(57)【要約】【課題】対象物からの信号と、対象物以外から反射された信号を識別して距離測定できる距離測定装置。【解決手段】図１ａは第１送受信機１０、図１ｂは第２送受信機２０の構成を示す。第１送受信機１０は、平衡変調器１０６により生成した周波数の異なる２つの信号を送信する。第２送受信機２０は、その２つの信号から非線形デバイス１２２により３次相互変調波を生成し、送信する。第１送受信機１０はその３次相互変調波を受信し、位相差を検出する。この位相差により、第１送受信機１０から第２送受信機２０までの距離を測定できる。第１送受信機１０が送信する信号の周波数と受信する信号（３次相互変調波）の周波数が異なるため、第２送受信機２０以外からの反射波と区別でき、混信を防止できる。【選択図】図１
2008122255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１送受信機と第２送受信機とで構成され、第１送受信機と第２送受信機との距離を測定する距離測定装置において、
前記第１送受信機は、
低域の送信データ信号を生成するデータ信号発生装置と、
前記送信データ信号から高周波信号を生成し、その高周波信号を送信する第１送信装置と、
前記第２送受信機からの返信信号を受信し、低域の受信データ信号に変換する第１受信装置と、
前記第１受信装置により得られた前記受信データ信号と前記送信データ信号とに基づいて、前記第１送受信機と前記第２送受信機との第１距離を求める距離演算装置と、
を有し、
前記第２送受信機は、
前記第１送信装置から送信された前記高周波信号を受信する第２受信装置と、
前記第２受信装置の出力する前記高周波信号を、入出力に関する非線形特性により、異なる周波数に変換して前記返信信号を送出する第１非線形デバイスと、
を有する
ことを特徴とする距離測定装置。
【請求項２】
前記第１送受信機は、前記高周波信号を入力して、前記返信信号と等価な等価返信信号を出力する、前記第２送受信機が有する前記第１非線形デバイスと同一特性の第２非線形デバイスを有し、前記第１受信装置に、前記等価返信信号を入力して、低域の等価受信データ信号を出力させ、
前記距離演算装置は、前記送信データ信号と前記等価受信データ信号に基づいて得られる補正値を求め、前記第１距離から該補正値を減算した値を、第１送受信機と第２送受信機との正規の距離とする
ことを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
前記第１送信装置は、前記高周波信号を生成するための電圧制御発振器を有し、
前記距離演算装置は、
前記第１送受信機と前記第２送受信機との間でＰＬＬを形成して前記電圧制御発振器を安定発振させた時の前記送信データ信号の位相と前記受信データ信号の位相に基づいて、前記第１距離を演算する装置であること、
を特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項４】
前記第１送信装置は、前記高周波信号を生成するための電圧制御発振器を有し、
前記距離演算装置は、
前記第１送受信機と前記第２非線形デバイスとの間でＰＬＬを形成して前記電圧制御発振器を安定発振させた時の前記送信データ信号の位相と、前記等価受信データ信号との位相に基づき前記補正値を演算し、
前記第１送受信機と前記第２送受信機との間でＰＬＬを形成して前記電圧制御発振器を安定発振させた時の前記送信データ信号の位相と、前記受信データ信号の位相に基づいて、前記第１距離を演算する手段である
ことを特徴とする請求項２に記載の距離測定装置。
【請求項５】
前記第１送信装置は、前記送信データ信号により搬送波を変調して前記高周波信号を生成する変調装置を有し、
前記第１受信装置は、前記返信信号を復調して前記受信データ信号を得る復調装置を有することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の距離測定装置。
【請求項６】
前記第１送信装置は、前記送信データ信号により搬送波を変調して前記高周波信号を生成する変調装置を有し、
前記第１受信装置は、前記返信信号及び前記等価返信信号を復調して、前記受信データ信号及び前記等価受信データ信号を、それぞれ、得る復調装置を有することを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の距離測定装置。
【請求項７】
前記データ信号発生装置は、周波数が三角波で変化する前記送信データ信号を生成する装置であり、
前記第１送信装置は、前記送信データ信号により、前記搬送波を周波数変調して得られるＦＭ−ＣＷ信号を前記高周波信号とする変調装置を有し、
前記第１受信装置は、前記返信信号を周波数復調して前記受信データ信号を得る復調装置を有し、
前記距離演算装置は、前記送信データ信号と、前記受信データ信号との周波数差により、前記第１距離を演算する装置であることを特徴とする請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項８】
前記データ信号発生装置は、周波数が三角波で変化する前記送信データ信号を生成する装置であり、
前記第１送信装置は、前記送信データ信号により、前記搬送波を周波数変調して得られるＦＭ−ＣＷ信号を前記高周波信号とする変調装置を有し、
前記第１受信装置は、前記返信信号及び前記等価返信信号を周波数復調して前記受信データ信号及び前記等価受信データ信号を得る復調装置を有し、
前記距離演算装置は、前記送信データ信号と、前記受信データ信号との周波数差により、前記第１距離を演算し、前記送信データ信号と、前記等価受信データ信号との周波数差により前記補正値を演算する手段である
ことを特徴とする請求項２に記載の距離測定装置。
【請求項９】
前記変調装置は、前記送信データ信号により前記搬送波を平衡変調して得られる周波数の異なる２つの前記高周波信号を出力する平衡変調器であり、
前記返信信号は、その２つの高周波信号の相互変調波であること、
を特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の距離測定装置。
【請求項１０】
前記返信信号は、２次高調波であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の距離測定装置。
【請求項１１】
前記返信信号は、３次相互変調波であることを特徴とする請求項９に記載の距離測定装置。
【請求項１２】
前記第２送受信機は、自己のＩＤ情報に基づき、送信と非送信を切り替えることで受信した前記高周波信号をＡＳＫ変調して前記返信信号として送信する送信切替装置を有し、
前記第１送受信機は、ＡＳＫ変調された前記返信信号を復調して前記第２送受信機の前記ＩＤ情報を得ることで、前記第２送受信機を識別する識別装置を有すること、
を特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の距離測定装置。
【請求項１３】
前記第１送受信機はＩＣタグリーダであり、前記第２送受信機はＩＣタグであることを特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の距離測定装置。
【請求項１４】
前記請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の距離測定装置に使用される第１送受信機。
【請求項１５】
前記請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の距離測定装置に使用される第２送受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの送受信機からなる距離測定装置、及びそれを構成する送受信機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
送受信機から電波を送信して対象物からの反射波を受信し、反射波と送信波との比較により送受信機から対象物までの距離を測定する技術として、位相差を比較する方法、ＦＭ−ＣＷ方式によるものなどが知られている。
【０００３】
特許文献１には、送受信機と対象物との間にＰＬＬを形成し、ロックされた位相での周波数から距離を測定する技術が示されている。
【０００４】
一方、ＩＣタグの識別にダイオードにより生成した相互変調波を用いる技術が、特許文献２に示されている。ＩＣタグには電源を内蔵するアクティブ型と電源を内蔵しないパッシブ型があるが、従来、パッシブ型のＩＣタグからの反射波と、そのＩＣタグ以外からの反射波が識別できないため、周囲からの反射が少ない環境でパッシブ型のＩＣタグを使用する必要があった。
【０００５】
そこで、特許文献２ではこの問題を次のようにして解決している。リーダは、２つの信号生成器を用いて周波数の異なる２つの信号を生成し、ＩＣタグに送信する。その２つの信号を受信したＩＣタグは、ダイオードにより相互変調波を生成して放射する。リーダは、ＩＣタグからの反射波として送信波（周波数の異なる２つの信号）とは異なる周波数である相互変調波を受信するため、ＩＣタグ以外からの反射と区別できる。
【特許文献１】特開２００４−１９８３０６
【特許文献２】特表２００５−５３０３６９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１では、送信波と受信波の周波数が同じであるため、対象物以外からの反射波と識別がつかず、送信波が直接受信される可能性もあり、問題である。また、対象物が電波を反射しづらい物であった場合や、送受信機と対象物の間に障害物がある場合などには、距離の測定が困難である。
【０００７】
また、特許文献２はＩＣタグの識別などを目的とするものであり、リーダとＩＣタグとの距離の測定を目的とするものではない。
【０００８】
そこで本発明の目的は、対象物からの信号と、対象物以外からの信号を識別して距離測定できる方法、および距離測定装置を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、第１送受信機と第２送受信機とで構成され、第１送受信機と第２送受信機との距離を測定する距離測定装置において、第１送受信機は、低域の送信データ信号を生成するデータ信号発生装置と、送信データ信号から高周波信号を生成し、その高周波信号を送信する第１送信装置と、第２送受信機からの返信信号を受信し、低域の受信データ信号に変換する第１受信装置と、第１受信装置により得られた受信データ信号と送信データ信号とに基づいて、第１送受信機と第２送受信機との第１距離を求める距離演算装置と、を有し、第２送受信機は、第１送信装置から送信された高周波信号を受信する第２受信装置と、第２受信装置の出力する高周波信号を、入出力に関する非線形特性により、異なる周波数に変換して返信信号を送出する第１非線形デバイスと、を有することを特徴とする距離測定装置である。
【００１０】
ここで、「低域」とは、高周波信号に対して低域であることをいい、送信データ信号の周波数と受信データの周波数は異なっていてもよい。また、送信データ信号から高周波信号を生成することは、送信データ信号の逓倍周波数の高周波信号を得る周波数変換や、送信データ信号により搬送波を変調して高周波信号を得ることを意味する。
【００１１】
高周波信号は、１つの信号であってもよいが、互いに周波数の異なる２以上の信号であってもよい。１つの信号である場合は、返信信号は高調波を意味し、互いに周波数の異なる２以上の信号である場合は、返信信号は高調波だけでなく相互変調波も含む。
【００１２】
２つの信号を用いる場合には、その２つの信号の周波数差は小さいことが望ましい。２つの信号と相互変調波を同一帯域内とすることができ、無線規格を満足させやすくなる。また、第１、２送受信機の送信装置または受信装置として、同一のアンテナを使用可能となる。また、サーキュレータを用いて送信装置と受信装置を共有させることもできる。
【００１３】
距離演算装置は、位相差を検出する装置、または、周波数差を検出する装置である。位相差を検出する場合には、データ信号として矩形波を用いるとよい。また、データ信号がＦＭ−ＣＷ信号であれば、周波数差を検出することで距離を測定できる。
【００１４】
非線形デバイスは、たとえば、ダイオードやトランジスタを用いることができる。
【００１５】
第２の発明は、第１の発明において、第１送受信機は、高周波信号を入力して、返信信号と等価な等価返信信号を出力する、第２送受信機が有する第１非線形デバイスと同一特性の第２非線形デバイスを有し、第１受信装置に、等価返信信号を入力して、低域の等価受信データ信号を出力させ、距離演算装置は、送信データ信号と等価受信データ信号に基づいて得られる補正値を求め、第１距離から補正値を減算した値を、第１送受信機と第２送受信機との正規の距離とすることを特徴とする距離測定装置である。
【００１６】
第３の発明は、第１の発明において、第１送信装置は、高周波信号を生成するための電圧制御発振器を有し、距離演算装置は、第１送受信機と第２送受信機との間でＰＬＬを形成して電圧制御発振器を安定発振させた時の送信データ信号の位相と受信データ信号の位相に基づいて、第１距離を演算する装置であることを特徴とする距離測定装置である。
【００１７】
第１送受信機と第２送受信機との間でＰＬＬを形成するとは、送信データ信号またはその分周信号や逓倍信号が、あるいは、受信データ信号またはその分周信号や逓倍信号が、ある基準信号と位相同期していることを意味する。
【００１８】
第４の発明は、第２の発明において、第１送信装置は、高周波信号を生成するための電圧制御発振器を有し、距離演算装置は、第１送受信機と第２非線形デバイスとの間でＰＬＬを形成して電圧制御発振器を安定発振させた時の送信データ信号の位相と、受信データ信号との位相に基づき補正値を演算し、第１送受信機と前記第２送受信機との間でＰＬＬを形成して電圧制御発振器を安定発振させた時の送信データ信号の位相と、受信データ信号の位相に基づいて、第１距離を演算する手段であることを特徴とする距離測定装置である。
【００１９】
第１送受信機と第２非線形デバイスとの間でＰＬＬを形成するとは、送信データ信号、またはその分周信号や逓倍信号と、等価受信データ信号、またはそのその分周信号や逓倍信号とが、位相同期していることを意味する。
【００２０】
第５の発明は、第１の発明または第３の発明において、第１送信装置は、送信データ信号により搬送波を変調して高周波信号を生成する変調装置を有し、第１受信装置は、返信信号を復調して受信データ信号を得る復調装置を有することを特徴とする距離測定装置である。
【００２１】
第６の発明は、第２の発明または第４の発明において、第１送信装置は、送信データ信号により搬送波を変調して高周波信号を生成する変調装置を有し、第１受信装置は、返信信号及び等価返信信号を復調して、受信データ信号及び等価受信データ信号を、それぞれ、得る復調装置を有することを特徴とする距離測定装置である。
【００２２】
変調方式は、ＡＳＫ変調、ＦＳＫ変調、ＰＳＫ変調、周波数変調が望ましい。
【００２３】
第７の発明は、第１の発明において、データ信号発生装置は、周波数が三角波で変化する送信データ信号を生成する装置であり、第１送信装置は、送信データ信号により、搬送波を周波数変調して得られるＦＭ−ＣＷ信号を高周波信号とする変調装置を有し、第１受信装置は、返信信号を周波数復調して受信データ信号を得る復調装置を有し、距離演算装置は、送信データ信号と、受信データ信号との周波数差により、第１距離を演算する装置であることを特徴とする距離測定装置である。
【００２４】
第８の発明は、第２の発明において、データ信号発生装置は、周波数が三角波で変化する送信データ信号を生成する装置であり、第１送信装置は、送信データ信号により、搬送波を周波数変調して得られるＦＭ−ＣＷ信号を高周波信号とする変調装置を有し、第１受信装置は、返信信号及び等価返信信号を周波数復調して受信データ信号及び等価受信データ信号を得る復調装置を有し、距離演算装置は、送信データ信号と、受信データ信号との周波数差により、第１距離を演算し、前記送信データ信号と、前記等価受信データ信号との周波数差により前記補正値を演算する手段であることを特徴とする距離測定装置である。
【００２５】
第９の発明は、第１の発明から第８の発明において、変調装置は、送信データ信号により搬送波を平衡変調して得られる周波数の異なる２つの高周波信号を出力する平衡変調器であり、返信信号は、その２つの高周波信号の相互変調波であることを特徴とする距離測定装置である。
【００２６】
平衡変調器を用いることで、位相が同期していて周波数の異なる２つの信号を容易に生成でき、その２つの信号を用いて非線型デバイスにより相互変調波を生成できる。
【００２７】
第１０の発明は、第１の発明から第８の発明において、返信信号は、２次高調波であることを特徴とする距離測定装置である。
【００２８】
高調波を用いる場合は、２次高調波であるほうが高周波信号との周波数差が小さく望ましい。
【００２９】
第１１の発明は、第９の発明において、返信信号は、３次相互変調波であることを特徴とする距離測定装置である。
【００３０】
相互変調波を用いる場合は、３次相互変調波であるほうが高周波信号との周波数差が小さく望ましい。
【００３１】
第１２の発明は、第１の発明から第１１の発明において、第２送受信機は、自己のＩＤ情報に基づき、送信と非送信を切り替えることで受信した高周波信号をＡＳＫ変調して前記返信信号として送信する送信切替装置を有し、第１送受信機は、ＡＳＫ変調された返信信号を復調して第２送受信機のＩＤ情報を得ることで、第２送受信機を識別する識別装置を有することを特徴とする距離測定装置である。
【００３２】
第１３の発明は、第１の発明から第１２の発明において、第１送受信機はＩＣタグリーダであり、第２送受信機はＩＣタグであることを特徴とする距離測定装置である。
【００３３】
第１４の発明は、第１の発明から第１３の発明において距離測定装置に使用される第１送受信機である。
【００３４】
第１５の発明は、第１の発明から第１３の発明において距離測定装置に使用される第２送受信機である。
【発明の効果】
【００３５】
第１の発明によると、第２送受信機が第１非線形デバイスを有するために、第１送受信機が送信する高周波信号の周波数と、受信する返信信号の周波数が異なる。そのため、第２送受信機以外からの反射波（高周波信号と同じ周波数）と第２送受信機からの返信信号は区別することができ、混信を防止できるので、距離測定の精度を向上できる。また、第１、第２送受信機の２つを用いて距離を測定するので、対象物が電波を反射しづらい場合に距離測定が困難となる問題は生じない。また、非線形デバイスを用いて周波数を変換しているので、第２送受信機の構成がきわめて簡単となる。
【００３６】
また、第２の発明によると、第１送受信機及び第２送受信機の内部回路による遅延誤差の補正された距離を求めることができ、精度をより向上できる。また、第３の発明のように、ＰＬＬを形成することで信号の周波数制御が容易となり、位相差の検出精度が向上する。また、第４の発明のように、第２の発明と第３の発明を組み合わせて、第１送受信機及び第２送受信機の内部回路による遅延誤差の補正をし、かつ、位相差の検出精度を向上させることができる。
【００３７】
第５、６の発明のように、送信データ信号により搬送波を変調してから送信すると、第１送受信機と第２送受信機間の通信環境が悪くても、距離の測定が容易となる。また、これを第２送受信機の識別に利用することもできる。つまり、ＩＤ情報を送信データ信号として、これにより、たとえばＡＳＫ変調して送信し、第２送信機はＩＤ情報を復調する。そして、自己のＩＤ情報と照合し、一致する場合は、第１非線形デバイスにより生成した返信信号を送信し、一致しない場合は、送信しない。第１送受信機は、その返信信号の受信の有無により第２送受信機の識別ができる。この識別と距離測定の双方を用いると、複数の第２送受信機のうち、特定の第２送受信機に対してのみ、距離を測定できる。
【００３８】
また、第７、８の発明のように、本発明はＦＭ−ＣＷ方式による距離測定にも適用できる。本発明により、ＤＣノイズと区別できることから、従来のＦＭ−ＣＷ方式による距離測定よりも近距離を測定できる。
【００３９】
高調波を用いる場合は、第１０の発明のように２次高調波を用いるのが望ましい。また、第９の発明のように、相互変調波を用いるとより望ましく、第１１の発明のように、３次相互変調波であるとさらに望ましい。高周波信号と送信信号の周波数差が小さくなるため、同一帯域内とすることができ、無線規格を満たすようにすることが容易となるからである。また、送信装置、受信装置として用いるアンテナに同一のものを使用できる。
【００４０】
また、第１２の発明によると、距離の測定と第２送受信機の識別を同時に行うことができる。
【００４１】
また、第１３の発明のように、本発明は、第１送受信機をＩＣタグリーダ、第２送受信機をＩＣタグとして、ＩＣタグシステムに適用できる。特に、ＩＣタグがパッシブ型であっても、ＩＣタグリーダからＩＣタグまでの距離を測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の具体的な実施例を図を参照にしながら説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００４３】
図１は、実施例１の距離測定装置の構成を示すブロック図である。図１ａは、第１送受信機１０の構成を示しており、図１ｂは、第２送受信機２０の構成を示している。
【００４４】
図１ａに示された第１送受信機１０は、水晶発振器１０１、位相比較器１０２、１１８、ループフィルタ１０３、１１９、ＶＣＯ（電圧制御発振器）１０４、１／Ａ分周器１０５、平衡変調器１０６、増幅器１０７、１１４、フィルタ１０８、１１２、スイッチ１０９、１１３、送信アンテナ１１０、非線形デバイス１１１、受信アンテナ１１５、１／Ｂ分周器１１６、１／Ｃ分周器１１７、信号処理装置１で構成されている。ここで、非線形デバイス１１１は、少なくとも３次歪を有するものとする。
【００４５】
水晶発振器１０１、位相比較器１０２、ループフィルタ１０３、ＶＣＯ１０４、１／Ａ分周器１０５が、本発明のデータ信号発生装置に相当する。ＶＣＯ１０４、平衡変調器１０６、増幅器１０７、フィルタ１０８、送信アンテナ１１０が、本発明の第１送信装置に相当する。受信アンテナ１１５、１／Ｃ分周器１１７が、本発明の第１受信装置に相当する。１／Ｂ分周器１１６、位相比較器１１８、ループフィルタ１１９、信号処理装置１が、本発明の距離演算装置に相当する。非線形デバイス１１１、フィルタ１１２は、本発明の第２非線形デバイスに相当する。
【００４６】
スイッチ１０９には、フィルタ１０８からの出力が入力され、送信アンテナ１１０、非線形デバイス１１１のいずれかに出力を切り替えることができる。また、スイッチ１１３は、受信アンテナ１１５、フィルタ１１２のいずれかに入力を切り替えることができ、１／Ｃ分周器１１７へ出力される。スイッチ１０９とスイッチ１１３は連動していて、スイッチ１０９の出力を送信アンテナ１１０とする場合は、スイッチ１１３の入力は受信アンテナ１１５、スイッチ１０９の出力を非線形デバイス１１１とする場合は、スイッチ１１３の入力はフィルタ１１２となる。
【００４７】
スイッチ１０９が非線形デバイス１１１への出力、スイッチ１１３がフィルタ１１２方の入力となっている場合、位相比較器１０２、ループフィルタ１０３、ＶＣＯ１０４、１／Ｃ分周器１１７により、非線形デバイス１１１を介してＰＬＬが形成される。
【００４８】
図１ｂに示された第２送受信機２０は、受信アンテナ１２０、増幅器１２１、非線形デバイス１２２、フィルタ１２３、送信アンテナ１２４で構成されている。非線形デバイス１２２は、非線形デバイス１１１と同一特性のものを使用している。受信アンテナ１２０が、本発明の第２受信装置に相当し、非線形デバイス１２２、フィルタ１２３、送信アンテナ１２４が、本発明の第１非線形デバイスに相当する。
【００４９】
水晶発振器１０１は、周波数ｆの信号を生成し、その信号をもとにＶＣＯ１０４は周波数ｆ0 の信号（本発明の送信データ信号に相当）を生成する。ＰＬＬが形成されるため、ｆ0 は、ｆ0 ＝ＡＣ／（Ａ−３）・ｆである。その信号は１／Ａ分周器１０５により周波数Δｆ（Δｆ＝ｆ0 ／Ａ）の信号となり、もとの周波数ｆ0 の信号を周波数Δｆの信号により平衡変調器１０６で変調し、周波数ｆ1 （ｆ1 ＝ｆ0 −Δｆ）、ｆ2 （ｆ2 ＝ｆ0 ＋Δｆ）の２つの信号（本発明の高周波信号に相当）が生成される。スイッチ１０９が非線形デバイス１１１への出力となっている場合、周波数ｆ1 、ｆ2 の２つの信号は少なくとも三次歪を有する非線形デバイス１１１に入力され、周波数２ｆ1 −ｆ2 、２ｆ2 −ｆ1 、２ｆ1 ＋ｆ2 、２ｆ2 ＋ｆ1 の３次相互変調波などが出力される。フィルタ１１２とＰＬＬによる周波数選択機能により、周波数２ｆ1 −ｆ2 の信号（本発明の等価返信信号に相当）のみ通過させ、１／Ｃ分周器１１７で周波数（２ｆ1 −ｆ2 ）／Ｃ＝（ｆ0 −３Δｆ）／Ｃの信号（本発明の等価受信データ信号に相当）となり、位相比較器１０２へ入力される。したがって、この信号と水晶発振器１０１の生成する信号が位相同期するように、ＶＣＯ１０４が生成する信号の周波数と位相が制御される。
【００５０】
Δｆは小さい方が望ましい。ｆ1 とｆ2 の差が小さくなり、ｆ1 、ｆ2 とその３次相互変調波が同じ帯域内となり、送信アンテナ１１０、１２４、受信アンテナ１１５、１２０に同一のものを利用できる。その場合、サーキュレータを用いて送信アンテナ１１０と受信アンテナ１１５、受信アンテナ１２０と送信アンテナ１２４を共用することもできる。フィルタ１１２とＰＬＬによる周波数選択機能により、周波数２ｆ1 −ｆ2 の信号のみ通過させているが、周波数２ｆ2 −ｆ1 の信号のみを通過させるようにしてもよい。５次以上の相互変調波を用いてもよいが、ｆ1 、ｆ2 と同じ帯域内に入るようにするのが難しくなるため望ましくない。
【００５１】
このＶＣＯ１０４が出力する信号を１／Ｂ分周器１１６により周波数ｆとした信号と、水晶発振器１０１の出力する信号との位相差（φとする）を位相比較器１１８により検出し、ループフィルタ１１９を通して信号処理装置１には、位相差φが検出される。この位相差φが、第１送受信機１０及び第２送受信機２０の内部回路での信号の遅延に基づく誤差を反映し、距離の補正値となる。
【００５２】
以上の各周波数、分周数を具体的な数値で示すと、ｆ＝１０ＭＨｚ、Ａ＝１０、Ｃ＝１４の場合、ｆ0 ＝２００ＭＨｚ、Δｆ＝２０ＭＨｚ、ｆ1 ＝１８０ＭＨｚ、ｆ2 ＝２２０ＭＨｚ、２ｆ1 −ｆ2 ＝１４０ＭＨｚ、Ｂ＝２０である。
【００５３】
一方、スイッチ１０９が送信アンテナ１１０への出力となっている場合は、第１送受信機１０と第２送受信機２０との間で通信を行い、第２送受信機２０を介してＰＬＬが形成される。送信アンテナ１１０から送信された周波数ｆ1 、ｆ2 の２つの信号は、第２送受信機２０の受信アンテナ１２０により受信され、非線形デバイス１２２へ入力される。非線形デバイス１２２により生成される相互変調波のうち、周波数２ｆ1 −ｆ2 の信号（本発明の返信信号に相当）のみ、フィルタ１２３とＰＬＬによる周波数選択機能により通過させ、送信アンテナ１２４により送信する。この送信された周波数２ｆ1 −ｆ2 の信号は、第１送受信機１０の受信アンテナ１１５により受信され、１／Ｃ分周器１１７で周波数（２ｆ1 −ｆ2 ）／Ｃの信号（本発明の受信データ信号）となったのち、位相比較器１０２へ入力される。この場合も、第２送受信機２０を介したＰＬＬにより、１／Ｃ分周器１１７からの信号と水晶発振器１０１の生成する信号が位相同期するように、ＶＣＯ１０４が生成する信号の周波数と位相が制御され、ＶＣＯ１０４の出力する信号の周波数ｆ0 は、ｆ0 ＝ＡＣ／（Ａ−３）・ｆとなる。
【００５４】
また、同じように、このＶＣＯ１０４が出力する信号を１／Ｂ分周器１１６により周波数ｆとした信号と、水晶発振器１０１の出力する信号との位相差が信号処理装置１により検出される。
【００５５】
このとき、信号処理装置１により検出される位相差をψとすると、位相差ψは、第１送受信機１０と第２送受信機２０との距離に対応した位相の遅れと、第１送受信機１０および第２送受信機２０の内部回路による位相の遅れを反映している。位相差φは、第１送受信機１０と第２送受信機２０との距離がゼロのときの位相の遅れ、つまり、第１送受信機１０および第２送受信機２０の内部回路での信号の遅延に基づく誤差を反映しているので、ψ−φとすることで、第１送受信機１０および第２送受信機２０の内部回路の位相の遅れによる誤差を補正でき、第１送受信機１０と第２送受信機２０との距離を精度よく求めることができる。
【００５６】
この実施例１の距離測定において、第１送受信機１０が送信する信号の周波数はｆ1 、ｆ2 で、受信する信号の周波数は２ｆ1 −ｆ2 であり、周波数が異なるため、障害物等からの反射波と区別することができ、混信することはない。
【実施例２】
【００５７】
図２は、実施例２の距離測定装置のうち、第１送受信機３０の構成を示すブロック図である。実施例１の第１送受信機１０の構成から１／Ａ分周器１０５と平衡変調器１０６を省き、１／Ｂ分周器１１６に替えて１／Ｅ分周器２００、１／Ｃ分周器１１７に替えて１／Ｄ分周器２０１とした構成である。また、第２送受信機は実施例１と同じ構成である。水晶発振器１０１、位相比較器１０２、ループフィルタ１０３、ＶＣＯ１０４が、本発明のデータ信号発生装置に相当する。ＶＣＯ１０４、増幅器１０７、フィルタ１０８、送信アンテナ１１０が、本発明の第１送信装置に相当する。受信アンテナ１１５、１／Ｄ分周器２０１が、本発明の第１受信装置に相当する。１／Ｅ分周器２００、位相比較器１１８、ループフィルタ１１９、信号処理装置１が、本発明の距離演算装置に相当する。
【００５８】
実施例１では周波数２ｆ1 −ｆ2 の３次相互変調波を利用したが、実施例２では２次高調波を利用する。非線形デバイス１１１、１２２には１つの信号が入力されるため、高調波が出力されるが、２次高調波のみをフィルタ１１２、１２３で通過させる。３次以上の高調波では、第１送受信機３０が送信する信号の周波数との周波数差が大きく望ましくない。
【００５９】
ＰＬＬを形成して位相差を検出し、その位相差から距離を求める点は実施例１と同様である。つまり、１／Ｄ分周器２０１からの信号と水晶発振器１０１の生成する信号が位相同期するように、ＶＣＯ１０４が生成する信号の周波数と位相が制御される。このＰＬＬが形成された状態でのＶＣＯ１０４が生成する信号を、１／Ｅ分周器２００により水晶発振器１０１の生成する信号の周波数ｆと同じ周波数にし、水晶発振器１０１の出力する信号との位相差を信号処理装置１により検出する。この検出された位相差により、距離が求められる。また、第１送受信機３０において送信される信号（周波数ｆ0 ）と、受信される２次高調波（周波数２ｆ0 ）との周波数の違いから混信しない点も実施例１と同様である。
【００６０】
以上の各周波数、分周数を具体的な数値で示すと、ｆ＝１０ＭＨｚ、Ｄ＝３０の場合、ｆ0 ＝１５０ＭＨｚ、２次高調波の周波数は３００ＭＨｚ、Ｅ＝１５である。
【実施例３】
【００６１】
図３は、実施例３の距離測定装置のうち、第１送受信機４０の構成を示すブロック図である。第２送受信機の構成は実施例１と同じである。
【００６２】
第１送受信機１０と第１送受信機４０の違いは、まず、１／Ａ分周器１０５、１／Ｂ分周器１１６に替えて、１／Ｍ分周器３００、１／Ｎ分周器３０１が設けられ、新たに矩形波を得る波形整形器３０２、復調器３０３、搬送波再生器３０６が設けられていることである。したがって、平衡変調器１０６は、ＶＣＯ１０４からの信号を、波形整形器３０２からの矩形波によってＡＳＫ変調した信号を生成する。また、他の違いは、スイッチ１０９、１１３、非線形デバイス１１１、フィルタ１１２、送信アンテナ１１０、受信アンテナ１１５を省き、サーキュレータ３０４と、送信と受信を共用する送受信アンテナ３０５を設けていることである。１／Ｍ分周器３００からの出力信号の周波数Δｆは、ｆと等しくなるよう分周数Ｍが決定されていて、この１／Ｍ分周器３００からの出力信号と、水晶発振器１０１の出力信号との位相差から距離を測定する。
【００６３】
水晶発振器１０１、位相比較器１０２、ループフィルタ１０３、ＶＣＯ１０４、１／Ｍ分周器３００、波形整形器３０２が、本発明のデータ信号発生装置に相当する。ＶＣＯ１０４、平衡変調器１０６、増幅器１０７、フィルタ１０８、送受信アンテナ３０５が、本発明の第１送信装置に相当する。送受信アンテナ３０５、復調器３０３、搬送波再生器３０６、１／Ｎ分周器３０１が、本発明の第１受信装置に相当する。位相比較器１１８、ループフィルタ１１９、信号処理装置１が、本発明の距離演算装置に相当する。
【００６４】
第１送受信機４０と第２送受信機との間でＰＬＬすることは実施例１と同じである。つまり、１／Ｎ分周器３０１からの信号と、水晶発振器１０１の生成する信号が位相同期するように、ＶＣＯ１０４が生成する信号の周波数と位相が制御される。このＰＬＬが形成された状態でのＶＣＯ１０４が生成する信号を、１／Ｍ分周器３００により水晶発振器１０１の生成する信号の周波数ｆと同じ周波数にし、水晶発振器１０１の出力する信号との位相差を信号処理装置１により検出する。この検出された位相差により、距離が求められる。また、第１送受信機が周波数ｆ1 、ｆ2 の２つの信号を送信し、周波数２ｆ1 −ｆ2 の信号を受信することも実施例１と同様である。実施例３では、ＡＳＫ変調された信号が送受信アンテナ３０５により送受信されるため、第１送受信機４０と第２送受信機間の通信環境が悪くても距離の測定が可能である。
【００６５】
以上の実施例１〜３においては、受信データ信号を、水晶発振器１０１の出力する基準信号と位相同期するようにＰＬＬを構成し、基準信号と送信データ信号との位相差を検出して距離を求めている。この構成では、フィルタ１１２では取り除くことができない返信信号の周波数に近い信号を、ＰＬＬによる周波数選択機能で返信信号のみを取り出すことができる。これを逆に、送信データ信号を、水晶発振器１０１の出力する基準信号と位相同期するようにＰＬＬを構成し、基準信号と受信データ信号との位相差を検出して距離を求めるようにしてもよい。ただし、この場合は、返信信号の周波数に近い信号は取り除くことができない。
【実施例４】
【００６６】
図４は、実施例４の距離測定装置のうち、第１送受信機５０の構成を示すブロック図である。第２送受信機の構成は実施例１と同じである。
【００６７】
第１送受信機５０は、発振器４００、周波数変調器４０１、平衡変調器４０２、４０８、４１１、増幅器４０３、４０７、サーキュレータ４０４、フィルタ４０５、４０９、送受信アンテナ４０６、１／３分周器４１０、１／Ｆ分周器４１２、信号処理装置１で構成されている。発振器４００、１／Ｆ分周器４１２、周波数変調器４０１が、本発明のデータ信号発生装置に相当し、平衡変調器４０２、増幅器４０３、フィルタ４０５、送受信アンテナ４０６が、本発明の第１送信装置に相当する。また、フィルタ４０５、送受信アンテナ４０６、平衡変調器４０８、フィルタ４０５、４０９、１／３分周器４１０が、本発明の第１受信装置に相当する。また、平衡変調器４１１、信号処理装置１が、本発明の距離演算装置に相当する。
【００６８】
周波数変調器４０１は、時間軸上の三角波を入力し、その三角波で１／Ｆ分周器４１２からの信号を周波数変調し、その三角波で周波数が変化する送信データ信号を生成する。周波数の変動幅がΔｆ、中心周波数は、発振器４００からの搬送波の周波数ｆ0 の１／Ｆである。以下、周波数Δｆ（ｔ）とする。発振器４００からの搬送波をこの送信データ信号により平衡変調器４０２で変調して基準周波数の異なる２つの信号（周波数ｆ0 ＋Δｆ（ｔ）とｆ0 −Δｆ（ｔ）の信号）を生成し、送受信アンテナ４０６により第２送受信機２０へ送信される。第２送受信機２０は、非線形デバイスにより３次相互変調波を生成し、送信する。送受信アンテナ４０６が受信した、第１送受信機２０からの３次相互変調波（周波数ｆ0 ＋３Δｆ（ｔ））を、発振器４００からの信号により平衡変調器４０８で復調して周波数３Δｆ（ｔ）の送信データ信号が復調される。この信号を１／３分周器４１０で周波数をΔｆ（ｔ）に戻し、変調器４０１からの送信データ信号とにより平衡変調器４１１でビート信号が生成される。このビート信号を信号処理装置１で処理することで、第１送受信機５０と第２送受信機２０との距離が測定される。
【００６９】
実施例において、第１送受信機をＩＣタグリーダ、第２送受信機をＩＣタグとすることで、本発明をＩＣタグの距離測定に用いることができる。
【００７０】
実施例において、第２送受信機のフィルタ１２３と送信アンテナ１２４の間にスイッチを設けてもよい。第２送受信機のＩＤ情報に基づき、フィルタ１２３から出力される信号を、このスイッチによりＡＳＫ変調し、第１送受信機においてＩＤ情報を復調することで、距離の測定とともに第２送受信機の識別をすることが可能となる。また、実施例３において、ＶＣＯ１０４からの信号をＩＤ情報を含む波形整形器３０２からの信号によって変調し、第２送受信機でＩＤ情報を復調して第２送受信機と比較し、ＩＤ情報が一致する場合は、スイッチをオン、一致しない場合はオフにして送信と非送信を切り換えることで、第２送受信機の識別をすることも可能である。
【００７１】
また、実施例１、２において、内部回路による位相の遅れを補正せずに無視する場合には、スイッチ１０９、１１３、非線形デバイス１１１、フィルタ１１２は不要で、フィルタ１０８と送信アンテナ１１０、受信アンテナ１１５と１／Ｃ分周器１１７または１／Ｄ分周器２００を直接接続する構成とする。実施例３、４において、内部回路による位相の遅れを補正したい場合は、実施例１、２のように、第１送受信機に非線形デバイスを設け、スイッチにより切り替えるようにすればよい。また、実施例３において、ＡＳＫ変調に替えて、ＦＳＫ変調、ＰＳＫ変調、周波数変調としてもよい。
【００７２】
また、実施例１〜３では、第１送受信機と第２送受信機の間でＰＬＬを形成するように構成されているが、必ずしもＰＬＬを形成する必要はない。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、ＩＣタグを用いた距離測定に適用できる。特に、パッシブ型のＩＣタグを用いても距離測定ができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】実施例１の距離測定装置の構成を示すブロック図。
【図２】実施例２の距離測定装置のうち第１送受信機の構成を示すブロック図。
【図３】実施例３の距離測定装置のうち第１送受信機の構成を示すブロック図。
【図４】実施例４の距離測定装置のうち第１送受信機の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００７５】
１：距離演算装置
１０、３０、４０、５０：第１送受信機
２０：第２送受信機
１０１：水晶発振器
１０２、１１８：位相比較器
１０３、１１９：ループフィルタ
１０４：ＶＣＯ
１０５、１１６、１１７、２００、２０１、３００、３０１、４１０、４１２：分周器
１０６、４０２、４０８、４１１：平衡変調器
１０８、１１２、１２３、４０５、４０９：フィルタ
１０９、１１３：スイッチ
１１０、１２４：送信アンテナ
１１１、１２２：非線形デバイス
１１５、１２０：受信アンテナ
３０２：波形整形器
３０３：復調器
３０４、４０４：サーキュレータ
３０５、４０６：送受信アンテナ
３０６：搬送波再生器
４０１：周波数変調器
【図１】
2008122255.tif 000003
【図２】
2008122255.tif 000004
【図３】
2008122255.tif 000005
【図４】
2008122255.tif 000006