(57)【要約】【課題】静止した対象物の測距が可能である距離センサを提供すること。【解決手段】信号発生手段と、信号発生手段の信号を所定の周波数範囲に変化するように信号を生成する信号掃引手段と、信号掃引手段の信号を電磁波として測距対象物に放射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、信号掃引手段の信号と波動送受信手段の信号を混合する混合器とを有し、波動送信手段と波動受信手段は一体に形成するとともに、信号掃引手段の信号周波数と前記波動受信手段から前記混合器に入力する信号周波数の差を比較することで波動受信手段と測距対象物との距離を算出するように構成した。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号発生手段と、該信号発生手段の信号を所定の周波数範囲に変化するように信号を生成する信号掃引手段と、該信号掃引手段の信号を電磁波として測距対象物に放射する波動送信手段と、前記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、前記信号掃引手段の信号と前記波動送受信手段の信号を混合する混合器とを有し、前記波動送信手段と前記波動受信手段は一体であり、前記信号掃引手段の信号周波数と前記波動受信手段から前記混合器に入力する信号周波数の差を比較することで前記波動受信手段と前記測距対象物との距離を算出すること、を特徴とする周波数掃引式距離センサ。
【請求項２】
前記信号掃引手段は電圧制御発振器であり、前記信号発生手段の規則的に変化する信号によって前記電圧制御発振器の信号の周波数が変換されること、を特徴とする請求項１に記載の周波数掃引式距離センサ。
【請求項３】
前記信号発生手段の信号は三角波、のこぎり波あるいは正弦波であること、を特徴とする請求項２に記載の周波数掃引式距離センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送信周波数を変調させて測距を行なう周波数掃引式距離センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
物体を検知する方法のひとつに連続波を使用したＣＷレーダがある。このＣＷレーダは連続波を使用して送信するレーダであり、目標からのドップラーシフトにより周波数シフトした反射連続波信号を検出する構成となっている。たとえば上記ＣＷレーダを応用した図３に示すような構成においては、発振器の周波数を変調して送信アンテナから外部に発射し、一方、目標物から反射された受信信号は距離による時間遅れと、相対速度に相当する周波数偏移を検出する。
【０００３】
【非特許文献１】
吉田  孝監修「改訂レーダ技術」電子情報通信学会編、（第２７３−
２７５頁参照）
【０００４】
【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。上記ＣＷレーダのようにドップラ効果を利用する距離センサの場合、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。また、図３に記載されている従来技術の場合、送信信号と受信信号に同一の搬送波を使用しており、回路設計上では図示のように方向性結合器で電気的に信号が分離されているが、実際の回路においてはこの両信号の干渉を防ぐことが困難となる。そのためＳ／Ｎを改善するために両信号の回路をできるだけ離して設計するなどしてクロストークを改善している。そのために回路が不要に大型になる。さらに車両などに上記距離センサを応用する場合、センサの小型化が要求されるが、回路が複雑となり高価になってしまう。
【０００５】
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、ドップラ効果を利用するセンサの欠点である測距対象物が停止している場合でも検出が可能であり、かつ安価な構成で信号の取り込みが可能となる距離センサを提供することを技術的課題とする。
【０００６】
【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、信号発生手段と、信号発生手段の信号を所定の周波数範囲に変化するように信号を生成する信号掃引手段と、信号掃引手段の信号を電磁波として測距対象物に放射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、信号掃引手段の信号と波動送受信手段の信号を混合する混合器とを有し、波動送信手段と波動受信手段は一体であり、信号掃引手段の信号周波数と前記波動受信手段から前記混合器に入力する信号周波数の差を比較することで波動受信手段と測距対象物との距離を算出するように構成したことである。
【０００７】
上記した手段によれば、波動送信手段と波動受信手段は一体に形成する。そして混合器に入力する信号掃引手段の信号周波数と、波動受信手段から混合器に入力する信号周波数の差を比較し演算することで、波動受信手段と測距対象物との距離を算出することができる。このように構成すれば、近距離において極めて短時間の送信信号と受信信号との遅延時間を検出するために、高価な検出回路を必要とした従来の方法と比較しても、両信号の周波数の変化のみを検出する方法で同様の機能を達成できるので、簡略な回路で距離センサを構成できる。そして、処理速度の遅い演算処理回路を用いても距離センサを実現可能となるのでコストダウンすることが可能となる。
【０００８】
さらに請求項１に加えて講じた技術的手段は、信号掃引手段は電圧制御発振器であり、信号発生手段の規則的に変化する信号によって電圧制御発振器の信号の周波数が変換されるようにする。そして信号発生手段の信号は、三角波、のこぎり波あるいは正弦波を用いたことである。
【０００９】
上記したように信号掃引手段は規則的に変化する信号を使用して掃引されるように構成するので、掃引される信号の周波数変化を規則的に認識でき、距離情報を算出することが可能となる。
【００１０】
【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、送受信を兼ねるアンテナ１は混合器２の入出力端子に接続されており、混合器２の入力端子には信号発生器４と接続された電圧制御発振器３が接続されている。また、混合器２の出力端子にはフィルタ５が接続されて、その回路上後段にはアンプ６に周波数抽出器７が接続されている。
【００１１】
つぎに図１の回路における動作について説明する。以下の説明においては、搬送波発生器４で発生する信号は、三角波、のこぎり波、および正弦波であり周期的に変化する信号であるので、時間関数として線形または三角関数を用いて数式で表現できるので、代表して三角波で説明をおこなう。
【００１２】
図示しない基準信号は、搬送波発生器４で発生した三角波の搬送波により電圧制御発振器３を経てその入力電圧に見合う周波数に変調されて、アンテナ１から送信される。このアンテナ１から発せられた電磁波は測距対象物１０で反射し、ふたたびアンテナ１に戻る。混合器２ではこのアンテナ１に戻った信号と電圧制御発振器３を経て変調され送信される前の信号が混合される。この混合された信号をフィルタ５を通して高調波や低周波ノイズを除去する。ここで使用するフィルタ５は、その後の信号処理が容易となるように、必要とされる周波数範囲のみの信号成分が分離できるように周波数帯域が設定される。フィルタ５を経た信号は、そののち、必要に応じてアンプ６で増幅される。そして増幅された信号はコンピュタなどで構成される周波数抽出器７で周波数が検出される。
【００１３】
図２には変調される基準信号の時間による変化の様子、およびアンテナ１から送信される送信周波数と測距対象物で反射してふたたびアンテナ５に戻る反射周波数の様子を示す。図示されるように、送信周波数は一定の周期で周波数が変化している。そして、測距対象物で反射した反射周波数は、ある時間においては、発振周波数に対してΔｆだけ変化している。
【００１４】
周波数抽出器７ではこのΔｆに相当する信号が検出される。この送信周波数と反射周波数の変化であるΔｆは、基準信号の時間的な変位と相関を有するので算出できる。図１における測距対象物１０とアンテナ１間の距離Ｌは、回路上の遅延時間を除外すれば、アンテナ１から送信された電磁波がふたたびアンテナ１に戻る時間をΔｔとして、Ｌ＝ｃ＊Δｔ／２で算出できる。このとき、ｃは光速である。
【００１５】
測距対象物１０が静止している場合の測距においては、所定の時間において搬送波発生器の基準信号に矩形波を出力させる。このとき発振周波数と反射周波数の周波数の差はゼロもしくは最大周波数変位となるので、測距対象物が停止しているかどうかを判別できる。
【００１６】
【発明の効果】
以上本発明によれば、ひとつのアンテナで送信信号と測距対象物で反射した受信信号を送受信する。そして混合器に入力する信号掃引手段の信号周波数と、アンテナから混合器に入力する信号周波数の差を比較し演算することで、アンテナと測距対象物との距離を算出することができる。従来技術の場合、近距離においては送信信号と受信信号との遅延時間を検出するために、極めて短時間を計測するための高価な検出回路を必要としたが、本発明においては、送信信号と受信信号の周波数の変化（差）のみを検出する方法で同様の機能を達成できるので、距離センサが簡略な回路で構成できる。そして処理速度の遅い演算処理回路を用いても距離センサを実現可能となるのでコストダウンすることが可能となる。そして、上記距離の算出が容易となるように、規則的に変化する、たとえば、三角波、のこぎり波あるいは正弦波の信号によって掃引されるよう構成すれば、周波数変化を規則的に認識でき、距離情報を算出することが可能となる。
【００１７】
以上の結果、距離センサの回路を簡略化し小型化が可能となるので、コストダウンが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における距離センサの構成を示す概略図である。
【図２】送受信信号の周波数と時間との関係を示す概略図である。
【図３】従来技術におけるの距離センサの構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１：アンテナ（波動送信手段、波動受信手段）
２：混合器
３：電圧制御発振器（信号掃引手段）
４：搬送波発生器（信号発生手段）
５：フィルタ
６：アンプ
７：周波数抽出器
１０：測距対象物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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