JP3619935B2

JP3619935B2 - マイクロウエーブセンサ

Info

Publication number: JP3619935B2
Application number: JP2001115062A
Authority: JP
Inventors: 正敏辻
Original assignee: Optex Co Ltd
Current assignee: Optex Co Ltd
Priority date: 2001-04-13
Filing date: 2001-04-13
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2021-04-13
Also published as: JP2002311154A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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（以下、「ＭＷセンサ」という）に係る。特に、本発明は、ＭＷセンサを複数個配置する際に互いの電波の干渉を抑制するための対策に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、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ＭＷセンサが知られている。
【０００３】
このＭＷセンサは、マイクロ波の発信及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、ＭＷセンサの出力信号波形に変化が生じ、これによってＭＷセンサから人体検出信号が発信されるようになっている。
【０００４】
尚、一般に、この種のＭＷ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ＰＩＲセンサと組み合わせて使用される（例えば特開平１１−３９５７４号公報参照）。つまり、ＭＷセンサの検知エリアとＰＩＲセンサの検知エリアとを重ね、両者の検知出力のＡＮＤをと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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記ＭＷ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ＭＷセンサから発せられる電波の干渉が懸念される。以下、具体的に説明する。
【０００６】
一般にＭＷ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、図１０（ａ）に示すように、同一室内ａの互いに対向する壁面ｂ，ｂに配置した場合、各ＭＷセンサｃ，ｃ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、ＭＷセンサｃの出力信号波形にノイズが混在することになり、誤動作を招いてしまう虞があった。また、図１０（ｂ）に示すように、互いに隣り合う室内ａ１，ａ２にそれぞれＭＷセンサｃ，ｃを配置した場合であっても、その配置する壁面ｂ，ｂが互いに対向する壁面同士であった場合には、マイクロ波は壁面ｄ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、誤動作を招いてしまう虞があった。
【０００７】
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各ＭＷセンサｃ，ｃ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。しかし、これでは、発振周波数の異なる複数種類のＭＷセンサを用意しておき、この発振周波数の異なるもの同士を組み合わせて設置するといった作業が必要になり、ＭＷセンサの製造及び設置の作業の煩雑化を招いてしまうため好ましくない。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、同一空間に複数個のＭＷセンサを配置した場合や、隣接する空間にそれぞれＭＷセンサを配置した場合において、各ＭＷセンサが発信するマイクロ波を互いに同一周波数としながらも電波の干渉を抑制することができ、これによって動作の信頼性の向上を図ることができる構成を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
−発明の概要−
上記の目的を達成するために、本発明は、マイクロ波の発信及び受信を行うアンテナの延長方向を適切に設定することにより、複数のＭＷセンサ同士を対向配置させた場合であっても各アンテナ偏波面が同一面上で重なり合うことがないような構成としている。
【００１０】
−解決手段−
具体的には、相手側マイクロウエーブセンサに対向配置され且つこの相手側マイクロウエーブセンサと同一構成で且つ同一周波数のマイクロ波を発振するマイクロウエーブセンサであり、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、上記検知エリア内に人体が存在する場合に、アンテナが、ドップラー効果によって変調したマイクロ波の反射波をその人体から受信することで上記検知エリア内における人体の存在を検知するマイクロウエーブセンサを前提とする。このマイクロウエーブセンサに対し、上記アンテナを、上記相手側マイクロウエーブセンサとの間でアンテナ偏波面が同一面上で重なり合うことがないよう、鉛直方向及び水平方向を除く斜め方向のアンテナ偏波面を形成する構成としている。
【００１１】
この特定事項により、同一構成の一対のマイクロウエーブセンサを、互いに対向する壁面に配置させた場合、それぞれのアンテナは同一平面上に存在しない状態、つまり、所定の捩れ角をもった捩れの位置に存在することになる。このため、マイクロウエーブセンサから発信されるマイクロ波の各アンテナ偏波面は同一面上で重なり合うことがなくなり、これによって互いの電波同士の干渉が抑制できる。
【００１２】
また、上記アンテナを棒状とし、その傾斜角度の最適値として、センサ設置状態における鉛直方向に対して４５°傾斜した方向に設定している。これによれば、マイクロウエーブセンサから発信されるマイクロ波の各アンテナ偏波面は互いに直交する面上に形成されることになり、電波同士の干渉を大幅に削減することができて、センサの誤動作を回避し、その信頼性の向上を図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本形態では、本発明に係るＭＷセンサを、ＰＩＲセンサと併用することにより構成される防犯システムに適用した場合について説明する。
【００１４】
−防犯システムの全体構成の説明−
図１に、本実施形態に係る防犯システムに使用されるＭＶセンサ３を備えた防犯センサユニット１を示す。図１（ａ）は防犯センサユニット１の正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。この防犯センサユニット１は、ケース２内にＭＷセンサ３及びＰＩＲセンサ４が収容され、ケース２の前面がマイクロ波を透過するカバー５で覆われているとともに、ＰＩＲセンサ４の前面にフレネルレンズ６が形成されている。
【００１５】
図２は、本防犯センサユニット１が配設された室内（例えば倉庫など）のユニット配設位置と、ＭＷセンサ３及びＰＩＲセンサ４の検知エリアとの関係を示す図であって、図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は平面図である。この図２において、防犯センサユニット１は部屋７を形成する壁面のうち互いに対向する壁面７ａ，７ａにそれぞれに設置されている。ここでは、図中の左側に設置されているものを第１防犯センサユニット１Ａと呼び、図中の右側に設置されているものを第２防犯センサユニット１Ｂと呼ぶ。図中に一点鎖線で示した検知エリア３Ａが第１防犯センサユニット１ＡのＭＷセンサ３による検知エリアである。図中に一点鎖線で示した検知エリア３Ｂが第２防犯センサユニット１ＢのＭＷセンサ３による検知エリアである。また、図中に左斜め下向きの斜線を付した検知エリア４Ａ，４Ａ，…が第１防犯センサユニット１ＡのＰＩＲセンサ４による検知エリアであり、図中に右斜め下向きの斜線を付した検知エリア４Ｂ，４Ｂ，…が第２防犯センサユニット１ＢのＰＩＲセンサ４による検知エリアである。これら検知エリア４Ａ，４Ｂは、フレネルレンズ６によって複数のビームで室内７をカバーするように設定されている。これにより、第１防犯センサユニット１ＡのＭＷセンサ３による検知エリア３ＡとＰＩＲセンサ４による検知エリア４Ａとはそれぞれ重なり合い、また、第２防犯センサユニット１ＢのＭＷセンサ３による検知エリア３ＢとＰＩＲセンサ４による検知エリア４Ｂとはそれぞれ重なり合っている。
【００１６】
図３は、第１防犯センサユニット１Ａの構成を示すブロック図である。この図３に示すように、本第１防犯センサユニット１Ａでは、ＭＷセンサ３で検出された人体検出信号ｍが第１検出回路８２に入力される。一方、ＰＩＲセンサ４で検出された人体検出信号ｐが第２検出回路８４に入力される構成となっている。
【００１７】
そして、各人体検出信号ｍ，ｐが所定のしきい値をそれぞれ超えたとき、各検出回路８２，８４から検出信号ｄ１，ｄ２が判別回路８５に個別に出力されるようになっている。つまり、第１検出回路８２は、人体検出信号ｍから侵入者の有無を検出する回路である。この第１検出回路８２は、人体検出信号ｍのレベルが所定のしきい値を超えたときに検出信号ｄ１を判別回路８５に出力する。一方、第２検出回路８４は、人体検出信号ｐから侵入者の有無を検出する回路である。この第２検出回路８４は、人体検出信号ｐのレベルが所定のしきい値を超えたときに検出信号ｄ２を判別回路８５に出力する。
【００１８】
判別回路８５は、予め定めた時間内に入力される検出信号ｄ１，ｄ２のそれぞれについて演算し、その演算結果が実測データに基づいて定めた所定の数値内であったとき、侵入者があると判別して警報信号ａを出力する。これにより、本システムの集中管理装置を経て警備会社への通報が行われる。
【００１９】
また、第２防犯センサユニット１Ｂの構成も、上述した第１防犯センサユニット１Ａの構成と同様であり、侵入者があると判別した場合に、本システムの集中管理装置を経て警備会社への通報を行うようになっている。
【００２０】
−ＭＷセンサ３の詳細説明−
次に、上記ＭＷセンサ３の詳細構成について説明する。
【００２１】
図４にＭＷセンサ３の回路構成を示している。この図に示すように、ＭＷセンサ３は、マイクロ波の発信及び受信を行うアンテナ３１を備えている。このアンテナ３１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３１に受信される。この受信された反射波はミキサ３２によって発振用電源３３の電圧波形とミキシングされた後、ＩＦアンプ３４によって増幅され、このＩＦアンプ３４からの出力がＭＷセンサ３の出力信号として得られるようになっている。
【００２２】
検知エリア内に人体が存在していない場合には、アンテナ３１において発信及び受信されるマイクロ波の周波数は等しいため、ＩＦアンプ３４からの出力信号におけるＩＦ周波数は「０」となり、ＭＷセンサ３からは信号が出力されない。これに対し、検知エリア内に人体が存在する場合には、アンテナ３１から発信されたマイクロ波の周波数に対してアンテナ３１に受信されるマイクロ波は変調されるため、ＭＷセンサ３の出力信号波形に変化が生じ、これによってＭＷセンサ３から人体検出信号ｍが発信されるようになっている。
【００２３】
そして、本ＭＷセンサ３の特徴は上記アンテナ３１の設置状態にある。図５は、このアンテナ３１の設置状態を示すＭＷセンサ３内部の正面図である。この図に示すように、アンテナ３１はＭＷセンサ３の正面視において、ＭＷセンサ３の上下方向に対して図中の反時計回り方向に４５°の傾斜角度を存する方向に傾斜して配置されている。これにより、このアンテナ３１から発信されるマイクロ波のアンテナ偏波面は４５°の傾斜角度をもって傾斜した面として成形されることになる。このようにして第１及び第２防犯センサ１Ａ，１Ｂ共に正面視において同一方向に同一角度だけアンテナ３１は傾斜して配置されている。
【００２４】
このように構成されたＭＷセンサ３を備えた一対の防犯センサユニット１Ａ，１Ｂが対向して配置されているため、図６に示すように、各防犯センサユニット１Ａ，１ＢのＭＷセンサ３，３のアンテナ３１，３１は同一平面上には存在しない状態、つまり、９０°の捩れ角をもった捩れの位置に存在することになる。その結果、各防犯センサユニット１Ａ，１ＢのＭＷセンサ３から発信されるマイクロ波のアンテナ偏波面は互いに直交する面上に形成されることになる。つまり、各アンテナ偏波面が同一面上で重なり合うことがなくなり、これによって互いの電波同士の干渉が抑制できる。その結果、ＭＷセンサ３が相手側のＭＷセンサ３からのマイクロ波の影響を受けて出力信号波形にノイズが混在してしまうといった状況を抑制することができて、ＭＷセンサ３の誤動作を回避し、その信頼性の向上を図ることができる。
【００２５】
−実験例−
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。本実験は、図７に示すように、発振器９１からの発振信号を受けると共に水平軸回りに回動自在とされたダイポールアンテナ９２を備えさせ、このダイポールアンテナ９２に対向するように上記ＭＷセンサ３を備えた防犯センサユニット１を設置させて行った。ダイポールアンテナ９２と防犯センサユニット１との間の距離は例えば５００ｍｍに設定している。そして、ダイポールアンテナ９２を回動させながら所定のマイクロ波をＭＷセンサ３に向けて発信させ、このＭＷセンサ３によって受信される電界強度比を測定すると共にセンサ検知レベル波形をオシロスコープ９３によって検出した。
【００２６】
図８はダイポールアンテナ９２の延長方向とＭＷセンサ３のアンテナ３１の延長方向との間の角度（ＭＷセンサ３延長方向に対するダイポールアンテナ９２の延長方向の角度であって、以下、単に相対角度と呼ぶ）と、電界強度比との関係を示すグラフである。この電界強度比は、その値が小さいほど、ダイポールアンテナ９２からのマイクロ波がＭＷセンサ３に与える影響が小さい、つまり、電波の干渉が少ないことを示す。また、図９（ａ）はダイポールアンテナ９２とＭＷセンサ３のアンテナ３１との相対角度が０°であるときのオシロスコープ９３上の検知レベル波形を示し、図９（ｂ）はダイポールアンテナ９２とＭＷセンサ３のアンテナ３１との相対角度が９０°であるときのオシロスコープ９３上の検知レベル波形を示す図である。このオシロスコープ９３上の検知レベル波形は、その振幅が小さいほど、ダイポールアンテナ９２からのマイクロ波がＭＷセンサ３に与える影響が小さい、つまり、電波の干渉が少ないことを示す。
【００２７】
これら結果から判るように、ダイポールアンテナ９２とＭＷセンサ３のアンテナ３１との相対角度が０°から次第に大きくなるに従って電界強度比は次第に小さくなっていき、その相対角度が９０°であるときには電界強度比は最小値として−２０ｄＢとなる。
【００２８】
また、ダイポールアンテナ９２とＭＷセンサ３のアンテナ３１との相対角度が０°であるときのセンサ検知レベルは７３９ｍＶであったのに対し、ダイポールアンテナ９２とＭＷセンサ３のアンテナ３１との相対角度が９０°であるときのセンサ検知レベルは６８．５ｍＶであった。つまり、相対角度が９０°であるときには、電波の干渉が殆ど無いことが判る。
【００２９】
このように、ダイポールアンテナ９２とＭＷセンサ３のアンテナ３１との相対角度が９０°であるときに、最も電波の干渉を小さくすることができることが判る。このため、図６に示すように、一対の防犯センサユニット１Ａ，１Ｂを対向して配置する場合には、アンテナ３１の傾斜角度を４５°に設定することで各アンテナ同士３１，３１の相対角度を９０°に設定することができ、最も電波の干渉が少ない状態で各防犯センサユニット１Ａ，１Ｂを設置することができる。この効果の一例としては、従来のＭＷセンサに比べて、センサ間の距離を１／１０に設定しても電波の干渉を抑制することが可能となる。
【００３０】
−その他の実施形態−
上記実施形態では、ＭＷセンサ３を、ＰＩＲセンサ４と併用することにより構成される防犯システム１に適用した場合について説明した。本発明は、これに限らず、ＭＷセンサ３を単独で使用する場合についても適用可能である。
【００３１】
また、アンテナ３１の傾斜角度は４５°に限るものではなく、鉛直方向及び水平方向を除く斜め方向であれば如何なる角度に設定しても電波の干渉を軽減する効果を得ることができる。上述したように、アンテナ３１の傾斜角度を４５°に設定した場合には最も効果が大きいが、上記相対角度が４５〜１３５°の範囲内になるようにアンテナ３１の傾斜角度を設定することにより、つまり、アンテナ３１の傾斜角度を４５°±２２．５°に設定することにより、電界強度比を−３ｄＢ以下とする実用上有効な効果を得ることができる。
【００３２】
また、図６に示すように、同一室内７の互いに対向する壁面７ａ，７ａに防犯センサユニット１Ａ，１Ｂを配置する場合に限らず、図１０（ｂ）に示すように、互いに隣り合う室内ａ１，ａ２にそれぞれ防犯センサユニットを配置する場合にも適用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、ＭＷセンサに対し、マイクロ波の発信及び受信を行うアンテナの延長方向を斜め方向に設定することにより、複数のＭＷセンサ同士を対向配置させた場合であっても各アンテナ偏波面が同一面上で重なり合うことがないようにしている。このため、ＭＷセンサから発信されるマイクロ波の各アンテナ偏波面が同一面上で重なり合うことがなくなり、これによって互いの電波同士の干渉が抑制できて、センサの誤動作を回避し、その信頼性の向上を図ることができる。従来では、電波同士の干渉を防止するためにＭＷセンサの発振周波数を互いに異ならせていた。本発明によれば、同一構成のＭＷセンサを組み合わせても電波同士の干渉が抑制できるので、ＭＷセンサの製造及び設置の作業の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る防犯センサユニットを示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図２】各防犯センサユニットの検知エリアを説明するための図であり、（ａ）は室内の側面図、（ｂ）は室内の平面図である。
【図３】防犯システムのシステム構成を示すブロック図である。
【図４】ＭＷセンサの回路構成を示す図である。
【図５】アンテナの設置状態を示すＭＷセンサ内部の正面図である。
【図６】各防犯センサユニットが壁面に設置された状態を示す図である。
【図７】実験例で使用した実験装置を示す図である。
【図８】ダイポールアンテナとＭＷセンサのアンテナとの相対角度と、電界強度比との関係を示す図である。
【図９】実験例におけるオシロスコープ上の検知レベル波形を示す図であり、（ａ）はダイポールアンテナとＭＷセンサのアンテナとの相対角度が９０°であるときの波形を、（ｂ）はダイポールアンテナとＭＷセンサのアンテナとの相対角度が０°であるときの波形をそれぞれ示す図である。
【図１０】（ａ）は同一室内の互いに対向する壁面にＭＷセンサを配置した状態を示し、（ｂ）は互いに隣り合う室内にそれぞれＭＷセンサを配置した状態を示す図である。
【符号の説明】
３マイクロウエーブセンサ
３Ａ，４Ａ検知エリア
３１アンテナ

Claims

相手側マイクロウエーブセンサに対向配置され且つこの相手側マイクロウエーブセンサと同一構成で且つ同一周波数のマイクロ波を発振するマイクロウエーブセンサであり、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、上記検知エリア内に人体が存在する場合に、上記アンテナが、ドップラー効果によって変調したマイクロ波の反射波をその人体から受信することで上記検知エリア内における人体の存在を検知するマイクロウエーブセンサにおいて、
上記アンテナは、上記相手側マイクロウエーブセンサとの間でアンテナ偏波面が同一面上で重なり合うことがないよう、鉛直方向及び水平方向を除く斜め方向のアンテナ偏波面を形成する構成とされ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記載のマイクロウエーブセンサにおいて、
アンテナは棒状であって、その延長方向は、センサ設置状態における鉛直方向に対して４５°傾斜した方向に設定されていることを特徴とするマイクロウエーブセンサ。