(57)【要約】【課題】目標物１までの距離が近くても、遠くても測定することができる。しかし、最小探知距離ｘｍｉｎに合わせて掃引信号の帯域幅ｆＷｍａｘを設定しているため、目標物１までの距離が遠くなると、不要な周波数領域まで周波数を掃引することになる。したがって、周波数の掃引時間が長くなるため、測定結果を得るまでに長時間を要する課題があった。【解決手段】距離演算器１７により演算された距離ｘに応じて信号発生器１２から発信される掃引信号の帯域幅を制御する。【選択図】　　　　図１
2004085473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標物に向けて掃引信号を発信する信号発信手段と、上記信号発信手段から発信された掃引信号と上記目標物に反射された掃引信号から為る定在波の振幅を検出する定在波検出手段と、上記定在波検出手段により検出された定在波の振幅が極値を取る上記掃引信号の周波数を検出する周波数検出手段と、上記周波数検出手段により検出された掃引信号の周波数に基づいて上記定在波検出手段から上記目標物までの距離を演算する距離演算手段と、上記距離演算手段により演算された距離に応じて上記信号発信手段から発信される掃引信号の帯域幅を制御する制御手段とを備えた距離測定装置。
【請求項２】
目標物に向けて掃引信号を発信する信号発信手段と、上記信号発信手段から発信された掃引信号と上記目標物に反射された掃引信号から為る定在波の振幅を検出する定在波検出手段と、上記定在波検出手段により検出された定在波の振幅が極値を取る上記掃引信号の周波数を検出する周波数検出手段と、上記周波数検出手段により検出された掃引信号の周波数に基づいて上記定在波検出手段から上記目標物までの距離を演算する距離演算手段と、上記距離演算手段により演算された距離に応じて上記信号発信手段から発信される掃引信号の掃引ステップ幅を制御する制御手段とを備えた距離測定装置。
【請求項３】
目標物に向けて掃引信号を発信する信号発信手段と、上記信号発信手段から発信された掃引信号と上記目標物に反射された掃引信号から為る定在波の振幅を検出する定在波検出手段と、上記定在波検出手段により検出された定在波の振幅が極値を取る上記掃引信号の周波数を検出する周波数検出手段と、上記周波数検出手段により検出された掃引信号の周波数に基づいて上記定在波検出手段から上記目標物までの距離を演算する距離演算手段と、上記距離演算手段により演算された距離に応じて上記信号発信手段から発信される掃引信号の帯域幅を制御するとともに、その掃引信号の掃引ステップ幅を制御する制御手段とを備えた距離測定装置。
【請求項４】
距離演算手段は、周波数検出手段により検出された複数の周波数間の差分周波数を求め、掃引信号の伝搬速度を当該差分周波数で除算して目標物までの距離を演算することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の距離測定装置。
【請求項５】
制御手段は、目標物の停止位置を示す停止位置指令を入力すると、その停止位置を考慮して、掃引信号の帯域幅又は掃引ステップ幅を制御することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の距離測定装置。
【請求項６】
制御手段は、距離演算手段により今回演算された距離と前回演算された距離とを比較して目標物の移動方向を判定し、その移動方向を考慮して、掃引信号の帯域幅又は掃引ステップ幅を制御することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の距離測定装置。
【請求項７】
制御手段は、距離演算手段により今回演算された距離と前回演算された距離とを比較して目標物の移動位置を予測し、その移動位置を考慮して、掃引信号の帯域幅又は掃引ステップ幅を制御することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の距離測定装置。
【請求項８】
距離演算手段は、周波数検出手段が周波数を検出すると、掃引信号の伝搬速度を当該周波数で除算して目標物までの距離を演算することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の距離測定装置。
【請求項９】
距離演算手段は、周波数検出手段により検出された周波数の検出順位を計数し、その検出順位を考慮して目標物までの距離を演算することを特徴とする請求項８記載の距離測定装置。
【請求項１０】
周波数検出手段は、定在波の振幅が極値を取る掃引信号の周波数を検出する代わりに、定在波検出手段の検出結果をフーリエ変換して、極値を取る各掃引信号の周波数間の差分周波数を検出することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、目標物までの距離を測定する距離測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は例えば「信学技報　Ｖｏｌ．１００　Ｎｏ．６９５　Ｐ１６１〜Ｐ１６６」に示された従来の距離測定装置を示す構成図であり、図において、１は目標物、２は周波数を逐次切り替えながら掃引信号を発信する信号発生器、３は信号発生器２から発信された掃引信号を目標物１に向けて送信するとともに、その掃引信号と目標物１に反射された掃引信号から為る定在波を受信するアンテナ、４はアンテナ３により受信された定在波の振幅を検出する定在波検出器、５は信号発生器２から発信される掃引信号の周波数を制御する周波数制御器、６は定在波検出器４により検出された定在波の振幅が極小値を取る掃引信号の周波数ｆを検出し、その周波数ｆに基づいてアンテナ３から目標物１までの距離ｘを演算する距離演算器である。
【０００３】
次に動作について説明する。
アンテナ３から目標物１までの距離を測定する場合、信号発生器２が周波数制御器５の指示の下、周波数を逐次切り替えながら掃引信号を発信する。ただし、周波数制御器５は、目標物１までの距離に応じて信号発生器２から発信される掃引信号の周波数ｆを変更するが、その周波数ｆの帯域幅は目標物１までの距離が変化しても変更することはない。また、周波数を逐次切り替える際の周波数ｆの掃引ステップ幅も常に同一である。
【０００４】
アンテナ３は、信号発生器２から掃引信号を受けると、その掃引信号を目標物１に向けて送信する。
また、アンテナ３は、目標物１に向けて送信した掃引信号と目標物１に反射された掃引信号から為る定在波を受信する。
定在波検出器４は、アンテナ３が定在波を受信すると、その定在波の振幅を検出する。
【０００５】
距離演算器６は、定在波検出器４が定在波の振幅を検出すると、周波数制御器５からその定在波の振幅が極小値になるときの掃引信号の周波数ｆＮ，ｆＮ＋ｋを入力する。ただし、ｆＮはＮ番目に検出した極小値に係る掃引信号の周波数、ｆＮ＋ｋはＮ＋ｋ番目に検出した極小値に係る掃引信号の周波数である。
そして、距離演算器６は、下記に示すように、その掃引信号の周波数ｆＮと周波数ｆＮ＋ｋの周波数差ｆｐを求め、その周波数差ｆｐに基づいてアンテナ３から目標物１までの距離ｘを演算する。
ｆｐ＝ｆＮ＋ｋ−ｆＮ　　　　　　　　　　　　　　（１）
ｘ＝ｋ・ｖ／（２ｆｐ）　　　　　　　　　　　　（２）
ただし、ｖは掃引信号の伝搬速度である。
【０００６】
なお、図１３の距離演算器６における最小探知距離ｘｍｉｎと掃引信号の帯域幅ｆＷｍａｘの間には次のような関係があるため、目標物１までの距離ｘが近くなる程、掃引信号の帯域幅ｆＷｍａｘを広くする必要がある（図１４を参照）。したがって、周波数制御器５は、目標物１までの距離ｘが近くても、遠くても測定することができるようにするため、最小探知距離ｘｍｉｎに合わせて掃引信号の帯域幅ｆＷｍａｘを設定している。
ｆＷｍａｘ＝ｖ／（２ｘｍｉｎ）　　　　　　　　　（３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の距離測定装置は以上のように構成されているので、目標物１までの距離が近くても、遠くても測定することができる。しかし、最小探知距離ｘｍｉｎに合わせて掃引信号の帯域幅ｆＷｍａｘを設定しているため、目標物１までの距離が遠くなると、不要な周波数領域まで周波数を掃引することになる。したがって、周波数の掃引時間が長くなるため、測定結果を得るまでに長時間を要する課題があった。
また、目標物１までの距離が変化しても、周波数を逐次切り替える際の掃引信号の掃引ステップ幅を変更しないため、目標物１までの距離が遠くなる程、分解能が劣化して測定精度が劣化する課題があった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、目標物までの距離に関わらず、迅速かつ高精度に距離を測定することができる距離測定装置を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る距離測定装置は、距離演算手段により演算された距離に応じて信号発信手段から発信される掃引信号の帯域幅を制御するようにしたものである。
【００１０】
この発明に係る距離測定装置は、距離演算手段により演算された距離に応じて信号発信手段から発信される掃引信号の掃引ステップ幅を制御するようにしたものである。
【００１１】
この発明に係る距離測定装置は、距離演算手段により演算された距離に応じて信号発信手段から発信される掃引信号の帯域幅を制御するとともに、その掃引信号の掃引ステップ幅を制御するようにしたものである。
【００１２】
この発明に係る距離測定装置は、周波数検出手段により検出された複数の周波数間の差分周波数を求め、掃引信号の伝搬速度を当該差分周波数で除算して目標物までの距離を演算するようにしたものである。
【００１３】
この発明に係る距離測定装置は、目標物の停止位置を示す停止位置指令を入力すると、その停止位置を考慮して、掃引信号の帯域幅又は掃引ステップ幅を制御するようにしたものである。
【００１４】
この発明に係る距離測定装置は、今回演算された距離と前回演算された距離とを比較して目標物の移動方向を判定し、その移動方向を考慮して、掃引信号の帯域幅又は掃引ステップ幅を制御するようにしたものである。
【００１５】
この発明に係る距離測定装置は、今回演算された距離と前回演算された距離とを比較して目標物の移動位置を予測し、その移動位置を考慮して、掃引信号の帯域幅又は掃引ステップ幅を制御するようにしたものである。
【００１６】
この発明に係る距離測定装置は、周波数検出手段が周波数を検出すると、掃引信号の伝搬速度を当該周波数で除算して目標物までの距離を演算するようにしたものである。
【００１７】
この発明に係る距離測定装置は、周波数検出手段により検出された周波数の検出順位を計数し、その検出順位を考慮して目標物までの距離を演算するようにしたものである。
【００１８】
この発明に係る距離測定装置は、定在波検出手段の検出結果をフーリエ変換して、極値を取る各掃引信号の周波数間の差分周波数を検出するようにしたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による距離測定装置を示す構成図であり、図において、１１は目標物、１２は周波数を逐次切り替えながら目標物１１に向けて掃引信号を発信する信号発生器（信号発信手段）、１３は伝送路である。ただし、伝送路１３は有線でも無線（空中）でもよい。また、目標物１１は伝送路１３や掃引信号の種類に応じて任意に選択することができる。
１４は信号発生器１２から発信された掃引信号と目標物１１に反射された掃引信号から為る定在波の振幅Ａを検出する定在波検出器（定在波検出手段）、１５は定在波検出器１４により検出された定在波の振幅Ａが極小値を取る掃引信号の周波数ｆｉ，ｆｉ＋ｊを検出する極値周波数検出器（周波数検出手段）である。
【００２０】
１６は極値周波数検出器１５により検出された掃引信号の周波数ｆｉと周波数ｆｉ＋ｊ間の差分周波数（以下、再現周波数間隔ｆＷという）を求める再現周波数間隔演算器、１７は掃引信号の伝搬速度ｖを再現周波数間隔ｆＷで除算して目標物１１までの距離ｘを演算する距離演算器である。なお、再現周波数間隔演算器１６及び距離演算器１７から距離演算手段が構成されている。
１８は距離演算器１７により演算された距離ｘに応じて信号発生器１２から発信される掃引信号の帯域幅を制御する帯域幅制御器（制御手段）である。
【００２１】
次に動作について説明する。
定在波検出器１４から目標物１１までの距離を測定する場合、信号発生器１２が周波数を逐次切り替えながら目標物１１に向けて掃引信号を発信する。ただし、信号発生器１２から発信される掃引信号の帯域幅は、帯域幅制御器１８の指示によって設定される。
信号発生器１２から発信された掃引信号は、図１１に示すように、目標物１１により反射されることにより、伝送路１３上に定在波Ｓが発生する。ただし、以下、目標物１１における反射係数Γが“−１”であると仮定して説明を行う。
【００２２】
定在波検出器１４は、信号発生器１２が目標物１１に向けて掃引信号を発信することにより、伝送路１３上に定在波Ｓが発生すると、その定在波の振幅Ａを検出する。
定在波の振幅Ａは、図２に示すように、掃引信号の周波数ｆに対して周期性をもった波形となる。
【００２３】
極値周波数検出器１５は、定在波検出器１４が定在波の振幅Ａを検出すると、その定在波の振幅Ａが極小値を取る掃引信号の周波数ｆｉ，ｆｉ＋ｊを検出する。
ここで、信号発生器１２から発信される掃引信号の周波数がｆｉのとき、伝送路１３上に発生する定在波Ｓの極小値の個数がｉ個であるとすると（図１１を参照）、定在波検出器１４から目標物１１までの距離ｘは次のようになる。
ｘ＝ｉ・ｖ／（２ｆｉ）　　　　　　　　　　　　　　　（４）
同様に、信号発生器１２から発信される掃引信号の周波数がｆｉ＋ｊのとき、伝送路１３上に発生する定在波Ｓの極小値の個数が（ｉ＋ｊ）個であるとすると（図１１を参照）、定在波検出器１４から目標物１１までの距離ｘは次のようになる。
ｘ＝（ｉ＋ｊ）・ｖ／（２ｆｉ＋ｊ）　　　　　　　　　（５）
【００２４】
式（４），（５）からｉを消去すると次のようになり、極小値を取る２つの周波数の差である再現周波数間隔ｆＷと、その間の極小値の個数ｊが分かれば、距離ｘを求めることができることが分かる。
ｘ＝ｊ・ｖ／｛２（ｆｉ＋ｊ−ｆｉ）｝
＝ｊ・ｖ／（２ｆＷ）　　　　　　　　　　　　　　　（６）
【００２５】
再現周波数間隔演算器１６は、極値周波数検出器１５が掃引信号の周波数ｆｉ，ｆｉ＋ｊを検出すると、その周波数ｆｉ＋ｊから周波数ｆｉを減算して、再現周波数間隔ｆＷを演算する。
ｆＷ＝ｆｉ＋ｊ−ｆｉ　　　　　　　　　　　　　（７）
距離演算器１７は、再現周波数間隔演算器１６が再現周波数間隔ｆＷを演算すると、掃引信号の伝搬速度ｖと再現周波数間隔ｆＷを式（６）に代入して、定在波検出器１４から目標物１１までの距離ｘを演算する。
【００２６】
なお、このときの極小値の個数ｊは、図３に示すように、極値周波数検出器１５から周波数がｆｉのときの定在波Ｓの極小値の個数ｉと、周波数がｆｉ＋ｊのときの定在波Ｓの極小値の個数（ｉ＋ｊ）とを入力して、それらの差分である極小値の個数ｊを出力する極値カウンタ１９を設ければ、簡単に得ることができるが、例えば、極値周波数検出器１５が常にｊ＝１となる周波数ｆｉ，ｆｉ＋１を検出するものであれば、極値カウンタ１９は不要である。ただし、ｊ＝１に限る必要はなく、例えば、極値周波数検出器１５が常にｊ＝２となる周波数ｆｉ，ｆｉ＋２を検出するものであってもよい。
【００２７】
帯域幅制御器１８は、距離演算器１７が定在波検出器１４から目標物１１までの距離ｘを演算すると、次回の演算に備えるため、その目標物１１までの距離ｘに応じて信号発生器１２から発信される掃引信号の帯域幅を制御する。
即ち、帯域幅制御器１８は、式（６）から明らかなように、距離ｘが大きくなる程、再現周波数間隔ｆＷが小さくなるため、距離ｘが大きくなる程、例えば、掃引ステップ数を減らして、掃引信号の帯域幅を小さくする。これにより、不要な周波数領域での周波数掃引を回避することができるため、周波数の掃引時間を短くすることができる。
【００２８】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、距離演算器１７により演算された距離ｘに応じて信号発生器１２から発信される掃引信号の帯域幅を制御するように構成したので、目標物１１までの距離に関わらず、迅速に距離を測定することができる効果を奏する。
【００２９】
なお、この実施の形態１では、極値周波数検出器１５が定在波の振幅Ａが極小値を取る掃引信号の周波数ｆｉ，ｆｉ＋ｊを検出するものについて示したが、定在波の振幅Ａが極大値を取る掃引信号の周波数ｆ’ｉ，ｆ’ｉ＋ｊを検出するようにしてもよい。
この場合、定在波検出器１４から目標物１１までの距離ｘは次のようになる。
ｘ＝（ｉ’−１／２）・ｖ／（２ｆ’ｉ）　　　　　　　（８）
ｘ＝（ｉ’＋ｊ’−１／２）・ｖ／（２ｆ’ｉ＋ｊ）　　（９）
以下、同様であるため説明を省略する。
【００３０】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２による距離測定装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
２０は距離演算器１７により演算された距離ｘに応じて信号発生器１２から発信される掃引信号の掃引ステップ幅Δｆ（信号発生器１２が掃引信号の周波数を切り替える際の切替幅）を制御するステップ幅制御器（制御手段）である。
【００３１】
上記実施の形態１では、帯域幅制御器１８が目標物１１までの距離ｘに応じて信号発生器１２から発信される掃引信号の帯域幅を制御し、掃引信号の掃引ステップ幅Δｆは特に変更しないものについて示したが、ステップ幅制御器２０が目標物１１までの距離ｘに応じて信号発生器１２から発信される掃引信号の掃引ステップ幅Δｆを制御するようにしてもよい。
【００３２】
即ち、定在波検出器１４から目標物１１までの距離ｘは、上述したように、式（６）を用いて演算することができるが、距離ｘにおける再現周波数間隔をｆＷ、掃引信号のステップ幅をΔｆとすると、分解能Δｘは次のようになる。
2004085473.tif 000003
ここで、Δｆ＜＜ｆＷであるため、式（１０）は次のようになる。
Δｘ≒ｖ・Δｆ／（２ｆＷ２）　　　　　　　　　　（１１）
【００３３】
したがって、掃引ステップ幅Δｆが一定の場合、再現周波数間隔ｆＷが小さくなる程（距離ｘが大きくなる程）、分解能Δｘが劣化する。よって、常に分解能Δｘを一定にするためには、距離ｘが大きくなるにしたがって掃引ステップ幅Δｆを小さくする必要がある。
この実施の形態２では、ステップ幅制御器２０が、距離演算器１７により演算された距離ｘが変化しても、Δｆ／（２ｆＷ２）が一定になるように掃引ステップ幅Δｆを制御する。
【００３４】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、距離演算器１７により演算された距離ｘに応じて信号発生器１２から発信される掃引信号の掃引ステップ幅Δｆを制御するように構成したので、目標物１１までの距離に関わらず、距離ｘの分解能Δｘが一定になる結果、高精度に距離を測定することができる効果を奏する。
【００３５】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、帯域幅制御器１８が目標物１１までの距離ｘに応じて信号発生器１２から発信される掃引信号の帯域幅を制御し、上記実施の形態２では、ステップ幅制御器２０が目標物１１までの距離ｘに応じて信号発生器１２から発信される掃引信号の掃引ステップ幅Δｆを制御するものについて示したが、図５に示すように、帯域幅制御器１８とステップ幅制御器２０の双方を搭載して、信号発生器１２から発信される掃引信号の帯域幅と掃引ステップ幅Δｆの両方を制御するようにしてもよい。
これにより、目標物１１までの距離に関わらず、迅速かつ高精度に距離を測定することができる効果を奏する。
【００３６】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４による距離測定装置を示す構成図であり、図において、図５と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
２１は目標物１１の停止位置を示す停止位置指令を出力する停止位置指令器である。なお、停止位置指令器２１は、例えば、目標物１１が工作機械のアームに相当する場合、そのアームを目標位置に停止させる位置決め制御を実施する際、そのアームの目標位置を示す停止位置指令を工作機械に出力する制御回路に該当し、その停止位置指令を帯域幅制御器１８及びステップ幅制御器２０にも出力するようにしている。
【００３７】
上記実施の形態１〜３では、帯域幅制御器１８及びステップ幅制御器２０が距離演算器１７により演算された距離ｘに応じて掃引信号の帯域幅や掃引ステップ幅Δｆを制御するものについて示したが、例えば、距離演算器１７の演算結果が出力されていない初期段階では、帯域幅制御器１８及びステップ幅制御器２０が停止位置指令器２１から出力される停止位置指令を入力し、その停止位置指令が示す目標物１１の停止位置に応じて掃引信号の帯域幅や掃引ステップ幅Δｆを制御するようにしてもよい。
【００３８】
上記実施の形態１〜３の場合、距離演算器１７の演算結果が出力されていない初期段階では、掃引信号の帯域幅や掃引ステップ幅Δｆを予め用意されている初期値に設定する必要があるが、この実施の形態４では、目標物１１の停止位置を示す停止位置指令を入力するようにしているので、距離演算器１７の演算結果が出力されていない初期段階でも、目標物１１までの概略の距離ｘを把握することができる。
したがって、掃引信号の帯域幅や掃引ステップ幅Δｆを初期値に設定する場合よりも、掃引信号の帯域幅や掃引ステップ幅Δｆを適正化することができる。
この実施の形態４によれば、初期段階から高精度に距離を測定することができる効果を奏する。
【００３９】
なお、この実施の形態４では、距離演算器１７の演算結果が出力されていない初期段階では、帯域幅制御器１８及びステップ幅制御器２０が停止位置指令器２１から出力される停止位置指令にしたがって掃引信号の帯域幅や掃引ステップ幅Δｆを制御し、距離演算器１７から演算結果である距離ｘを受けると、以後、その距離ｘに応じて掃引信号の帯域幅や掃引ステップ幅Δｆを制御することを想定しているが、距離演算器１７の演算結果が出力されていない初期段階以外のときも、停止位置指令器２１から出力される停止位置指令にしたがって掃引信号の帯域幅や掃引ステップ幅Δｆを制御するようにしてもよい。
【００４０】
実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５による距離測定装置を示す構成図であり、図において、図５と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
２２は距離演算器１７により今回演算された距離ｘ１と前回演算された距離ｘ０とを比較して、目標物１１の移動方向を判定する距離比較器（制御手段）である。
【００４１】
上記実施の形態１〜３では、帯域幅制御器１８及びステップ幅制御器２０が距離演算器１７により演算された距離ｘに応じて掃引信号の帯域幅や掃引ステップ幅Δｆを制御するものについて示したが、目標物１１が絶えず移動しているような場合、定在波検出器１４が定在波の振幅Ａを検出してから、距離演算器１７が距離ｘを演算するまでの間も移動することが考えられるので、迅速かつ高精度に距離を測定するために制御した掃引信号の帯域幅や掃引ステップ幅Δｆが最適値でなくなることが起こり得る。
【００４２】
そこで、この実施の形態５では、距離比較器２２が距離演算器１７により今回演算された距離ｘ１と前回演算された距離ｘ０とを比較して、目標物１１の移動方向を判定し、帯域幅制御器１８及びステップ幅制御器２０が、目標物１１の移動方向を考慮して、掃引信号の帯域幅や掃引ステップ幅Δｆを制御するようにする。
【００４３】
具体的には、目標物１１の移動方向が定在波検出器１４から遠ざかる方向にある場合には、距離比較器２２が距離演算器１７により演算された距離ｘ１に対して所定の設定値を加算し、帯域幅制御器１８及びステップ幅制御器２０が、その加算結果に応じて掃引信号の帯域幅や掃引ステップ幅Δｆを制御するようにする。
一方、目標物１１の移動方向が定在波検出器１４に近づく方向にある場合には、距離比較器２２が距離演算器１７により演算された距離ｘ１から所定の設定値を減算し、帯域幅制御器１８及びステップ幅制御器２０が、その減算結果に応じて掃引信号の帯域幅や掃引ステップ幅Δｆを制御するようにする。
これにより、目標物１１が絶えず移動しているような場合でも、迅速かつ高精度に距離を測定することができる効果を奏する。
【００４４】
実施の形態６．
上記実施の形態５では、距離演算器１７により今回演算された距離ｘ１と前回演算された距離ｘ０とを比較して目標物１１の移動方向を判定し、その移動方向を考慮して、掃引信号の帯域幅や掃引ステップ幅Δｆを制御するものについて示したが、距離演算器１７により今回演算された距離ｘ１と前回演算された距離ｘ０とを比較して目標物１１の移動位置を予測し、その移動位置を考慮して、掃引信号の帯域幅や掃引ステップ幅Δｆを制御するようにしてもよい。
【００４５】
具体的には、距離比較器２２が距離演算器１７により今回演算された距離ｘ１と前回演算された距離ｘ０から移動距離ｘ０−ｘ１を計算するとともに、前回演算時ｔ０と今回演算時ｔ１の時間差ｔ０−ｔ１を計算する。
そして、距離比較器２２は、その移動距離ｘ０−ｘ１を時間差ｔ０−ｔ１で除算して、目標物１１の移動速度ｅを計算する。
ｅ＝（ｘ０−ｘ１）／（ｔ０−ｔ１）　　　　　　　　　（１２）
距離比較器２２は、上記のようにして、目標物１１の移動速度ｅを計算すると、定在波検出器１４が定在波の振幅Ａを検出してから、距離演算器１７が距離ｘを演算するまでに要する時間Ｔと、目標物１１の移動速度ｅと、距離演算器１７により今回演算された距離ｘ１とから目標物１１の移動位置ｘ２を予測する。
ｘ２＝ｘ１＋ｅ・Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　（１３）
【００４６】
帯域幅制御器１８及びステップ幅制御器２０は、距離比較器２２が目標物１１の移動位置ｘ２を予測すると、その移動位置ｘ２に応じて掃引信号の帯域幅や掃引ステップ幅Δｆを制御するようにする。
これにより、目標物１１が絶えず移動しているような場合でも、迅速かつ高精度に距離を測定することができる効果を奏する。
【００４７】
実施の形態７．
図８はこの発明の実施の形態７による距離測定装置を示す構成図であり、図において、図４と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
２３は極値周波数検出器１５が定在波の振幅Ａが極小値（または極大値）を取る掃引信号の周波数ｆｍｉｎ（またはｆｍａｘ）を検出すると、掃引信号の伝搬速度ｖを周波数ｆｍｉｎ（またはｆｍａｘ）で除算して目標物１１までの距離ｘを演算する距離演算器（距離演算手段）である。
【００４８】
上記実施の形態１〜６では、再現周波数間隔演算器１６が極値周波数検出器１５により検出された周波数ｆｉ，ｆｉ＋ｊから再現周波数間隔ｆＷを求め、距離演算器１７が掃引信号の伝搬速度ｖを再現周波数間隔ｆＷで除算して目標物１１までの距離ｘを演算するものについて示したが、極値周波数検出器１５が定在波の振幅Ａが極小値（または極大値）を取る掃引信号の周波数ｆｍｉｎ（またはｆｍａｘ）を検出すると、距離演算器２３が掃引信号の伝搬速度ｖを周波数ｆｍｉｎ（またはｆｍａｘ）で除算して目標物１１までの距離ｘを演算するようにしてもよい。
【００４９】
即ち、この実施の形態７では、再現周波数間隔演算器１６を搭載せず、下記に示すように、定在波の振幅Ａが極小値（または極大値）を取る掃引信号の周波数ｆｍｉｎ（またはｆｍａｘ）に基づいて目標物１１までの距離ｘを演算する（図９を参照）。
ｘ＝ｖ／（２ｆｍｉｎ）　　　　　　　　　　　　（１４）
ｘ＝ｖ／（４ｆｍａｘ）　　　　　　　　　　　　（１５）
【００５０】
ここで、例えば、掃引信号の伝搬速度ｖが３×１０８ｍ／ｓ、距離ｘの測定範囲が１ｃｍ＜ｘ＜２ｃｍであるとすると、測定に必要な周波数ｆｍｉｎの帯域幅は７．５ＧＨｚとなる。また、測定に必要な周波数ｆｍａｘの帯域幅は３．７５ＧＨｚとなる。
７．５ＧＨｚ＜ｆｍｉｎ＜１５ＧＨｚ
３．７５ＧＨｚ＜ｆｍａｘ＜７．５ＧＨｚ
同様の条件により、上記実施の形態１の式（４）に当て嵌めると、測定に必要な再現周波数間隔ｆＷは７．５ＧＨｚから１５ＧＨｚの範囲となる。
７．５ＧＨｚ＜ｆＷ＜１５ＧＨｚ
【００５１】
ただし、上記実施の形態１〜６では、少なくとも極小値（または極大値）となる周波数を２つ見つけなければ、再現周波数間隔ｆＷを求めることができないため、測定に必要な周波数ｆの帯域幅は３０ＧＨｚとなる。即ち、距離ｘの測定範囲の下限値である１ｃｍに着目すると、その下限値に対応する再現周波数間隔ｆＷの上限値（＝１５ＧＨｚ）において、±１５ＧＨｚの帯域幅が必要となるので、測定に必要な周波数ｆの帯域幅は３０ＧＨｚとなる。
したがって、この実施の形態７によれば、定在波の振幅Ａが極小値を取る掃引信号の周波数ｆｍｉｎを検出する場合、上記実施の形態１〜６よりも、掃引信号の帯域幅を１／４にすることができるため、掃引時間を短縮することができる。なお、定在波の振幅Ａが極大値を取る掃引信号の周波数ｆｍａｘを検出する場合には、上記実施の形態１〜６よりも、掃引信号の帯域幅を１／８にすることができる。
【００５２】
また、距離ｘの分解能Δｘについて考えると、信号発生器１２の掃引開始周波数をｆ０、掃引ステップ幅をΔｆ、ステップ数をｎとすると、信号発生器１２の駆動周波数ｆｎは、次のように表される。
ｆｎ＝ｆ０＋Δｆ・（ｎ−１）　　　　　　　　　　　　（１６）
駆動周波数ｆｎにおいて、振幅Ａが極小値（または極大値）となる距離をｘｎとすると、分解能Δｘは次のように表される。
2004085473.tif 000004
【００５３】
式（１７）において、ｆ０＞＞Δｆとすると、式（１７）は次のように表される。
Δｘ≒ｖ／｛２・Δｆ（ｎ＋ｆ０／Δｆ）２｝　　（１８）
式（１８）は、掃引ステップ数ｎの値が小さい程、分解能Δｘが粗いことを示している。
したがって、この実施の形態７におけるステップ幅制御器２０は、分解能Δｘが一定になるように、ステップ数ｎの値に応じて掃引ステップ幅Δｆを変化させる。
【００５４】
例えば、総ステップ数が１００、ｎ＝１，２，・・・，１００のときの掃引ステップ幅がΔｆ１，Δｆ２，・・・，Δｆ１００であるときは、１＋ｆ０／Δｆ１＝２＋ｆ０／Δｆ２＝・・・＝ｎ＋ｆ０／Δｆｎとなれば、式（１８）の右辺は一定値となる。
また、式（１８）の右辺を一定値にするために、例えば、ステップ幅制御器２０のステップ幅を次のようにすれば、一定の分解能にて測定が可能となる。
2004085473.tif 000005
【００５５】
以上で明らかなように、この実施の形態７によれば、極値周波数検出器１５が定在波の振幅Ａが極小値（または極大値）を取る掃引信号の周波数ｆｍｉｎ（またはｆｍａｘ）を検出すると、距離演算器２３が掃引信号の伝搬速度ｖを周波数ｆｍｉｎ（またはｆｍａｘ）で除算して目標物１１までの距離ｘを演算するように構成したので、上記実施の形態１〜６よりも迅速に距離を測定することができる効果を奏する。
【００５６】
なお、この実施の形態７では、ステップ幅制御器２０が目標物１１までの距離ｘに応じて信号発生器１２から発信される掃引信号の掃引ステップ幅Δｆを制御するものについて示したが、帯域幅制御器１８が目標物１１までの距離ｘに応じて信号発生器１２から発信される掃引信号の帯域幅を制御するようにしてもよい。
【００５７】
実施の形態８．
図１０はこの発明の実施の形態８による距離測定装置を示す構成図であり、図において、図８と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
２４は極値周波数検出器１５により検出された周波数ｆｍｉｎ（またはｆｍａｘ）の検出順位を計数する極値カウンタ（距離演算手段）である。
【００５８】
上記実施の形態７では、特に言及していないが、信号発生器１２は、通常、周波数ｆを一番低い状態から除々に高くしていくため、極値周波数検出器１５は、定在波の振幅Ａが極小値（または極大値）を取る複数の周波数のうち、最も周波数が低い周波数ｆｍｉｎ（またはｆｍａｘ）を検出する。
しかし、周波数が低い周波数ｆｍｉｎ（またはｆｍａｘ）よりも、周波数が高い周波数ｆｍｉｎ（またはｆｍａｘ）の方が、図９に示すように、振幅Ａの極小値（または極大値）の検出点が急峻になり、検出精度が向上すると考えられる。
【００５９】
そこで、この実施の形態８では、極値カウンタ２４が極値周波数検出器１５により検出された周波数ｆｍｉｎ（またはｆｍａｘ）の検出順位ｍを計数し、その検出順位ｍを考慮して目標物１１までの距離ｘを演算する。
ｘ＝ｍ・ｖ／（２ｆｍｉｎ）　　　　　　　　（１９）
ｘ＝（ｍ−１／２）・ｖ／（２ｆｍａｘ）　　（２０）
以下、上記実施の形態７と同様であるため説明を省略する。
この実施の形態８によれば、上記実施の形態７よりも、距離の測定精度を高めることができる効果を奏する。
【００６０】
実施の形態９．
図１２はこの発明の実施の形態９による距離測定装置を示す構成図であり、図において、図８と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
２５は定在波検出部１４の検出結果をフーリエ変換して、再現周波数間隔ｆＷを検出するフーリエ変換器（周波数検出手段）である。
【００６１】
上記実施の形態１〜６では、極値周波数検出器１５が定在波検出器１４により検出された定在波の振幅Ａが極小値を取る掃引信号の周波数ｆｉ，ｆｉ＋ｊを検出し、再現周波数間隔演算器１６が掃引信号の周波数ｆｉ，ｆｉ＋ｊから再現周波数間隔ｆＷを求めるものについて示したが、フーリエ変換器２５が定在波検出部１４の検出結果をフーリエ変換して、再現周波数間隔ｆＷを検出するようにしてもよい。
【００６２】
具体的には、フーリエ変換器２５は、定在波検出部１４の検出結果をフーリエ変換して定在波の振幅Ａのスペクトルを解析すると特徴的な周波数が現われ、その特徴的な周波数が再現周波数間隔ｆＷに相当するので、その特徴的な周波数を距離演算器２３に出力するようにする。
これにより、迅速かつ高精度に再現周波数間隔ｆＷを検出することができるとともに、目標物１１を複数設けた場合においても、同時に複数の目標物による定在波の特徴的な周波数を求めることが可能となる。
【００６３】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、距離演算手段により演算された距離に応じて信号発信手段から発信される掃引信号の帯域幅を制御するように構成したので、目標物までの距離に関わらず、迅速に距離を測定することができる効果がある。
【００６４】
この発明によれば、距離演算手段により演算された距離に応じて信号発信手段から発信される掃引信号の掃引ステップ幅を制御するように構成したので、目標物までの距離に関わらず、高精度に距離を測定することができる効果がある。
【００６５】
この発明によれば、距離演算手段により演算された距離に応じて信号発信手段から発信される掃引信号の帯域幅を制御するとともに、その掃引信号の掃引ステップ幅を制御するように構成したので、目標物までの距離に関わらず、迅速かつ高精度に距離を測定することができる効果がある。
【００６６】
この発明によれば、周波数検出手段により検出された複数の周波数間の差分周波数を求め、掃引信号の伝搬速度を当該差分周波数で除算して目標物までの距離を演算するように構成したので、構成の複雑化を招くことなく、高精度に目標物までの距離を演算することができる効果がある。
【００６７】
この発明によれば、目標物の停止位置を示す停止位置指令を入力すると、その停止位置を考慮して、掃引信号の帯域幅又は掃引ステップ幅を制御するように構成したので、停止位置付近を高精度に距離を測定することができる効果がある。
【００６８】
この発明によれば、今回演算された距離と前回演算された距離とを比較して目標物の移動方向を判定し、その移動方向を考慮して、掃引信号の帯域幅又は掃引ステップ幅を制御するように構成したので、目標物が絶えず移動しているような場合でも、迅速かつ高精度に距離を測定することができる効果がある。
【００６９】
この発明によれば、今回演算された距離と前回演算された距離とを比較して目標物の移動位置を予測し、その移動位置を考慮して、掃引信号の帯域幅又は掃引ステップ幅を制御するように構成したので、目標物が絶えず移動しているような場合でも、迅速かつ高精度に距離を測定することができる効果がある。
【００７０】
この発明によれば、周波数検出手段が周波数を検出すると、掃引信号の伝搬速度を当該周波数で除算して目標物までの距離を演算するように構成したので、更に迅速に距離を測定することができる効果がある。
【００７１】
この発明によれば、周波数検出手段により検出された周波数の検出順位を計数し、その検出順位を考慮して目標物までの距離を演算するように構成したので、更に距離の測定精度を高めることができる効果がある。
【００７２】
この発明によれば、定在波検出手段の検出結果をフーリエ変換して、極値を取る各掃引信号の周波数間の差分周波数を検出するように構成したので、複数の目標物までの距離を迅速かつ高精度に測定することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による距離測定装置を示す構成図である。
【図２】定在波の振幅を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１による距離測定装置を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２による距離測定装置を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３による距離測定装置を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態４による距離測定装置を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態５による距離測定装置を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態７による距離測定装置を示す構成図である。
【図９】定在波の振幅を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態８による距離測定装置を示す構成図である。
【図１１】伝送路上に発生する定在波を示す説明図である。
【図１２】この発明の実施の形態９による距離測定装置を示す構成図である。
【図１３】従来の距離測定装置を示す構成図である。
【図１４】目標物までの距離と掃引信号の帯域幅の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１１　目標物、１２　信号発生器（信号発信手段）、１３　伝送路、１４　定在波検出器（定在波検出手段）、１５　極値周波数検出器（周波数検出手段）、１６　再現周波数間隔演算器（距離演算手段）、１７　距離演算器（距離演算手段）、１８　帯域幅制御器（制御手段）、１９　極値カウンタ、２０　ステップ幅制御器（制御手段）、２１　停止位置指令器、２２　距離比較器（制御手段）、２３　距離演算器（距離演算手段）、２４　極値カウンタ（距離演算手段）、２５　フーリエ変換器（周波数検出手段）。
【図１】
2004085473.tif 000006
【図２】
2004085473.tif 000007
【図３】
2004085473.tif 000008
【図４】
2004085473.tif 000009
【図５】
2004085473.tif 000010
【図６】
2004085473.tif 000011
【図７】
2004085473.tif 000012
【図８】
2004085473.tif 000013
【図９】
2004085473.tif 000014
【図１０】
2004085473.tif 000015
【図１１】
2004085473.tif 000016
【図１２】
2004085473.tif 000017
【図１３】
2004085473.tif 000018
【図１４】
2004085473.tif 000019