(57)【要約】【課題】間に障害物があっても距離測定を可能とする距離測定装置を提供する。【解決手段】図示した状態で、第１の送受信機１１００から第２の送受信機２０００へ、周波数ｆ1／Ｎの矩形波ＤTで変調された周波数ｆ1の搬送波を送信する。第２の送受信機２０００は、受信波から周波数ｆ1の搬送波を再生し、矩形波を復調する。この後周波数ｆ1の搬送波から周波数ｆ2の搬送波を生成して、復調した矩形波で周波数ｆ2の搬送波を変調し、第２の送受信機２０００から第１の送受信機１１００へ逆送信する。第１の送受信機１１００はここから周波数ｆ1／Ｎの矩形波ＤRを復調し、矩形波ＤTとの位相差を検出する。位相差は、第１の送受信機１１００から第２の送受信機２０００までの距離の２倍を電波が通過した時間差である。内部回路での時間差（位相差）の補正のために、第２の送受信機２０００と同一特性の第３の送受信機３０００を用意しておく。【選択図】図４
2008032535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の送受信機を用いる距離測定方法であって、
前記第１の送受信機は、
位相差を比較可能なデータ信号で、第１の搬送波を変調して前記第２の送受信機に送信し、
前記第２の送受信機は、
前記第１の送受信機から受信した信号から、前記第１の搬送波を再生すると共に前記データ信号を復調し、
当該再生された前記第１の搬送波を周波数変換することで、周波数の異なる第２の搬送波を生成し、
前記第１の送受信機から受信した信号から復調された前記データ信号で当該第２の搬送波を変調して前記第１の送受信機に逆送信し、
前記第１の送受信機は、更に、
前記第２の送受信機から受信した信号から、前記第２の搬送波を再生すると共に前記データ信号を復調し、
前記第１の搬送波を変調した前記データ信号と、前記第２の搬送波から復調した前記データ信号との位相差を検出することで、前記第１の送受信機と前記第２の送受信機との距離を決定することを特徴とする距離測定方法。
【請求項２】
前記第１の送受信機には、
送受信アンテナを除くほかは前記第２の送受信機と同一構成の第３の送受信機が設けられており、
前記第１の送受信機と前記第３の送受信機とを直接接続して、
前記第１の送受信機と前記第３の送受信機と間の信号のやりとりによる位相差を距離０の位相差として補正を行うことを特徴とする請求項１に記載の距離測定方法。
【請求項３】
前記第１の搬送波を電圧制御発振器により生成し、それを分周してデータ信号を得ると共に、前記第３の送受信機との間で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、前記データ信号の位相と、
前記第２の送受信機との間でのＰＬＬ形成に切り替えて、前記電圧制御発振器が安定発振となった時の前記データ信号の位相との位相差から、
距離の検出を行うことを特徴とする請求項２に記載の距離測定方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の距離測定方法に用いる第１の送受信機であって、
データ信号を発生させるデータ信号発生装置と、
第１の搬送波を生成する発振器と、
前記データ信号発生装置の出力する前記データ信号により、前記発振器の出力する前記第１の搬送波を変調する変調器と、
受信信号から、第２の搬送波を再生する搬送波再生部と、
前記搬送波再生部により再生された前記第２の搬送波を用いて、受信信号を復調してデータ信号を得る復調器と、
データ信号発生装置の出力するデータ信号と、前記復調器の出力するデータ信号との位相差を検出する位相差検出器と
を有することを特徴とする第１の送受信機。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３に記載の距離測定方法に用いる第２の送受信機であって、
受信信号から、第１の搬送波を再生する搬送波再生部と、
前記搬送波再生部により再生された前記第１の搬送波を用いて、受信信号を復調してデータ信号を得る復調器と、
前記搬送波再生部により再生された前記第１の搬送波の周波数を変換して第２の搬送波を生成する周波数変換部と、
前記周波数変換部により生成された前記第２の搬送波を前記復調器の出力するデータ信号により変調する変調器と
を有することを特徴とする第２の送受信機。
【請求項６】
請求項４に記載の第１の送信機において、
更に、対応する第２の送受信機の有する、
前記搬送波再生部、前記復調器、前記周波数変換部及び前記変調器と同一特性の構成要素から成る第３の送受信機と、送受信アンテナを介さずに、切替により接続可能とした第１の送受信機。
【請求項７】
請求項３に記載の距離測定方法に用いる第１の送受信機であって、
第１の搬送波を生成する電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器の出力を分周してデータ信号を出力する分周器と、
前記分周器の前記データ信号により、前記電圧制御発振器の出力する前記第１の搬送波を変調する変調器と、
受信信号から、第２の搬送波を再生する搬送波再生部と、
前記搬送波再生部により再生された前記第２の搬送波を用いて、受信信号を復調してデータ信号を得る復調器と、
前記復調器の出力するデータ信号と、固定された参照信号との位相差を検出する位相差検出器と、
低域濾波器と
を有し
更に、対応する第２の送受信機の有する、
前記搬送波再生部、前記復調器、前記周波数変換部及び前記変調器と同一特性の構成要素から成る第３の送受信機と、送受信アンテナを介さずに、切替により接続可能とし、
前記第３の送受信機とのＰＬＬ形成時の前記分周器の出力するデータ信号の位相と、対応する前記第２の送受信機とのＰＬＬ形成時の前記分周器の出力するデータ信号の位相との位相差を検出する手段を有することを特徴とする第１の送受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの送受信機を組み合わせた、当該２つの送受信機間の距離を測定する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電波或いは超音波を用い、対象物からの反射波を受信して送信波との位相差等を検知又は調整することで、対象物までの距離を測定する技術としては、下記特許文献１乃至３が挙げられる。
【特許文献１】特開２００４−１９８３０６号公報
【特許文献２】特開２００５−３０８６９４号公報
【特許文献３】特開２００５−０９１２１４号公報
【０００３】
特許文献１の技術は、送受信機と反射物との間にＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）を形成するものである。送信した電波あるいは超音波が測定対象にあたり反射した反射波を分周して、基準信号と比較する。比較結果をループフィルタ（積分器としてのＬＰＦが用いられる）を介して、電圧制御発振器（ＶＣＯ）の制御電圧として入力する。また、変復調を用いる例も図示されている。
【０００４】
特許文献２の技術は超音波を用いたＰＬＬ形成による距離センサである。反射波と送信波の位相を比較する構成としている。
【０００５】
特許文献３の技術は、基準信号の４倍の周波数のパルス光の測定対象からの反射光と、基準信号の５倍の周波数のパルス光との論理積と、基準信号とから距離を測定するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１乃至３は、全て、測定対象からの反射波を利用している。すると、電波や超音波を反射しにくい測定対象や、測定対象と測定装置の間に障害物があると測距することが困難になる。この点で、近距離の測定に限定される。
【０００７】
また、送信波と受信波は同じ周波数の波を用いているので、測定対象物以外からの反射がある場合、測定対象物からの反射波を識別できない。また、送信アンテナと受信アンテナが近くに配置された場合（測定装置が小型の場合）、送信した電波（超音波）が直接受信する可能性が懸念される。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するために成されたものであり、間に障害物があっても距離測定を可能とする距離測定装置を提供することを目的とする。また、遠距離の測定も可能とする距離測定装置を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に係る発明は、第１及び第２の送受信機を用いる距離測定方法であって、第１の送受信機は、位相差を比較可能なデータ信号で、第１の搬送波を変調して第２の送受信機に送信し、第２の送受信機は、第１の送受信機から受信した信号から、第１の搬送波を再生すると共にデータ信号を復調し、当該再生された第１の搬送波を周波数変換することで、周波数の異なる第２の搬送波を生成し、第１の送受信機から受信した信号から復調されたデータ信号で当該第２の搬送波を変調して第１の送受信機に逆送信し、第１の送受信機は、更に、第２の送受信機から受信した信号から、第２の搬送波を再生すると共にデータ信号を復調し、第１の搬送波を変調したデータ信号と、第２の搬送波から復調したデータ信号との位相差を検出することで、第１の送受信機と第２の送受信機との距離を決定することを特徴とする距離測定方法である。
【００１０】
請求項２に係る発明は、第１の送受信機には、送受信アンテナを除くほかは第２の送受信機と同一構成の第３の送受信機が設けられており、第１の送受信機と第３の送受信機とを直接接続して、第１の送受信機と第３の送受信機と間の信号のやりとりによる位相差を距離０の位相差として補正を行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明は、第１の搬送波を電圧制御発振器により生成し、それを分周してデータ信号を得ると共に、第３の送受信機との間でＰＬＬを形成して電圧制御発振器を安定発振させた時の、データ信号の位相と、第２の送受信機との間でのＰＬＬ形成に切り替えて、電圧制御発振器が安定発振となった時のデータ信号の位相との位相差から、距離の検出を行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の距離測定方法に用いる第１の送受信機であって、データ信号を発生させるデータ信号発生装置と、第１の搬送波を生成する発振器と、データ信号発生装置の出力するデータ信号により、発振器の出力する第１の搬送波を変調する変調器と、受信信号から、第２の搬送波を再生する搬送波再生部と、搬送波再生部により再生された第２の搬送波を用いて、受信信号を復調してデータ信号を得る復調器と、データ信号発生装置の出力するデータ信号と、復調器の出力するデータ信号との位相差を検出する位相差検出器とを有することを特徴とする第１の送受信機である。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項３に記載の距離測定方法に用いる第２の送受信機であって、受信信号から、第１の搬送波を再生する搬送波再生部と、搬送波再生部により再生された第１の搬送波を用いて、受信信号を復調してデータ信号を得る復調器と、搬送波再生部により再生された第１の搬送波の周波数を変換して第２の搬送波を生成する周波数変換部と、周波数変換部により生成された第２の搬送波を復調器の出力するデータ信号により変調する変調器とを有することを特徴とする第２の送受信機である。
【００１４】
請求項６に係る発明は、請求項４に記載の第１の送信機において、更に、対応する第２の送受信機の有する、搬送波再生部、復調器、周波数変換部及び変調器と同一特性の構成要素から成る第３の送受信機と、送受信アンテナを介さずに、切替により接続可能とした第１の送受信機である。
【００１５】
請求項７に係る発明は、請求項３に記載の距離測定方法に用いる第１の送受信機であって、第１の搬送波を生成する電圧制御発振器と、電圧制御発振器の出力を分周してデータ信号を出力する分周器と、分周器のデータ信号により、電圧制御発振器の出力する第１の搬送波を変調する変調器と、受信信号から、第２の搬送波を再生する搬送波再生部と、搬送波再生部により再生された第２の搬送波を用いて、受信信号を復調してデータ信号を得る復調器と、参照信号と、復調器の出力するデータ信号との位相差を検出する位相差検出器と、低域濾波器とを有し、更に、対応する第２の送受信機の有する、搬送波再生部、復調器、周波数変換部及び変調器と同一特性の構成要素から成る第３の送受信機と、送受信アンテナを介さずに、切替により接続可能とし、第３の送受信機とのＰＬＬ形成時の分周器の出力するデータ信号の位相と、対応する第２の送受信機とのＰＬＬ形成時の分周器の出力するデータ信号の位相との位相差を検出する手段を有することを特徴とする第１の送受信機である。
【発明の効果】
【００１６】
第１の送受信機から送信された第１の搬送波を変調したデータ信号を、第２の送受信機で復調し、第２の搬送波をそれで変調して逆送信し、第１の送受信機で復調すると、往復の２度の送受信の間に、送受信距離（第１及び第２の送受信機間の距離の２倍）分の位相差（時間差）が生じることとなる（請求項１）。この時、第１及び第２の送受信機内部での信号が伝達される距離による位相差は無視しても良いが、第２の送受信機と同一特性の第３の送受信機を第１の送受信機内部に設けて、直接接続した状態の位相差を基準として補正しても良い（請求項２）。
【００１７】
更には、第１の送受信機と第３の送受信機とでＰＬＬを形成して一旦ＶＣＯを安定発振させた後、第１の送受信機と第２の送受信機とでのＰＬＬの形成に切り替えてＶＣＯを安定発振させて、ＶＣＯの出力位相が変化することを、データ信号の位相の変化として検出できる（請求項３）。
【００１８】
以上の距離測定方法は、請求項４乃至７のように構成した各送受信機により実現可能である。
【００１９】
以上の本発明によれば、より低周波のデータ信号の位相差を検出し、搬送波にはより高周波を用いるものであり、当該低周波のデータ信号を復調可能であれば良く、精度よく距離測定が可能である。また、電波を反射しないものも、測距対象とすることができる。第１及び第２の送受信機の間の障壁やノイズに対し強いので、直接見通すことができない場所に第２の送受信機がしまい込まれているような場合でも距離測定ができる。回折効果の期待できる８００ＭＨｚ以下の高周波であれば障害物を回折して距離測定も可能である。尚、第１の送受信機から第２の送受信機への送信と、第２の送受信機から第１の送受信機への逆送信では異なる周波数の搬送波を用いるので、混信は無い。即ち反射波を受信する技術のように、測定対象物以外のものからの逆送信はあり得ない。また、データ信号の周波数を変更することで容易に測定距離範囲を設定変更することができる。
【００２０】
本発明は、屋内での物品の位置の検出、車と歩行者との距離測定、車車間の距離測定に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
データ信号は矩形波が好ましい。但し位相差を検出可能であれば任意の波形のデータ信号を用いることができる。変調方法は任意であるが、位相変調（ＰＳＫ）であれば、差動変復調が容易となる。特にＢＰＳＫが好ましい。尚、振幅変調を採用しても本願発明は実施可能である。１〜１０ｍ程度の範囲の距離測定であれば、例えばキャリアを数十ＭＨｚ〜１ＧＨｚ、データ信号を数十ｋＨｚ〜１０ＭＨｚ程度とすると良い。下記に具体的な実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。また、各ブロック図は、重要な構成要素を示したものであって、例えば所望の箇所に、帯域濾波器（ＢＰＦ）や、ＡＧＣ等の増幅器を追加することは当然本発明に包含される。
【実施例１】
【００２２】
図１及び図２は、本発明の具体的な第１の実施例に係る距離測定装置を構成する第１の送受信機１０００の構成を示すブロック図と、第２の送受信機２０００の構成を示すブロック図である。また、図３は図１に示した第１の送受信機１０００の一部である、第３の送受信機３０００の構成を示すブロック図である。本実施例では、第１の送受信機１０００から第２の送受信機２０００への送信と第２の送受信機２０００から第２の送受信機１０００への逆送信のいずれも２相位相変調方式（ＢＰＳＫ）を用いるものである。本実施例は、特に請求項２に係る方法の発明、請求項４及び請求項６に係る第１の送受信機及び請求項５に係る第２の送受信機の具体的な一実施例である。
【００２３】
図１に示す第１の送受信機１０００の構成は次の通りである。発振器１０、位相比較器１１、ＬＰＦ１２、ＶＣＯ１３、１／Ｎ分周器１４、発振器１００、変調器１１０、切替スイッチＳＷT、送信アンテナＡ1T、第３の送受信機３０００、受信アンテナＡ1R、切替スイッチＳＷR、キャリア再生回路（搬送波再生部）１５０、復調器１６０、位相比較器（位相差検出器）１９１。位相比較器１１、ＬＰＦ１２、ＶＣＯ１３及び１／Ｎ分周器１４はＰＬＬを形成する。変調器１１０は乗算器１１５と差動符号化回路１１６とから成る。キャリア再生回路１５０は２逓倍器１５８、分周器１５９、位相比較器１５１、ＬＰＦ１５２、ＶＣＯ１５３、分周器１５４から成る。このうち、位相比較器１５１、ＬＰＦ１５２、ＶＣＯ１５３及び分周器１５４はＰＬＬを形成する。
【００２４】
水晶発振器等の、周波数の固定された発振器１０の出力である周波数ｆ0の矩形波を基に、位相比較器１１、ＬＰＦ１２、ＶＣＯ１３、１／Ｎ分周器１４から成るＰＬＬで周波数ｆ1の正弦波である第１の搬送波を生成する。即ち、ｆ1＝Ｎｆ0である。一方、やはり周波数の固定された発振器１００の出力である周波数ｆDの矩形波を送信側のデータ信号とし、ＤTと示す。送信側のデータ信号ＤTは変調器１１０の差動符号化回路１１６にて差動符号化され、その出力により乗算器１１５にて周波数ｆ1の第１の搬送波がＢＰＳＫ変調される。
【００２５】
切替スイッチＳＷTには、変調器１１０の乗算器１１５の出力が入力され、送信アンテナＡ1T及び第３の送受信機３０００のいずれかへ出力される。
一方、切替スイッチＳＷRには、受信アンテナＡ1R及び第３の送受信機３０００からの出力が入力され、そのいずれかがキャリア再生回路１５０の２逓倍器１５８及び復調器１６０の乗算器１６５に出力される。
この２つの切替スイッチＳＷTとＳＷRは連動しており、切替スイッチＳＷTが乗算器１１５の出力を送信アンテナＡ1Tに出力する場合は、切替スイッチＳＷRは受信アンテナＡ1Rからの出力を後段に出力する（図１に記載された状態）。
逆に、切替スイッチＳＷTが乗算器１１５の出力を送受信機３０００に出力する場合は、切替スイッチＳＷRは送受信機３０００からの出力を後段に出力する。
【００２６】
切替スイッチＳＷRの出力は、いずれの場合も、周波数ｆ2（≠ｆ1）の第２の搬送波の変調信号である。キャリア再生回路１５０において、２逓倍器１５８で２逓倍され（周波数２ｆ2）、分周器１５９で１／Ａに分周され（周波数２ｆ2／Ａ）、位相比較器１５１、ＬＰＦ１５２、ＶＣＯ１５３、分周器１５４から成るＰＬＬで周波数ｆ2の第２の搬送波が生成されさ、復調器１６０の乗算器１６５に出力される。
【００２７】
復調器１６０では、キャリア再生回路１５０の出力する周波数ｆ2の第２の搬送波により切替スイッチＳＷRの出力がＢＰＳＫ復調され（乗算器１６５）、差動復号化回路１６７で、周波数ｆDの矩形波である受信側のデータ信号ＤRが生成される。
【００２８】
こうして、復調器１６０の差動復号化回路１６７の出力する受信側のデータ信号ＤRと、発振器１００の出力である送信側のデータ信号ＤTの位相差（時間遅れ）が位相比較器（位相差検出器）１９１で検出される。
【００２９】
図２に示す第２の送受信機２０００の構成は次の通りである。受信アンテナＡ2R、キャリア再生回路２５０、復調器２６０、周波数変換回路（周波数変換部）２７０、変調器２１０、送信アンテナＡ2T。キャリア再生回路（搬送波再生部）２５０は２逓倍器２５８、分周器２５９、位相比較器２５１、ＬＰＦ２５２、ＶＣＯ２５３、分周器２５４から成る。このうち、位相比較器２５１、ＬＰＦ２５２、ＶＣＯ２５３及び分周器２５４はＰＬＬを形成する。復調器２６０は乗算器２６５と差動復号化回路２６７とから成る。周波数変換回路２７０は、分周器２７９、位相比較器２７１、ＬＰＦ２７２、ＶＣＯ２７３、分周器２７４から成る。このうち、位相比較器２７１、ＬＰＦ２７２、ＶＣＯ２７３及び分周器２７４はＰＬＬを形成する。変調器２１０は乗算器２１５と差動符号化回路２１６とから成る。
【００３０】
受信アンテナＡ2Rにて、第１の送受信機１０００から送信された、変調された周波数ｆ1の第１の搬送波が受信され、キャリア再生回路２５０の２逓倍器２５８と、復調器２６０の乗算器２６５に出力される。キャリア再生回路２５０においては、２逓倍器２５８で２逓倍され（周波数２ｆ1）、分周器２５９で１／Ａに分周され（周波数２ｆ1／Ａ）、位相比較器２５１、ＬＰＦ２５２、ＶＣＯ２５３、分周器２５４から成るＰＬＬで周波数ｆ1の第１の搬送波が生成され、復調器２６０の乗算器２６５と周波数変換回路２７０の分周器２７９に出力される。本実施例では、同期復調を行っているので、復調器に入力される第１の搬送波は、当然、受信信号に含まれる第１の搬送波と同期している。
【００３１】
復調器２６０では、キャリア再生回路２５０の出力する周波数ｆ1の第１の搬送波により受信アンテナＡ2Rの出力がＢＰＳＫ復調され（乗算器２６５）、差動復号化回路２６７で、周波数ｆDの矩形波であるデータ信号が生成される。
【００３２】
周波数変換回路２７０においては、キャリア再生回路２５０の出力する周波数ｆ1の第１の搬送波が、分周器２７９で１／Ｍ1に分周され（周波数ｆ1／Ｍ1）、位相比較器２７１、ＬＰＦ２７２、ＶＣＯ２７３及び１／Ｍ2分周器２７４から成るＰＬＬにより周波数ｆ2（≠ｆ1）の正弦波である第２の搬送波が生成される。即ち、ｆ2／Ｍ2＝ｆ1／Ｍ1である。
【００３３】
次に、復調器２６０の差動復号化回路２６７から出力された、周波数ｆDの矩形波であるデータ信号が変調器２１０の差動符号化回路２１６に入力されて差動符号化される。これにより、乗算器２１５にて周波数変換回路２７０の生成する周波数ｆ2の第２の搬送波がＢＰＳＫ変調され、送信アンテナＡ2Tから第１の送受信機１０００へ逆送信される。本実施例では、ＰＬＬを用いた周波数変換により第１の搬送波を第２の搬送波に変換しているので、これらは「同期」していると言える。
【００３４】
図３に示す第３の送受信機３０００の構成は次の通りである。キャリア再生回路３５０、復調器３６０、周波数変換回路（周波数変換部）３７０、変調器３１０、送信アンテナＡ2T。キャリア再生回路（搬送波再生部）３５０は２逓倍器３５８、分周器３５９、位相比較器３５１、ＬＰＦ３５２、ＶＣＯ３５３、分周器３５４から成る。このうち、位相比較器３５１、ＬＰＦ３５２、ＶＣＯ３５３及び分周器３５４はＰＬＬを形成する。復調器３６０は乗算器３６５と差動復号化回路３６７とから成る。周波数変換回路３７０は、分周器３７９、位相比較器３７１、ＬＰＦ３７２、ＶＣＯ３７３、分周器３７４から成る。このうち、位相比較器３７１、ＬＰＦ３７２、ＶＣＯ３７３及び分周器３７４はＰＬＬを形成する。変調器３１０は乗算器３１５と差動符号化回路３１６とから成る。
【００３５】
図３の第３の送受信機３０００の各構成要素は、第２の送受信機２０００の各構成要素に対応し、その特性は全て実質的に同等である。即ち、第２の送受信機２０００の構成から受信アンテナＡ2Rと送信アンテナＡ2Tを除く他は、全く同一特性の構成要素を用いるものである。よってそれらの作用も、受信アンテナＡ2Rからの入力が切替スイッチＳＷTからの入力に置き換わり、送信アンテナＡ2Tからの入力が切替スイッチＳＷRからの入力に置き換わる他は全く同一である。
【００３６】
以上の構成により、図１の第１の送受信機１０００において、切換スイッチＳＷT及びＳＷRを各々送信アンテナＡ1Tと受信アンテナＡ1Rに切り替えると（図１に記載した状態）、図１の第１の送受信機１０００は図２の第２の送受信機２０００と双方向通信を行うこととなる。第１の送受信機１０００から第２の送受信機２０００への送信は周波数ｆ1の第１の搬送波で、第２の送受信機２０００から第１の送受信機１０００への逆送信は周波数ｆ2（≠ｆ1）の第２の搬送波で行われるので混信はない。また、それらをデータ信号で変調しているため、通信環境が悪くてもデータ信号の位相比較が容易である。
【００３７】
第１の送受信機１０００と第２の送受信機２０００とが距離Ｌ離れていた場合、双方向通信によりデータ信号は距離２Ｌを伝搬するので、時間遅れΔｔは光速をｃとしてΔｔ＝２Ｌ／ｃとなる。Δｔが、周波数ｆDのデータ信号の１周期である１／ｆDよりも小さければ、位相遅れとして検出可能である（測定可能な距離Ｌの範囲）。一方、Δｔの精度の面では、第１及び第２の搬送波の１波長よりも細かい精度がある。概ね、第１及び第２の搬送波の４分の１波長程度の精度を有すると考えられる。
【００３８】
更に、距離０の補正を、切換スイッチＳＷT及びＳＷRを各々第３の送受信機３０００の入出力に接続して行うことができる。即ち、第３の送受信機３０００の構成要素は第２の送受信機２０００の構成要素と同一特性であるので、第１の送受信機１０００と第２の送受信機２０００とで送信及び逆送信する際の内部回路での位相遅れを、第１の送受信機１０００と第３の送受信機３０００とで送信及び逆送信する際の内部回路での位相遅れとして検出できる。これにより、第１の送受信機１０００と第２の送受信機２０００とで送信及び逆送信をした際の位相遅れから、それらの内部回路での位相遅れを減じて、距離２Ｌを伝搬する際の、時間遅れΔｔに対応する位相差を得ることができる。
【００３９】
尚、内部回路での位相遅れを補正せず、無視する場合は、切替スイッチＳＷT及びＳＷR並びに第３の送受信機３０００は省略可能である。この場合、変調器１１０の出力は直接送信アンテナＡ1Tに入力され、受信アンテナＡ1Rの出力は直接キャリア再生回路１５０及び復調器１６０に入力される。
【００４０】
〔実施例１の変形例〕
図１の第１の送受信機１０００においては、２つの周波数固定の発振器１０及び１００を用いたが、分周器の出力は矩形波であるので、図４のように１つの局部発振器１０１で代用することも可能である。図４．Ａは、変形例に係る第１の送受信機１１００の構成を示すブロック図、図４．Ｂはそれと対となる第２の送受信機２０００の構成を示すブロック図である。図４．Ａの送受信機１１００の内部構成である変調器１１０、キャリア再生回路１５０、復調器１６０、切替スイッチＳＷT及びＳＷR、アンテナＡ1T及びＡ1R、並びに第３の送受信機３０００と、図４．Ｂの第２の送受信機２０００の構成は、各々図１の変調器１１０、キャリア再生回路１５０、復調器１６０、切替スイッチＳＷT及びＳＷR、アンテナＡ1T及びＡ1R、並びに図３の第３の送受信機３０００、図２の第２の送受信機２０００と同一とした。
【００４１】
図４．Ａの第１の送受信機１１００の構成は、周波数ｆ1の正弦波を生成する局部発振器１０１の出力を変調器１１０と分周器１４１に入力する。分周器１４１の出力する周波数ｆD（＝ｆ1／Ｎ）の矩形波をデータ信号とし、変調器１１０と位相比較器１９１に入力する他は実施例１と全く同一である。図４．Ａの第１の送受信機１１００と図４．Ｂの第２の送受信機２０００を用いた本変形例も、実施例１と全く同様に作用する。
【００４２】
実施例１では発振器１００の周波数、その変形例の場合は局部発振器１０１の周波数又は分周器１４１の設定を変更することで、データ信号の周波数を変更可能である。これにより、測定距離範囲に対応した周波数のデータ信号を生成できる。
【実施例２】
【００４３】
図５．Ａ及び図５．Ｂは、本発明の具体的な第２の実施例に係る距離測定装置を構成する第１の送受信機４０００の構成を示すブロック図と、第２の送受信機２０００の構成を示すブロック図である。図５．Ａの送受信機４０００の内部構成である変調器１１０、キャリア再生回路（搬送波再生部）１５０、復調器１６０、切替スイッチＳＷT及びＳＷR、アンテナＡ1T及びＡ1R、並びに第３の送受信機３０００と、図５．Ｂの第２の送受信機２０００の構成は、各々図１又は図４．Ａの変調器１１０、キャリア再生回路１５０、復調器１６０、切替スイッチＳＷT及びＳＷR、アンテナＡ1T及びＡ1R、並びに図３又は図４．Ａの第３の送受信機３０００、図２又は図４．Ｂの第２の送受信機２０００と同一である。本実施例は、特に請求項３に係る方法の発明、請求項５に係る第２の送受信機及び請求項７に係る第１の送受信機の具体的な一実施例である。
【００４４】
本実施例において、ＰＬＬを構成する位相比較器１１、ＬＰＦ１２、ＶＣＯ１３、分周器１４は、第２の送受信機２０００又は第３の送受信機３０００を介して初めてＰＬＬのループが閉じる構成となっている。また、位相比較器１１は、復調器１６０のデータ信号ＤRの位相と、周波数の固定された発振器１００の出力（参照信号）の位相とを比較する。本実施例では、請求項７に係る発明に言う位相差検出器は、位相比較器１１がそれにあたる。
【００４５】
図５．Ａの第１の送受信機４０００の作用は、周波数ｆ1の正弦波を生成するＶＣＯ１３を次のようにＰＬＬ制御する点で、実施例１の構成と大きく異なる。ＶＣＯ１３の出力を仮に周波数ｆ1の正弦波とする。尚、以下に述べる通り、本実施例による距離測定中に、ＶＣＯ１３の出力の周波数は、ｆ1近辺で微妙に増減する。
【００４６】
ＶＣＯ１３の出力は変調器１１０と分周器１４とに入力される。分周器１４は周波数ｆD＝ｆ1／Ｎの矩形波であるデータ信号ＤTを変調器１１０に出力する。こうして、変調器１１０は、周波数ｆD＝ｆ1／Ｎの矩形波ＤTで、周波数ｆ1の正弦波である第１の搬送波を変調して、第３の送受信機３０００に出力する（尚、図５．Ａでは第２の送受信機２０００との双方向通信となる状態の切替スイッチＳＷT及びＳＷRが記載されている）。
【００４７】
実施例１と同様に、第３の送受信機３０００からは、周波数ｆ2の正弦波である第２の搬送波を、周波数ｆDの矩形波であるデータ信号で変調した信号が出力され、キャリア再生回路１５０及び復調器１６０により、受信データ信号ＤRが生成される。
【００４８】
復調器１６０の出力する受信データ信号ＤRは、発振器１００の出力（参照信号）と位相が比較される。位相差がある場合には、ＬＰＦ１２を介してＶＣＯ１３が制御され、最終的には、発振器１００（参照信号）の出力と周波数が同一で、位相差の無い受信データ信号ＤRが得られるように、ＶＣＯの位相が固定される。即ち、この状態では、送信データ信号ＤTと受信データ信号ＤRの周波数ｆDは発振器１００の出力（参照信号）の周波数と一致し、ＶＣＯ１３の周波数ｆ1は、ｆ1＝ＮｆDで固定される。この時、第３の送受信機３０００を通過する時間分だけ、分周器１４の出力する送信データ信号ＤTは、復調器１６０の出力する受信データ信号ＤRよりも位相が進んでいる。
【００４９】
次に、切替スイッチＳＷT及びＳＷRにより、第２の送受信機２０００との間で「データ信号のＰＬＬ」を形成する状態に切り替えられる。即ち、第１の送受信機４０００から、距離Ｌ離れた第２の送受信機２０００にデータ信号で変調された周波数ｆ1の第１の搬送波が送信され、第２の送受信機２０００から、距離Ｌ離れた第１の送受信機４０００にデータ信号で変調された周波数ｆ2の第２の搬送波が逆送信される。ここで、切替スイッチＳＷT及びＳＷRを「第３の送受信機３０００との間でデータ信号のＰＬＬ」の状態から「第２の送受信機２０００との間でデータ信号のＰＬＬ」に切り替えた瞬間は、受信データ信号ＤRが距離２Ｌを伝搬する時間分だけ発振器１００の出力（参照信号）に対して時間遅れ（位相遅れ）が発生することとなる。
【００５０】
これは「第２の送受信機２０００との間でのデータ信号のＰＬＬ」により当該時間遅れ（位相遅れ）が最終的には解消されることとなる。この際に、ＶＣＯ１３の制御電圧を一旦上げて周波数をｆ1より大きくし（送信データ信号ＤTと受信データ信号ＤRの周波数もｆDより大きくなる）、受信データ信号ＤRの位相を発振器１００の出力（参照信号）の位相まで追いつかせ、その後受信データ信号ＤRの位相が発振器１００の出力（参照信号）の位相を追い抜いたら、ＶＣＯ１３の制御電圧を下げて周波数をｆ1より小さくし（送信データ信号ＤTと受信データ信号ＤRの周波数もｆDより小さくなる）、受信データ信号ＤRの位相を発振器１００の出力（参照信号）の位相まで遅らせる、と言ったフィードバック制御となる。最終的には発振器１００の周波数とデータ信号の周波数ｆDは一致し、ＶＣＯ１３の制御電圧も元に戻る。こうして、分周器１４の出力する送信データ信号ＤTと、復調器１６０の出力する受信データ信号ＤRとの位相差は、「第３の送受信機３０００との間でデータ信号のＰＬＬ」の状態よりも「第２の送受信機２０００との間でデータ信号のＰＬＬ」の状態の方が大きくなる（送信データ信号ＤTは、受信データ信号ＤRよりも、より進む）。
【００５１】
この際、受信データ信号ＤRは発振器１００の出力（参照信号）と位相が一致しているので、送信データ信号ＤTと発振器１００の出力（参照信号）との位相差を、第３の送受信機３０００との間での場合と、第２の送受信機２０００との間での場合とで検出できれば良い。これを位相比較器１１１で実行する。これにより、位相差の変化量から、第１の送受信機４０００から第２の送受信機２０００までの距離が算出できる。図４の第１の送受信機１１００においては、位相比較器１９１で送信データ信号ＤTと受信データ信号ＤRを単に比較するのみであるが、図５の第１の送受信機４０００においては、位相比較器１１１に入力される送信データ信号ＤTは、受信データ信号ＤRが、発振器１００の出力する参照信号と位相一致するように、「位相を進められた」出力である周波数ｆ1のＶＣＯ１３の出力に基づくものであり、ＰＬＬを第１の送受信機４０００と第２の送受信機２０００との間で形成することによる実現例である。
【００５２】
〔送信機４０００の変形例〕
図５．Ｃに、第１の送受信機４０００の変形例である第１の送受信機４１００の構成を示す。尚、対応する第２の送受信機は、図２、図４．Ｂ又は図５．Ｂの第２の送受信機２０００を用いることができる。図５．Ｃの第１の送受信機４１００は、第３の送受信機３０００の構成を短絡により構成するものである。
【００５３】
図５．Ｃの第１の送受信機４１００は、３端子の切替スイッチＳＷTではなく、４端子の切替スイッチＳＷT’を用いる。また、３端子の切替スイッチＳＷRは、受信アンテナＡ1Rとキャリア再生回路１５０及び復調器１６０との間ではなく、復調器１６０と位相比較器１１の間に設ける。
【００５４】
まず、４端子の切替スイッチＳＷT’は次の切替を行う。３端子の切替スイッチＳＷRが復調器１６０と位相比較器１１とを接続している時であって、変調器１１０の出力と送信アンテナＡ1Tを接続し、分周器１４と切替スイッチＳＷRの間を遮断する場合と、３端子の切替スイッチＳＷRが分周器１４との接続側に切り替わっている時であって、変調器１１０の出力と送信アンテナＡ1Tの間を遮断し、分周器１４と切替スイッチＳＷRとを接続する場合。
【００５５】
図５．Ｃの第１の送受信機４１００は、図５．Ａの第１の送受信機４０００の内部構成である第３の送受信機３０００の構成要素を簡略化（短絡）したものであり、実施例１で第３の送受信機３０００を省略したものに対応するとも言える。
【００５６】
〔実施例２の変形例〕
図６に、実施例２の変形例を示す。図６．Ａは、第３の送受信機７０００を内部構成とする第１の送受信機５０００の構成を示すブロック図、図６．Ｂは第２の送受信機６０００の構成を示すブロック図である。本変形例は、第１の送受信機５０００から第２の送受信機６０００又は第３の送受信機７０００へは周波数ｆ1の第１の搬送波のみを送信し、第２の送受信機６０００又は第３の送受信機７０００でそれを分周してデータ信号を生成する構成である。即ち、図６．Ａの第１の送受信機５０００は、図５．Ａの第１の送受信機４０００から変調器１１０を除いてＶＣＯ１３の出力を直接切替スイッチＳＷTに入力する。分周器１４の出力は位相比較器１１１にのみ入力する。また図６．Ａの第１の送受信機５０００の内部構成である第３の送受信機７０００は、図５．Ａの第１の送受信機４０００の内部構成である第３の送受信機３０００からキャリア再生回路３５０と復調器３６０を除き、切替スイッチＳＷTの出力を直接周波数変換回路３７０に入力するとともに１／Ｎ分周器３４に入力する。変調器３１０は１／Ｎ分周器３４の出力で、周波数変換回路３７０の出力である周波数ｆ2の第２の搬送波を変調する。全く同様に、図６．Ｂの第２の送受信機６０００では、変調器２１０は１／Ｎ分周器２４の出力で、周波数変換回路２７０の出力である周波数ｆ2の第２の搬送波を変調する。
【００５７】
本変形例は、図示した構成においては、実施例２の構成よりも簡略化できる。
【００５８】
図６．Ｃは第３の送受信機７０００を簡略化した、第３の送受信機７５００を用いた第１の送受信機５５００の構成を示したブロック図である。第１実施例の説明の最後で、内部回路での位相遅れを無視した構成を述べたが、図６．Ｃの第１の送受信機５５００は、図６．Ａの第１の送受信機５０００を、内部回路での位相遅れを無視して構成し直したものである。第３の送受信機７５００は１／Ｎ分周器３４のみで構成され、復調器１６０とキャリア再生回路１５０は切替スイッチＳＷRと受信アンテナＡ1Rの間に配置される。尚、図６．Ｃの第１の送受信機５５００は図６．Ｂの第２の送受信機６０００と組み合わせて用いられ、その使用方法は、図６．Ａの第１の送受信機５０００と図６．Ｂの第２の送受信機６０００の組み合わせの使用方法と同じである。
【００５９】
〔その他〕
尚、上記各実施例では、キャリアを再生した後に復調を行う構成としたが、コスタス方式のように、一旦復調器を通したあと、フィードバックさせることでキャリヤ再生を行なう構成としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、タグ（第２の送受信機）を付した物品の位置検出に用いることができる。例えば旅券のような、通常はその保管場所を必ずしも確認しないが、必要となったときには瞬時に探し出す必要があるものを、的確に位置検出することも可能となる。
【００６１】
例えば１０ｍ四方の室内又は領域内に、第１の送受信機を例えば３個配置させれば、各第１の送受信機からの距離に基づきタグ（第２の送受信機）を付した物品の位置を特定することも可能である。
【００６２】
複数のタグ（第２の送受信機）毎に異なる周波数の高周波で起動する起動回路を組み込めば、当該高周波に対応するタグ（第２の送受信機）のみを起動させた後に第１の送受信機と送受信を行うことで、複数のタグ（第２の送受信機）を１個ずつ位置検出することも可能となる。尚、起動回路の例としては本発明者らによる特開２００４−１４０８０５号公報等の技術がある。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の具体的な第１の実施例に係る距離測定装置を構成する第１の送受信機１０００の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の具体的な第１の実施例に係る距離測定装置を構成する第２の送受信機２０００の構成を示すブロック図。
【図３】第１の送受信機１０００の一部である第３の送受信機３０００の構成を示すブロック図。
【図４】４．Ａは、変形例に係る第１の送受信機１１００の構成を示すブロック図、４．Ｂは、変形例に係る第２の送受信機２０００の構成を示すブロック図。
【図５】５．Ａは、本発明の具体的な第２の実施例に係る距離測定装置を構成する第１の送受信機４０００の構成を示すブロック図、５．Ｂは、第２の送受信機２０００の構成を示すブロック図、５．Ｃは，変形例に係る第１の送受信機４１００の構成を示すブロック図。
【図６】６．Ａは、変形例に係る距離測定装置を構成する第１の送受信機５０００の構成を示すブロック図、６．Ｂは、第２の送受信機６０００の構成を示すブロック図、６．Ｃは、他の変形例に係る第１の送受信機５５００の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【００６４】
１０００、１１００、４０００、４１００、５０００、５５００：第１の送受信機
２０００、６０００：第２の送受信機
３０００、７０００、７５００：第３の送受信機
１０、１００、１０１：発振器（周波数固定）
１１、１１１、１５１、１９１、２５１、２７１、３５１、３７１：位相比較器
１２、１５２、２５２、２７２、３５２、３７２：低域濾波器（ＬＰＦ、積分器）
１３、１５３、２５３、２７３、３５３、３７３：電圧制御発振器（ＶＣＯ）
１４、２４、３４、１４１、１５４、１５９、２５４、２５９、２７４、２７９、３５４、３５９、３７４、３７９：分周器
１１０、２１０、３１０：変調器
１１５、１６５、２１５、２６５、３１５、３６５：乗算器
１１６、２１６、３１６：差動符号化回路
１５０、２５０、３５０：キャリア再生回路（搬送波再生部）
１５８、２５８、３５８：２逓倍回路
１６０、２６０、３６０：復調器
１６７、２６７、３６７：差動復号化回路
２７０、３７０：周波数変換回路（周波数変換部）
Ａ1T、Ａ2T：送信アンテナ
Ａ1R、Ａ2R：受信アンテナ
ＳＷT、ＳＷR：切換スイッチ（３端子）
ＳＷT'：切換スイッチ（４端子）
【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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