JP2008256473A - High-frequency sensor system - Google Patents

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JP2008256473A JP2007097750A JP2007097750A JP2008256473A JP 2008256473 A JP2008256473 A JP 2008256473A JP 2007097750 A JP2007097750 A JP 2007097750A JP 2007097750 A JP2007097750 A JP 2007097750A JP 2008256473 A JP2008256473 A JP 2008256473A
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Kengo Iwata
賢吾 岩田
Hiroyuki Tsuboi
宏之 坪井
Masayuki Nagaishi
昌之 永石
Naoki Kabe
直樹 加邉
Takuya Matsuo
卓哉 松尾
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Toto Ltd
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Toto Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-frequency sensor system which more surely and quickly detects an object to be detected, and which is suitable as a non-contact operation switch. <P>SOLUTION: This sensor system is equipped with an oscillation circuit for generating transmission waves, a plurality of antenna electrodes formed on the surface of a substrate made up of a dielectric, to radiate the transmission waves and receive their reflected waves colliding with the object and returning, a grounding electrode formed at a position being opposed to the antenna electrodes with the substrate between, a detection circuit for detecting the received waves, and a direction control circuit for controlling the directions of the transmission waves to be radiated from the antenna electrodes. If a plane which is parallel with the direction of excitation of the antenna electrodes is defined as ϕ direction, the direction control circuit performs control so that the transmission waves are radiated sequentially in a plurality of directions, without their main beams overlapping in the ϕ direction. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、非接触の操作スイッチとして好適な高周波センサ装置に関する。   The present invention relates to a high-frequency sensor device suitable as a non-contact operation switch.

ドップラー効果を利用した高周波センサ装置は、マイクロ波の電波ビームをセンサ前方に送信波として放射し、送信波が物体に衝突し戻ってくる反射波を受信し、人体を含む移動する物体を検知することができる。近年、電波ビームの放射方向が一方向に固定された高周波センサ装置が、自動ドア、便器洗浄装置などで実用化されている。
また、自動車の衝突防止レーダでは、誘電体レンズを使用し電波ビームの放射方向を切り替える高周波センサ装置が提案されている。これはアンテナ電極の励振方向と平行する面をφ方向、アンテナ電極の励振方向と直交する面をθ方向とすると、φ方向はほぼ同じでもθ方向において隙間が生じないよう細かいステップ(0.5度刻み)にて電波ビームの放射方向を切り替えている(例えば特許文献1参照)。
A high-frequency sensor device using the Doppler effect radiates a microwave radio wave as a transmission wave in front of the sensor, receives a reflected wave that the transmission wave collides with an object, and detects a moving object including a human body. be able to. In recent years, high-frequency sensor devices in which the radiation direction of a radio wave beam is fixed in one direction have been put into practical use for automatic doors, toilet bowl cleaning devices, and the like.
In addition, a high-frequency sensor device that uses a dielectric lens to switch the radiation direction of a radio wave beam has been proposed for an automobile collision prevention radar. This is because if the plane parallel to the excitation direction of the antenna electrode is the φ direction and the plane orthogonal to the excitation direction of the antenna electrode is the θ direction, fine steps (0.5 The radiation direction of the radio wave beam is switched at every step (for example, see Patent Document 1).

特開2004−037380JP2004-037380

このような高周波センサ装置を、アクチュエータを作動させる非接触の操作スイッチとして用いた場合、例えば、電波ビームの放射方向が一方向に固定されていると人体を検知していない時は流量調節バルブが閉じて吐水せず、人体を検知した時のみ流量調節バルブが開いて吐水するといった単純な動作しかできず、トイレで使用される手洗い専用の自動水栓にしか対応できない。それに対し電波ビームが複数の方向に放射できれば、例えば、自動水栓の場合は適用範囲が広がり、仮に電波ビームが2方向以上に切り替えられ一方の方向で人体検知した時は吐水、他方の方向で人体検知した時は止水と予め設定しておけば、人体を検知していない状態でも水を使用することができ、キッチンや洗面所での使用も可能となる。   When such a high-frequency sensor device is used as a non-contact operation switch for operating an actuator, for example, when the radiation direction of a radio wave beam is fixed in one direction, the flow control valve is Only when a human body is detected, the flow control valve opens and discharges water only when the human body is detected, and only the automatic faucet dedicated to hand washing used in the toilet can be used. On the other hand, if the radio beam can be radiated in multiple directions, for example, in the case of an automatic faucet, the applicable range is widened. If the radio beam is switched to two or more directions and a human body is detected in one direction, water is discharged, and in the other direction If a human body is detected and water is set in advance, the water can be used even in a state where no human body is detected, and can be used in a kitchen or a washroom.

しかしながら、電波の放射方向を細かく区分し過ぎると電波の放射方向が切り替わり一巡するまでに時間を要する。そのため、人が部屋の中を歩く動作であれば問題ないが、手を接近・離遠する動作の場合、周波数が50〜300Hzと比較的速い動きのため電波の放射方向を切替る速度が遅いと、一瞬(100mS以下)の接近動作を精度良く検知できない。また、電波ビーム自体、赤外線センサ等と比較すると半値角が広いため、半近角の範囲内で細かく電波ビームの放射方向を切り替えても(例えば、最大放射強度の得られる方向(φ,θ)が(0°,0°)で、θ方向における半近角が±20°の電波ビームが最初に放射された後に、最大放射強度方向(φ,θ)が(0°,5°)、(0°,10°)の電波ビームが放射される)検知対象が人体(手)だと接近する方向にばらつきが生じるため、電波ビームの最大放射強度方向のφ方向がほぼ同じ場合、θ方向において接近方向を細かく検知しそれに対応してアクチュエータ等を動作せようとしても操作性が極めて不安定である。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、被検知体をより確実にかつ迅速に検知でき、非接触の操作スイッチとして好適な高周波センサ装置が提供することを目的とする。
However, if the radiation direction of the radio wave is too finely divided, it takes time until the radio wave radiation direction is switched and complete. Therefore, there is no problem if the person walks in the room, but in the case of the action of approaching or moving away from the hand, the frequency of switching the radiation direction of the radio wave is slow because of the relatively fast movement of 50 to 300 Hz. Then, it is not possible to accurately detect an approaching operation for a moment (100 mS or less). In addition, since the half-value angle is wide compared to the radio wave beam itself, the infrared sensor, etc., even if the radiation direction of the radio beam is finely switched within the range of the semi-near angle (for example, the direction (φ, θ) where the maximum radiation intensity is obtained) After a radio wave beam with a semi-close angle of ± 20 ° in the θ direction is first emitted at (0 °, 0 °), the maximum radiation intensity direction (φ, θ) is (0 °, 5 °), (0 ° , 10 °) radio wave beam is radiated) If the object to be detected is a human body (hand), the approaching direction will vary, so if the φ direction of the maximum radiation intensity direction of the radio wave beam is almost the same, the approaching direction in the θ direction Even if it is detected finely and an actuator or the like is operated correspondingly, the operability is extremely unstable.
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a high-frequency sensor device that can detect a detected object more reliably and quickly and is suitable as a non-contact operation switch.

上記目的を達成するために請求項1記載の発明は、送信波を発生する発振回路と、誘電体からなる基板の表面に形成され、前記送信波を放射し前記送信波の物体による反射波を受信波として受信する複数のアンテナ電極と、前記基板を介し前記アンテナ電極と対向する位置に形成された接地電極と、前記受信波を検知する検波回路と、前記アンテナ電極から放射される前記送信波の方向を制御する方向制御回路と、を備え、前記アンテナ電極の励振方向と平行する面をφ方向とすると、前記方向制御回路は前記送信波のメインビームがφ方向において重複することなく複数の方向に順次放射させることを特徴とする高周波センサ装置である。
最初に放射される電波ビームの最大放射強度方向と次以降に放射される電波ビームの最大放射強度方向がφ方向において重複しないため、電波の放射方向が切り替わり一巡するまでまでの時間を短縮でき、一瞬(100mS以下)の手の接近動作を精度良く検知することができる。ここでいう、電波ビームの最大放射強度方向が重複しないということは、最初に放射される電波ビームの最大放射強度方向と次に放射される電波ビームの最大放射強度方向がφ方向において、10度以上異なることを意味する。
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is formed on an oscillation circuit that generates a transmission wave and a surface of a substrate made of a dielectric, and radiates the transmission wave and reflects a reflected wave by an object of the transmission wave. A plurality of antenna electrodes that are received as received waves, a ground electrode that is formed at a position facing the antenna electrodes via the substrate, a detection circuit that detects the received waves, and the transmitted waves that are radiated from the antenna electrodes A direction control circuit for controlling the direction of the antenna electrode, and assuming that the plane parallel to the excitation direction of the antenna electrode is the φ direction, the direction control circuit includes a plurality of main beams of the transmission wave without overlapping in the φ direction. A high-frequency sensor device that sequentially emits radiation in a direction.
Because the maximum radiation intensity direction of the first radio wave beam and the maximum radiation intensity direction of the next radio wave beam are not overlapped in the φ direction, it is possible to shorten the time until the radio wave radiation direction is switched, The approaching action of the hand for a moment (100 mS or less) can be accurately detected. The fact that the maximum radiation intensity direction of radio wave beams does not overlap here means that the maximum radiation intensity direction of the first radio wave beam emitted and the maximum radiation intensity direction of the next radio wave beam emitted are 10 degrees in the φ direction. That means different.

上記目的を達成するために請求項2記載の発明は、前記送信波が伝播される前記アンテナ電極を中心として対称な位置に、前記送信波が伝播されない前記アンテナ電極を複数、配置したことを特徴とする。
高周波信号が伝播される複数のアンテナ電極を備え、各アンテナ電極に伝播される高周波信号の位相を適宜変化させて電波走査するフェーズドアレイ方式のアンテナに比べ、アンテナ間の位相を変化させるためのスイッチおよび伝送線路の数が少なくて済み、製造のばらつきによる位相の変化が少なく安定した検知性能を得ることができ、小型化を図ることができる。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 2 is characterized in that a plurality of the antenna electrodes not transmitting the transmission wave are arranged at symmetrical positions around the antenna electrode transmitting the transmission wave. And
A switch for changing the phase between antennas compared to a phased array type antenna that has a plurality of antenna electrodes through which high-frequency signals are propagated and appropriately changes the phase of the high-frequency signals propagated to each antenna electrode. In addition, the number of transmission lines can be reduced, and a stable detection performance can be obtained with little change in phase due to manufacturing variations, thereby achieving downsizing.

上記目的を達成するために請求項3記載の発明は、前記送信波が伝播されない前記アンテナ電極には、高周波信号の通過または遮断のいずれか一方を選択できるスイッチが接続されたことを特徴とする。
スイッチとしてトランジスタやFETを使用し、高周波信号が伝送されるラインとは絶縁されたベース端子やゲート端子の電圧を制御し、高周波信号の通過または遮断のいずれか一方を選択すれば、高周波信号が10GHz以上になってもアンテナ電極の位相に影響を与えることが無く、且つ制御回路が簡素化するため、電波走査制御が容易となる。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 3 is characterized in that a switch capable of selecting either high-frequency signal passing or blocking is connected to the antenna electrode through which the transmission wave is not propagated. .
If a transistor or FET is used as a switch, the voltage at the base terminal or gate terminal insulated from the line through which the high-frequency signal is transmitted is controlled, and either the passage or blocking of the high-frequency signal is selected, the high-frequency signal is Even if it becomes 10 GHz or more, the phase of the antenna electrode is not affected, and the control circuit is simplified, so that radio wave scanning control is facilitated.

上記目的を達成するために請求項4記載の発明は、前記送信波が順次放射される複数の方向のいずれかで前記検波回路からの信号に基づいて被検知体の検知を確定すると、前記方向制御回路は被検知体の検知を確定した方向に前記送信波を放射させることを特徴とする。
手が接近した方向の移動情報を詳細に取得することが可能となり、単純なON/OFFスイッチではなく、移動情報に基づいてアクチュエータを作動させることが可能となる。例えば、自動ドアの場合、人がドアの前で歩いている状態(例えば、50Hz未満)では開かず、所定の速度以上(例えば、50Hz以上)で手がセンサ装置に接近するとドアが開く。同様に自動水栓の場合、人が洗面器やシンクの前で歩いている状態では吐水せず、所定の速度以上で手がセンサ装置に接近すると吐水する。
In order to achieve the above object, according to a fourth aspect of the present invention, the detection of the detected object is confirmed based on a signal from the detection circuit in any one of a plurality of directions in which the transmission waves are sequentially emitted. The control circuit is characterized in that the transmission wave is radiated in a direction in which detection of the detected object is confirmed.
It becomes possible to acquire detailed movement information in the direction in which the hand is approaching, and it is possible to operate the actuator based on the movement information instead of a simple ON / OFF switch. For example, in the case of an automatic door, it does not open when a person is walking in front of the door (for example, less than 50 Hz), and the door opens when the hand approaches the sensor device at a predetermined speed or more (for example, 50 Hz or more). Similarly, in the case of an automatic faucet, water is not discharged when a person is walking in front of a washbasin or sink, and water is discharged when a hand approaches the sensor device at a predetermined speed or higher.

上記目的を達成するために請求項5記載の発明は、前記方向制御回路により被検知体の検知を確定した方向に前記送信波を放射させたとき前記検波回路からの信号のうち、周波数成分が高い側から低い側へと変化する状態のみ外部に出力する。
手が接近する速度や時間を出力することで、アクチュエータをアナログ的に作動させることが可能となる。例えば、自動水栓の場合、手が接近する速度が速くても移動時間が短ければ少量吐水、手が接近する速度が遅くても移動時間が長ければ、大量吐水する。このように接近するといった動作だけで吐水量を変化させることができる。
In order to achieve the above object, according to a fifth aspect of the present invention, when the transmission wave is radiated in a direction in which detection of the detected object is determined by the direction control circuit, a frequency component is included in the signal from the detection circuit. Only the state that changes from the high side to the low side is output to the outside.
By outputting the speed and time at which the hand approaches, the actuator can be operated in an analog manner. For example, in the case of an automatic faucet, a small amount of water is discharged if the moving time is short even if the speed of approaching the hand is fast, and a large amount of water is discharged if the moving time is long even if the speed of approaching the hand is slow. The amount of water discharge can be changed only by such an operation of approaching.

本発明により、被検知体をより確実にかつ迅速に検知でき、非接触の操作スイッチとして好適な高周波センサ装置が提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a high-frequency sensor device that can detect a detection target more reliably and quickly and is suitable as a non-contact operation switch.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の実施の形態にかかる高周波センサ装置のブロック図である。高周波センサ装置は、高周波部10及び制御部20を有する。高周波部10は、給電素子102、無給電素子104を含むアンテナ100と、高周波回路120と、を有する。高周波回路120には、送信波30を発生する発振回路122と、受信波40からドップラー信号を取り出す検波回路124と、が設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a high-frequency sensor device according to an embodiment of the present invention. The high frequency sensor device includes a high frequency unit 10 and a control unit 20. The high frequency unit 10 includes an antenna 100 including a feeding element 102 and a parasitic element 104, and a high frequency circuit 120. The high-frequency circuit 120 is provided with an oscillation circuit 122 that generates a transmission wave 30 and a detection circuit 124 that extracts a Doppler signal from the reception wave 40.

アンテナ100から放射された送信波30は、人体などの物体に当たり反射波を生じ、給電素子102で受信される。アンテナ100は送受信共用でもよいし、送信及び受信を別としてもよい。人体検知用の高周波センサ装置において使用可能な送信波30の周波数は、10.525及び24.15GHzである。   The transmission wave 30 radiated from the antenna 100 hits an object such as a human body to generate a reflected wave and is received by the feed element 102. The antenna 100 may be used for both transmission and reception, or transmission and reception may be separated. The frequencies of the transmission wave 30 that can be used in the high-frequency sensor device for human body detection are 10.525 and 24.15 GHz.

物体が移動する場合、ドップラー信号が高周波部10の検波回路124から出力される。このドップラー信号は、制御部20の増幅器202を介して制御判断回路206へ入力される。制御判断回路206は比較器を含み、増幅器202の出力が入力された後、スイッチ制御判断を行い、出力を負荷制御回路204に出力できる。   When the object moves, a Doppler signal is output from the detection circuit 124 of the high frequency unit 10. This Doppler signal is input to the control determination circuit 206 via the amplifier 202 of the control unit 20. The control determination circuit 206 includes a comparator. After the output of the amplifier 202 is input, the control determination circuit 206 can perform switch control determination and output the output to the load control circuit 204.

また、制御判断回路206は、増幅器202の出力により人体検知を行う。制御判断回路206はまた、アンテナ100の電波ビームの放射パターン110を遷移させる制御信号を出力する方向制御回路を含み、電波ビームの放射パターン110がφ方向において重複することなく複数の方向に順次放射させる。   In addition, the control determination circuit 206 performs human body detection based on the output of the amplifier 202. The control determination circuit 206 also includes a direction control circuit that outputs a control signal for transitioning the radiation pattern 110 of the radio wave beam of the antenna 100. The radio wave radiation pattern 110 is sequentially radiated in a plurality of directions without overlapping in the φ direction. Let

図2は、本実施形態の高周波センサ装置の高周波部10を表し、図2(a)は模式平面図、図2(b)はA−A線に沿った模式断面図である。図2(a)の模式平面図は、マイクロストリップアンテナの配置の一例を表している。アンテナ100は、基板150の略中心に給電素子102と、これを中心にX字状に配置された無給電素子104と、を有している。給電素子102及び無給電素子104は、基板150の一方の主面に設けられたパッチ電極を有する。基板150の他方の主面、すなわちパッチ電極の裏面側は接地電極とする。   2A and 2B show the high-frequency unit 10 of the high-frequency sensor device of the present embodiment. FIG. 2A is a schematic plan view, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view along the line AA. The schematic plan view of FIG. 2A represents an example of the arrangement of microstrip antennas. The antenna 100 includes a feeding element 102 at a substantially center of a substrate 150 and a parasitic element 104 arranged in an X shape around the feeding element 102. The power feeding element 102 and the parasitic element 104 have patch electrodes provided on one main surface of the substrate 150. The other main surface of the substrate 150, that is, the back surface side of the patch electrode is a ground electrode.

給電素子102は、左右対称軸の中間点よりずれた点を給電点Pとする。無給電素子104は、104a、104b、104c、104dを含む。励振方向と90度をなす無給電素子104の一辺の略中央には伝送線路108(108a、108b、108c、108dを含む)が、励振方向と平行方向にかつ互いに逆向きに延在している。伝送線路108の終端には高周波スイッチ106(106a、106b、106c、106dを含む)が接続されており、それぞれの高周波スイッチ106は電気的にオンまたはオフに制御可能となっている。   The feed element 102 is defined as a feed point P at a point shifted from the midpoint of the left-right symmetry axis. The parasitic element 104 includes 104a, 104b, 104c, and 104d. A transmission line 108 (including 108a, 108b, 108c, and 108d) extends in a direction parallel to the excitation direction and opposite to each other at approximately the center of one side of the parasitic element 104 that forms 90 degrees with the excitation direction. . A high-frequency switch 106 (including 106a, 106b, 106c, and 106d) is connected to the end of the transmission line 108, and each high-frequency switch 106 can be electrically controlled to be on or off.

高周波回路120及びアンテナ100は図2(b)のように固定されており、給電素子102のP点は発振回路122に接続され、アンテナ100が励振される。また、検波回路124には、給電素子102からの受信波40が入力される。   The high-frequency circuit 120 and the antenna 100 are fixed as shown in FIG. 2B, and the point P of the feed element 102 is connected to the oscillation circuit 122, and the antenna 100 is excited. Further, the received wave 40 from the power feeding element 102 is input to the detection circuit 124.

図3は、アンテナ100からのパッチ電極と平行な面内(φ方向)における放射パターンを表す模式図である。4つの高周波スイッチ106のオン、オフを制御することにより図3のような電波ビームを得る作用について説明する。まず、高周波スイッチ106をオフとすると伝送線路108は終端開放線路となり無給電素子104の位相及びゲインをプラスの状態に設定できる。また、高周波スイッチ106をオンとすると伝送線路108は終端短絡となり無給電素子104の位相をマイナスまたはゲインをマイナスとできる。   FIG. 3 is a schematic diagram showing a radiation pattern in a plane (φ direction) parallel to the patch electrode from the antenna 100. The operation of obtaining the radio wave beam as shown in FIG. 3 by controlling on / off of the four high-frequency switches 106 will be described. First, when the high-frequency switch 106 is turned off, the transmission line 108 becomes a termination open line, and the phase and gain of the parasitic element 104 can be set to a positive state. When the high-frequency switch 106 is turned on, the transmission line 108 is short-circuited at the termination, and the phase of the parasitic element 104 can be negative or the gain can be negative.

図2(a)のアンテナ模式平面図に応じた角度配置の場合、図3のそれぞれのビームAからHに対応した高周波スイッチの状態を(表1)に表す。なお、SW1は106a、SW2は106b、SW3は106c、SW4は106dである。例えばBのビームは、SW1のみをオフとし残りの3つの高周波スイッチをオンとした放射パターンを表し、ビーム111のゲイン極大方向が略45度を向いており、φ方向において極大より3dBゲインが低下する半値角をθで表す。同様に、D、F、Hのビームは高周波スイッチをひとつのみオフとし、ビームのゲイン極大方向は135、225、315度を向いている。   In the case of the angular arrangement according to the antenna schematic plan view of FIG. 2A, the state of the high-frequency switch corresponding to each beam A to H of FIG. 3 is shown in (Table 1). SW1 is 106a, SW2 is 106b, SW3 is 106c, and SW4 is 106d. For example, the beam B represents a radiation pattern in which only SW1 is turned off and the remaining three high-frequency switches are turned on. The gain maximum direction of the beam 111 is substantially 45 degrees, and the 3 dB gain is lower than the maximum in the φ direction. The half-value angle is expressed by θ. Similarly, for the D, F, and H beams, only one high-frequency switch is turned off, and the beam gain maximum direction is directed to 135, 225, and 315 degrees.

Figure 2008256473
Figure 2008256473

また、例えばAのビームは、SW1及びSW4をオフとし他の2つをオンとすることにより0度方向においてゲイン極大となる。またこのビームAは、ビームB及びビームHにより合成されると言うこともできる。同様に、C、E、Gのビームは2つの高周波スイッチをオフとすることにより、90、180、270度方向においてゲイン極大となる。すなわち、図3の場合、8つの放射パターンを選択できる。
本実施形態によれば、このようなアンテナを用い、0、180度または90、270度の2方向、0、90、180度または0、270、180度の3方向、0、90、180、270度の4方向方向と広い間隔で電波ビームを順次放射しスキャンする。そうすれば、最初に放射される電波ビームの最大放射強度方向と次に放射される電波ビームの最大放射強度方向がφ方向において重複しないため、電波の放射方向が切り替わり一巡するまでまでの時間が短縮化され人体(手)の接近方向を判断するまでの時間を短縮でき、一瞬(100mS以下)の手の接近動作を精度良く検知することができる。特に、0、180度または90、270度の2方向においてはφ方向における半値角も重複しないため、手の接近動作をさらに精度良く検知することができる。そして、いずれかの方向で人体(手)の検知を確定したら、検知を確定した方向に電波ビームを固定して放射することで、人体(手)が接近した方向の移動情報を詳細に取得することが可能となり、単純なON/OFFスイッチではなく、移動情報に基づいてアクチュエータを作動させることが可能となる。
For example, the beam A is maximized in the 0 degree direction by turning off SW1 and SW4 and turning on the other two. It can also be said that the beam A is synthesized by the beam B and the beam H. Similarly, the gains of the C, E, and G beams are maximized in the directions of 90, 180, and 270 degrees by turning off the two high-frequency switches. That is, in the case of FIG. 3, eight radiation patterns can be selected.
According to this embodiment, using such an antenna, two directions of 0, 180 degrees or 90, 270 degrees, three directions of 0, 90, 180 degrees or 0, 270, 180 degrees, 0, 90, 180, Radio waves are sequentially emitted and scanned at a wide interval with four directions of 270 degrees. By doing so, the maximum radiation intensity direction of the first radio wave beam and the maximum radiation intensity direction of the next radio wave beam to be radiated do not overlap in the φ direction. The time taken to determine the approaching direction of the human body (hand) can be shortened, and the approaching action of the hand for a moment (100 mS or less) can be detected with high accuracy. In particular, in the two directions of 0, 180 degrees or 90, 270 degrees, the half-value angle in the φ direction does not overlap, so that the approaching action of the hand can be detected with higher accuracy. When the detection of the human body (hand) is confirmed in any direction, the movement information in the direction in which the human body (hand) approaches is acquired in detail by fixing and radiating the radio wave beam in the direction in which the detection is confirmed. Therefore, the actuator can be operated based on movement information instead of a simple ON / OFF switch.

本実施例ではアンテナ電極として給電素子と無給電素子を備え、無給電素子に接続されたスイッチを適宜、ON/OFFすることで電波ビームの放射方向を切り替える電波走査の一例を示したが、発振回路から伝送線路を介し高周波信号が伝播される給電素子を複数備え、伝送線路の途中経路に接続されたスイッチを適宜、ON/OFFすることで、各給電素子に伝播する高周波信号の位相を変化させ電波ビームの放射方向を切り替える電波走査形態でも実現可能である。   In the present embodiment, an example of radio wave scanning in which a feed element and a parasitic element are provided as antenna electrodes and the radiation direction of the radio beam is switched by appropriately turning on / off a switch connected to the parasitic element is shown. A plurality of power supply elements that propagate high-frequency signals from the circuit through the transmission line are provided, and the phase of the high-frequency signal that propagates to each power supply element is changed by appropriately turning on and off the switch connected to the intermediate path of the transmission line. It is also possible to realize a radio wave scanning form in which the radiation direction of the radio wave beam is switched.

図4は、本発明の高周波スイッチ106の作用を説明する図であり、図4(a)は高周波スイッチ106aの近傍の拡大図、図4(b)はその等価回路である。高周波スイッチ106aとして、例えばHEMT(High Electron Mobility Transistor)やGaAs MESFET(Metal Semiconductor Field Effect Transistor)を用いると、ゲート端子に印加する制御電圧によりソース端子及びドレイン端子間をオンまたはオフに切り替えることができる。   4A and 4B are diagrams for explaining the operation of the high-frequency switch 106 of the present invention. FIG. 4A is an enlarged view of the vicinity of the high-frequency switch 106a, and FIG. 4B is an equivalent circuit thereof. For example, when a high electron mobility transistor (HEMT) or a GaAs MESFET (Metal Semiconductor Field Effect Transistor) is used as the high frequency switch 106a, the source terminal and the drain terminal can be switched on or off by a control voltage applied to the gate terminal. .

伝送線路108aの終端部はドレイン端子161aに接続され、ソース端子162aは導電パターン163a及びスルーホール164aを介して基板の裏面の接地電極167に接続される。ゲート端子165aをゲート電圧により制御しソース端子162a及びドレイン端子161a間を導通とし高周波スイッチ106aをオンとすると、伝送線路108aは終端短絡線路として作用する。また、ゲート電圧を制御しドレイン端子161a及びソース端子162a間を非導通とし高周波スイッチ106aをオフとすると、伝送線路108aは長さJの終端開放線路として作用する。   The terminal portion of the transmission line 108a is connected to the drain terminal 161a, and the source terminal 162a is connected to the ground electrode 167 on the back surface of the substrate through the conductive pattern 163a and the through hole 164a. When the gate terminal 165a is controlled by the gate voltage to conduct between the source terminal 162a and the drain terminal 161a and the high frequency switch 106a is turned on, the transmission line 108a acts as a terminal short circuit line. Further, when the gate voltage is controlled so that the drain terminal 161a and the source terminal 162a are not conductive and the high-frequency switch 106a is turned off, the transmission line 108a acts as an open termination line of length J.

高周波スイッチ106をオフとした無給電素子104は位相がプラスかつ利得がプラスである導波器とでき、高周波スイッチ106をオンとした無給電素子104は位相がマイナスまたはゲインがマイナスである反射器とできる。このような無給電素子104を組み合わせて(表1)のビームを実現できる。
従って、高周波信号が伝播される複数のアンテナ電極を備え、各アンテナ電極に伝播される高周波信号の位相を適宜変化させて電波走査するフェーズドアレイ方式のアンテナに比べ、アンテナ間の位相を変化させるためのスイッチおよび伝送線路の数が少なくて済み、製造のばらつきによる位相の変化が少なく安定した検知性能を得ることができ、小型化を図ることができる。また、高周波信号が伝送されるラインとは絶縁されたベース端子やゲート端子の電圧を制御し、高周波信号の通過または遮断のいずれか一方を選択すれば、高周波信号が10GHz以上になってもアンテナ電極の位相に影響を与えることが無く、且つ制御回路が簡素化するため、電波走査制御が容易となる。
The parasitic element 104 with the high-frequency switch 106 turned off can be a waveguide having a positive phase and a positive gain, and the parasitic element 104 with the high-frequency switch 106 turned on is a reflector having a negative phase or a negative gain. And can. A beam shown in (Table 1) can be realized by combining such parasitic elements 104.
Therefore, in order to change the phase between the antennas compared to a phased array type antenna that has a plurality of antenna electrodes through which high-frequency signals are propagated and appropriately changes the phase of the high-frequency signals propagated to each antenna electrode. Therefore, the number of switches and transmission lines can be reduced, the change in phase due to manufacturing variations is small, and stable detection performance can be obtained, and the size can be reduced. Further, if the voltage of the base terminal and the gate terminal insulated from the line through which the high-frequency signal is transmitted is controlled and either one of the high-frequency signal passing or blocking is selected, the antenna can be used even if the high-frequency signal becomes 10 GHz or more. Since the phase of the electrode is not affected and the control circuit is simplified, radio wave scanning control is facilitated.

本実施の形態の高周波センサ装置を用いることにより、自動ドア、リモートコントロールによる機器、便器洗浄装置、照明装置などを、非接触にて正確かつ迅速に制御できる。   By using the high-frequency sensor device of this embodiment, it is possible to accurately and quickly control an automatic door, a remote control device, a toilet cleaning device, a lighting device, and the like without contact.

以上、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれら実施の形態に限定されない。高周波センサ装置を構成する発振回路、検波回路、制御判断回路、アンテナ、判断手段、検知方法などに関して、当業者が設計変更を行ったものであっても本発明の主旨を逸脱しない限り本発明の範囲に包含される。   The embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments. Even if a person skilled in the art changes the design of the oscillation circuit, the detection circuit, the control determination circuit, the antenna, the determination means, the detection method, etc. constituting the high-frequency sensor device, the present invention can be used without departing from the spirit of the present invention. Included in the range.

本発明の実施の形態にかかる高周波センサ装置のブロック図である。It is a block diagram of the high frequency sensor apparatus concerning an embodiment of the invention. 高周波センサ装置を構成する高周波部の模式図である。It is a schematic diagram of the high frequency part which comprises a high frequency sensor apparatus. 電波ビームの放射パターンを表す図である。It is a figure showing the radiation pattern of a radio wave beam. 高周波スイッチを説明する図である。It is a figure explaining a high frequency switch.

符号の説明Explanation of symbols

6 人、30 送信波、40 受信波、122 発振回路、100 アンテナ、102 給電素子、104 無給電素子、111 ビーム、124 検波回路、206 制御判断回路   6 persons, 30 transmission waves, 40 reception waves, 122 oscillation circuit, 100 antenna, 102 feeding element, 104 parasitic element, 111 beam, 124 detection circuit, 206 control judgment circuit

Claims (5)

送信波を発生する発振回路と、
誘電体からなる基板の表面に形成され、前記送信波を放射し前記送信波が物体に衝突し戻ってくる反射波を受信する複数のアンテナ電極と、
前記基板を介し前記アンテナ電極と対向する位置に形成された接地電極と、
前記受信波を検知する検波回路と、
前記アンテナ電極から放射される前記送信波の方向を制御する方向制御回路と、
を備え、
前記アンテナ電極の励振方向と平行する面をφ方向とすると、前記方向制御回路は前記送信波のメインビームがφ方向において重複することなく複数の方向に順次放射させることを特徴とする高周波センサ装置。
An oscillation circuit for generating a transmission wave;
A plurality of antenna electrodes formed on the surface of a substrate made of a dielectric material for receiving the reflected wave that radiates the transmitted wave and the transmitted wave collides with an object and returns;
A ground electrode formed at a position facing the antenna electrode via the substrate;
A detection circuit for detecting the received wave;
A direction control circuit for controlling the direction of the transmitted wave radiated from the antenna electrode;
With
When a plane parallel to the excitation direction of the antenna electrode is a φ direction, the direction control circuit causes the main beam of the transmission wave to be sequentially emitted in a plurality of directions without overlapping in the φ direction. .
前記送信波が伝播される前記アンテナ電極を中心として対称な位置に、前記送信波が伝播されない前記アンテナ電極を複数、配置したことを特徴とする請求項2記載の高周波センサ装置。   The high-frequency sensor device according to claim 2, wherein a plurality of the antenna electrodes that do not transmit the transmission wave are arranged at symmetrical positions with respect to the antenna electrode that transmits the transmission wave. 前記送信波が伝播されない前記アンテナ電極には、高周波信号の通過または遮断のいずれか一方を選択できるスイッチが接続されたことを特徴とする請求項1乃至2何れか1項記載の高周波センサ装置。   The high-frequency sensor device according to claim 1, wherein a switch capable of selecting either high-frequency signal passing or blocking is connected to the antenna electrode through which the transmission wave is not propagated. 前記送信波が順次放射される複数の方向のいずれかで前記検波回路からの信号に基づいて被検知体の検知を確定すると、前記方向制御回路は被検知体の検知を確定した方向に前記送信波を放射させることを特徴とする請求項1乃至3何れか一項記載の高周波センサ装置。   When the detection of the detected object is determined based on a signal from the detection circuit in any of a plurality of directions in which the transmission waves are sequentially emitted, the direction control circuit transmits the transmission in the direction in which the detection of the detected object is determined. The high-frequency sensor device according to any one of claims 1 to 3, wherein a wave is radiated. 前記方向制御回路により被検知体の検知を確定した方向に前記送信波を放射させたとき前記検波回路からの信号のうち、周波数成分が高い側から低い側へと変化する状態のみ外部に出力することを特徴とする請求項4記載の高周波センサ装置。   When the transmission wave is radiated in the direction in which detection of the detected object is determined by the direction control circuit, only the state in which the frequency component of the signal from the detection circuit changes from the high side to the low side is output to the outside. The high-frequency sensor device according to claim 4.
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