(57)【要約】【課題】近距離での測距が可能となる測距装置を提供すること。【解決手段】増幅器を介して電磁波あるいは超音波を含む音波を送信する波動送信手段と、電磁波あるいは音波を受信する波動受信手段とを有し、波動送信手段から送信された電磁波あるいは音波が測距対象物で反射して波動受信手段に戻ることで、波動送信手段と波動受信手段との間の空間に帰還増幅回路の一部を形成する。【選択図】      図１
2004177338.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅器を介して電磁波あるいは超音波を含む音波を送信する波動送信手段と、前記電磁波あるいは前記音波を受信する波動受信手段とを有し、前記波動送信手段から送信された前記電磁波あるいは前記音波が測距対象物で反射して前記波動受信手段に戻ることで、前記波動送信手段と前記波動受信手段との間の空間に帰還増幅回路の一部が形成されること、を特徴とする測距装置。
【請求項２】
前記帰還増幅回路は、前記波動送信手段あるいは前記波動受信手段と前記測距対象物との間の距離に対応する周波数に略等しい周波数で発振すること、を特徴とする請求項１に記載の測距装置。
【請求項３】
前記波動送信手段から送信される前記電磁波あるいは前記音波はＡＭ変調されること、を特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の測距装置。
【請求項４】
前記帰還増幅回路には、前記電磁波あるいは前記音波の歪みを抑制する利得制御手段が設けられること、を特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の測距装置。
【請求項５】
前記波動送信手段は指向性を有すること、を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の測距装置。
【請求項６】
前記波動受信手段は指向性を有すること、を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の測距装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁波あるいは音波を利用し、空間を波動伝播回路の一部に利用した測距装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に距離を測距する装置には赤外線やレーザーなど光学的に測距する方法、あるいはレーダを用いる方法など様々な測距装置が存在する。
【０００３】
赤外線やレーザーを用いる三角測量による測距方法においては、受光素子上で反射光の位置を測定することで、対象物までの距離を測定する。この方法では、対象物からの反射光量の大小を調べる反射光量方式の光センサに比べて、検出対象の色や反射率に影響されにくく、高精度の距離測定が可能となる。
【０００４】
また電磁波を用いるレーダ方法は、ＦＭ−ＣＷとパルス変調レーダがある。これらの測定原理はいずれも、測定対象までの信号の往復時間を基に距離を得るものである。（例えば、特許文献１参照）
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−００４７４１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記する従来技術の構成では以下の問題点を生ずる。たとえば１０ｍより近い距離の測距を行なうためには、赤外光による測距装置の場合は対象物の拡散反射光を受光して距離を測定するため、対象物によっては反射光が散乱して正しい測距結果を得られない場合がある。また光学系の部品を使用するため、レンズなどが汚れていると性能が得られない場合がある。
【０００７】
レーザを用いる測距の場合、測定精度については他の方式と比較して高精度であるが、レーザ光源から対象物を反射して受光センサに達するまでの距離を三角法で求めているため、光軸がずれると測定誤差が大きくなる。また、レーザ光のビーム幅は狭いため、対象物表面の凹凸の影響を受けやすい。
【０００８】
またレーダを用いる測距でＦＭ−ＣＷ方式の一般的な測距装置においては、近距離を測定する場合、近距離になるほど信号の往復時間が短くなるため、測定回路の高速な動作が要求され測定が難しくなる。そのため、たとえば１００ＧＨｚ以上の高い周波数を用いた測距装置が使用されているが、信号の高速処理が必要となるため高価になっている。
【０００９】
特許文献１に記載されている従来技術の場合、ＦＭ−ＣＷの掃引周波数を１．５ＧＨｚ、掃引周波数時間３ｍｓにすれば、近距離でのビート周期により距離を推定できる。しかし絶対距離を測定することはできないため以上の課題を解決するために、たとえば、レーザーによる三角測量などの方式を併用しなければならず、コスト高となり低価格では課題を解決しにくい。
【００１０】
その他に２周波を用いるＣＷの方式の場合、ドップラー効果を利用しているため対象物体が静止している、いわゆる対象物体速度がゼロの状態の時の距離検出は原理上不可能となる。パルス式のドップラー方式においても、測定目標物までの距離の検出精度を確保するには、例えば１ｐｓ程度の短いパルス幅が必要となるため、時間軸に対して短いパルス波形を処理するため回路が高価になってしまう。
【００１１】
したがって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、１０ｍ程度の比較的近距離での測距が可能となる測距装置を提供することを技術的課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために講じた技術的手段は、増幅器を介して電磁波あるいは超音波を含む音波を送信する波動送信手段と、前記電磁波あるいは前記音波を受信する波動受信手段とを有し、前記波動送信手段から送信された前記電磁波あるいは前記音波が測距対象物で反射して前記波動受信手段に戻ることで、前記波動送信手段と前記波動受信手段との間の空間に帰還増幅回路の一部を形成したことである。
【００１３】
上記した手段によれば、波動送信手段と波動受信手段の間に存在する測距対象物に送信された電磁波あるいは音波が反射して波動受信手段に戻ることで、電気磁気的あるいは音響的に空間に帰還増幅回路の一部が形成される。
【００１４】
そして請求項２に講じた技術的手段のように、前記帰還増幅回路は、前記波動送信手段あるいは前記波動受信手段と前記測距対象物との間の距離に対応する周波数に略等しい周波数で発振するようにしたことである。
【００１５】
上記した手段によれば、波動送信手段から送信された電磁波または音波が空間を介して測距対象物で反射され波動受信手段に戻ることで波動送信手段と測距対象物および波動受信手段を結ぶ距離が波長にほぼ等しくなる周波数で前記帰還増幅回路は発振する。言い換えれば、波動送信手段と波動受信手段とが同じ位置に配置されているならば、測距対象物までは波長の１／２の距離になる。
【００１６】
さらに、請求項３において講じた技術的手段は、前記波動送信手段から送信される前記電磁波あるいは前記音波はＡＭ変調されるようにしたことである。
【００１７】
上記した手段によれば、電磁波あるいは音波がＡＭ変調される場合は、信号波の周波数と距離が一致した信号で発振し、その周波数を高い周波数の信号に変調できるため、電波法で規制される周波数帯域の周波数でもその規制される周波数帯域を効果的に利用できる。
【００１８】
さらに、請求項４において講じた技術的手段は、前記帰還増幅回路に送信される前記電磁波あるいは前記音波の歪みを抑制する利得制御手段を設けたことである。
【００１９】
上記した手段によれば、帰還増幅回路の電磁波あるいは音波の信号が帰還増幅回路の歪み成分を小さくできることにより、周波数の偏移や不要周波数の発振を低減できるので、Ｓ／Ｎ比が向上する。
【００２０】
そして請求項５において講じた技術的手段は、前記波動送信手段に指向性を持たせたことである。
【００２１】
上記した手段によれば、波動送信手段は指向性を有するので、送信される電磁波あるいは音波のビーム角が絞られる。このため測距分解能が向上する。
【００２２】
請求項６において講じた技術的手段は、前記波動受信手段に指向性を持たせたことである。
【００２３】
上記した手段によれば、請求項５と同様に波動受信手段も指向性を有するので、受信される電磁波あるいは音波のビーム角が絞られる。このため外乱を受信する可能性が低減できるので、測距分解能が向上する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１には本発明の実施の形態を説明するブロック図を示す。図１示のようにアンプ４の一端には電磁波または音波が送信アンテナ１から発信されるように回路で電気的に接続されている。また同アンプ４の他端には、送信アンテナ１から発信された電磁波あるいは音波が測距対象物１０に当たってはね返ったものを受信するために、受信アンテナ２が同様に接続されている。
【００２５】
以上の構成によって、受信アンテナ２からアンプ４を経て送信アンテナ１に至る回路とは別に、送信アンテナ１から発信された電磁波あるいは音波が測距対象物１０に当たって受信アンテナ２に至る電気磁気的、あるいは音響的に空間で回路が形成される。以上の構成により、帰還増幅回路を形成する。
【００２６】
また上記両アンテナとは別に、アンプ４にはＦ−Ｖコンバータ８も接続されている。このＦ−Ｖコンバータ８ではアンプ４に戻った電磁波あるいは音波の周波数情報が電圧に変換される。このとき波長λと周波数ｆにはλ＝Ｃ／ｆの関係があるので、λ／２の情報が測距される距離として距離表示器９に表示される。以上においてＣは自由空間における電磁波の伝搬速度であり、自由空間においては、Ｃ＝３＊１０８［ｍ／ｓ］である。
【００２７】
つぎに上記本発明の構成による回路について動作を説明する。説明においては、たとえば超音波を含む音波についても波を電気的に変換する機能を用いれば、電気的に等価であるので、電磁波を代表として説明する。本発明に適応される電磁波は応用分野の技術的レベルおよび法規制による制限から制約されるものであり、本発明は全ての電磁波に応用できる。送信アンテナ１と受信アンテナ２をアンプ４および必要に応じて電力増幅器とで回路を構成すると、測距対象物１０と送信アンテナ１および受信アンテナ２の間で電磁波を介して電気磁気的に回路が形成され、自励発振回路が構成される。このとき、送信アンテナ１、受信アンテナ２、アンプ４および図示しない電力増幅器には利得を有している。測距対象物１０で反射して受信アンテナ２に戻ってきた電磁波の信号の減衰量よりも大きな、自励発振回路の増幅率が全体で１以上となることが必要となる。
【００２８】
この自励発振によって生成された電磁波は、測距対象物１０とアンテナ１の間を何度も往復するため、アンテナ１から発信された電磁波は増幅されて、距離に相当する固有値を持つ定在波に成長する。このときＦ―Ｖコンバータ８でその周波数を検出し、この検出結果を距離情報に変換して距離表示器９で表示する。
【００２９】
図２には別の実施の形態を示し、送信アンテナ１から送信される電磁波をＡＭ変調させて搬送波を高い周波数にした場合のブロック図を示す。図１との構成および作用での違いを主に説明する。図１のアンプ４と送信アンテナ１の間の回路にはＡＭ合成器５が配置されている。また受信アンテナ２とアンプ４との間の回路上にはＡＭ分離器３が配置される。またＡＭ合成器５はＡＧＣアンプ７と、ＡＭ分離器３はフィルタ６とそれぞれ電気的に接続されている。このＡＧＣアンプ７の機能としては、増幅率を制御する機能、あるいは、増幅率は一定で入力信号の減衰率を制御する機能のいずれか、もしくは、両方の機能を有している。
【００３０】
図１同様にアンプ４、ＡＭ合成器５、送信アンテナ１、受信アンテナ２およびＡＭ分離器３で構成される閉回路において、この自励発振回路によって生成された電磁波は、送信アンテナ１、測距対象物１０および受信アンテナ２との間を何度も往復するため、距離に相当する固有値を持つ定在波に成長する。送信アンテナ１とアンプ４の周波数特性を搬送波の周波数に合わせておけばＡＭ変調による定在波が発生する。
【００３１】
上記した自励発振回路とは別に、アンプ４、ＡＭ合成器５、ＡＧＣアンプ７、フィルタ６、およびＡＭ分離器３で別の閉回路が構成されており、まず、ＡＭ分離器３のＡＭ変調の分離による復調信号をフィルタ６でノイズを除去し、ＡＧＣアンプ７で増幅する。さらにこの信号をＡＭ合成器５で変調して送信アンテナ１から送信する。そして図１と同様にＦーＶコンバータ８ではＡＧＣアンプ７からの周波数を検出して周波数を電圧変換し、さらに距離情報に変換したのち距離表示機９で表示する。
【００３２】
【発明の効果】
以上本発明によれば、波動送信手段と波動受信手段の間に存在する測距対象物に送信された電磁波あるいは音波が反射して波動受信手段に戻ることで、空間中を介して電気磁気的に帰還増幅回路が形成される。そして波動送信手段から送信された電磁波または音波が空間を介して測距対象物で反射され波動受信手段に戻ることで波動送信手段と測距対象物および波動受信手段を結ぶ距離が波長にほぼ等しくなる周波数で前記帰還増幅回路は発振する。
【００３３】
さらに、送信される前記電磁波あるいは前記音波をＡＭ変調する。このように送信される前記電磁波あるいは前記音波をＡＭ変調すると、法規制の周波数範囲を最大限活かし、測距範囲を広げることが可能となる。
【００３４】
たとえば、搬送周波数を１０ＧＨＺ、変調周波数を０〜１００ＭＨＺとすると、１５０ｃｍ以上無限大までの測距が可能となる。このとき、実際の測距可能距離は、距離による減衰と回路利得の合計が１以上となる距離まで測距可能である。
【００３５】
またべつに、搬送周波数を１００ＧＨＺ、変調周波数を０〜１ＧＨＺとすると、１５ｃｍ以上が測距可能となる。
【００３６】
そして帰還増幅回路には送信される電磁波あるいは音波の歪みを抑制する利得制御手段を設ける。帰還増幅回路の電磁波あるいは音波の信号が制御信号により出力周波数が変化するように制御されるので、安定した電磁波あるいは音波が送信できる。本発明は、帰還増幅回路を利用し、測距対象物と測距装置との距離情報を有する定在波を検知し、その情報を基にして測距を行なう。従来技術では、超音波や光の空間的伝播時間を基にした測距を行なっていたのと異なり、近距離の測距においても、複雑な回路を用いることなく測距を実現できる。そのため、以上のように測距装置構成とすれば近距離でも精度よく測定でき、また測距装置を安価に構成できるので多大な効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における測距装置の構成を示す概略図である。
【図２】図１の本発明の実施の形態で送信される電磁波あるいは音波を変調する場合の回路構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１：送信アンテナ（波動送信手段）
２：受信アンテナ（波動受信手段）
３：ＡＭ分離器
４：アンプ（増幅器）
５：ＡＭ合成器
６：フィルタ
７：ＡＧＣアンプ（利得制御手段）
８：Ｆ−Ｖコンバータ
９：距離表示器
１０：測距対象物
【図１】
2004177338.tif 000003
【図２】
2004177338.tif 000004