(57)【要約】【課題】  測距精度を向上することができる測距装置及び測距方法を提供する。【解決手段】  所定の周期でパルスを有する無線信号を送信する送信部２と、送信部２から送信された直接波８及び対象物により反射された反射波９を受信する受信部３と、受信部３で直接波８が受信されてから反射波９が受信されるまでの時間である到達時間差を計時する時間差取得部４６と、時間差取得部４６により計時された到達時間差に基づいて、測距装置１から測距対象物１０までの距離を算出する距離算出部４７とを備えた。【選択図】      図１
2007086015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の対象物との間の距離を測定する測距装置であって、
所定の周期でパルスを有する無線信号を送信する送信部と、
前記送信部から送信された無線信号及び前記無線信号が前記対象物により反射された反射信号を受信する受信部と、
前記受信部で前記無線信号が受信されてから前記反射信号が受信されるまでの時間である到達時間差を計時する計時部と、
前記計時部により計時された到達時間差に基づいて、前記距離を算出する距離算出部と
を備えることを特徴とする測距装置。
【請求項２】
前記計時部は、
前記パルスの時間幅より短い時間で前記受信部により受信された信号をサンプリングするサンプリング部と、
前記サンプリング部によりサンプリングされたサンプリング値における、前記無線信号を示すタイミングと前記反射信号を示すタイミングとの差を、前記到達時間差として取得する時間差取得部と
を備えることを特徴とする請求項１記載の測距装置。
【請求項３】
前記計時部は、
前記パルスの時間幅より短い時間である差分時間だけ前記パルスの周期と異なるサンプリング周期で前記受信部により受信された信号をサンプリングするサンプリング部と、
前記サンプリング部によりサンプリングされたサンプリング値における前記無線信号を示すタイミングと前記反射信号を示すタイミングとの差に基づいて、前記到達時間差を算出する時間差取得部と
を備えることを特徴とする請求項１記載の測距装置。
【請求項４】
前記差分時間の設定を受け付ける差分時間設定部をさらに備えること
を特徴とする請求項３記載の測距装置。
【請求項５】
前記計時部は、前記サンプリング部によりサンプリングされたサンプリング値を、時系列順に連続する予め設定された個数毎に評価して評価値を生成する評価部をさらに備え、
前記時間差取得部は、前記サンプリング値の代わりに前記評価部により生成された評価値を用いること
を特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の測距装置。
【請求項６】
前記評価部は、前記サンプリング値を、時系列順に連続する前記個数毎に平均することにより評価値を生成すること
を特徴とする請求項５に記載の測距装置。
【請求項７】
前記評価部は、前記サンプリング値を、時系列順に連続する前記個数毎に積算することにより評価値を生成すること
を特徴とする請求項５に記載の測距装置。
【請求項８】
前記評価部は、前記サンプリング値を時系列順に連続する前記個数毎に積分する積分器を備え、前記積分器の積分値を前記評価値として用いること
を特徴とする請求項７に記載の測距装置。
【請求項９】
前記評価部は、前記サンプリング値をデジタル値に変換するＡＤ変換回路と、前記ＡＤ変換回路により生成されたデジタル値を積算する積算回路とを備え、前記積算回路の積算値を前記評価値として用いること
を特徴とする請求項７に記載の測距装置。
【請求項１０】
前記個数の設定を受け付ける個数設定部をさらに備えること
を特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の測距装置。
【請求項１１】
所定の対象物との間の距離を測定する測距方法であって、
所定の周期でパルスを有する無線信号を送信する工程と、
前記送信された無線信号及び前記無線信号が前記対象物により反射された反射信号を受信する工程と、
前記無線信号が受信されてから前記反射信号が受信されるまでの時間である到達時間差を計時する工程と、
前記計時された到達時間差に基づいて、前記距離を算出する工程と
を備えることを特徴とする測距方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウルトラワイドバンド（ＵＷＢ）無線信号を用いた測距装置に関する。そして、このような測距装置に利用される測距方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速無線伝送方式の一つとして、所定の周期タイミングに同期したパルス信号からなるパルス信号列を用いて超広帯域な通信を行うウルトラワイドバンド（ＵＷＢ：Ultra Wide Band）通信方式が注目されている。ＵＷＢ通信の一態様として、搬送波を用いず、例えばパルス幅が１ｎｓｅｃ以下等の極めて細かいパルス信号からなるパルス信号列を用いて通信を行うものが知られている。そして、このようなＵＷＢ通信のパルス信号列をレーダーパルスとして用いることにより、対象物までの距離を測定する測距装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このような測距装置は、ＵＷＢの無線信号パルスを送信装置から測距対象となる対象物へ送信し、対象物から反射してきたＵＷＢパルスを受信し、その送信から受信までに掛かった時間を計時することにより、無線信号が測距装置と対象物との間を往復する時間を測定し、この往復時間に基づいて測距装置から対象物までの距離を算出するようになっている。
【特許文献１】特表平８−５１１３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のような測距装置では、ＵＷＢパルスを送信してから時間の計時を開始しても、送信されるＵＷＢパルス信号は、アンプやフィルタ等の送信回路を経由してアンテナへ出力され、アンテナから対象物へ放射されるため、測定される無線信号の往復時間にはこのような送信回路の遅延時間が含まれることとなり、無線信号の往復時間の測定精度が低下する結果、測距精度が低下するという不都合があった。特に、建物の壁裏に存在する配管や鉄筋を検知するために用いられる壁裏センサとして測距装置を用いる場合には、測距精度として例えば１ｍｍ〜１０ｃｍ程度の分解能が必要となるため、測距装置における測距精度向上のニーズは大きい。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みて為された発明であり、測距精度を向上することができる測距装置を提供することを目的とする。そして、このような測距装置に利用される測距方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、本発明の第１の手段に係る測距装置は、所定の対象物との間の距離を測定する測距装置であって、所定の周期でパルスを有する無線信号を送信する送信部と、前記送信部から送信された無線信号及び前記無線信号が前記対象物により反射された反射信号を受信する受信部と、前記受信部で前記無線信号が受信されてから前記反射信号が受信されるまでの時間である到達時間差を計時する計時部と、前記計時部により計時された到達時間差に基づいて、前記距離を算出する距離算出部とを備えることを特徴としている。
【０００７】
また、上述の測距装置において、前記計時部は、前記パルスの時間幅より短い時間で前記受信部により受信された信号をサンプリングするサンプリング部と、前記サンプリング部によりサンプリングされたサンプリング値における、前記無線信号を示すタイミングと前記反射信号を示すタイミングとの差を、前記到達時間差として取得する時間差取得部とを備えることを特徴としている。
【０００８】
また、上述の測距装置において、前記計時部は、前記パルスの時間幅より短い時間である差分時間だけ前記パルスの周期と異なるサンプリング周期で前記受信部により受信された信号をサンプリングするサンプリング部と、前記サンプリング部によりサンプリングされたサンプリング値における前記無線信号を示すタイミングと前記反射信号を示すタイミングとの差に基づいて、前記到達時間差を算出する時間差取得部とを備えることを特徴としている。
【０００９】
また、上述の測距装置において、前記差分時間の設定を受け付ける差分時間設定部をさらに備えることを特徴としている。
【００１０】
また、上述の測距装置において、前記計時部は、前記サンプリング部によりサンプリングされたサンプリング値を、時系列順に連続する予め設定された個数毎に評価して評価値を生成する評価部をさらに備え、前記時間差取得部は、前記サンプリング値の代わりに前記評価部により生成された評価値を用いることを特徴としている。
【００１１】
また、上述の測距装置において、前記評価部は、前記サンプリング値を、時系列順に連続する前記個数毎に平均することにより評価値を生成することを特徴としている。
【００１２】
また、上述の測距装置において、前記評価部は、前記サンプリング値を、時系列順に連続する前記個数毎に積算することにより評価値を生成することを特徴としている。
【００１３】
また、上述の測距装置において、前記評価部は、前記サンプリング値を時系列順に連続する前記個数毎に積分する積分器を備え、前記積分器の積分値を前記評価値として用いることを特徴としている。
【００１４】
また、上述の測距装置において、前記評価部は、前記サンプリング値をデジタル値に変換するＡＤ変換回路と、前記ＡＤ変換回路により生成されたデジタル値を積算する積算回路とを備え、前記積算回路の積算値を前記評価値として用いることを特徴としている。
【００１５】
また、上述の測距装置において、前記個数の設定を受け付ける個数設定部をさらに備えることを特徴としている。
【００１６】
そして、本発明の第２の手段に係る測距方法は、所定の対象物との間の距離を測定する測距方法であって、所定の周期でパルスを有する無線信号を送信する工程と、前記送信された無線信号及び前記無線信号が前記対象物により反射された反射信号を受信する工程と、前記無線信号が受信されてから前記反射信号が受信されるまでの時間である到達時間差を計時する工程と、前記計時された到達時間差に基づいて、前記距離を算出する工程とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１７】
このような構成の測距装置及び測距方法は、所定の周期でパルスを有する無線信号が送信され、送信された無線信号及び対象物により反射された反射信号が受信され、その無線信号が受信されてから反射信号が受信されるまでの時間である到達時間差が計時され、計時された到達時間差に基づいて所定の対象物との間の距離が算出されるので、到達時間差には、無線信号を送信する送信回路における遅延時間が含まれない結果、測距精度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００１９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る測距装置の構成の一例を示すブロック図である。図１に示す測距装置１は、送信部２、受信部３、信号処理部４、送信アンテナ５、受信アンテナ６、及び表示部７を備えている。送信部２は、所定の周期でパルスを有する信号を送信アンテナ５へ供給し、送信アンテナ５からＵＷＢ無線信号を放射させる回路部で、発振回路２１、タイミング制御回路２２、パルス制御回路２３、パルス駆動回路２４、短パルス生成回路２５、及びバンドパスフィルタ（帯域通過フィルタ）２６を備える。
【００２０】
受信部３は、送信アンテナ５から放射されたＵＷＢ無線信号の直接波８及び無線信号が測距対象物１０により反射された反射波９（反射信号）を受信する回路部で、発振回路３１、タイミング制御回路３２、パルス制御回路３３、パルス駆動回路３４、短パルス生成回路３５、フィルタ３６、高周波増幅回路３７、及びミキサ３８を備える。
【００２１】
信号処理部４は、受信部３で直接波８が受信されてから反射波９が受信されるまでの時間である到達時間差を計時し、その到達時間差に基づいて、測距装置１から測距対象物１０までの距離を算出する回路部で、フィルタ４１、平均処理部４２（評価部）、個数設定部４３、積分回路４４、ＡＤ変換回路４５、時間差取得部４６、及び距離算出部４７を備える。この場合、平均処理部４２、積分回路４４、ＡＤ変換回路４５、及び時間差取得部４６が計時部の一例に相当している。
【００２２】
表示部７は、例えば液晶表示装置を用いて構成されており、信号処理部４によって得られた測距対象物１０までの距離を表示する。
【００２３】
発振回路２１は、送信パルスのパルス周期Ｔｃｙｃで送信用クロック信号ＣＬＫをタイミング制御回路２２へ出力する。タイミング制御回路２２は、発振回路２１からの送信用クロック信号ＣＬＫに基づいて、パルスの発生タイミングを制御するタイミング信号をパルス制御回路２３へ出力する。パルス制御回路２３は、パルス駆動回路２４及び短パルス生成回路２５にパルスを生成させるための制御信号を出力し、例えば予め設定された数のパルスをパルス駆動回路２４及び短パルス生成回路２５に生成させる。パルス駆動回路２４は、パルス制御回路２３からの制御信号を電流増幅して短パルス生成回路２５へ出力する。
【００２４】
短パルス生成回路２５は、例えばステップリカバリダイオード（ＳＲＤ）等を用いて構成され、パルス駆動回路２４から出力された制御信号に応じてＵＷＢ無線信号用のパルス幅が１ｎｓｅｃ以下の短パルス、例えばパルス幅が１０ｐｓｅｃ〜９００ｐｓｅｃの短パルス信号を生成する。バンドパスフィルタ２６は、短パルス生成回路２５から出力された信号を波形整形してパルス信号Ａとして送信アンテナ５へ出力する。送信アンテナ５は、バンドパスフィルタ２６から出力されたパルス信号Ａに応じてＵＷＢ無線信号を外部に放射する。
【００２５】
発振回路３１、タイミング制御回路３２、パルス制御回路３３、パルス駆動回路３４、短パルス生成回路３５、及びフィルタ３６は、発振回路２１、タイミング制御回路２２、パルス制御回路２３、パルス駆動回路２４、短パルス生成回路２５、及びバンドパスフィルタ２６とそれぞれ略同様に構成されており、フィルタ３６からパルス信号Ａと略同等にされたパルス信号Ｂがミキサ３８の一方の入力端子へ出力される。
【００２６】
また、発振回路３１は、受信信号をサンプリングするサンプリング周期Ｔｓの周期を示すサンプリング用クロック信号ＣＬＫＳをタイミング制御回路３２へ出力する。さらに、タイミング制御回路３２は、発振回路３１から出力されたサンプリング用クロック信号ＣＬＫＳに応じて、受信信号をサンプリングするタイミングを示すサンプリング信号ＳＳを平均処理部４２へ出力すると共に積分回路４４、及び変換回路４５の動作タイミングを示す制御信号を出力する。
【００２７】
受信アンテナ６は、直接波８及び反射波９を受信して、その受信信号Ｃを高周波増幅回路３７へ出力する。高周波増幅回路３７は、受信信号Ｃを増幅してミキサ３８の他方の入力端子へ出力する。ミキサ３８の出力信号は受信信号Ｄとして、フィルタ４１を介して平均処理部４２へ出力される。
【００２８】
個数設定部４３は、平均処理部４２に平均処理を行わせるサンプリング値の個数の設定を受け付ける設定スイッチで、例えば１又は複数のディップスイッチや多接点スイッチの一例であるロータリスイッチ等が用いられる。
【００２９】
平均処理部４２（サンプリング部）は、タイミング制御回路３２から出力されるサンプリング信号ＳＳに応じてフィルタ４１の出力信号をサンプリングし、時系列順に連続するサンプリング値を個数設定部４３により設定された個数毎に平均し、その平均値を示す電圧を積分回路４４へ出力する。
【００３０】
この場合、パルス幅が１０ｐｓｅｃ〜９００ｐｓｅｃのＵＷＢ短パルス信号を高分解能で受信するため、タイミング制御回路３２によって、平均処理部４２での平均値の算出周期である平均算出周期Ｔａが例えば１ｐｓｅｃ〜９０ｐｓｅｃとなるように、サンプリング信号ＳＳの周期、すなわちサンプリング周期Ｔｓが設定されている。例えば、平均処理部４２による平均処理の個数がＭ個であれば、Ｔｓ＝Ｔａ／Ｍとなる。そして、平均算出周期Ｔａを１ｐｓｅｃとすれば、空気中での距離分解能は、時間と光速とを積算し、１（ｐｓｅｃ）×３×１０８（ｍ／ｓｅｃ）／２＝１５０（μｍ）となる。同様に、平均算出周期Ｔａが１０ｐｓｅｃであれば、空気中での距離分解能は、３ｍｍとなる。
【００３１】
積分回路４４は、平均処理部４２から出力されたサンプリング値の平均値を示す電圧を、平均算出周期Ｔａと同期して一時的に保持し、ＡＤ変換回路４５へ出力する。ＡＤ変換回路４５は、積分回路４４により保持されたサンプリング値の平均値を示す電圧を、平均算出周期Ｔａと同期してデジタル値に変換し、平均値データＥとして時間差取得部４６へ出力する。
【００３２】
時間差取得部４６及び距離算出部４７は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、その周辺回路等とを備えて構成され、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、時間差取得部４６及び距離算出部４７として機能する。
【００３３】
時間差取得部４６は、ＡＤ変換回路４５から出力されたサンプリング値の平均値（評価値）に基づいて、直接波８を示すタイミングと反射波９を示すタイミングとの差を到達時間差として取得する。距離算出部４７は、時間差取得部４６により取得された到達時間差に基づいて、測距装置１から測距対象物１０までの距離Ｌを算出し、その距離Ｌを表示部７に表示させる。
【００３４】
次に、上述のように構成された測距装置１の動作について説明する。図２は、測距装置１の動作を説明するための信号波形図である。まず、送信部２によって、短パルス信号Ｐ１が予め設定された所定の周期、例えば５０ｎｓｅｃ周期で生成され、パルス信号Ａとして送信アンテナ５へ出力される。そして、送信アンテナ５によって、パルス信号ＡがＵＷＢ無線信号として放射される。
【００３５】
そうすると、送信アンテナ５から放射されたＵＷＢ無線信号の一部は、直接受信アンテナ６に到達し、受信アンテナ６によって直接波８として受信される。また、送信アンテナ５から放射されたＵＷＢ無線信号の他の一部は、測距対象物１０に到達して反射され、受信アンテナ６によって反射波９として受信される。
【００３６】
そして、受信アンテナ６によって受信された直接波８及び反射波９は受信信号Ｃとして受信部３へ出力され、受信部３で増幅、混合された後に受信信号Ｄとして信号処理部４へ出力され、さらに受信信号Ｄは、フィルタ４１を介して平均処理部４２へ出力される。
【００３７】
そして、受信信号Ｄは、平均処理部４２によって、タイミング制御回路３２からのサンプリング信号ＳＳに応じてサンプリングされる。図２において、受信信号Ｄにおける白丸は、平均処理部４２によるサンプリング点を示しており、サンプリング点における受信信号Ｄの信号レベルが平均処理部４２によってサンプリング値として取得される。さらに、平均処理部４２によって、個数設定部４３により設定された個数Ｍ毎に、時系列順に連続するサンプリング値が平均され、その平均値を示す電圧が積分回路４４へ出力される。
【００３８】
図２は、個数設定部４３に「５」が設定されている場合の例を示しており、平均処理部４２によって、時系列順に連続する５つのサンプリング値が平均され、その平均値を示す電圧が積分回路４４へ出力される。
【００３９】
そして、平均処理部４２で得られたサンプリング値の平均値を示す電圧が、積分回路４４によって平均算出周期Ｔａと同期して一時的に保持されると共にＡＤ変換回路４５へ出力され、ＡＤ変換回路４５によって平均算出周期Ｔａと同期してデジタル値に変換され、平均値データＥとして時間差取得部４６へ出力される。
【００４０】
ここで、図２に示すように、受信信号Ｄは、信号成分に雑音が重なり、雑音等の影響を受けて信号レベルが上下している。一方、平均値データＥは、平均処理部４２によってＭ個（５個）のサンプリング値が平均されることにより滑らかな波形となり、雑音成分を低減し、Ｓ／Ｎ比（信号対ノイズ比）を向上することができる。この場合、例えば、信号成分に重なっている雑音成分がランダム雑音であれば、およそＭの平方根だけＳ／Ｎ比が改善されることが知られている。
【００４１】
これにより、受信信号ＤにおけるＳ／Ｎ比を向上し、受信部３によるＵＷＢ無線信号の受信の安定性を高め、測距動作の安定性の向上、及び測距精度の向上を図ることができる。
【００４２】
次に、時間差取得部４６によって、平均値データＥにおける、直接波８を示すタイミングと反射波９を示すタイミングとの差が、到達時間差Ｔｘとして取得される。具体的には、図２に示すように、平均値データＥには、直接波８における短パルス信号Ｐ１と、反射波９において、測距装置１と測距対象物１０との間を短パルス信号Ｐ１が往復することにより遅延した反射波９における短パルス信号Ｐ２が含まれている。そして、時間差取得部４６によって、平均値データＥにおける短パルス信号Ｐ１のピークのタイミングが直接波８を示すタイミングＴ１として取得され、平均値データＥにおける短パルス信号Ｐ２のピークのタイミングが反射波９を示すタイミングＴ２として取得され、タイミングＴ１とタイミングＴ２との差が到達時間差Ｔｘとして算出される。
【００４３】
次に、距離算出部４７によって、時間差取得部４６により算出された到達時間差Ｔｘに基づいて、測距装置１と測距対象物１０との間の距離Ｌが算出される。図３は、距離Ｌの算出方法を説明するための説明図である。図３に示すように、送信アンテナ５の中心と受信アンテナ６の中心との間の距離が２Ｌ１、送信アンテナ５の中心と測距対象物１０との間の距離がＬ２、測距対象物１０と受信アンテナ６の中心との間の距離がＬ２、電波の速度がＶであれば、測距装置１と測距対象物１０との間の距離Ｌ、すなわち送信アンテナ５と受信アンテナ６との中央点から測距対象物１０までの距離Ｌは、下記の式（１）によって示される。
【００４４】
【数１】
2007086015.tif 000003
【００４５】
そして、距離算出部４７によって、式（１）に基づき算出された距離Ｌが、表示部７によって表示される。
【００４６】
これにより、受信アンテナ６によって受信された直接波８及び反射波９におけるタイミングＴ１とタイミングＴ２との差が到達時間差Ｔｘとして算出され、到達時間差Ｔｘに基づいて距離Ｌが算出されるので、到達時間差Ｔｘには、上述の背景技術に係る測距装置のようにアンプやフィルタ等の送信回路の遅延時間が含まれることがなく、従って、到達時間差Ｔｘに基づく距離Ｌの測定精度を向上させることができる。
【００４７】
なお、時間差取得部４６は、平均処理部４２によって、複数のサンプリング値を平均して得られた平均値データＥに基づいて到達時間差Ｔｘを取得する例を示したが、平均処理部４２によるサンプリング値の平均処理を行わず、受信信号Ｄのサンプリング値をそのまま用いて到達時間差Ｔｘを取得するようにしてもよい。
【００４８】
また、平均処理部４２において、受信信号Ｄのサンプリングと平均処理とを行う例を示したが、例えば平均処理部４２の位置ではサンプリングのみを行い、平均処理は、積分回路４４の後段、あるいはＡＤ変換回路４５の後段で行うようにしてもよい。
【００４９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る測距方法を用いた測距装置について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係る測距装置１ａの構成の一例を示すブロック図である。図４に示す測距装置１ａと図１に示す測距装置１とでは、下記の点で異なる。すなわち、図４に示す測距装置１ａは、発振回路２１が受信部３ａに配置されており、受信部３ａは、さらに差分時間設定部３９を備えている。また、信号処理部４ａは、距離算出部４７の代わりに距離算出部４７ａを備えている。
【００５０】
差分時間設定部３９は、送信パルスのパルス周期Ｔｃｙｃとサンプリング周期Ｔｓとの差である差分時間Ｔｄの設定を受け付けるもので、例えば１又は複数のディップスイッチや多接点スイッチの一例であるロータリスイッチ等を用いて構成されており、発振回路２１から出力される送信用クロック信号ＣＬＫの周期を送信パルスのパルス周期Ｔｃｙｃに設定すると共に、発振回路３１から出力されるサンプリング用クロック信号ＣＬＫＳの周期をパルス周期Ｔｃｙｃと差分時間Ｔｄだけ異なる周期、例えばＴｃｙｃ＋Ｔｄに設定することにより、信号処理部４におけるサンプリング周期Ｔｓを送信パルスのパルス周期Ｔｃｙｃと差分時間Ｔｄだけ異ならせる。
【００５１】
例えば、差分時間設定部３９は、パルス周期Ｔｃｙｃが５０ｎｓｅｃであれば発振回路２１の発振周波数を２０ＭＨｚに設定し、差分時間Ｔｄが１．２５ｐｓｅｃに設定されていれば、発振回路３１から出力されるサンプリング用クロック信号ＣＬＫＳの周期をパルス周期Ｔｃｙｃと１．２５ｐｓｅｃだけ異なる周期にするべく１９．９９９５ＭＨｚに設定する。なお、差分時間設定部３９は、サンプリング用クロック信号ＣＬＫＳの周期を例えばＴｃｙｃ−Ｔｄに設定するようにしてもよい。
【００５２】
距離算出部４７ａは、距離算出部４７とは、式（１）の代わりに後述の式（２）に基づいて距離Ｌを算出する点で異なる。その他の構成及び動作は図１に示す測距装置１と同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態の特徴的な動作について説明する。
【００５３】
図５は、図４に示す測距装置１ａの動作を説明するためのタイミングチャートである。図５に示すように、発振回路２１から出力される送信用クロック信号ＣＬＫの周期に応じて送信部２ａによって、短パルス信号Ｐ１が予め設定された所定の周期、例えば５０ｎｓｅｃ周期で生成され、パルス信号Ａとして送信アンテナ５へ出力される。そして、送信アンテナ５によって、パルス信号ＡがＵＷＢ無線信号として放射される。
【００５４】
そうすると、送信アンテナ５から放射されたＵＷＢ無線信号の一部は、直接受信アンテナ６に到達し、受信アンテナ６によって直接波８として受信される。また、送信アンテナ５から放射されたＵＷＢ無線信号の他の一部は、測距対象物１０に到達して反射され、受信アンテナ６によって反射波９として受信される。
【００５５】
そして、受信アンテナ６によって受信された直接波８及び反射波９は受信信号Ｃとして受信部３へ出力され、受信部３で増幅、混合された後に受信信号Ｄとして信号処理部４ａへ出力され、さらに受信信号Ｄは、フィルタ４１を介して平均処理部４２へ出力される。
【００５６】
一方、発振回路３１から出力されるサンプリング用クロック信号ＣＬＫＳに応じて、タイミング制御回路３２によりサンプリングのタイミングを示すサンプリング信号ＳＳが平均処理部４２へ出力され、平均処理部４２によって受信信号Ｄがサンプリングされる。
【００５７】
図５において、受信信号Ｄにおける白丸は、平均処理部４２によるサンプリング点を示しており、サンプリング点における受信信号Ｄの信号レベルが平均処理部４２によってサンプリング値として取得される。この場合、サンプリング周期Ｔｓは、差分時間設定部３９によって、パルス周期Ｔｃｙｃとは差分時間Ｔｄだけ異なる周期にされており、例えば差分時間Ｔｄが１．２５ｐｓｅｃに設定されていれば、Ｔｓ＝５０ｎｓｅｃ＋１．２５ｐｓｅｃ＝５０．００１２５ｎｓｅｃにされている。
【００５８】
そうすると、平均処理部４２によって、パルス周期Ｔｃｙｃ毎に、差分時間Ｔｄづつずれたタイミングでサンプリングが行われ、例えば、パルス幅が１００ｐｓｅｃのパルスをサンプリングする場合、一つのパルスに付き複数周期に渡って１００ｐｓ／１．２５ｐｓｅｃ＝８０点、サンプリングが行われる。これにより、５０．００１２５ｎｓｅｃのサンプリング周期でサンプリングを行いつつ、１．２５ｐｓｅｃの分解能でパルス波形のサンプリングを行うことができる。
【００５９】
そして、図６に示すように、上述の信号処理部４における平均処理と同様に、複数の周期に渡って得られたサンプリング値が、平均処理部４２によって、個数設定部４３により設定された個数Ｍ毎に時系列順に連続するサンプリング値が平均され、その平均値を示す電圧が積分回路４４へ出力される。そして、平均処理部４２で得られたサンプリング値の平均値を示す電圧が、積分回路４４によって平均算出周期Ｔａと同期して一時的に保持されると共にＡＤ変換回路４５へ出力され、ＡＤ変換回路４５によって平均算出周期Ｔａと同期してデジタル値に変換され、平均値データＥとして時間差取得部４６へ出力される。
【００６０】
ここで、図６に示すように、受信信号Ｄは、信号成分に雑音が重なり、雑音等の影響を受けて信号レベルが上下している。一方、平均値データＥは、平均処理部４２によってＭ個（５個）のサンプリング値が平均されることにより滑らかな波形となり、雑音成分を低減し、Ｓ／Ｎ比（信号対ノイズ比）を向上することができる。これにより、受信信号ＤにおけるＳ／Ｎ比を向上し、受信部３によるＵＷＢ無線信号の受信の安定性を高め、測距動作の安定性の向上、及び測距精度の向上を図ることができる。
【００６１】
次に、時間差取得部４６によって、平均値データＥにおける短パルス信号Ｐ１のピークのタイミングが直接波８を示すタイミングＴ１として取得され、平均値データＥにおける短パルス信号Ｐ２のピークのタイミングが反射波９を示すタイミングＴ２として取得され、タイミングＴ１とタイミングＴ２との差が到達時間差Ｔｘａとして算出される。
【００６２】
次に、距離算出部４７ａによって、時間差取得部４６により算出された到達時間差Ｔｘａに基づいて、以下の式（２）に基づいて、測距装置１と測距対象物１０との間の距離Ｌが算出される。
【００６３】
【数２】
2007086015.tif 000004
【００６４】
そして、距離算出部４７ａによって、式（２）に基づき算出された距離Ｌが、表示部７によって表示される。
【００６５】
一般に、サンプリングにより信号波形を取得し、その信号波形に基づいて時間を計測する場合、時間計測の分解能はサンプリング周期に等しい。従って、サンプリングにより、１．２５ｐｓｅｃの時間分解能を得るためにはサンプリング周期が１．２５ｐｓｅｃ、すなわち８００ＧＨｚのサンプリング周波数でサンプリングを行い、信号処理を行う必要がある。しかし、８００ＧＨｚのサンプリング周波数で受信信号のサンプリングを行い、信号処理を行うためには、サンプリング等の信号処理を行う信号処理回路を８００ＧＨｚ以上の動作周波数で動作させる必要があり、このような高速動作可能な信号処理回路を実現することは容易ではない。
【００６６】
一方、測距装置１ａでは、パルス周期Ｔｃｙｃと、要求される時間分解能に等しい差分時間Ｔｄだけ、パルス周期Ｔｃｙｃと周期が異なるサンプリング周期でサンプリングを行うことにより必要な時間分解能が得られるので、例えばパルス周期Ｔｃｙｃが５０ｎｓｅｃ（２０ＭＨｚ）の受信信号をサンプリング周期５０．００１２５ｎｓｅｃ（１９．９９９５ＭＨｚ）でサンプリングすることにより１．２５ｐｓｅｃの時間分解能が得られる。すなわち、時間分解能よりも長いサンプリング周期でサンプリングを行うことができるので、信号処理部４ａの動作周波数の上昇を抑制しつつ到達時間差Ｔｘａの測定における時間分解能を向上させ、到達時間差Ｔｘａの計測精度を向上させることができる結果、距離Ｌの測距精度を向上することが容易となる。
【００６７】
また、ユーザは、差分時間設定部３９を用いて差分時間Ｔｄを設定することができるので、用途別に測距分解能を設定することができ、測距装置１ａの適用範囲を拡げることができる。例えば測距装置１ａを壁裏センサとして用いた場合のように、測距装置１ａの近くのものを検知する場合で距離分解能が必要な場合は差分時間Ｔｄを小さくして距離分解能を高く設定し、遠方の人や物体を検知するために測距装置１ａを用いる場合には、差分時間Ｔｄを大きくして距離分解能を下げるなどといった使い分けが可能となる。
【００６８】
なお、差分時間設定部３９は、パルス周期Ｔｃｙｃ（送信用クロック信号ＣＬＫの周期又は周波数）及びサンプリング周期Ｔｓ（サンプリング用クロック信号ＣＬＫＳの周期又は周波数）のいずれか一方、又は両方を個別に設定可能にされており、ユーザは、パルス周期Ｔｃｙｃと差分時間Ｔｄだけ異なるサンプリング周期Ｔｓを、差分時間設定部３９を用いて設定することにより、差分時間Ｔｄを設定するようにしてもよい。
【００６９】
また、時間差取得部４６は、平均処理部４２によって、複数のサンプリング値を平均して得られた平均値データＥに基づいて到達時間差Ｔｘａを取得する例を示したが、平均処理部４２によるサンプリング値の平均処理を行わず、受信信号Ｄのサンプリング値をそのまま用いて到達時間差Ｔｘａを取得するようにしてもよい。
【００７０】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る測距方法を用いた測距装置について説明する。図７は、本発明の第３の実施形態に係る測距装置１ｂの構成の一例を示すブロック図である。図７に示す測距装置１ｂと図４に示す測距装置１ａとでは、下記の点で異なる。すなわち、図７に示す測距装置１ｂは、平均処理部４２、積分回路４４、及び個数設定部４３の代わりに積分回路４８（サンプリング部、評価部）及び積分動作制御部４９を備えている。
【００７１】
積分動作制御部４９は、タイミング制御回路３２から出力されたサンプリング信号ＳＳに応じて、積分回路４８に積分を開始させる積分開始タイミング信号ＳＳ１と、積分回路４８に積分を終了させる積分終了タイミング信号ＳＳ２と、積分回路４８の積分値を初期化させる積分リセットタイミング信号ＳＳ３とを積分回路４８へ出力し、予め設定された個数Ｍのサンプリング値を積分回路４８によって積分させる。なお、個数Ｍは、ディップスイッチ等の設定スイッチによって設定可能としてもよい。
【００７２】
積分回路４８は、図４に示す平均処理部４２と同様にタイミング制御回路３２から出力されるサンプリング信号ＳＳに応じてフィルタ４１の出力信号をサンプリングする。そして、積分回路４８は、その時系列順に連続するサンプリング値を積分動作制御部４９からの積分開始タイミング信号ＳＳ１、積分終了タイミング信号ＳＳ２、及び積分リセットタイミング信号ＳＳ３に基づいて積分し、その積分値を示す電圧をＡＤ変換回路４５へ出力する。
【００７３】
測距装置１ｂは、測距装置１ａにおける平均処理部４２での平均処理の代わりに積分回路４８による積分電圧を用いる点が異なる。その他の構成及び動作は図４に示す測距装置１ａと同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態の特徴的な動作について説明する。図８は、測距装置１ｂにおける積分回路４８の動作を説明するためのタイミングチャートである。図８に示すタイミングチャートは、積分動作制御部４９に設定された個数Ｍが４の場合の例を示している。
【００７４】
まず、受信部３ａから、受信信号Ｄがフィルタ４１を介して積分回路４８へ出力される。そして、積分回路４８によって、積分開始タイミング信号ＳＳ１の立ち上がりに同期して受信信号Ｄの積分が開始され、積分開始タイミング信号ＳＳ２の立ち下がりに同期して積分が停止されると共にその積分値が保持される。さらに積分回路４８によって、次の積分開始タイミング信号ＳＳ１の立ち上がりに同期して再び受信信号Ｄの積分が開始され、積分開始タイミング信号ＳＳ２の立ち下がりに同期して積分が停止されると共にその積分値が保持される。
【００７５】
このように、積分の開始と停止とが、積分動作制御部４９に設定されたＭ回（図８では４回）繰り返された後、積分回路４８の積分値がＡＤ変換回路４５で取り込まれ、ＡＤ変換されて積分値データＦとして時間差取得部４６へ出力され、時間差取得部４６では、平均値データＥの代わりに積分値データＦに基づき到達時間差Ｔｘａが取得される。その後、積分リセットタイミング信号ＳＳ３に基づいて積分回路４８の積分値が初期化される。
【００７６】
すなわち、時間差取得部４６では、積分値データＦにおけるピークを検出できればよいので、平均値データＥの代わりに積分値データＦを用いることができる。これにより、サンプリング値の平均処理を行う平均処理部４２の代わりに積分回路４８を用いることができるので、回路を簡素化することができる。
【００７７】
なお、図９に示すように、積分動作制御部４９を備えず、代わりにデジタル加算器等を用いて構成された積算回路５０（評価部）を備え、積分回路４８により得られた各サンプリング点におけるサンプリング値を、ＡＤ変換回路４５によりデジタル値に変換後、積算回路５０を用いて個数設定部４３に設定されたＭ個のサンプリング値を積算し、その積算値を積分値データＦとして時間差取得部４６へ出力する構成としてもよい。また、積算回路５０での積算値をさらにＭで除して、平均値データＥとして時間差取得部４６へ出力するようにしてもよい。
【００７８】
この場合、サンプリング値の積算や平均処理をデジタル演算により処理することができるので演算処理が容易であり、また、個数設定部４３に設定された個数Ｍに応じて積算回数を設定することが容易である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る測距装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す測距装置の動作を説明するための信号波形図である。
【図３】対象物との間の距離の算出方法を説明するための説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る測距装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】図４に示す測距装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】図４に示す測距装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る測距装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図８】図７に示す積分回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図９】図７に示す積分回路の変形例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８０】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ  測距装置
２，２ａ  送信部
３，３ａ  受信部
４，４ａ  信号処理部
５    送信アンテナ
６    受信アンテナ
７    表示部
８    直接波
９    反射波
２１  発振回路
２２  タイミング制御回路
３１  発振回路
３２  タイミング制御回路
３９  差分時間設定部
４２，４２ａ  平均処理部
４３  個数設定部
４４  積分回路
４５  ＡＤ変換回路
４６  時間差取得部
４７，４７ａ  距離算出部
４８  積分回路
４９  積分動作制御部
５０  積算回路
【図１】
2007086015.tif 000005
【図２】
2007086015.tif 000006
【図３】
2007086015.tif 000007
【図４】
2007086015.tif 000008
【図５】
2007086015.tif 000009
【図６】
2007086015.tif 000010
【図７】
2007086015.tif 000011
【図８】
2007086015.tif 000012
【図９】
2007086015.tif 000013