(57)【要約】【課題】安価な構成で対象物となる物体までの距離を測定できる近距離センサを提供すること。【解決手段】搬送波およびＡＭ変調波を混合する混合器と、混合器の出力信号を送信波として送信する波動送信手段と、物体で反射した送信波の反射波を受信する波動受信手段とを備え、混合器は波動受信手段で受信された反射波を混合するとともに復調手段が接続されることで、復調手段は反射波の強度変化から物体までの距離を推定する。【選択図】  図１
2005156442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送波およびＡＭ変調波を混合する混合器と、該混合器の出力信号を送信波として送信する波動送信手段と、物体で反射した前記送信波の反射波を受信する波動受信手段とを備え、前記混合器を介して前記波動受信手段で受信された前記反射波が復調手段に入力されることにより、該復調手段は前記反射波の強度変化から前記物体までの距離を推定することを特徴とする近距離センサ。
【請求項２】
前記復調手段は前記反射波の強度変化の周波数に応じた信号を出力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】
前記物体が動体であるとき、前記反射波のドップラーシフトの周波数が前記復調手段で前記信号の変動成分として計測可能であ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】
前記復調手段は前記反射波の強度変化の定期的な振幅変化を検出して前記動体の移動方向を推定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５】
前記反射波の強度変化および前記物体の電波反射係数の平均値によって算出される電界強度から前記物体までの距離を算出することを特徴とする請求項４に記載の近距離センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は近距離状態で対象物を検知する近距離センサに関するものであり、特に使用周波数が０．３ＧＨｚ〜３００ＧＨｚのマイクロ波を使用して電磁波空間の変化を検出する近距離センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロ波等の電磁波あるいは音波を用いて高速、高い測距分解能で、物体（測距対象物）までの相対距離を測定する相対距離測定装置が提案されている。（例えば、特許文献１の図２）
この特許文献１に示される相対距離測定装置においては、測距対象となる経路に沿って、１００ＭＨｚ以上のマイクロ波を放射し、そのマイクロ波の受信信号と送信信号との混合を行い、マイクロ波伝播距離に応じた周波数と位相を持つビート信号Ｅ１をミキサ２６から出力する。ビート信号Ｅ１と、所定距離に応じた周波数を持つ直交する２つのリファレンス信号との掛算・総和をそれぞれ行い、２つの総和の比を求め、その比から、ビート信号Ｅ１の位相に対応する信号を求める。そして、この位相に対応する信号の時間的または空間的変化を対象距離の時間的変化量または空間的変化を対象距離の時間的変化量または空間的変化量に換算する内容が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−４７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載されている従来技術の場合、ＦＭ−ＣＷ方式の掃引周波数を１．５ＧＨｚ、掃引周波数を３ｍｓにすれば、１０ｍ以下の近距離でもビート周期により距離を推定できる。しかし、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るので、信号処理回路の高速化が要求されて構成も複雑になり、ひいては測距装置が高価になる。
【０００４】
よって、本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、安価な構成で対象物となる物体までの距離を測定できる近距離センサを提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために講じた技術的手段は、搬送波およびＡＭ変調波を混合する混合器と、該混合器の出力信号を送信波として送信する波動送信手段と、物体で反射した前記送信波の反射波を受信する波動受信手段とを備え、前記混合器を介して前記波動受信手段で受信された前記反射波が復調手段に入力されることにより、該復調手段は前記反射波の強度変化から前記物体までの距離を推定することである。
【０００６】
また、上記の課題を解決するために講じた第２の技術的手段は、復調手段は反射波の強度変化に応じた信号を出力するように構成することである。
【０００７】
さらに上記の課題を解決するために講じた第３の技術的手段は、物体が動体であるとき、反射波のドップラーシフトの周波数が復調手段で信号の変動成分として計測可能であるように構成することである。
【０００８】
そして上記の課題を解決するために講じた第４の技術的手段は、復調手段は反射波の強度変化の定期的な振幅変化を検出して動体の移動方向を推定することである。
【０００９】
上記の課題を解決するために講じた第５の技術的手段は、反射波の強度変化および物体の電波反射係数の平均値によって算出される電界強度から物体までの距離を算出することである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載した発明によれば、搬送波およびＡＭ変調波が混合される混合器は、物体（測距対象物）で反射した反射波も混合される構成となっている。そして、混合されたそれぞれの信号が、干渉された信号として復調手段に伝送される。ここで復調手段に入力される反射波の信号は、物体までの距離に関連する情報を有しており、その強度は物体までの距離に対応している。そこで復調手段で
入力信号の電界強度変化を検出することで、物体までの距離が測距可能となる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明によれば、具体的には、上記干渉された信号のひとつである反射波の強度は物体までの距離に関連するので、復調手段では、その反射波の強度変化の周波数に応じた信号として信号の出力として捉えることで、任意の測距距離が推定可能となる。
【００１２】
さらに請求項３に記載の発明によれば、物体が動体であるとき、近距離センサに戻る反射波には、物体の動きによって生じるドップラーシフトの周波数成分が重畳されている。このとき、復調手段で反射波を復調し、この復調される信号をフィルターで所定の周波数のみ通過することで、ＡＭ変調波や搬送波よりも低い周波数成分となり、単純に強度のみの変化値や強度変化を取り出すことができる。この強度変化には、物体の動きによって生じるドップラーシフトの周波数成分が含まれるので、この変動成分を取り出すことで物体の動きおよび物体までの測距距離を推定する。
【００１３】
さらに請求項４に記載の発明によれば、搬送波およびＡＭ変調波の合成によって、定期的に反射波の振幅変化が生じる。その振幅変化は、搬送波の周波数の半波長に対応する強度変化となって現れる。さらに、ＡＭ変調波の信号も同様に周波数の振幅の強度変化として現わす事ができる。このとき、物体が近距離センサに近づくと、この強度変化による振幅値に変動が生じ、今までの振幅値よりも大きな振幅値に変化する。そして、物体が近距離センサから遠ざかると、この振幅値は今までの振幅値よりも小さくなるので、物体が近距離センサに近づいたかどうかを判別できる。
【００１４】
請求項５に記載の発明によれば、反射波の経時的な電界の強度変化を取ると、その強度変化の現れる振幅値の増大の繰り返しは、搬送波の半波長を通過した距離となっている。しかして、ある所定時間における反射波の振幅値の時間的変化を計測すれば、物体の移動速度を検出することができる。又、予め測距対象となる物体の送信波の反射係数が判っていれば、物体の相対的な動きを知ることが可能となる。その結果、物体までの絶対距離を測定することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１実施例）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本発明の近距離センサは、電磁波を用いて測距対象物（物体）を測距するものであり、使用する周波数は特定しないが、たとえば使用周波数が０．３ＧＨｚ〜３００ＧＨｚのマイクロ波帯域の周波数を用いる。
【００１６】
図１に示すように、本発明の近距離センサＤＳは、搬送波信号を生成する発振器ＣＯＳＣと変調波信号を発生する発振器ＭＯＳＣが、ミキサＭＩＸに接続されている。このミキサＭＩＸには、送受信を兼ねるアンテナＡＮＴが接続されており、アンテナＡＮＴから送信された送信波が測距対象物Ｔで反射した後、再びアンテナＡＮＴで受信した反射波が入力されるようになっている。
【００１７】
そしてミキサＭＩＸの出力側は、所定の周波数帯域の信号のみを透過するように、帯域フィルタＢＰＦが接続されている。さらに、帯域フィルタＢＰＦの出力側には、復調器ＤＭ及び復調された信号を処理するための信号処理回路ＳＰが接続されている。
【００１８】
上記した搬送波信号を生成する発振器ＣＯＳＣでは、たとえば、１０ＧＨｚの信号が生成される。また、変調波信号を生成する発振器ＭＯＳＣでは、１００ＭＨｚのＡＭ変調波が生成されて、ミキサＭＩＸで両信号は混合される。一般には、発振器ＣＯＳＣは、マイクロ波帯域の０．３ＧＨｚ〜３００ＧＨｚの周波数が用いられ、ＡＭ変調された搬送波は、アンテナＡＮＴから測距対象物Ｔに向けて送信される。
【００１９】
アンテナＡＮＴから送信された送信波は、測距対象物Ｔに当たって反射波として再びアンテナＡＮＴで受信される。この反射波の受信信号は、アンテナＡＮＴに接続されるミキサＭＩＸで混合される。
【００２０】
近距離センサＤＳから送信された送信波は、測距対象物Ｔに当たって反射し、反射波としてふたたびアンテナＡＮＴで受信されるが、このとき、ミキサＭＩＸでは搬送波の信号および変調波の信号も存在するので、反射波の信号との相互作用により定在波が生じる。
【００２１】
ミキサＭＩＸで混合されたこれらの信号のうち、測距対象物Ｔの距離情報を含む信号のみを抽出するために、まず、ミキサＭＩＸの出力信号を帯域フィルタＢＰＦに通して、搬送波に近い周波数帯域のみを通過させる。つまり、ミキサＭＩＸに存在する発振器ＭＯＳＣで生成される信号が、復調器ＤＭの入力信号では除去されるように機能させる。そして、帯域フィルタＢＰＦを通った信号を復調器ＤＭで復調する。この復調器ＤＭは、たとえば、ある所定の周波数のみが入力されると出力信号を発生するようにする。このような機能を有するためには、たとえば、ＶＣＯ（電圧制御発振器）を用いて、入力信号をＦ−Ｖ（周波数−電圧）変換するように検波器を構成すればよい。
【００２２】
復調器ＤＭを通った信号は、信号処理回路ＳＰで測距対象物Ｔが所定の距離に存在するかどうかが判別される。この信号処理回路ＳＰで行われる処理は、復調器ＳＰの出力信号に基づいて、出力電圧のレベルを基準値に基づいて比較する方法などが考えられる。予め、この測距対象物Ｔまでの距離と基準値が、距離と復調器の出力信号との関係として対応できるテーブル値として判っていれば、２値情報以外の距離情報も判定可能となる。以上の構成とすることで、近距離センサとして機能するので、所定距離内に進入物や測距対象物が存在するかどうかを監視するセンサに応用できる。また同様に車両の場合には、車両周辺の障害物監視用などに応用が可能である。
【００２３】
（第２実施例）
図２は測距対象物Ｔが動体である場合に、その移動速度を検出できるように、図１の構成に速度検出用の回路を追加した構成である。図２の構成においては、ミキサＭＩＸの出力側に接続される帯域フィルタＢＰＦおよび復調器ＤＭは、図１と同様に機能する。復調器ＤＭの出力側に接続される帯域フィルタＢＰＦ２は、特定の周波数のみを検出するように機能するものであり、この帯域フィルタＢＰＦ２を用いることで、近距離センサとして測距に不要である信号を除去することが可能となるので、信号処理回路ＳＰにおける信号処理の煩雑さを軽減できるとともに、必要以外の信号による誤検出を防止することが可能となる。
【００２４】
帯域フィルタＢＰＦ２を通過した信号は、信号処理回路ＳＰで処理される。またもうひとつの回路は、帯域フィルタＢＰＦ２から分岐されて、微分回路ＤＣに接続されている。この微分回路では、帯域フィルタＢＰＦ２で所定の周波数のみとなった信号から測距対象物Ｔの速度成分を導きだす。この速度検出の方法は、この微分回路ＤＣを用いずに、帯域フィルタＢＰＦ２を経た信号から算出されてもよい。
【００２５】
図３は、測距対象物Ｔと近距離センサＤＳとの距離と電界強度との関係を示す。
【００２６】
測距対象物Ｔと近距離センサＤＳとの距離が遠ざかるにつれて、その電界強度は弱くなる。測距対象物Ｔが移動すると、搬送波の半波長に相当する距離に定期的に、電界強度の振幅の大きな波が現れる。なお、この図３のＸ軸およびＹ軸で示される数値は、ある仕様に基づいて回路を構成した場合の一例である。
【００２７】
図３におけるある時間aにおける電界強度Ｖａを検出する。そしてさらに次の時間ｂにおける電界強度Ｖｂを検出する。そしてΔＶ＝Ｖａ−ＶｂがΔＶ＞０であれば、測距対象物Ｔは近距離センサＤＳから遠ざかるように移動したと判定でき、またΔＶ＜０であれば、測距対象物Ｔは近距離センサＤＳに近づく方向に移動したと判定できる。このとき時間Ｔｂと時間Ｔaとの差は、搬送波の半波長であるので、このΔｔ＝Ｔｂ−Ｔａがわかれば、測距対象物Ｔの移動速度が判る。
【００２８】
（第３実施例）
図４に図２とは別の実施の形態を示す。図４の構成においては、ミキサＭＩＸの出力信号をふたつに分岐させて、一方の回路では測距対象物Ｔまでの距離を検出し、また他方の回路では測距対象物Ｔの移動速度を検出する。測距対象物Ｔまでの距離の検出においては以上の構成と同様であり、帯域フィルタＢＰＦでは変調波の周波数である、たとえば、１００±１０ＭＨｚの範囲の周波数が除去される。この測距対象物Ｔまでの距離の検出については、上記で説明した構成と同様であるので、説明を省略する。
【００２９】
測距対象物Ｔの移動速度を検出する回路においては、ミキサＭＩＸの出力側には帯域フィルタＢＰＦ３が接続されている。この帯域フィルタＢＰＦ３では数百Ｈｚ以下の周波数のみが通過するように機能する。そして、この帯域フィルタＢＰＦ３の出力信号をＦＭ復調器ＦＭＤＭで復調し、時間的な周波数変化を検出する。この周波数変化は、即ち、測距対象物Ｔの移動速度によるものであり、この信号情報から測距対象物Ｔの移動速度を直接検出するか、または、情報処理により算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態を示すブロック図。
【図２】本発明の別の実施の形態を示すブロック図。
【図３】測距対象物Ｔ電界強度との関係を示す概略図。
【図４】本発明の別の実施の形態を示すブロック図。
【符号の説明】
【００３１】
ＡＮＴ  送受信アンテナ（波動送信手段および波動受信手段）
ＢＰＦ  帯域フィルタ
ＢＰＦ１  帯域フィルタ
ＢＰＦ２  帯域フィルタ
ＣＰ    コンパレータ
ＤＣ    微分回路
ＤＵ    検波器（復調手段）
ＦＭＤＭ  ＦＭ検波器
ＭＩＸ  ミキサ（混合器）
ＣＯＳＣ  搬送波発振器
ＭＯＳＣ  変調波発振器
ＳＰ    信号処理回路
ＳＰ１  信号処理回路
Ｔ      測距対象物（物体）
【図１】
2005156442.tif 000003
【図２】
2005156442.tif 000004
【図３】
2005156442.tif 000005
【図４】
2005156442.tif 000006