物体検知装置
【課題】物体の二次元の位置情報が得られる物体検知装置を提供する。
【解決手段】伝搬速度が異なる複数の信号を伝搬する出射用線状アンテナと入射用アンテナを対象空間Ｐの一辺に布設し、対象空間Ｐ中に複数箇所設定された各被検出点における電波の反射係数を複数の受信信号とあらかじめ知られた各被検出点における電波の結合損失とから算出する。
【解決手段】伝搬速度が異なる複数の信号を伝搬する出射用線状アンテナと入射用アンテナを対象空間Ｐの一辺に布設し、対象空間Ｐ中に複数箇所設定された各被検出点における電波の反射係数を複数の受信信号とあらかじめ知られた各被検出点における電波の結合損失とから算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の位置を検知する物体検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、レーダのように物体を検知する装置として、図２３のものが知られている。この物体検知装置は、アンテナ２４１から特定角度範囲に電波や弾性波を送信し、物体Ｏから反射される信号をアンテナ２４１で受信して、物体Ｏの有無を検知すると共に、送信から受信までの遅延時間に基づき、アンテナ２４１から物体Ｏまでの距離を求めるものである。
【０００３】
監視角度範囲を全方向に広げるために、アンテナを回転させて使用するものもある。この場合、アンテナから物体までの距離の他に、アンテナの向きを利用して物体の方向も検出できる。
【０００４】
図２４に示されるように、長さ数十ｍのフェンス２５１に沿う長辺とフェンス２５１から数ｍ以内の短辺とからなる比較的長細い監視範囲Ｐにおける物体検出を行う場合、図２３の物体検知装置には、次の問題点がある。
【０００５】
フェンス２５１の一端（監視範囲Ｐの一端）にアンテナ２４１を配置してフェンス２５１に沿う監視範囲Ｐに電波を送信する構成が考えられるが、途中に障害物２５２があると、その障害物２５２に隠れる領域には電波が届かず監視が行えない。
【０００６】
図２４の構成では、アンテナ２４１を配置した一端からフェンス２５１の遠方端まで監視するために、強力な電波を送信する必要がある。その場合、放射角度範囲を狭めると、アンテナ２４１に近い領域で放射角度範囲に入らないために監視できない部分が生じる。
【０００７】
複数個の独立したアンテナを監視領域に分散配置して、アンテナごとに監視領域を分割することも考えられるが、コストが嵩むと共に、布設が面倒である。
【０００８】
フェンス中央付近に可動アンテナを配置して、アンテナの送受信方向を振りながら全監視領域を監視することも考えられるが、可動部の長期間信頼性確保が必要であり、また、全監視領域を同時に監視することができない。
【０００９】
このように、従来の物体検知装置に対して、長辺が短辺に比べて比較的長い長方形状等の監視領域を監視する場合に、障害物による監視不可能な領域を極力狭くでき、全監視領域に電波を送信でき、全監視領域を同時に監視でき、低コストで、簡単なシステム構成からなる物体検知装置が望まれる。
【００１０】
また、物体検知装置は、物体の有無と、物体の位置を検知できることが望まれる。
【００１１】
特許文献１に記載された物体検知装置は、道路の両側に漏洩伝送路を布設し、一方の漏洩伝送路より電波を放射し、他方の漏洩伝送路にて入射した電波を用いて障害物を検知するものにおいて、スペクトラム拡散された信号を電波として送信し、受信信号の位相を利用して障害物を検知するものである。
【００１２】
特許文献２に記載された物体検知装置は、監視領域の両側に漏洩ケーブルを布設し、一方の漏洩ケーブルの一端に送信器を接続し、他方の漏洩ケーブルの同じ一端に受信器を接続し、送信器から周波数の異なる電波を交互に送信し、遅延時間の差異を利用して障害物の二次元位置を特定するものである。
【００１３】
特許文献３に記載された物体検知装置は、高周波伝送路の長手方向に離散的に複数のアンテナを設置し、そのアンテナで障害物による反射波を検出するものであり、隣接するアンテナの電波が混信しないように偏波を異ならせることで、障害物の位置を特定することができる。
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−０９８７７９号公報
【特許文献２】特開２００４−１２５６０４号公報
【特許文献３】特開２００５−１９５４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１の問題点は以下の通りである。
【００１６】
障害物が漏洩伝送路の長さ方向のどの位置にあるかを検知することはできるが、漏洩伝送路からの離隔距離を検知することはできない。すなわち、漏洩伝送路に沿った一次元の位置情報しか得られない。
【００１７】
また、送信用漏洩伝送路と受信用漏洩伝送路を検知対象領域を挟むようにして離隔して設置する必要があり、確保すべき設置スペースが多いと共に、設置費用が嵩む。
【００１８】
特許文献２の問題点は以下の通りである。
【００１９】
送信用漏洩ケーブルと受信用漏洩ケーブルを検知対象領域を挟むようにして離隔して設置する必要があり、確保すべき設置スペースが多いと共に、設置費用が嵩む。
【００２０】
また、周波数による遅延時間の差は、周波数によりケーブルから出射する角度が異なることを利用しているため、ケーブルから近い２つの位置では同じ周波数差による遅延時間の差が小さくなり、ケーブルからの離隔距離の検知精度が低下する。
【００２１】
特許文献３の問題点は以下の通りである。
【００２２】
障害物が複数設置したアンテナのどのアンテナ付近にあるかを検知することができるが、アンテナからの離隔距離を検知することはできない。すなわち、長さ方向に設置した複数のアンテナ群に沿った一次元の位置情報しか得られない。
【００２３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、物体の位置を検知する物体検知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するために本発明は、内部での伝搬速度が異なる複数の信号を長手方向に伝搬し、長手方向に連続的又は離散的箇所から対象空間へ上記複数の信号による複数の電磁波や弾性波等の波を出射する出射用線状アンテナと、該出射用線状アンテナの一端に給電又は給振する送信機と、長手方向に連続的又は離散的箇所にて上記対象空間から上記波を入射し、該波から得た内部での伝搬速度が異なる複数の信号を長手方向に伝搬する入射用線状アンテナと、該入射用線状アンテナの一端より受電又は受振する受信機と、上記送信機から上記受信機へ上記複数の信号を送受信したとき得られる複数の受信信号を記憶する信号記憶部と、上記対象空間中に複数箇所設定された各被検出点における上記波の反射係数を上記複数の受信信号とあらかじめ知られた各被検出点における上記波の結合損失とから算出する反射係数分布算出部と、算出された反射係数が所定値を超える被検出点を物体存在位置と判定する物体存在位置判定部と、を備えたものである。
【００２５】
出射用線状アンテナは１本の線状アンテナからなり、入射用線状アンテナは複数本の線状アンテナからなってもよい。
【００２６】
上記反射係数分布算出部は、上記被検出点の個数Ｎ個以上の受信信号を反射係数と結合損失からなる方程式で表した連立方程式を解いてＮ個の反射係数を算出してもよい。
【００２７】
上記出射用線状アンテナの両端間又は上記入射用線状アンテナの両端間で交互に受給電し、その所要時間を用いて当該線状アンテナの伝搬速度を校正する伝搬速度校正手段を有してもよい。
【００２８】
上記出射用及び入射用線状アンテナが上記対象空間の同じ一辺側に布設されてもよい。
【００２９】
上記出射用及び入射用線状アンテナがそれぞれ漏洩ケーブルで構成されてもよい。
【００３０】
上記出射用及び入射用線状アンテナがそれぞれ伝送ケーブルと該伝送ケーブルに長手方向に間隔を開けて取り付けられた複数の個別アンテナで構成されてもよい。
【００３１】
上記対象空間が車両、ロボット等の移動体をループ状に囲む領域であって、上記複数の出射用及び入射用線状アンテナが上記移動体の周囲に布設されてもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３３】
（１）二次元の位置情報が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３５】
図１に示されるように、本発明に係る物体検知装置１は、内部での伝搬速度が異なる複数の信号を長手方向（ｘ軸方向）に伝搬し、長手方向に連続的又は離散的箇所から所定角度θに対象空間Ｐへ上記複数の信号による複数の電磁波や弾性波等の波を出射する出射用線状アンテナ２と、該出射用線状アンテナ２の一端に給電又は給振する送信機３と、長手方向（ｘ軸方向）に連続的又は離散的箇所にて上記対象空間Ｐから所定角度θに上記波を入射し、該波から得た内部での伝搬速度が異なる複数の信号を長手方向に伝搬する入射用線状アンテナ４と、該入射用線状アンテナ４の一端より受電又は受振する受信機５と、上記送信機から上記受信機へ上記複数の信号を送受信したとき得られる複数の受信信号を記憶する信号記憶部６と、上記対象空間Ｐ中に複数箇所設定された各被検出点における上記波の反射係数を上記複数の受信信号とあらかじめ知られた各被検出点における上記波の結合損失とから算出する反射係数分布算出部７と、算出された反射係数が所定値を超える被検出点を物体存在位置と判定する物体存在位置判定部８とを備えたものである。
【００３６】
以下の説明では、所定角度θを直角方向（ｙ軸方向）として説明する。
【００３７】
この実施形態では、線状アンテナ２，４内部を伝搬する信号は電気信号とし、出射用線状アンテナ２から対象空間Ｐへ出射され対象空間Ｐから入射用線状アンテナ４に入射される波は電波とする。よって、送信機３は出射用線状アンテナ２に給電し、受信機５は入射用線状アンテナ４から受電する。また、線状アンテナ２，４はそれぞれ１本又は複数本用い、各線状アンテナ２，４は内部での信号の伝搬速度が異なるものとし、上記複数の信号の組み合わせは、１本又は複数本の出射用及び入射用線状アンテナ２，４の組み合わせで実現される。
【００３８】
対象空間Ｐは、説明を簡単にするため、長方形としてある。この対象空間Ｐの片側の長辺（ｘ軸）に沿わせて出射用線状アンテナ２及び入射用線状アンテナ４が布設される。対象空間Ｐには位置座標（ｘ，ｙ）を定義する。対象空間Ｐは、四隅の座標が（０，０）、（Ｘ，０）、（Ｘ，Ｙ）、（０，Ｙ）の長方形である。例えば、Ｘ＝１０ｍ、Ｙ＝４ｍである場合、位置座標（ｘ，ｙ）は、本来連続値（アナログ）であるが被検出点を定義するため、ｘ軸１ｍ間隔、ｙ軸０．４ｍ間隔の格子状の座標とすることができる。
【００３９】
出射用線状アンテナ２及び入射用線状アンテナ４に用いる線状アンテナは、線状に布設でき長手方向連続的又は離散的にアンテナとしての機能を有するものであればよく、ストリップライン、漏洩ケーブルなどが該当する。本実施形態では、１本の線状アンテナを１本の単心漏洩同軸ケーブルで構成する。漏洩同軸ケーブルは、内部導体の周囲に絶縁体を介して外部導体を設け、外部導体に漏洩孔を形成したものである。漏洩孔は長手方向に一定間隔で設けられる。出射用線状アンテナ２及び入射用線状アンテナ４は、複数の漏洩孔による電磁波の放射（出射、入射）方向が一律に対象空間Ｐ内を向くように布設される。
【００４０】
本発明では、漏洩同軸ケーブルの絶縁体に発泡ポリエチレン、非発泡ポリエチレン、塩化ビニルなどを単独又は複合したものなどを用いることにより、複数本の線状アンテナ２，４において互いに絶縁体の組成が異なる。材料により同じ周波数に対する比誘電率が異なる（発泡ポリエチレン約１．６、非発泡ポリエチレン約２．４、塩化ビニル約８）ので、絶縁体の組成によって同じ周波数に対する比誘電率が異なる。
【００４１】
図２に、８本の漏洩同軸ケーブルを用いて、出射用線状アンテナ２を１本、入射用線状アンテナ４を７本設けた形態を示す。８本の漏洩同軸ケーブルを１本に複合一体化した複合漏洩同軸ケーブルにより、１本の出射用線状アンテナ２及び７本の入射用線状アンテナ４が構成される。各線状アンテナ２，４の電磁波放射方向は、それぞれ一方向であり、全て同じ方向に向いている。絶縁体の組成の違いを漏洩同軸ケーブル（線状アンテナ）の符号Ｓ１〜Ｓ８で表す。絶縁体の組成の違いによって同じ周波数に対する比誘電率が異なることで、線状アンテナ内部での伝搬速度が異なる。よって、符号Ｓ１〜Ｓ８は伝搬速度と対応している。
【００４２】
【表１】
【００４３】
ここでは、表１に示すように、漏洩同軸ケーブルＳ２の伝搬速度は約４×１０7ｍ／ｓ、漏洩同軸ケーブルＳ８の伝搬速度は約１．６×１０8ｍ／ｓであり、各漏洩同軸ケーブルの伝搬速度はＳ２の伝搬速度＜Ｓ３の伝搬速度＜…＜Ｓ８の伝搬速度、Ｓ１の伝搬速度＝Ｓ５の伝搬速度としてある。
【００４４】
漏洩同軸ケーブルＳ１を出射用線状アンテナ２とし、この一端を送信機３に接続し、漏洩同軸ケーブルＳ２〜Ｓ８を入射用線状アンテナ４とし、これらの反対端を受信機５に接続する。
【００４５】
図３に、送信機３、受信機５の内部構成と、各線状アンテナ２，４の接続関係を示す。ただし、内部構成に関しては、物体検知のための信号処理回路（図１参照）は省略し、伝搬速度の校正のための回路と信号分配のための回路のみ示す。
【００４６】
すなわち、送信機３は、異なる周波数ｆ１〜ｆ４を有する４つの信号を発生する信号発生器Ｆ１〜Ｆ４と、これら信号発生器Ｆ１〜Ｆ４を制御する制御部３１と、上記４つの信号を合波する合波器３２と、漏洩同軸ケーブルＳ２〜Ｓ８から入力される校正用信号を受信する７群の校正用受信部群３４ａ〜３４ｇとを備える。校正用受信部群３４ａは、周波数ｆ１〜ｆ４で受信信号を分波する分波器４１ａと、周波数別の信号を受信する４つの校正用受信部４２ａ〜４２ｄとからなる。図中では、校正用受信部群３４ｂ〜３４ｇは細部を省略して描かれているが、校正用受信部群３４ａと同様の構成を有する。
【００４７】
一方、受信機５は、漏洩同軸ケーブルＳ１から入力される校正用信号を受信する校正用受信部３５ａ〜３５ｄと、漏洩同軸ケーブルＳ２〜Ｓ８と後述する分波器３７との間で入出力される信号を分配する分配器３６と、該分配器３６側に１入出力端子が接続され周波数ｆ１〜ｆ４の入出力ポートを有する分波器３７と、分波器３７に接続された４個の分配器３８と、各分配器３８にそれぞれ接続された受信部３９及び校正用発信部群４０とを備える。校正用発信部群４０は、４つの周波数ｆ１〜ｆ４に対応して校正用発信部４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄを備える。
【００４８】
ここで校正について述べておくと、伝搬速度の校正は、使用する周波数、出射用線状アンテナ、入射用線状アンテナの全ての組み合わせで行うことで周波数や線状アンテナの特性を反映させることが理想である。したがって、以下の手順で行うことが理想的である。ただし、装置構成の複雑さとコストの兼ね合いで適宜省略は可能である。
【００４９】
送信機３から４種類の周波数ｆ１〜ｆ４で校正用信号を同時に発信して給電すると、各々の校正用信号は出射用線状アンテナ２（漏洩同軸ケーブルＳ１）を伝搬して受信機５に到達する。
【００５０】
校正用受信部３５ａ〜３５ｄでは、それぞれ周波数ｆ１〜ｆ４の校正用信号を受信してから、トリガ信号を校正用発信部群４０ａ〜４０ｄに送信する。校正用発信部４０ａ〜４０ｄは、トリガ信号によりそれぞれ周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４に対応した校正用信号を発信する。
【００５１】
各校正用発信部４０ａ〜４０ｄから送信された校正用信号は、分配器３８、分波器７、分配器３６を経由して７本の入用線状アンテナ４（漏洩同軸ケーブルＳ２〜Ｓ８）に給電され、送信機３に到達する。
【００５２】
漏洩同軸ケーブルＳ２から校正用受信部群３４ａの分波器４１ａに到達した校正用信号は、分波器４１ａで周波数ｆ１〜ｆ４に分波され、周波数別に校正用受信部４２ａ〜４２ｄで受信される。他の漏洩同軸ケーブルＳ２〜Ｓ８からの校正用信号も同様である。
【００５３】
送信機３にて、送信機３が校正用信号を発信してから受信機５からの校正用信号を受信するまでの時間を各校正用受信部群３４ａ〜３４ｇの校正用受信部ごとに測定する。
【００５４】
上記のように伝搬速度の校正（伝送時間の校正でも可）を、使用する周波数と入射用線状アンテナの各組み合わせについて行うために、各校正用受信部群３４ａ〜３４ｇにおいて、受信機５からの校正信号を受信する時間を管理する。これにより、使用する周波数と入射用線状アンテナの組み合わせに対する伝搬速度又は伝送時間を識別して求めることができる。
【００５５】
図３の構成において、入射用漏洩同軸ケーブルＳ２〜Ｓ８の伝搬速度は、物体からの反射波（図１参照）が同時に受信機５で受信される該物体の座標を結ぶ直線の傾きの差がほぼ一定となるのが好ましい。よって、漏洩同軸ケーブルＳi（ｉ＝２，３，…，７）の伝搬速度と漏洩同軸ケーブルＳi+1の伝搬速度との関係が式（１）となるよう絶縁体の組成を設定する。
【００５６】
ｖi＝ｖi+1＾（（ｖmin／ｖmax）＾（１／（本数−１）））
（１）
ｖi；漏洩同軸ケーブルＳiの伝搬速度
本数；漏洩同軸ケーブルの本数
ｖmax；伝搬速度の最大値
ｖmin；伝搬速度の最小値
演算記号の＾は、べき乗を表す
このようにして設計した７本の入射用漏洩同軸ケーブルＳ２〜Ｓ８の伝搬速度が表１に示してある。なお、出射用漏洩同軸ケーブルＳ１の伝搬速度はＳ２〜Ｓ５の伝搬速度範囲付近であればどのような速度であってもよいが、ここではＳ５と同じに設定した場合について説明する。
【００５７】
この構成において、物体からの反射波が同時に受信される場合に、物体の座標がｘｙ平面上でなす直線の傾きを表２に示す。ただし、周波数は１種類とする。
【００５８】
【表２】
【００５９】
なお、出射用線状アンテナ２の伝搬速度をｖｔとし、入射用線状アンテナ４の伝搬速度をｖｒとすると、物体があった場合にその物体からの反射波が同時に受信される座標の集合がなす直線の傾きは（ｖｔ−ｖｒ）／（ｖｔ×ｖｒ）である。
【００６０】
直線の傾きが最も小さい場合は入射用漏洩同軸ケーブルＳ２を用いる場合であるが、この場合の直線をｘｙ平面（対象空間Ｐに対応）に描くと図４のようになる。パラメータは時刻である。図示のように、ｘｙ平面の左下隅、すなわち、発信機３に近く、線状アンテナ２，４に近いほど反射波が早く受信される。
【００６１】
また、傾きが最も大きい入射用漏洩同軸ケーブルＳ７を用いた場合の直線をｘｙ平面（対象空間Ｐに対応）に描くと図５のようになる。パラメータは時刻である。図示のように、ｘｙ平面の右下隅、すなわち、受信機５に近く、線状アンテナ２，４に近いほど反射波が早く受信される。
【００６２】
以下、本発明の物体検知装置１の原理と動作を説明する。
【００６３】
図６に示されるように、送信機３に接続した出射用線状アンテナ２から直角方向に放射された電波が物体Ｏに当たると、反射波が生じ、その一部は入射用線状アンテナ４に入射する。受信機５において物体Ｏからの反射波を受信し、物体Ｏの有無を検知すると共に、その位置を特定するのが、本発明の目的である。
【００６４】
なお、本発明では、対象空間Ｐ中に設定した各監視点（図１におけるｘ軸１ｍ間隔、ｙ軸０．４ｍ間隔で格子状に配置した座標点）での反射情報を独立に検出可能である。したがって、図６のように対象空間Ｐに３つの物体Ｏが存在するとき、これら３個の物体Ｏの有無とそれらの位置を同時に検知することができる。
【００６５】
線状アンテナ２，４の長手方向にｘ軸を想定し、直角方向にｙ軸を想定し、対象空間Ｐ（ｘ＝０〜Ｘ，ｙ＝０〜Ｙ）内に複数個の被検出点（ｘ（ｉ），ｙ（ｊ）），ｉ＝１，２，…，Ｉ、ｊ＝１，２，…，Ｊ、Ｉ＝Ｊ）を設定する。基準時間から一定時間の範囲にわたり、所定のサンプリング時間間隔でサンプリングした受信信号の組を用いて、各被検出点における情報の大きさを求めるものとする。ここで、情報とは反射係数であり、反射係数が所定値を超える被検出点には物体Ｏが存在すると判定するための情報である。
【００６６】
送信機３から出射用線状アンテナ（漏洩同軸ケーブル）２に送出（給電）された信号は、出射用線状アンテナ２の長手方向に伝搬しつつ、その長手方向の離散的箇所から直角方向に出射される。その電波が物体Ｏで反射され、反射波が入射用線状アンテナ（漏洩同軸ケーブル）４に入射する。受信機５では、複数の被検出点からの反射波を同時に受信する。そこで、送受信条件を変えた送受信を被検出点の個数Ｎ（＝Ｉ×Ｊ）回以上行い、Ｎ個以上の受信信号を得る。これらＮ個以上の受信信号は、Ｎ個以上の独立した方程式となる。これらの連立方程式を解くことにより、各被検出点の情報（反射係数）を求めることができる。送受信条件を変えて複数回の送受信を行って得られた受信信号は、式（２）で表される。
【００６７】
Ｍ（ｋ）＝ΣΣＡｉｊ（ｋ）・Ｒ（ｘｉ，ｙｊ）
Ａｉｊ（ｋ）；座標（ｘｉ，ｙｊ）における信号の結合損失（送信〜受信）であ り、計算などによりあらかじめ求めておく
（結合損失Ａｉｊは、ｋ番目の条件で受信される位置（ｉ，ｊ） の場合以外は０となる）
Ｒ（ｘｉ，ｙｊ）；座標（ｘｉ，ｙｊ）における反射係数であり、本発明で求め ようとしている連立方程式の未知数
Ｍ（ｋ）；ｋ番目の受信信号であり、ｋ＝１〜Ｋ
（２）
上式（２）のＲ（ｘｉ，ｙｊ）の求め方をＩ＝２，Ｊ＝２の場合につき、以下に説明する。
【００６８】
Ｍ（１）＝｛Ａ１１（１）×Ｒ１１＋Ａ１２（１）×Ｒ２１｝
＋｛Ａ１１（１）×Ｒ１２＋Ａ１２（１）×Ｒ２２｝
＋｛Ａ２１（１）×Ｒ１１＋Ａ２２（１）×Ｒ２１｝
＋｛Ａ２１（１）×Ｒ１２＋Ａ２２（１）×Ｒ２２｝
＝｛Ａ１１（１）＋Ａ２１（１）｝×Ｒ１１
＋｛Ａ１１（１）＋Ａ２１（１）｝×Ｒ１２
＋｛Ａ１２（１）＋Ａ２２（１）｝×Ｒ２１
＋｛Ａ１２（１）＋Ａ２２（１）｝×Ｒ２２
Ｍ（２）＝｛Ａ１１（２）＋Ａ２１（２）｝×Ｒ１１
＋｛Ａ１１（２）＋Ａ２１（２）｝×Ｒ１２
＋｛Ａ１２（２）＋Ａ２２（２）｝×Ｒ２１
＋｛Ａ１２（２）＋Ａ２２（２）｝×Ｒ２２
Ｍ（３）＝｛Ａ１１（３）＋Ａ２１（３）｝×Ｒ１１
＋｛Ａ１１（３）＋Ａ２１（３）｝×Ｒ１２
＋｛Ａ１２（３）＋Ａ２２（３）｝×Ｒ２１
＋｛Ａ１２（３）＋Ａ２２（３）｝×Ｒ２２
Ｍ（４）＝｛Ａ１１（４）＋Ａ２１（４）｝×Ｒ１１
＋｛Ａ１１（４）＋Ａ２１（４）｝×Ｒ１２
＋｛Ａ１２（４）＋Ａ２２（４）｝×Ｒ２１
＋｛Ａ１２（４）＋Ａ２２（４）｝×Ｒ２２
故に、
Ｍ（ｋ）＝｛Ａ１１（ｋ）＋Ａ２１（ｋ）｝×Ｒ１１
＋｛Ａ１１（ｋ）＋Ａ２１（ｋ）｝×Ｒ１２
＋｛Ａ１２（ｋ）＋Ａ２２（ｋ）｝×Ｒ２１
＋｛Ａ１２（ｋ）＋Ａ２２（ｋ）｝×Ｒ２２
ここで、
Ｂ１１（ｋ）＝Ａ１１（ｋ）＋Ａ２１（ｋ）
Ｂ１２（ｋ）＝Ａ１１（ｋ）＋Ａ２１（ｋ）
Ｂ１３（ｋ）＝Ａ１２（ｋ）＋Ａ２２（ｋ）
Ｂ１４（ｋ）＝Ａ１２（ｋ）＋Ａ２２（ｋ）
とおくと、
Ｍ（ｋ）＝Ｂ１１（ｋ）×Ｒ１１
＋Ｂ１２（ｋ）×Ｒ１２
＋Ｂ１３（ｋ）×Ｒ２１
＋Ｂ１４（ｋ）×Ｒ２２
故に、
【００６９】
【数１】
【００７０】
となり、行列Ｂが正則行列であれば、
Ｒ＝Ｂ-1×Ｍ （４）
となる。Ｉ＝２，Ｊ＝２以外でも、Ｉ＝Ｊとなるように対象空間Ｐの座標を設定すれば、同様となる。
【００７１】
求めようとする被検出点の個数Ｎ＝Ｉ×Ｊと同じ回数Ｎ回以上異なる条件で測定を行い、行列Ｂが正則でＢが既知であれば、式（４）により反射係数行列Ｒ（各被検出点の反射係数Ｒ（ｘｉ，ｙｊ））を求めることができる。
【００７２】
送受信条件（伝搬速度の組み合わせや信号の周波数）によっては、行列Ｂの要素に０が多く含まれるために正則にならない場合がある。送受信条件を増やすことにより０となる要素を減らすことができるので、行列Ｂが正則となるように送受信条件をふやして測定を行うことで対応できる。
【００７３】
図７に、対象空間Ｐにおける座標ｘ，ｙでの反射係数Ｒ（ｘ，ｙ）の定義イメージを示す。
【００７４】
送信機３から送出（給電）する信号は、パルス状に時間が制限された周波数Ｆの正弦波とする。すなわち、図８に示されるように、時間幅Δｔのパルス時間内に周波数Ｆの信号を送出する。パルスの立ち上がり時刻を時間計測の開始時刻０とする。この信号が、送信機３から距離ｘの点で出射用線状アンテナ２からｙ軸方向に出射され、座標（ｘ，ｙ）で反射され、距離ｘの点で入射用線状アンテナ４に入射し、時刻ｔに受信機５に到達する。ｘ．ｙ，ｔの関係は、次式（５）のように表すことができる。
【００７５】
ｔ＝ｘ／ｖｘｔ＋２×ｙ／ｖｙ＋（Ｌ−ｘ）／ｖｘｒ
ｔ；信号送出から受信信号サンプリングまでの時間
Ｌ；送信機から受信機までのアンテナ長
ｖｘｔ；出射用線状アンテナにおける伝搬速度
ｖｘｒ；入射用線状アンテナにおける伝搬速度
ｖｙ；対象空間における電磁波伝搬速度
（真空中の光速 ３×１０8ｍ／ｓとする）
（５）
式（５）を変形すると、
ｙ＝（ｖｙ×（ｖｘｔ−ｖｘｒ）／（２×ｖｘｔ×ｖｘｒ））×ｘ
＋ｖｙ×（ｔ−Ｌ／ｖｘｒ）／２
（６）
となる。つまり、図９に示されるように、ｘｙ平面で式（６）で表される直線９１上にある被検出点からの反射波が同一時刻ｔに受信される。時刻ｔが遅いと、この直線は図示右上に移動し、直線９２，９３となる。なお、この図はｖｘｔ＜ｖｘｒの場合を示している。
【００７６】
受信機５においては、継続して受信を行うので、対象空間Ｐ内の各被検出点からの反射波が相次いで受信され、図１０に示すような連続的な受信信号１０１が得られる。ある瞬時ｔにおける受信信号１０１の値は、図９の１つの直線（例えば、直線９１）上の全ての被検出点で生じた反射波の合計である。図１０中のＭ（ｔ）は、
Ｍ（ｔ）＝∫Ａ（ｘ，ｙ）・Ｒ（ｘ，ｙ）ｄｘ
Ｍ（ｔ）；時刻ｔでの受信信号
Ａ；座標（ｘ，ｙ）における信号の結合損失（送信〜受信）
Ｒ（ｘ，ｙ）；座標（ｘ，ｙ）における反射係数
ｙ；式（６）にしたがい、ｘ，ｔに依存して決まる
（７）
で表すことができる。
【００７７】
次に、受信信号を離散情報として扱うために、図１０の受信信号１０１をサンプリング時間間隔Δｔでサンプリングするものとする。図９に示した１つの直線上の全ての被検出点で生じた反射波を同時に受信するので、ｘ，ｙに関しては離散値扱いにはならない。図１０中のサンプル値Ｍ（ｋ）は、
Ｍ（ｋ）＝∫Ａ（ｘ，ｙ） ・Ｒ（ｘ，ｙ）ｄｘ
Ｍ（ｋ）；ｋ番目にサンプリングした受信信号
ｘ，ｙ；式（６）にしたがう
ｔ＝ｋ×Δｔ
（８）
で表すことができる。
【００７８】
次に、対象空間Ｐの座標をｘ＝０〜ｘＩ、ｙ＝０〜ｙＪで表す。ｘＩは、受信機５の直前の位置を表す。ｙＪは、結合係数が所定値Ａ０以下となる直前の位置を表す。これはｙが大きくなると、空間伝搬損失が増えるので結合損失が小さくなることによる。
【００７９】
対象空間Ｐ内の反射係数を求める座標点（被検出点）を、対象空間Ｐのｘ軸全長をＩ等分したｘｉ（ｉ＝０，１，２，…，Ｉ）と、対象空間Ｐのｙ軸全長をＪ等分したｙｊ（ｊ＝０，１，２，…，Ｊ）とを用いて表す。ただし、Ｉ＝Ｊ
ｙは、ｘｉを用いて下式（９）で表される。
【００８０】
ｙ＝ｖｙ・（ｖｘｔ−ｖｔｒ）／（２・ｖｘｔ・ｖｘｒ））・ｘｉ
＋ｖｙ・ （ｔ−Ｌ／ｖｘｒ）／２、
ｔ＝ｋ×Δｔ
（９）
しかし、一般的には、図１１に示されるように、ｙはｙｉとは異なる。このため、このままでは、座標点（被検出点）における反射係数Ｒ（ｘｉ，ｙｊ）、結合係数Ａ（ｘｉ，ｙｊ）を式（９）に導入できない。そこで、互いに隣接し合うｙｉ間では反射係数と結合係数が直線的に変化すると仮定して、反射係数と結合係数をそれぞれ式（１０）、式（１１）で表す。
【００８１】
Ｒ（ｘｉ，ｙ）＝Ｒ（ｘｉ，ｙｊ）＋Ｒ（ｘｉ，ｙｊ＋１−ｙｊ）×
（ｙ−ｙｊ）／（ｙｊ＋１−ｙｊ）、
ｙｊ≦ｙ≦ｙｊ＋１≦ｙＪ
Ｒ（ｘｉ，ｙ）＝０、
ｙｊ＞ｙＪ
（１０）
Ａ（ｘｉ，ｙ）＝Ａ（ｘｉ，ｙｊ）＋Ａ（ｘｉ，ｙｊ＋１−ｙｊ）×
（ｙ−ｙｊ）／（ｙｊ＋１−ｙｊ）、
ｙｊ≦ｙ≦ｙｊ＋１≦ｙＪ
Ａ（ｘｉ，ｙ）＝０、
ｙｊ＞ｙＪ
（１１）
上式（１０）、式（１１）の考え方のうち反射係数について、図１１に示す。ある座標で生じた反射波を時刻ｔ＝ｋ×Δｔに同時に受信するような該座標を通る直線（そのような座標の集合からなる線）が座標（ｘｉ，０）に立てた垂線と交わる座標のｙ成分がｙ（ｘｉ）であり、その座標を（ｘｉ，ｙ）と表す。反射係数Ｒ（ｘｉ，ｙ）は、座標（ｘｉ，ｙｊ＋１）における反射係数Ｒ（ｘｉ，ｙｊ＋１）と座標（ｘｉ，ｙｊ）における反射係数Ｒ（ｘｉ，ｙｊ）とから内挿により求める。よって、上式（１０）が得られる。
【００８２】
結合係数については、考え方が反射係数と同様であるので、図示、説明を省く。
【００８３】
これらの変換方法に基づいて式（８）を書き換えると、式（１２）となる。
【００８４】
Ｍ（ｋ）＝ΣＡ（ｘｉ，ｙ）×Ｒ（ｘｉ，ｙ）
＝ｆ｛Ａ（ｘｉ，ｙｊ）×Ｒ（ｘｉ，ｙｊ）｝
ｉ＝１，２，Ｉ
（１２）
すなわち、ｋ番目の受信信号Ｍ（ｋ）は、対象空間Ｐに設定した座標点（被検出点）における結合係数と反射係数との積として表すことができる。
【００８５】
次に、異なる送受信条件で信号を送受信することについて説明する。
【００８６】
送受信条件のひとつは伝搬速度の組み合わせである。
【００８７】
出射用線状アンテナ２及び入射用線状アンテナ４として用いている漏洩同軸ケーブルの絶縁体の誘電率を変えると、漏洩同軸ケーブルの単位長さあたりの静電容量を変えることができる。一方、漏洩同軸ケーブルにおける伝搬速度ｖは下式（１３）で表される。よって、絶縁体の誘電率を変えることで伝搬速度ｖｘｔ，ｖｘｒを変えることができる。
【００８８】
ｖ＝（Ｃ×Ｌ）-0.5
ｖ；漏洩同軸ケーブルにおける伝搬速度
Ｃ；漏洩同軸ケーブルの単位長あたりの容量
Ｌ；漏洩同軸ケーブルの単位長あたりのインダクタンス
（１３）
出射用線状アンテナ２と複数本の入射用線状アンテナ４について、絶縁体の組成が異なる組み合わせを作ることで、出射用線状アンテナ２における伝搬速度ｖｘｔと入射用線状アンテナ４における伝搬速度ｖｘｒとの組み合わせが異なると複数の送受信条件を作ることができる。
【００８９】
ｖｘｔ＞ｖｘｒである場合、図１２に示されるように、ｘｙ平面で傾きが正の直線１２１上にある被検出点からの反射波が同一時刻に受信される。時刻ｔを大きくとると、直線１２２，１２３のように被検出点の集合が異なってくる。
【００９０】
ｖｘｔ＝ｖｘｒである場合、図示しないがｘ軸と平行な直線上にある被検出点からの反射波が同一時刻に受信される。
【００９１】
ｖｘｔ＜ｖｘｒである場合、図１３に示されるように、ｘｙ平面で傾きが負の直線１３１上にある被検出点からの反射波が同一時刻に受信される。時刻ｔを大きくとると、直線１３２，１３３のように被検出点の集合が異なってくる。
【００９２】
以上のように、絶縁体の誘電率が異なる漏洩同軸ケーブルを用いて複数の線状アンテナ２，４を構成することにより、伝搬速度の組み合わせが異なる複数の送受信条件を実現できる。これら送受信条件の異なる送受信により、反射係数を求めるための連立方程式を増やすことができる。
【００９３】
具体的には、一般的な絶縁体材料の比誘電率は、発泡ポリエチレン約１．６、非発泡ポリエチレン約２．４、塩化ビニル約８である。これらを絶縁体に用いた漏洩同軸ケーブルの伝搬速度は、４×１０7〜２×１０8ｍ／ｓである。
【００９４】
送受信条件として周波数がある。
【００９５】
信号の周波数を変えると、誘電率の周波数依存性により、伝搬速度を変えることができる。同一の物体検知装置１において、信号の周波数を高くすると、出射用線状アンテナ２における伝搬速度ｖｘｔも入射用線状アンテナ４における伝搬速度ｖｘｒもほぼ同じ比率で増加し、この結果、式（６）より、ｙ切片が大きくなり、傾きが小さくなる。
【００９６】
ｙ＝ｖｙ・（ｖｘｔ−ｖｘｒ）／（２・ｖｘｔ・ｖｘｒ））・
ｘ＋ｖｙ・ （ｔ−Ｌ／ｖｘｒ）／２
（６再掲）
図１４に示されるように、ｖｘｔ＞ｖｘｒである場合に、反射波が同一時刻に受信される被検出点による直線１４１があるとき、ｖｘｔ，ｖｘｒをそれぞれ大きくすると、反射波が同一時刻に受信される別の被検出点による直線１４２が得られる。
【００９７】
図１５に示されるように、ｖｘｔ＜ｖｘｒである場合に、反射波が同一時刻に受信される被検出点による直線１５１があるとき、ｖｘｔ，ｖｘｒをそれぞれ大きくすると、反射波が同一時刻に受信される別の被検出点による直線１５２が得られる。
【００９８】
このように、信号の周波数を異ならせることにより、同一時刻に反射を受信できる被検出点による直線を異ならせることができ、これによっても、反射係数を求めるための連立方程式を増やすことができる。
【００９９】
伝搬速度の組み合わせと信号の周波数とを併用することで、連立方程式の次数を増やすことができる。つまり、伝搬速度の異なる入射用線状アンテナの本数ｎ１と、信号の周波数の数ｎ２とにより、連立方程式の次数を最大ｎ１×ｎ２とすることができる。これによって離散的な被検出点の個数を増やして空間分解能を上げることができる。
【０１００】
このようにして、ｘｙ平面における反射係数分布を求める手法は、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）に類似しているので、ＣＴの手法を利用することも考えられる。
【０１０１】
以上説明したように、本発明は、出射用線状アンテナ２及び複数の入射用線状アンテナ４の組み合わせ、及び信号周波数の組み合わせで送信機３から受信機５へ信号を送受信したとき得られる複数の受信信号を信号記憶部６に記憶しておき、反射係数分布算出部７において、対象空間Ｐ中に複数箇所設定された各被検出点における電波の反射係数Ｒ（ｘ，ｙ）を上記複数の受信信号とあらかじめ知られた各被検出点における電波の結合損失とから算出し、算出された反射係数が所定値を超える被検出点について物体存在位置判定部８がこの被検出点を物体存在位置と判定する。被検出点の個数がＮのとき、Ｎ個以上の受信信号からＮ以上の連立方程式を得て、これを解くことにより、各被検出点の反射係数が求まる。
【０１０２】
本発明は、従来技術との構成上の相違点として、
・線状アンテナ内での伝搬速度の差を利用する
・入射用線状アンテナとしてそれぞれ伝搬速度の異なる複数本の線状アンテナを布設する・出射用線状アンテナとして、複数の入射用線状アンテナの伝搬速度範囲付近の伝搬速度の線状アンテナを１本布設する。
・周波数の異なる複数の信号を用いる
・出射用線状アンテナ、入射用線状アンテナを監視範囲Ｐの片側の辺に沿わせて布設する・送受信の組み合わせ（出射用線状アンテナ、入射用線状アンテナ、周波数の組み合わせ）で複数の受信信号を得る
・Ｎ個の被検出点を設定する
などの特徴を有する。
【０１０３】
これにより、本発明は、被検出点を線状アンテナの長手方向だけでなく、線状アンテナの直角方向にも設定し、物体の位置を二次元的に検知することができる。
【０１０４】
また、本発明は、線状アンテナから直角方向の離隔距離によらず検出精度が低下しない。
【０１０５】
また、本発明は、出射・入射の線状アンテナを監視範囲Ｐの片側に布設すればよいので、布設が容易である。
【０１０６】
次に、温度補償について述べる。
【０１０７】
線状アンテナ２，４の静電容量は、温度によっても変化するので、温度の影響を受けないようにするために、温度補償を行うとよい。すなわち、線状アンテナ２，４の静電容量の変化により、伝搬速度が変わるので、長さが既知の線状アンテナについて、線状アンテナ２，４で送受信する信号と同じ周波数の信号が伝搬する時間を別途に測定することで、温度の影響を補償する。
【０１０８】
具体的には、送信機３から送信機３に接続されている出射用線状アンテナ２に信号を送信し、出射用線状アンテナ２の遠端で反射した信号が送信機３に戻るまでの時間を送信機３で測定するという方法がある。
【０１０９】
図１６に示されるように、出射用線状アンテナ２の遠端を受信機５に接続し、入射用線状アンテナ４の遠端（送信機側）を送信機３に接続する。この構成において、送信機３が送信した信号を受信機５が受信した後、一定時間ｔｚ２後に、受信機５が伝搬時間校正用信号を送出する。送信機３では、伝搬時間校正用信号を受信した時刻を用いて伝搬速度を校正する。これにより、出射用線状アンテナ２の全長と入射用線状アンテナ４の全長の合計を信号が伝搬する時間を測定する。
【０１１０】
上記校正による伝搬速度算出は以下の手順で行う。
【０１１１】
送信機３から信号を送信してから受信機５から送られてくる校正用信号を受信するまでの時間ｔｚは、校正用信号が線状アンテナを往復する時間ｔｚ１＋ｔｚ３と受信機５が校正用信号を送り返す際の待ち時間ｔｚ２との合計になる。待ち時間ｔｚ２は、あらかじめ把握できるので、時間ｔｚ１＋ｔｚ３を求めることができる。線状アンテナの長さＬを既知とすれば、線状アンテナの伝搬速度はｖ＝２Ｌ／（ｔｚ１＋ｔｚ３）として求めることができる。温度による伝搬速度の変化を校正するためには標準温度（例えば２５℃）での伝搬速度ｖ０に対する実際の伝搬速度ｖの比ｖ／ｖ０を用いる。式（８）用いるサンプリング時間間隔Δｔの代わりに、Δｔ♯＝Δｔ／（ｖ／ｖ０）を用いることで伝搬速度が速くなった場合は、その比率でサンプリング時間間隔を短くすることができるため、温度による伝搬速度変化を校正して測定が行える。
【０１１２】
このように、本発明は、周囲温度に対して温度補償ができるため、周囲温度変化によって位置検知精度が低下することがない。
【０１１３】
次に、検出精度について述べる。
【０１１４】
検出精度向上のためには、受信信号のＳ／Ｎを良くするのがよい。受信信号のＳ／Ｎを良くするためには、平均化処理を行うとよい。ｋ番目（ｋ＝１，２，３，…）の受信信号Ｍ（ｋ）を得るための送受信をｐ回行うものとすると、式（１４）が得られる。
【０１１５】
Ｍ（ｋ，ｐ）＝ΣＡ（ｘｉ，ｙ）×Ｒ（ｘｉ，ｙ）
ｉ＝１，２，…，Ｉ
ｐ＝１，２，…
（１４）
これらを同じｋに対して平均化すると、式（１５）が得られる。
【０１１６】
Ｍａ（ｋ）＝ΣＭ（ｋ，ｐ）／ｐ
ｐ＝１，２，…
（１５）
これにより、検出精度（Ｓ／Ｎ）を√ｐに比例して向上させることができる。
【０１１７】
次に、空間分解能の向上について述べる。
【０１１８】
送受信する信号として、電波ではなく弾性波を使用すると、電磁波伝搬速度が約３×１０8ｍ／ｓであるのに対して、弾性波の一種である音波の空気中の伝搬速度は約３４０ｍ／ｓと伝搬速度が遅いので、伝搬速度に反比例して空間分解能を向上させることができる。
【０１１９】
弾性波を伝搬させる線状アンテナとしては、金属、プラスチック等を用いることができる。弾性波の伝搬速度Ｖは、Ｖ＝（Ｋ／ρ）1/2、（Ｋは剛性率、ρは密度）と表される。したがって、線状アンテナの剛性率や密度を変えることにより線状アンテナにおける弾性波の伝搬速度を変えることができる。例えば、鉄鋼の弾性率は７８〜８４ＧＰａ、黄銅は４．１ＧＰａ、ゴムは０．５〜１．５ＭＰａであるから、これら弾性率の異なる材料で作成した複数種類の線状アンテナを用いることができる。例えば、弾性率０．５ＭＰａのゴム製のアンテナと弾性率１．５ＭＰａのゴム製のアンテナと弾性率４．１ＧＰａの黄銅製のアンテナと弾性率８４ＧＰａの鉄鋼製のアンテナを用いる。
【０１２０】
次に、他の実施形態を説明する。
【０１２１】
送信機と受信機を同一場所に置く構成でも本発明は実施できる。図１７に示されるように、本発明に係る物体検知装置１８１は、対象空間Ｐの片側の長辺（ｘ軸）に沿わせて出射用線状アンテナ２及び入射用線状アンテナ４が布設され、出射用線状アンテナ２と入射用線状アンテナ４の同じ側の一端に送信機３と受信機５がそれぞれ接続される。他の構成は図１の物体検知装置１に準じる。
【０１２２】
送信機３から送出された信号は、出射用線状アンテナ２を伝搬し、この出射用線状アンテナ２から直角方向に電波が出射される。物体で反射した電波は入射用線状アンテナ４に直角に入射し、その信号が入射用線状アンテナ４を伝搬して受信機５に受信される。
【０１２３】
この場合、受信時間ｔは式（１６）で表される。
【０１２４】
ｔ＝ｘ／ｖｘ ｔ＋２・ｙ／ｖｙ＋ｘ／ｖｘｒ
ｔ；信号送出から受信信号サンプリングまでの時間
ｖｘｔ；出射用線状アンテナ２の伝搬速度
ｖｘｒ；入射用線状アンテナ４の伝搬速度
（１６）
同一時刻に反射波が受信される被検出点は、式（１６）を変形した式（１７）で表される。
【０１２５】
ｙ＝ｖｙ・（ｖｓｔ＋ｖｘｒ）／（２・ｖｘｔ・ｖｘｒ））・ｘ
＋ｖｙ・ｔ／１２
（１７）
図１８に示されるように、ｘｙ平面で式（１７）で表される直線１９１上にある被検出点からの反射波が同一時刻ｔに受信される。時刻ｔが遅いと、この直線は図示右上に移動し、直線１９２，１９３となる。
【０１２６】
図１９に示されるように、反射波が同一時刻に受信される被検出点による直線２０１があるとき、ｖｘｔ，ｖｘｒをそれぞれ大きくすると、反射波が同一時刻に受信される別の被検出点による直線２０２が得られる。
【０１２７】
図１、図１７の物体検知装置１，１８１では、線状アンテナ２，４として漏洩同軸ケーブルを用いたが、線状に布設でき、アンテナとしての機能を有するものであれば、漏洩同軸ケーブル以外のものを用いてもよい。例えば、ストリップラインとして作製したアンテナを用いてもよい。
【０１２８】
図１、図１７の物体検知装置１，１８１では、線状アンテナ２，４を対象空間Ｐの片側の長辺に沿わせて布設したが、対象空間Ｐ内に布設してもよい。例えば、図２０に示されるように、対象空間Ｐのほぼ中央を横切る線上に線状アンテナ２，４を布設する。線状アンテナ２，４には、電波の出射・入射方向が２方向（＋９０度と−９０度）のものを用いる。
【０１２９】
この構成では、線状アンテナ２，４の＋９０度方向と−９０度方向で線状アンテナ２，４からの距離が同じ被検出点は、区別できないが、線状アンテナ２，４の布設経路に自由度が増す利点がある。
【０１３０】
図１、図１７の物体検知装置１，１８１では、線状アンテナ２，４として漏洩同軸ケーブルを用いたが、線状アンテナは伝送ケーブルと個別アンテナで構成してもよい。図２１に示されるように、この物体検知装置２２１は、長手方向（ｘ軸方向）に信号を伝送する複数の出射用伝送ケーブル２２２ａと、その伝送ケーブル２２２ａの離散的箇所に設置されて直角方向（ｙ軸方向）に対象空間Ｐへ電波を出射する出射用個別アンテナ２２２ｂと、これら複数の出射用伝送ケーブル２２２ａの一端に分配器２２３ｂを介して給電する送信機２２３ａと、長手方向（ｘ軸方向）の離散的箇所に設置されて対象空間Ｐから直角方向（ｙ軸方向）に電波を入射する入射用個別アンテナ２２４ｂと、長手方向（ｘ軸方向）に信号を伝送する複数の入射用伝送ケーブル２２４ａと、これら複数の入射用伝送ケーブル２２４ａの一端より分配器２２５ｂを介して受電する受信機２２５ａとを備える。
【０１３１】
図示省略したが、物体検知装置１の信号記憶部６、反射係数分布算出部７、物体存在位置判定部８に相当する部材も備えるものとする。各伝送ケーブル２２２ａ，２２４ａにおける信号の伝搬速度は、これまでに述べたものに準じるものとする。
【０１３２】
この構成は、複数の個別アンテナ２２２ｂ，２２４ｂを直列、並列、あるいは直並列に接続したものである。複数の個別アンテナを分配器を介して直列に接続すると、分配器における伝搬損失が分配器の個数分生じるが、並列構成を併用して送受信経路の伝搬損失を最適化して低減化することができる。
【０１３３】
ここまでは、線状アンテナを直線状に布設する形態を説明したが、線状アンテナはループ状等の任意形状に布設することができる。
【０１３４】
図２２に示されるように、この物体検知装置２３１は、自動車２３２の周囲にこれまで述べたような漏洩同軸ケーブル等からなる線状アンテナ２３３を布設し、自動車２３２の外方に電波が出射されると共に、自動車２３２の外方からの電波が入射するようにしたものである。物体からの反射波を受信することにより、自動車２３２の周囲に運転の障害となる障害物があるかどうかを判定すると共に、その障害物の位置を特定することができる。
【０１３５】
このように、対象空間Ｐが車両、ロボット等の移動体（ここでは自動車２３２）をループ状に囲む領域であって、線状アンテナ２３３が上記移動体の周囲に布設されてもよい。この構成の場合、出射用線状アンテナ２の一端に送信機３を接続し、入射用線状アンテナ４の反対端に受信機５を接続する形態であっても、送信機３と受信機５を同じ位置に配置することができ、図２２に示されるように、検出器２３４の中に送信機３と受信機５を収容し、信号入出力の配線を少なくすることができる。
【０１３６】
従来の自動車では、周囲状況監視（障害物検出）のために電磁波の１種であるミリ波を用いたミリ波レーダや弾性波の１種である超音波を用いた超音波レーダが知られているが、これらの装置では監視範囲が限られている。また、カメラでの画像撮影による監視も行われているが、目視確認が必要であったり、自動認識を行う場合でも物体が障害となるかどうかの判定が困難である場合があり、駐車場内等で車両近くにいる人を検出するには監視範囲が不十分であり、改善が望まれている。
【０１３７】
このような用途に本発明を適用すると、車両の全周囲を監視することが可能になり、事故防止に貢献できる。この場合、本発明の物体検知装置で物体の検知を知らせ、最終的には直接目で確認したり画像で確認することが有効と考えられる。
【０１３８】
線状アンテナ２３３を布設する位置としては、車両周囲の下端や上端であれば、ドアやトランク等の開閉の障害にならない。車両近傍の監視を主目的とした場合、複数の超音波レーダを直列、並列、あるいは直並列に接続する方式でも適用可能である。
【０１３９】
自動車以外では、例えば、自走式ロボット、固定式ロボットの可動部周囲に線状アンテナを布設して本発明を実施すれば、これらロボットの移動・運動の障害となる物体の検知を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本発明の一実施形態を示す物体検知装置の構成図兼配置平面図である。
【図２】図１の物体検知装置に用いる出射用線状アンテナ及び入射用線状アンテナの配置を示した立面断面図である。
【図３】図１の物体検知装置に用いる送信機及び受信機の相互接続及び内部構成図である。
【図４】反射波が同時に受信される座標からなる直線を示すｘｙ平面図である。
【図５】反射波が同時に受信される座標からなる直線を示すｘｙ平面図である。
【図６】本発明の物体検知装置の概念図である。
【図７】反射係数Ｒ（ｘ，ｙ）を定義するｘｙ平面図である。
【図８】送信機から送出する信号の時間幅を示す図である。
【図９】反射波が同時に受信される座標からなる直線を示すｘｙ平面図である。
【図１０】受信信号の時間的変化を示す図である。
【図１１】反射波がある時刻に受信される座標を離散化して反射係数を求める方法を説明するためのｘｙ平面図である。
【図１２】反射波が同時に受信される座標からなる直線を示すｘｙ平面図である。
【図１３】反射波が同時に受信される座標からなる直線を示すｘｙ平面図である。
【図１４】反射波が同時に受信される座標からなる直線を示すｘｙ平面図である。
【図１５】反射波が同時に受信される座標からなる直線を示すｘｙ平面図である。
【図１６】本発明において伝搬時間測定（校正）を行うときの物体検知装置の構成図である。
【図１７】本発明において送信機と受信機を同一端に配置するときの物体検知装置の構成図である。
【図１８】図１７の構成における反射波が同時に受信される座標からなる直線を示すｘｙ平面図である。
【図１９】図１７の構成における反射波が同時に受信される座標からなる直線を示すｘｙ平面図である。
【図２０】本発明において線状アンテナを対象空間内に布設した物体検知装置の概念図である。
【図２１】本発明において線状アンテナを伝送ケーブルと個別アンテナで構成した物体検知装置の構成図である。
【図２２】本発明において線状アンテナを移動体の周囲に布設した物体検知装置の概念図である。
【図２３】従来のレーダの概念図である。
【図２４】従来のレーダを細長い監視範囲に適用した平面図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１ 物体検知装置
２ 出射用線状アンテナ
３ 送信機
４ 入射用線状アンテナ
５ 受信機
６ 信号記憶部
７ 反射係数分布算出部
８ 物体存在位置判定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の位置を検知する物体検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、レーダのように物体を検知する装置として、図２３のものが知られている。この物体検知装置は、アンテナ２４１から特定角度範囲に電波や弾性波を送信し、物体Ｏから反射される信号をアンテナ２４１で受信して、物体Ｏの有無を検知すると共に、送信から受信までの遅延時間に基づき、アンテナ２４１から物体Ｏまでの距離を求めるものである。
【０００３】
監視角度範囲を全方向に広げるために、アンテナを回転させて使用するものもある。この場合、アンテナから物体までの距離の他に、アンテナの向きを利用して物体の方向も検出できる。
【０００４】
図２４に示されるように、長さ数十ｍのフェンス２５１に沿う長辺とフェンス２５１から数ｍ以内の短辺とからなる比較的長細い監視範囲Ｐにおける物体検出を行う場合、図２３の物体検知装置には、次の問題点がある。
【０００５】
フェンス２５１の一端（監視範囲Ｐの一端）にアンテナ２４１を配置してフェンス２５１に沿う監視範囲Ｐに電波を送信する構成が考えられるが、途中に障害物２５２があると、その障害物２５２に隠れる領域には電波が届かず監視が行えない。
【０００６】
図２４の構成では、アンテナ２４１を配置した一端からフェンス２５１の遠方端まで監視するために、強力な電波を送信する必要がある。その場合、放射角度範囲を狭めると、アンテナ２４１に近い領域で放射角度範囲に入らないために監視できない部分が生じる。
【０００７】
複数個の独立したアンテナを監視領域に分散配置して、アンテナごとに監視領域を分割することも考えられるが、コストが嵩むと共に、布設が面倒である。
【０００８】
フェンス中央付近に可動アンテナを配置して、アンテナの送受信方向を振りながら全監視領域を監視することも考えられるが、可動部の長期間信頼性確保が必要であり、また、全監視領域を同時に監視することができない。
【０００９】
このように、従来の物体検知装置に対して、長辺が短辺に比べて比較的長い長方形状等の監視領域を監視する場合に、障害物による監視不可能な領域を極力狭くでき、全監視領域に電波を送信でき、全監視領域を同時に監視でき、低コストで、簡単なシステム構成からなる物体検知装置が望まれる。
【００１０】
また、物体検知装置は、物体の有無と、物体の位置を検知できることが望まれる。
【００１１】
特許文献１に記載された物体検知装置は、道路の両側に漏洩伝送路を布設し、一方の漏洩伝送路より電波を放射し、他方の漏洩伝送路にて入射した電波を用いて障害物を検知するものにおいて、スペクトラム拡散された信号を電波として送信し、受信信号の位相を利用して障害物を検知するものである。
【００１２】
特許文献２に記載された物体検知装置は、監視領域の両側に漏洩ケーブルを布設し、一方の漏洩ケーブルの一端に送信器を接続し、他方の漏洩ケーブルの同じ一端に受信器を接続し、送信器から周波数の異なる電波を交互に送信し、遅延時間の差異を利用して障害物の二次元位置を特定するものである。
【００１３】
特許文献３に記載された物体検知装置は、高周波伝送路の長手方向に離散的に複数のアンテナを設置し、そのアンテナで障害物による反射波を検出するものであり、隣接するアンテナの電波が混信しないように偏波を異ならせることで、障害物の位置を特定することができる。
【００１４】
【特許文献１】特開２００４−０９８７７９号公報
【特許文献２】特開２００４−１２５６０４号公報
【特許文献３】特開２００５−１９５４７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
特許文献１の問題点は以下の通りである。
【００１６】
障害物が漏洩伝送路の長さ方向のどの位置にあるかを検知することはできるが、漏洩伝送路からの離隔距離を検知することはできない。すなわち、漏洩伝送路に沿った一次元の位置情報しか得られない。
【００１７】
また、送信用漏洩伝送路と受信用漏洩伝送路を検知対象領域を挟むようにして離隔して設置する必要があり、確保すべき設置スペースが多いと共に、設置費用が嵩む。
【００１８】
特許文献２の問題点は以下の通りである。
【００１９】
送信用漏洩ケーブルと受信用漏洩ケーブルを検知対象領域を挟むようにして離隔して設置する必要があり、確保すべき設置スペースが多いと共に、設置費用が嵩む。
【００２０】
また、周波数による遅延時間の差は、周波数によりケーブルから出射する角度が異なることを利用しているため、ケーブルから近い２つの位置では同じ周波数差による遅延時間の差が小さくなり、ケーブルからの離隔距離の検知精度が低下する。
【００２１】
特許文献３の問題点は以下の通りである。
【００２２】
障害物が複数設置したアンテナのどのアンテナ付近にあるかを検知することができるが、アンテナからの離隔距離を検知することはできない。すなわち、長さ方向に設置した複数のアンテナ群に沿った一次元の位置情報しか得られない。
【００２３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、物体の位置を検知する物体検知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するために本発明は、内部での伝搬速度が異なる複数の信号を長手方向に伝搬し、長手方向に連続的又は離散的箇所から対象空間へ上記複数の信号による複数の電磁波や弾性波等の波を出射する出射用線状アンテナと、該出射用線状アンテナの一端に給電又は給振する送信機と、長手方向に連続的又は離散的箇所にて上記対象空間から上記波を入射し、該波から得た内部での伝搬速度が異なる複数の信号を長手方向に伝搬する入射用線状アンテナと、該入射用線状アンテナの一端より受電又は受振する受信機と、上記送信機から上記受信機へ上記複数の信号を送受信したとき得られる複数の受信信号を記憶する信号記憶部と、上記対象空間中に複数箇所設定された各被検出点における上記波の反射係数を上記複数の受信信号とあらかじめ知られた各被検出点における上記波の結合損失とから算出する反射係数分布算出部と、算出された反射係数が所定値を超える被検出点を物体存在位置と判定する物体存在位置判定部と、を備えたものである。
【００２５】
出射用線状アンテナは１本の線状アンテナからなり、入射用線状アンテナは複数本の線状アンテナからなってもよい。
【００２６】
上記反射係数分布算出部は、上記被検出点の個数Ｎ個以上の受信信号を反射係数と結合損失からなる方程式で表した連立方程式を解いてＮ個の反射係数を算出してもよい。
【００２７】
上記出射用線状アンテナの両端間又は上記入射用線状アンテナの両端間で交互に受給電し、その所要時間を用いて当該線状アンテナの伝搬速度を校正する伝搬速度校正手段を有してもよい。
【００２８】
上記出射用及び入射用線状アンテナが上記対象空間の同じ一辺側に布設されてもよい。
【００２９】
上記出射用及び入射用線状アンテナがそれぞれ漏洩ケーブルで構成されてもよい。
【００３０】
上記出射用及び入射用線状アンテナがそれぞれ伝送ケーブルと該伝送ケーブルに長手方向に間隔を開けて取り付けられた複数の個別アンテナで構成されてもよい。
【００３１】
上記対象空間が車両、ロボット等の移動体をループ状に囲む領域であって、上記複数の出射用及び入射用線状アンテナが上記移動体の周囲に布設されてもよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００３３】
（１）二次元の位置情報が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００３５】
図１に示されるように、本発明に係る物体検知装置１は、内部での伝搬速度が異なる複数の信号を長手方向（ｘ軸方向）に伝搬し、長手方向に連続的又は離散的箇所から所定角度θに対象空間Ｐへ上記複数の信号による複数の電磁波や弾性波等の波を出射する出射用線状アンテナ２と、該出射用線状アンテナ２の一端に給電又は給振する送信機３と、長手方向（ｘ軸方向）に連続的又は離散的箇所にて上記対象空間Ｐから所定角度θに上記波を入射し、該波から得た内部での伝搬速度が異なる複数の信号を長手方向に伝搬する入射用線状アンテナ４と、該入射用線状アンテナ４の一端より受電又は受振する受信機５と、上記送信機から上記受信機へ上記複数の信号を送受信したとき得られる複数の受信信号を記憶する信号記憶部６と、上記対象空間Ｐ中に複数箇所設定された各被検出点における上記波の反射係数を上記複数の受信信号とあらかじめ知られた各被検出点における上記波の結合損失とから算出する反射係数分布算出部７と、算出された反射係数が所定値を超える被検出点を物体存在位置と判定する物体存在位置判定部８とを備えたものである。
【００３６】
以下の説明では、所定角度θを直角方向（ｙ軸方向）として説明する。
【００３７】
この実施形態では、線状アンテナ２，４内部を伝搬する信号は電気信号とし、出射用線状アンテナ２から対象空間Ｐへ出射され対象空間Ｐから入射用線状アンテナ４に入射される波は電波とする。よって、送信機３は出射用線状アンテナ２に給電し、受信機５は入射用線状アンテナ４から受電する。また、線状アンテナ２，４はそれぞれ１本又は複数本用い、各線状アンテナ２，４は内部での信号の伝搬速度が異なるものとし、上記複数の信号の組み合わせは、１本又は複数本の出射用及び入射用線状アンテナ２，４の組み合わせで実現される。
【００３８】
対象空間Ｐは、説明を簡単にするため、長方形としてある。この対象空間Ｐの片側の長辺（ｘ軸）に沿わせて出射用線状アンテナ２及び入射用線状アンテナ４が布設される。対象空間Ｐには位置座標（ｘ，ｙ）を定義する。対象空間Ｐは、四隅の座標が（０，０）、（Ｘ，０）、（Ｘ，Ｙ）、（０，Ｙ）の長方形である。例えば、Ｘ＝１０ｍ、Ｙ＝４ｍである場合、位置座標（ｘ，ｙ）は、本来連続値（アナログ）であるが被検出点を定義するため、ｘ軸１ｍ間隔、ｙ軸０．４ｍ間隔の格子状の座標とすることができる。
【００３９】
出射用線状アンテナ２及び入射用線状アンテナ４に用いる線状アンテナは、線状に布設でき長手方向連続的又は離散的にアンテナとしての機能を有するものであればよく、ストリップライン、漏洩ケーブルなどが該当する。本実施形態では、１本の線状アンテナを１本の単心漏洩同軸ケーブルで構成する。漏洩同軸ケーブルは、内部導体の周囲に絶縁体を介して外部導体を設け、外部導体に漏洩孔を形成したものである。漏洩孔は長手方向に一定間隔で設けられる。出射用線状アンテナ２及び入射用線状アンテナ４は、複数の漏洩孔による電磁波の放射（出射、入射）方向が一律に対象空間Ｐ内を向くように布設される。
【００４０】
本発明では、漏洩同軸ケーブルの絶縁体に発泡ポリエチレン、非発泡ポリエチレン、塩化ビニルなどを単独又は複合したものなどを用いることにより、複数本の線状アンテナ２，４において互いに絶縁体の組成が異なる。材料により同じ周波数に対する比誘電率が異なる（発泡ポリエチレン約１．６、非発泡ポリエチレン約２．４、塩化ビニル約８）ので、絶縁体の組成によって同じ周波数に対する比誘電率が異なる。
【００４１】
図２に、８本の漏洩同軸ケーブルを用いて、出射用線状アンテナ２を１本、入射用線状アンテナ４を７本設けた形態を示す。８本の漏洩同軸ケーブルを１本に複合一体化した複合漏洩同軸ケーブルにより、１本の出射用線状アンテナ２及び７本の入射用線状アンテナ４が構成される。各線状アンテナ２，４の電磁波放射方向は、それぞれ一方向であり、全て同じ方向に向いている。絶縁体の組成の違いを漏洩同軸ケーブル（線状アンテナ）の符号Ｓ１〜Ｓ８で表す。絶縁体の組成の違いによって同じ周波数に対する比誘電率が異なることで、線状アンテナ内部での伝搬速度が異なる。よって、符号Ｓ１〜Ｓ８は伝搬速度と対応している。
【００４２】
【表１】
【００４３】
ここでは、表１に示すように、漏洩同軸ケーブルＳ２の伝搬速度は約４×１０7ｍ／ｓ、漏洩同軸ケーブルＳ８の伝搬速度は約１．６×１０8ｍ／ｓであり、各漏洩同軸ケーブルの伝搬速度はＳ２の伝搬速度＜Ｓ３の伝搬速度＜…＜Ｓ８の伝搬速度、Ｓ１の伝搬速度＝Ｓ５の伝搬速度としてある。
【００４４】
漏洩同軸ケーブルＳ１を出射用線状アンテナ２とし、この一端を送信機３に接続し、漏洩同軸ケーブルＳ２〜Ｓ８を入射用線状アンテナ４とし、これらの反対端を受信機５に接続する。
【００４５】
図３に、送信機３、受信機５の内部構成と、各線状アンテナ２，４の接続関係を示す。ただし、内部構成に関しては、物体検知のための信号処理回路（図１参照）は省略し、伝搬速度の校正のための回路と信号分配のための回路のみ示す。
【００４６】
すなわち、送信機３は、異なる周波数ｆ１〜ｆ４を有する４つの信号を発生する信号発生器Ｆ１〜Ｆ４と、これら信号発生器Ｆ１〜Ｆ４を制御する制御部３１と、上記４つの信号を合波する合波器３２と、漏洩同軸ケーブルＳ２〜Ｓ８から入力される校正用信号を受信する７群の校正用受信部群３４ａ〜３４ｇとを備える。校正用受信部群３４ａは、周波数ｆ１〜ｆ４で受信信号を分波する分波器４１ａと、周波数別の信号を受信する４つの校正用受信部４２ａ〜４２ｄとからなる。図中では、校正用受信部群３４ｂ〜３４ｇは細部を省略して描かれているが、校正用受信部群３４ａと同様の構成を有する。
【００４７】
一方、受信機５は、漏洩同軸ケーブルＳ１から入力される校正用信号を受信する校正用受信部３５ａ〜３５ｄと、漏洩同軸ケーブルＳ２〜Ｓ８と後述する分波器３７との間で入出力される信号を分配する分配器３６と、該分配器３６側に１入出力端子が接続され周波数ｆ１〜ｆ４の入出力ポートを有する分波器３７と、分波器３７に接続された４個の分配器３８と、各分配器３８にそれぞれ接続された受信部３９及び校正用発信部群４０とを備える。校正用発信部群４０は、４つの周波数ｆ１〜ｆ４に対応して校正用発信部４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄを備える。
【００４８】
ここで校正について述べておくと、伝搬速度の校正は、使用する周波数、出射用線状アンテナ、入射用線状アンテナの全ての組み合わせで行うことで周波数や線状アンテナの特性を反映させることが理想である。したがって、以下の手順で行うことが理想的である。ただし、装置構成の複雑さとコストの兼ね合いで適宜省略は可能である。
【００４９】
送信機３から４種類の周波数ｆ１〜ｆ４で校正用信号を同時に発信して給電すると、各々の校正用信号は出射用線状アンテナ２（漏洩同軸ケーブルＳ１）を伝搬して受信機５に到達する。
【００５０】
校正用受信部３５ａ〜３５ｄでは、それぞれ周波数ｆ１〜ｆ４の校正用信号を受信してから、トリガ信号を校正用発信部群４０ａ〜４０ｄに送信する。校正用発信部４０ａ〜４０ｄは、トリガ信号によりそれぞれ周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４に対応した校正用信号を発信する。
【００５１】
各校正用発信部４０ａ〜４０ｄから送信された校正用信号は、分配器３８、分波器７、分配器３６を経由して７本の入用線状アンテナ４（漏洩同軸ケーブルＳ２〜Ｓ８）に給電され、送信機３に到達する。
【００５２】
漏洩同軸ケーブルＳ２から校正用受信部群３４ａの分波器４１ａに到達した校正用信号は、分波器４１ａで周波数ｆ１〜ｆ４に分波され、周波数別に校正用受信部４２ａ〜４２ｄで受信される。他の漏洩同軸ケーブルＳ２〜Ｓ８からの校正用信号も同様である。
【００５３】
送信機３にて、送信機３が校正用信号を発信してから受信機５からの校正用信号を受信するまでの時間を各校正用受信部群３４ａ〜３４ｇの校正用受信部ごとに測定する。
【００５４】
上記のように伝搬速度の校正（伝送時間の校正でも可）を、使用する周波数と入射用線状アンテナの各組み合わせについて行うために、各校正用受信部群３４ａ〜３４ｇにおいて、受信機５からの校正信号を受信する時間を管理する。これにより、使用する周波数と入射用線状アンテナの組み合わせに対する伝搬速度又は伝送時間を識別して求めることができる。
【００５５】
図３の構成において、入射用漏洩同軸ケーブルＳ２〜Ｓ８の伝搬速度は、物体からの反射波（図１参照）が同時に受信機５で受信される該物体の座標を結ぶ直線の傾きの差がほぼ一定となるのが好ましい。よって、漏洩同軸ケーブルＳi（ｉ＝２，３，…，７）の伝搬速度と漏洩同軸ケーブルＳi+1の伝搬速度との関係が式（１）となるよう絶縁体の組成を設定する。
【００５６】
ｖi＝ｖi+1＾（（ｖmin／ｖmax）＾（１／（本数−１）））
（１）
ｖi；漏洩同軸ケーブルＳiの伝搬速度
本数；漏洩同軸ケーブルの本数
ｖmax；伝搬速度の最大値
ｖmin；伝搬速度の最小値
演算記号の＾は、べき乗を表す
このようにして設計した７本の入射用漏洩同軸ケーブルＳ２〜Ｓ８の伝搬速度が表１に示してある。なお、出射用漏洩同軸ケーブルＳ１の伝搬速度はＳ２〜Ｓ５の伝搬速度範囲付近であればどのような速度であってもよいが、ここではＳ５と同じに設定した場合について説明する。
【００５７】
この構成において、物体からの反射波が同時に受信される場合に、物体の座標がｘｙ平面上でなす直線の傾きを表２に示す。ただし、周波数は１種類とする。
【００５８】
【表２】
【００５９】
なお、出射用線状アンテナ２の伝搬速度をｖｔとし、入射用線状アンテナ４の伝搬速度をｖｒとすると、物体があった場合にその物体からの反射波が同時に受信される座標の集合がなす直線の傾きは（ｖｔ−ｖｒ）／（ｖｔ×ｖｒ）である。
【００６０】
直線の傾きが最も小さい場合は入射用漏洩同軸ケーブルＳ２を用いる場合であるが、この場合の直線をｘｙ平面（対象空間Ｐに対応）に描くと図４のようになる。パラメータは時刻である。図示のように、ｘｙ平面の左下隅、すなわち、発信機３に近く、線状アンテナ２，４に近いほど反射波が早く受信される。
【００６１】
また、傾きが最も大きい入射用漏洩同軸ケーブルＳ７を用いた場合の直線をｘｙ平面（対象空間Ｐに対応）に描くと図５のようになる。パラメータは時刻である。図示のように、ｘｙ平面の右下隅、すなわち、受信機５に近く、線状アンテナ２，４に近いほど反射波が早く受信される。
【００６２】
以下、本発明の物体検知装置１の原理と動作を説明する。
【００６３】
図６に示されるように、送信機３に接続した出射用線状アンテナ２から直角方向に放射された電波が物体Ｏに当たると、反射波が生じ、その一部は入射用線状アンテナ４に入射する。受信機５において物体Ｏからの反射波を受信し、物体Ｏの有無を検知すると共に、その位置を特定するのが、本発明の目的である。
【００６４】
なお、本発明では、対象空間Ｐ中に設定した各監視点（図１におけるｘ軸１ｍ間隔、ｙ軸０．４ｍ間隔で格子状に配置した座標点）での反射情報を独立に検出可能である。したがって、図６のように対象空間Ｐに３つの物体Ｏが存在するとき、これら３個の物体Ｏの有無とそれらの位置を同時に検知することができる。
【００６５】
線状アンテナ２，４の長手方向にｘ軸を想定し、直角方向にｙ軸を想定し、対象空間Ｐ（ｘ＝０〜Ｘ，ｙ＝０〜Ｙ）内に複数個の被検出点（ｘ（ｉ），ｙ（ｊ）），ｉ＝１，２，…，Ｉ、ｊ＝１，２，…，Ｊ、Ｉ＝Ｊ）を設定する。基準時間から一定時間の範囲にわたり、所定のサンプリング時間間隔でサンプリングした受信信号の組を用いて、各被検出点における情報の大きさを求めるものとする。ここで、情報とは反射係数であり、反射係数が所定値を超える被検出点には物体Ｏが存在すると判定するための情報である。
【００６６】
送信機３から出射用線状アンテナ（漏洩同軸ケーブル）２に送出（給電）された信号は、出射用線状アンテナ２の長手方向に伝搬しつつ、その長手方向の離散的箇所から直角方向に出射される。その電波が物体Ｏで反射され、反射波が入射用線状アンテナ（漏洩同軸ケーブル）４に入射する。受信機５では、複数の被検出点からの反射波を同時に受信する。そこで、送受信条件を変えた送受信を被検出点の個数Ｎ（＝Ｉ×Ｊ）回以上行い、Ｎ個以上の受信信号を得る。これらＮ個以上の受信信号は、Ｎ個以上の独立した方程式となる。これらの連立方程式を解くことにより、各被検出点の情報（反射係数）を求めることができる。送受信条件を変えて複数回の送受信を行って得られた受信信号は、式（２）で表される。
【００６７】
Ｍ（ｋ）＝ΣΣＡｉｊ（ｋ）・Ｒ（ｘｉ，ｙｊ）
Ａｉｊ（ｋ）；座標（ｘｉ，ｙｊ）における信号の結合損失（送信〜受信）であ り、計算などによりあらかじめ求めておく
（結合損失Ａｉｊは、ｋ番目の条件で受信される位置（ｉ，ｊ） の場合以外は０となる）
Ｒ（ｘｉ，ｙｊ）；座標（ｘｉ，ｙｊ）における反射係数であり、本発明で求め ようとしている連立方程式の未知数
Ｍ（ｋ）；ｋ番目の受信信号であり、ｋ＝１〜Ｋ
（２）
上式（２）のＲ（ｘｉ，ｙｊ）の求め方をＩ＝２，Ｊ＝２の場合につき、以下に説明する。
【００６８】
Ｍ（１）＝｛Ａ１１（１）×Ｒ１１＋Ａ１２（１）×Ｒ２１｝
＋｛Ａ１１（１）×Ｒ１２＋Ａ１２（１）×Ｒ２２｝
＋｛Ａ２１（１）×Ｒ１１＋Ａ２２（１）×Ｒ２１｝
＋｛Ａ２１（１）×Ｒ１２＋Ａ２２（１）×Ｒ２２｝
＝｛Ａ１１（１）＋Ａ２１（１）｝×Ｒ１１
＋｛Ａ１１（１）＋Ａ２１（１）｝×Ｒ１２
＋｛Ａ１２（１）＋Ａ２２（１）｝×Ｒ２１
＋｛Ａ１２（１）＋Ａ２２（１）｝×Ｒ２２
Ｍ（２）＝｛Ａ１１（２）＋Ａ２１（２）｝×Ｒ１１
＋｛Ａ１１（２）＋Ａ２１（２）｝×Ｒ１２
＋｛Ａ１２（２）＋Ａ２２（２）｝×Ｒ２１
＋｛Ａ１２（２）＋Ａ２２（２）｝×Ｒ２２
Ｍ（３）＝｛Ａ１１（３）＋Ａ２１（３）｝×Ｒ１１
＋｛Ａ１１（３）＋Ａ２１（３）｝×Ｒ１２
＋｛Ａ１２（３）＋Ａ２２（３）｝×Ｒ２１
＋｛Ａ１２（３）＋Ａ２２（３）｝×Ｒ２２
Ｍ（４）＝｛Ａ１１（４）＋Ａ２１（４）｝×Ｒ１１
＋｛Ａ１１（４）＋Ａ２１（４）｝×Ｒ１２
＋｛Ａ１２（４）＋Ａ２２（４）｝×Ｒ２１
＋｛Ａ１２（４）＋Ａ２２（４）｝×Ｒ２２
故に、
Ｍ（ｋ）＝｛Ａ１１（ｋ）＋Ａ２１（ｋ）｝×Ｒ１１
＋｛Ａ１１（ｋ）＋Ａ２１（ｋ）｝×Ｒ１２
＋｛Ａ１２（ｋ）＋Ａ２２（ｋ）｝×Ｒ２１
＋｛Ａ１２（ｋ）＋Ａ２２（ｋ）｝×Ｒ２２
ここで、
Ｂ１１（ｋ）＝Ａ１１（ｋ）＋Ａ２１（ｋ）
Ｂ１２（ｋ）＝Ａ１１（ｋ）＋Ａ２１（ｋ）
Ｂ１３（ｋ）＝Ａ１２（ｋ）＋Ａ２２（ｋ）
Ｂ１４（ｋ）＝Ａ１２（ｋ）＋Ａ２２（ｋ）
とおくと、
Ｍ（ｋ）＝Ｂ１１（ｋ）×Ｒ１１
＋Ｂ１２（ｋ）×Ｒ１２
＋Ｂ１３（ｋ）×Ｒ２１
＋Ｂ１４（ｋ）×Ｒ２２
故に、
【００６９】
【数１】
【００７０】
となり、行列Ｂが正則行列であれば、
Ｒ＝Ｂ-1×Ｍ （４）
となる。Ｉ＝２，Ｊ＝２以外でも、Ｉ＝Ｊとなるように対象空間Ｐの座標を設定すれば、同様となる。
【００７１】
求めようとする被検出点の個数Ｎ＝Ｉ×Ｊと同じ回数Ｎ回以上異なる条件で測定を行い、行列Ｂが正則でＢが既知であれば、式（４）により反射係数行列Ｒ（各被検出点の反射係数Ｒ（ｘｉ，ｙｊ））を求めることができる。
【００７２】
送受信条件（伝搬速度の組み合わせや信号の周波数）によっては、行列Ｂの要素に０が多く含まれるために正則にならない場合がある。送受信条件を増やすことにより０となる要素を減らすことができるので、行列Ｂが正則となるように送受信条件をふやして測定を行うことで対応できる。
【００７３】
図７に、対象空間Ｐにおける座標ｘ，ｙでの反射係数Ｒ（ｘ，ｙ）の定義イメージを示す。
【００７４】
送信機３から送出（給電）する信号は、パルス状に時間が制限された周波数Ｆの正弦波とする。すなわち、図８に示されるように、時間幅Δｔのパルス時間内に周波数Ｆの信号を送出する。パルスの立ち上がり時刻を時間計測の開始時刻０とする。この信号が、送信機３から距離ｘの点で出射用線状アンテナ２からｙ軸方向に出射され、座標（ｘ，ｙ）で反射され、距離ｘの点で入射用線状アンテナ４に入射し、時刻ｔに受信機５に到達する。ｘ．ｙ，ｔの関係は、次式（５）のように表すことができる。
【００７５】
ｔ＝ｘ／ｖｘｔ＋２×ｙ／ｖｙ＋（Ｌ−ｘ）／ｖｘｒ
ｔ；信号送出から受信信号サンプリングまでの時間
Ｌ；送信機から受信機までのアンテナ長
ｖｘｔ；出射用線状アンテナにおける伝搬速度
ｖｘｒ；入射用線状アンテナにおける伝搬速度
ｖｙ；対象空間における電磁波伝搬速度
（真空中の光速 ３×１０8ｍ／ｓとする）
（５）
式（５）を変形すると、
ｙ＝（ｖｙ×（ｖｘｔ−ｖｘｒ）／（２×ｖｘｔ×ｖｘｒ））×ｘ
＋ｖｙ×（ｔ−Ｌ／ｖｘｒ）／２
（６）
となる。つまり、図９に示されるように、ｘｙ平面で式（６）で表される直線９１上にある被検出点からの反射波が同一時刻ｔに受信される。時刻ｔが遅いと、この直線は図示右上に移動し、直線９２，９３となる。なお、この図はｖｘｔ＜ｖｘｒの場合を示している。
【００７６】
受信機５においては、継続して受信を行うので、対象空間Ｐ内の各被検出点からの反射波が相次いで受信され、図１０に示すような連続的な受信信号１０１が得られる。ある瞬時ｔにおける受信信号１０１の値は、図９の１つの直線（例えば、直線９１）上の全ての被検出点で生じた反射波の合計である。図１０中のＭ（ｔ）は、
Ｍ（ｔ）＝∫Ａ（ｘ，ｙ）・Ｒ（ｘ，ｙ）ｄｘ
Ｍ（ｔ）；時刻ｔでの受信信号
Ａ；座標（ｘ，ｙ）における信号の結合損失（送信〜受信）
Ｒ（ｘ，ｙ）；座標（ｘ，ｙ）における反射係数
ｙ；式（６）にしたがい、ｘ，ｔに依存して決まる
（７）
で表すことができる。
【００７７】
次に、受信信号を離散情報として扱うために、図１０の受信信号１０１をサンプリング時間間隔Δｔでサンプリングするものとする。図９に示した１つの直線上の全ての被検出点で生じた反射波を同時に受信するので、ｘ，ｙに関しては離散値扱いにはならない。図１０中のサンプル値Ｍ（ｋ）は、
Ｍ（ｋ）＝∫Ａ（ｘ，ｙ） ・Ｒ（ｘ，ｙ）ｄｘ
Ｍ（ｋ）；ｋ番目にサンプリングした受信信号
ｘ，ｙ；式（６）にしたがう
ｔ＝ｋ×Δｔ
（８）
で表すことができる。
【００７８】
次に、対象空間Ｐの座標をｘ＝０〜ｘＩ、ｙ＝０〜ｙＪで表す。ｘＩは、受信機５の直前の位置を表す。ｙＪは、結合係数が所定値Ａ０以下となる直前の位置を表す。これはｙが大きくなると、空間伝搬損失が増えるので結合損失が小さくなることによる。
【００７９】
対象空間Ｐ内の反射係数を求める座標点（被検出点）を、対象空間Ｐのｘ軸全長をＩ等分したｘｉ（ｉ＝０，１，２，…，Ｉ）と、対象空間Ｐのｙ軸全長をＪ等分したｙｊ（ｊ＝０，１，２，…，Ｊ）とを用いて表す。ただし、Ｉ＝Ｊ
ｙは、ｘｉを用いて下式（９）で表される。
【００８０】
ｙ＝ｖｙ・（ｖｘｔ−ｖｔｒ）／（２・ｖｘｔ・ｖｘｒ））・ｘｉ
＋ｖｙ・ （ｔ−Ｌ／ｖｘｒ）／２、
ｔ＝ｋ×Δｔ
（９）
しかし、一般的には、図１１に示されるように、ｙはｙｉとは異なる。このため、このままでは、座標点（被検出点）における反射係数Ｒ（ｘｉ，ｙｊ）、結合係数Ａ（ｘｉ，ｙｊ）を式（９）に導入できない。そこで、互いに隣接し合うｙｉ間では反射係数と結合係数が直線的に変化すると仮定して、反射係数と結合係数をそれぞれ式（１０）、式（１１）で表す。
【００８１】
Ｒ（ｘｉ，ｙ）＝Ｒ（ｘｉ，ｙｊ）＋Ｒ（ｘｉ，ｙｊ＋１−ｙｊ）×
（ｙ−ｙｊ）／（ｙｊ＋１−ｙｊ）、
ｙｊ≦ｙ≦ｙｊ＋１≦ｙＪ
Ｒ（ｘｉ，ｙ）＝０、
ｙｊ＞ｙＪ
（１０）
Ａ（ｘｉ，ｙ）＝Ａ（ｘｉ，ｙｊ）＋Ａ（ｘｉ，ｙｊ＋１−ｙｊ）×
（ｙ−ｙｊ）／（ｙｊ＋１−ｙｊ）、
ｙｊ≦ｙ≦ｙｊ＋１≦ｙＪ
Ａ（ｘｉ，ｙ）＝０、
ｙｊ＞ｙＪ
（１１）
上式（１０）、式（１１）の考え方のうち反射係数について、図１１に示す。ある座標で生じた反射波を時刻ｔ＝ｋ×Δｔに同時に受信するような該座標を通る直線（そのような座標の集合からなる線）が座標（ｘｉ，０）に立てた垂線と交わる座標のｙ成分がｙ（ｘｉ）であり、その座標を（ｘｉ，ｙ）と表す。反射係数Ｒ（ｘｉ，ｙ）は、座標（ｘｉ，ｙｊ＋１）における反射係数Ｒ（ｘｉ，ｙｊ＋１）と座標（ｘｉ，ｙｊ）における反射係数Ｒ（ｘｉ，ｙｊ）とから内挿により求める。よって、上式（１０）が得られる。
【００８２】
結合係数については、考え方が反射係数と同様であるので、図示、説明を省く。
【００８３】
これらの変換方法に基づいて式（８）を書き換えると、式（１２）となる。
【００８４】
Ｍ（ｋ）＝ΣＡ（ｘｉ，ｙ）×Ｒ（ｘｉ，ｙ）
＝ｆ｛Ａ（ｘｉ，ｙｊ）×Ｒ（ｘｉ，ｙｊ）｝
ｉ＝１，２，Ｉ
（１２）
すなわち、ｋ番目の受信信号Ｍ（ｋ）は、対象空間Ｐに設定した座標点（被検出点）における結合係数と反射係数との積として表すことができる。
【００８５】
次に、異なる送受信条件で信号を送受信することについて説明する。
【００８６】
送受信条件のひとつは伝搬速度の組み合わせである。
【００８７】
出射用線状アンテナ２及び入射用線状アンテナ４として用いている漏洩同軸ケーブルの絶縁体の誘電率を変えると、漏洩同軸ケーブルの単位長さあたりの静電容量を変えることができる。一方、漏洩同軸ケーブルにおける伝搬速度ｖは下式（１３）で表される。よって、絶縁体の誘電率を変えることで伝搬速度ｖｘｔ，ｖｘｒを変えることができる。
【００８８】
ｖ＝（Ｃ×Ｌ）-0.5
ｖ；漏洩同軸ケーブルにおける伝搬速度
Ｃ；漏洩同軸ケーブルの単位長あたりの容量
Ｌ；漏洩同軸ケーブルの単位長あたりのインダクタンス
（１３）
出射用線状アンテナ２と複数本の入射用線状アンテナ４について、絶縁体の組成が異なる組み合わせを作ることで、出射用線状アンテナ２における伝搬速度ｖｘｔと入射用線状アンテナ４における伝搬速度ｖｘｒとの組み合わせが異なると複数の送受信条件を作ることができる。
【００８９】
ｖｘｔ＞ｖｘｒである場合、図１２に示されるように、ｘｙ平面で傾きが正の直線１２１上にある被検出点からの反射波が同一時刻に受信される。時刻ｔを大きくとると、直線１２２，１２３のように被検出点の集合が異なってくる。
【００９０】
ｖｘｔ＝ｖｘｒである場合、図示しないがｘ軸と平行な直線上にある被検出点からの反射波が同一時刻に受信される。
【００９１】
ｖｘｔ＜ｖｘｒである場合、図１３に示されるように、ｘｙ平面で傾きが負の直線１３１上にある被検出点からの反射波が同一時刻に受信される。時刻ｔを大きくとると、直線１３２，１３３のように被検出点の集合が異なってくる。
【００９２】
以上のように、絶縁体の誘電率が異なる漏洩同軸ケーブルを用いて複数の線状アンテナ２，４を構成することにより、伝搬速度の組み合わせが異なる複数の送受信条件を実現できる。これら送受信条件の異なる送受信により、反射係数を求めるための連立方程式を増やすことができる。
【００９３】
具体的には、一般的な絶縁体材料の比誘電率は、発泡ポリエチレン約１．６、非発泡ポリエチレン約２．４、塩化ビニル約８である。これらを絶縁体に用いた漏洩同軸ケーブルの伝搬速度は、４×１０7〜２×１０8ｍ／ｓである。
【００９４】
送受信条件として周波数がある。
【００９５】
信号の周波数を変えると、誘電率の周波数依存性により、伝搬速度を変えることができる。同一の物体検知装置１において、信号の周波数を高くすると、出射用線状アンテナ２における伝搬速度ｖｘｔも入射用線状アンテナ４における伝搬速度ｖｘｒもほぼ同じ比率で増加し、この結果、式（６）より、ｙ切片が大きくなり、傾きが小さくなる。
【００９６】
ｙ＝ｖｙ・（ｖｘｔ−ｖｘｒ）／（２・ｖｘｔ・ｖｘｒ））・
ｘ＋ｖｙ・ （ｔ−Ｌ／ｖｘｒ）／２
（６再掲）
図１４に示されるように、ｖｘｔ＞ｖｘｒである場合に、反射波が同一時刻に受信される被検出点による直線１４１があるとき、ｖｘｔ，ｖｘｒをそれぞれ大きくすると、反射波が同一時刻に受信される別の被検出点による直線１４２が得られる。
【００９７】
図１５に示されるように、ｖｘｔ＜ｖｘｒである場合に、反射波が同一時刻に受信される被検出点による直線１５１があるとき、ｖｘｔ，ｖｘｒをそれぞれ大きくすると、反射波が同一時刻に受信される別の被検出点による直線１５２が得られる。
【００９８】
このように、信号の周波数を異ならせることにより、同一時刻に反射を受信できる被検出点による直線を異ならせることができ、これによっても、反射係数を求めるための連立方程式を増やすことができる。
【００９９】
伝搬速度の組み合わせと信号の周波数とを併用することで、連立方程式の次数を増やすことができる。つまり、伝搬速度の異なる入射用線状アンテナの本数ｎ１と、信号の周波数の数ｎ２とにより、連立方程式の次数を最大ｎ１×ｎ２とすることができる。これによって離散的な被検出点の個数を増やして空間分解能を上げることができる。
【０１００】
このようにして、ｘｙ平面における反射係数分布を求める手法は、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）に類似しているので、ＣＴの手法を利用することも考えられる。
【０１０１】
以上説明したように、本発明は、出射用線状アンテナ２及び複数の入射用線状アンテナ４の組み合わせ、及び信号周波数の組み合わせで送信機３から受信機５へ信号を送受信したとき得られる複数の受信信号を信号記憶部６に記憶しておき、反射係数分布算出部７において、対象空間Ｐ中に複数箇所設定された各被検出点における電波の反射係数Ｒ（ｘ，ｙ）を上記複数の受信信号とあらかじめ知られた各被検出点における電波の結合損失とから算出し、算出された反射係数が所定値を超える被検出点について物体存在位置判定部８がこの被検出点を物体存在位置と判定する。被検出点の個数がＮのとき、Ｎ個以上の受信信号からＮ以上の連立方程式を得て、これを解くことにより、各被検出点の反射係数が求まる。
【０１０２】
本発明は、従来技術との構成上の相違点として、
・線状アンテナ内での伝搬速度の差を利用する
・入射用線状アンテナとしてそれぞれ伝搬速度の異なる複数本の線状アンテナを布設する・出射用線状アンテナとして、複数の入射用線状アンテナの伝搬速度範囲付近の伝搬速度の線状アンテナを１本布設する。
・周波数の異なる複数の信号を用いる
・出射用線状アンテナ、入射用線状アンテナを監視範囲Ｐの片側の辺に沿わせて布設する・送受信の組み合わせ（出射用線状アンテナ、入射用線状アンテナ、周波数の組み合わせ）で複数の受信信号を得る
・Ｎ個の被検出点を設定する
などの特徴を有する。
【０１０３】
これにより、本発明は、被検出点を線状アンテナの長手方向だけでなく、線状アンテナの直角方向にも設定し、物体の位置を二次元的に検知することができる。
【０１０４】
また、本発明は、線状アンテナから直角方向の離隔距離によらず検出精度が低下しない。
【０１０５】
また、本発明は、出射・入射の線状アンテナを監視範囲Ｐの片側に布設すればよいので、布設が容易である。
【０１０６】
次に、温度補償について述べる。
【０１０７】
線状アンテナ２，４の静電容量は、温度によっても変化するので、温度の影響を受けないようにするために、温度補償を行うとよい。すなわち、線状アンテナ２，４の静電容量の変化により、伝搬速度が変わるので、長さが既知の線状アンテナについて、線状アンテナ２，４で送受信する信号と同じ周波数の信号が伝搬する時間を別途に測定することで、温度の影響を補償する。
【０１０８】
具体的には、送信機３から送信機３に接続されている出射用線状アンテナ２に信号を送信し、出射用線状アンテナ２の遠端で反射した信号が送信機３に戻るまでの時間を送信機３で測定するという方法がある。
【０１０９】
図１６に示されるように、出射用線状アンテナ２の遠端を受信機５に接続し、入射用線状アンテナ４の遠端（送信機側）を送信機３に接続する。この構成において、送信機３が送信した信号を受信機５が受信した後、一定時間ｔｚ２後に、受信機５が伝搬時間校正用信号を送出する。送信機３では、伝搬時間校正用信号を受信した時刻を用いて伝搬速度を校正する。これにより、出射用線状アンテナ２の全長と入射用線状アンテナ４の全長の合計を信号が伝搬する時間を測定する。
【０１１０】
上記校正による伝搬速度算出は以下の手順で行う。
【０１１１】
送信機３から信号を送信してから受信機５から送られてくる校正用信号を受信するまでの時間ｔｚは、校正用信号が線状アンテナを往復する時間ｔｚ１＋ｔｚ３と受信機５が校正用信号を送り返す際の待ち時間ｔｚ２との合計になる。待ち時間ｔｚ２は、あらかじめ把握できるので、時間ｔｚ１＋ｔｚ３を求めることができる。線状アンテナの長さＬを既知とすれば、線状アンテナの伝搬速度はｖ＝２Ｌ／（ｔｚ１＋ｔｚ３）として求めることができる。温度による伝搬速度の変化を校正するためには標準温度（例えば２５℃）での伝搬速度ｖ０に対する実際の伝搬速度ｖの比ｖ／ｖ０を用いる。式（８）用いるサンプリング時間間隔Δｔの代わりに、Δｔ♯＝Δｔ／（ｖ／ｖ０）を用いることで伝搬速度が速くなった場合は、その比率でサンプリング時間間隔を短くすることができるため、温度による伝搬速度変化を校正して測定が行える。
【０１１２】
このように、本発明は、周囲温度に対して温度補償ができるため、周囲温度変化によって位置検知精度が低下することがない。
【０１１３】
次に、検出精度について述べる。
【０１１４】
検出精度向上のためには、受信信号のＳ／Ｎを良くするのがよい。受信信号のＳ／Ｎを良くするためには、平均化処理を行うとよい。ｋ番目（ｋ＝１，２，３，…）の受信信号Ｍ（ｋ）を得るための送受信をｐ回行うものとすると、式（１４）が得られる。
【０１１５】
Ｍ（ｋ，ｐ）＝ΣＡ（ｘｉ，ｙ）×Ｒ（ｘｉ，ｙ）
ｉ＝１，２，…，Ｉ
ｐ＝１，２，…
（１４）
これらを同じｋに対して平均化すると、式（１５）が得られる。
【０１１６】
Ｍａ（ｋ）＝ΣＭ（ｋ，ｐ）／ｐ
ｐ＝１，２，…
（１５）
これにより、検出精度（Ｓ／Ｎ）を√ｐに比例して向上させることができる。
【０１１７】
次に、空間分解能の向上について述べる。
【０１１８】
送受信する信号として、電波ではなく弾性波を使用すると、電磁波伝搬速度が約３×１０8ｍ／ｓであるのに対して、弾性波の一種である音波の空気中の伝搬速度は約３４０ｍ／ｓと伝搬速度が遅いので、伝搬速度に反比例して空間分解能を向上させることができる。
【０１１９】
弾性波を伝搬させる線状アンテナとしては、金属、プラスチック等を用いることができる。弾性波の伝搬速度Ｖは、Ｖ＝（Ｋ／ρ）1/2、（Ｋは剛性率、ρは密度）と表される。したがって、線状アンテナの剛性率や密度を変えることにより線状アンテナにおける弾性波の伝搬速度を変えることができる。例えば、鉄鋼の弾性率は７８〜８４ＧＰａ、黄銅は４．１ＧＰａ、ゴムは０．５〜１．５ＭＰａであるから、これら弾性率の異なる材料で作成した複数種類の線状アンテナを用いることができる。例えば、弾性率０．５ＭＰａのゴム製のアンテナと弾性率１．５ＭＰａのゴム製のアンテナと弾性率４．１ＧＰａの黄銅製のアンテナと弾性率８４ＧＰａの鉄鋼製のアンテナを用いる。
【０１２０】
次に、他の実施形態を説明する。
【０１２１】
送信機と受信機を同一場所に置く構成でも本発明は実施できる。図１７に示されるように、本発明に係る物体検知装置１８１は、対象空間Ｐの片側の長辺（ｘ軸）に沿わせて出射用線状アンテナ２及び入射用線状アンテナ４が布設され、出射用線状アンテナ２と入射用線状アンテナ４の同じ側の一端に送信機３と受信機５がそれぞれ接続される。他の構成は図１の物体検知装置１に準じる。
【０１２２】
送信機３から送出された信号は、出射用線状アンテナ２を伝搬し、この出射用線状アンテナ２から直角方向に電波が出射される。物体で反射した電波は入射用線状アンテナ４に直角に入射し、その信号が入射用線状アンテナ４を伝搬して受信機５に受信される。
【０１２３】
この場合、受信時間ｔは式（１６）で表される。
【０１２４】
ｔ＝ｘ／ｖｘ ｔ＋２・ｙ／ｖｙ＋ｘ／ｖｘｒ
ｔ；信号送出から受信信号サンプリングまでの時間
ｖｘｔ；出射用線状アンテナ２の伝搬速度
ｖｘｒ；入射用線状アンテナ４の伝搬速度
（１６）
同一時刻に反射波が受信される被検出点は、式（１６）を変形した式（１７）で表される。
【０１２５】
ｙ＝ｖｙ・（ｖｓｔ＋ｖｘｒ）／（２・ｖｘｔ・ｖｘｒ））・ｘ
＋ｖｙ・ｔ／１２
（１７）
図１８に示されるように、ｘｙ平面で式（１７）で表される直線１９１上にある被検出点からの反射波が同一時刻ｔに受信される。時刻ｔが遅いと、この直線は図示右上に移動し、直線１９２，１９３となる。
【０１２６】
図１９に示されるように、反射波が同一時刻に受信される被検出点による直線２０１があるとき、ｖｘｔ，ｖｘｒをそれぞれ大きくすると、反射波が同一時刻に受信される別の被検出点による直線２０２が得られる。
【０１２７】
図１、図１７の物体検知装置１，１８１では、線状アンテナ２，４として漏洩同軸ケーブルを用いたが、線状に布設でき、アンテナとしての機能を有するものであれば、漏洩同軸ケーブル以外のものを用いてもよい。例えば、ストリップラインとして作製したアンテナを用いてもよい。
【０１２８】
図１、図１７の物体検知装置１，１８１では、線状アンテナ２，４を対象空間Ｐの片側の長辺に沿わせて布設したが、対象空間Ｐ内に布設してもよい。例えば、図２０に示されるように、対象空間Ｐのほぼ中央を横切る線上に線状アンテナ２，４を布設する。線状アンテナ２，４には、電波の出射・入射方向が２方向（＋９０度と−９０度）のものを用いる。
【０１２９】
この構成では、線状アンテナ２，４の＋９０度方向と−９０度方向で線状アンテナ２，４からの距離が同じ被検出点は、区別できないが、線状アンテナ２，４の布設経路に自由度が増す利点がある。
【０１３０】
図１、図１７の物体検知装置１，１８１では、線状アンテナ２，４として漏洩同軸ケーブルを用いたが、線状アンテナは伝送ケーブルと個別アンテナで構成してもよい。図２１に示されるように、この物体検知装置２２１は、長手方向（ｘ軸方向）に信号を伝送する複数の出射用伝送ケーブル２２２ａと、その伝送ケーブル２２２ａの離散的箇所に設置されて直角方向（ｙ軸方向）に対象空間Ｐへ電波を出射する出射用個別アンテナ２２２ｂと、これら複数の出射用伝送ケーブル２２２ａの一端に分配器２２３ｂを介して給電する送信機２２３ａと、長手方向（ｘ軸方向）の離散的箇所に設置されて対象空間Ｐから直角方向（ｙ軸方向）に電波を入射する入射用個別アンテナ２２４ｂと、長手方向（ｘ軸方向）に信号を伝送する複数の入射用伝送ケーブル２２４ａと、これら複数の入射用伝送ケーブル２２４ａの一端より分配器２２５ｂを介して受電する受信機２２５ａとを備える。
【０１３１】
図示省略したが、物体検知装置１の信号記憶部６、反射係数分布算出部７、物体存在位置判定部８に相当する部材も備えるものとする。各伝送ケーブル２２２ａ，２２４ａにおける信号の伝搬速度は、これまでに述べたものに準じるものとする。
【０１３２】
この構成は、複数の個別アンテナ２２２ｂ，２２４ｂを直列、並列、あるいは直並列に接続したものである。複数の個別アンテナを分配器を介して直列に接続すると、分配器における伝搬損失が分配器の個数分生じるが、並列構成を併用して送受信経路の伝搬損失を最適化して低減化することができる。
【０１３３】
ここまでは、線状アンテナを直線状に布設する形態を説明したが、線状アンテナはループ状等の任意形状に布設することができる。
【０１３４】
図２２に示されるように、この物体検知装置２３１は、自動車２３２の周囲にこれまで述べたような漏洩同軸ケーブル等からなる線状アンテナ２３３を布設し、自動車２３２の外方に電波が出射されると共に、自動車２３２の外方からの電波が入射するようにしたものである。物体からの反射波を受信することにより、自動車２３２の周囲に運転の障害となる障害物があるかどうかを判定すると共に、その障害物の位置を特定することができる。
【０１３５】
このように、対象空間Ｐが車両、ロボット等の移動体（ここでは自動車２３２）をループ状に囲む領域であって、線状アンテナ２３３が上記移動体の周囲に布設されてもよい。この構成の場合、出射用線状アンテナ２の一端に送信機３を接続し、入射用線状アンテナ４の反対端に受信機５を接続する形態であっても、送信機３と受信機５を同じ位置に配置することができ、図２２に示されるように、検出器２３４の中に送信機３と受信機５を収容し、信号入出力の配線を少なくすることができる。
【０１３６】
従来の自動車では、周囲状況監視（障害物検出）のために電磁波の１種であるミリ波を用いたミリ波レーダや弾性波の１種である超音波を用いた超音波レーダが知られているが、これらの装置では監視範囲が限られている。また、カメラでの画像撮影による監視も行われているが、目視確認が必要であったり、自動認識を行う場合でも物体が障害となるかどうかの判定が困難である場合があり、駐車場内等で車両近くにいる人を検出するには監視範囲が不十分であり、改善が望まれている。
【０１３７】
このような用途に本発明を適用すると、車両の全周囲を監視することが可能になり、事故防止に貢献できる。この場合、本発明の物体検知装置で物体の検知を知らせ、最終的には直接目で確認したり画像で確認することが有効と考えられる。
【０１３８】
線状アンテナ２３３を布設する位置としては、車両周囲の下端や上端であれば、ドアやトランク等の開閉の障害にならない。車両近傍の監視を主目的とした場合、複数の超音波レーダを直列、並列、あるいは直並列に接続する方式でも適用可能である。
【０１３９】
自動車以外では、例えば、自走式ロボット、固定式ロボットの可動部周囲に線状アンテナを布設して本発明を実施すれば、これらロボットの移動・運動の障害となる物体の検知を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本発明の一実施形態を示す物体検知装置の構成図兼配置平面図である。
【図２】図１の物体検知装置に用いる出射用線状アンテナ及び入射用線状アンテナの配置を示した立面断面図である。
【図３】図１の物体検知装置に用いる送信機及び受信機の相互接続及び内部構成図である。
【図４】反射波が同時に受信される座標からなる直線を示すｘｙ平面図である。
【図５】反射波が同時に受信される座標からなる直線を示すｘｙ平面図である。
【図６】本発明の物体検知装置の概念図である。
【図７】反射係数Ｒ（ｘ，ｙ）を定義するｘｙ平面図である。
【図８】送信機から送出する信号の時間幅を示す図である。
【図９】反射波が同時に受信される座標からなる直線を示すｘｙ平面図である。
【図１０】受信信号の時間的変化を示す図である。
【図１１】反射波がある時刻に受信される座標を離散化して反射係数を求める方法を説明するためのｘｙ平面図である。
【図１２】反射波が同時に受信される座標からなる直線を示すｘｙ平面図である。
【図１３】反射波が同時に受信される座標からなる直線を示すｘｙ平面図である。
【図１４】反射波が同時に受信される座標からなる直線を示すｘｙ平面図である。
【図１５】反射波が同時に受信される座標からなる直線を示すｘｙ平面図である。
【図１６】本発明において伝搬時間測定（校正）を行うときの物体検知装置の構成図である。
【図１７】本発明において送信機と受信機を同一端に配置するときの物体検知装置の構成図である。
【図１８】図１７の構成における反射波が同時に受信される座標からなる直線を示すｘｙ平面図である。
【図１９】図１７の構成における反射波が同時に受信される座標からなる直線を示すｘｙ平面図である。
【図２０】本発明において線状アンテナを対象空間内に布設した物体検知装置の概念図である。
【図２１】本発明において線状アンテナを伝送ケーブルと個別アンテナで構成した物体検知装置の構成図である。
【図２２】本発明において線状アンテナを移動体の周囲に布設した物体検知装置の概念図である。
【図２３】従来のレーダの概念図である。
【図２４】従来のレーダを細長い監視範囲に適用した平面図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１ 物体検知装置
２ 出射用線状アンテナ
３ 送信機
４ 入射用線状アンテナ
５ 受信機
６ 信号記憶部
７ 反射係数分布算出部
８ 物体存在位置判定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部での伝搬速度が異なる複数の信号を長手方向に伝搬し、長手方向に連続的又は離散的箇所から対象空間へ上記複数の信号による複数の電磁波や弾性波等の波を出射する出射用線状アンテナと、
該出射用線状アンテナの一端に給電又は給振する送信機と、
長手方向に連続的又は離散的箇所にて上記対象空間から上記波を入射し、該波から得た内部での伝搬速度が異なる複数の信号を長手方向に伝搬する入射用線状アンテナと、
該入射用線状アンテナの一端より受電又は受振する受信機と、
上記送信機から上記受信機へ上記複数の信号を送受信したとき得られる複数の受信信号を記憶する信号記憶部と、
上記対象空間中に複数箇所設定された各被検出点における上記波の反射係数を上記複数の受信信号とあらかじめ知られた各被検出点における上記波の結合損失とから算出する反射係数分布算出部と、
算出された反射係数が所定値を超える被検出点を物体存在位置と判定する物体存在位置判定部と、
を備えたことを特徴とする物体検知装置。
【請求項２】
出射用線状アンテナは１本の線状アンテナからなり、入射用線状アンテナは複数本の線状アンテナからなることを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項３】
上記反射係数分布算出部は、上記被検出点の個数Ｎ個以上の受信信号を反射係数と結合損失からなる方程式で表した連立方程式を解いてＮ個の反射係数を算出することを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項４】
上記出射用線状アンテナの両端間又は上記入射用線状アンテナの両端間で交互に受給電し、その所要時間を用いて当該線状アンテナの伝搬速度を校正する伝搬速度校正手段を有することを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項５】
上記出射用及び入射用線状アンテナが上記対象空間の同じ一辺側に布設されることを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項６】
上記出射用及び入射用線状アンテナがそれぞれ漏洩ケーブルで構成されることを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項７】
上記出射用及び入射用線状アンテナがそれぞれ伝送ケーブルと該伝送ケーブルに長手方向に間隔を開けて取り付けられた複数の個別アンテナで構成されることを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項８】
上記対象空間が車両、ロボット等の移動体をループ状に囲む領域であって、上記複数の出射用及び入射用線状アンテナが上記移動体の周囲に布設されることを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項１】
内部での伝搬速度が異なる複数の信号を長手方向に伝搬し、長手方向に連続的又は離散的箇所から対象空間へ上記複数の信号による複数の電磁波や弾性波等の波を出射する出射用線状アンテナと、
該出射用線状アンテナの一端に給電又は給振する送信機と、
長手方向に連続的又は離散的箇所にて上記対象空間から上記波を入射し、該波から得た内部での伝搬速度が異なる複数の信号を長手方向に伝搬する入射用線状アンテナと、
該入射用線状アンテナの一端より受電又は受振する受信機と、
上記送信機から上記受信機へ上記複数の信号を送受信したとき得られる複数の受信信号を記憶する信号記憶部と、
上記対象空間中に複数箇所設定された各被検出点における上記波の反射係数を上記複数の受信信号とあらかじめ知られた各被検出点における上記波の結合損失とから算出する反射係数分布算出部と、
算出された反射係数が所定値を超える被検出点を物体存在位置と判定する物体存在位置判定部と、
を備えたことを特徴とする物体検知装置。
【請求項２】
出射用線状アンテナは１本の線状アンテナからなり、入射用線状アンテナは複数本の線状アンテナからなることを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項３】
上記反射係数分布算出部は、上記被検出点の個数Ｎ個以上の受信信号を反射係数と結合損失からなる方程式で表した連立方程式を解いてＮ個の反射係数を算出することを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項４】
上記出射用線状アンテナの両端間又は上記入射用線状アンテナの両端間で交互に受給電し、その所要時間を用いて当該線状アンテナの伝搬速度を校正する伝搬速度校正手段を有することを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項５】
上記出射用及び入射用線状アンテナが上記対象空間の同じ一辺側に布設されることを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項６】
上記出射用及び入射用線状アンテナがそれぞれ漏洩ケーブルで構成されることを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項７】
上記出射用及び入射用線状アンテナがそれぞれ伝送ケーブルと該伝送ケーブルに長手方向に間隔を開けて取り付けられた複数の個別アンテナで構成されることを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項８】
上記対象空間が車両、ロボット等の移動体をループ状に囲む領域であって、上記複数の出射用及び入射用線状アンテナが上記移動体の周囲に布設されることを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２００９−１５６５９１（Ｐ２００９−１５６５９１Ａ）
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３１７８２（Ｐ２００７−３３１７８２）
【出願日】平成１９年１２月２５日（２００７．１２．２５）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２５日（２００７．１２．２５）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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