特許 6165870 無線センサ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6165870

(24)【登録日】2017年6月30日

(45)【発行日】2017年7月19日

(54)【発明の名称】無線センサ装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/56 20060101AFI20170710BHJP

   G01S 7/03 20060101ALI20170710BHJP

   G01S 7/35 20060101ALI20170710BHJP

【ＦＩ】

   G01S13/56

   G01S7/03 220

   G01S7/35

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-534137(P2015-534137)

(86)(22)【出願日】2014年8月14日

(86)【国際出願番号】JP2014071444

(87)【国際公開番号】WO2015029794

(87)【国際公開日】20150305

【審査請求日】2016年2月12日

(31)【優先権主張番号】特願2013-181347(P2013-181347)

(32)【優先日】2013年9月2日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプス電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108006

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 昌弘

(74)【代理人】

【識別番号】100085453

【弁理士】

【氏名又は名称】野▲崎▼ 照夫

(74)【代理人】

【識別番号】100135183

【弁理士】

【氏名又は名称】大窪 克之

(72)【発明者】

【氏名】金 ▲貞▼旬

(72)【発明者】

【氏名】大滝 幸夫

【審査官】 中村 説志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０１７１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２３９４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０４２６３６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 再公表特許第２０１４／０５００５５（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 再公表特許第２０１４／０５７６５１（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−１７０９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−３８４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−７４６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第３５６２６４２（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ７／００− ７／４２

Ｇ０１Ｓ１３／００−１３／９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送信信号を放射し、前記送信信号が検出対象で反射した反射信号を受信するアンテナと、
前記送信信号を生成する送信回路と、第１伝送線路と、前記第１伝送線路と線路長の異なる第２伝送線路と、
前記第１伝送線路の一端と前記第２伝送線路の一端と、を選択して前記アンテナと接続する第１切替え手段と、
前記第１伝送線路の他端と前記第２伝送線路の他端と、を選択して前記送信回路と接続する第２切替え手段と、
前記送信回路から前記送信信号を送信中に、前記送信信号の一部と前記アンテナで受信された前記反射信号と、が入力され検波される検波回路と、
前記検波回路に接続され、前記検波回路から出力される信号を処理する信号処理回路と、
前記送信回路と前記第１切替え手段と前記第２切替え手段と、を制御する制御回路と、を備え
前記制御回路は、前記アンテナと前記送信回路とを接続する伝送線路を、前記第１伝送線路または前記第２伝送線路から、選択して切替える制御を行う無線センサ装置において、
前記第１伝送線路と前記第２伝送線路それぞれの他端に、前記検波回路と前記信号処理回路が、接続されており、
前記検波回路は、前記送信信号と前記反射信号とを乗算する
ことを特徴とする無線センサ装置。

【請求項2】

前記制御回路による制御は、前記第１伝送線路と前記第２伝送線路と、を選択して切替えるよう所定の時間間隔ごとに行われるとともに、前記第１伝送線路と前記第２伝送線路と、が交互に選択されて切替えられることを特徴する請求項１に記載の無線センサ装置。

【請求項3】

前記第１伝送線路と前記第２伝送線路の線路間の位相差がπ／４（ｒａｄ）であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線センサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線センサ装置に関し、特に、検出対象を安定して検出することができる無線センサ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、電波を用いて対象物までの距離を測定するセンサや、対象物の動きを検出し対象物の有無や接近を検出するセンサなどが提案されている。

【0003】

近年、健康に対する意識の高まりから、対象への負担が少ない非接触で心拍や呼吸などのバイタルサインの検出を行うことができるセンサが強く望まれている。

【0004】

特許文献１（従来例１）に記載の無線センサ装置９００では、図４に示すように、アンテナ９０１と、送信回路９０２と、検波回路９０３と、信号処理回路９０４と、制御回路９０５と、を備えている。また、アンテナ９０１と送信回路９０２に備えられた出力端子９０２ａとの間に、線路長の異なる複数の伝送線路（９０６、９０７）と、スイッチ９０８，スイッチ９０９で構成され複数の伝送線路を切替えてアンテナ９０１と出力端子９０２ａを接続する切替え手段が設けられている。複数の伝送線路の線路長の差は送信信号の波長の４分の１未満に設定されている。

【0005】

検出対象との距離が変化する等で、送信出力に対する反射波の位相差が、感度が低下するヌル点に近づいて検出出力が低下した場合に、線路長の異なる伝送線路を選択して切替える制御を行う。このため、送信出力と反射波の位相差を変化させることができ、検出対象の動きを検知する感度の劣化を回避して微小変異を検出する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特願２０１２−２１３３４４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述した従来技術の無線センサ装置では、送信信号の振幅に対して反射波の振幅は大変小さくなる。また微小変位に対する反射波の変化も微小なものとなる。この振幅が小さい反射波の微小な変化を捉えるために、信号処理回路９０４では増幅率の大きい増幅器を用いる必要がある。増幅率の大きな増幅器を用いる場合、入力に直流が印加されると、増幅器の出力が振幅の上限または下限に振り切れた状態となってしまうので、増幅器の入力に直流カット用のキャパシタを用いて直流が増幅器に入力されるのを防止する必要がある。また、検出対象から検出しようとする動きが、心拍や呼吸などに伴う体動などのように変動する周波数が数Ｈｚ以下程度の低い周波数変化の場合には、低い周波数の信号が減衰しないように大きな容量のキャパシタを用いる必要がある。

【0008】

しかしながら、大きな容量のキャパシタを用いた場合には以下のような動作となることがある。検出対象を検出する信号出力が低下して伝送線路の切替えた際に、切替えに伴って検波回路９０３に入力される信号の位相がπ／２（ｒａｄ）変化する。このため、検波回路９０３から出力される直流電圧が大きく変動し、この変動が大きな容量のキャパシタを通して増幅器に入力されてしまう。このよう直流電圧の変動によって、増幅器の出力が振幅の上限または下限に振り切れた状態となってしまう虞があった。また、キャパシタの容量が大きいために、キャパシタを含む回路全体の時定数が大きくなり、直流電圧の変動に追従して再び低い周波数の変動を出力できるようになるまでに長い時間が掛かり、その間、検出対象を検出できなくなってしまうという課題があった。

【0009】

本発明は、上述した課題を解決するもので、安定して検出対象を検出することができる無線センサ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

この課題を解決するために、本発明の無線センサ装置は、送信信号を放射し、前記送信信号が検出対象で反射した反射信号を受信するアンテナと、前記送信信号を生成する送信回路と、第１伝送線路と、前記第１伝送線路と線路長の異なる第２伝送線路と、前記第１伝送線路の一端と前記第２伝送線路の一端と、を選択して前記アンテナと接続する第１切替え手段と、前記第１伝送線路の他端と前記第２伝送線路の他端と、を選択して前記送信回路と接続する第２切替え手段と、前記送信回路から前記送信信号を送信中に、前記送信信号の一部と前記アンテナで受信された前記反射信号と、が入力され検波される検波回路と、前記検波回路に接続され、前記検波回路から出力される信号を処理する信号処理回路と、前記送信回路と前記第１切替え手段と前記第２切替え手段と、を制御する制御回路と、を備え前記制御回路は、前記アンテナと前記送信回路とを接続する伝送線路を、前記第１伝送線路または前記第２伝送線路から、選択して切替える制御を行う無線センサ装置において、前記第１伝送線路と前記第２伝送線路それぞれの他端に、前記検波回路と前記信号処理回路が、接続されており、前記検波回路は、前記送信信号と前記反射信号とを乗算することを特徴とする。

【0011】

これによれば、伝送線路ごとに検波回路が設けられているため、伝送線路を切替えた場合でも検波回路に入力される信号は、切替えに伴う位相の変化の影響を受けない。そのため検波回路の出力の直流電圧が変動しないので、信号処理回路の増幅器の出力が振り切れてしまったり、低い周波数の変動を出力するまでに長い時間が掛かったりすることがない。従って、安定して検出対象を検出することができる無線センサ装置を提供することができる。

【0012】

また、本発明の無線センサ装置は、前記制御回路による制御が、前記第１伝送線路と前記第２伝送線路と、を選択して切替えるよう所定の時間間隔ごとに行われるとともに、前記第１伝送線路と前記第２伝送線路と、が交互に選択されて切替えられることを特徴する。

【0013】

これによれば、線路長の異なる第１伝送線路と第２伝送線路と、を交互に切替えて送信動作を行うので、互いに直交する成分を抽出することができ、反射波の有無を確実に検出することができるので、より安定して検出対象を検出することができる。

【0014】

また、本発明の無線センサ装置は、前記第１伝送線路と前記第２伝送線路の線路間の位相差がπ／４（ｒａｄ）であることを特徴とする。

【0015】

これによれば、第１伝送線路と前記第２伝送線路の線路間の位相差がπ／４（ｒａｄ）異なるので、伝送線路を切替えることで、送信信号と反射信号の位相差が、π／２（ｒａｄ）ずつ異なる信号を得ることができる。このため、感度が著しく低下してしまうヌル点を確実に回避してより安定して検出対象を検出することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、安定して検出対象を検出することができる無線センサ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態に係る無線センサ装置の動作概要を示す図である。

【図2】本発明の実施形態に係る無線センサ装置の構成を示すブロック図である。

【図3】本発明の実施形態に係る無線センサ装置の動作タイミング図である。

【図4】特許文献１に記載の無線センサ装置の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

［第１実施形態］
以下に第１実施形態における無線センサ装置１００について説明する。

【0019】

まず始めに本実施形態における無線センサ装置１００の動作概要について図１を用いて説明する。無線センサ装置１００は図１に示すように、送信信号を放射し、送信信号が検出対象５００で反射された反射信号から検出対象５００の検出を行う。

【0020】

次に、無線センサ装置１００の構成について図２を用いて説明する。図２は無線センサ装置１００の構成を示すブロック図である。

【0021】

無線センサ装置１００は図２に示すように、アンテナ１０と、送信回路２０と、第１伝送線路３１と、第２伝送線路３２と、第１切替え手段４１と、第２切替え手段４２と、第１検波回路５１と、第２検波回路５２と、第１信号処理回路６１と、第２信号処理回路６２と、制御回路７０と、を備えている。

【0022】

また無線センサ装置１００にはその他に図示しない電源回路を有しており、無線センサ装置１００の各部に動作に必要な電力を供給する。

【0023】

アンテナ１０は、送信信号を放射し、送信信号が検出対象５００で反射された反射信号を受信する。またアンテナ１０は、第１切替え手段４１に接続されている。

【0024】

送信回路２０は、送信信号を生成して出力する送信動作を行う。また、送信回路２０は、第２切替え手段４２と制御回路７０に接続されており、制御回路７０によって制御される。

【0025】

第１伝送線路３１は、送信回路２０が生成する送信信号の周波数において、送信回路２０の出力インピーダンス及びアンテナ１０のインピーダンスと概ね等しい特性インピーダンスを有し、線路長Ｌｅを有する伝送線路である。また第１伝送線路３１の一端が第１切替え手段４１に接続されるとともに、他端が第２切替え手段４２と第１検波回路５１に接続されている。

【0026】

第２伝送線路３２は、送信回路２０が生成する送信信号の周波数において、送信回路２０の出力インピーダンス及びアンテナ１０のインピーダンスと概ね等しい特性インピーダンスを有している。第２伝送線路３２は第１伝送線路３１に対して位相差がπ／４（ｒａｄ）異なる（遅れる）線路長を有している伝送線路である。また第２伝送線路３２の一端が第１切替え手段４１に接続されるとともに、他端が第２切替え手段４２と第２検波回路５２に接続されている。

【0027】

第１切替え手段４１は、第１伝送線路３１と第２伝送線路３２と、のいずれか一方を選択してアンテナ１０に接続できるように、アンテナ１０と、第１伝送線路３１及び第２伝送線路３２の一端と、が接続されている。

【0028】

第２切替え手段４２は、第１伝送線路３１と第２伝送線路３２と、のいずれか一方を選択して送信回路２０に接続できるように、送信回路２０と、第１伝送線路３１及び第２伝送線路３２の他端と、が接続されている。

【0029】

第１検波回路５１は、第１伝送線路３１の他端と第２切替え手段４２とに接続されている。第１検波回路５１には、第１切替え手段４１と第２切替え手段４２とが、第１伝送線路３１を選択して送信回路２０が送信信号を送信中に、送信回路２０から出力される送信信号の一部と、アンテナ１０で受信された反射信号と、が入力される。第１検波回路５１は、入力された送信信号の一部と、アンテナ１０で受信された反射信号と、を検波する。

【0030】

第２検波回路５２は、第２伝送線路３２の他端と第２切替え手段４２とに接続されている。第２検波回路５２には、第１切替え手段４１と第２切替え手段４２とが、第２伝送線路３２を選択して送信回路２０が送信信号を送信中に、送信回路２０から出力される送信信号の一部と、アンテナ１０で受信された反射信号と、が入力される。第２検波回路５２は、入力された送信信号の一部と、アンテナ１０で受信された反射信号と、を検波する。

【0031】

第１信号処理回路６１は、第１検波回路５１と制御回路７０に接続されている。第１信号処理回路６１は、第１検波回路５１から出力される検波出力信号を処理し、その結果を制御回路７０へ出力する。

【0032】

第２信号処理回路６２は、第２検波回路５２と制御回路７０に接続されている。第２信号処理回路６２は、第２検波回路５２から出力される検波出力信号を処理し、その結果を制御回路７０へ出力する。

【0033】

つまり、第１伝送線路３１の他端には第１検波回路５１が、また第２伝送線路３２の他端には第２検波回路５２が、それぞれ接続されており、第１検波回路５１には第１信号処理回路６１が、また第１検波回路５１には第１信号処理回路６１が、接続されている。

【0034】

制御回路７０は、送信回路２０と、第１切替え手段４１と、第２切替え手段４２と、第１信号処理回路６１と、第２信号処理回路６２と、に接続されている。制御回路７０は、送信回路２０の動作状態の制御を行う。また制御回路７０は、第１切替え手段４１と第２切替え手段４２と、を制御し、アンテナ１０と送信回路２０とを接続する伝送線路を、第１伝送線路３１または第２伝送線路３２から、選択して切替える制御を行う。更に制御回路７０は、第１信号処理回路６１及び第２信号処理回路６２から出力信号を取得し、検出対象５００の呼吸に伴う体動や、心拍に伴う体表面の動き等の検出や、検出有無の判断等を行う。

【0035】

次に、無線センサ装置１００の動作について図２から図４を用いて説明する。

【0036】

図３は、無線センサ装置１００の動作タイミングを説明する図である。

【0037】

制御回路７０は図３に示すように、時刻Ｔ１で、第１切替え手段４１と第２切替え手段４２と、を制御し、アンテナ１０と送信回路２０とを接続する伝送線路を、第１伝送線路３１を選択して切替える制御を行う。また、制御回路７０は時刻Ｔ１からＴ２までの時間ｔ１の間、送信出力制御信号を出力し、送信信号が出力されるように送信回路２０を制御する。送信信号は、送信回路２０から出力され、第２切替え手段４２、第１伝送線路３１、第１切替え手段４１、を経てアンテナ１０から放射される。

【0038】

アンテナ１０から放射された送信信号の一部は、検出対象５００で反射され、反射信号としてアンテナ１０で受信される。

【0039】

アンテナ１０で受信された反射信号は、第１切替え手段４１、第１伝送線路３１を経て第１検波回路５１に入力され、送信信号の一部と反射信号と、が検波される。

【0040】

送信信号Ｖｏの振幅をＡ、周波数をｆとしたときの角周波数２πｆをω時間をｔとして、送信信号Ｖｏを式（１）で表す。また、反射信号Ｖｒの振幅をＢとして、反射信号Ｖｒを式（２）で表す、但し、θ１は第１の期間の送信信号Ｖｏに対する反射信号Ｖｒの位相変移角度（位相差）である。

【0041】

（数１）
Ｖｏ＝Ａ・ｃｏｓωｔ・・・・・・式（１）
Ｖｒ＝Ｂ・ｃｏｓ（ωｔ＋θ１）・・・式（２）

【0042】

前述のように、Ｂは反射信号の振幅であり、式（１）で表される振幅Ａでアンテナ１０から放射された送信信号が、検出対象５００で反射されて再びアンテナ１０まで戻ってくるまでの間の伝送路で受ける減衰（伝送損失）と、送信信号が検出対象５００で反射される際の反射率によって受ける減衰（反射損失）によって、反射信号の振幅がＢまで減衰して受信されたことになる。

【0043】

第１検波回路５１で送信信号Ｖｏを参照信号として反射信号Ｖｒが検波されると、第１検波回路５１の出力には式（３）で表される検波出力Ｖｄが出力される。

【0044】

（数２）
Ｖｄ＝Ｖｏ×Ｖｒ
＝Ａ・Ｂ｛ｃｏｓωｔ・ｃｏｓ（ωｔ＋θ１）｝
＝（Ａ・Ｂ／２）ｃｏｓ（２ωｔ＋θ１）＋（Ａ・Ｂ／２）ｃｏｓθ１・・式（３）

【0045】

式（３）の前半の項は、角周波数が２ωｔとなっているので、送信信号の周波数の２倍の周波数となるため、高い周波数を除去するバイパスコンデンサを第１検波回路５１に設けるなどの手段で簡単に除去することができる。送信周波数の２倍の周波数成分が除去された第１検波回路５１の出力信号Ｖｐ１とするとＶｐ１は、式（４）で表される。式（４）は、送信信号Ｖｏに対する反射信号Ｖｒの位相差θ１によって決定される出力となる。

【0046】

（数３）
Ｖｐ１＝（Ａ・Ｂ／２）ｃｏｓθ１・・・式（４）

【0047】

送信信号Ｖｏに対する反射信号Ｖｒの位相変移角度を表すθ１は、送信信号Ｖｏが送信回路２０から出力され、検出対象５００で反射されて第１検波回路５１に戻ってくるまでの経路と、で与えられる移相量の合計となる。

【0048】

無線センサ装置１００と検出対象５００の距離によって、送信信号と反射信号の位相差θ１がπ／２（ｒａｄ）となった場合には、式（４）から、第１検波回路５１の出力信号Ｖｐ１の振幅が０となる。また、送信信号と反射信号の位相差θ１が０（ｒａｄ）となった場合には、第１検波回路５１の出力信号Ｖｐ１が最大値（Ａ・Ｂ／２）となり、位相差θ１がπ（ｒａｄ）となった場合には最小値−（Ａ・Ｂ／２）となる。

【0049】

また、検出対象５００の動きに対する検出感度は、検出対象５００が動くことによるθ１の変化に対して出力が変化する割合なので、式（４）をθ１で微分した値となり、式（５）で表される。

【0050】

（数４）
ｄＶｐ１／ｄθ１＝−（Ａ・Ｂ／２）ｓｉｎθ１・・・式（５）

【0051】

従って、θ１がπ／２＋ｎπ（ｒａｄ）の場合に最大感度となり、θ１が０＋nπ（ｒ
ａｄ）の場合に感度が非常に低いいわゆるヌル点となる（但しｎは自然数）。

【0052】

また、第１伝送線路３１が選択されている場合には、送信信号が送信回路２０から出力されてから、アンテナ１０を経て、検出対象５００で反射され、第１検波回路５１まで戻ってくるまでの経路の長さＬ１は、式（６）のように表される。但し式（６）でアンテナ１０から検出対象５００までの距離はＬｘとする。

【0053】

（数５）
Ｌ１＝２（Ｌｘ＋Ｌｅ）＝２Ｌｘ＋２Ｌｅ・・・式（６）

【0054】

式（４）に示すＶｐ１は、検出対象５００が動くとその動きによってアンテナ１０と検出対象５００の距離が変化することによりθ１が変化するので、θ１の変化によってＶｐ１が変化する。そのため、Ｖｐ１の変化を検出することで検出対象５００の動きを検出することができる。

【0055】

また、検出対象５００の動きが遅い場合には、アンテナ１０と検出対象５００との距離によって決まるθ１の値の変化が緩やかとなる。このため、時刻Ｔ１からＴ２までの時間ｔ１の間に第１検波回路５１から出力される信号は、図３の第１検波回路出力に示すように、直流成分を含む信号が出力されることとなる。

【0056】

第１信号処理回路６１は、第１検波回路５１から出力された信号からその変化量を検出するのに必要な増幅やＡＤ変換等を行い、処理結果を制御回路７０に出力する。

【0057】

制御回路７０は、時刻Ｔ２で送信回路２０から送信信号が出力されないように送信回路２０を制御する送信出力制御信号を出力し、時刻Ｔ３までの時間ｔ２の間、送信動作を停止する。

【0058】

次に、制御回路７０は、時刻Ｔ３で、第１切替え手段４１と第２切替え手段４２と、を制御し、アンテナ１０と送信回路２０とを接続する伝送線路を、第２伝送線路３２を選択して切替える制御を行う。また、制御回路７０は時刻Ｔ３からＴ４までの時間ｔ１の間、送信出力制御信号を出力し、送信信号が出力されるように送信回路２０を制御する。送信信号は、送信回路２０から出力され、第２切替え手段４２、第２伝送線路３２、第１切替え手段４１、を経てアンテナ１０から放射される。

【0059】

アンテナ１０から放射された送信信号の一部は、検出対象５００で反射され、反射信号としてアンテナ１０で受信される。

【0060】

アンテナ１０で受信された反射信号は、第１切替え手段４１、第２伝送線路３２を経て第２検波回路５２に入力され、送信信号の一部と反射信号と、が検波される。

【0061】

前述と同様に送信信号Ｖｏは式（１）で表わされ、反射信号Ｖｒは式（７）のように表される。但し、但しθ２は第２の期間の送信信号Ｖｏに対する反射信号Ｖｒの位相変移角度（位相差）を表す。

【0062】

（数６）
Ｖｒ＝Ｂ・ｃｏｓ（ωｔ＋θ２）・・・式（７）

【0063】

第２検波回路５２の出力Ｖｄは、式（３）と同様に計算すると式（８）が得られる。

【0064】

（数７）
Ｖｄ＝Ｖｏ×Ｖｒ
＝Ａ・Ｂ｛ｃｏｓωｔ・ｃｏｓ（ωｔ＋θ２）｝
＝（Ａ・Ｂ／２）ｃｏｓ（２ωｔ＋θ２）＋（Ａ・Ｂ／２）ｃｏｓθ２・・式（８）

【0065】

前述と同様に、送信周波数の２倍の周波数成分が除去された第２検波回路５２の出力信号Ｖｐ２とするとＶｐ２は、式（９）で表される。式（９）は、送信信号Ｖｏに対する反射信号Ｖｒの位相差θ２によって決定される出力となる。

【0066】

（数８）
Ｖｐ２＝（Ａ・Ｂ／２）ｃｏｓθ２・・・式（９）

【0067】

送信信号Ｖｏに対する反射信号Ｖｒの位相変移角度を表すθ２は、送信信号Ｖｏが送信回路２０から出力され、検出対象５００で反射されて第２検波回路５２に戻ってくるまでの経路と、で与えられる移相量の合計となる。

【0068】

無線センサ装置１００と検出対象５００の距離によって、送信信号と反射信号の位相差θ２がπ／２（ｒａｄ）となった場合には、式（８）から、第２検波回路５２の出力信号Ｖｐ２の振幅が０となる。また、送信信号と反射信号の位相差θ２が０（ｒａｄ）となった場合には、第１検波回路５１の出力信号Ｖｐ１が最大値（Ａ・Ｂ／２）となり、位相差θ２がπ（ｒａｄ）となった場合には最小値−（Ａ・Ｂ／２）となる。

【0069】

また、検出対象５００の動きに対する検出感度は、検出対象５００が動くことによるθ２の変化に対して出力が変化する割合なので、式（９）をθ２で微分した値となり、式（１０）で表される。

【0070】

（数９）
ｄＶｐ２／ｄθ２＝−（Ａ・Ｂ／２）ｓｉｎθ２・・・式（１０）

【0071】

従って、θ２がπ／２＋ｎπ（ｒａｄ）の場合に最大感度となり、θ２が０＋ｎπ（ｒａｄ）の場合に感度が非常に低いいわゆるヌル点となる（但しｎは自然数）。

【0072】

また、第２伝送線路３２が選択されている場合には、送信信号が送信回路２０から出力されてから、アンテナ１０を経て、検出対象５００で反射され、第１検波回路５１まで戻ってくるまでの経路の長さＬ２は、式（１１）のように表される。但し式（１１）でアンテナ１０から検出対象５００までの距離はＬｘとする。

【0073】

（数１０）
Ｌ２＝２（Ｌｘ＋Ｌｅ＋π／４）＝２Ｌｘ＋２Ｌｅ＋π／２・・・式（１１）

【0074】

式（９）に示すＶｐ２もＶｐ１と同様に、検出対象５００が動くとその動きによってθ２が変化するので、θ２の変化によって出力が変化する。そのため、Ｖｐ２の変化を検出することでも検出対象５００の動きを検出することができる。

【0075】

また、検出対象５００の動きが遅い場合には、アンテナ１０と検出対象５００との距離によって決まるθ２の値の変化が緩やかとなる。このため、時刻Ｔ３からＴ４までの時間ｔ１の間に第２検波回路５２から出力される信号は、図３の第２検波回路出力に示すように直流成分を含む信号が出力されることとなる。

【0076】

第２信号処理回路６２は、第２検波回路５２から出力された信号からその変化量を検出するのに必要な増幅やＡＤ変換等を行い、処理結果を制御回路７０に出力する。

【0077】

制御回路７０は、時刻Ｔ４で送信回路２０から送信信号が出力されないように送信出力制御信号を出力し、時刻Ｔ５までの時間ｔ２の間、送信動作を停止する。時刻Ｔ５以降は時刻Ｔ１からの動作を同様に繰り返すよう動作する。

【0078】

つまり、制御回路７０による制御が、第１伝送線路３１と第２伝送線路３２と、を選択して切替えるよう所定の時間間隔（ｔ３＝ｔ１＋ｔ２）ごとに行われ、第１伝送線路３１と第２伝送線路３２と、が交互に選択されて切替えられる。

【0079】

第１伝送線路３１が選択されている場合の経路の長さＬ１と、第２伝送線路３２が選択されている場合の経路の長さＬ２の差ΔＬは式（６）式（１１）から、式（１２）となる。

【0080】

（数１１）
ΔＬ＝Ｌ２−Ｌ１＝π／２・・・式（１２）

【0081】

以上のように、第１伝送線路３１を選択した場合と、第２伝送線路３２を選択した場合で、位相の差がπ／４（ｒａｄ）異なる。この位相差の分、第１伝送線路３１を選択した場合に対して、第２伝送線路３２を選択した場合には、反射波の位相がπ／２（ｒａｄ）遅れることとなる。

【0082】

従って、第１伝送線路３１と第２伝送線路３２の選択を変更することで、第１検波回路５１と第２検波回路５２に入力される反射信号の位相をπ／２（ｒａｄ）変えることができる。このため、第１検波回路５１に入力される送信信号と反射信号の位相差θ１がπ（ｒａｄ）となるヌル点となった場合でも、第２検波回路５２に入力される送信信号と反射信号の位相差の位相差θ２はθ１＋π／２＝３π／２（ｒａｄ）となる。従って、検出対象５００を検出する感度が劣化するヌル点を回避して検出対象５００の変異を検出することができる。

【0083】

以下、本実施形態としたことによる効果について説明する。

【0084】

本実施形態の無線センサ装置１００では、第１伝送線路３１の他端には第１検波回路５１が、また第２伝送線路３２の他端には第２検波回路５２が、それぞれ接続されており、第１検波回路５１には第１信号処理回路６１が、また第１検波回路５１には第１信号処理回路６１が、接続される構成とした。

【0085】

これにより、第１伝送線路３１と第２伝送線路３２とを切替えた場合でも、第１検波回路５１及び第２検波回路５２に入力される信号は、切替えに伴う位相の変化の影響を受けることがない。そのため第１検波回路５１及び第２検波回路５２の出力に現れる検波出力の直流電圧が大きく変動しないので、第１信号処理回路６１及び第２信号処理回路６２の増幅器の出力が振り切れてしまったり、低い周波数の変動を出力するまでに長い時間が掛かったりすることがない。従って、安定して検出対象を検出することができる無線センサ装置を提供することができる。

【0086】

また、本実施形態の無線センサ装置１００では、制御回路７０による制御が、第１伝送線路３１と第２伝送線路３２と、を選択して切替えるよう所定の時間間隔ごとに行われ、第１伝送線路３１と第２伝送線路３２と、が交互に選択されて切替えるよう構成した。

【0087】

これにより、線路長の異なる第１伝送線路３１と第２伝送線路３２と、を交互に切替えて送信動作を行うので、互いに直交する成分を抽出することが反射波の有無を確実に検出することができるので、より安定して検出対象を検出することができる。

【0088】

また、本実施形態の無線センサ装置１００では、第１伝送線路３１と第２伝送線路３２との線路長の線路間の位相差がπ／４（ｒａｄ）となるように構成した。

【0089】

これにより、第１伝送線路３１と第２伝送線路３２とを切換えることで、送信信号と反射信号の位相差が、π／２（ｒａｄ）ずつ異なる信号を得ることができる。このため、感度が著しく低下してしまうヌル点を確実に回避してより安定して検出対象を検出することができる。

【0090】

以上説明したように、本実施形態の無線センサ装置１００によれば、安定して検出対象を検出することができる無線センサ装置を提供することができる。

【0091】

以上のように、本発明の実施形態に係る無線センサ装置１００を具体的に説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能である。例えば次のように変形して実施することができ、これらの実施形態も本発明の技術的範囲に属する。

【0092】

（１）本実施形態において、無線センサ装置１００は検出対象５００から離れている図を示して説明を行ったが、検出対象５００の体動などを検出するために携行あるいは装着されていても良い。

【0093】

（２）本実施形態において、第１信号処理回路６１及び第２信号処理回路６２は、検波された信号からその変化量を検出するのに必要な増幅やＡＤ変換等を行う例を示して説明したが、帯域制限や、サンプリング等、の信号処理を行うように構成しても良い。

【0094】

（３）本実施形態において、１回の送信ごとに第１伝送線路３１と第２伝送線路３２とを切換える例を示して説明したが、複数回の送信動作ごとに切替えるよう制御しても良い。

【符号の説明】

【0095】

１０ アンテナ
２０ 送信回路
３１ 第１伝送線路
３２ 第２伝送線路
４１ 第１切替え手段
４２ 第２切替え手段
５１ 第１検波回路
５２ 第２検波回路
６１ 第１信号処理回路
６２ 第２信号処理回路
７０ 制御回路
１００ 無線センサ装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】