(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａ／Ｄ変換して得られる計測信号を収集するデータ収集装置であって、
計測センサにおいて第１クロック信号に基づいて計測条件が順次周期的に切り替わることで得られる、前記計測条件に対応する信号が連なった一連の計測信号の入力を受け、前記計測条件の切り替わる周期よりも周期が短い第２クロック信号のタイミングでＡ／Ｄ変換を行い順次レジスタに重ね書きして一時記憶するＡ／Ｄ変換ユニットと、
前記第１クロック信号に基づいて生成されるサンプリングパルスのタイミングで、レジスタに一時記憶した計測信号を読み出し、前記サンプリングパルスのパルス発生回数に応じて定まる格納位置に記憶するメモリと、を有する、ことを特徴とするデータ収集装置。
【請求項２】
さらに、前記メモリの前記格納位置に記憶された計測信号を取り出してデータ処理を行うとき、前記格納位置に基づいて前記計測条件を識別して前記データ処理を行うデータ処理部、を有する請求項１に記載のデータ収集装置。
【請求項３】
前記計測信号は、不定期で間歇的に前記Ａ／Ｄ変換ユニットに入力される、請求項１又は２に記載のデータ収集装置。
【請求項４】
Ａ／Ｄ変換して得られる計測信号を収集し、データ処理をする計測装置であって、
第１クロック信号に基いて計測条件を順次周期的に切り替えながら、前記計測条件に対応する計測信号が連なった一連の計測信号を出力する計測センサと、
前記計測信号の入力を受け、前記計測条件の切り替わる周期よりも周期が短い第２クロック信号のタイミングでＡ／Ｄ変換を行い順次レジスタに重ね書きして一時記憶するＡ／Ｄ変換ユニットと、
前記第１クロック信号に基づいて生成されるサンプリングパルスのタイミングで、レジスタに一時記憶した計測信号を読み出し、前記サンプリングパルスのパルス発生回数に応じて定まる格納位置に記憶するメモリと、
前記メモリの前記格納位置に記憶された計測信号を取り出してデータ処理を行うとき、前記格納位置に基づいて前記計測条件を識別して前記データ処理を行うデータ処理装置と、を有する、ことを特徴とする計測装置。
【請求項５】
前記計測センサは、計測対象物に対して相対的に一方向に移動することにより、前記計測対象物の計測位置を走査し、
前記Ａ／Ｄ変換ユニットは、前記設定された移動距離毎に、前記一連の計測信号の入力を受ける、請求項４に記載の計測装置。
【請求項６】
前記計測センサは、前記計測条件として変調周波数を変更しながら電波を放射するレーダであり、
前記設定された移動距離毎に発生するパルスをトリガーパルスとして、前記サンプリングパルスを発生させ、
前記データ処理部は、前記計測条件に基づいて計測対象物の距離情報を求める、請求項５に記載の計測装置。
【請求項７】
Ａ／Ｄ変換して得られる計測信号を収集するデータ収集方法であって、
計測センサにおいて第１クロック信号に基づいて計測条件が順次周期的に切り替わることで得られる、前記計測条件に対応する計測信号が連なった一連の計測信号の入力を受けるステップと、
前記計測条件の切り替わる周期よりも周期が短い第２クロック信号のタイミングでＡ／Ｄ変換を行い順次レジスタに重ね書きして一時記憶するステップと、
前記第１クロック信号に基づいて生成されるサンプリングパルスのタイミングで、レジスタに一時記憶した計測信号を読み出し、前記サンプリングパルスのパルス発生回数に応じて定まるメモリの格納位置に記憶するステップと、を有する、ことを特徴とするデータ収集方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測信号をＡ／Ｄ変換して得られる計測信号を収集するデータ収集装置およびデータ収集方法、およびデータ収集装置を組み込んだ計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーダなどのセンサを用いて高度なセンシングを行う場合、センサから出力された計測信号をＡ／Ｄ変換してコンピュータで信号処理を行うことが一般的に行われる。Ａ／Ｄ変換回路では、並列型（フラッシュ型）Ａ／Ｄ変換回路、サブレンジング型変換回路、逐次比較型（ＳＡＲ型）変換回路等が知られている。
【０００３】
例えば、並列型（フラッシュ型）Ａ／Ｄ変換回路は、高速サンプリングが可能である。しかし、Ａ／Ｄ変換回路の変換ビット数に応じて、Ａ／Ｄ変換回路に用いるコンパレータの数が増え、Ａ／Ｄ変換回路に用いる抵抗の精度およびコンパレータの精度によりＡ／Ｄ変換回路の直線性（入力信号に対する出力信号の線形性）の特性が劣る場合がある。このため、並列型Ａ／Ｄ変換回路では１０ビットのＡ／Ｄ変換が限界である。
【０００４】
一方、サブレンジング型変換回路は、高い分解能と高い変換精度を持ってＡ／Ｄ変換を行う他、並列型（フラッシュ型）Ａ／Ｄ変換回路のように多くのコンパレータを用いることがなく、入力された信号の処理をすぐ開始することができる。しかし、サブレンジング型変換回路では直列に接続されたブロック毎にクロック信号に従って順次信号の処理が行われるので、入力された信号がＡ／Ｄ変換されデジタル信号として生成されるまでに、複数回のクロック信号に従って処理が行われる。このため、このＡ／Ｄ変換方式ではパイプラインディレイが発生する。また、サブレンジング型変換回路では、上記ブロック間の信号の伝達に、高速で処理を行うための低容量キャパシタを備えるサンプルホールドアンプが用いられるが、上記低容量キャパシタを用いるために、長時間信号をホールドしておくことはできない。このため、サブレンジング型変換回路は、計測信号の入力がないときでも動作を停止しておくことはできない。このように各Ａ／Ｄ変換回路は種々の特徴を有する。
【０００５】
このようなＡ／Ｄ変換回路は、レーダ装置のみならず、センサとデータ処理装置を用いた計測装置においても用いられる。例えば、高速なグラフ表示を行い操作性の高いデータ蓄積システムが知られている。当該システムは、センサからの電圧値を測定値としてデジタル変換して収集するデジタルデータ収集装置と、前記デジタルデータ収集装置により収集されたデジタルデータを時間情報とともに記録する記憶手段と、前記記憶手段の指定されたデータ数ごとの最大・最小値を算出し、前記記憶手段の異なる記憶領域に間引きデータとして記憶する最大・最小値算出手段と、前記記憶手段に記憶されたデータをグラフ表示する表示装置と、を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２７２４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
今日、レーダ装置等の計測センサから出力される計測信号は、Ａ／Ｄ変換回路を用いて高速かつ正確にＡ／Ｄ変換され得るが、より高速かつ正確にＡ／Ｄ変換して１２ビット以上の信号にするＡ／Ｄ変換回路が求められている。
【０００８】
そこで、本発明は、センサからの計測信号をより高速かつ正確にＡ／Ｄ変換を行うことができるデータ収集装置およびデータ収集方法、およびデータ収集装置を組み込んだ計測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】
【０００９】
本発明の一態様は、Ａ／Ｄ変換して得られる計測信号を収集するデータ収集装置である。当該装置は、
計測センサにおいて第１クロック信号に基づいて計測条件が順次周期的に切り替わることで得られる、前記計測条件に対応する信号が連なった一連の計測信号の入力を受け、第２クロック信号のタイミングでＡ／Ｄ変換を行い順次レジスタに重ね書きして一時記憶するＡ／Ｄ変換ユニットと、
前記第１クロック信号に基づいて生成されるサンプリングパルスのタイミングで、レジスタに一時記憶した計測信号を読み出し、前記サンプリングパルスのパルス発生回数に応じて定まる格納位置に記憶するメモリと、を有する。
【００１０】
前記第２クロック信号のクロック周期は、前記計測条件の切り替わる周期に比べて短い、ことが好ましい。
【００１１】
さらに、前記メモリの前記格納位置に記憶された計測信号を取り出してデータ処理を行うとき、前記格納位置に基づいて前記計測条件を識別して前記データ処理を行うデータ処理部、を有することが好ましい。
【００１２】
前記計測信号は、不定期で間歇的に前記Ａ／Ｄ変換ユニットに入力される、ことが好ましい。
【００１３】
また、本発明の他の一形態は、Ａ／Ｄ変換して得られる計測信号を収集し、データ処理をする計測装置である。当該計測装置は、
計測信号を出力する計測センサと、
前記計測センサにおいて第１クロック信号に基いて計測条件が順次周期的に切り替わることで得られる、前記計測条件に対応する計測信号が連なった一連の計測信号の入力を受け、第２クロック信号のタイミングでＡ／Ｄ変換を行い順次レジスタに重ね書きして一時記憶するＡ／Ｄ変換ユニットと、
前記第１クロック信号に基づいて生成されるサンプリングパルスのタイミングで、レジスタに一時記憶した計測信号を読み出し、前記サンプリングパルスのパルス発生回数に応じて定まる格納領位置に記憶するメモリと、
前記メモリの前記格納位置に記憶された計測信号を取り出してデータ処理を行うとき、前記格納位置に基づいて前記計測条件を識別して前記データ処理を行うデータ処理装置と、を有する。
【００１４】
前記計測センサは、計測対象物に対して相対的に一方向に移動することにより、前記計測対象物の計測位置を走査し、前記Ａ／Ｄ変換ユニットは、前記設定された移動距離毎に、前記一連の計測信号の入力を受ける、ことが好ましい。
【００１５】
また、前記計測センサは、前記計測条件として変調周波数を変更しながら電波を放射するレーダであり、前記Ａ／Ｄ変換ユニットは、前記設定された移動距離毎に発生するパルスをトリガーパルスとして、前記サンプリングパルスが発生し、前記データ処理部は、前記計測条件に基づいて計測対象物の距離情報を求める、ことが好ましい。
【００１６】
また、本発明の他の一形態は、Ａ／Ｄ変換して得られる計測信号を収集するデータ収集方法である。当該方法は、
計測センサにおいて第１クロック信号に基づいて計測条件が順次周期的に切り替わることで得られる、前記計測条件に対応する計測信号が連なった一連の計測信号の入力を受けるステップと、
第２クロック信号のタイミングでＡ／Ｄ変換を行い順次レジスタに重ね書きして一時記憶するステップと、
前記第１クロック信号に基づいて生成されるサンプリングパルスのタイミングで、レジスタに一時記憶した計測信号を読み出し、前記サンプリングパルスのパルス発生回数に応じて定まるメモリの格納位置に記憶するステップと、を有する。
【発明の効果】
【００１７】
上述のデータ収集装置、データ収集方法および計測装置によれば、センサからの計測信号をより高速かつ正確にＡ／Ｄ変換を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態のデータ収集装置を用いた計測装置のブロック構成図である。
【図２】本実施形態のエンコーダパルス、マイクロ波スイッチの切り替え、ＶＣＯ信号、およびサンプリングパルスの発生のタイミングチャートである。
【図３】本実施形態で用いる計測のフローを示す図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、本実施形態のＶＣＯ周波数の変更のタイミングと、第２クロック信号のタイミングと、サンプリングパルスのタイミングと、メモリへの記憶のタイミング、の一例を示すタイミングチャートである。
【図５】（ａ），（ｂ）は、本実施形態のＶＣＯ周波数の変更のタイミングと、第２クロック信号のタイミングと、サンプリングパルスのタイミングとメモリへの記憶のタイミング、の他の例を示すタイミングチャートである。
【図６】（ａ），（ｂ）は、従来のデータ収集装置の構成の一部とメモリへの格納のタイミングを示すタイミングチャートである。
【００１９】
以下、本発明のデータ収集装置、データ収集方法および計測装置について詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態の計測装置１０のブロック構成図である。計測装置１０は、計測センサ１２と、データ収集装置１４と、データ処理装置１６と、を有する。
計測装置１０は、計測対象物Ｏに対してマイクロ波あるいはミリ波の電波を送信アンテナから放射し計測対象物Ｏで反射した電波を受信アンテナで受信して、計測装置１０から測定対象物Ｏまでの距離を計測するレーダ装置である。
【００２１】
具体的には、計測センサ１２は、計測対象物Ｏに対して相対的に一方向、例えば図１中の左右方向に相対移動することにより、計測装置１０は計測対象物Ｏの計測位置を走査し、このときの距離をデータ処理装置１６において算出する。計測センサ１２が、測定対象物Ｏを走査するとき、設定された移動距離毎に、計測を行い計測信号の入力を得、データ収集装置１０に送る。データ収集装置１０は、入力された計測信号をＡ／Ｄ変換して後述するメモリに記憶する。データ処理装置１６は、メモリに記憶された計測信号を呼び出して計測センサ１２から計測対象物Ｏまでの距離を算出する。
このとき、計測センサ１２が計測位置の走査のために計測対象物Ｏに対して相対移動する速度は一定ではなく変動する。したがって、設定された移動距離毎に計測されて得られた計測信号は、データ収集装置１４に不定期かつ間歇的に入力される。データ収集装置１４は、後述するように、Ａ／Ｄ変換回路のＡ／Ｄ変換の動作とレジスタの動作を、計測センサ１２のクロック信号とは異なるクロック信号に基づいて行わせ、レジスタから読み出してメモリに記憶する動作を、計測センサ１２で用いられるクロック信号に基づいて生成されるサンプリングパルスに従って行わせる。これにより、データ収集装置１４は、不定期かつ間歇的に入力される計測信号を正確かつ高速にＡ／Ｄ変換することができる。
以下、計測装置１０について詳細に説明する。
【００２２】
（計測センサ）
計測センサ１２は、電圧制御発振器（以降、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）という）１８と、パワースプリッタ２０と、マイクロ波スイッチ２２と、送信用のアレイアンテナ２４と、受信用のアレイアンテナ２６と、マイクロ波スイッチ２８と、ミキサ３０と、ＩＦ回路３２と、コントロール回路３４と、ロータリエンコーダ３６と、クロック信号発生器３８と、を有する。
【００２３】
ＶＣＯ１８は、コントロール回路３４の指示に応じて設定された周波数の信号を発生する。信号はパワースプリッタ２０に送られる。ＶＣＯ１８が生成する信号は、一定時間間隔毎に周波数が変化し、ＶＣＯ１８は、例えば８つの周波数の信号を順次生成する。
パワースプリッタ２０は、設定された周波数の信号をマイクロ波スイッチ２２およびミキサ３０に送る。ＶＣＯ１８で生成された信号は、送信用のアレイアンテナ２４においてＶＣＯ１８で生成された信号の周波数で強度変調するために用いられる。また、ＶＣＯ１８で生成された信号は、ミキサ３０において、受信用のアレイアンテナ２８で受信した計測信号を検波するための参照信号として用いられる。
【００２４】
マイクロ波スイッチ２２は、コントロール回路３４の指示に従ってアレイアンテナ２４の中から選択された１つあるいは複数のアンテナから電波を放射するために、信号の送信先のアンテナを切り替える。アレイアンテナ２４は、複数のアンテナ（アンテナＴ１〜Ｔ４）が所定の配置で並んだ送信用アンテナ群であり、選択されたアンテナは、計測対象物ＯにＶＣＯ１８で生成された信号にしたがって強度変調された電波を放射する。アレイアンテナ２６は、複数のアンテナ（アンテナＲ１〜Ｒ４）が所定の配置で並んだ受信用アンテナ群であり、計測対象物Ｏで反射した電波を受信する。
マイクロ波スイッチ２８は、コントロール回路３４の指示に従ってアレイアンテナ２６の中から選択された１つあるいは複数のアンテナが受信した電波の計測信号を得るために、計測信号として出力する送信元のアンテナを切り替える。
ミキサ３０は、パワースプリッタ２０から送られたＶＣＯ１８が生成した信号を参照信号として用いて、選択されたアンテナから出力される計測信号とミキシングする。ミキシング後の計測信号は、ＩＦ回路３２に送られる。
【００２５】
ＩＦ回路３２は、図示されないローパスフィルタとアンプを有し、ミキシング後の計測信号をローパスフィルタに通して高周波信号を取り除き、計測センサ１２から計測対象物までの距離情報が含まれている低周波の計測信号を取り出す。さらに、図示されないアンプが、ローパスフィルタ通過後の低周波の計測信号を増幅する。増幅された計測信号は、データ収集装置１４に送られる。
【００２６】
コントロール回路３４は、後述するロータリエンコーダ３６から送られるエンコーダパルスをトリガーパルスとして、計測センサ１２の各回路の動作を開始させ、さらに、計測センサ１２の各回路の動作を制御、管理する。例えば、コントロール回路３４は、ＶＣＯ１８の生成する信号の周波数を制御する。さらに、コントロール回路３４は、マイクロ波スイッチ２２，２８を制御して、電波を放射するアンテナを定め、受信するアンテナを定める。さらに、コントロール回路３４は、ロータリエンコーダ３６から送られるエンコーダパルスをトリガーパルスとして所定のパルス数を有するサンプリングパルスを生成して、データ収集装置１４に送る。コントロール回路３４は、ＶＣＯ１８が生成する信号の周波数を一定時間間隔毎に変化させ、さらに、アレイアンテナ２４，２６のアンテナの送受信の組を一定時間毎に変えた一連の計測信号が計測センサ１４から出力されるようにする。したがって、ＶＣＯ１８が生成する信号の周波数と電波の送受信に用いるアンテナの組とを計測条件として、コントロール回路３４は、この計測条件をクロック信号発生器３８の第１クロック信号のタイミングで切り替える。例えば、コントロール回路３４は、電波の送受信に用いるアンテナの組を定めて固定し、ＶＣＯ１８が生成する信号の周波数を第１クロック信号のタイミングで複数回切り替える。この後、コントロール回路３４は、電波の送受信に用いるアンテナの組を第１クロック信号のタイミングで変更して周波数を複数回切り替えることを繰り返し行う。これにより、計測センサ１２は、複数の計測条件における一連の計測信号を得る。
【００２７】
ロータリエンコーダ３６は、計測対象物Ｏに対して計測センサ１２が相対移動するとき、移動距離を計測し、一定の移動距離毎にエンコーダパルスを生成する。生成したエンコーダパルスは、コントロール回路３４に送られて、計測センサ１２の各回路の動作およびサンプリングパルスの生成のためのトリガーパルスとして用いられる。なお、計測センサ１２が計測対象物Ｏに対して相対移動する速度は一定でないため、コントロール回路３４は、ロータリエンコーダ３６から送られるエンコーダパルスを不定期かつ間歇的に受信する。したがって、計測センサ１２の動作タイミングおよびサンプリングパルスの発生も不定期かつ間歇的である。
このような計測センサ１２は、計測対象物Ｏに対して相対移動するとき、設定された移動距離毎に、計測条件を順次切り替えることで得られる信号が連なった一連の計測信号をデータ収集装置１４に送る。
【００２８】
（データ収集装置）
データ収集装置１４は、Ａ／Ｄ変換回路４０、レジスタ４２、メモリ４４、クロック信号発生器４６、およびコントローラ４８を有する。
Ａ／Ｄ変換回路４０は、例えば公知の１２ビット以上のサブレンジング型変換回路である。Ａ／Ｄ変換回路４０は、計測センサ１２から送られる一連の計測信号を順次Ａ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換された計測信号は、レジスタ４２に送られる。
レジスタ４２は、Ａ／Ｄ変換回路４０から送られたＡ／Ｄ変換された計測信号を順次重ね書きして一時記憶する。
【００２９】
メモリ４４は、第１のクロック信号に基づいて生成されるサンプリングパルスのタイミングで、コントローラ４８の指示に従ってレジスタ４２から読み出された計測信号を記憶する。計測信号のメモリ４４における格納位置は、サンプリングパルスのパルスの発生回数に応じて定まる。
クロック信号発生器４６は、クロック信号発生器３８と独立して駆動し、第２クロック信号を生成する。したがって、第２クロック信号は、第１クロック信号と非同期である。クロック信号発生器４６は常に第２クロック信号を生成しているので、Ａ／Ｄ変換回路４０を常に駆動する。
【００３０】
（データ処理装置）
データ処理装置１６は、メモリ４４に記憶されたＡ／Ｄ変換された計測信号を所定の格納位置から読み出して、計測条件毎にデータ処理を行って計測センサ１２から計測対象物Ｏまでの距離を算出する。計測センサ１２は、計測条件を順次切り替えながら計測信号をデータ収集装置１４に送るので、計測信号自体からどの計測条件における信号であるかを判断することはできない。このため、メモリ４４には、サンプリングパルスのパルス発生回数に応じて定められたメモリ４４の格納位置に計測信号が順次記憶される。このため、データ処理装置１６は、メモリ４４の計測信号の格納位置に応じて、どの計測条件の計測信号かを識別することができる。したがって、メモリ４４には、計測条件に対応したサンプリングパルスの発生パルスの回数に応じて計測信号が順番に格納される。
データ収集装置１４は、上記構成を用いることにより、メモリ４４に、種々の計測条件に対応した計測信号を順番に格納することができる。以下、この点を説明する。
【００３１】
図２は、エンコーダパルスの発生のタイミング、マイクロ波スイッチ２２，２８の切り替えのタイミング、ＶＣＯ１８の発生する信号の周波数の切り替えのタイミング、およびサンプリングパルスの発生のタイミングを含むタイミングチャートである。
ロータリエンコーダ３６においてエンコーダパルスが発生し、コントロール回路３４がエンコーダパルスを受信すると、コントロール回路３４は、マイクロ波スイッチ２２，２８を切り替え、送信用のアンテナＴ１と受信用のアンテナＲ1を組として選択し、ＶＣＯ１８が発生する信号の周波数をＦ1と定める。それと同時に、メモリ４４に計測データを記憶するタイミングを定めるサンプリングパルスを生成する。
図２に示すように、送信用のアンテナＴ１と受信用のアンテナＲ1を組として固定し、ＶＣＯ１８が発生する信号の周波数（以降、ＶＣＯ周波数という）をＦ1から順にＦ８まで変化させる。この後、送信用のアンテナＴ１と受信用のアンテナＲ1の組を変更して、送信用のアンテナＴ２と受信用のアンテナＲ２を新たな組として選択し、ＶＣＯ周波数をＦ1から順にＦ８まで変化させる。このようにして送信用のアンテナＴ４と受信用のアンテナＲ４の組が設定されるまで、順次ＶＣＯ周波数と送受信用のアンテナの組の変更を繰り返して、一連の計測信号を得る。これにより、エンコーダパルスが１つ発生するときの計測が終了する。この後、さらに次のエンコーダパルスが１つ発生するまで計測を待機する。
【００３２】
図３は、上記計測のフローを示す図である。図３に示すように、まず、コントロール回路３４は、エンコーダパルスの入力の有無を判断し（ステップＳ１０）、エンコーダパルスの入力があるまで待機する。コントロール回路３４が、ロータリエンコーダ３６が発生するエンコーダパルスの入力を受けると（ステップＳ１０においてＹｅｓの場合）、マイクロ波スイッチ２２，２８の切り替えの指示をマイクロ波スイッチ２２，２８に出し、マイクロ波スイッチ２２，２８は切り替えを行う（ステップＳ２０）。これにより、送信用および受信用のアンテナとして、アンテナＴ１およびアンテナＲ１が選択される。
【００３３】
また、コントロール回路３４は、ＶＣＯ１８に指示を出して、ＶＣＯ周波数を切り替える（ステップＳ３０）。これにより、設定された周波数の信号が生成される。さらに、コントロール回路３４は、サンプリングパルスを生成する（ステップＳ４０）。これにより、アンテナＴ1から放射され、計測対象物Ｏで反射した電波はアンテナＲ１で受信される。次に、コントロール回路３４は、現在設定されているＶＣＯ周波数がＦ８か否かを判定する（ステップＳ５０）。現在設定しているＶＣＯ周波数がＦ８でない場合（ステップＳ５０においてＮｏの場合）、ステップＳ３０に戻り、コントロール回路３４はＶＣＯ周波数を変化させるように指示する。こうして、設定されるＶＣＯ周波数がＦ１からＦ２，Ｆ３等を経てＦ８になるまで計測信号が得られる。
【００３４】
次に、コントロール回路３４は、設定されるＶＣＯ周波数がＦ８になったと判定した場合（ステップＳ５０においてＹｅｓの場合）、送信用および受信用のアンテナの組がアンテナＦ４およびアンテナＲ４に設定されているか否かを判定する（ステップＳ６０）。送信用および受信用のアンテナがアンテナＴ４およびアンテナＲ４に設定されていない場合（ステップＳ６０においてＮｏの場合）、ステップＳ２０に戻り、マイクロ波スイッチ２２，２８に指示を出して送信用および受信用に用いるアンテナの組を、アンテナＴ２，Ｒ２の組、アンテナＴ３，Ｒ３の組、アンテナＴ４，Ｒ４の組に順次切り替えさせる。これにより、コントロール回路３４はステップＳ２０〜Ｓ６０を繰り返す。
【００３５】
コントロール回路３４は、ステップＳ６０の判定が肯定である場合、計測対象物Ｏの計測を終了するか否かを判定する（ステップＳ７０）。計測の終了とは、例えば、エンコーダパルスの発生数が所定数に達したか否かにより判定される。判定の結果、計測が終了していない場合、コントロール回路３４は、ステップＳ１０に戻り、エンコーダパルスの入力を待つ。このように計測センサ１２では、計測が終了するまでエンコーダパルスの発生毎に計測を行う。計測センサ１２では、ＶＣＯ周波数の変更およびマイクロスイッチ２２，２８におけるアンテナの切り替えは、第１クロック信号のタイミングで行われる。ここで、「第１クロック信号のタイミング」とは、第１クロック信号のクロックの周期のタイミング、あるいは第１クロック信号のクロックの周期の整数倍の周期のタイミングのことをいう。このとき、データ収集装置１４では、計測センサ１２において第１クロック信号に基づいて計測条件が順次切り替わることで得られる、計測条件に対応する信号が連なった一連の計測信号の入力を受ける。
【００３６】
データ収集装置１４において、クロック信号発生器４６が発生する第２クロック信号のタイミングでＡ／Ｄ変換回路４０はＡ／Ｄ変換を行い順次レジスタ４２に重ね書きして一時記憶する。さらにこの後、データ収集装置１４は、クロック信号発生器３８が発生する第１クロック信号に基づいて生成されるサンプリングパルスのタイミングで、レジスタ４２に一時記憶した計測信号を読み出し、サンプリングパルスのタイミングに応じて定まるメモリ４４の格納位置に記憶する。
ここで、「第１クロック信号に基づいて生成されるサンプリングパルスのタイミング」とは、第１クロック信号の各クロックパルスのタイミング、あるいは第１クロック信号のクロック周期の整数倍の周期のタイミングであることをいう。
【００３７】
図４（ａ），（ｂ）及び図５（ａ），（ｂ）は、ＶＣＯ周波数の変更のタイミングと、第２クロック信号のタイミングと、サンプリングパルスのタイミングとメモリ４４への記憶のタイミング等を示すタイミングチャートである。図中では、パイプラインディレイやアナログ時の計測信号の処理遅延時間は省略している。
【００３８】
上述したように、エンコーダパルスは不定期かつ間歇的にコントロール回路３４に入力され、さらに、エンコーダパルスをトリガーパルスとして動作するＶＣＯ周波数の変更およびマイクロ波スイッチ２２，２８の切り替えのタイミングは、第１クロック信号のタイミングで行われる。このため、ＶＣＯ周波数の変更およびマイクロ波スイッチ２２，２８の切り替えのタイミングと、第２クロック信号で動作するレジスタ４２の一時記憶のタイミングとの間で位相ずれが種々生じる。図４（ａ），（ｂ）および図５（ａ），（ｂ）は、上記位相ずれが０度、９０度、１８０度、および２７０度のときのそれぞれのタイミングチャートである。なお、これらのタイミングチャートでは、第１クロック信号に基づいて行われるＶＣＯ周波数の変更およびマイクロ波スイッチ２２，２８の切り替えの周期と、第１クロック信号に基づいて生成されるサンプリングパルスの周期を同一にしている。
【００３９】
図４（ａ）に示す例では、ＶＣＯ周波数がＦ１に切り替わった瞬間、周期ｔ2の第２クロック信号は立下がる（位相ずれ０度）。このとき、レジスタ４２に不定の値ｘｘが記憶されている。ＩＦ回路３２から計測信号が入力されていない場合であっても、第２クロック信号に従って常時動作するＡ／Ｄ変換回路４０でＡ／Ｄ変換された信号、すなわちノイズ成分がレジスタ４２に記憶される。このノイズ成分が不定の値ｘｘとなっている。しかし、この時点でサンプリングパルスは立ち上がっていない。この後、再度第２クロック信号が立ち下がるとき、依然としてＶＣＯ周波数はＦ１を維持している。したがって、レジスタ４２に一時記憶される計測信号は、周波数Ｆ1に対応する信号である。その後、サンプリングパルスが立ち上がり、サンプリングパルスの立ち上がりのタイミング、すなわち、１番目のサンプリングパルスの立ち上がりにしたがってレジスタ４２に一時記憶された計測信号が読み出されてメモリ４４に格納される。メモリ４４に格納される位置は、１回目のサンプリングパルスに応じて定まった位置である。
【００４０】
次に、時間ｔs経過後、ＶＣＯ周波数がＦ２に切り替わる。この後、第２クロック信号のパルスが立ち下がるとき、Ａ／Ｄ変換されたＶＣＯ周波数Ｆ２の計測信号がレジスタ４２に記憶される。この後、２番目のサンプリングパルスが立ち上がり、レジスタ４２に一時記憶されているＶＣＯ周波数Ｆ２の計測信号が呼び出されて、メモリ４４に格納される。メモリ４４における計測信号の格納位置は、２回目のサンプリングパルスに応じて定まった位置である。この場合、第２クロック信号の周期がＶＣＯ周波数の周期に比べて短い。
このようにして、メモリ４４には、ＶＣＯ周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３・・・の順に、ＶＣＯ周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３・・・に対応する計測信号が、サンプリングパルスのパルス発生回数に応じて定められたメモリ４４の格納位置に格納される。
なお、メモリ４４に記憶するためにレジスタ４２から計測信号を呼び出すタイミングは、ＶＣＯ周波数が切り替わる以前であって、そのＶＣＯ周波数における計測信号がレジスタ４２に一時記憶されるタイミング以降となるように、伝送時間や処理時間を考慮してサンプリングパルスの生成のタイミングは調整される。
【００４１】
図４（ｂ）は、ＶＣＯ周波数の変更およびマイクロ波スイッチ２２，２８の切り替えのタイミングと第２クロック信号のタイミングとの間で位相ずれが９０度である例を示している。この場合においても、メモリ４４には、ＶＣＯ周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３・・・の順に、ＶＣＯ周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３・・・に対応する計測信号が、サンプリングパルスのパルス発生回数に応じて定められたメモリ４４の格納位置に格納される。
【００４２】
図５（ａ），（ｂ）は、ＶＣＯ周波数の変更およびマイクロ波スイッチ２２，２８の切り替えのタイミングと第２クロック信号のタイミングとの間で位相ずれが１８０度、２７０度である例を示している。これらの場合においても、メモリ４４には、ＶＣＯ周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３・・・の順に、ＶＣＯ周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３・・・に対応する計測信号が、サンプリングパルスのパルス発生回数に応じて定められたメモリ４４の格納位置に格納される。
なお、ＶＣＯ周波数Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３・・・，Ｆ８が変更された後、送信用及び受信用のアンテナの組が順次変更される。
データ処理装置１６は、メモリ４４に所定量の計測信号が格納されると、計測信号を呼び出し、計測条件毎にデータ処理を行って計測センサ１２から計測対象物Ｏまでの距離を算出する。このとき、計測信号の格納位置は、計測条件の変更を行う第１クロック信号に基づいて生成されるサンプリングパルスのパルス発生回数よって定まっているので、データ処理装置１６は、計測信号がどの計測条件に対応する信号であるかを、メモリ４４の格納位置から判断することができる。したがって、データ処理装置１６は、計測条件毎に纏められた計測信号を用いて所定の処理を行うことができる。
【００４３】
図６（ａ）は、本実施形態と異なりレジスタ４２を用いない例のデータ収集装置の構成を示している。この場合データ収集装置では、図６（ｂ）に示すような信号がメモリ４４に記憶される。Ａ／Ｄ変換回路４０は、本実施形態と同様に上述のサブレンジング型変換回路が用いられる。この場合、Ａ／Ｄ変換は、サンプリングパルスに従って動作するので、サンプリングパルスが生成されない状態ではＡ／Ｄ変換は行われない。この場合、上述のサブレンジング型変換回路では、以前にＡ／Ｄ変換した残りの信号が残っているのでこの信号がメモリ４４に記憶される。しかし、エンコーダパルスは不定期かつ間歇的に発生するので、エンコーダパルスに従って生成されるサンプリングパルスは一定でない時間間隔をあけて発生する場合が多い。したがって、この時間間隔の間にＡ／Ｄ変換回路４０は、信号値を長時間ホールドできず、異なった値に変化する。図６（ｂ）に示す例では、不定の信号ＸＸが２回のサンプリングパルスによってメモリ４４に順次格納される。さらに、ＶＣＯ周波数がＦ８になったとき、ＶＣＯ周波数Ｆ７，Ｆ８に対応した計測信号はメモリ４４に格納されない。このように、レジスタ４２を用いず、第１クロック信号と非同期の第２クロック信号を用いなければ、計測信号を高速かつ正確にＡ／Ｄ変換することができない。
【００４４】
本実施形態のデータ収集装置１４は、常時第２のクロック信号に従ってＡ／Ｄ変換およびレジスタ４２への書き込みを行い、しかも、メモリ４４への記憶は、第１クロック信号に基づいて生成されたサンプリングパルスに応じて行われるので、データ収集装置１４は、メモリ４４における計測信号の格納位置を、計測条件の順番に順次記憶させることができる。その際、ＶＣＯ周波数の変更およびマイクロ波スイッチ２２，２８の切り替えのタイミングと、第２クロック信号の立ち上がりのタイミングとの間で位相ずれがどのように生じても、計測信号は、サンプリングパルスに従って一定のタイミングでメモリ４４に格納され得る。したがって、データ収集装置１４は、計測信号を高速かつ正確にＡ／Ｄ変換することができる。
【００４５】
第２クロック信号で動作するＡ／Ｄ変換回路４０におけるＡ／Ｄ変換を１０［Ｍｓｐｓ］とし、したがって、第２クロック信号の周期ｔ2（図４（ａ）参照）を１００［ｎ秒］とし、時間ｔs（図４（ａ）参照）を１０［ｎ秒］としたとき、サンプリングパルスの周期を９．１［ＭＨｚ］とすることができる。ここで、時間ｔsは、第２クロック信号の立下りからレジスタ４２への一時記憶までの時間、レジスタ４２への一時記憶からサンプリングパルスの立ち上がるまでの時間、サンプリングパルスの立ち上がりからメモリ４４への記憶までの時間の合計時間である。したがって、第１クロック信号のパルス周期を予め設定した場合、この設定した周期に応じて、時間ｔsを考慮して第２クロック信号のクロック周期を定めることができる。
【００４６】
以上、本発明のデータ収集装置、データ収集方法、および計測装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００４７】
１０  計測装置
１２  計測センサ
１４  データ収集装置
１６  データ処理装置
１８  電圧制御発振器
２０  パワースプリッタ
２２，２８  マイクロ波スイッチ
２４，２６  アレイアンテナ
３０  ミキサ
３２  ＩＦ回路
３４  コントロール回路
３６  ロータリエンコーダ
３８，４６  クロック信号発生器
４０  Ａ／Ｄ変換回路
４２  レジスタ
４４  メモリ
４８  コントローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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