(57)【要約】【課題】光、電波、超音波等の信号波を用いる障害物検知装置において、低コストかつ簡単な構成により、障害物までの距離を精度良く測定可能とする。【解決手段】障害物検知装置１は、第１の周波数を持つ送信信号を生成する第１の周波生成部１１と、前記送信信号によって搬送波を振幅変調して信号波を生成し、その信号波を空間に送信する送信部１２と、信号波の反射波を受信して受信信号として出力する受信部１３と、第２の周波数を持つ信号を生成する第２の周波生成部１４と、送信信号と第２の周波数を持つ信号とから中間周波信号を出力する第１のミキシング部１５と、受信信号と第２の周波数を持つ信号とから中間周波信号を出力する第２のミキシング部１６と、送信信号と受信信号のそれぞれから求めた２つの中間周波信号に基づいて障害物までの距離を算出する距離演算部１７と、を備える。２つの中間周波を用いるので低コスト構成で距離を精度良く求められる。【選択図】図１
2011196924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間を伝播する信号波を用いて障害物を検知する障害物検知装置において、
第１の周波数を持つ送信信号によって所定の搬送波を振幅変調することにより信号波を生成すると共にその信号波を空間に送信する送信部と、
前記信号波の障害物からの反射波を受信して受信信号として出力する受信部と、
前記送信信号と第２の周波数を持つ信号とを互いにミキシングして中間周波信号を出力する第１のミキシング部と、
前記受信信号と前記第２の周波数を持つ信号とを互いにミキシングして中間周波信号を出力する第２のミキシング部と、
前記第１および第２のミキシング部から出力される２つの中間周波信号に基づいて障害物までの距離を算出する距離演算部とを備えたことを特徴とする障害物検知装置。
【請求項２】
前記第２の周波数を持つ信号は、前記送信信号の周波数をシフトすることにより得ることを特徴とする請求項１に記載の障害物検知装置。
【請求項３】
前記第１の周波数は可変であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の障害物検知装置。
【請求項４】
前記第２の周波数は可変であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の障害物検知装置。
【請求項５】
前記第１および第２の周波数は可変であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の障害物検知装置。
【請求項６】
空間を伝播する信号波を用いて障害物を検知する障害物検知装置において、
第１の周波数を持つ送信信号によって所定の搬送波を振幅変調することにより信号波を生成すると共にその信号波を空間に送信する送信部と、
前記信号波の障害物からの反射波を受信して受信信号として出力する受信部と、
前記送信信号と前記受信信号とをそれぞれ第２の周波数で標本化して２つの標本値列を出力するサンプリング部と、
前記サンプリング部によって出力される前記２つの標本値列に基づいて障害物までの距離を算出する距離演算部とを備えたことを特徴とする障害物検知装置。
【請求項７】
前記第２の周波数を持つ信号は、前記送信信号の周波数をシフトすることにより得ることを特徴とする請求項６に記載の障害物検知装置。
【請求項８】
前記サンプリング部はＡＤコンバータを用いることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の障害物検知装置。
【請求項９】
前記第１の周波数は可変であることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか一項に記載の障害物検知装置。
【請求項１０】
前記第２の周波数は可変であることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか一項に記載の障害物検知装置。
【請求項１１】
前記第１および第２の周波数は可変であることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれか一項に記載の障害物検知装置。
【請求項１２】
空間を伝播する信号波を用いて障害物を検知する障害物検知装置において、
第１の周波数を持つ送信信号によって所定の搬送波を振幅変調することにより信号波を生成すると共にその信号波を空間に送信する送信部と、
前記信号波の障害物からの反射波を受信して受信信号として出力する受信部と、
前記送信信号と標本化に用いる第２の周波数を持つ信号との同期を検出して同期検出信号を出力する同期検出部と、
前記同期検出信号を標本化開始のトリガとし、前記受信信号と前記第２の周波数を持つ信号との同期が検出されるまで前記受信信号を前記第２の周波数で標本化して標本値列を出力するサンプリング部と、
前記標本値列に基づいて障害物までの距離を算出する距離演算部とを備えたことを特徴とする障害物検知装置。
【請求項１３】
前記第２の周波数を持つ信号は、前記送信信号の周波数をシフトすることにより得ることを特徴とする請求項１２に記載の障害物検知装置。
【請求項１４】
前記同期検出部は、フリップフロップを用いて構成され、前記フリップフロップのデータ端子とクロック端子にそれぞれ前記送信信号および前記第２の周波数を持つ信号を入力することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の障害物検知装置。
【請求項１５】
前記同期検出部は、前記送信信号および第２の周波数を持つ信号をＡＤコンバータによってデジタル化したデータをソフトウエアによって処理することにより前記同期を検出することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の障害物検知装置。
【請求項１６】
前記同期検出部は、前記送信信号および第２の周波数を持つ信号を入力とするコンパレータからの出力を用いて前記同期を検出することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の障害物検知装置。
【請求項１７】
前記第１の周波数は可変であることを特徴とする請求項１２乃至請求項１６のいずれか一項に記載の障害物検知装置。
【請求項１８】
前記第２の周波数は可変であることを特徴とする請求項１２乃至請求項１６のいずれか一項に記載の障害物検知装置。
【請求項１９】
前記第１および第２の周波数は可変であることを特徴とする請求項１２乃至請求項１６のいずれか一項に記載の障害物検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間を伝播する信号波を用いて障害物を検知する障害物検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、マイクロ波などの空間を伝播する信号波を用いて障害物を検知することが行われている。例えば、送信回路からの高周波信号をＯｎ／Ｏｆｆしてパルス化するとともに装置外部に向かって送波し、その送波の障害物による反射波を受信し、前記送信回路からの高周波信号と受信波とをミキシングするとともにＡＭ検波し、得られた検波波形を微分回路で微分し、正の微分出力から反射波の立上りを検出して受波開始時刻を取得し、受波開始時刻と既知の送信開始時刻との時間差を取得し、時間差に基づいて物体までの距離を算出して障害物を検知する障害物検知装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この装置において、前記時間差の取得のために、のこぎり刃状の波形の電圧−時間変換処理を用いたり、サンプリングパルスのパルス数をカウントしたりする処理が行われている。
【０００３】
ここで、図１６、図１７を参照して、パルスカウンタを用いて前記時間差を取得し、障害物までの距離を求める従来技術の一般的な例を説明する。時間差取得に関連する回路部分は、図１６に示すように、送信部９１、受信部９２、クロック発生部９３、およびカウンタ９４を備えたものとなる。受波開始時刻は、例えば、上述のように微分出力などによって検出されているものとする。カウンタ９４は、送信部９１からの送波開始時刻の情報と受信部９２からの受波開始時刻の情報とに基づいて、これらの時刻の間にクロック発生部９３が発生したクロックパルス数（ｎとする）をカウントする。求める時間差δＴは、図１７（ａ）（ｂ）に示すように、送信信号と受信信号の立上りの時刻の時間差であり、クロックパルスは、図１７（ｃ）に示すように、時間差δＴよりも十分短い周期Ｔｃの高周波（周波数ｆｃ＝１／Ｔｃ）のパルス列である。図１７（ｄ）に示すように、カウンタ９４によって時間差δＴの測定値として、時間ｔ１＝ｎ／ｆｃ＝ｎ×Ｔｃが得られる。時間ｔ１は信号波の障害物までの往復時間であり、障害物までの距離Ｌは、Ｌ＝ｃ×ｔ１／２によって求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３６５３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、距離Ｌを求めるために、上述した特許文献１や図１６、図１７に示されるような時間差δＴの測定値である時間ｔ１を用いる障害物検知装置においては、距離精度をより向上するためにクロックパルスの周波数ｆｃをより高周波化する必要がある。上述の距離Ｌ＝ｃ×ｔ１／２におけるｃは信号波（電波、光、超音波など）の伝播速度であり、信号波が電波や光の場合、ｃ≒３×１０８ｍである。また、距離の誤差ΔＬはΔＬ＝ｃ／ｆｃ／２となる。従って、例えばｆｃ＝１５０ＭＨｚの場合、ΔＬ＝１ｍとなる。そして、距離の誤差ΔＬを５ｃｍまで向上するには、クロックパルスの周波数をｆｃ＝３ＧＨｚとする必要がある。電気回路は、一般に周波数が高いほど高価であり、実際の回路構成を高速化すると高価な回路構成となり、経済的ではないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、光、電波、超音波等の信号波を用いて障害物までの距離を精度良く求めることができる低コストの障害物検知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】
【０００７】
上記課題を達成するために、本発明の障害物検知装置は、空間を伝播する信号波を用いて障害物を検知する障害物検知装置において、第１の周波数を持つ送信信号によって所定の搬送波を振幅変調することにより信号波を生成すると共にその信号波を空間に送信する送信部と、前記信号波の障害物からの反射波を受信して受信信号として出力する受信部と、前記送信信号と第２の周波数を持つ信号とを互いにミキシングして中間周波信号を出力する第１のミキシング部と、前記受信信号と前記第２の周波数を持つ信号とを互いにミキシングして中間周波信号を出力する第２のミキシング部と、前記第１および第２のミキシング部から出力される２つの中間周波信号に基づいて障害物までの距離を算出する距離演算部とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
この障害物検知装置において、第２の周波数を持つ信号は送信信号の周波数をシフトすることにより得ることが好ましい。
【０００９】
この障害物検知装置において、第１および第２の周波数のいずれか一方または両方が可変であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の障害物検知装置は、空間を伝播する信号波を用いて障害物を検知する障害物検知装置において、第１の周波数を持つ送信信号によって所定の搬送波を振幅変調することにより信号波を生成すると共にその信号波を空間に送信する送信部と、前記信号波の障害物からの反射波を受信して受信信号として出力する受信部と、前記送信信号と前記受信信号とをそれぞれ第２の周波数で標本化して２つの標本値列を出力するサンプリング部と、前記サンプリング部によって出力される前記２つの標本値列に基づいて障害物までの距離を算出する距離演算部とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
この障害物検知装置において、第２の周波数を持つ信号は送信信号の周波数をシフトすることにより得ることが好ましい。
【００１２】
この障害物検知装置において、サンプリング部はＡＤコンバータを用いることが好ましい。
【００１３】
この障害物検知装置において、第１および第２の周波数のいずれか一方または両方が可変であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の障害物検知装置は、空間を伝播する信号波を用いて障害物を検知する障害物検知装置において、第１の周波数を持つ送信信号によって所定の搬送波を振幅変調することにより信号波を生成すると共にその信号波を空間に送信する送信部と、前記信号波の障害物からの反射波を受信して受信信号として出力する受信部と、前記送信信号および後述の標本化に用いる第２の周波数を持つ信号の同期を検出して同期検出信号を出力する同期検出部と、前記同期検出信号を標本化開始のトリガとし、前記受信信号および前記第２の周波数を持つ信号の同期が検出されるまで前記受信信号を前記第２の周波数で標本化して標本値列を出力するサンプリング部と、前記標本値列に基づいて障害物までの距離を算出する距離演算部とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
この障害物検知装置において、第２の周波数を持つ信号は、送信信号の周波数をシフトすることにより得ることが好ましい。
【００１６】
この障害物検知装置において、同期検出部はフリップフロップを用いて構成され、フリップフロップのデータ端子とクロック端子にそれぞれ送信信号および第２の周波数を持つ信号を入力することが好ましい。
【００１７】
この障害物検知装置において、同期検出部は第１および第２の周波数を持つ信号をＡＤコンバータによってデジタル化したデータをソフトウエアによって処理することにより同期を検出することが好ましい。
【００１８】
この障害物検知装置において、同期検出部は第１および第２の周波数を持つ信号を入力とするコンパレータからの出力を用いて同期を検出することが好ましい。
【００１９】
この障害物検知装置において、第１および第２の周波数のいずれか一方または両方が可変であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の障害物検知装置によれば、低コストで簡単な構成により、光、電波、超音波等の信号波を用いて障害物までの距離を精度良く算出して障害物を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る障害物検知装置のブロック構成図。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は同装置の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図３】同装置の変形例を示すブロック構成図。
【図４】第２の実施形態に係る障害物検知装置のブロック構成図。
【図５】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同装置の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図６】同装置の変形例を示すブロック構成図。
【図７】同装置の他の変形例を示すブロック構成図。
【図８】第３の実施形態に係る障害物検知装置のブロック構成図。
【図９】同装置の変形例を示すブロック構成図。
【図１０】第４の実施形態に係る障害物検知装置のブロック構成図。
【図１１】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同装置の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図１２】第５の実施形態に係る障害物検知装置のブロック構成図。
【図１３】（ａ）（ｂ）（ｃ）は同装置の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図１４】第６の実施形態に係る障害物検知装置のブロック構成図。
【図１５】（ａ）〜（ｄ）は同装置の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図１６】従来の障害物検知装置における一般的な時間差検出部のブロック構成図。
【図１７】（ａ）〜（ｄ）は同装置の動作を説明するためのタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態に係る障害物検知装置について、図面を参照して説明する。なお、図２（ａ）（ｂ）に示す送信信号と受信信号は、以下の各実施形態における共通内容として適宜参照される。
（第１の実施形態）
図１、図２は第１の実施形態について示す。図１に示すように、本実施形態の障害物検知装置１は、第１の周波数を持つ送信信号を生成する第１の周波生成部１１と、第１の周波生成部１１からの送信信号によって所定の搬送波を振幅変調することにより信号波を生成すると共に、その信号波を空間に送信する送信部１２と、信号波の障害物からの反射波を受信して受信信号として出力する受信部１３と、第２の周波数を持つ信号を生成する第２の周波生成部１４と、送信信号と第２の周波数を持つ信号とを互いにミキシングして中間周波信号を出力する第１のミキシング部１５と、受信信号と第２の周波数を持つ信号とを互いにミキシングして中間周波信号を出力する第２のミキシング部１６と、第１および第２のミキシング部１５，１６から出力される２つの中間周波信号に基づいて障害物までの距離を算出する距離演算部１７と、を備えている。
【００２３】
図１に加え、図２を参照して障害物検知装置１の動作を説明する。図２（ａ）〜（ｅ）に示す各信号は、図１の第１の周波生成部１１、受信部１３、第１、第２のミキシング部１５，１６、および距離演算部１７からそれぞれ出力される信号の例である。図２（ａ）（ｂ）に示すように、送信信号は第１の周波数ｆ１＝１／Ｔを持つ正弦波であり、受信信号は、送信信号の送信開始から時間ｔ経過後に、受信部１３から出力されている。このような送信信号と受信信号は、それぞれ第２の周波数ｆ２（ただし、ｆ１≠ｆ２）を持つ正弦波でミキシングしてローパスフィルタを通すことにより、図２（ｃ）（ｄ）に示すように、差｜ｆ１−ｆ２｜の周波数を持つ、より低周波数化された信号（中間周波信号）となる。なお、｜＊｜は＊の絶対値を示す。
【００２４】
送信信号と受信信号の互いの位相の関係は、ミキシングによって中間周波信号とされた送信信号と受信信号とにおいても保存される。従って、ミキシング後の送信信号と受信信号の位相差、より一般的には、２つの中間周波信号の時間差ｔｍとミキシング後の送信信号の周期Ｔｍとは、上述のｔ，Ｔに対して、ｔ／Ｔ＝ｔｍ／Ｔｍ、の関係がある。時間差ｔｍに注目すると、ｔｍ＝ｔ×（Ｔｍ／Ｔ）＝ｔ×（ｆ１／ｆｍ）であり、ｆ１＝１／Ｔ、ｆｍ＝｜ｆ１−ｆ２｜＝１／Ｔｍである。つまり、例えば、周波数を１／１００００に変換（ｆｍ＝ｆ１／１００００）したならば、時間ｔを１００００倍に引き伸ばしたことと同等となる（ｔｍ＝ｔ×１００００）。
【００２５】
そこで、距離演算部１７では、従来例で説明したような、のこぎり刃状の波形の電圧−時間変換処理を用いたり、サンプリングパルスのパルス数をカウントしたりする処理を行って、この時間差ｔｍを精度良く測定することができる。そして、この時間差ｔｍの測定値（τとする）と、測定値τを実際の測定値（時間ｔの測定値）に換算するための係数ｋとを用いて、障害物までの距離Ｌを、Ｌ＝ｋ×τ×ｃ／２として求めることができる。ここで、ｃは送信波（電波、光、超音波など）の伝播速度であり、送信波が電波や光の場合、ｃ≒３×１０８ｍである。また、係数ｋは、上述のｔｍ＝ｔ×１００００の場合には、ｋ＝１／１００００である。距離演算部１７は、時間差ｔｍの測定に際し、図２（ｃ）（ｄ）における、例えば、各信号の立上り点を検出して２つの立上り点間の時間差を測定する方法や、ゼロクロス点を検出して２つのゼロクロス点間の時間差を測定する方法を用いて、容易に精度良く測定値τを得ることができる。距離演算部１７は、このようにして時間差ｔｍを測定し、距離Ｌや、距離Ｌに相当する測定値τなどの情報を出力する。
【００２６】
上述のように、障害物検知装置１は、送信信号による振幅変調連続波（ＡＭ−ＣＷ）を信号波とし、送信信号と信号波の反射波による受信信号との時間差（タイム・オブ・フライト）または位相差を測定することにより反射物体である障害物までの距離を求め、距離を認識することによって障害物を検知する装置である。そして、この障害物検知装置１は、時間差や位相差を求める際に、送信信号と受信信号の両方を中間周波に変換することを特徴としている。本実施形態によれば、送信信号と受信信号の両方を中間周波に変換するという簡単な構成により、高価な高周波対応の回路構成を用いることなく低コストの構成によって、光、電波、超音波等の信号波を用いて障害物までの距離を精度良く求めることができ、その距離の測定によって障害物を検知することができる。なお、位相差による場合には、２πラジアンの整数倍に相当する不確定性を考慮する必要がある。
【００２７】
（第１の実施形態の変形例）
図３は上述の第１の実施形態の変形例を示す。この障害物検知装置１は、上記第１の実施形態の図１における第２の周波生成部１４に代えて、周波数シフト部２を備えるものである。周波数シフト部２は、第１の周波生成部１１が生成する送信信号の周波数をシフトすることにより、第１および第２のミキシング部１５，１６において用いる第２の周波数を持つ信号を生成する。本変形例によれば、周波生成部を１つだけ、送信信号生成用の第１の周波生成部１１として備えればよく、周波生成部が高価となる場合はコストダウンを見込むことができる。なお、上記図１における第１の周波生成部１１に代えて、周波数シフト部２を備え、第２の周波生成部１４からの第２の周波数を持つ信号の周波数を周波数シフト部２によってシフトすることにより送信信号を生成するようにしてもよい。
【００２８】
（第１の実施形態の他の変形例）
上記第１の実施形態の図１における第１および第２の周波生成部１１，１４が生成する信号の第１および第２の周波数のいずれか一方または両方を可変としてもよい。また、図３における第１の周波生成部１１および周波数シフト部２が生成する信号のいずれか一方または両方を可変としてもよい。例えば、第１の周波数ｆ１を第２の周波数ｆ２に比べて高い周波数とすればする程、検知結果をより早く出力することが可能となる。また、第１の周波数ｆ１を低くして第２の周波数ｆ２に近づければ近づける程、距離分解能が高くなり、より正確な測距が可能となる。一般に、このように周波数を変化させることにより、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２の差ｆｍ＝｜ｆ１−ｆ２｜を大きくすればする程、Ｔｍ従ってｔｍが短くなり、時間差ｔｍをより短時間で測定できる。また、逆に、差ｆｍを小さくすればする程、ｔｍが長くなり、時間差ｔｍをより精度良く測定できる。従って、障害物検知装置１を適用する状況に応じて、すなわち、検知速度優先か、測定精度優先かなどの選択肢に応じて、さらに、半固定的または動的に、周波数ｆ１，ｆ２を変化させることにより、適切な動作を実現することができる。周波数ｆ１，ｆ２のいずれか、または両方を可変とする構成は、以下に示す他の実施形態においても同様に適用でき、ここで示した変形例における効果と同様の効果が得られる。
【００２９】
（第２の実施形態）
図４、図５は第２の実施形態について示す。図４に示すように、本実施形態の障害物検知装置１は、第１の周波数を持つ送信信号を生成する第１の周波生成部１１と、前記送信信号によって所定の搬送波を振幅変調することにより信号波を生成すると共にその信号波を空間に送信する送信部１２と、信号波の障害物からの反射波を受信して受信信号として出力する受信部１３と、第２の周波数を持つ信号を生成する第２の周波生成部１４と、送信信号と受信信号とをそれぞれ第２の周波数で標本化して２つの標本値列を出力するサンプリング部３と、サンプリング部３によって出力される２つの標本値列に基づいて障害物までの距離を算出する距離演算部１７とを備えている。
【００３０】
図４に加え、図５を参照して障害物検知装置１の動作を説明する。図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す各信号は、図４の第１の周波生成部１１、第２の周波生成部１４、およびサンプリング部３からそれぞれ出力される信号の例である。送信信号は、図５（ａ）に示すように、第１の周波数（ｆ１＝１／Ｔとする）を持つ正弦波である。受信信号は送信信号と同じ周波数ｆ１の正弦波であり、送信信号の送信開始から時間差ｔ後に受信部１３から出力される（第１の実施形態の図２（ａ）（ｂ）参照）。第２の周波生成部１４が出力する信号は、図５（ｂ）に示すように、受信信号の周波数ｆ１に対して標本化のタイミングが時間差Δｔｓずつ進む信号（周波数ｆ２＝１／Ｔ２とする）とされている。つまり、Δｔｓ＝Ｔ２−Ｔ＝１／ｆ２−１／ｆ１である。第２の周波生成部１４は、標本化のためのタイミングパルスを出力するものであればよい。
【００３１】
上述のような周波数ｆ２の信号によって送信信号を標本化すると、図５（ｃ）に示すようなサンプリング出力（標本値列）が得られる。この標本値列は、第１の実施形態で示した、送信信号と周波数ｆ２の正弦波とをミキシングして得られる中間周波に相当する。また、受信信号を周波数ｆ２の信号波によって標本化することにより、受信信号と周波数ｆ２の正弦波とをミキシングして得られる中間周波に相当する標本値列が得られる。従って、サンプリング部３によって出力される２つの標本値列の時間のずれ（第１の実施形態における時間差ｔｍに相当）を測定することにより、その測定値に基づいて、すなわち、第１の実施形態における測定値τと係数ｋとに基づいて、障害物までの距離Ｌを求めることができる。しかしながら、本実施形態においては、測定値τと係数ｋとに代えて、時間差ｔｍにおけるサンプリング信号の個数ｎと、時間差Δｔｓとを用いて、障害物までの距離Ｌを求めることができる。
【００３２】
例えば、測定値τを求める方法として位相差による方法を用いる場合、位相差がｎ個のサンプリング信号に相当するという結果が得られるとτ＝Δｔｓ×ｎとなり、距離Ｌは、Ｌ＝ｃ×τ／２＝ｃ×Δｔｓ×ｎ／２によって求められる。本方式に基づく距離の誤差ΔＬ（最大誤差）は、例えばｆ１＝２．５０１５６２５ＭＨｚ、ｆ２＝２．５ＭＨｚとし、信号波を電波（ｃ≒３．０×１０８ｍ）とした場合、ΔＬ＝ｃ×Δｔｓ／２＝（１／ｆ２−１／ｆ１）×ｃ／２＝３．７５ｃｍ（＝０．２５ｎｓ）となる。また、各標本値列における互いの同位相点を求める際に、各標本列をフィッティングした曲線を用いたり、ゼロクロス点を挟む２点間の線分の比例配分点を用いたりして量子化による誤差を減らすことができる。また、２つの標本値列の相互相関関数から位相差を求めてもよい。この場合、大域的な判断ができるので、局所的な信号変動に左右されることなく、より精度良く位相差を求めることができる。また、各標本値列における位相ゼロの位置や位相πの位置は、例えば、隣り合う２つの標本値の符号の変化やゼロからの増減によって検出することができる。
【００３３】
また、上記２つの周波数ｆ１，ｆ２の設定に際し、一方の周波数が他方の周波数に対して、ある周期毎に正確に同期する周波数を選択することにより、２つの標本値列のそれぞれにおける特定の「同期」したサンプリング信号の検出によって、容易に上記個数ｎを求めることができる。すなわち、周波数ｆ１を持つ送信信号と第２の周波数ｆ２を持つ信号が、ある瞬間にそれぞれ任意に設定したある特定の位相値を持つ状態を「同期」状態と定義し、その時刻を同期時刻とする。例えば、正弦波における位相値ゼロを、両信号のそれぞれの特定の位相値とすれば、両信号の波形が同時に立上る状態が「同期」状態であり、その時刻が同期時刻である。そこで、第２の周波数ｆ２を持つ信号と送信信号との同期を検出し、その後、引き続いて送信信号の場合と同様に、第２の周波数ｆ２を持つ信号と受信信号との最初の同期を検出する。つまり、「同期」状態におけるサンプリング点を２つの標本値列のそれぞれにおいて１点づつ検出する。送信信号に対して検出した同期点において個数ｎを０とし、その後、サンプリング点（サンプリング信号）毎に個数ｎを加算し、受信信号に対して検出した同期点において最終の個数ｎが得られたとする。この個数ｎが、送信信号と受信信号の位相差に相当する。本実施形態によれば、第１の実施形態における第１および第２のミキシング部１５，１６が不要になり、サンプリング部３のコストとの兼ね合いによって、コストダウンを見込むことができる。
【００３４】
（第２の実施形態の２つの変形例）
図６、図７は上記第２の実施形態の変形例を示す。図６の変形例は、上記第２の実施形態の図４における第２の周波生成部１４に代えて、周波数シフト部２を備えるものである。この構成の障害物検知装置１の動作や効果は、第１の実施形態における変形例（図３）について説明した内容と同様である。すなわち、本変形例は第２の周波生成部を備えないので、第２の周波生成部１４（パルス生成部）が高価となる場合は、コストダウンを見込むことができる。また、図７の変形例は、上記第２の実施形態におけるサンプリング部３をＡＤコンバータ（ＡＤＣ）を用いて構成するものである。
【００３５】
（第３の実施形態）
図８、図９は第４の実施形態とその変形例について示す。図８に示すように、本実施形態の障害物検知装置１は、第１の周波数を持つ送信信号を生成する第１の周波生成部１１と、前記送信信号によって所定の搬送波を振幅変調することにより信号波を生成すると共に、その信号波を空間に送信する送信部１２と、信号波の障害物からの反射波を受信して受信信号として出力する受信部１３と、第２の周波数を持つ信号を生成する第２の周波生成部１４と、送信信号と第２の周波数を持つ信号との同期を検出して同期検出信号を出力する同期検出部５と、同期検出信号を標本化開始のトリガとし、受信信号と第２の周波数を持つ信号との同期が検出されるまで受信信号を第２の周波数で標本化して標本値列を出力するサンプリング部３と、標本値列に基づいて障害物までの距離を算出する距離演算部１７と、を備えている。
【００３６】
本実施形態の障害物検知装置１は、上記第２の実施形態（図４）におけるサンプリング部３に代えて、サンプリング部３と同期検出部５とを備えたものである。上記第２の実施形態のサンプリング部３は第２の周波数によって送信信号と受信信号の両方を標本化して２つの標本値列を出力しているが、本実施形態のサンプリング部３は同期検出部５と組み合わせることにより受信信号のみを標本化して１つの標本値列を出力する。同期検出部５が出力する同期検出信号は、送信信号の標本値列に相当する情報である。そこで、サンプリング部３は、同期検出部５からの同期検出信号をトリガとして受信信号をサンプリング（標本化）すると共に、そのサンプリング点の個数ｎを順次加算し、上記第２の実施形態と同様に、受信信号について検出した同期点において最終の個数ｎを得て、その個数ｎを距離演算部１７に出力する。距離演算部１７は、上記第２の実施形態と同様に、Ｌ＝ｃ×Δｔｓ×ｎ／２によって距離Ｌを求める。
【００３７】
本実施形態のように、同期検出後にサンプリングを開始する手法においては、サンプリング前に容易に受波波形を平均化することができ、平均化によって距離測定精度をより向上させることができる。例えば２回平均を行う場合に、１回目の同期検出部５による同期検出後の所定時間（位相差を超える所定時間間隔）の受信信号の波形をＲＡＭなどの記憶部に保存しておき、同期検出部５による２回目の同期検出後に、記憶部に記憶していた受信信号の波形と今回の波形とを足して２で割る平均化処理を行う。その後、サンプリング部３が、平均化処理された波形のサンプリングと同期検出を行って、位相差に相当する個数ｎを求めることができる。
【００３８】
（第３の実施形態の変形例）
図９の変形例は、上記図８における第２の周波生成部１４に代えて、周波数シフト部２を備えるものである。周波数シフト部２は、第１の周波生成部１１が生成する送信信号の周波数をシフトすることにより、同期検出部５とサンプリング部３において用いる第２の周波数を持つ信号を生成する。本変形例によれば、周波生成部を１つだけ送信信号生成用の第１の周波生成部１１として備えればよく、周波生成部が高価となる場合はコストダウンを見込むことができる。なお、上記図８における第１の周波生成部１１に代えて、周波数シフト部２を備えることにより、第２の周波生成部１４からの第２の周波数を持つ信号の周波数を周波数シフト部２によってシフトすることにより送信信号を生成するようにしてもよい。
【００３９】
（第４の実施形態）
図１０、図１１は第４の実施形態について示す。図１０に示すように、本実施形態の障害物検知装置１は、上記第３の実施形態（図８）における同期検出部５を、フリップフロップ６を用いて構成したものである。フリップフロップ６としてＤ型フリップフロップを用いると、クロック端子Ｃに入力された信号がＬからＨに変化した時に、データ端子Ｄの入力状態が端子Ｑから出力される。そこで、フリップフロップ６のデータ端子Ｄに第１の周波生成部１１からの第１の周波数を持つ信号すなわち送信信号を入力し、クロック端子Ｃに第２の周波生成部１４からの第２の周波数を持つ信号を入力する。すると、フリップフロップ６は、図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、上記第３の実施形態と同様に送信信号と第２の周波数を持つ信号の位相ゼロの状態における「同期」を検出して、端子Ｑからサンプリング部３に向けて同期検出信号を出力する。図１１（ｃ）における同期出力は端子Ｑの出力を２値化したものである。クロック端子Ｃに入力する第２の周波数を持つ信号は、フリップフロップ６が信号のＬとＨを適切に認識できるように一定のＤＣオフセットを持たせている。
【００４０】
（第５の実施形態）
図１２、図１３は第５の実施形態について示す。図１２に示すように、本実施形態の障害物検知装置１は、上記第３の実施形態（図８）における同期検出部５の前段にＡＤコンバータ４を備えている。ＡＤコンバータ４は、第１および第２の周波生成部１１，１４から、第１の周波数を持つ信号（すなわち送信信号）および第２の周波数を持つ信号を入力され、これらの信号をデジタル化し、そのデジタル化したデータを同期検出部５に出力する。同期検出部５は、ＡＤコンバータ４からのデータをソフトウエアによって処理することにより、上記第３の実施形態と同様に送信信号と第２の周波数を持つ信号の、例えば、位相ゼロの状態における「同期」を検出し、サンプリング部３に向けて同期検出信号を出力する。
【００４１】
ＡＤコンバータ４は、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、第１の周波生成部１１からの信号を、第２の周波生成部１４からの信号のタイミングによってサンプリング処理すなわちデジタル化処理する。同期検出部５は、図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、両周波数の信号の位相一致点を検出し、検出したときに同期検出信号を出力する。上記第４の実施形態のようにフリップフロップを使用した場合に温度や電源電圧変動の影響を受けるが、本実施形態のようにＡＤコンバータ４を用いる場合はそれらの影響は軽微であり、より信頼性の高い同期検出ができる。
【００４２】
（第６の実施形態）
図１４、図１５は第６の実施形態について示す。図１４に示すように、本実施形態の障害物検知装置１は、上記第３の実施形態（図８）における同期検出部５の前段に第１および第２の周波数を持つ信号を入力とするコンパレータ７を備え、同期検出部５は、コンパレータ７からの出力を用いて上記第３の実施形態と同様に送信信号と第２の周波数を持つ信号の、例えば、位相ゼロの状態における「同期」を検出し、サンプリング部３に向けて同期検出信号を出力する。コンパレータ７は、２つの入力値を比較した結果を出力するＩＣであり、マイナス端子に入力された信号よりプラス端子に入力された信号の振幅値が大きければ、出力はＨとなり、小さければ出力はＬとなる。そこで、第１の周波生成部１１からの第１の周波数を持つ信号（すなわち送信信号）をコンパレータ７のプラス端子に入力し、第２の周波生成部１４からの信号をコンパレータ７のマイナス端子に入力する。信号レベルが同レベルでは出力が不定となるので、マイナス端子側には、予めオフセット電圧を設けておく。
【００４３】
これにより、図１５（ａ）（ｂ）に示すように、送信信号および第２の周波数を持つ信号に対し、図１５（ｃ）に示すように、コンパレータ出力が得られる（図１５（ｂ）における破線は参考波形）。同期検出部５は、図１５（ｄ）に示すように、コンパレータ出力を第２の周波生成部１４からの信号のタイミングによってサンプリングすることにより「同期」を検出し、サンプリング部３に向けて同期検出信号を出力する。なお、オフセット電圧の設定の仕方によっては、第１の周波と第２の周波の位相一致点の次の回のサンプリング時にコンパレータ７の出力がＨとなる。そのため、距離演算部１７において算出した距離を換算する必要がある。また、上記のように同期検出部５は、コンパレータ７の出力を第２の周波のタイミングでデータを取り込む際に、それぞれの周波の位相が一致した点において出力がＬからＨに変化するので、このタイミングで同期検出信号を出力すればよい。
【００４４】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した各実施形態やそれらの変形例の構成を互いに組み合わせた構成とすることができる。また、上記実施形態では送信信号によって所定の搬送波を振幅変調することにより信号波を生成することとしているが、搬送波を用いることなく、送信信号（つまり第１の周波生成部１１からの出力信号）そのものを信号波として空間に送信するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１    障害物検知装置
２    周波数シフト部
３    サンプリング部
４    ＡＤコンバータ
５    同期検出部
６    フリップフロップ
７    コンパレータ
１１    第１の周波生成部
１２    送信部
１３    受信部
１４    第２の周波生成部
１５    第１のミキシング部
１６    第２のミキシング部
１７    距離演算部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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