JP2005106576A

JP2005106576A - 測距センサ

Info

Publication number: JP2005106576A
Application number: JP2003339347A
Authority: JP
Inventors: Muneyuki Toge; 宗志峠; Takehiko Sugiura; 岳彦杉浦
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】安価な構成で対象物までの距離を測定できる測距センサを提供すること。
【解決手段】ＡＭ変調された送信信号を送信する波動送信手段と、物体で送信信号が反射した信号である受信信号を受信する波動受信手段と、送信信号と受信信号とを混合する信号抽出手段と、送信信号と受信信号との位相を変化する位相調整手段とを備えるとともに、位相調整手段によって位相をずらした信号と送信信号とが合成された合成信号の振幅が最大になるときの位相シフト量から物体までの距離を推定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁波あるいは音波を利用して、対象物体までの距離を測定するために反射波を利用した測距センサに関する。

従来、マイクロ波等の電磁波あるいは音波を用いて高速、高い測距分解能で、物体（測定対象物）までの相対距離を測定する相対距離測定装置が提案されている。（例えば、特許文献１の図２）
この特許文献１に示される相対距離測定装置においては、測距対象となる経路に沿って、１００ＭＨｚ以上のマイクロ波を放射し、そのマイクロ波の受信信号と送信信号との混合を行い、マイクロ波伝播距離に応じた周波数と位相を持つビート信号Ｅ１をミキサ２６から出力する。ビート信号Ｅ１と、所定距離に応じた周波数を持つ直交する２つのリファレンス信号との掛算・総和をそれぞれ行い、２つの総和の比を求め、その比から、ビート信号Ｅ１の位相に対応する信号を求める。そして、この位相に対応する信号の時間的または空間的変化を対象距離の時間的変化量または空間的変化を対象距離の時間的変化量または空間的変化量に換算する内容が開示されている。
特開２００１−４７４１号公報

特許文献１に記載されている従来技術の場合、ＦＭ−ＣＷ方式の掃引周波数を１．５ＧＨｚ、掃引周波数を３ｍｓにすれば、１０ｍ以下の近距離でもビート周期により距離を推定できる。しかし、近距離を測定する場合、近距離になるほど信号の往復時間が短くなるため、測定回路の高速な動作が要求され、信号処理回路の高速化が要求され構成も複雑になり、ひいては測距装置が高価になる。

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、安価な構成で対象物までの距離を測定できる測距センサを提供することを技術的課題とする。

上記の課題を解決するために講じた技術的手段は、ＡＭ変調された送信信号を送信する波動送信手段と、物体で送信信号が反射した信号である受信信号を受信する波動受信手段と、送信信号と受信信号とを混合する信号抽出手段と、送信信号と受信信号との位相を調整する位相調整手段とを備え、位相調整手段によって位相が調整された信号と送信信号とが合成された合成信号の振幅が最大になるときの位相シフト量から物体までの距離を推定するように測距センサを構成したことである。

さらに請求項２において講じた技術的手段は、位相調整手段によって位相を調整する信号と送信信号の位相を０°および９０°に替えた信号との合成振幅の差が最大になるときの位相シフト量から距離を推定するようにしたことである。

請求項１に記載の発明によれば、測定対象までの距離を時間測定する方法とは異なり、送信信号と受信信号との位相差を位相調整手段で調整して合成信号の振幅が最大となるときの位相シフト量を検出して物体までの距離を推定する。以上の方法によって、仮に物体が停止している状態でも測距が可能となり、高価な信号処理を行なわなくても廉価な測距センサを構成することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１とは別に、受信信号を位相調整手段で調整する際、送信信号および送信信号の位相を９０°変化した信号を位相調整手段を経た信号とをそれぞれ別にミキシングする。そして、これらの両合成信号の合成振幅が最大となるときの位相調整手段の位相シフト量を知ることで、物体までの距離を推定する。このように位相差を取り出すことで効果的に測距が可能となる。

以下に本発明の実施の形態を、図1のブロック図に基づいて説明する。本発明で使用する原信号は音波でも電磁波でもよく、以降の説明においては、超音波を含む音波の電気的処理の方法は、音−電気変換装置を用いれば電磁波を扱うのと等価であるため、電磁波を例として説明する。

ＯＳＣ１は原信号を生成する発振器であり、たとえば０.０１ＧＨｚの周波数を生成する。発振器ＯＳＣ１の出力側に接続されるミキサＭＩＸ１では別の発振器ＯＳＣ２の搬送波がミキシングされてＡＭ変調され、送信アンテナＴＡ（波動送信手段）から送信される。このとき発振器ＯＳＣ２の周波数はたとえば１０ＧＨｚである。この２つの発振器ＯＳＣ１およびＯＳＣ２で使用する周波数は、上記周波数には限定されず、一般的に測定距離に合わせて互いの周波数が選択される。送信アンテナＴＡから送信された信号は、測定対象物Ｔ（物体）で反射されて、受信アンテナＲＡ（波動受信手段）で受信される。受信アンテナＲＡで受信された反射波は、受信アンテナＲＡの出力側に接続されたミキサＭＩＸ２において、発振器ＯＳＣ２の信号とミキシングされる。

発振器ＯＳＣ１で生成された原信号の位相と、測定対象物Ｔで反射して受信アンテナＲＡを経てミキサＭＩＸ２に入力される反射波の位相とは、測距センサと測定対象物Ｔとの間の距離に相当するわずかな位相ずれが発生している。この距離の情報を有する受信信号のうち、所定の距離情報を含む信号のみを選択するように復調器ＤＥＭで復調する（信号抽出手段）。そして、この位相のずれを位相器ＰＳ（位相調整手段）で調整するように、位相ずれを生じていない（位相差０°の）原信号をミキサＭＩＸ３でミキシングする。

位相器ＰＳの出力信号はミキサＭＩＸ３でミキシングされて、制御装置ＥＣＵに入力される。このとき、ミキサＭＩＸ３でミキシングされた信号の電圧振幅差は、電圧振幅差が最大となるように、制御装置ＥＣＵは位相器ＰＳに入力された位相が調整されるよう、電圧あるいは電流を制御している。つまり、位相器ＰＳで測距センサＤＳと測定対象物Ｔとの間の距離に相当する位相を見かけ上調整させているので、発振器ＯＳＣ１の原信号とミキサＭＩＸ３の出力信号の電圧振幅差が最大となる。このように位相シフト量が調整される。このとき、位相を制御した位相器ＰＳの位相制御電圧を予め計測しておき、距離との関係をマップ化しておけば、制御装置ＥＣＵで測距値を算出することが可能となる。

図２は本発明の別の実施の形態を示す。図２においては，アンテナＡＮＴは送受信を兼ねた構成とし、さらに、直交位相器ＯＰＳを付加した場合の実施の形態を示す。図２に示すように本発明の構成については、ミキサＭＩＸ２では発振器ＯＳＣ２で生成された信号と、測定対象物Ｔで反射された受信信号がミキシングされて、そののち復調器ＤＥＭで復調されたのちに、復調器ＤＥＭの出力側に配置される位相器ＰＳに入力される。

制御装置ＥＣＵが位相器ＰＳの位相のずれを調整するように、位相器ＰＳの出力は制御される。位相ずれを生じていない（位相差０°の）原信号、および、直交位相器ＯＰＳを経て原信号の位相が９０°ずれた信号をそれぞれミキサＭＩＸ３、およびミキサＭＩＸ４でミキシングする。このとき、両信号の電圧振幅差は位相が９０°ずれているため、電圧振幅差が最大となるように位相器ＰＳで電圧あるいは電流が制御されている。つまり、位相器ＰＳで測距センサＤＳと測定対象物Ｔとの間の距離に相当する位相を見かけ上変化させているので、発振器ＯＳＣ１の原信号とミキサＭＩＸ３あるいはミキサＭＩＸ４の信号の電圧振幅差が最大となる。

さらに、予め位相器ＰＳの位相制御電圧と計測距離つまりどれだけ位相を変化させたかとの関係をマップ化しておけば、測定対象物までの距離を推定することが可能となる。つまり、位相器ＰＳで測距センサＤＳと測定対象物Ｔとの間の距離に相当する位相を見かけ上変化させているので、発振器ＯＳＣ１の原信号とミキサＭＩＸ３あるいはミキサＭＩＸ４の信号の電圧振幅差が最大となる。このとき、位相を制御した位相器ＰＳの位相制御電圧を予め計測しておき、距離との関係をマップ化しておけば、制御装置ＥＣＵで測距値を算出することが可能となる。

上記説明においては、直交位相器ＯＰＳを用いた構成を示したが、ミキサＭＩＸ１でミキシングされる信号を原信号および原信号の位相差を９０°ずらした信号としてもよい。

本発明の実施の形態における測距センサの構成を示す概略図。本発明の別の実施の形態を示す概略図。

符号の説明

ＡＮＴ：送受信アンテナ（波動受信手段および波動送信手段）
ＤＥＭ：復調器（信号抽出手段）
ＥＣＵ：制御装置
ＭＩＸ１：ミキサ
ＭＩＸ２：ミキサ
ＭＩＸ３：ミキサ
ＭＩＸ４：ミキサ
ＯＳＣ１：発振器
ＯＰＳ：直交位相器
ＯＳＣ２：発振器
ＰＳ：位相器（位相調整手段）
ＲＡ：受信アンテナ（波動受信手段）
Ｔ：測定対象物（物体）
ＴＡ：送信アンテナ（波動送信手段）

Claims

ＡＭ変調された送信信号を送信する波動送信手段と、物体で前記送信信号が反射した信号である受信信号を受信する波動受信手段と、前記送信信号と前記受信信号とを混合する信号抽出手段と、前記送信信号と前記受信信号との位相を調整する位相調整手段とを備えてなり、該位相調整手段によって位相が調整された信号と前記送信信号とが合成された合成信号の振幅が最大になるときの位相シフト量から前記物体までの距離を推定することを特徴とする測距センサ。
前記位相調整手段によって位相を調整する信号と前記送信信号の位相を０°および９０°に変えた信号との合成振幅の差が最大になるときの位相シフト量から距離を推定すること、を特徴とする請求項１に記載の測距センサ。