(57)【要約】【課題】近距離で対象物の検知が可能である近距離センサを提供すること。【解決手段】電磁波を送信する波動送信手段と、測距対象物で反射した電磁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の間の空間に帰還回路の一部が形成されて、帰還回路内に配設される増幅手段の組合せにより所定の周波数に対応した周波数特性（ｆ特性）を有するとともに、測距対象物あるいは波動受信手段もしくは測距対象物および波動受信手段の両方が移動するとき、発振と停止とで組み合わされる周期が周波数特性に対応する波長で繰り返されるように構成した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を送信する波動送信手段と、測距対象物で反射した前記電磁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が前記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の間の空間に帰還回路の一部が形成されて、該帰還回路内に配設される増幅手段の組合せにより所定の周波数に対応した周波数特性（ｆ特性）を有するとともに、前記測距対象物あるいは前記波動受信手段もしくは前記測距対象物および前記波動受信手段の両方が移動するとき、発振と停止とで組み合わされる周期が前記周波数特性に対応する波長で繰り返されるように構成したこと、を特徴とする近距離センサ。
【請求項２】
前記周期の回数を演算することで、前記測距対象物と前記波動受信手段との相対距離を算出すること、を特徴とする請求項１に記載の近距離センサ。
【請求項３】
前記発振を開始してから前記停止するまでの時間の複数の変化を所定のしきい値で計測することで、前記測距対象物と前記波動受信手段との距離が離れたかあるいは近づいたかが判別できること、を特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載の近距離センサ。
【請求項４】
前記電磁波は互いに素である２つ以上の周波数を用いることで前記測距対象物と前記波動受信手段との絶対距離が検知可能であること、を特徴とする請求項１に記載の近距離センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁波を利用し帰還回路を利用した近距離センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
物体を検知する装置には赤外線やレーザーなど光学的に検知する方法、あるいはレーダを用いる方法などが存在する。
【０００３】
赤外線やレーザーを用いる方法では三角測量による測距などで、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以内の近距離の物体検知を行なうためには、赤外光による近距離センサの場合では、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、レーザ光源から測定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】
また別にレーダを用いるＦＭ−ＣＷ方式の一般的な近距離センサの場合、測定する距離が近く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。この方式ではたとえば１００ＧＨz以上の高い周波数を用いた近距離センサ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】
以上、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、近距離で対象物の検知が可能である近距離センサ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、電磁波を送信する波動送信手段と、測距対象物で反射した電磁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の間の空間に帰還回路の一部が形成されて、帰還回路内に配設される増幅手段の組合せにより所定の周波数に対応した周波数特性（ｆ特性）を有するとともに、測距対象物あるいは波動受信手段もしくは測距対象物および波動受信手段の両方が移動するとき、発振と停止とで組み合わされる周期が周波数特性に対応する波長で繰り返されるように構成したことである。
【００１３】
上記した手段によれば、波動受信手段から測距対象物を経て波動受信手段に至る空間の減衰と、波動受信手段から増幅手段を経て波動送信手段に至る回路の増幅との作用の組合せにより、帰還回路の利得が１以上のとき、発振を生ずる。このとき帰還回路の周波数特性に対応して定在波が発生するので、定在波が発生するあいだの周期を測定すればその間の距離が検出できる。
【００１４】
請求項２において講じた技術的手段は、周期の回数を演算することで、測距対象物と波動受信手段との相対距離を算出するようにしたことである。
【００１５】
上記した手段によれば、上記周期は周波数特性に対応するので、周波数に対応した波長を演算し、その繰り返し回数を乗算すれば波動受信手段と測距対象物との相対距離が演算できる。このとき最初の１周期に相当する誤差を生ずるので、用いる周波数を高く設定すれば、測距分解能を向上できる。
【００１６】
さらに請求項３において講じた技術的手段は、発振を開始してから停止するまでの時間の複数の変化を所定のしきい値で計測することで、測距対象物と波動受信手段との距離が離れたかあるいは近づいたかが判別できるようにしたことである。
【００１７】
上記した手段によれば、繰り替えされる複数の発振状態の継続する時間の変化を所定のしきい値で計測することで、発振状態の継続する時間が短い方に変化すれば測距対象物と波動受信手段との距離が離れる方向に移動していることが判別でき、また逆に、発振状態の継続する時間が長くなる方に変化すれば、測距対象物と波動受信手段との距離が近づいたと判別できる。
【００１８】
請求項４において講じた技術的手段は、電磁波は互いに素である２つ以上の周波数を用いることで前記測距対象物と前記波動受信手段との絶対距離を検知可能としたことである。
【００１９】
上記した手段によれば、上記請求項による技術的手段では、測距対象物と波動受信手段との距離は相対的にしか測距できなかったが、異なる互いに素となる周波数を用いて構成するので、上記測距対象物と波動受信手段との絶対距離が測距可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図1のブロック図に基づいて説明する。図１示のように、送信アンテナ１には回路上にアンプ３の一端が接続されており、同アンプ３の他端には分配器４、受信アンテナ２と接続されて、送信アンテナ１から発せられた電磁波が測距対象物に当たって反射し、ふたたび受信アンテナ２に戻ることで、空間を介して帰還回路が形成されている。分配器４には発振識別器５が別に接続されている。
【００２１】
送信アンテナ１からは所定の周波数で電磁波が送信される。この電磁波は測距対象物ではね返って受信アンテナ２に戻る。この受信アンテナ２で受信された電磁波信号は分配器４で、アンプ３に送られるとともに、発振識別器５に分配されて送られる。この発振識別器５は図５に示すように、帰還回路全体での利得が１以上となるしきい値で周波数特性を見ている。そしてこの利得が１以上のときに、この帰還回路は発振していると判別する。逆に同回路の利得が１よりも小さい場合は、停止していると判別する。
【００２２】
図５に以上の状態の概略を示す。この発振と停止の組合せからなる周期は、送信アンテナ１から発信する電磁波の周波数特性と関係しており、この組合せはその周波数の波長と等しくなる。この発信および停止の状態を発振識別器５が識別できるためには、受信アンテナ２あるいは測距対象物１０のいずれかが動いていることが必要となる。以上説明した周期が複数回繰り替えされることを検知できれば、この１周期は波長に等しい距離となるので、その回数を乗算すれば送信アンテナ２と測距対象物との距離（移動距離）が算出できる。本発明の測距方法においては、発振と停止とで構成される周期からその距離が算出されるため、はじめの発振が生じるまでの、いわゆる自動車の制動距離における空走距離のごとく、
測距不能な距離が発生する。この不具合を補うためには、本発明で用いる電磁波の周波数を高い周波数で構成すれば測距分解能を向上できるので、この測距不能な誤差を低減することが可能となる。
【００２３】
図２および図３には本発明の別の実施の形態を示す。図２においては、複数のアンプ７およびアンプ８を回路に並列に接続し、この回路の切替をスイッチ６およびスイッチ９で制御した例を示す。
【００２４】
また図３では、異なる２つの周波数を用いる例を示す。この例では、測距対象物１０と受信アンテナ２との絶対距離を測定することが可能となる。図３においてはバンドパスフィルタは、バンドパスフィルタ１２およびバンドパスフィルタ１３で構成されているが、２つ以上複数の周波数を組み合わせることで、さらに測距精度を向上できる。
【００２５】
【発明の効果】
以上本発明によれば、波動受信手段から測距対象物を経て波動受信手段に至る空間の減衰と、波動受信手段から増幅手段を経て波動送信手段に至る回路の増幅との作用の組合せにより、帰還回路の利得が１以上のとき、発振を生ずる。このとき帰還回路の周波数特性に対応して定在波が発生するので、定在波が発生するあいだの周期を測定すればその間の距離が検出できる。このとき上記周期は周波数特性に対応するので、周波数に対応した波長を演算し、その繰り返し回数を乗算すれば波動受信手段と測距対象物との相対距離が演算できる。また用いる周波数を高く設定すれば、測距分解能を向上できる。
【００２６】
そして繰り替えされる複数の発振状態の継続する時間の変化を所定のしきい値で計測することで、発振状態の継続する時間が短い方に変化すれば測距対象物と波動受信手段との距離が離れる方向に移動していることが判別でき、また逆に発振状態の継続する時間が長くなる方に変化すれば、測距対象物と波動受信手段との距離が近づいたと判別できる。
【００２７】
さらには、測距対象物と波動受信手段との距離は相対的にしか測距できなかったが、異なる互いに素となる周波数を用いて構成するので、上記測距対象物と波動受信手段との絶対距離が測距可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における近距離センサの構成を示す概略図である。
【図２】本発明の別の実施の形態を示す近距離センサの概略図である。
【図３】本発明の別の実施の形態を示す近距離センサの概略図である。
【図４】周波数特性としきい値の関係を示す概略図である。
【図５】周波数特性に対応する波長と発振および停止の状態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：アンプ
４：分配器
５：発振識別器
６：スイッチ
７：アンプ
８：アンプ
９：スイッチ
１０：測距対象物
１２：バンドパスフィルタ
１３：バンドパスフィルタ
【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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