JP2003232850A - 電波を用いたセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータリジョイントを用いない簡単な構造で
３６０°の全方位、または所定の角度範囲の方位におけ
る障害物などを検出することができるマイクロ波やミリ
波などの電波を用いたセンサを提供する。 【解決手段】 電波を発生させる送信器および対象物に
より反射した反射波を受信する受信器を含む送受信部１
に、マイクロ波などの電波を伝送する伝送線路３が接続
され、この伝送線路３に結合して、送信器から発せられ
る電波のほぼ１／４波長の長さに露出させた棒状のプロ
ーブ８が設けられている。そして、プローブ８の周囲の
一部に、プローブ８からの電波を一定方向に反射させる
反射部材７が設けられ、その反射部材７を、プローブ８
をほぼ回転中心として、回転させまたは一定角度の範囲
で揺動させる回転機構２が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波やミリ
波などの電波を用いて、障害物や不審物などの存在を検
知し、周囲を監視するセンサに関する。さらに詳しく
は、安価な構造で送信器の出力を必要以上に上げなくて
も、全方位に亘って感度よく検知することができる電波
を用いたセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電波を用いたセンサとしては、ド
ップラーシフトを用いるドップラーレーダ方式やパルス
レーダ方式などのレーダ装置が用いられている。この場
合、３６０°の全方位で検知可能なセンサとしては、た
とえば図６に示されるように、ロータリージョイント１
５を用いてアンテナを回転させる構造になっている。す
なわち、図６において、マグネトロン１１により発振し
たマイクロ波などの電波が、サーキュレータ１２、導波
管１４、ロータリージョイント１５を経てアンテナ１３
から指向性をもたせて輻射される。このアンテナ１３
は、ロータリジョイント１５を介することにより装置全
体から分離されてモータ１８により回転されながら、導
波管１４から電波の伝送が行われ、電波を輻射できるよ
うになっている。

【０００３】この装置で、マグネトロン１１はパルス発
振され、アンテナ１３から輻射されたマイクロ波などの
電波は、目標物体により反射し、再びアンテナ１３に戻
り、ロータリージョイント１５を通り、導波管１４、サ
ーキュレータ１２、リミタ１６を経てフロントエンド１
７により受信される。リミタ１６は、大電力を遮断し、
小電力を通過させる機能を有しており、パルス発振をす
るマグネトロン１１の発振をしていない時間に反射波を
フロントエンド１７に入力できるようになっている。す
なわち、送信時はマグネトロン１１の大電力によりフロ
ントエンド１７を破損しないようにリミタ１６により遮
断され、受信時には小電力の反射波がリミタ１６を通過
してフロントエンド１７により受信される。なお、図６
において、１９はアンテナ１３の向きを検知するための
センサである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の３６０°全方位
について検出するマイクロ波などを用いたセンサは、前
述のように、ロータリージョイントを用い、伝送線路の
一部と共にアンテナを回転する構造になっている。その
ため、高価なロータリージョイントが必要となり、装置
全体が高価になるという問題がある。

【０００５】本発明は、このような問題を解決するため
になされたもので、ロータリジョイントを用いない簡単
な構造で３６０°の全方位、または所定の角度範囲の方
位における障害物などを検出することができるマイクロ
波やミリ波などの電波を用いたセンサを提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による電波を用い
たセンサは、電波を発生させる送信器および対象物によ
り反射した反射波を受信する受信器を含む送受信部と、
該送受信部に接続され電波を伝送する伝送線路と、該伝
送線路に結合して前記電波のほぼ１／４波長の長さに露
出させた棒状のプローブと、該プローブの周囲の一部に
設けられ、前記プローブからの電波を一定方向に反射さ
せる反射部材と、該反射部材を、前記プローブをほぼ回
転中心として、回転させまたは一定角度の範囲で揺動さ
せる回転機構とを具備している。

【０００７】この構成にすることにより、電波の伝送線
路と接続されたアンテナを直接回転させるのではなく、
アンテナ部分が、伝送線路と接続され電波を輻射するプ
ローブと、そのプローブ周囲の一部に設けられる反射部
材とで構成され、その反射部材のみを回転させる構造で
あるため、簡単な回転機構で、所望の方位の方向に電波
を輻射させることができる。すなわち、プローブから反
射部材側に輻射される電波は、反射部材により反射して
反射部材が設けられない開口部の方向に集約されること
により、プローブから輻射される全ての電波を一方向に
輻射することができる。一方、反射部材はプローブをほ
ぼ回転中心として回転され、または一定角度の範囲を揺
動されるため、３６０°の全方位または一定角度範囲な
ど所望の方位の範囲に電波を輻射して、不審物の存在な
どを検出することができる。この反射部材はプローブと
直接接続される必要はなく、プローブから一定距離を置
いて、伝送線路と分離して設けることができる。そのた
め、回転させる場合でも、反射部材だけを単独で回転さ
せることができ、伝送線路を回転させないため、ロータ
リジョイントを用いる必要がなく、装置が非常に簡略化
される。

【０００８】前記反射部材が、前記プローブをほぼ焦点
とする凹面を有するように形成されることにより、プロ
ーブから反射部材側に輻射された電波を平行ビームとし
て効率よく開口部側に反射させることができるため、所
望の方向に電波を集約させることができて好ましい。

【０００９】前記反射部材が導波管のホーンアンテナ形
状に形成されても、ホーンの開口部にプローブから輻射
される電波を集約させることができるため、より一層好
ましい。

【００１０】

【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の電波を用いたセンサについて説明をする。本発明に
よる電波を用いたセンサは、図１にその一実施形態の一
部断面説明図が示されるように、電波を発生させる送信
器および対象物により反射した反射波を受信する受信器
を含む送受信部１に、マイクロ波などの電波を伝送する
伝送線路としての同軸線路３が接続され、この伝送線路
３に結合して、送信器から発せられる電波のほぼ１／４
波長の長さに露出させた棒状のプローブ８が設けられて
いる（図１に示される例では、同軸線路３の内軸３ａが
外導体３ｂから１／４波長の長さで露出した構造になっ
ている）。そして、プローブ８の周囲の一部に、プロー
ブ８からの電波を一定方向に反射させる反射部材７が設
けられ、その反射部材７を、プローブ８をほぼ回転中心
として、回転させまたは一定角度の範囲で揺動させる回
転機構２が設けられていることに特徴がある。

【００１１】送受信部１は、たとえば図６に示される従
来構造と同様に、マグネトロン、固体発振器などの送信
器、サーキュレータもしくは方向性結合器、フロントエ
ンドなどの受信器、リミタなどの送受切替器などから構
成されており、送信器からの電波をプローブから輻射
し、対象物により反射した反射波を、プローブ８を介し
て受信器により受信して信号処理をし得る構造になって
いる。レーダ方式としては、図６に示されるパルスレー
ダ方式に限らず、電波のドップラーシフトを用いるドッ
プラーレーダ方式などを用いることもできる。

【００１２】伝送線路３としては、図１に示される例で
は、内導体３ａの周囲に所定の半径で誘電体層３ｃを介
して外導体３ｂが設けられた同軸線路により構成されて
いる。しかしながら、同軸線路に限らず、導波管やスト
リップ線路などを用いることもできる。なお、図１にお
いて、３ｄは外導体３ｂの周囲を保護のため、金属パイ
プにより被覆する被覆層を示している。この伝送線路３
を介して、送信器で発せられた電波をプローブ８に伝達
して輻射し、さらに対象物で反射した反射をプローブ８
から受信器側に伝達する。

【００１３】プローブ８は、図１に示される例では、同
軸線路３の内導体３ａが、外導体３ｂより、送信器によ
り発生する電波の波長の概略１／４波長の長さだけ突出
させた構造になっており、いわゆる垂直ダイポールアン
テナとして動作し、プローブ８の軸と垂直方向に指向性
をもたないで電波を放射する。伝送線路３が導波管の場
合は、導波管内にプローブ８の一端部を突っ込み、導波
管から露出する長さを１／４波長にすることにより結合
させることができ、伝送線路がストリップ線路の場合に
は、ストリップ導体にプローブを接続することにより結
合することができる。また、同軸線路の場合でも、前述
のように内導体３ａをそのまま延ばして突出させるので
はなく、図３に示されるように、内導体（中心導体）３
ａの先端部に、別途形成されたプローブ８がハンダ付な
どにより取り付けられる構造でもよい。この場合でも、
その長さＬを外導体３ｂの終端部からほぼ１／４波長の
長さにすることにより良好な特性が得られる。

【００１４】反射部材７は、プローブ８部分との斜視説
明図が図２に示されるように、たとえば円板状の基台７
ａと、プローブ８周囲の一部に設けられる反射板７ｂと
からなっており、基台７ａは、その中心を同軸線路３の
内軸（プローブ８）が貫通するように設けられ（図２に
示される例では、誘電体層３ｃおよび外導体３ｂも貫通
した例で示されている）、そのプローブ８を中心軸とし
て回転し得るようになっている。この反射部材７は、プ
ローブ８から輻射される電波を反射部材のない側（開口
部）に反射させて、一定方向に電波を集中させるもので
あるため、その反射面がプローブ８の軸を焦点とする放
物面に形成されることが、放物面の開口部側に平行ビー
ムとして電波を輻射させることができるため好ましい。
また、この反射部材７は、プローブ８から輻射される電
波を反射させるものであるため、電波を反射させやすい
金属面であることが好ましいが、前述のように回転され
るため、軽い材料であることが好ましい。その観点か
ら、プラスティック材料により形成し、プローブ８と対
向する面にＮｉなどの金属メッキ処理を施したものが最
適である。もちろん、アルミニウムなどの軽量な金属材
料を用いることもできる。

【００１５】前述のように、反射部材７を回転させるこ
とにより、３６０°方位または所定の範囲の方位に電波
を輻射してその範囲の不審物などを検出するため、反射
部材を回転させる回転機構２が設けられている。図１に
示される例では、回転機構２は、モータ２ａと、第１の
ギア２ｂ、第２のギア２ｃとからなっており、第２のギ
ア２ｃに反射部材７の底部が固定されると共に、その中
心部を同軸線路３が貫通することにより、モータ２ａの
回転により所定のスピードで反射部材７がプローブ８を
回転中心として回転するようになっている。所定の角度
で揺動させる場合には、図５の例で後述するように、２
つのギアの間にクランクシャフトを介在させることによ
り、全方位ではなく所定の方位の範囲のみに電波を輻射
させることができる。なお、モータ２ａおよび同軸線路
３は、取付板４に固定されている。図１において、９は
同軸線路３に固定され、反射部材７が同軸線路３の軸方
向に抜けることを阻止するストッパーである。

【００１６】この構造にすることにより、プローブの周
囲で、反射部材が存在しない部分からそのプローブによ
り放射される全ての電波を輻射することができるため、
強い電波を輻射して遠い距離まで確実に検知しながら、
反射部材を回転させることにより、その電波の輻射方向
を３６０°など所望の方位に亘って走査することができ
る。その結果、軽い反射部材を回転させるだけで、所望
の範囲の障害物や不審物などを確実に検出することがで
きる。しかも、この反射部材の回転は、同軸線路との貫
通部分での回転だけで済み、同軸線路などの伝送線路を
回転させる必要がないため、非常に軽く、ベアリングな
どを用いた回転を必要としない。その結果、非常に簡単
な回転機構で済む。すなわち、従来の構造では、アンテ
ナそのものを回転させているため、アンテナに接続され
る伝送線路の少なくとも一部を回転させる必要があり、
ロータリジョイントをベアリングなどを用いて回転させ
る必要があったが、本発明の構造によれば、そのような
回転機構を必要としない。

【００１７】図４は、本発明の他の実施形態を示すアン
テナ部分の斜視説明図である。すなわち、この例は、反
射部材７が放物面形状の反射板７ｂではなく、導波管型
ホーンアンテナ７ｃにより形成されていることに特徴が
ある。他の基台７ａやプローブ８などは、前述の例と同
じである。すなわち、プローブ８は、送信器により発せ
られる電波のほぼ１／４波長の長さに形成され、ホーン
アンテナ７ｃの導波管部分と結合し、導波管モードとな
って、ラッパ型の開口部から輻射されるようになってい
る。このホーンアンテナ７ｃが、前述と同様の基台７ａ
の回転または揺動運動により、所望の方位の範囲におけ
る障害物などを検出することができる。

【００１８】図５は、図１の変形例を示す図１と同様の
構成説明図である。すなわち、図１に示される例は、反
射部材７を全周に亘って回転させ、３６０°全方位を監
視する例であったが、この例は、ある特定の範囲のみを
検知すればよい場合の例で、反射部材を一定の角度で揺
動（首振り運動）させる構造例である。この構造では、
図５に示されるように、第１のギア２ｂと第２のギア２
ｃとの間にクランクシャフト２ｄが介在されているもの
で、このクランク機構により、モータ２ａおよび第１の
ギア２ｂの全周回転に対して、第２のギア２ｃは一定角
度のみを揺動する首振り運動をする。なお、他の部分は
図１と同じで、同じ部分には同じ符号を付してその説明
を省略する。

【００１９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、アンテ
ナ部分を、ダイポールアンテナを構成するプローブとそ
の周囲の一部に設ける反射部材とで構成し、その反射部
材のみを回転または揺動運動させることにより、所望の
方位の範囲に電波を輻射させる構造にしているため、回
転機構が非常に簡単な構成で済み、アンテナ自身も無指
向性のアンテナで済む。その結果、非常にセンサのコス
トを低下させることができ、しかも所望の範囲における
障害物や不審物などの検出を非常に精度よく監視するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるセンサの一実施形態を示す一部断
面の構成説明図である。

【図２】図１の反射部材およびプローブ部分の斜視説明
図である。

【図３】図１のプローブ部分の変形例を示す断面説明図
である。

【図４】本発明によるセンサの反射部材の他の実施形態
を示す説明図である。

【図５】図１の変形例を示す図１と同様の説明図であ
る。

【図６】従来の全方位型センサの一例を示す構成説明図
である。

【符号の説明】

１ 送受信部 ２ 回転機構 ３ 伝送線路 ７ 反射部材 ８ プローブ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｑ 19/12 Ｈ０１Ｑ 19/12 Ｆターム(参考） 5J020 AA03 BA08 BC02 CA02 DA10 5J021 AA01 AB02 AB07 BA01 CA01 DA03 DA04 DA05 DA07 GA02 HA04 HA05 5J045 AA06 AA21 AB05 AB06 DA01 HA06 MA04 NA01 NA07 5J047 AA01 AA02 AA04 AB09 BF10 5J070 AB01 AB15 AD01 AD13 AE20 AK13 AK40

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電波を発生させる送信器および対象物に
   より反射した反射波を受信する受信器を含む送受信部
   と、該送受信部に接続され電波を伝送する伝送線路と、
   該伝送線路に結合して前記電波のほぼ１／４波長の長さ
   に露出させた棒状のプローブと、該プローブの周囲の一
   部に設けられ、前記プローブからの電波を一定方向に反
   射させる反射部材と、該反射部材を、前記プローブをほ
   ぼ回転中心として、回転させまたは一定角度の範囲で揺
   動させる回転機構とを具備する電波を用いたセンサ。
2. 【請求項２】 前記反射部材が、前記プローブをほぼ焦
   点とする凹面を有するように形成されてなる請求項1記
   載の電波を用いたセンサ。
3. 【請求項３】 前記反射部材が導波管のホーンアンテナ
   形状に形成されてなる請求項1記載の電波を用いたセン
   サ。