JP4719939B2

JP4719939B2 - センサ装置

Info

Publication number: JP4719939B2
Application number: JP2001286661A
Authority: JP
Inventors: 昌之永石; 利雄小黒; 祐一古田
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2021-09-20
Also published as: JP2003090875A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電波の送受信によって対象物のセンシングを行うセンサ装置において、対象物のセンシング精度を向上させるセンサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電波の送受信を利用して物体を検知する装置としては、パルスレーダや、ＦＭ−ＣＷレーダーなどが知られている。パルスレーダーは、パルス状の電波を放射した時点から、該パルス状の電波が対象物体に当たり、反射して該装置に戻ってくるまでの時間の長／短によって、該装置から対象物体までの距離を測定するものである。また、ＦＭ−ＣＷレーダーは、該装置から放射される連続波（ＣＷ）信号に、例えば鋸波状波で周波数変調（ＦＭ）を施すことによって生じる送信信号と反射信号とのビート周波数を測定することで、該装置から対象物までの距離を測定するものである。
【０００３】
しかし、上記の電波を用いたセンサは、近距離における静止物体や速度の遅い物体を検知するには不向きであり測定することが困難であった。そこで、近距離における、静止又は移動速度の遅い物体を測定するために、複数の出力にそれぞれ異なる位相差を生じさせて、各出力を用いて物体の検知を行うものもあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、静止物体や移動速度の遅い物体の検知は、上記のような位相差を持たせた複数の出力信号から検知を行っていた。この時の測定条件としては、複数の出力段から出力される複数の出力信号が、それぞれ異なる位相差を生じることであった。
ここで、電波を用いたセンサ装置は、一般的に小さな基板を用いたセンサであり、送信波や受信波を伝送する線路は互いに接近した設計になっているものもあった。この様に、接近する線路同士においては、伝送するべきではない電波が空間を伝播して、出力の位相差を変えてしまうという状況も起こっていた。
【０００５】
そこで、本発明では、近距離における静止又は移動速度の遅い物体の検知を行うために、各出力信号の位相差を確保しつつ、より検知精度の向上した小型センサ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
前記目的達成のために、本発明に係るセンサ装置は、外部に信号を電波として送信するための送信信号を生成する発振部と、該発振部で生成された送信信号を外部へ送信する送信部と、外部から電波として受信された信号を受信信号として受信する受信部と、該送信信号と受信信号を複数且つ同数の信号に分割する分割部と、複数の送信信号又は受信信号の位相が全て異なるように位相差を生じさせる複数の位相差生成手段と、各受信信号と送信信号を基に低周波数の出力信号を抽出する複数の信号抽出部と、を基板上に回路パターンで形成されるセンサ装置において、前記各位相差生成手段及び位相差生成手段から信号抽出部までの線路間及び信号抽出部の間に、空気中の電波の伝播を抑える断波部を有することを特徴とする。
かかる構成により、位相差を生じさせる位相差生成手段における干渉を防止して、各信号抽出部において位相差を確保することができると共に、位相差生成手段から信号抽出部までの線路間及び信号抽出部にまで断波部を設けることにより、位相差をより確実に確保することが可能となり、静止物体又は移動速度の遅い物体より正確に検知することができる。
【０００７】
また、請求項２記載のように、前記信号抽出部において、受信信号が伝送する受信信号線路と、送信信号が伝送する送信信号線路との間に前記断波部を有することを特徴とする。
かかる構成により、送信信号と受信信号より低周波数の出力信号を抽出する信号抽出部において、送信信号と受信信号との空気中の電波干渉を防止することができるため、より正確な位相差を持った信号により出力信号を導出することができ、静止物体又は移動速度の遅い物体をより正確に検知することができる。
【０００８】
また、請求項３記載のように、前記断波部は、センサ装置に設けられた接地面又は接地面に導通している小孔によって構成されていることを特徴とする。
かかる構成により、伝送路から空気中へと伝播する電波があっても、接地面があるため空気中に伝播した電波は接地面の方向に移動してしまい、他の伝送路への伝播を抑えることができる。
また、接地面に導通する小孔も接地面と同様に、空気中を伝播しようとする電波を接地面へと導く通路となるため、他の伝送路への伝播を抑えることができ、各出力段の位相差を確保でき、静止物体又は移動速度の遅い物体をより正確に検知することができる。
【０００９】
また、請求項４、５記載のように、前記断波部は、金属板または金属を表面に塗布した板状のもの、または電気を通電する導電性樹脂であることを特徴とする。
かかる構成により、全て表面が金属で構成されているため電波は反射され、空中に伝播した電波は他の伝送路へ干渉することが防止できるため、各出力段の位相差を確保することができ、静止物体又は移動速度の遅い物体をより正確に検知することができる。
【００１０】
また、請求項６記載のように、前記断波部は、センサ装置によって発生した電波がアンテナ以外の部分から放射されることを防止する遮断ケースと一体化していることを特徴とする。
かかる構成により、遮断ケースと断波部との間に隙間が生じることなく、各出力段又は受信線路や送信線路をより確実に隔離することができるため各出力段の位相差を確保することができ、静止物体又は移動速度の遅い物体をより正確に検知することができる。
【００１１】
また、請求項７記載のように、前記断波部は、接地面と接続していることを特徴とする。
かかる構成により、空気中を伝播してくる電波の干渉を断波部で防止するだけでなく、接地面へ逃がすことが可能となり、空気中の余分な電波を低減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施例におけるセンサ装置の電波の周波数は１０ＧＨｚ周辺で行っているものである。
ここで、図1に本発明のセンサ装置の概略構成図、図２に本発明のセンサ装置内の信号生成部構成図、図３に断波部の有無による位相差比較図、図４に回路上における信号生成部の構成図、図５に信号生成部内の信号抽出部の構成図、図６にケースと断波部を一体化したケース構成図を示す。
【００１３】
ここで、図1に本発明のセンサ装置の概略構成図を示す。本実施例では、本発明のセンサ装置を、基板の両面に回路パターンを形成し、出力を2出力としたものを示しているが、両面基板だけでなく、多層基板でも接地面を複数取ることによって実施可能であり、且つ複数の出力を取ることも可能である。
図1のセンサ装置は、基板面の裏側に電波の送信を行う送信アンテナ１１と、電波の受信を行う受信アンテナ１２と、表面に配置されているパターン面の裏側のＧＮＤ面１３が配置されている。また、裏面に配置された送信アンテナ１１と受信アンテナ１２を表面の回路パターンと接続するために表面と裏面を導通した小孔であるスルーホール１４を設けている。ここで、スルーホール１４は表面と裏面のパターンを導通した小孔であり、ここでは裏面の送信アンテナ１１へ表面から送信信号が通る線路であり、裏面の受信アンテナ１２から表面へ受信信号を送る線路である。
【００１４】
表面は、送信アンテナ１１から送信する電波（送信信号１６）を生成する発振器１７と、発振器１７と受信アンテナ１２から伝送される送信信号１６と受信信号１８を分割する分割部１９とを有するものである。ここで、分割された送信信号１６又は受信信号１８が伝送する伝送路のどちらか一方に２つの位相が異なるように位相差を生じさせる位相差生成手段２０を設置するものである。本実施例では、送信信号１６が伝送される伝送路上に位相差生成手段２０を設け、２つの位相差を９０度にした場合を示している。また、その他にも、受信信号の伝送路上に設ける方法もあり、どちらも同様に位相差を生じさせることが可能である。
【００１５】
分割された送信信号１１と受信信号１３は、この２つの信号から低周波数の出力信号を抽出する信号抽出部２１に進入し、ここで低周波数の出力信号２２を導出し、得られた２つの出力信号から対象物の検知を行うものである。
【００１６】
ここで、空気中での電波の伝播を抑えるために断波部２３を、位相差生成手段２０から信号抽出部２１までに設け、また信号抽出部２１に進入する送信信号１６と受信信号１８が伝送する伝送路の間にも設けている。図２以降にこれらの詳細な説明を示す。
【００１７】
図１の位相差生成手段２０から信号抽出部２１までの回路パターン概略構成図を図２に示す。
ここで、本実施例において、位相差生成手段２０は回路パターン上の伝送路の長さによって位相差を生じさせる方法を取っている。この方法を用いることによって位相差を自由に変更することが可能であるため、出力を複数設ける場合にでも容易に位相差を変更することができる。ここで、位相差生成手段２０から信号抽出部２１の間に断波部２３を設けている。断波部２３を位相差生成手段２０から信号抽出部２１の間に設けることで、位相差を持った信号が位相差を確保したまま伝送することができ、断波部２３を設けないと位相差を確保できず、お互いが干渉しあって同じような位相になってしまう（図３）。
【００１８】
本実施例では、断波部２３はＧＮＤ面３１とスルーホール３２で形成されたものにしている。ここでのスルーホール３２は、表面のＧＮＤ面３１と裏面のＧＮＤ面とを導通する小孔である。この構成によって、空気中を伝播しようとする電波は、ＧＮＤ面３１又はスルーホール３２の方に行くことで、線路間の電波の伝播を抑えることができる。
また、本実施例には記載していないが、金属板や、導電性樹脂によって壁を作ることによっても電波の干渉を防止することができる。また、これらの金属板などの断波部２３をＧＮＤ面に接続することにより、電波をＧＮＤ面へ逃がすことができるためより効果的に電波の干渉を防止することが可能となる。
【００１９】
次に、図１の信号抽出部近辺の回路パターン概略構成図を図４に示す。信号抽出部２１は、送信信号１６と受信信号１８から低周波数の出力信号２２を抽出するものであり、本実施例では、送信信号１６と受信信号１８を一度結合させ、シングルショットキーバリアダイオード５１によって低周波数出力信号２２を抽出している。それ以外にも送信信号１６と受信信号１８を結合せず、デュアルショットキーバリアダイオードを用いて低周波出力信号２２を抽出する方法もある。ここでは、送信信号１６と受信信号１８が接近する地点から送信信号１６と受信信号１８が結合する結合部５２の手前まで断波部２３を設けるものである。本実施例では、ＧＮＤ面５３とスルーホール５４（表面と裏面のＧＮＤ面１３を導通したもの）で形成されたものであり、この断波部２３によって空気中を伝播する電波による干渉を防止することができ位相差を確保することができる。
【００２０】
図５には、センサ装置から発振された電波を、アンテナからのみ送信するためのケース構成図を示す。ここで、ケース６１は材料として、電波を通さない物質が望ましいが、電波を透過する物質を使用する場合は、表面に金属メッキ加工を施すなどして使用するのが望ましい。ここで、本実施例では、ケース６１内の空気中で伝播する電波を防止する断波部６２をケースと一体型にしている。ケース６１と断波部６２を一体型にすることによって、ケース６１と断波部６２の間の隙間を無くすことができ、電波の干渉を低減することが可能となる。
【００２１】
以上、本実施例で示した断波部によって空気中を伝播する電波の干渉による位相差の確保を行うことによって、複数の位相差の異なる低周波数出力を導出することが可能となるため、静止物体または移動速度の遅い物体の検知をより精度良く行うことが可能となる。
【００２２】
以上、本実施例においては、複数の出力を２出力の場合で示してきたが、２出力以上の複数出力の場合も同様に各部の間に断波部を設けることによって、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセンサ装置の概略構成図
【図２】位相差生成手段から信号抽出部における概略構成図
【図３】断波部の有無による位相差比較図
【図４】信号生成部近辺の概略構成図
【図５】ケースと断波部を一体化したケース構成図
【符号の説明】
１１：送信アンテナ、１２：受信アンテナ、１３：ＧＮＤ面、１４：スルーホール、１５：ＧＮＤ端子、１６：送信信号、１７：発振器、１８：受信信号、１９：分割部、２０：位相差生成手段、２１：信号抽出部、２２：出力信号、２３：断波部、２４：ＧＮＤ面、２５：電源端子、２６：出力端子１、２７：出力端子２、３１：ＧＮＤ面、３２：スルーホール、４１：出力信号▲１▼、４２：出力信号▲２▼、５１：ショットキーバリアダイオード、５２：結合部、５３：ＧＮＤ面、５４：スルーホール、６１：ケース、６２：断波部

Claims

外部に信号を電波として送信するための送信信号を生成する発振部と、該発振部で生成された送信信号を外部へ送信する送信部と、外部から電波として受信された信号を受信信号として受信する受信部と、該送信信号と受信信号を複数且つ同数の信号に分割する分割部と、複数の送信信号又は受信信号の位相が全て異なるように位相差を生じさせる複数の位相差生成手段と、各受信信号と送信信号を基に低周波数の出力信号を抽出する複数の信号抽出部と、を基板上に回路パターンで形成されるセンサ装置において、前記各位相差生成手段及び位相差生成手段から信号抽出部までの線路間及び信号抽出部の間に、空気中の電波の伝播を抑える断波部を有することを特徴とするセンサ装置。
前記信号抽出部において、受信信号が伝送する受信信号線路と、送信信号が伝送する送信信号線路との間に前記断波部を有することを特徴とする請求項1記載のセンサ装置。
前記断波部は、センサ装置に設けられた接地面又は接地面に導通している小孔によって構成されていることを特徴とする請求項1乃至２記載のセンサ装置。
前記断波部は、金属板または金属を表面に塗布した板状のものであることを特徴とする請求項1乃至２記載のセンサ装置。
前記断波部は、電気を通電する樹脂である導電性樹脂の板状のものであることを特徴とする請求項４記載のセンサ装置。
前記断波部は、センサ装置によって発生した電波がアンテナ以外の部分から放射されることを防止する遮断ケースと一体化していることを特徴とする請求項1乃至５記載のセンサ装置。
前記断波部は、接地面と接続していることを特徴とする請求項４乃至６記載のセンサ装置。