JP2005265615A

JP2005265615A - マイクロウエーブセンサ

Info

Publication number: JP2005265615A
Application number: JP2004078804A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Tsuji; 正敏辻
Original assignee: Optex Co Ltd
Current assignee: Optex Co Ltd
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2005-09-29
Also published as: GB2412262A; US20050206516A1; GB0505305D0

Abstract

【課題】簡単な構成によって、複数台を近接して配置する場合でも相互の電波干渉の影響を抑制して高い信頼性を確保するとともに、内部設定の異なる複数種類のものを製造したり使い分けたりする必要もなく、設置場所も特に選ぶことなく設置作業も容易なマイクロウエーブセンサを提供する。
【解決手段】検知エリアに向けてマイクロ波を送信するとともに、この検知エリア内に存在する物体からの反射波に基づいて物体検知動作を行い、この物体検知動作の結果に基づいて物体検知信号を出力するマイクロウエーブセンサ１において、物体検知動作を所定の検知周期で間欠的に行わせる検知動作制御手段（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）と、乱数を発生する乱数発生手段１０ｅと、乱数発生手段１０ｅで発生される乱数に基づいて検知周期の時間設定を所定範囲で乱数的に変更する時間設定変更手段１０ｄとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、可視光線よりも低周波の電磁波を用いた能動型のセンサであるマイクロウエーブセンサに関し、特に、複数台を近接して配置する場合における相互の電波干渉の影響を抑制できるマイクロウエーブセンサに関する。

従来、防犯装置の一つとして、マイクロ波を検知エリアに向けて発信し、検知エリア内に人体が存在する場合には、その人体からの反射波（ドップラー効果によって変調したマイクロ波）を受信して人体（侵入者）を検知するマイクロウエーブセンサが知られている。

このマイクロウエーブセンサは、マイクロ波の発信および受信を行うアンテナを備えており、このアンテナから検知エリアに向けて発信されたマイクロ波は、検知エリア内に人体が存在する場合、ドップラー効果によりその人体からの反射波の周波数が変調されてアンテナに受信される。つまり、この場合、アンテナから発信されたマイクロ波の周波数に対してアンテナに受信されるマイクロ波は変調されるため、マイクロウエーブセンサの出力信号波形に変化が生じ、これによってマイクロウエーブセンサから人体検知信号が発信されるようになっている。

なお、一般に、この種のマイクロウエーブセンサは、検知エリア内の人体からの赤外線を受けて人体とその周囲との温度差から侵入者を検知する受動型赤外線センサ（ＰＩＲセンサ）と組み合わせて使用される（例えば、特許文献１参照。）。つまり、マイクロウエーブセンサの検知エリアと受動型赤外線センサの検知エリアとを重ね、両者の検知出力のＡＮＤを取ることで両センサの弱点を補完し、人体検知の信頼性を高めるようにしている。

ところで、上記マイクロウエーブセンサを同一空間に複数個配置する場合や隣接する空間にそれぞれ配置する場合には、各マイクロウエーブセンサから発せられる電波の干渉が懸念される。一般にマイクロウエーブセンサのアンテナはセンサ設置状態において鉛直方向に延びる方向に配置されている。このように構成された一対のセンサを、例えば、同一室内の互いに対向する壁面に配置した場合、各マイクロウエーブセンサのアンテナ偏波面が同一面上で重なり合うことになり、これによって互いの電波同士が干渉してしまう。このため、マイクロウエーブセンサの出力信号波形にノイズが混在することになり、正常な動作が妨げられる虞があった。また、互いに隣り合う室内にそれぞれマイクロウエーブセンサを配置した場合であっても、配置する壁面が互いに対向しているときには、マイクロ波は壁面を透過するために上記と同様に、互いの電波同士が干渉して、正常な動作が妨げられる虞があった。

図４は、このような従来技術のマイクロウエーブセンサ１００の回路構成を示すブロック図である。

図４に示すように、マイクロウエーブセンサ１００は、マイクロ波を発振する発振用電源２６と、この発振用電源２６から発振されたマイクロ波を検知エリアに向けて送信する送信アンテナ２２と、人体などによって反射されたマイクロ波の反射波を受信する受信アンテナ２１と、この受信アンテナ２１で受信されたマイクロ波と発振用電源２６の電圧波形とをミキシングして出力するミキサ２３と、このミキサ２３の出力を増幅するＩＦアンプ２５と、マイクロウエーブセンサ１００全体の制御を行うマイクロプロセッサ１１０と、このマイクロプロセッサ１１０へクロック信号ＣＬＫを供給する発振回路１１とを備えている。なお、発振回路１１としては、例えば、セラミック発振子や水晶発振子などを使用するものが挙げられるが、これらに限るものではない。

また、ミキサ２３とＩＦアンプ２５との間にはスイッチ２４ａが挿入されるとともに、送信アンテナ２２と発振用電源２６との間にもスイッチ２４ｂが挿入されている。これらのスイッチ２４ａ、２４ｂは電気的な接続状態を外部からの信号によって切り換え可能なものであり、さらに同期して切り換えられるように接続されている。

マイクロプロセッサ１１０は、これらのスイッチ２４ａ、２４ｂの切り換えを制御するスイッチング制御信号Ｓ０を出力するスイッチング制御部１０ａと、このスイッチング制御部１０ａから出力されるスイッチング制御信号Ｓ０の周期を決定するタイマー１０ｂと、このタイマー１０ｂに検知周期（例えば２５０μｓ）を設定する時間設定部１０ｃとを有している。なお、スイッチング制御信号Ｓ０の各周期におけるＯＮ時間については、不図示の別のタイマーを使用するか、あるいはソフトウェアタイマーなどで必要時間を確保すればよい。

また、マイクロプロセッサ１１０は、発振回路１１から供給されるクロック信号ＣＬＫを分周することによってシステムクロックを生成し、このシステムクロックに基づいてマイクロプロセッサ１１０内の各部を動作させている。タイマー１０ｂもこのシステムクロックに基づいて動作しているので、タイマー１０ｂの時間精度はこのシステムクロックあるいはその源となる発振回路１１のクロック信号ＣＬＫの精度に依存する。

スイッチング制御部１０ａから出力されるスイッチング制御信号Ｓ０がＯＮのとき、スイッチ２４ａ、２４ｂはともに電気的な接続状態に切り換えられ、マイクロウエーブセンサ１００による人体などの検知動作が行われる。つまり、送信アンテナ２２から検知エリアに向けて送信されたマイクロ波は、検知エリア内に人体などが存在する場合、ドップラー効果によりその人体などからの反射波の周波数が変調されて受信アンテナ２１に受信される。この受信された反射波はミキサ２３によって発振用電源２６の電圧波形とミキシングされた後、ＩＦアンプ２５によって増幅され、このＩＦアンプ２５からのＩＦ出力信号ＩＦｏｕｔ０がマイクロウエーブセンサ１００の人体検知信号出力として得られる。なお、検知エリア内に人体などが存在していない場合には、周波数が変調された反射波は受信アンテナ２１では受信されない。そのため、ＩＦアンプ２５からのＩＦ出力信号ＩＦｏｕｔ０におけるＩＦ周波数は「０」となり、マイクロウエーブセンサ１００からは人体検知信号が出力されない。

一方、スイッチング制御部１０ａから出力されるスイッチング制御信号Ｓ０がＯＦＦのときは、スイッチ２４ａ、２４ｂはともに電気的な非接続状態に切り換えられるので、マイクロウエーブセンサ１００による人体などの検知動作は行われない。

図５は、上記の従来技術のマイクロウエーブセンサ１００を２台使用する場合のそれぞれのスイッチング制御信号Ｓ０を比較するタイムチャートの例であり、（ａ）は１台目のスイッチング制御信号Ｓ０を示し、（ｂ）は２台目のスイッチング制御信号Ｓ０を示す。

図５（ａ）および（ｂ）に示すように、これらのマイクロウエーブセンサ１００では、人体などの検知動作は所定の検知周期で間欠的に行われる。１台目のマイクロウエーブセンサ１００では、周期Ｔ１ａで、１周期毎にスイッチング制御信号Ｓ０がＯＮになる時間Ｔ２ａの期間に検知動作が行われる。２台目のマイクロウエーブセンサ１００では、周期Ｔ１ｂで、１周期毎にスイッチング制御信号Ｓ０がＯＮになる時間Ｔ２ｂの期間に検知動作が行われる。なお、スイッチング制御信号Ｓ０の周期としては例えば２５０μｓ、そのうちのＯＮ時間としては例えば１０μｓと設定してもよいが、このような時間設定に限るものではない。

２台のマイクロウエーブセンサ１００を相互に近接させて使用する場合、例えば、１台目と２台目のそれぞれのスイッチング制御信号Ｓ０がＯＮになるタイミングが時間軸上で十分離れていれば、互いの電波同士が干渉して正常な動作が妨げられることはないと言える。

また、それぞれのマイクロウエーブセンサ１００におけるスイッチング制御信号Ｓ０の周期Ｔ１ａおよび周期Ｔ１ｂが完全に同一であれば、それぞれのスイッチング制御信号Ｓ０がＯＮになるタイミングは時間軸上で常に同じ距離を保持したままである。したがって、それぞれのスイッチング制御信号Ｓ０のＯＮのタイミングが最初から偶然に重なっていない限り、互いの電波同士が干渉することはない。

図６は、同様にマイクロウエーブセンサ１００を２台使用する場合のそれぞれのスイッチング制御信号Ｓ０を比較するタイムチャートの例であって図５とは異なる時点のものであり、（ａ）は１台目のスイッチング制御信号Ｓ０を示し、（ｂ）は２台目のスイッチング制御信号Ｓ０を示す。図７は、このときの一方のマイクロウエーブセンサ１００のＩＦアンプ２５からのＩＦ出力信号ＩＦｏｕｔ０の波形の一例である。

上述したように、それぞれのスイッチング制御信号Ｓ０の周期はマイクロプロセッサ１１０のタイマー１０ｂによって決められており、このタイマー１０ｂの時間精度はシステムクロックあるいはその源となる発振回路１１のクロック信号ＣＬＫの精度に依存している。発振回路１１に使用されるセラミック発振子や水晶発振子などの周波数精度は高いものの、基準となる周波数に対してわずかな誤差があり、またこのような誤差は発振子の個体毎に異なっている。つまり、スイッチング制御信号Ｓ０の周期には、厳密に言えばマイクロウエーブセンサ１００毎にわずかな差があり、図中のスイッチング制御信号Ｓ０の周期Ｔ１ａと周期Ｔ１ｂにもわずかな差がある。

そのため、長時間が経過する間には、１台目と２台目のスイッチング制御信号Ｓ０がＯＮになるタイミングの時間軸上での距離が変化し、やがて、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、それぞれのスイッチング制御信号Ｓ０のＯＮのタイミングがほぼ重なる状況が現れることになる。この状況では互いの電波同士が干渉するためにノイズが発生する。このような状態はしばらく続くが、さらに時間が経過すると、それぞれのスイッチング制御信号Ｓ０のＯＮのタイミングは再び重ならないようになり、その後も同様のことが周期的に繰り返される。このような電波同士の干渉によるノイズを干渉ノイズと呼ぶことにすると、一方のマイクロウエーブセンサ１００のＩＦアンプ２５からのＩＦ出力信号ＩＦｏｕｔ０における干渉ノイズは、例えば、図７に示すような波形となる。この例では、干渉ノイズの周波数は約１４Ｈｚである。

干渉ノイズはスイッチング制御信号Ｓ０の周期Ｔ１ａおよび周期Ｔ１ｂに基づいて一定の周期で発生するので、その周期、あるいはその逆数である干渉ノイズの周波数ｆ３は、それぞれ計算によって求めることができる。２台のマイクロウエーブセンサ１００のそれぞれの発振回路１１のクロック信号ＣＬＫの周波数の差の比率をＡ、スイッチング制御信号Ｓ０の周期をＴ１とすると、干渉ノイズの周波数ｆ３は次の数式で表される。

ｆ３＝Ａ／Ｔ１・・・（１）
この数式（１）に、Ａ＝３５３０［ｐｐｍ］、Ｔ１＝２５０［μｓ］を代入すると、ｆ３≒１４．１［Ｈｚ］となり、図７に示した干渉ノイズの周波数とほぼ一致する。

なお、クロック信号ＣＬＫの周波数の差の比率Ａの実際の値は、例えば、セラミック発振子であれば数千ｐｐｍ程度までの範囲に分布し、発振子の個体毎でも異なっている。したがって、２台のマイクロウエーブセンサ１００の組み合わせによって、干渉ノイズの周波数はそれぞれ異なったものとなる。

このような干渉ノイズの周波数が、マイクロウエーブセンサ１００が人体などを検知した際に出力される信号の周波数帯域（例えば５〜５０Ｈｚ）内に入ると、ＩＦアンプ２５によって増幅され、マイクロウエーブセンサ１００の人体検知信号出力となって現れることになる。

このような互いの電波同士の干渉を防止するための一つの手段としては、各マイクロウエーブセンサが発するマイクロ波の周波数をそれぞれ異ならせることが行われている。

また、各マイクロウエーブセンサを相互に電気的に接続して共通の同期信号を使用することにより、各マイクロウエーブセンサの検知動作のタイミングが他とは重ならないようにする方法もある。

あるいは、各マイクロウエーブセンサのアンテナを鉛直方向に対して傾斜させて設置することにより、アンテナ同士の偏波面が同一面上で重ならないようにして干渉を抑制できるマイクロウエーブセンサも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。このマイクロウエーブセンサは、検知エリアに向けてマイクロ波を発信すると共にこの検知エリアから反射されるマイクロ波を受信するアンテナを備え、このアンテナが受信したマイクロ波に基づいて検知エリア内における人体検知を行うマイクロウエーブセンサにおいて、上記アンテナは、センサ設置状態において鉛直方向および水平方向を除く斜め方向に延びるように配設されていることを特徴とするものである。
特開平１１−３９５７４号公報特開２００２−３１１１５４号公報

しかしながら、上述の従来技術のように、各マイクロウエーブセンサが発するマイクロ波の周波数をそれぞれ異ならせる場合、実際には使用できる周波数帯域が各国の法制などによって規制されていることが多い。このため、使用周波数の異なるマイクロウエーブセンサはあまり多く用意できないことになる。また、使用周波数の異なるマイクロウエーブセンサを複数種類（例えば３種類）用意して使い分ける場合は、製造や販売管理などのコストアップや客先での在庫管理の手間などの増大や、設置作業が煩雑になるなどの問題が考えられる。

各マイクロウエーブセンサを相互に電気的に接続して共通の同期信号を使用するには、設置時の配線作業が必要になり、設置作業が面倒になるだけでなく、配線に起因する新たな問題（例えば、配線の接触不良や断線などによって、一部または全部のマイクロウエーブセンサの正常な動作が妨げられるなど）が発生することも考えられる。

マイクロウエーブセンサのアンテナを鉛直方向に対して傾斜させて設置する方法についても、設置場所によっては現実的に採用困難なこともある。

従来技術のこのような課題に鑑み、本発明の目的は、簡単な構成によって、複数台を近接して配置する場合でも相互の電波干渉の影響を抑制して高い信頼性を確保するとともに、内部設定の異なる複数種類のものを製造したり使い分けたりする必要もなく、設置場所も特に選ぶことなく、設置作業も容易なマイクロウエーブセンサを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明のマイクロウエーブセンサは、検知エリアに向けてマイクロ波を送信するとともに、この検知エリア内に存在する物体からの反射波に基づいて物体検知動作を行い、この物体検知動作の結果に基づいて物体検知信号を出力するマイクロウエーブセンサにおいて、前記物体検知動作を所定の検知周期で間欠的に行わせる検知動作制御手段と、乱数を発生する乱数発生手段と、前記乱数発生手段で発生される乱数に基づいて前記検知周期の時間設定を所定範囲で乱数的に変更する時間設定変更手段とを備えることを特徴とする。

ここで、前記検知周期としては、例えば２５０μｓ程度の時間設定が挙げられ、前記時間設定変更手段によって、例えば１０〜２００μｓの範囲で乱数的に定まる時間を加えて前記所定範囲を２６０〜４５０μｓとしてもよいが、このような時間設定に限るものではない。なお、このマイクロウエーブセンサには、人体検知時に得られる周波数領域（例えば５〜５０Ｈｚ）の信号以外の通過を抑制するフィルタ手段を備えるようにして、この周波数帯域内の信号のみを人体検知出力として出力するように構成することが好ましい。

この発明のマイクロウエーブセンサによれば、マイクロウエーブセンサ複数台を使用する場合、それぞれの検知周期が検知動作毎に乱数的に変更されるので、検知動作が偶然同じタイミングになることが連続して起きる確率は極めて低くなる。これらのマイクロウエーブセンサを相互に近接させて使用する場合、検知動作が同じタイミングになると相互の電波干渉によって干渉ノイズが発生し得るが、この干渉ノイズの周波数が、人体などを検知した際に出力される信号のような比較的低い周波数帯域に入るには、検知動作が偶然同じタイミングになることが連続して起きた場合に限られるので、現実的には問題となり得ないような極めて低い確率に限られる。これにより、相互の電波干渉の影響を通常は無視できる程度にまで抑制して、人体検知動作の高い信頼性を確保できる。マイクロウエーブセンサとしては、内部設定まで含めて完全に同一のものが１種類あればよいので、内部設定を変更したものを予め複数種類製造するとともに設置時にそれらを使い分けたりする必要がないので、製造や販売管理などの面でコストダウンが図れる。使用するマイクロ波の周波数は１つのみであり、各国の法制などによる規制も全く問題とはならない。マイクロウエーブセンサ相互間の配線も不要で、アンテナなどの傾斜設置も不要なので、設置作業が極めて容易で、設置場所を特に選ぶこともない。

また、本発明のマイクロウエーブセンサにおいて、前記検知エリア内からの赤外線を受け、周囲との温度差から侵入物体を検知する受動型赤外線センサをさらに備え、この受動型赤外線センサが侵入物体を検知しているときのみ、前記マイクロウエーブセンサからの物体検知信号の出力を許可することを特徴としてもよい。

この発明のマイクロウエーブセンサによれば、例え、複数台の検知動作が偶然同じタイミングになることが連続して起きたとしても、受動型赤外線センサが侵入物体を検知していなければ物体検知信号が出力されることはない。これにより、極めて低い確率ながらも誤った物体検知出力が現れる可能性も排除でき、防犯センサなどのように原則として誤報が許容されない用途にも使用することが可能になる。

本発明のマイクロウエーブセンサによれば、マイクロウエーブセンサ複数台を相互に近接させて使用する場合でも、相互の電波干渉の影響を通常は無視できる程度にまで抑制して、人体検知動作の高い信頼性を確保できる。マイクロウエーブセンサとしては、内部設定まで含めて完全に同一のものが１種類あればよいので、内部設定を変更したものを予め複数種類製造するとともに設置時にそれらを使い分けたりする必要がないので、製造や販売管理などの面でコストダウンが図れる。使用するマイクロ波の周波数は１つのみであり、各国の法制などによる規制も全く問題とはならない。マイクロウエーブセンサ相互間の配線も不要で、アンテナなどの傾斜設置も不要なので、設置作業も極めて容易で、設置場所を特に選ぶこともない。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

＜マイクロウエーブセンサの構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るマイクロウエーブセンサ１の回路構成を示すブロック図である。なお、図４を参照して説明した従来技術と同じ構成部材には同じ参照符号を付すこととする。

図１に示すように、マイクロウエーブセンサ１は、マイクロ波を発振する発振用電源２６と、この発振用電源２６から発振されたマイクロ波を検知エリアに向けて送信する送信アンテナ２２と、人体などによって反射されたマイクロ波の反射波を受信する受信アンテナ２１と、この受信アンテナ２１で受信されたマイクロ波と発振用電源２６の電圧波形とをミキシングして出力するミキサ２３と、このミキサ２３の出力を増幅するＩＦアンプ２５と、このＩＦアンプ２５の出力のうちから人体などを検知した際の周波数帯域の信号のみを通過させるローパスフィルタ２７と、マイクロウエーブセンサ１全体の制御を行うマイクロプロセッサ１０と、このマイクロプロセッサ１０へクロック信号ＣＬＫを供給する発振回路１１とを備えている。

ここで、発振回路１１としては、例えば、セラミック発振子や水晶発振子などを使用するものが挙げられるが、これらに限るものではない。

マイクロプロセッサ１０は、これらのスイッチ２４ａ、２４ｂの切り換えを制御するスイッチング制御信号Ｓ１を出力するスイッチング制御部１０ａと、このスイッチング制御部１０ａから出力されるスイッチング制御信号Ｓ１の周期を決定するタイマー１０ｂと、このタイマー１０ｂに検知周期（ここでは２５０μｓとする）を設定する時間設定部１０ｃと、乱数Ｒを発生する乱数発生部１０ｅと、この乱数発生部１０ｅから発生する乱数Ｒに基づいて時間設定部１０ｃが設定する検知周期を変更する時間設定変更部１０ｄとを有している。ここで、乱数発生部１０ｅは乱数Ｒとして１〜２０の範囲の整数を均等確率で発生させるものとし、時間設定変更部１０ｄは、時間設定部１０ｃが設定する検知周期に対して、Ｒ×１０μｓを加算するものとする。例えばＲ＝１のときは１０μｓが加算されて２６０μｓがタイマー１０ｂに設定され、Ｒ＝２０のときは２００μが加算されて４５０μｓがタイマー１０ｂに設定される。なお、このような検知周期や検知周期の変更手法はあくまでも例示であり、これに限るものではない。また、スイッチング制御信号Ｓ１の各周期におけるＯＮ時間については、不図示の別のタイマーを使用するか、あるいはソフトウェアタイマーなどで必要時間を確保する。

スイッチング制御部１０ａから出力されるスイッチング制御信号Ｓ１がＯＮのとき、スイッチ２４ａ、２４ｂはともに電気的な接続状態に切り換えられ、マイクロウエーブセンサ１による人体などの検知動作が行われる。つまり、送信アンテナ２２から検知エリアに向けて送信されたマイクロ波は、検知エリア内に人体などが存在する場合、ドップラー効果によりその人体などからの反射波の周波数が変調されて受信アンテナ２１に受信される。この受信された反射波はミキサ２３によって発振用電源２６の電圧波形とミキシングされた後、ＩＦアンプ２５によって増幅される。さらに、このＩＦアンプ２５からのＩＦ出力信号ＩＦｏｕｔ１のうちからローパスフィルタ２７を通過したＩＦ出力信号ＩＦｏｕｔ２がマイクロウエーブセンサ１の人体検知信号出力として得られる。なお、検知エリア内に人体などが存在していない場合には、周波数が変調された反射波は受信アンテナ２１では受信されない。そのため、ＩＦアンプ２５からのＩＦ出力信号ＩＦｏｕｔ１がさらにローパスフィルタ２７を通過した後のＩＦ出力信号ＩＦｏｕｔ２におけるＩＦ周波数が「０」となり、マイクロウエーブセンサ１からは人体検知信号が出力されない。

一方、スイッチング制御部１０ａから出力されるスイッチング制御信号Ｓ１がＯＦＦのときは、スイッチ２４ａ、２４ｂはともに電気的な非接続状態に切り換えられるので、マイクロウエーブセンサ１による人体などの検知動作は行われない。

＜マイクロウエーブセンサを２台使用する場合の例＞
図２は、本発明の一実施形態に係るマイクロウエーブセンサ１を２台使用する場合のそれぞれのスイッチング制御信号Ｓ１を比較するタイムチャートの例であり、（ａ）は１台目のスイッチング制御信号Ｓ１を示し、（ｂ）は２台目のスイッチング制御信号Ｓ１を示す。図３は、この場合の一方のマイクロウエーブセンサ１のＩＦアンプ２５からの出力波形の一例であり、（ａ）はローパスフィルタ２７通過前のＩＦ出力信号ＩＦｏｕｔ１を示し、（ｂ）はローパスフィルタ２７通過後のＩＦ出力信号ＩＦｏｕｔ２を示す。

図２（ａ）および（ｂ）に示すように、これらのマイクロウエーブセンサ１では、人体などの検知動作は所定の検知周期で間欠的に行われる。１台目のマイクロウエーブセンサ１では、時間設定変更部１０ｄで加算される時間をΔＴａとすると、検知周期は２５０＋ΔＴａ（μｓ）となる。２台目のマイクロウエーブセンサ１では、時間設定変更部１０ｄで加算される時間をΔＴｂとすると、検知周期は２５０＋ΔＴｂ（μｓ）となる。

２台のマイクロウエーブセンサ１を相互に近接させて使用する場合、２台のマイクロウエーブセンサ１の検知周期が時間軸上で重なると、検知周期に等しい干渉ノイズが発生し、ＩＦアンプ２５からのＩＦ出力信号ＩＦｏｕｔ１は、例えば、図３（ａ）に示すような波形となる。例えば、検知周期が２６０μｓであれば約３．８４ｋＨｚの干渉ノイズが発生し、検知周期が４５０μｓであれば約２．２２ｋＨｚの干渉ノイズが発生し、干渉ノイズの周波数が刻々と変化する。ただし、このような周波数は、人体などを検知した際に出力される信号の周波数帯域（例えば５〜５０Ｈｚ）とは十分に離れているので、ローパスフィルタ２７によって通過を抑制できる。ローパスフィルタ２７通過後のＩＦ出力信号ＩＦｏｕｔ２は、例えば、図３（ｂ）に示すような波形となり、この干渉ノイズがほぼ完全に取り除かれている。

ところが、各マイクロウエーブセンサ１の検知周期は、それぞれの乱数発生部１０ｅから発生する乱数Ｒに基づいて決定されているので、各マイクロウエーブセンサ１の検知周期が時間軸上で連続して重なることはかなり低い確率ながら可能性としては存在する。そのような場合には干渉ノイズの周波数が次第に低くなり、ローパスフィルタ２７を通過してＩＦ出力信号ＩＦｏｕｔ２に現れることが全くないとは言えなくなる。例えば、８回連続して検知動作が重なると、検知周期が２６０μｓのとき、干渉ノイズの周波数は８×２６０μｓ＝２．０８ｍｓ（約４８１Ｈｚ）であり、検知周期が４５０μｓのとき、干渉ノイズの周波数は８×４５０μｓ＝３．６ｍｓ（約２７８Ｈｚ）となる。これらの周波数は、人体などを検知した際に出力される信号の周波数帯域の上限に近づいているために、ＩＦ出力信号ＩＦｏｕｔ２に現れることがあり得る。

そこで、そのようなことが発生する確率を試算して、現実的に問題となり得るか否かを検討する。それぞれの検知動作が１回重なる確率は、ΔＴａとΔＴｂがそれぞれ２０通りの値を均等確率で取り得るので、１／２０である。そうすると、８回連続して検知動作が重なる確率は、１／２０⁸≒３．９×１０^-11であり、極めて小さい。検知周期を基にして、このような偶然が１回発生するのに要する時間の期待値を計算すると、検知周期が最短の２６０μｓの場合でも、２６０μｓ×２０⁸＝６，６５６，０００秒≒１１０，９３３分≒１，８４９時間≒７７日となる。

このように、人体などを検知していないにも関わらず、ＩＦ出力信号ＩＦｏｕｔ２に誤った出力が現れる確率は極めて小さいことがわかるので、使用目的や用途によっては何ら問題とはならないと言える。例えば、このマイクロウエーブセンサ１を、男性用トイレの小便器の自動洗浄用に使用するのであれば、ごく稀に余分な洗浄のために少量の水が流れるだけで済む。

以上の説明では、２台のマイクロウエーブセンサ１を相互に近接させて使用する場合を取り上げたが、３台以上を使用する場合でも、検知周期が連続的に重なる確率は十分低く、使用目的や用途によっては特に問題とならない。

上述した実施形態の構成によれば、複数台のマイクロウエーブセンサ１を相互に近接させて使用する場合でも、マイクロウエーブセンサ１毎のスイッチング制御信号Ｓ１の検知周期が検知動作毎にランダムに変更され、相互の電波干渉の影響が生じる確率が、現実的には問題となり得ない極めて低い確率にまで抑制される。マイクロウエーブセンサ１としては、内部設定まで含めて完全に同一のものが１種類あればよいので、内部設定を変更したものを予め複数種類製造するとともに設置時にそれらを使い分けたりする必要がないので、製造や販売管理などの面でコストダウンが図れる。それぞれのマイクロウエーブセンサ１が使用するマイクロ波の周波数は共通の１つのみでよいので、各国の法制などによる規制も全く問題とはならない。マイクロウエーブセンサ１相互間の配線も不要であり、アンテナなどの傾斜設置も不要なので、設置作業も極めて容易である。

＜その他の使用例、変形例など＞
また、このマイクロウエーブセンサ１にさらに、検知エリア内の人体からの赤外線を受けて人体とその周囲との温度差から侵入者を検知する受動型赤外線センサを備えるようにするとともに、これらのセンサの検知出力のＡＮＤを人体検知出力とする（受動型赤外線センサが人体を検知しているときのみ、マイクロウエーブセンサ１からの人体検知信号の出力を許可する）ことで、人体検知の信頼性を高めるようにしてもよい。なお、マイクロウエーブセンサ１の検知エリアと受動型赤外線センサの検知エリアとは厳密には重ならないが、これらの検知エリアの主要な部分がなるべく多く重なるようにすることが望ましい。

このようにすれば、上述したような極めて低い確率ながらも誤った人体検知出力が現れる可能性も排除でき、防犯センサなどのように原則として誤報が許容されない用途にも使用することが可能になる。

なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明の一実施形態に係るマイクロウエーブセンサの回路構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係るマイクロウエーブセンサを２台使用する場合のそれぞれのスイッチング制御信号を比較するタイムチャートの例であり、（ａ）は１台目のスイッチング制御信号を示し、（ｂ）は２台目のスイッチング制御信号を示す。図２の場合の一方のマイクロウエーブセンサのＩＦアンプからの出力波形の一例であり、（ａ）はローパスフィルタ通過前のＩＦ出力信号を示し、（ｂ）はローパスフィルタ通過後のＩＦ出力信号を示す。従来技術のマイクロウエーブセンサの回路構成を示すブロック図である。従来技術のマイクロウエーブセンサを２台使用する場合のそれぞれのスイッチング制御信号を比較するタイムチャートの例であり、（ａ）は１台目のスイッチング制御信号を示し、（ｂ）は２台目のスイッチング制御信号を示す。従来技術のマイクロウエーブセンサを２台使用する場合のそれぞれのスイッチング制御信号を比較するタイムチャートの例であって図５とは異なる時点のものであり、（ａ）は１台目のスイッチング制御信号を示し、（ｂ）は２台目のスイッチング制御信号を示す。図６のときの一方のマイクロウエーブセンサのＩＦアンプからの出力の波形の一例である。

符号の説明

１マイクロウエーブセンサ
１０マイクロプロセッサ
１０ａスイッチング制御部
１０ｂタイマー
１０ｃ時間設定部
１０ｄ時間設定変更部
１０ｅ時間設定変更部
１１発振回路
２１受信アンテナ
２２送信アンテナ
２３ミキサ
２４ａ、２４ｂスイッチ
２５ＩＦアンプ
２６発振用電源
２７ローパスフィルタ
１００マイクロウエーブセンサ（従来技術）
１１０マイクロプロセッサ（従来技術）

Claims

検知エリアに向けてマイクロ波を送信するとともに、この検知エリア内に存在する物体からの反射波に基づいて物体検知動作を行い、この物体検知動作の結果に基づいて物体検知信号を出力するマイクロウエーブセンサにおいて、
前記物体検知動作を所定の検知周期で間欠的に行わせる検知動作制御手段と、
乱数を発生する乱数発生手段と、
前記乱数発生手段で発生される乱数に基づいて前記検知周期の時間設定を所定範囲で乱数的に変更する時間設定変更手段とを備えることを特徴とするマイクロウエーブセンサ。
請求項１に記載のマイクロウエーブセンサにおいて、
人体検知時に得られる周波数領域の信号以外の通過を抑制するフィルタ手段を備えていることを特徴とするマイクロウエーブセンサ。
請求項１または２に記載のマイクロウエーブセンサにおいて、
前記検知エリア内からの赤外線を受け、周囲との温度差から侵入物体を検知する受動型赤外線センサをさらに備え、
この受動型赤外線センサが侵入物体を検知しているときのみ、前記マイクロウエーブセンサからの物体検知信号の出力を許可することを特徴とするマイクロウエーブセンサ。