、送信用アンテナ１２の半値角θ１における電力利得比（０．５倍）より大きくなる。これにより、送信エリア２０の半値角近傍における送受信感度の低下を抑制することができる。
【００２５】
また、上記説明では、送信用アンテナ１２と受信用アンテナ１３の各電力利得のピーク値を同じとしたが、受信用アンテナ１３は、その半値角θ２が半値角θ１より大きいと共に、半値角θ１と同じ角度（アンテナ指向性の角度）における受信用アンテナ１３の電力利得が、少なくとも送信用アンテナ１２の半値角θ１における電力利得（電力利得のピーク値より３ｄB低い値）より大きければよい。
【００２６】
このように、本実施形態のセンサ１によれば、受信用アンテナ１３の半値角θ２を送信用アンテナ１２の半値角θ１より大きくしたことにより、送信用アンテナ１２の半値角θ１と同じ角度における受信用アンテナ１３の電力利得比を、送信用アンテナ１２の半値角θ１における電力利得比より大きくすることができる。従って、検知エリア２０の端部に存在する人Ｍからの反射波の受信用アンテナ１３による受信レベルを、送受信用アンテナの半値角を同じとして送受信エリアを同じ領域に設定した場合に比べて高くすることができる。これにより、検知エリア２０の端部における人Ｍの検知感度を向上することができ、より正確に人Ｍを検知することができる。また、実質的に送信用アンテナ１２の半値角θ１の近傍ぎりぎりまで人Ｍの検知範囲を広げることができる。
【００２７】
次に、上記実施形態の変形例について、図９を参照して説明する。本変形例は、センサ１を、天井壁２００と略直交する側壁面２０２付近に近づけて配設し、検知エリア端部に存在する人Ｍに対するセンサ１の検知感度を、さらに向上するものである。
【００２８】
センサ１は、天井壁２００の側壁面２０２から略３ｍのところに配設され、側壁面２０２の近傍における送信エリア２０の端部が壁ぎりぎりの領域となっている。センサ１は、この側壁面２０２の近傍に存在する人Ｍを検知する。
【００２９】
ここでは、説明を分かり易くするために、送信用アンテナ１２からの電波の人Ｍによる反射波は、その５０％が直接の反射波５１となり、他の５０％は側壁面２０２に当たって再反射された間接のマルチパス波５２となり、それぞれ受信用アンテナ１３で受信される。このとき、前記図７のグラフより、検知エリア２０の端部における反射波５１とマルチパス波５２に基く送受信感度は、それぞれ０．４（＝０．５×０．８）倍、及び０．２５（＝０．５×０．５）倍となる。ここでは、側壁面２０２による反射率を略１００％とし、マルチパス波５２は受信用アンテナ１３の半値角θ２の近傍で受信されるとする。これにより、受信用アンテナ１３は、反射波５１とマルチパス波５２の両方を受信することができ、送受信感度は０．６５倍となり、センサ１が側壁面２０２の近傍から離れている場合の０．４０倍に比べて大きくなる。
【００３０】
このように、センサ１は、側壁面２０２付近に設置されたことにより、人Ｍからの直接の反射波５１と、側壁面２０２で反射されたマルチパス波５２との両方を受信するので、センサ１の送信用アンテナ１２の半値角θ１近傍の検知感度が、さらに向上する。
【００３１】
なお、本発明は上記各種の実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で適宜に種々の変形が可能である。例えば、センサ１は、照明装置の外に近接して配設されていてもよい。また、アクティブセンサの送信用アンテナをホーンアンテナとして半値角を狭くし、受信用アンテナを平面アンテナとして半値角を大きくし、かつ、ホーンアンテナを平面アンテナの中央部分に配設すると共に、受信用アンテナの電力利得が、送信用アンテナの電力利得以上になるようにしてもよい。また、平面アンテナをプリント基板のパターンで形成し、同じプリント基板にＲＦ発信回路、ミキサ回路等の高周波信号処理回路を設けて一体化することもできる。また、電波の周波数は、ミリ波でなくてもマイクロ波やその他の周波数帯であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）本発明の一実施形態に係るアクティブセンサを搭載した照明装置を下方から見た外観図、（ｂ）は同照明装置の側面図。
【図２】上記装置の電気ブロック図。
【図３】上記アクティブセンサの電気ブロック図。
【図４】上記装置における評価回路部を示す図。
【図５】（ａ）はアクティブセンサからの出力信号を示す図、（ｂ）は増幅回路部からの出力信号を示す図、（ｃ）は検波回路部からの出力信号を示す図、（ｄ）は制御部からの出力信号を示す図。
【図６】（ａ）は送信用アンテナと受信用アンテナの半値角に基く送信エリアを示す図、（ｂ）は（ａ）のＰ部の拡大図。
【図７】上記送信用アンテナと受信用アンテナの各指向特性を示す図。
【図８】上記送信及び受信用アンテナによる送受信エリアと人の位置関係を示す図。
【図９】上記実施形態の変形例に係るアクティブセンサを示す図。
【図１０】（ａ）は従来のアクティブセンサにおける受信エリアと人の位置関係を示す図、（ｂ）は（ａ）のＱ部の拡大図。
【符号の説明】
【００３３】
１  センサ（アクティブセンサ）
１１  ＲＦ発振回路部
１２  送信用アンテナ
１３  受信用アンテナ
１４  信号処理部
【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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【図９】
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【図１０】
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