距離測定装置

【課題】距離測定装置において、距離測定の信頼性の向上を図る。
【解決手段】距離測定装置においては、周波数制御回路により周波数掃引される送信波と反射波との合成波のパワーが検出され、その検出信号の周波数成分が、分析回路により分析され、その分析結果を基に距離が算出される。周波数制御回路は上記発振周波数の掃引を複数回行う。そして、各回に距離算出回路により算出される距離データのうち、全ての回に存在する距離データが距離判定回路により真値と判定される。これにより、複数回の発振周波数掃引のいずれかの回で、外来ノイズ又は干渉等に起因して、誤った距離データが距離算出回路により算出されたとしても、他の回の周波数掃引時に誤った距離データが算出されなければ、距離判定回路は誤った距離データを真値と判定しない。従って、真値と判定される距離データに誤差が生じ難くなり、そのため、距離測定の信頼性の向上を図ることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、測定対象物までの距離をレーダ波又は超音波を用いて測定する距離測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、レーダ波又は超音波を利用して測定対象物までの距離を測定する技法として、定在波方式と、FM−CW方式とが知られており、それぞれの方式の距離測定装置が知られている。
【0003】
いずれの方式の距離測定装置においても、信号源の発振周波数が掃引され、その掃引された発振周波数と同じ周波数の送信波が測定対象物に放射され、送信波と、その送信波が測定対象物で反射して生じた反射波との合成波が検出される。そして、その検出信号が増幅され、サンプリングされ、周波数分析され、その分析結果に基づいて測定対象物までの距離が算出される。
【0004】
上記2方式における相違点は、送信波の周波数(以下、送信周波数という)の掃引の仕方であり、このため、上記2方式においては、送信波と反射波との合成波形が異なり、合成波の検出部分、及び、検出信号に対する分析内容等も相違する。
【0005】
以下、上記2方式の距離測定技法について詳述する。図9は、従来及び本発明の定在波方式による距離測定原理を示す。図9における上側の図において、第1象限の横軸は時間tを示し、縦軸は送信周波数fを示し、第2象限の横軸は任意の検出地点において検出される定在波のパワーpを表す。上記検出地点は、送信波の放射地点と測定対象物とを通る直線上の任意の地点である。
【0006】
この方式においては、送信周波数fの一定期間の保持と一定幅の上昇とが繰り返されるように送信周波数fが掃引される。この掃引により、送信周波数fが階段状に変調される(上記第1象限参照)。各周波数fにおける一定の保持期間は、レーダ波又は超音波が測定対象物までの間を伝搬して往復するのに必要な時間よりも長く設定されている。その保持期間毎に、送信波と、上記往復により位相が遅延した反射波とが干渉し、合成波として定在波が生成される。
【0007】
上記検出地点における定在波パワーpは、送信周波数の掃引に応じて周期的に増減する(上記第2象限参照)。この原理について図10を参照して説明する。ここでは、送信周波数が上昇するとする。この上昇により、検出地点D1と測定対象物T1との間の送信波W及び反射波Wの波数は増え、そのため、定在波Wの波数が増加し、検出地点D1における定在波Wの位相が変位する。これにより、検出地点D1における定在波Wの振幅がAからAに変わり、振幅に比例する定在波パワーpが変化する。従って、送信周波数の掃引により、検出地点D1における定在波Wの位相が2π以上掃引されると、定在波パワーpは周期性を持つようになる。
【0008】
ここに、送信周波数の掃引による定在波パワーpの変動周期と、測定対象物T1までの距離と、光速とを、それぞれ、Δf、d、cとすると、下記の式(1)の関係式が成立する。
【0009】
【数1】

【0010】
従って、変動周期Δfを求めることにより、距離dを算出することができる。ところで、定在波パワーpを、任意の期間、検出すると、定在波パワーpの時系列信号(以下、定在波パワー信号という)が得られ、定在波パワーpを時間関数として表すことができる。しかしながら、上記式(1)は時間を変数に含まないので、定在波パワー信号と、式(1)とだけから、距離dを算出することはできない。
【0011】
そこで、上記式(1)を時間領域の数式に変換することが考えられる。ここに、変動周期Δfに対応する期間と、送信周波数の掃引幅と、掃引期間とを、それぞれ、T、ΔF、τとすると、下記式(2)が求まる(図9参照)。
【0012】
【数2】

【0013】
上記式(2)に上記式(1)を代入し、また、定在波パワー信号の周波数をf(=1/T)とすると、周波数fについての下記式(3)が導き出される。
【0014】
【数3】

【0015】
従って、定在波パワー信号の周波数fを計測し、その計測値と、予め設定された掃引幅ΔF及び掃引期間τと、光速cとを、上記式(3)に代入することにより、距離dを求めることができる。
【0016】
次に、図11を参照して、従来及び本発明のFM−CW方式による距離測定原理を説明する。この方式における送信波Wは、その周波数を掃引期間τに周波数掃引幅ΔFだけ連続掃引することにより、鋸波状にFM変調された連続波(CW波)である。反射波Wは、送信波Wに対して時間的に遅れるが、その遅延時間Δtは、レーダ波又は超音波が測定対象物までの距離dの空間を往復するのに必要な時間である。この遅延により送信波Wと反射波Wとの周波数には差が生じる。ここに、この周波数差、すなわち、ビート周波数をfとすると、下記式(4)の関係式が成り立つ。
【0017】
【数4】

【0018】
遅延時間Δtは、Δt=2d/c(c:光速)と表され、この式を上記式(4)に代入すると、ビート周波数fと距離dとの関係を示す下記式(5)が求められる。
【0019】
【数5】

【0020】
従って、ビート周波数fを測定し、上記式(5)に代入することにより、距離dを割り出すことができる。ビート周波数fは、送信波Wと反射波Wとの合成波から計測することができる。
【0021】
図12は、上記合成波Wの波形を示す。送信周波数が掃引されると、合成波Wにはうなりが生じ、合成波Wの振幅は、ビート周波数fでもって増大、減少を繰り返す。そのため、合成波Wを例えば包絡線検波することにより、合成波Wから上記うなりの信号、すなわち、ビート信号を抽出して、その周波数を計測することにより、ビート周波数fを得ることができ、上記式(5)から距離dを算出することができる。
【0022】
ところで、上記の定在波方式又はFM−CW方式の距離測定装置において、測定の信頼性を高めるため、送信周波数の掃引を繰り返して複数回実施し、各回毎に距離を測定する距離測定装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、送信周波数の掃引を、掃引速度、掃引幅、又は掃引期間を変えて複数回行い、これらの掃引により得られた複数のデータを最小二乗法により、又は平均し、距離を測定する距離測定装置が知られている(例えば、特許文献2又は特許文献3参照)。
【0023】
しかしながら、上記のいずれの距離測定装置においても、送信波又は反射波に外来ノイズが重畳されたとき、及び、距離測定装置が複数在るときにおいて他の距離測定装置の送信波又はその反射波による干渉が生じたとき等に、その影響が、測定される距離データに表れてしまい、誤差が生じる可能性がある。距離測定装置により測定される距離データを基に障害物との衝突の危険性等を警告する警報装置においては、装置が誤作動して誤報する虞がある。従って、距離測定装置における距離測定の信頼性をさらに向上することが望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0024】
【特許文献1】特開2003−240841号公報
【特許文献2】特開2009−288223号公報
【特許文献3】特開2004−085452号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0025】
本発明は、上記の従来の課題を解決するためになされたものであり、距離測定の信頼性の向上を図ることができる距離測定装置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】
【0026】
上記目的を達成するために本発明の距離測定装置は、信号源の発振周波数を掃引する周波数掃引部と、前記周波数掃引部により掃引される発振周波数に対応した周波数の送信波を放射する送信部と、前記送信波が測定対象物により反射されて生じた反射波を受信する受信部と、前記送信波と前記反射波との合成波のパワー又は振幅を検出する検出部と、前記検出部による検出信号をサンプリングして、その周波数成分を分析する周波数成分分析部と、前記周波数成分分析部による分析結果に基づいて測定対象物までの距離を算出する距離算出部と、を備えた距離測定装置において、前記周波数掃引部に前記発振周波数の掃引を複数回行わせ、各回に前記距離算出部により算出される距離データのうち、全ての回に存在する距離データを真値と判定する距離判定部をさらに備えることを特徴とする。
【0027】
この距離測定装置においては、前記周波数掃引部は、前記発振周波数を増加させる増加掃引パターンと該発振周波数を減少させる減少掃引パターンとを記憶しており、前記複数回の周波数掃引の各回毎に、前記増加掃引パターンと前記減少掃引パターンとを交互に又はランダムに切り替え、その切り替えられた増加掃引パターン又は減少掃引パターンに従って前記発振周波数を掃引することが望ましい。
【0028】
この距離測定装置においては、前記周波数掃引部は、前記発振周波数の掃引の速さが互いに異なる複数の掃引パターンを記憶しており、前記複数の掃引パターンを特定の順番で前記複数回の周波数掃引の各回毎に切り替え、又は該複数の掃引パターンを各回毎にランダムに切り替え、その切り替えられた掃引パターンに従って前記発振周波数を掃引することが望ましい。
【0029】
この距離測定装置においては、前記周波数成分分析部は、前記周波数掃引部による複数回の周波数掃引のうち、少なくともいずれかの回のサンプリング周期を他の回とは異なる周期とすることが望ましい。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、複数回の発振周波数掃引のいずれかの回で、外来ノイズ又は干渉等により、誤った距離データが距離算出部により算出されたとしても、他の回の周波数掃引時に誤った測定データが算出されなければ、距離判定部は誤った距離データを真値と判定しない。従って、真値として判定される距離データに誤差が生じ難くなり、そのため、距離測定の信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る距離測定装置の電気的ブロック図。
【図2】上記装置における発振周波数の時間的変化を示す図。
【図3】上記装置の距離判定回路における距離データの真値判定処理について説明するための距離スペクトル図。
【図4】上記実施形態の第1の変形例における発振周波数の時間的変化を示す図。
【図5】上記実施形態の第2の変形例における発振周波数の時間的変化を示す図。
【図6】上記実施形態の第3の変形例における発振周波数の時間的変化を示す図。
【図7】上記実施形態の第4の変形例における発振周波数の時間的変化を示す図。
【図8】本発明の第2の実施形態に係る距離測定装置の電気的ブロック図。
【図9】従来及び本発明の定在波方式による距離測定原理を説明するための図。
【図10】上記方式において送信波の周波数が上昇したときの任意の地点の定在波パワー変動を示す図。
【図11】従来及び本発明のFM−CW方式による距離測定原理を説明するための図。
【図12】上記方式における送信波と反射波との合成波形図。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、本発明の第1の実施形態に係る距離測定装置について図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態の距離測定装置の構成を示す。この距離測定装置1は、装置から測定対象物T1までの距離dを定在波方式により測定する距離測定装置である。
【0033】
距離測定装置1は、信号源10と、周波数制御回路11と、送受信回路12とを備える。周波数制御回路11は、信号源10の発振周波数を掃引する。送受信回路12は、上記発振周波数に対応した周波数、具体的には、発振周波数と同じ周波数を有するレーダ波又は超音波である送信波Wを放射する。また、送受信回路12は、送信波Wが測定対象物T1により反射されて生じた反射波Wを受信する。
【0034】
また、距離測定装置1は、パワー検出回路13と、時間軸変換回路14と、増幅回路15と、周波数成分分析回路(以下、分析回路という)16と、距離算出回路17と、距離判定回路18とをさらに備える。パワー検出回路13は、送信波Wと反射波Wとの合成波である定在波のパワーを検出する。時間軸変換回路14は、パワー検出回路13による検出信号の時間軸を圧縮又は伸長する。増幅回路15は、その検出信号を増幅し、分析回路16は、その検出信号の周波数成分を分析する。距離算出回路17は、その分析結果から距離dを算出する。距離判定回路18は、周波数制御回路11に上記発振周波数の掃引を複数回行わせ、各回に距離算出回路17により算出される距離データのうち、全ての回に存在する距離データを真値と判定する。
【0035】
信号源10は、例えば電圧制御発振回路等により構成され、周波数制御回路11から信号源10に入力される電圧に対応した周波数で発振し、その発振周波数を有した信号を送受信回路12に出力する。
【0036】
周波数制御回路11(周波数掃引部)は、掃引パターン及び周波数掃引における発振周波数の下限値が予め格納されたメモリと、上記掃引パターンに従って信号源10への入力電圧を掃引することにより上記発振周波数を掃引する掃引回路とを有する。上記発振周波数の掃引により、送信波Wの周波数(以下、送信周波数という)が掃引される。上記掃引パターンに含まれる情報は、周波数掃引幅、掃引期間、及び、掃引方向を指定する情報である。掃引方向は、周波数を上昇させる上昇方向であっても、又は周波数を下降させる下降方向であってもよいが、本実施形態においては上昇方向とする。
【0037】
上記掃引回路は、上記メモリに格納された各種情報に従って、上記掃引期間の間に、周波数掃引における発振周波数の下限値から、その下限値に上記周波数掃引幅を加えた上限値までの範囲で、発振周波数を一定の周波数間隔で上昇/下降掃引する。また、上記掃引回路は、各周波数毎に、その周波数期間を一定期間だけ保持する(以下、この期間を保持期間という)。この保持期間は、送受信回路12と測定対象物T1との間のレーダ波又は超音波による往復時間よりも長く設定されており、その保持期間毎に、周波数の異なる定在波が発生する。
【0038】
また、上記掃引回路は、距離判定回路18から送出される、複数回の周波数掃引を指示する指示信号を受信する。掃引回路は、その指示信号に基づき、上記掃引パターンに従った周波数掃引を連続して複数回、行う。上記指示信号は、単に複数回の掃引を指示する信号であってもよいし、掃引回数を指定する信号であってもよい。前者の信号の場合、上記メモリに掃引回数情報が予め格納されており、掃引回路は、指示信号を受信したときに、メモリに格納された掃引回数情報を参照し、当該情報で特定される回数だけ掃引を行う。一方、後者の信号の場合、掃引回路は、指示信号により指定された回数だけ掃引を行う。本実施形態においては、掃引回数を例えば3回とする。
【0039】
送受信回路12(送信部、受信部)は、パッチアンテナ等により構成される。送受信回路12は、周波数制御回路11により周波数掃引された発振周波数と同じ周波数の送信波Wを放射する。また、送受信回路12は、送信波Wが測定対象物T1により反射されて生じた反射波Wを受信する。信号源10と送受信回路12とは、送信波W及び反射波Wを伝搬するマクロストリップ線路等の信号伝送線路19により電気的に結ばれている。なお、反射波Wは微弱であるので、反射波Wが信号源10の信号発振に与える影響等は無視するものとする。
【0040】
パワー検出回路13(検出部)は、信号伝送線路19中の特定地点における定在波のパワーを検出するダイオード等により構成される。パワー検出回路13による検出信号は、上記定在波パワー信号に相当し、送信周波数が掃引されると、検出値が周期的に変動する。
【0041】
ところで、周波数掃引幅が同じであっても、掃引期間が変われば、すなわち、掃引速度が異なれば、定在波パワー信号の周波数が変わる(図9参照)。従って、掃引期間を考慮した補正を行うことなく、定在波パワー信号の周波数から単純に距離dを算出すると、距離dは不正確な値になる。そのため、定在波パワー信号の時間軸を、掃引期間に応じた圧縮/伸長率で圧縮又は伸長し、掃引期間が基準掃引期間であるときの時間軸に変換する補正が必要になる。
【0042】
そこで、時間軸変換回路14は、周波数制御回路11のメモリから、掃引パターンの掃引期間の情報を取得し、その掃引期間に応じた圧縮/伸長率で、上記検出信号を時間軸方向に圧縮/伸長し、これにより、上記補正を行う。この補正においては、基準掃引期間に対する上記掃引期間の比を求め、その比の逆数を上記圧縮/伸長率とする。
【0043】
増幅回路15は、時間軸変換回路14により時間軸変換された検出信号の波高値が分析回路16による分解能に応じた値になるように当該検出信号を増幅する。
【0044】
分析回路16(周波数成分分析部)は、増幅回路15により増幅された検出信号をサンプリングし、符号化し、高速フーリエ変換(FFT)することにより、検出信号の周波数スペクトルを計測する。分析回路16は、周波数制御回路11の掃引回路による複数回の周波数掃引のうち、少なくともいずれかの回のサンプリング周期を他の回とは異なる周期としてもよい。
【0045】
距離算出回路17(距離算出部)は、分析回路16により計測された周波数スペクトルを距離領域のスペクトル(以下、距離スペクトルという)に変換する。この変換処理においては、上記式(3)のf、ΔF、τに、それぞれ、上記検出信号の周波数、上記掃引パターンの周波数掃引幅、上記基準掃引期間が代入され、距離dが算出され、各周波数fの対応する距離dが求められる。そして、距離算出回路17は、上記距離スペクトルにおいてピーク値を持つ距離d(以下、ピーク距離という)のデータを、測定された距離データとして得る。
【0046】
距離判定回路18(距離判定部)は、距離算出回路17により測定された、各回の周波数掃引における距離データが格納されるメモリと、各回のピーク距離のデータを基に、真値、すなわち、実際の距離値を示す距離データを判定するマイクロプロセッサとを有する。そのマイクロプロセッサは、いずれかの回、例えば1回目のピーク距離を中心とした、特定の距離範囲を持つ閾値範囲を設定する。そして、マイクロプロセッサは、他の全ての回に、その閾値範囲内に収まるピーク距離が存在すれば、それら全ての回のピーク距離を、許容誤差を含む可能性の有る真値と判定する。真値を判定する方法は上記に限定されない。上記マイクロプロセッサは、それらの真値の平均値を算出し、その平均値を真値とみなす。上記閾値範囲を設定するための基準となる回(例えば、1回目)において、複数のピーク距離が在れば、上記マイクロプロセッサは、各ピーク距離について閾値範囲を設定し、上記判定処理を行う。上記距離範囲は、予測される許容誤差に応じて予め設定されている。また、上記マイクロプロセッサは、複数回の周波数掃引を指示する指示信号を周波数制御回路11に送出する。
【0047】
図2は、周波数制御回路11により掃引された、信号源10の発振周波数の時間的変化を示す。上記発振周波数は、まず、掃引パターンP1の掃引期間の間に、周波数掃引における当該発振周波数の下限値から、掃引パターンP1の周波数掃引幅だけ、階段状に上昇する。その後、発振周波数は、上記の下限値に戻る。そして、このような掃引が、さらに2回、時間的に連続して実行される。周波数制御回路11は、これら3回の掃引を1組として、距離判定回路18からの上記指示信号を受信する毎に、1組の掃引を実施する。なお、上記発振周波数と上記送信周波数とは略同じ値であり、送信周波数も図2に示されるように掃引される。
【0048】
図3は、3回の発振周波数掃引処理により測定された各回の距離スペクトルの一例を示す。ここで、1回目の距離スペクトルにおいてはピーク距離がd1、d2、d3であり、2回目においてはピーク距離がd1’、d2’、d3’であり、3回目においてはピーク距離がd2’’、d3’’であったとする。また、閾値範囲R1、R2、R3が1回目のピーク距離d1、d2、d3をそれぞれ中心として設定され、ピーク距離d1’は閾値範囲R1内にあり、ピーク距離d2’、d2’’は閾値範囲R2内にあり、ピーク距離d3’、d3’’は閾値範囲R3内にあったとする。
【0049】
この例においては、閾値範囲R1内に収まるピーク距離が2回目には存在するが、3回目には存在しないので、距離判定回路18は、ピーク距離d1、d1’が真値ではないと判定する。他方、閾値範囲R2内に収まるピーク距離は2回目にも3回目にも存在するので、距離判定回路18は、ピーク距離d2、d2’、d2’’を、許容誤差を含む可能性の有る真値と判定し、それらの平均値を求め、この平均値を真値とみなす。距離判定回路18は、ピーク距離d3、d3’、d3’’についても同様に判定する。
【0050】
本実施形態においては、3回の発振周波数掃引のいずれかの回で、外乱により、誤った距離データが距離算出回路17により算出されたとしても、他の回の周波数掃引時に誤った距離データが算出されなければ、距離判定回路18は誤った距離データを真値と判定しない。従って、真値と判定される距離データに誤差が生じ難くなり、そのため、距離測定の信頼性の向上を図ることができる。なお、上記外乱としては、送信波又は反射波への外来ノイズの重畳、及び、距離測定装置1が複数在る場合に生じ得る、他の距離測定装置1の送信波若しくはその反射波による干渉等が含まれる。
【0051】
また、分析回路16において、3回の周波数掃引のうち、いずれかの回のサンプリング周期を他の回とは異なる周期とした場合、上記他の回ではサンプリング周期に起因して距離データが誤測定されたとしても、上記いずれかの回では距離データが誤測定されないようにすることができる。従って、距離判定回路18が誤測定された距離データを真値と判定しないようにすることができ、距離測定の信頼性をさらに向上することができる。
【0052】
次に、上記第1の実施形態の各種変形例に係る距離測定装置について図面を参照して説明する。各変形例の距離測定装置の電気的ブロック構成は、第1の実施形態と同じであるため、上記図1を流用して説明する。
(第1の変形例)
第1の変形例に係る距離測定装置1の周波数制御回路11のメモリは、信号源10の発振周波数を増加させる増加掃引パターンと当該発振周波数を減少させる減少掃引パターンとを記憶している。上記増加掃引パターンと上記減少掃引パターンの周波数掃引幅は同じであり、掃引期間も同じであり、従って、掃引の速さ(絶対値)は等しいものとする。本変形例の周波数制御回路11の掃引回路は、図4に示されるように、3回の周波数掃引の各回毎に、上記増加掃引パターンP2と上記減少掃引パターンP3とを交互に切り替える。また、上記掃引回路は、その切り替えられた増加掃引パターンP2又は減少掃引パターンP3に従って上記発振周波数を掃引する。
【0053】
ところで、増加掃引パターンP2と減少掃引パターンP3のいずれに従って掃引したとしても、増加掃引パターンP2と減少掃引パターンP3との周波数掃引幅及び掃引期間が互いに同じであれば、増加掃引パターンP2と減少掃引パターンP3とにそれぞれ従った掃引により得られる距離データは本来、等しいはずである。
【0054】
しかしながら、増加掃引パターンP2又は減少掃引パターンP3の一方に従った掃引では、距離データの誤測定を生じさせるのに対して、他方に従った掃引では、誤測定を生じさせない各種外乱が発生し得ることがある。
【0055】
そこで、本変形例においては、上記外乱対策として、3回の発振周波数の掃引の各回毎に、増加掃引パターンP2と減少掃引パターンP3とが切り替えられる。そのため、上記のような外乱が発生したとしても、増加掃引パターンP2と減少掃引パターンP3のいずれかの掃引においては、距離データの誤測定が起きないようにすることができる。従って、距離判定回路18が誤った距離データを真値と判定しないようにすることができ、距離測定の信頼性をさらに向上することができる。
【0056】
(第2の変形例)
第2の変形例に係る距離測定装置1の周波数制御回路11のメモリは、上記第1の変形例と同等の増加掃引パターンP2と減少掃引パターンP3とを記憶している(上記図4参照)。本変形例の周波数制御回路11の掃引回路は、図5に示されるように、3回の周波数掃引の各回毎に、上記増加掃引パターンP2と上記減少掃引パターンP3とをランダムに切り替える。また、上記掃引回路は、その切り替えられた増加掃引パターンP2又は減少掃引パターンP3に従って上記発振周波数を掃引する。本変形例においても、上記第2の変形例と同等の効果が得られる。
【0057】
(第3の変形例)
第3の変形例に係る距離測定装置1の周波数制御回路11のメモリは、信号源10の発振周波数の掃引の速さ(絶対値)が互いに異なる2種類の掃引パターンを記憶している。掃引パターンは2種類に限定されず、複数種類であればよい。2種類の掃引パターンの周波数掃引幅は互いに同じであり、掃引期間が互いに相違し、これにより、掃引の速さが異なるものとする。本変形例の周波数制御回路11の掃引回路は、図6に示されるように、上記2種類の掃引パターンP4、P5を特定の順番で、例えば交互に、3回の周波数掃引の各回毎に切り替える。また、上記掃引回路は、その切り替えられた掃引パターンP4又は掃引パターンP5に従って上記発振周波数を掃引する。
【0058】
ところで、発振周波数の掃引の速さが互いに異なる複数の掃引パターンのいずれに従って掃引したとしても、各速さに対応して距離データを求めれば、それらの距離データは本来、等しいはずである。
【0059】
しかしながら、特定の掃引の速さでは、距離データの誤測定を生じさせるのに対して、他の掃引の速さでは、誤測定を生じさせない各種外乱が発生し得る。
【0060】
そこで、本変形例においては、上記外乱対策として、掃引の速さが互いに異なる2種類の掃引パターンP4、P5が、3回の掃引の各回毎に、切り替えられる。そのため、上記のような外乱が生じたとしても、いずれかの掃引パターンP4、P5の掃引においては、距離データの誤測定が起きないようにすることができる。従って、距離判定回路18が誤った距離データを真値と判定しないようにすることができる。その結果、距離測定の信頼性をさらに向上することができる。
【0061】
(第4の変形例)
第4の変形例に係る距離測定装置1の周波数制御回路11のメモリは、上記第3の変形例と同等の2種類の掃引パターンを記憶している。本変形例の周波数制御回路11の掃引回路は、図7に示されるように、3回の周波数掃引の各回毎に、上記2種類の掃引パターンP4、P5をランダムに切り替える。また、上記掃引回路は、その切り替えられた掃引パターンP4又は掃引パターンP5に従って上記発振周波数を掃引する。本変形例においては、上記第3の変形例と同等の効果を奏することができる。
【0062】
次に、本発明の第2の実施形態に係る距離測定装置について図面を参照して説明する。
(第2の実施形態)
図8は、第2の実施形態の距離測定装置の構成を示す。この距離測定装置1は、装置から測定対象物T1までの距離dをFM−CW方式により測定する距離測定装置である。
【0063】
距離測定装置1は、信号源20と、周波数制御回路21と、送受信回路22と、ビート信号成分検出回路(以下、ビート検出回路という)23と、増幅回路24と、周波数成分分析回路(以下、分析回路という)25と、距離算出回路26と、距離判定回路27と、信号伝送線路28とを備える。
【0064】
信号源20、送受信回路22(送信部、受信部)、距離判定回路27(距離判定部)、及び信号伝送線路28は、それぞれ、上記第1の実施形態の信号源10、送受信回路12、距離判定回路18、及び信号伝送線路19と同等の構成である。
【0065】
周波数制御回路21(周波数掃引部)は、上記第1の実施形態の周波数制御回路11のメモリと同等の構成を有したメモリと、このメモリに格納される掃引パターンに従って信号源10への入力電圧を掃引することにより上記発振周波数を掃引する掃引回路とを有する。
【0066】
上記掃引回路は、上記メモリに格納された各種情報に従って、上記掃引期間の間に、上記の下限値から、その下限値に上記周波数掃引幅を加えた上限値までの範囲で、発振周波数を連続して上昇掃引する。この掃引処理により、送信周波数は、上記図11に示されるような鋸波状に変調される。この変調により、送信波Wと反射波Wとの合成波形は上記図12に示す波形となり、合成波はビート信号を含む。上記掃引処理において、発振周波数は下降掃引されてもよい。
【0067】
また、上記掃引回路は、距離判定回路27から送出される、複数回の周波数掃引を指示する指示信号を受信する。掃引回路は、その指示信号に基づき、上記掃引パターンに従った周波数掃引を連続して複数回、行う。上記指示信号は、単に複数回の掃引を指示する信号であってもよいし、掃引回数を指定する信号であってもよい。前者の信号の場合、上記メモリに掃引回数情報が予め格納されており、掃引回路は、指示信号を受信したときに、メモリに格納された掃引回数情報を参照し、当該情報で特定される回数だけ掃引を行う。一方、後者の信号の場合、掃引回路は、指示信号により指定された回数だけ掃引を行う。本実施形態においては、掃引回数を例えば3回とする。
【0068】
ビート検出回路23(検出部)は、信号伝送線路28中の特定地点における上記合成波の振幅を検出し(すなわち、合成波を包絡線検波し)、その合成波からビート信号を抜き出す包絡線検波回路等により構成される。
【0069】
増幅回路24と分析回路25(周波数成分分析部)とは、それぞれ、上記の増幅回路15と分析回路16とによる定在波パワー検出信号への処理を上記ビート信号に施す。
【0070】
距離算出回路26(距離算出部)は、分析回路25により計測された周波数スペクトルを距離領域のスペクトル(以下、距離スペクトルという)に変換する。この変換処理においては、各回の周波数掃引で用いられる掃引パターンの周波数掃引幅及び掃引期間の情報が周波数制御回路21から取得される。そして、上記式(5)のf、ΔF、τに、それぞれ、上記ビート信号の周波数(ビート周波数)、上記周波数掃引幅、上記掃引期間が代入され、これにより、各周波数fの対応する距離dが求められる。そして、距離算出回路26は、上記距離スペクトルにおいてピーク値を持つ距離(以下、ピーク距離という)dのデータを、測定された距離データとして得る。
【0071】
本実施形態の距離測定装置1においても、上記第1の実施形態と同等の各種効果を奏することができる。
【0072】
上記第1の実施形態、その各種変形例、及び第2の実施形態に係る距離測定装置1は、いずれも、例えば、車両に搭載され、その車両の後部又はコーナと壁等の障害物(測定対象物)との距離を測定するバックセンサ又はコーナセンサに適用することができる。
【0073】
なお、本発明は、上記第1の実施形態、その各種変形例、及び第2の実施形態の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、周波数制御回路11又は周波数制御回路21による発振周波数の掃引処理において、任意の発振周波数を周波数掃引幅の中心又は上限とし、この中心又は上限の発振周波数を基準に発振周波数を掃引してもよい。また、送受信回路12又は送受信回路23はホーンアンテナにより構成され、信号伝送線路19又は信号伝送線路28の代わりとして導波管が用いられ、パワー検出回路13が方向性結合器により構成されていても構わない。また、第1の実施形態、その各種変形例、及び第2の実施形態のうち、いずれかを他の実施形態又は変形例と組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【0074】
1 距離測定装置
10、20 信号源
11、21 周波数制御回路(周波数掃引部)
12、22 送受信回路(送信部、受信部)
13 パワー検出回路(検出部)
16、25 周波数成分分析回路(周波数成分分析部)
17、26 距離算出回路(距離算出部)
18、27 距離判定回路(距離判定部)
23 ビート成分検出回路(検出部)
P1、P4、P5 掃引パターン
P2 増加掃引パターン
P3 減少掃引パターン

【特許請求の範囲】
【請求項1】
信号源の発振周波数を掃引する周波数掃引部と、
前記周波数掃引部により掃引される発振周波数に対応した周波数の送信波を放射する送信部と、
前記送信波が測定対象物により反射されて生じた反射波を受信する受信部と、
前記送信波と前記反射波との合成波のパワー又は振幅を検出する検出部と、
前記検出部による検出信号をサンプリングして、その周波数成分を分析する周波数成分分析部と、
前記周波数成分分析部による分析結果に基づいて測定対象物までの距離を算出する距離算出部と、を備えた距離測定装置において、
前記周波数掃引部に前記発振周波数の掃引を複数回行わせ、各回に前記距離算出部により算出される距離データのうち、全ての回に存在する距離データを真値と判定する距離判定部をさらに備えることを特徴とする距離測定装置。
【請求項2】
前記周波数掃引部は、前記発振周波数を増加させる増加掃引パターンと該発振周波数を減少させる減少掃引パターンとを記憶しており、前記複数回の周波数掃引の各回毎に、前記増加掃引パターンと前記減少掃引パターンとを交互に又はランダムに切り替え、その切り替えられた増加掃引パターン又は減少掃引パターンに従って前記発振周波数を掃引することを特徴とする請求項1に記載の距離測定装置。
【請求項3】
前記周波数掃引部は、前記発振周波数の掃引の速さが互いに異なる複数の掃引パターンを記憶しており、前記複数の掃引パターンを特定の順番で前記複数回の周波数掃引の各回毎に切り替え、又は該複数の掃引パターンを各回毎にランダムに切り替え、その切り替えられた掃引パターンに従って前記発振周波数を掃引することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の距離測定装置。
【請求項4】
前記周波数成分分析部は、前記周波数掃引部による複数回の周波数掃引のうち、少なくともいずれかの回のサンプリング周期を他の回とは異なる周期とすることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の距離測定装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【公開番号】特開2011−232054(P2011−232054A)
【公開日】平成23年11月17日(2011.11.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−100228(P2010−100228)
【出願日】平成22年4月23日(2010.4.23)
【出願人】(000005832)パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Fターム(参考)】