JP2009512003A

JP2009512003A - 高周波監視システム

Info

Publication number: JP2009512003A
Application number: JP2008533993A
Authority: JP
Inventors: マーラーミヒャエル; クラプフライナー
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-10-06
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2009-03-19
Also published as: WO2007039595A1; DE102005047923A1; EP1941477B1; US20080204228A1; ATE452391T1; EP1941477A1; DE502006005689D1

Abstract

本発明は、高周波監視ビームを送信するための送信ユニットと、受信するための受信ユニットを有する高周波監視システムに基づいている。高周波監視システムが、送信ユニット及び受信ユニットの少なくとも１つの監視区間だけ離れて設けられたビーム偏向手段を監視ビームの偏向のために有していることが提案されている。

Description

従来技術
区間、面又は空間を、人、異物、又は、身体部分の侵入に対して監視するために、赤外線検知器、光バリア又はレーダセンサを用いることが知られている。監視装置の種類に応じて、１つ又は複数の監視信号が１つ又は複数の方向に送信され、応答が評価される。工作機械技術の領域内で、ドイツ公開特許第１０２６１７９１号公報から、丸鋸の刃の近くの周囲スペースを、レーダセンサを用いて監視して、操作者が丸鋸の刃の近くに近付いた場合に、丸鋸の刃を停止させることが公知である。大きなエリア又は多数の空間を監視するためには、たいてい多数のセンサが用いられている。

発明の利点
本発明は、高周波監視ビームを送信するための送信ユニットと、受信するための受信ユニットを有する高周波監視システムに基づいている。高周波監視システムが、送信ユニット及び受信ユニットの少なくとも１つの監視区間だけ離れて設けられたビーム偏向手段を監視ビームの偏向のために有していることが提案されている。これにより、複数の空間又は角度のある各区間を１つの送信ユニットと、殊に１つの受信ユニットを用いて監視することができ、その際、赤外線監視又はレーザ監視とは異なり、高周波監視の利点を諦める必要はない。外部監視のために、例えば、１つのセンサがあれば充分であり、このセンサは、合目的的には複数のビーム偏向手段によって、建築物全体を外部から監視することができる。こうすることによって、複数のセンサを１つの評価センタとネットワーク状に接続するのを回避することができる。高周波の利点は、高周波監視信号が、侵入者にとって大きなコストを掛けてしか検出可能でない点にある。付加的に、送信ユニット及び受信ユニットを別の部材の背後に隠すことができ、関係者以外には不可視にし続けることができる。と言うのは、高周波ビームは、多数の部材をほぼ妨害なしに通過するからである。

高周波ビームの送信用の送信ユニットとして、５００ＭＨｚ〜２００ＧＨｚの範囲内のビームを照射する送信ユニットが使用される。特に有利には、２０ＧＨｚ〜１５０ＧＨｚの範囲内である。監視ビームの送信のために、送信ユニットは、アンテナを有することができ、アンテナ、例えば、金属製のエレメントは、監視ビームを、合目的的には、熱放射周波数の外側の周波数で送信する。周波数は、振動回路によって設定することができる。監視ビームの形状は、自由に選択可能であり、指向性又は無指向性、１次元又は例えば先太状(Keule)に成形してもよい。送信ユニットは、レーダ送信ユニットであると目的に適っている。そのようなユニットは、小型であり、見えないように構成するとよく、汚れ、環境の影響及び温度変動に対して不感応にするとよい。ビーム偏向手段は、有利なやり方で高い電気定数を有しており、その結果、高周波ビームを良好に反射することができる。有利には、金属製のビーム偏向手段であり、その際、高周波信号を良好に反射することができる他の材料も可能であり、例えば、水又は流体を有するビーム偏向手段、高い誘電定数を有するプラスチック、又は、高い誘電定数を有する添加物質が可能である。

本発明の有利な実施例によると、送信ユニット及び受信ユニットは、１つのモジュールに取り付けられている。それによると、小型且つデータ技術的に容易に接続可能なシステムを達成することができる。送信ユニットは、合目的的には、送信アンテナを有しており、受信ユニットは、受信アンテナを有しており、その際、送信アンテナ及び受信アンテナを別個に設けることができ、それにより、特に感度の高い信号評価を行うことができる。択一的に、送信アンテナ及び受信アンテナは、一体的であり、つまり、唯一のアンテナとして構成されており、それにより、システムは、特に小型にし続けることができる。

有利には、高周波監視システムは、別のビーム偏向手段を、送信ユニットから送信されて、妨害されず、且つ、第１のビーム偏向手段によって偏向された監視ビームを受信ユニットに案内するために有している。監視信号は、１つのループ内で、特にフレキシブルにビームガイド内で案内することができる。検出すべき対象によって影響されずに、監視ビームは妨害されない。

高周波監視システムの別の構成では、ビーム反射手段は、送信ユニットから送信されて、ビーム偏向手段によって偏向された監視ビームをビーム偏向手段の方に反射して戻すために設けられている。こうすることによって、監視ビームの袋小路状の案内を特に簡単に達成することができる。

送信ユニットから所定の距離離れた所望の個所での多次元空間監視は、特に簡単に、送信ユニットから送信されて、ビーム偏向手段によって偏向された監視ビームの拡張及び環境内への送信のために達成することができる。ほぼ２次元の監視過程を形成するために設けられたビーム拡張手段の構成によって、比較的僅かな信号強度で、高い信頼度の空間監視を達成することができる。

監視ビームの複数回反射用にビーム偏向手段が設けられている場合、同様に、比較的弱い信号を用いて、合目的的に、多次元監視を達成することができる。ビーム偏向手段は、このために、凹状の形状、場合によっては、中断した形状を有しているようにするとよく、及び、内部エッジを有するか、又は、内部エッジを有していないようにすることができる。合目的的には、ビーム偏向手段は、少なくとも部分的に空間を周回する金属条片として構成されている。

ビーム偏向手段が、有利には、監視区間内に設けられた低誘電率材料によってカバーされている誘電体の偏向層を有している場合、高い信頼度で機能し、且つ、見つけられにくいビーム偏向手段を達成することができる。低誘電率材料とは、５より小さな誘電率定数の材料のことである。

監視ビームは、当該監視ビームを送信するアンテナによってフォーカシングすることができる。例えば、１°の拡張は、この場合、一般的にあり続ける。監視ビームの良好なフォーシングは、ビーム偏向手段が、監視ビームのフォーカシング用のフォーカシング手段を有している場合に達成することができる。フォーカシング手段をビーム偏向手段と組み合わせることによって、使用される構成部品の個数を僅かにすることができ、監視ビームの調整コストを簡素にしておくことができる。この場合、ビーム偏向手段及びフォーカシング手段を同一であるようにするとよく、例えば、ビーム偏向手段は、湾曲して構成されている。別の実施例では、フォーカシング手段が、電気レンズを構成する、誘電的に作用するプラスチックとして構成されている。誘電的に作用する別の材料も可能である。そのような材料乃至そのようなプラスチックは、更に、監視ビームの拡張のために用いることができる。

本発明の別の有利な実施例では、高周波監視システムは、制御ユニットを有しており、制御ユニットは、監視ビーム内に位置している対象の位置特定のために設けられている。これにより、対象が監視ビーム内に侵入したことを監視するだけでなく、目的に適うように、対象が監視ビーム内の何処に侵入したか正確に検出することもできる。更に、又は、択一的に、制御ユニットは、有利なやり方で、監視ビーム内に位置している対象の速度を検出するために設けられている。こうすることによって、対象の識別を行うことができる。位置及び／又は速度の検出は、ビームパルス又は振幅変調ビームの送信、及び、その経過時間の測定によって特定することができる。対象の距離を、位相評価によって特定することもでき、その際、そうすることによって、高い測定精度で大きな、明瞭な位相領域を達成するために、多くの周波数で測定すると有利である。

特に有利には、上述の高周波監視システムを、殊に可動工具を有する装置内での使用である。例えば、操作者にとって危険性のあり得る工具の周囲スペースを監視することができ、例えば、鋸のような工具が、監視スペース内に対象が侵入して、対象が例えば工具に接近し過ぎる所定の評価基準を充足した場合に、スイッチオフされる。監視ビームは、工具を複数の側から監視することができるために、工具の周囲を囲むように形成される。この際、少なくとも部分的に工具の周囲を囲むようにすれば充分である。

図面
さらなる利点は以下の図面の説明から明らかになる。

図面には本発明の実施例が示されている。図面、明細書および請求項は多数の特徴および組み合わせを含む。当業者であればこれらの特徴を有利には単独でも考慮し、またそれらの特徴を有意にさらに組み合わせるであろう。

図面において、
図１は、建築物の周囲に設けられたビーム偏向手段を有するレーダ監視システムを示す図、
図２は、監視区間内に対象を有している図１の監視システムを示す図、
図３は、反射手段を有する高周波監視システムを示す図、
図４は、3次元空間の監視用のビーム拡張手段を有するレーダ監視システムを示す図、
図５ａ−５ｃは、ビーム拡張手段と２つのフォーカシング手段を示す図、
図６は、設けられているビーム偏向手段の多重反射用の手段を示す図、
図7は、レーダ監視システムを有する芝刈り機を示す図である。

実施例の説明
図１は、レーダビームの送信用の送信ユニット２と、送出されたレーダビームの受信用の受信ユニット４を有するレーダ監視システムを示す。監視システムは、周囲にビーム偏向手段８ａ，８ｂ，８ｃが配置されているようにするために、略示した建築物６に隣接している。ビーム偏向手段８ａ−８ｃの各々は、金属製偏向層１０を有しており、金属製偏向層１０は、誘電率定数Ｄ_ｋ＝４のプラスチックの形式で低誘電体材料１２によって囲まれている。材料１２は、図示していない別の対象内に統合されており、その結果、ビーム偏向手段８ａ−８ｃは、そとからは、直ぐには、そのようなものとして分からない。送信ユニット2及び受信ユニット４は、各々図示していないアンテナを監視ビーム１６の送信乃至受信のために有している。両アンテナは、制御ユニット１４と接続されている。監視ビーム１６の送信のために、送信アンテナは、制御ユニット１４によって、１２２ＧＨｚの送信周波数で制御され、その際、制御は、周波数変調されて、又は、信号パルスの形式で行うことができる。

監視ビーム１６は、送信ユニット２から第1のビーム偏向手段８ａに至る迄、第1の監視区間１８を、建築物６を囲む空気を通って進み、第1のビーム偏向手段８ａによって反射により、第2のビーム偏向手段８ｂの方に案内される。そこで、新たに９０°反射され、同様に、第3のビーム偏向手段８ｃによって反射され、そのようにして４つの監視区間１８を通り抜けた後、受信ユニット４に達し、受信ユニット４によって、制御ユニット１４を用いて評価される。

図２には、監視ビーム１６内に侵入した対象２０が示されており、この対象２０によって、監視ビーム１６の強度及び位相が変化又はブロッキングされ、そのことが、受信ユニット４によって、制御ユニット１４を用いて記録される。制御ユニット１４は、それに続いて、記録信号を、例えば、アラームを音響、光学又は電気信号の形式で送出する。受信ユニット４も、送信ユニット２も、制御ユニット１４も収容されている共通のモジュール２２に装置構成することにより、全モジュール２２を小型に、且つ、信号伝送に関して、広範囲の監視し難いスペースにも拘わらず簡単に構成することができる。

監視ビーム１６の僅かな成分が、対象によって反射され、送信ユニット２の送信アンテナに達する。この信号は、制御ユニット１４によって同様に記録され、この記録から、送信ユニット２から、ビーム偏向手段８ａを介して対象２０迄の距離が算出され、図２に図示していない表示手段上に操作員のために表示される。

監視ビーム１６の比較的長く持続する送信によって、距離に対して付加的に、対象２０の運動を、変化する距離によって検出することができる。択一的な実施例では、制御ユニット１４及び送信ユニット２は、ドップラレーダを構成し、ドップラレーダによって、対象２０の速度を直接検出することができる。

対象２０は、監視信号１６の振幅評価によって、そのようなものとして検出することができる。監視信号１６の位相を付加的に評価することによって、対象が金属製であるかどうか（金属製の対象は位相の急激な変化を生じる）について知ることができ、又は、例えば、人物であるかどうか（信号の位相の急激な変化がないか又は僅かである）について知ることができる。

図３，４，６及び７は、択一的な監視システムを示し、その際、ほぼ同じ構成部分は、基本的に同じ参照番号で示されている。同じ特徴及び機能については、説明では、図１及び図２の実施例で示されている。以下の説明では、実質的に、図１及び図２の実施例とは異なる点に限定する。

図３に示した、マイクロ波領域内で作動する監視システムでは、送信ユニット２及び受信ユニット４が１つの構成部品に統合されており、送信アンテナ及び受信アンテナは、１つの構成部品として構成されている。ビーム偏向手段８ａ−８ｃに対して付加的に、監視システムは、ビーム反射手段２４を有しており、ビーム反射手段は、最後のビーム偏向手段８ｃから到来した監視ビーム１６をビーム偏向手段８ｃに反射して戻し、従って、受信ユニット４乃至送信ユニット２に返送する。この装置構成によって、袋小路状のビーム案内を構成することができる。

図４に示されたレーダ監視システムは、ビーム偏向手段８d及びビーム拡張手段２６を有しており、ビーム拡張手段は、ビーム偏向手段８ｂから到来した監視ビーム１６を拡張し、その結果、監視ビーム１６は、監視すべき３次元空間２８内に偏向され、この空間をほぼ完全に照射する。このようにして、３次元空間２８の監視が、ほぼ任意に選択可能な個所で達成され、その際、送信ユニット２は、この空間２８から所定の距離内に設けるとよい。送信ユニット２とビーム拡張手段２６との間の監視区間１８内での空間監視に対して付加的に、限定監視（Schrankenueberwachung）を行うことができる。

ビーム拡張手段２６（同時に、ビーム偏向手段８ｄと組み合わせられた）は、図５ａに略示されている。ビーム拡張手段２６は、２次元に凸状に湾曲された、高い誘電率定数の層、例えば、金属層から形成されており、その湾曲は、監視すべき空間２８の大きさに適合されている。択一的な実施例では、ビーム拡張手段２６は、シリンダセグメント状に構成することができ、その結果、発生した監視ビームは、３次元ではなく、２次元にしか拡がらない。こうすることによって、監視ビーム１６は、２次元の監視過程となるように成形することができ、この監視過程は、各入力を「閉鎖"Verschliessen"」するのに特に適している。

これと同様に、図５ｂには、フォーカシング手段３０ａが図示されており、このフォーカシング手段は、監視ビーム１６のフォーカシングのために、凹状の形状に形成されている。フォーカシング手段３０ｂの別の形式が、図５ｃに示されている。金属層として構成されているビーム偏向手段８ｅ上に、誘電体状に作動するプラスチック製レンズが取り付けられている。監視ビーム１６は、ビーム偏光手段８ｅで反射される前にも、反射後にも、このレンズを透過し、このビーム路内でほぼフォーカシングされる。

図６に示された監視システムでは、ビーム偏光手段８ｆは、空間３２を囲む金属バンドの形状に構成されている。拡張された監視ビーム１６は、この金属バンドから複数回反射され、両空間半部を相互に区分する２次元カーテンを形成する。誰かが、このカーテンを通って入ると直ぐに、受信信号が変わり、そのことが制御ユニット１４によって検出される。

芝刈り機３４の形式の工作機械は、図７に略示されている。芝刈り機３４の刃の形の工具３６の周囲に、監視ビーム１６が、３つのビーム偏光手段８ａ−８ｃを用いて案内されている。この監視ビーム１６が対象物、例えば、操作者の足によって遮断された場合、モジュール２２内に設けられた制御ユニット１４によって刃が自動的に即座に停止される。刃の周囲を囲むように監視ビーム１６が完全に案内することによって、操作者を一層充分に保護することができるようになる。同様の利点により、芝刈り機３４の代わりに、丸鋸を監視してもよく、刃の代わりに丸鋸の刃を監視してもよい。

建築物の周囲に設けられたビーム偏向手段を有するレーダ監視システムを示す図監視区間内に対象を有している図１の監視システムを示す図反射手段を有する高周波監視システムを示す図 3次元空間の監視用のビーム拡張手段を有するレーダ監視システムを示す図ビーム拡張手段と２つのフォーカシング手段を示す図設けられているビーム偏向手段の多重反射用の手段を示す図レーダ監視システムを有する芝刈り機を示す図

Claims

高周波監視ビーム（１６）の送信用の送信ユニット（２）と受信用の受信ユニット（４）を有する高周波監視システムにおいて、送信ユニット（２）及び受信ユニット（４）の少なくとも１つの監視区間（１８）だけ離れて設けられたビーム偏向手段（８ａ−ｆ）を監視ビーム（１６）の偏向のために有していることを特徴とする高周波監視システム。
送信ユニット（２）及び受信ユニット（４）は、１つのモジュール（２２）に取り付けられている請求項1記載の高周波監視システム。
送信ユニットから送信された、妨害されていなくて、且つ、第1のビーム偏向手段（８ａ，ｂ）によって偏向された監視ビーム（１６）を受信ユニット（４）に案内するための別のビーム偏向手段（８ｂ，ｃ）が設けられている請求項１又は２記載の高周波監視システム。
送信ユニット（２）によって送信されて、ビーム偏向手段（８ａ−ｃ）によって偏向された監視ビーム（１６）を前記ビーム偏向手段（８ａ−ｃ）の方に戻すように反射するためのビーム反射手段（２４）が設けられている請求項１から３迄の何れか１記載の高周波監視システム。
送信ユニット（２）によって送信されて、ビーム偏向手段（８ａ，ｂ）によって偏向された監視ビーム（１６）を拡張するため、及び、周囲環境内に送信するためのビーム拡張手段（２６）が設けられている請求項１から４迄の何れか１記載の高周波監視システム。
ほぼ２次元の監視カーテンの形成用のビーム拡張手段（２６）が設けられている請求項５記載の高周波監視システム。
監視ビーム（１６）の多重反射用のビーム偏向手段（８ｆ）が設けられている請求項１から６迄の何れか１記載の高周波監視システム。
ビーム偏向手段（８ａ−ｃ）は、誘電体偏向層（１０）を有しており、該誘電体偏向層（１０）は、５より下の誘電体定数の低い誘電体材料（１２）によって被覆されている請求項１から７迄の何れか１記載の高周波監視システム。
ビーム偏向手段は、監視ビーム（１６）のフォーカシング用のフォーカシング手段（３０ａ，ｂ）を有している請求項１から８迄の何れか１記載の高周波監視システム。
制御ユニット（１４）が、監視ビーム（１６）内にある対象（２０）の局所化のために設けられている請求項１から９迄の何れか１記載の高周波監視システム。
制御ユニット（１４）が、監視ビーム（１６）内にある対象（２０）の速度検出のために設けられている請求項１から１０迄の何れか１記載の高周波監視システム。
請求項１から１１迄の何れか１記載の機器（３６）及び高周波監視システムを有する装置。
監視ビーム（１６）は、機器（３６）の周囲に案内される請求項1２記載の装置。