(57)【要約】【課題】安価に、測距対象物までの距離測定が可能となるパルス式測距センサを提供すること。【解決手段】パルス信号を発振するパルス信号発振手段と、パルス信号を電磁波として送信する送信アンテナと、測距対象物で反射した電磁波を受信する受信アンテナと、送信アンテナと受信アンテナとの間に配設されて電磁波の送信出力あるいは受信入力を所定値に制御する増幅器とを有し、送信アンテナと受信アンテナとの間に一方向に信号を伝達する信号伝達手段を介して結線されて、空中を含むループ回路を形成するとともに、ループ回路中あるいは並列に配設されるカウンタによって、パルス信号および受信アンテナの受信入力を合成したパルス幅が所定値に達した時のカウンタの値に基づいて、測距対象物までの距離が測定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】
基準パルス信号を発振するパルス信号発振手段と、前記基準パルス信号を送信する送信アンテナと、該送信アンテナから送信される前記基準パルス信号の放射を受ける測距対象物と、前記基準パルス信号が前記測距対象物で反射した受信パルス信号を受信する受信アンテナと、前記送信アンテナと前記受信アンテナとの間に配設されて前記基準パルス信号の送信出力あるいは受信入力を所定値に制御する増幅器と、前記送信アンテナに向かう方向にのみに信号を伝達する信号伝達手段とで、空中を含むループ回路が形成されるとともに、前記基準パルス信号と前記受信パルス信号が合成した合成パルス信号が再び前記送信アンテナから送信されるとき、前記ループ回路に接続されるカウンタによって、前記合成パルス信号のパルス幅が所定値に達した時の前記カウンタの値に基づいて、前記測距対象物までの距離が測定されることを特徴とするパルス式測距センサ。
【請求項２】
前記測距対象物までの距離は、前記合成パルス信号のパルス幅が所定値に達するまでに要した時間を前記カウンタの値で除算して算出されることを特徴とする請求項１に記載のパルス式測距センサ。
【請求項３】
前記ループ回路には信号遅延手段が接続されることを特徴とする請求項１に記載のパルス式測距センサ。
【請求項４】
前記信号伝達手段は、前記受信アンテナから前記送信アンテナに信号が伝達されるように配設されることを特徴とする請求項１に記載のパルス式測距センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電磁波を利用し、電磁波パルス信号を測距対象物に対して送信し、その反射波を検出して、対象物を測距するパルス式測距センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロ波等の電磁波を用いて高速、高い測距分解能で、対象物までの相対距離を測定するパルス式電波距離計が開示されている。（例えば、特許文献１の図１）
この特許文献１に示されるパルス式電波距離計においては、振幅変動のない正確に距離測定するパルス式電波距離計を提供するために、中間周波信号の周期を受信波のパルス幅と比較して充分短く、中間周波信号を包絡線検波することにより振幅変動のない出力を得て、距離を正確に測定するパルス式電波距離計が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１４１５７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、受信波のパルス幅と比較して充分に短い周波数を発振させる局部発振器を、混合器に接続して受信波と混合し、混合器の合成波、すなわち送信波の搬送波周波数と局部発振周波数との差を大きくするように工夫している。しかし、測距対象物までの距離が近距離の場合、距離計と測距対象物間との距離が短くなるので、パルス信号の往復時間も短くなる。そのため、測定回路の信号処理において、高速な動作が要求され測定が難しくなる。回路は高速で複雑になり、パルス分解能が不足する。そのため、この課題を解決するには測距装置が高価となってしまう。
【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、電磁波を利用して、安価に、測距対象物までの距離測定が可能となるパルス式測距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、基準パルス信号を発振するパルス信号発振手段と、基準パルス信号を送信する送信アンテナと、送信アンテナから送信される基準パルス信号の放射を受ける測距対象物と、基準パルス信号が測距対象物で反射した受信パルス信号を受信する受信アンテナと、送信アンテナと受信アンテナとの間に配設されて基準パルス信号の送信出力あるいは受信入力を所定値に制御する増幅器と、送信アンテナに向かう方向にのみに信号を伝達する信号伝達手段とで、空中を含むループ回路が形成されるとともに、基準パルス信号と受信パルス信号が合成した合成パルス信号が再び送信アンテナから送信されるとき、ループ回路に接続されるカウンタによって、合成パルス信号のパルス幅が所定値に達した時のカウンタの値に基づいて、測距対象物までの距離が測定されるように構成したことである。
【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、測距対象物までの距離は、合成パルス信号のパルス幅が所定値に達するまでに要した時間を前記カウンタの値で除算して算出されるように構成したことである。
【０００７】
そして、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、ループ回路には信号遅延手段が接続されるように構成したことである。
【０００８】
さらに、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、信号伝達手段は、受信アンテナから送信アンテナに信号が伝達されるように配設されるように構成したことである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の請求項１の記載によれば、パルス信号発振手段で生成された基準パルス信号は、送信アンテナから送信される。この送信された基準パルス信号は、測距対象物で反射して、受信パルス信号として再び受信アンテナで受信される。この受信された受信パルス信号は、ループ回路を介して基準パルス信号と合成された合成パルス信号となって、再び送信アンテナへ伝送される。合成パルス信号のパルス幅は測距距離と対応して増加させる。
【００１０】
このとき、ループ回路に接続されるカウンタが配設されている。この合成パルス信号のパルス幅が所定値となるまで、カウンタは加算される。やがて、送信された合成パルス信号が何回かループ回路を経た後に、合成パルス信号のパルス幅が所定値に達すると、カウンタの加算が終了する。このときのカウンタの値に基づいて、パルス式測距センサから測距対象物までの距離が計算される。以上の構成とすることで、パルス式測距センサから測距対象物までの距離が短い場合についても、簡便な回路構成で測距を行なうことが可能となる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、測距対象物までの距離は、具体的には基準パルス信号と受信パルス信号が合成された合成パルス幅が、所定値に達した時のカウンタの値、つまり、パルス式測距センサと測距対象物とを往復した回数とパルス信号の伝播時間をもとに算出される。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明によれば、ループ回路には信号遅延手段が接続される。この結果、さらに積分回路の積分時間が短い場合においても、ループ回路には遅延回路が配設されるので、時間が実測の時間よりも見かけ上延ばされるので、測距距離の短い場合にも対応が可能となる。
【００１３】
さらに、請求項４に記載の発明によれば、信号伝達手段は、受信アンテナから送信アンテナに信号が伝達されるように配設される。この信号伝達手段によって、ループ回路を伝送されるパルス信号は一方向に伝送されるので、回路内に存在する信号同志が干渉するのを低減できるので、測距に必要な信号処理が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。図１は、本発明のパルス式測距センサＴＤの概要を示すシステムブロック図である。本発明のパルス式測距センサＴＤの送信側は、マイクロ波の基準パルス信号を発振する発振器ＯＳＣ、発振器ＯＳＣの出力信号を送信する送信アンテナＴＡ、およびパルス信号を送信アンテナ側にのみ伝送するように、サーキュレータＣＬＲとで構成されている。本発明で使用する発振器ＯＳＣは、たとえば、パルス周波数が３ＧＨｚから１００ＧＨｚであり、周期は１ｋＨｚとしている。
【００１５】
仮に測定最大距離を１０ｍとする場合には、送信される信号がパルス式測距センサＴＤと測距対象物Ｔとの間を往復する時間が６６nsec、積分回路ＳＣの積分同期信号のパルス幅を５００μsecとすると、そのときのカウンタＣＣの値は約７５７５となる。そして、積分同期信号のパルス幅が５００μsecになるまでのカウンタ値（即ち相当する積分値）から測距距離を測定する。この積分同期信号のパルス幅は、測距距離に応じて最適値に変更される。
【００１６】
また、パルス式測距センサＴＤの受信側は、受信アンテナＲＡ、受信された信号を所定値に増幅する増幅器ＡＭＰで構成される。そして、増幅器ＡＭＰで増幅された信号は、再び、送信側のサーキュレータＣＬＲに伝送される。尚、受信アンテナＲＡの後段には、受信信号を遅延するための遅延回路ＤＣが配設されてもよい。以上の構成においては、一方向に回路内の信号を伝達する信号伝達手段はサーキュレータＣＬＲであるが、ループ回路ＬＰＣ内の信号が、決まった方向の送信アンテナＴＡ側に伝送されるように、方向性結合器やアイソレ−タなどを使用してもよい。上記した増幅器ＡＭＰは、受信された信号を所定値に増幅するために構成されるが、送信出力を所定値に制御するために、発振器ＯＳＣには不図示の増幅器が内蔵されてもよい。
【００１７】
図２（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）でパルス式測距センサＴＤが測距対象物Ｔを検出する方法を説明する。送信アンテナＴＡから送信されるパルス信号は、測距対象物Ｔに当たって反射し、再び反射波として受信アンテナＲＡで受信される。サーキュレータＣＬＲ、送信アンテナＴＡ、測距対象物Ｔ、受信アンテナＲＡおよび増幅器ＡＭＰで、空中を含みループ回路ＬＰＣが形成されている。このループ回路ＬＰＣに配設される増幅器ＡＭＰを経て、受信アンテナＲＡで受信された受信パルス信号は、サーキュレータＣＬＲでパルス信号発振器ＯＳＣで生成される基準パルス信号とともに合成されて合成パルス信号となる。（図２（ａ））
ループ回路ＬＰＣと並列に配設されるカウンタＣＣでは、受信アンテナＲＡで受信された反射波の受信パルス信号を検出すると、カウンタ値を加算する。このカウンタＣＣは、基準パルス信号が最初に送信アンテナＴＡから送信されるときは、予めリセットされており、制御回路ＥＣＵは初期値を認識している。カウンタＣＣと並列に配設されて、受信アンテナＲＡで受信された受信パルス信号のパルス幅を検知するための積分回路ＳＣでは、受信アンテナＲＡで受信された受信パルス信号が積分されて、出力電圧が上昇する。積分回路ＳＣの出力側には比較器ＣＭが接続されており、この積分回路ＳＣの出力値が所定電圧に達するまでは、少なくとも送信アンテナＴＡから送信波が送信されるように制御回路ＥＣＵは制御し、カウンタＣＣのカウンタ値が加算される。
【００１８】
このとき、受信アンテナＲＡで受信された受信パルス信号と、発振器ＯＳＣで生成される基準パルス信号は、サーキュレータＣＬＲで合成され、この両者の合成された合成パルス信号が、再び、送信波として送信アンテナＴＡから送信される。やがて、受信アンテナＲＡで受信される反射波が、何回かループ回路ＬＰＣを伝送して、パルス幅が増大し、積分回路ＳＣの出力値が判定値に達すると、比較器ＣＭはカウンタＣＣに接続される制御回路ＥＣＵに信号を発し、カウンタ値の加算を終了するように制御する。（図２（ｃ））
そして、同時にカウンタＣＣからカウンタ値を取り込むと、カウンタＣＣのカウンタ値をゼロにリセットする。制御回路ＥＣＵは、カウンタＣＣがカウント値の加算を開始した時からカウント値の加算を終了した時までの時間を記憶している。この時間は、積分回路ＳＣが積分を開始し、比較器ＣＭによって所定値に達したと判断された時間と略等しい。パルス式測距センサＴＤと測距対象物Ｔ間の距離は、電磁波の伝播速度を基に、上記したカウンタＣＣがカウンタ値の加算を開始してから終了するまでの時間およびカウンタ値で除算して算出する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のパルス式測距センサＴＤの概要を示すシステムブロック図。
【図２】パルス合成信号の時間的変化を示す概略波形図。
【符号の説明】
【００２０】
ＡＭＰ  増幅器
ＣＣ    カウンタ
ＣＬＲ  サーキュレータ（信号伝達手段）
ＣＭ    比較器
ＤＣ    遅延回路（信号遅延手段）
ＯＳＣ  発振器（パルス信号発振手段）
ＲＡ    受信アンテナ
ＳＣ    積分回路
Ｔ      測距対象物
ＴＡ    送信アンテナ
ＴＤ    パルス式測距センサ
【図１】
2005337891.tif 000003
【図２】
2005337891.tif 000004