CN108474846A - 感测器及使用该感测器的水龙头装置 - Google Patents

感测器及使用该感测器的水龙头装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供测量至物体的距离且检测近距离的物体的感测器及水龙头装置。感测器(10)包含有检测部(11)及处理部(13)。检测部(11)输出具有所辐射的电波的频率与所接收的电波的频率的频率差的差频信号的数字值。处理部(13)的频率分析部(131)用以求取差频信号的频谱。处理部(13)的修正部(134)将检测部(11)的输出位元数与频率分析部(131)的输入位元数的差值个数的零附加于输入至频率分析部(131)的数字值。处理部(13)的计算部(135)从频率分析部(131)所求取的频谱中求出功率为峰值的峰值频率，并将该峰值频率换算成至物体(Ob)的距离。

Description

感测器及使用该感测器的水龙头装置
技术领域
本发明是有关于利用电波来检测物体的感测器、及以此感测器控制出水及止水的使用感测器的水龙头装置。
背景技术
迄今为止，已提出以发射接收器的发射器将所扫描的信号从天线发射元件发射并以天线接收元件接收其反射波的雷达装置(参照专利文献1日本特开2014-182010)。文献1有为了参考信号与输入信号的相关处理(correlation processing)而将于基准参考信号补零的信号作为参考信号，并将该参考信号进行FFT(Fast Fourier Transform)处理这样的内容的记载。即，在专利文献1中，为了使基准参考信号的符号长度与输入信号的符号长度一致，进行了补零。
另外，在自动水龙头装置中使用微波多普勒感测器的结构例，记载于文献2(参照专利文献2日本特开2013-72237)。
专利文献1的技术适用于例如飞机所搭载的雷达装置。因而，其目的并未设想到检测存在于数cm左右的近距离的物体。
另外，专利文献2的技术是使用微波多普勒感测器的结构，并未记载“在间歇地辐射电波的电波感测器中，检测存在于数cm左右的近距离的物体”的技术。多普勒感测器虽可检测物体的移动，但不易确认至物体的距离。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2014-182010
专利文献2：特开2013-72237
发明内容
本发明的目的是提供可测量至物体的距离且可检测近距离的物体的感测器，进一步的目的是提供使用此感测器的水龙头装置。
本发明一态样的感测器包含有检测部及处理部。检测部将频率随着时间经过而变化的电波辐射至空间且从空间接收电波。处理部基于检测部所辐射的电波的频率与所接收的电波的频率的频率差，测量至存在于空间的物体的距离。另外，检测部具有模拟-数字转换器，其用以输出差频信号的数字值，该差频信号具有所辐射的电波的频率与所接收的电波的频率的频率差。再者，检测部配置为反复根据具有辐射电波的辐射期间与不辐射电波的休止期间各1次的处理周期来运作，从而间歇地辐射电波。处理部具有频率分析部、修正部及计算部。频率分析部设计成输入位元数多于模拟-数字转换器的输出位元数，并求取所述差频信号的频谱。修正部将模拟-数字转换器的输出位元数与频率分析部的输入位元数的差值个数的零附加于输入至频率分析部的数字值。计算部从频率分析部所求取的频谱中求出功率为峰值的峰值频率，并将峰值频率换算成至物体的距离。
本发明一态样的水龙头装置包含有：感测器，其判断物体是否存在于依据距离而定义的监视区域内来输出控制信号；及水龙头，其接收所述控制信号来选择出水及止水。处理部配置为在对象物存在于监视区域时向水龙头提供选择出水的控制信号，而在对象物不存在于监视区域时向水龙头提供选择止水的控制信号。
根据上述结构，可测量至物体的距离且可检测近距离的物体。
附图说明
图1是显示根据实施形态的感测器的结构例1的电路方块图。
图2是根据实施形态的发射波的说明图。
图3是根据实施形态的动作的说明图。
图4是显示根据实施形态的感测器的结构例2的电路方块图。
图5是显示根据实施形态的感测器的结构例3的电路方块图。
图6是安装有实施形态的水龙头装置的水槽的截面图。
具体实施方式
[用以实施发明的形态]
以下说明的结构例是有关于：通过将电波辐射至空间，并接收来自空间的电波，而提取空间信息的感测器、及使用此感测器的水龙头装置。在此的空间信息可从“至存在于空间的物体的距离”的信息、物体是否存在于在空间中定义的监视区域的信息、存在于监视区域的物体是否为监视对象(亦即对象物)的信息等选择。在以下说明的感测器中，物体是否存在于监视区域的信息、存在于监视区域的物体是否为对象物的信息，是以“至存在于空间的物体的距离”的信息为基础的信息。因而，感测器具有测量“至存在于空间的物体的距离”的功能。物体亦可为人体，此时，感测器可使用作为感应人的感测器。另外，感测器亦可为输出机器控制用控制信号的结构。
使用感测器的水龙头装置假定为“在配置于厨房、洗脸间、厕所等的水龙头中组装有感测器”的结构。水龙头具有配置于至出水口的流道的诸如电磁阀等的阀，通过接收来自感测器的控制信号，使阀运作，而选择出水及止水。举例而言，若为在厨房与水槽组合而使用的水龙头装置，便于具有出水口的出水管安装感测器。感测器安装于在出水管中接近出水口的部位。另外，于出水口附近的预定范围设定用以监视对象物的监视区域。监视区域根据至感测器的距离而定。感测器可提取监视区域是否存在诸如手、餐具、烹调器具、蔬菜、水果等这样的对象物的信息作为空间信息。
感测器基于“与监视区域及对象物的关系有关的条件”决定输出用以出水或止水的控制信号的定时。最简单的关系是“对象物存在于监视区域的条件”成立时，感测器便输出“指示出水的控制信号”，而“对象物不存在于监视区域的条件”成立时，感测器则输出“指示止水的控制信号”。为了提高水龙头的便利性，而向决定“感测器输出指示出水或止水的控制信号的定时”的条件附加各种条件，但因附加的条件并非重点，故省略说明。
(感测器的结构例1)
如图1所示，以下说明的感测器10包含有检测部11、控制部12、及处理部13。检测部11将电波辐射至空间，并从空间接收电波。通过比较检测部11所发射的电波与所接收的电波，可提取空间信息。控制部12对检测部11指示辐射电波的定时，处理部13依据检测部11的输出，提取空间信息。检测部11或处理部13亦可决定辐射电波的定时。此种结构时，可省略控制部12。
在图2所示的操作例中，控制部12对检测部11指示交互产生“将电波辐射至空间的辐射期间Ts”、及“不将电波辐射至空间的休止期间Tr”。即，检测部11间歇地将电波辐射至空间。在以下，将1次辐射期间Ts与1次休止期间Tr的组合期间称为处理周期T0。举例而言，将辐射期间Ts定为1[ms]，将处理周期T0定为50[ms]。电波的频率、辐射期间Ts及休止期间Tr根据应检测的空间信息的种类来选择。电波的频率可从微波至毫米波的范围的频段中选择。
检测部11于辐射期间Ts中不仅辐射电波，于辐射期间Ts中也进行电波的接收。即，因感测器10辐射电波后，至感测器10接收存在于监视区域的物体Ob所反射的电波为止的时间比起辐射期间Ts相当短，故电波的辐射与电波的接收视为实质上同时进行。以下，将感测器10所辐射的电波称为发射波，将以物体Ob所反射的电波称为反射波。
举例而言，将感测器10的监视区域设定在以感测器10为起点，距离感测器10 3[cm]至60[cm]的范围内，辐射期间Ts设定为1[ms]。此时，从发射波的辐射至反射波的接收的时间为0.2[ns]至4[ns]左右，其不到辐射期间Ts的百万分之一，故亦可视为发射波的发射与反射波的接收处理是同一定时。
从以上的说明可知，在辐射期间Ts中，进行发射波的辐射与反射波的接收，而在休止期间Tr，则未进行反射波的接收。因而，在休止期间Tr，检测部11的动作停止。因在休止期间Tr，在处理部13进行提取空间信息的处理，故在处理部13产生电力的消耗，而在检测部11，几乎不消耗电力。因而，与在休止期间Tr进行接收的结构相比，消耗的电力减低。再者，因感测器10可将休止期间Tr设定成远比辐射期间Ts长(例如50倍)，故抑制休止期间Tr的电力的消耗造成电力的消耗量的大幅减少。
检测部11具有以FMCW方式(FMCW：Frequency-modulated continuous-wave：调频连续波)监视空间信息的单晶片集成电路。此单晶片集成电路具有发射用电路及接收用电路。如图3中符号Sg1所示，检测部11产生频率随着时间经过而变化的FMCW信号。即，FMCW信号可谓进行了调频而将时间转换成频率的信号。在此所说明的感测器10如图3中符号F1所示，在辐射期间Ts中产生频率随着时间经过而线性下降的FMCW信号。
将图3中符号Sg1所示的FMCW信号输入至检测部11具有的发射用天线111，发射用天线111将频率随着时间经过而变化的电波辐射至空间。另一方面，检测部11具有的接收用天线112将从空间所接收的电波转换成如图3中符号Sg2所示的接收信号。以下，将从发射用天线111所辐射的电波称为发射波，将接收用天线112所接收的电波中以存在于空间的物体Ob所反射的电波称为反射波。
检测部11将FMCW信号Sg1与接收信号Sg2混合。所混合的信号包含FMCW信号Sg1的频率与接收信号Sg2的频率的差的频率成分。换言之，所混合的信号包含发射波的频率与反射波的频率的差的频率成分。以下，将具有从发射用天线111辐射的电波的频率与接收用天线112所接收的电波的频率的频率差的信号称为差频信号。图3中以符号Sg3显示差频信号的例。至反射电波的物体Ob的距离若在辐射期间Ts中无变化，则辐射期间Ts的差频信号Sg3的频率为一定。
在从发射用天线111所辐射的电波中的以存在于空间的物体Ob所反射的电波被接收用天线112接收时，从电波的辐射至接收为止的时间会反映至物体Ob的距离。另外，因发射波频率随时间经过而变化，故从电波的辐射至接收为止的时间可以发射波与反射波的频率差来计测。亦即，通过求出从混合电路1101输出的信号所包含的差频信号的频率，可求出至物体Ob的距离。
现在，假设发射波的频率如图3中符号F1所示那样变化，反射波的频率如图3中符号F2所示那样变化。另外，令在辐射期间Ts中的频率对时间的变化率为(Bw/Ts)[Hz/s]。Bw是在辐射期间Ts中变化的频率的范围。因FMCW信号的频率在辐射期间Ts中线性下降，故频率的范围Bw是辐射期间Ts的开始时间点的发射波的频率与辐射期间Ts的结束时间点的发射波的频率两者的差。在FMCW信号中，在辐射期间Ts中扫描的频率的范围Bw与辐射期间Ts为已知，故在辐射期间Ts中的频率对时间的变化率为已知的值。
利用发射波与反射波的频率差△f[Hz]及频率的变化率(Bw/Ts)，则从电波的辐射至接收为止的时间△t[s]以△t＝△f(Ts/Bw)表示。亦即，发射波与反射波的频率差△f可置换成从电波的辐射至接收为止的时间△t。另外，若令光速为c[m/s]，则至将电波反射的物体Ob的距离R[m]为R＝c·△t/2。因而，可表示为R＝(c·△f/2)(Ts/Bw)。换言之，通过求出发射波与反射波的频率差△f，可求出从感测器10至物体Ob的距离R。
在此，若设为(c/2)(Ts/Bw)＝k，则R＝k·△f，而可以“从感测器10至物体Ob的距离R与频率差△f成比例”这样的简单关系表示。另外，根据上述关系式可知，从感测器10至物体Ob的距离不取决于发射波的频率，而是取决于辐射期间Ts中的频率的变化率。
一例是将辐射期间Ts定为1[ms]，将在辐射期间Ts中扫描的频率的范围Bw定为150[MHz]。若令光速c为3×108[m/s]，则系数k为k＝(c/2)(Ts/Bw)＝1×10-3[m·s]。因而，频率差△f为1[kHz]时，从感测器10至物体Ob的距离R为R＝1[m]，频率差△f为100[Hz]时，从感测器10至物体Ob的距离R为R＝1×10-1[m]＝10[cm]。
如上述，感测器10将从电波的发射至接收为止的时间△t置换成发射波的频率与反射波的频率的频率差△f。因而，处理部13被要求分析从检测部11输出的差频信号的频谱，以提取相当于频率差△f的频率。频谱是将分析对象亦即频率范围区分为复数区间，并使各区间与信号能量建立对应关系的数据。此频率差△f根据从感测器10至物体Ob的距离而变化，当感测器10至物体Ob的距离小时，频率差△f便也小。因此，将被设定成检测对象物的监视区域设定为距离感测器10近的距离时，需将以处理部13分析的频率的下限值设定为低频率。
当感测器10以上述数值设计时，频率差△f为100[Hz]时，距离R为10[cm]。因而，若要将监视区域设定为与感测器10相距10[cm]左右的距离，以处理部13分析的频率的下限值便为100[Hz]左右。换言之，若要以上述结构的感测器10测量以10[cm]为单位的距离时，频谱的1个区间(频格，frequency bin)需设定为100[Hz]。
检测部11间歇地辐射发射波，每到相当于辐射期间Ts的时间，便将差频信号交给处理部13。因此，频谱可分析的最小频率受到辐射期间Ts的限制。举例而言，感测器10以上述数值设计时，因辐射期间Ts为1[ms]，故当直接使用检测部11的输出时，频格便为1[kHz]。亦即，可测量的距离的最小单位为1[m]。
要缩小频格宽度可考虑增长辐射期间Ts的方法及增大在辐射期间Ts扫描的频率的宽度Bw的方法。换言之，可考虑增大FMCW信号的频率的变化率(Bw/Ts)。然而，为了满足要检测的对象物移动的速度、可扫描作为发射波的频率的范围、感测器10的制造成本等各种条件的设计，并不易大幅变更辐射期间Ts、扫描频率的宽度Bw。
在此说明的感测器10中，提供在不变更检测部11的输出下使频率的宽度缩小的技术。在此感测器10中，为了在不变更辐射期间Ts下将频格设定成小，而在求出频谱的前阶段，进行将差频信号转换成数字值的处理及向转换后的数字值附加预定个数的0的处理。
向数字值附加0的处理是称为附加零的处理。附加零的处理是通过向频谱的分析对象亦即数字值附加必要的位数的0而使数字值的位数增加的处理。通过进行附加零的处理，可缩小频格宽度。
附加零的处理的0的个数是以求出差频信号的数字值时的取样次数为基准而决定的。举例而言，若辐射期间Ts的取样次数为25次，便向数字值附加使进行附加零后的位数为取样次数的10倍的250位数左右的个数的0。当取样次数为25次时，若频格宽度为1[kHz]，附加零的处理可以将频格宽度缩小至100[Hz]左右。即，通过进行附加零的处理，可以100[Hz]的单位配适频谱。此外，截至目前为止所说明的数值为一例，可根据设计等变更。
处理部13具有计算部135。计算部135求出频率分析部131所求出的频谱中功率为峰值的峰值频率，而将峰值频率判断为差频信号的频率。即，计算部135将峰值频率视为上述频率差△f，并将频率差△f换算成至物体Ob的距离。在频谱中，产生复数的功率为峰值的频率时，可分别求出不同的物体Ob的距离。另外，当在处理部13中决定依据距离的监视区域时，可提取存在于监视区域的物体Ob作为对象物。
以下，更具体地说明感测器10的结构。构成感测器10的检测部11具有以高频的发射用电路及接收用电路构成的高频电路110、连接于高频电路110的发射用天线111及接收用天线112。高频电路110向发射用天线111提供发射信号而使电波辐射至空间，从自空间接收了电波的接收用天线112所输出的接收信号中取出包含空间信息的信号。发射用天线111及接收用天线112是诸如微带天线的平面天线。此种平面天线有贴片天线、槽孔天线等。发射用天线111与接收用天线112配置成靠近而使从发射用天线111至监视区域的距离与从接收用天线112至监视区域的距离的差比较小。
发射用天线111及接收用天线112设计成对应例如超过24.05GHz、24.25GHz以下的频段。若为此种频段，发射用天线111及接收用天线112的尺寸及间隔为数mm左右即可。在此，发射用天线111及接收用天线112的间隔是指形成于发射用天线111及接收用天线112之间的间隙的尺寸。
此外，在日本国内，此频段用于取得从诸如人或物体的对象物的存在、位置、移动、大小等选择的信息，可不取得无线电台的许可证来使用。此种无线电台是在船舶或飞机的航行以外的目的使用的无线电台，在日本国内，称为“移动体检测感测器用特定小电力无线电台”。在此所示的频段为一例，可依需要变更。
高频电路110由利用FMCW方式监视空间信息的单晶片集成电路构成。图1显示高频电路110的结构例。在此的高频电路110具有混合电路1101及信号产生电路1102作为主要的结构。另外，此高频电路110除了上述电路，还具有发射用放大电路及接收用放大电路。高频电路110除了可以单晶片集成电路构成外，亦可以复数个集成电路或离散部件构成。
信号产生电路1102以PLL合成器(PLL：Phase Locked Loop：锁相回路)实现，可输出FMCW信号。信号产生电路1102的动作由控制部12指示。在此，FMCW信号是在辐射期间Ts中、频率随着时间经过而线性变化(下降)的信号。控制部12对信号产生电路1102指示是否输出FMCW信号。信号产生电路1102输出如图3中以符号Sg1显示的FMCW信号。即，控制部12对信号产生电路1102指示辐射期间Ts及休止期间Tr的定时。辐射期间Ts中的FMCW信号的频率的变化率在此结构例中假定配置为由检测部11设定，亦可配置为从控制部12对检测部11进行指示。
在上述结构例中，进行FMCW信号在辐射期间Ts中的频率随着时间经过而线性下降的动作，亦可进行其频率随着时间经过而线性上升的动作。另外，FMCW信号亦可具有在辐射期间Ts中、频率随着时间经过而上升的期间及下降的期间，频率的变化也不必如图3所示的示例那样为线性。即，检测部11进行以频率随着时间经过单调递增的方式扫描频率的动作及以频率随着时间经过单调递减的方式扫描频率的动作至少一者。
当将如图3中以符号Sg1显示的FMCW信号输入至发射用天线111时，便将电波从发射用天线111辐射至空间。另一方面，接收用天线112将从空间所接收的电波转换成如图3中以符号Sg2显示的接收信号。
将从接收用天线112输出的接收信号提供至混合电路1101，混合电路1101混合从信号产生电路1102输入的FMCW信号Sg1及接收信号Sg2。混合电路1101具有乘法器的功能。因而，可从混合电路1101输出FMCW信号Sg1与接收信号Sg2相乘的信号。即，混合电路1101输出的信号包含具有从发射用天线111辐射的电波的频率与接收用天线112所接收的电波的频率的频率差的差频信号Sg3。
高频电路110为了将从混合电路1101输出的信号转换成数字信号，而具有模拟-数字转换器1103(以下称为“AD转换器”)。另外，在混合电路1101与AD转换器1103之间设置滤波电路1104。滤波电路1104以低通滤波器或带通滤波器构成。
由于从混合电路1101输出的信号中非差频信号的成分是对象物的检测不需要的成分，故优选尽可能去除。因此，滤波电路1104设计成从混合电路1101输出的信号中去除差频信号的提取不需要的频率成分。
在图1所示的结构例中，AD转换器1103的取样频率设计成预测的差频信号的频率的2倍以上。滤波电路1104设计成阻止超过AD转换器1103的取样频率的2分之1的频率的成分的通过。为了抑止杂讯(anti-aliasing)，滤波电路1104会抑制从混合电路1101输出的信号中超过奈奎斯特频率(Nyquist frequency)的成分。实际上，滤波电路1104设计成通过频率的上限为奈奎斯特频率的90％左右。另外，AD转换器1103的取样频率依据至以感测器10检测的对象物的距离、辐射期间Ts、于辐射期间Ts中扫描的频率的范围Bw等决定。
举例而言，假定辐射期间Ts为1[ms]，1次辐射期间Ts的取样的点数为25。这些数值仅为一例，可根据感测器10检测的对象物移动的速度、相对检测对象物的距离的范围、处理部13的处理能力等设定。在上述条件中，因取样频率为25[kHz]，故滤波电路1104设计成通过频率的上限为11[kHz]左右。
如上述设计的滤波电路1104抑制从非对象物的物体Ob产生的成分、发射波与反射波的频率相加的成分、FMCW信号的成分、一部分的外来杂音等的通过。另外，发射波亦即FMCW信号的成分的频率高于差频信号，发射波与反射波的频率相加的成分的频率也高于差频信号，故这些成分可以被滤波电路1104抑制。即，滤波电路1104有助于抑制从混合电路1101输出的信号中的非差频信号的成分。
将从混合电路1101输出的信号中的通过滤波电路1104的信号输入至AD转换器1103，而将包含差频信号的成分的模拟信号转换成数字信号。AD转换器1103是输出串列数据的结构，并将从AD转换器1103输出的数字信号作为检测部11的输出而提供至处理部13。
为了处理部13分析从AD转换器1103输出的信号的频率，通常要求1次辐射期间Ts包含1周期以上的信号。亦即，在上述条件下，可从自AD转换器1103输出的信号中检测的频率的下限值为1[kHz]。另外，在上述条件下并且在滤波电路1104的频率的上限值的限制下，可从自AD转换器1103输出的信号中检测的频率的上限值为11[kHz]左右。
当将辐射期间Ts的长度与取样的点数如上述设定时，便能够求出从混合电路1101输出的信号中的从1[kHz]至11[kHz]左右的范围内的频谱。频谱的各个区间设定成例如具有分析对象亦即频率范围的下限值的宽度。另外，频谱的各个区间亦可设定成具有分析对象亦即频率范围的下限值与2的乘幂相乘而获得的宽度的情形。
处理部13具有求出从滤波电路1104输出的信号的频谱的频率分析部131。频率分析部131使用从AD转换器1103输出的数字信号，求出差频信号的频率。亦即，频率分析部131以从AD转换器1103输出的信号为输入，进行离散傅立叶转换(DFT：Discrete FourierTransform)。在此的离散傅立叶转换假定为基本的DFT运算，亦可进行使DFT运算快速化的快速傅立叶转换(FFT：Fast Fourier Transform)。
从频率分析部131输出从AD转换器1103输出的信号的频谱。亦即，频率分析部131在输入至AD转换器1103的信号的频率范围中，输出将频率范围区分成复数的各区间(频格)的功率。频率分析部131对每个辐射期间Ts求出频谱。换言之，对每个处理周期T0，取得频谱。
处理部13具有使用频率分析部131所求出的频谱来判断对象物是否存在的判断部132。判断部132在频率分析部131所求出的频谱满足预定条件时，判断为对象物存在于被设定为距离感测器10预定的距离范围的监视区域中。另外，处理部13具有依据判断部132的判断结果输出控制信号的输出部133，当判断部132输出显示对象物存在于监视区域的信号时，输出部133便输出控制信号。
判断部132根据距离感测器10的距离，决定监视区域的界限。即，监视区域的界限根据距离感测器10的距离的上限、距离感测器10的距离的下限、或距离感测器10的距离的上限与下限两者决定。作为监视区域的界限的距离由判断部132设定。处理部13优选设计成使用者可设定作为监视区域的界限的距离。举例而言，处理部13被设置有与外部装置的接口部，并且通过该接口部与从专用设定器、通用个人计算机、智能手机、输入板终端机等中选择的设定装置通信。
在此，将频率分析部131的分析对象亦即频率范围的下限值假定为1[kHz]。在此例中，具有分析对象亦即频率范围的下限值的宽度的区间(频格)被设定成1[kHz]以上且不到2[kHz]、2[kHz]以上且不到3[kHz]等。另外，具有通过将分析对象亦即频率范围的下限值与2的乘幂相乘所获得的宽度的区间被设定成1[kHz]以上且不到2[kHz]、2[kHz]以上且不到4[kHz]等。
如上述，当使用发射波与反射波的频率差△f及以感测器10的规格决定的系数k时，从感测器10至物体Ob的距离R则表示为R＝k·△f。若令在辐射期间Ts中扫描的频率的范围Bw为150[MHz]时，则系数k为1×10-3[m·s]。当频格宽度为1[kHz]时，则辨识频率差△f的最小单位也为1[kHz]，当配适R＝k·△f时，测量从感测器10至物体Ob的距离R时的最小单位为1[m]。
要缩小可测量的距离的最小单位可考虑缩小系数k。即，可考虑进行将辐射期间Ts设定成短于1[ms]的方法及将在辐射期间Ts中扫描的频率的范围Bw设定成大于150[MHz]的方法至少一者。总而言之，要缩小可测量的距离的最小单位可考虑缩小频率的变化率(Bw/Ts)。
然而，若缩短辐射期间Ts，则分析对象亦即频率范围的下限值上升，可测量的距离的下限值增大。另一方面，因在辐射期间Ts中扫描的频率的范围Bw即使在技术上可行，但仍有法规的限制等，故并不易实现。举例而言，在日本国内，在24GHz频段，频率的范围Bw无法超过200[MHz]。
因此，处理部13进行上述附加零的处理。附加零的处理由处理部13中的设置于频率分析部131前面的修正部134进行。即，处理部13为使频谱的频格的个数增加而进行附加零的处理。在此的附加零的处理是指为了填补AD转换器1103的输出位元数与频率分析部131的输入位元数的差，而在高阶位元追加位元数差值个数的零。
为了显示例子，而假定AD转换器1103的输出位元数为5位元，频率分析部131的输入位元数为10位元。在此，若AD转换器1103的输出值为“10011”，则通过附加零的处理在此输出值的高阶位元追加5个0。亦即，当对AD转换器1103的输出值进行附加零的处理时，向频率分析部131提供“0000010011”。
因可检测的距离的最小单位由频率分析部131的频格的宽度决定，故频率分析部131的输入位元数越多，可检测的最短距离越小。然而，在附加零的处理中，由于并非信息量增加，故AD转换器1103的输出位元数与频率分析部131的输入位元数的差越大、附加零的处理的误差便越多。因此，频率分析部131的输入位元数是AD转换器1103的输出位元数的10倍左右为容许范围的上限。
频率分析部131的输入位元数一般选择128位元或256位元，在此结构例中，因AD转换器1103的输出位元数为25位元，故通过附加零的处理，位元数增加至5倍左右或10倍左右。若令频率分析部131的输入位元数为AD转换器1103的输出位元数的10倍，则频格宽度为10分之1。因而，当感测器10采用进行正交检测的结构，且适用上述数值时，感测器10可检测的距离的最小单位可从1[m]缩短至10[cm]。
上述处理部13与控制部12一同以微控器(Microcontroller)构成。微控器以具有根据程序运作的处理器、以及用以储存使处理器运作的程序的存储器及作业用存储器的单晶片装置构成。
控制部12及处理部13亦可不为微控器，而以从FPGA(Field-Programmable GateArray：现场可编程门阵列)、DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)、PIC(Peripheral Interface Controller：外围接口控制器)等中选择的装置构成。或者，控制部12及处理部13亦可为将存储器与诸如CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)等的处理器分开使用的结构。另外，构成控制部12及处理部13的处理器亦可不共用，而分开设置。
程序除了以储存于存储器中的ROM(Read Only Memory：只读存储器)的状态提供外，亦可以通过计算机可读的诸如光碟或外部记录装置等的记录介质来提供。还可通过诸如互联网等的电信网络来提供程序。不储存于ROM而通过记录介质或电信网络提供的程序将储存于可重写的非易失性存储器。
处理部13进行的处理包含如DFT运算或FFT运算等的处理负荷大的处理，处理需要较长的时间。因此，处理部13的主要的处理在处理周期T0中的非辐射期间Ts的期间进行。即，当将在辐射期间Ts中所获得的差频信号Sg3提供至处理部13时，处理部13在下个辐射期间Ts前的休止期间Tr中，进行差频信号的频率分析、并判断是否存在对象物。此外，输出部133一旦输出控制信号时，至少在获得依据要在下个辐射期间Ts中获得的差频信号Sg3的判断结果前，维持输出控制信号的状态。因输出部133维持控制信号的输出的条件并非要旨，故省略说明。
如以上所说明，感测器10通过进行附加零，可将可检测的最短距离缩短至大约10分之1。因而，感测器10通过变更一部分的结构，可用于各种用途。此外，亦可根据用途，变更辐射期间Ts、休止期间Tr、扫描的频率的范围等。
判断部132亦可设计成输出：不仅表示“对象物是否存在于监视区域”，且表示“从感测器10至对象物的距离”的信号。另外，判断部132亦可为仅输出表示从感测器10至对象物的距离的信号的结构。
在上述结构例中，判断部132依据频率分析部131所求出的频谱，判断对象物是否存在于监视区域，并输出依据判断结果的信号。判断对象物是否存在于监视区域的条件基本上利用从感测器10至物体Ob的距离决定。若将平常不存在物体Ob的范围定义为监视区域，便将存在于监视区域中的物体Ob判断为对象物。
具体而言，判断部132提取频率分析部131所求出的频谱中具有峰值的频格，而判断为物体Ob存在于对应所提取的频格的距离处。即，若对应监视区域的距离范围的频格产生峰值，判断部132便判断物体Ob存在于该监视区域。在此，频谱不限于峰值仅为1个的单峰型，亦有具有复数的峰值的可能性，若峰值存在的频格在监视区域的范围内，判断部132便判断为物体Ob存在于该监视区域。
而在上述结构例中，为求出从感测器10至物体Ob的距离，将从辐射发射波后至接收反射波的时间的2分之1视为电波至物体Ob的时间。因此，在空间中的被感测器10辨识为距离感测器10一定距离的区域实际上为以发射用天线111与接收用天线112为焦点的旋转椭圆体的表面上的区域。
另外，比起发射用天线111与接收用天线112的间隔(数mm左右)，从感测器10至监视区域的距离非常大，故旋转椭圆体的短径与长径的比率大约为1。因而，监视区域可谓近似以发射用天线111与接收用天线112的中间点为中心的大小2个球面间的区域的一部分。举例而言，可将上述球面间的区域中的、包含在以发射用天线111与接收用天线112的中间点为中心的预定立体角内的区域定义为监视区域。
如以上所说明，当从发射用天线111辐射至空间的发射波被物体Ob反射，并利用接收用天线112接收到由发射波的反射产生的反射波时，依据差频信号Sg3求出至物体Ob的距离。当所求出的距离包含在监视区域时，从处理部13的输出部133输出控制信号。因而，当将控制信号用于机器的控制时，可根据物体是否存在于监视区域，来使机器运作。另外，除了控制机器的用途外，亦可用于监视物体Ob侵入至监视区域的用途。
此外，当从接收用天线112输出的接收信号的信号值(电力值)微弱时，接收用天线112所接收的电波不是来自监视区域的反射波的可能性高。因而，从接收用天线112输出的接收信号的信号值微小至不满足基准值的程度时，该接收信号优选从控制部12的处理对象排除。即，优选向检测部11或控制部12附加将接收信号的信号值与基准值比较的结构，而将不满足基准值的接收信号从处理对象排除。
上述结构的感测器10因通过电波检测物体Ob，故可不受周围的光的影响来检测物体Ob，且可不受物体Ob的颜色或温度的影响来检测物体Ob，还可检测许多材质的物体Ob。而且因使用从微波至毫米波的范围的电波，故亦可检测较小型的物体Ob。
再者，因求出频谱前，进行附加零的处理，故尽管结构为间歇地辐射电波且1次辐射期间Ts为较短的时间，亦可缩短可检测的距离的最小单位。亦即，感测器10可采用间歇地辐射电波的结构，而且可检测存在于较近的距离的物体Ob。
举例而言，如上述结构示例那样，即使辐射期间Ts为1[ms]这样的短时间，通过修正部134适宜地进行附加零，亦可以例如20cm左右的最小单位(精确度)测量距离。因而，在可接收所辐射的发射波的反射波的范围(例如与感测器10相距2m以内)这样的近距离，可以较短的距离的单位检测以较低速(例如2m/s左右)移动的物体Ob。
另外，因发射频率随着时间经过变化的电波，并依据具有反射波与发射波的频率差的差频信号的频率求出从感测器10至物体Ob的距离，故可依据至物体Ob的距离来检测对象物。即，可基于利用多普勒式结构无法取得的距离的信息来检测物体Ob。
在上述结构例中，利用频谱中功率为峰值的频格的频率，求出至物体Ob的距离。因此，可测量的距离的最小单位取决于频格宽度。即，在上述结构例中，功率为峰值的峰值频率包含相当于频格宽度的误差。为了使峰值频率接近真正的值，计算部135亦可进行以下的处理。
即，计算部135优选使用包含功率为峰值的频格的3个以上的频格的功率进行曲线配适，以将对应此曲线的峰值的频率设定为峰值频率。一般若有3个频格的功率，便可配适于二次曲线。因而，计算部135通过求出配适的二次曲线的峰值，可决定峰值频率。另外，若有5个左右的频格的功率，便可通过利用诸如拉格朗日内插(Lagrange Interpolation)等的内插法来进行曲线配适。当计算部135进行此处理时，与以频格宽度决定的距离的最小单位相比，可以提高距离的解析度。
(感测器的结构例2)
当感测器10采用在上述结构例所说明的数值时，通过进行附加零的处理，感测器10可以约20[cm]为单位来测量至物体Ob的距离。然而，根据感测器10的用途，可能要求进一步缩短测量的单位。要进一步缩短测量的单位，可考虑使附加于输入至频率分析部131的数据的零的个数增加，但频率分析部131的输入位元数增加，会产生处理部13的负荷增加的问题。
因此，图4所示的感测器10A除了进行附加零的处理的修正部134，还采用正交检测的技术，藉此，可检测的距离的最小单位更小。
图1所示的感测器10的混合电路1101的输出为1个，而图4所示的感测器10A则可从混合电路1101取得2个输出。混合电路1101在内部分离成2个系统，可将从接收用天线112输出的接收信号分别输入至2个系统。在其中一个系统中，将FMCW信号与接收信号混合，在另一系统，将使FMCW信号的相位位移了90度所获得的相移信号与接收信号混合。对上述相移信号的相位可能相对于FMCW信号提前或延迟。与接收信号混合的信号在其中一个系统中为正弦波时，在另一系统中可为余弦波。
如上述，当将混合电路1101构成为2系统、并将相位依各系统而不同的信号与接收信号混合时，便从混合电路1101输出相位不同的2种信号。2种信号分别包含差频信号。2种差频信号是通过将对应于反射波的接收信号与相位差90度的信号混合而获得的，故彼此相位差90度。将如此从对应于反射波的接收信号取得2种差频信号的方式称为正交检测。以下将2种差频信号其中一者称为I信号，将另一者称为Q信号。I信号与Q信号虽相位不同，但频率相同。
在图4所示的结构例中，因从混合电路1101输出I信号及Q信号2种信号，故AD转换器1103也为2个系统，而输出分别对应I信号与Q信号的2个数字信号。将从AD转换器1103输出的、分别对应I信号及Q信号的2种数字信号输入至处理部13。
处理部13的频率分析部131，设计成使用I信号及Q信号进行DFT。即，频率分析部131将I信号及Q信号视为正交函数列，而进行DFT的复数计算。藉此结构，频率分析部131易于进行DFT的处理。
与使用单一信号求出频谱的情形相比，通过将I信号及Q信号2种信号视为正交函数列来进行DFT可将测量距离的单位缩短为4分之1。即，通过组合相位差90度的2个信号，可在1周期内取得4种信息，结果，可针对每4分之1周期，测量距离。此外，亦可利用FFT取代DFT。然而，因FFT中的取样数必须为2的乘幂个，故需变更辐射期间Ts中的取样的点数。
图4所示的结构例是与使频率分析部131的输入位元数为10倍左右的附加零的处理相组合，因而可将可检测的距离的最小单位缩短成约5[cm]。其他的结构及动作则与图1所示的结构例相同。
(感测器的结构例3)
在上述结构例中，即使静止物体Ob继续存在于监视区域，亦允许从输出部133输出控制信号。因此，有根据设置感测器10的环境而对非对象物的物体Ob从输出部133输出控制信号的可能性。
因此，图5所示的感测器10B采用检测移动物体Ob作为对象物的技术。
图5所示的感测器10B向图4所示的感测器10A的处理部13附加差分处理部136。另外，在图5所示的感测器10B中，差分处理部136设置于频率分析部131前面。修正部134设于差分处理部136与频率分析部131之间。差分处理部136求出从时间不同的2个辐射期间Ts中所获得的差频信号的信号值的差分。在此结构例中，差分处理部136的输出位元数与AD转换器1103的输出位元数一致。
差分处理部136具有暂时记录AD转换器1103的输出值的寄存器、求出AD转换器1103的最新的输出值与寄存器所记录的AD转换器1103的前次的输出值的差分的运算部。差分处理部136所求出的差分输入至频率分析部131。之后的处理则与图1所示的结构例相同。
因对应以静止物体Ob产生的反射波的AD转换器1103的输出在处理周期T0期间几乎无变化，故对应以静止物体Ob反射的反射波的差频信号Sg3几乎未出现在差分处理部136的输出。因而，通过将差分处理部136的输出提供至频率分析部131，可降低对应静止物体Ob的频格中产生峰值的可能性。
即，在使用差分处理部136的感测器10B中，将静止物体Ob从对象物排除。换言之，仅检测侵入至监视区域的物体Ob或在监视区域中移动的物体Ob作为对象物，当对象物存在于监视区域时，从输出部133输出控制信号。此外，将差分处理部136设成设置于频率分析部131前面时，当从差分处理部136输出的电力的大小不满足基准值时，通过从处理对象排除可减轻频率分析部131的处理负荷。
在上述的结构例中，差分处理部136设置于频率分析部131前面，亦可设置于频率分析部131后面。此时，差分处理部136求出频率分析部31所求出的频谱的差分、亦即各频格的功率的差分。差分处理部136输出所求出的差分。因而，若为移动慢的物体Ob，便在频率接近的复数频格中产生峰值，若为移动快的物体Ob，则在频率不相近的复数频格中产生峰值。若利用此点，可依据峰值的位置，获得物体Ob移动的速度的标准。
在上述动作例中，差分处理部136求出在前后相邻的2次处理周期T0所获得的信息的差分，求出差分的处理周期T0亦可不相邻。亦即，差分处理部136亦可求出在最新的处理周期T0所获得的信息与在预定次数前的处理周期T0所获得的信息的差分。举例而言，差分处理部136亦可求出在最新的处理周期T0所获得的信息与在10个周期前的处理周期T0所获得的信息的差分。另外，差分处理部136亦可求出感测器10B启动时所获得的信息与最新的信息的差分。总而言之，差分处理部136只要设计成根据用途将静止物体Ob从处理对象排除即可。图5所示的结构例3的其他结构及动作则与图4所示的结构例2相同。另外，结构例3所说明的差分处理部136的技术可与图1所示的结构例组合。
(水龙头装置)
在以下，使用图6，说明感测器10B的应用例的水龙头装置20。以下说明的水龙头装置20是与厨房用水槽22组合来使用的结构，具有配置于包围厨房用水槽22的柜台23的水龙头21，感测器10与此水龙头21安装成一体。用于水龙头装置20的感测器10B采用结构例2及结构例3的技术。即，感测器10B具有图5所示的结构。
水龙头21具有固定于柜台23的一定位置且从柜台23的上面突出的基座211、对基座211在沿着柜台23的上面的面内旋转的出水管212。基座211与出水管212的内部连接以形成水(或热水)的流道，并于基座211配置有选择将流道开启的状态与关闭的状态的阀213(参照图5)。阀213具有电磁阀，其根据来自感测器10B的控制信号，选择开启流道或关闭流道。即，感测器10B通过将控制信号提供至阀213，而控制水龙头21的出水及止水。
在图6所示的结构例中，感测器10B与设于出水管212的前端部的出水口214相邻配置。感测器10B被调节成将出水口214附近作为监视区域，当对象物进入监视区域时，便输出用以开启阀213的控制信号。具体而言，将发射用天线111及接收用天线112的配置以及由判断部132所决定的条件设定成使出水口214的正下方及其周边为监视区域。因而，当诸如手、餐具、烹调器具、蔬菜、水果等对象物靠近出水口214时，阀213便开启而进行出水。
另一方面，在感测器10B未检测出对象物的状态下，感测器10B输出用以关闭阀213的控制信号。因而，当对象物远离出水口214时，阀213便关闭而进行止水。此外，阀213优选为仅在出水及止水的切换时间点才通电的闩锁式电磁阀。当然，阀213为闩锁式是一例，阀213亦可具有电动阀。
用于水龙头装置20的感测器10B将距离感测器10B数[cm]至50[cm]左右的距离定义为监视区域。另一方面，在从出水口214出水的方向，发射用天线111及接收用天线112的位置大多与出水口214的位置不同。通常将发射用天线111及接收用天线112的位置与出水口214的位置的距离设定为数[cm]左右。
因而，当令监视区域的起点为出水口214时，需对以感测器10B为起点的监视区域进行数[cm]左右的修正。亦即，要设定以出水口214为起点的监视区域需从在感测器10B决定的监视区域的距离中减去修正值。相反来说，以感测器10B为起点时，其至监视区域的距离包含相当于出水口214与感测器10B的位置的差的修正值。
举例而言，假定为感测器10B的发射用天线111及接收用天线112位于水龙头21的出水口214上方6[cm]的情形。此时，从出水口214至监视区域的距离加上6[cm]的修正值的值为从感测器10B至监视区域的距离。举例而言，监视区域设定为与感测器10B相距10[cm]以上30[cm]以下的范围时，若修正值为6[cm]，则从出水口214至监视区域的距离为4[cm]以上24[cm]以下的范围。
于此所说明的水龙头装置20中，若适当地设定感测器10B的监视区域，可降低将水槽22的底误认为对象物的可能性，但当水槽22放置有清洗物时，有将之误认为对象物而出水的可能性。另一方面，在此水龙头装置20中感测器10B检测的对象物为手、餐具、烹调器具、蔬菜、水果等，以及对感测器10B的相对速度为数[cm/s]至1[m/s]左右的移动物体Ob。因而，只要区别移动物体Ob及静止物体Ob，即使水槽22有放置清洗物，亦可降低将之误认为对象物的可能性。因此，可将具有差分处理部136的感测器10B用于在厨房使用的水龙头装置20。
上述感测器10B不限在厨房使用的水龙头装置20，亦可用于洗脸间、厕所、浴室等的水龙头21。设置感测器10B的位置不限出水口214附近，亦可远离出水口214，也可为水龙头21的基座211。另外，感测器10B亦可设于洗脸槽或洗手槽。
水龙头装置20不仅可为于与水槽22组合的水龙头21设有感测器10B的结构，亦可为于对便器、莲蓬头、浴缸等的供水路径配置阀213的结构。此外，判断部132及输出部133的动作可根据水龙头装置20的用途设计。亦即，可根据水龙头装置20的用途，使感测器10B检测出的空间信息与阀213的动作具有相关性。
上述感测器10B不仅可用于水龙头21的出水与止水的选择，也可作为被接触式开关而用于机器的运转与停止的选择，还可用作为在近距离进行人体检测的感应人的感测器而监视建筑物的开口部的通过者的用途等。
在此，就感测器10B应用于水龙头装置20的情形的结构作了说明，但不限于此结构。亦可将感测器10或感测器10A应用于水龙头装置20。
此外，上述实施形态为本发明的一例，因此，本发明不限上述实施形态，即使为此实施形态以外，只要为不脱离本发明的技术性思想的范围，当然可根据设计等进行各种变更。
(统整)
如以上所说明，第1态样的感测器(10、10A、10B)包含有检测部(11)及处理部(13)。检测部(11)将频率随着时间经过而变化的电波辐射至空间，且从空间接收电波。处理部(13)依据检测部(11)所辐射的电波的频率与所接收的电波的频率的频率差，测量“至存在于空间的物体Ob的距离”。另外，检测部(11)具有用以输出具有所辐射的电波的频率与所接收的电波的频率的频率差的差频信号的数字值的模拟-数字转换器(AD转换器1103)。再者，检测部(11)配置为反复根据包含辐射电波的辐射期间Ts与不辐射电波的休止期间Tr各1次的处理周期T0来运作，从而间歇地辐射电波。处理部(13)具有频率分析部(131)、修正部(134)及计算部(135)。频率分析部(131)设计成输入位元数多于AD转换器(1103)的输出位元数，且求取差频信号的频谱。修正部(134)将AD转换器(1103)的输出位元数与频率分析部(131)的输入位元数的差值个数的零附加于输入至频率分析部(131)的数字值。计算部(135)从频率分析部(131)所求取的频谱中求出功率为峰值的峰值频率，并将该峰值频率换算成至物体Ob的距离。
根据此结构，为了求出频谱，而向提供至频率分析部(131)的数据加上零，故提供至频率分析部(131)的位元数增加，结果，可提高频率分析部(131)的频率解析度。即，通过使频率分析部(131)的输入位元数多于检测部(11)的输出位元数，相较于对应检测部(11)的输出位元数的频谱，可更提高频率的解析度。结果，依据差频信号的频率求出的距离的最小单位可小于修正部(134)不进行修正的情形。
此外，在此结构中，电波在处理周期T0中间歇地辐射至空间，对于每个处理周期T0，感测器(10、10A、10B)都可求出差频信号的频谱。亦即，随着时间经过，至物体Ob的距离变化时，最小可以以处理周期T0的时间间隔追踪至物体Ob的距离的变化。
第2态样的感测器(10、10A、10B)是在第1态样中，计算部(135)亦可求出配适于“包含在差频信号的频谱中功率为峰值的频格的3个以上的频格”的曲线，进一步，亦可将对应该曲线的峰值的频率设定为峰值频率。此时，计算部(135)将该峰值频率换算成至物体Ob的距离。
根据此结构，可以以高于以频格宽度决定的距离的最小单位的精确度求出至物体Ob的距离。
第3态样的感测器(10B)是在第1或第2态样中，处理部(13)具有求出“在时间不同的2个辐射期间Ts中所获得的差频信号的信号值的差分”的差分处理部(136)。处理部(13)用以将差分处理部(136)的输出提供至频率分析部(131)。
根据此结构，因差分处理部(136)输出在时间不同的辐射期间Ts中所获得的差频信号中的信号值不同的成分，故可减少从静止物体Ob所获得的差频信号。换言之，差分处理部(136)的输出对应移动物体Ob所反射的成分，使得感测器(10)可检测移动物体Ob为对象物。
第4态样的感测器(10B)是在第1或第2态样中，处理部(13)亦可具有差分处理部(136)，该差分处理部求出频率分析部(131)分别从在时间不同的2个辐射期间Ts中所获得的差频信号所求出的频谱的各频格的功率的差分。此时，处理部(13)将差分处理部(136)的输出提供至计算部(135)。
根据此结构，因差分处理部(136)输出在时间不同的辐射期间Ts中所获得的频谱的差分，故可减少从静止物体Ob所获得的频格的功率。换言之，差分处理部(136)的输出对应移动物体Ob所反射的频率的成分，感测器(10B)可检测移动物体Ob作为对象物。另外，因差分处理部(136)求出频谱的差分，故相较于求出分析频率前的数字值的差分的情形，有减少诸如存储器的硬体资源的可能性。
第5态样的感测器(10B)是在第3或第4态样中，2个辐射期间Ts中的其中一个优选为检测部11运作中的最新的处理周期T0的辐射期间Ts，2个辐射期间Ts中的另一个则为检测部(11)的运作开始时的处理周期T0的辐射期间Ts。
根据此结构，因提取对检测部(11)开始运作的时间点的环境的变化，故可检测在检测部(11)开始动作的时间点未检测到的物体Ob。
第6态样的感测器(10B)是在第3或第4态样中，2个辐射期间Ts中的其中一个亦可为检测部(11)的运作中的最新的处理周期T0的辐射期间Ts，2个辐射期间Ts中的另一个则为在检测部(11)的运作中预定次数前的处理周期T0的辐射期间Ts。
根据此结构，因提取对在检测部(11)的运作当中预定次数前的处理周期T0的环境的变化，故即使环境或感测器10B的动作缓慢地产生历时变化，亦可降低误认为物体Ob的可能性。即，随着时间经过而环境逐渐变化时，或者因感测器10B的温度变化或感测器10B的恶化等而感测器10B的动作逐渐变化时，可降低将此种变化误认为物体Ob的可能性。
第7态样的感测器(10A)是在第1～第6任一态样中，检测部(11)对从空间接收的电波所对应的接收信号进行正交检测，以输出作为所述差频信号的相位彼此相差90度的2个差频信号。另外，修正部(134)将零分别附加于对应所述2个差频信号而输入至频率分析部(131)的2个数字值。频率分析部(131)被配置为输入分别向2个数字值附加了零而获得的修正部(134)的输出，并进行离散傅立叶转换(DFT)与快速傅立叶转换(FFT)其中之一。
即，频率分析部(131)配置为进行复数计算，相较于不进行复数记算的结构，距离的最小单位为4分之1。
第8态样的感测器(10、10A、10B)是在第1～第7态样任一态样中，检测部(11)优选从以下3种配置中选择。在第1种配置中，检测部以辐射至空间的电波的频率随着时间经过而单调递增的方式扫描频率。在第2种配置中，检测部以辐射至空间的电波的频率随着时间经过而单调递减的方式扫描频率。在第3种配置中，检测部以辐射至空间的电波的频率包含随着时间经过而单调递增的期间及单调递减的期间的方式扫描频率。
通过选择这3种结构中的任一结构，若频率在辐射期间Ts中变化、而至物体Ob的距离不变化，则在辐射期间Ts中可获得频率一定的差频信号。即，可以辐射期间Ts为单位来分析差频信号的频率。
第9态样的感测器(10、10A、10B)是在第1～第8任一态样中，计算部(135)优选在该频谱的功率的峰值不超过预定阈值时，不求出所述距离。
藉此结构，可降低反射电波的物体Ob不存在时将微小的杂音误认为物体Ob的存在的可能性。
第10态样的感测器(10、10A、10B)是在第1～第9任一态样中，处理部(13)优选具有判断物体是否在依据距离而定义的监视区域的范围内的判断部(132)、及根据判断部(132)的判断结果而输出机器控制用控制信号的输出部(133)。
根据此结构，通过依据判断部(132)的判断结果从输出部(133)输出控制信号，可控制机器的动作。举例而言，若为以下说明的水龙头装置(20)，可将阀(213)(参照图5)作为要被控制的机器，以控制信号进行阀(213)的开启及关闭。另外，若要控制的机器为警报装置，则在感测器(10、10A、10B)检测到监视区域的人的存在时，可使警报装置运作。来自感测器(10、10A、10B)的控制信号要控制的机器不限这些示例，判断部(132)的判断结果与输出部(133)的控制信号的关系亦可适宜决定。输出部(133)亦可输出不仅可选择开启与关闭这2种状态还可选择3种状态以上的控制信号。另外，输出部(133)亦可输出信号值根据至物体Ob的距离而连续变化的控制信号。
第11态样的感测器(10、10A、10B)是在第10态样中，判断部(132)优选具有将存在于基于距离而定义的监视区域内的物体判定为对象物的功能，并可设定作为监视区域的界限的距离。
即，因感测器(10、10A、10B)为测量距离的结构，故判断部(132)可将存在于基于距离而定义的监视区域中的物体Ob判定为对象物。另外，因作为监视区域的界限的距离由判断部(132)设定，故通过变更判断部(132)的设定，可决定监视区域的范围。举例而言，当仅将距离的上限决定为监视区域的界限时，感测器(10、10A、10B)检测比上限的距离近的物体Ob作为对象物，当仅决定距离的下限作为监视区域的界限时，感测器(10、10A、10B)则将比下限的距离远的物体Ob检测作为对象物。另外，当决定距离的上限及下限作为监视区域的界限时，感测器(10、10A、10B)检测比上限的距离近且比下限的距离远的范围内的物体Ob作为对象物。
第12态样的水龙头装置(20)包含有第10或第11态样的感测器(10、10A、10B)、接收控制信号来选择出水及止水的水龙头(21)。处理部(13)在对象物存在于监视区域时向水龙头(21)提供选择出水的控制信号，而在对象物不存在于监视区域时向水龙头(21)提供选择止水的控制信号。
根据此结构，可以上述感测器(10、10A、10B)控制水龙头(21)的出水及止水。因此，若对象物存在于监视区域，便进行水龙头(21)的出水，若对象物超出监视区域，则可进行止水，从而可在不进行把手等的操作下，自动地进行出水及止水。亦即，可降低从水龙头(21)不必要地出水的可能性，也有助于节水。
第12态样的水龙头装置(20)是在第11态样中，感测器(10、10A、10B)优选与水龙头(21)安装成一体。即，因可以感测器(10、10A、10B)与水龙头(21)一体化的水龙头装置(20)作为商品来提供，故可在不变更水龙头(21)以外的结构的情况下，与既有的水龙头(21)更换，藉此，可享有水龙头装置(20)的优点。
【符号说明】
10…感测器、10A…感测器、10B…感测器、11…检测部、13…处理部、20…水龙头装置、21…水龙头、131…频率分析部、132…判断部、133…输出部、134…修正部、135…计算部、136…差分处理部、1103…AD转换器(模拟-数字转换器)、Ob…物体、T0…处理周期、Tr…休止期间、Ts…辐射期间。

Claims (13)

1.一种感测器，包括：
检测部，其配置为将频率随着时间经过而变化的电波辐射至空间且从该空间接收电波；及
处理部，其配置为基于所辐射的电波的频率与所接收的电波的频率的频率差，测量至存在于所述空间的物体的距离；
其中，所述检测部具有模拟-数字转换器，该模拟-数字转换器用以输出差频信号的数字值，该差频信号具有所述检测部所辐射的电波的频率与所接收的电波的频率的频率差，所述检测部配置为反复根据具有辐射电波的辐射期间与不辐射电波的休止期间各1次的处理周期来运作，从而间歇地辐射电波，及
该处理部包括：
频率分析部，所述频率分析部配置为其输入位元数多于所述模拟-数字转换器的输出位元数，并求取所述差频信号的频谱；
修正部，所述修正部配置为将所述模拟-数字转换器的输出位元数与所述频率分析部的输入位元数的差值个数的零附加于输入至所述频率分析部的数字值；及
计算部，所述计算部配置为从所述频率分析部所求取的频谱中求出功率为峰值的峰值频率，并将该峰值频率换算成至物体的距离。
2.根据权利要求1所述的感测器，其中，
所述计算部配置为求出对应于包含在所述差频信号的频谱中功率为峰值的频格的3个以上的频格的曲线，进一步将对应于该曲线的峰值的频率设定为所述峰值频率，并将该峰值频率换算成至物体的距离。
3.根据权利要求1或2所述的感测器，其中，
所述处理部还具有差分处理部，所述差分处理部配置为求出在时间不同的2个辐射期间中所获得的差频信号的信号值的差分，及
所述处理部配置为将所述差分处理部的输出提供至所述频率分析部。
4.根据权利要求1或2所述的感测器，其中，
所述处理部还具有差分处理部，所述差分处理部配置为求出两个频谱的各频格的功率的差分，其中所述两个频谱是所述频率分析部分别从在时间不同的2个辐射期间中所获得的差频信号所求出的，及
所述处理部配置为将所述差分处理部的输出提供至所述计算部。
5.根据权利要求3或4所述的感测器，其中，
所述2个辐射期间中的一个是在所述检测部运作中的最新的处理周期的辐射期间，所述2个辐射期间中的另一个是所述检测部运作开始时的处理周期的辐射期间。
6.根据权利要求3或4所述的感测器，其中，
所述2个辐射期间中的一个是在所述检测部运作中的最新的处理周期的辐射期间，所述2个辐射期间中的另一个是在所述检测部运作中预定次数前的处理周期的辐射期间。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的感测器，其中，
所述检测部配置为对从所述空间接收的电波所对应的接收信号进行正交检测，以输出作为所述差频信号的相位彼此相差90度的2个差频信号，
所述修正部配置为将零分别附加于对应所述2个差频信号而输入至所述频率分析部的2个数字值，及
所述频率分析部配置为被输入通过分别向所述2个数字值附加零而获得的所述修正部的输出，并进行离散傅立叶转换与快速傅立叶转换其中之一。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的感测器，其中，
所述检测部选择性地配置为：
以辐射至所述空间的电波的频率随时间经过而单调递增的方式扫描频率，
以辐射至所述空间的电波的频率随时间经过而单调递减的方式扫描频率，或者
以包含辐射至所述空间的电波的频率随时间经过而单调递增的期间及辐射至所述空间的电波的频率随时间经过而单调递减的期间的方式扫描频率。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的感测器，其中，
所述计算部配置为在所述频谱的功率的峰值不超过预定阈值时，不求出所述距离。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的感测器，其中，
所述处理部还具有：
判断部，其配置为判断物体是否存在于基于距离而定义的监视区域的范围内；及
输出部，其配置为根据所述判断部的判断结果，输出机器控制用控制信号。
11.根据权利要求10所述的感测器，其中，
所述判断部配置为具有将存在于基于距离而定义的监视区域内的物体判定为对象物的功能，并设定作为所述监视区域的界限的距离。
12.一种水龙头装置，其包含：
根据权利要求10或11所述的感测器；及
水龙头，其能够接收控制信号来选择出水或止水，
其中，所述处理部配置为在对象物存在于所述监视区域内时向所述水龙头提供选择出水的控制信号，而在对象物不存在于所述监视区域内时向所述水龙头提供选择止水的控制信号。
13.根据权利要求12所述的水龙头装置，其中，
所述感测器与所述水龙头安装成一体。
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