JP2010197082A - 対象物検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物検知装置において、他の装置からの干渉波の影響を回避しつつ、迅速な距離検出を行う。
【解決手段】対象物検知装置１は、パルス信号を生成するパルス生成部２と、前記パルス信号を送信波ＷＳとして空間に送信する送信部３と、前記パルス信号の反射波ＷＲを受信して受信信号を出力する受信部４と、パルス信号の送受信時刻に基づいて対象物までの距離を求める距離検出部５と、受信信号に含まれる干渉波ＷＸの有無を検出する干渉波検出部６と、干渉波検出部６によって干渉波ＷＸの存在が検出されたときに、対象物検知装置１の動作モードを、パルス信号を送信して距離を求める距離検出モードから、干渉波ＷＸを解析する解析モードに移行させるモード移行部７と、モード移行部７によって解析モードとされたときに干渉波ＷＸの周波数を解析する干渉波解析部８とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、空間伝播するパルス信号を用いて対象物までの距離を求める対象物検知装置に関する。

従来から、送信したパルス波の反射波を受信して、その送受信の時間差に基づいて、パルス波を反射した物体までの距離を求めると共に、その物体を検知する対象物検知装置が知られている。ところが、複数のこのような装置が近接して用いられると、他の装置からの送信波やその反射波が自装置への干渉波として作用して、誤検知などの不具合を引き起こすことがある。そこで、干渉波の存在を知るために、他の機器からの干渉波の受信を検知するようにしたレーダ装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００８−０８９５０５号公報 特開２００３−３０２４６２号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示されるレーダ装置は、送信する直前の時間帯で干渉波が無いことを確認するようにしているので、距離測定において干渉波による影響を減らせると考えられるが、干渉波が存在しない状態であっても干渉波検知のために時間を割くという不具合がある。また、上述した特許文献２に示されるレーダ装置は、干渉波による誤検出を低減することに目的を置き過ぎるあまり、例えば、ランダムな長さに設定した待機時間を設定する等の処理を行うので、距離測定の空白時間を招くという問題があり、また、高コストの装置となる。

本発明は、上記課題を解消するものであって、他の装置からの干渉波の影響を回避しつつ、迅速な距離測定を行うことが可能な対象物検知装置を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、空間伝播するパルス信号を用いて対象物までの距離を求める対象物検知装置において、パルス信号を生成するパルス生成手段と、前記パルス生成手段が生成したパルス信号を送信波として空間に送信する送信手段と、前記送信手段により送信されたパルス信号の反射波を受信して受信信号を出力する受信手段と、前記パルス信号の送受信時刻に基づいて対象物までの距離を求める距離検出手段と、前記受信信号に含まれる干渉波の有無を検出する干渉波検出手段と、前記干渉波検出手段によって前記干渉波の存在が検出されたときに、装置の動作モードを、パルス信号を送信して距離を求める距離検出モードから、前記干渉波を解析する解析モードに移行させるモード移行手段と、前記モード移行手段によって解析モードとされたときに前記干渉波の周波数を解析する干渉波解析手段と、を備えたものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の対象物検知装置において、前記干渉波検出手段によって干渉波の存在が検出されたときに該干渉波の存在を報知する干渉波報知手段を備えたものである。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の対象物検知装置において、前記干渉波解析手段は受信信号をフーリエ変換することにより干渉波の周波数を求めるものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の対象物検知装置において、前記干渉波解析手段による干渉波の周波数解析結果に基づいて受信信号を濾波することにより干渉波の影響を抑圧する干渉波濾波手段を備えたものである。

請求項５の発明は、請求項４に記載の対象物検知装置において、前記モード移行手段は、前記干渉波解析手段によって求められた干渉波の周波数帯と自装置の送信周波数帯とが重なる場合には、前記パルス生成手段が生成するパルス信号の周波数帯を他の周波数帯に変えた後、装置の動作モードを前記距離検出モードに移行させるものである。

請求項１の発明によれば、通常は距離検出モードのもとで、距離検出による対象物検知を行う一方で干渉波の検出を行い、干渉波が検出されたとき、解析モードに移行するようにしたので、干渉波が存在しないにも関わらず距離検出ができないという、空白時間を生じることがない。従って、他の装置からの干渉波の影響を回避しつつ、迅速な距離検出を行う対象物検知が可能となる。

請求項２の発明によれば、装置の使用者が干渉波の存在を認知して、現在の検知結果が信頼性に欠ける可能性を有することを認識でき、その後の適切な対応動作をすることができる。

請求項３の発明によれば、周知の手法と電気回路等を用いて安価に精度よく、干渉波を解析して周波数を求めることができる。

請求項４の発明によれば、干渉波の存在のもとでも、距離検出と対象物検知をすることができる。

請求項５の発明によれば、干渉波の周波数帯と自装置の送信周波数帯とを互いにずらすことができるので、周波数を切り替えた後の自装置の送受波は、周波数分布で見ると干渉波との識別が可能になる。従って、元の周波数すなわち干渉波の周波数の信号のみを干渉波濾波手段によって遮断または抑制し、自装置の受信信号は干渉波濾波手段を通過させることができ、所望の受信信号だけを距離検出手段に入力できるので、確実に距離検出と対象物検知をすることができる。

本発明の第１の実施形態に係る対象物検知装置のブロック構成図。 （ａ）は同上装置の使用時の干渉波の存在を説明する模式図、（ｂ）は同装置による距離検出の原理を示すパルス波の波形図、（ｃ）は（ｂ）において干渉波が存在する場合の波形図。 同上装置の変形例を示すブロック構成図。 同上装置の他の変形例を示すブロック構成図。 （ａ）は同上装置における干渉波を含む受信信号の波形図、（ｂ）は（ａ）の波形の周波数スペクトル図。 第２の実施形態に係る対象物検知装置のブロック構成図。 第３の実施形態に係る対象物検知装置のブロック構成図。

（第１の実施形態）
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は第１の実施形態の対象物検知装置について示す。第１の実施形態は、主に請求項１に対応する。対象物検知装置１は、空間伝播するパルス信号を用いて対象物までの距離を求める装置であり、図１に示すように、パルス信号を生成するパルス生成部２と、パルス生成部２が生成したパルス信号を送信波ＷＳとして空間に送信する送信部３と、送信部３により送信されたパルス信号の反射波ＷＲを受信して受信信号を出力する受信部４と、パルス信号の送受信時刻に基づいて対象物Ｍまでの距離を求める距離検出部５とを備えている。また、対象物検知装置１は、受信信号に含まれる干渉波ＷＸの有無を検出する干渉波検出部６と、干渉波検出部６によって干渉波ＷＸの存在が検出されたときに、対象物検知装置１の動作モードを、パルス信号を送信して距離を求める距離検出モードから、干渉波ＷＸを解析する解析モードに移行させるモード移行部７と、モード移行部７によって解析モードとされたときに干渉波ＷＸの周波数を解析する干渉波解析部８とを備えている。なお、ブロック図における各部を接続する矢印は、各部間のデータや制御信号の行き来を代表的なものについてのみ簡略化して示すものである。

空間伝播するパルス信号は、例えば、ラジオ波や高周波の電磁波、または超音波などの音波をパルス波にしたものである。送信部３と受信部４は、これらのパルス波から成る送信波を送信し、その反射波を受信するように、それぞれ媒体に応じて構成されている。パルス生成部２、送信部３、および受信部４は、周知の技術によって、一般的な電気回路や素子を用いて構成することができる。距離検出部５、干渉波検出部６、モード移行部７、および干渉波解析部８は、電気回路に加え、信号処理を行うソフトウエアなどを用いて構成することができる。

対象物検知装置１は、パルス生成部２によってパルス化された信号を、送信部３によって空間に送信する。図２（ａ）に示すように、送信波ＷＳは対象物Ｍで反射されると、その反射波ＷＲが受信部４で受信される。なお、対象物検知装置１の前方に他のセンサ９９が存在する場合に受信部４が受信する反射波ＷＲと同じ周波数の干渉波ＷＸをセンサ９９が発信することもあり得る。対象物検知装置１の距離検出部５は、図２（ｂ）に示すように、パルス生成部２から得られる送信波ＷＳの送信時刻の情報と、受信部４から得られる受信波ＷＲの受信時刻の情報とから送受信の時間差ｔを求め、電磁波または音波の空間伝播速度（Ｃとする）の情報を用いて、いわゆるタイム・オブ・フライトの方法により、対象物検知装置１から対象物Ｍまでの距離Ｌを、Ｌ＝Ｃ×ｔ／２によって求める。

また、例えば、図２（ｃ）に示すように、反射波ＷＲよりも先に、上述のセンサ９９からの送信波を干渉波ＷＸとして受信した場合に、送受信の時間差の情報が正しい送受信の時間差ｔよりも短い時間差ｔｘとなり、誤検知が発生する。なお、受信部４の周波数特性が広い場合には、反射波ＷＲと干渉波ＷＸの周波数（周波数分布、周波数帯）が一致していなくても、受信部４から干渉波ＷＸに起因する受信信号が出力されることになるので、誤検知が発生する可能性がある。

干渉波検出部６は、図２（ｃ）に示すような干渉波ＷＸの存在を検出する。その検出方法として、信号強度に基づく検出、上述の時間差ｔに対する制限条件（時間制限）に基づく検出、受信部４が出力する受信信号の周波数分布に基づく検出などを用いることもできる。その他の、一般に知られている種々のパルス波識別技術を用いることもできる。信号強度による検出は、干渉波ＷＸと反射波ＷＲとが重なった場合の合成波の振幅（信号強度）が反射波ＷＲ単独の振幅（信号強度）に比べて大きいので、強度閾値などを設け、信号強度がその閾値を越えたことなどに基づいて検出する。また、干渉波ＷＸが反射波ＷＲと重ならない単独の場合であっても、干渉波ＷＸが、他のセンサ９９などからの直接波などの場合には、反射波ＷＲに比べて信号強度が大きいので、前記閾値を越えたことなどに基づいて検出できる。また、時間制限による検出は、例えば、上述の時間差ｔとしてあり得ないような短い、すなわち近距離の時間差が求められたときに干渉波ＷＸが検出されたとする検出方法である。また、反射波ＷＲの周波数分布と干渉波ＷＸの周波数分布の差に基づいて、反射波ＷＸを検出することができる。

なお、上記では、時間差ｔｘが時間差ｔよりも短い場合について述べたが、逆の場合も問題となることがある。また、時間差ｔの前後に関わらず、干渉波検出部６によって、干渉波ＷＸを検出することは意味があり、干渉波検出部６は、時間差ｔ、つまり最初の反射波ＷＲが検出されたとき以降においても干渉波ＷＸを検出するように動作することができる。

モード移行部７は、干渉波検出部６によって干渉波ＷＸの存在が検出されたときに、対象物検知装置１の動作モードを、距離検出モードから、干渉波ＷＸを解析する解析モードに移行させる。干渉波解析部８は、解析モードとされたときに干渉波ＷＸの周波数を解析する。干渉波解析部８は、たとえば、複数のバンドパス周波数フィルタを備えて構成し、どの周波数帯域で信号強度が大きいか、などの解析結果を出力したり、送信波ＷＳの周波数との違いなどを解析して出力する。干渉波解析部８は、ＬＥＤ（発光素子）などを備えて、その発光や点滅によって解析結果を出力するようにできる。

対象物検知装置１の使用者は、干渉波解析部８からの解析結果出力に基づいて、対象物検知装置１の動作条件を変更したり、他の対象物検知装置を用いるようしたりして、適切な対応動作をすることができる。例えば、手動の切替スイッチを備えて対象物検知装置１における送信波ＷＳの周波数を切替スイッチによって切り替えるように構成しておき、干渉波解析部８からの出力に基づいて、切り替えるようにすることができる。また、送信波ＷＳの周波数が互いに異なる対象物検知装置１を複数備えておき、いずれの対象物検知装置１を使用するかを切り替えるようにしてもよい。

本実施形態の対象物検知装置１によれば、通常は距離検出モードのもとで、距離検出による対象物検知を行う一方で干渉波ＷＸの検出を行い、干渉波ＷＸが検出されたとき、解析モードに移行するようにしたので、干渉波ＷＸが存在しないにも関わらず距離検出をすることができないという、空白時間を生じることがない。従って、他の装置からの干渉波の影響を回避しつつ、迅速な距離検出と対象物検知を行うことが可能となる。

図３は、対象物検知装置１の変形例を示す。この変形例は、主に請求項２に対応する。この対象物検知装置１は、干渉波検出部６によって干渉波ＷＸの存在が検出されたときに干渉波ＷＸの存在を音や音声によって報知する干渉波報知部６１を備えている。このような対象物検知装置１によれば、装置の使用者が干渉波ＷＸの存在を認知して、現在の検知結果が信頼性に欠ける可能性のあるものであることを認識でき、その後の適切な対応動作をすることができる。

図４は、対象物検知装置１の他の変形例を示す。この変形例は、主に請求項３に対応する。この対象物検知装置１は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、干渉波解析部８が受信部４から出力される受信信号をフーリエ変換することにより干渉波ＷＸの周波数分布Ｆｘを求めるものである。このような対象物検知装置１によれば、干渉波解析部８を周知の手法と電気回路やソフトウエア等を用いて安価に構成でき、干渉波ＷＸを解析して周波数分布Ｆｘを精度良く求めることができ、送信波ＷＳの周波数分布Ｆと干渉波ＷＸの周波数分布Ｆｘとをより厳密に区別することができる。

（第２の実施形態）
図６に第２の実施形態の対象物検知装置を示す。第２の実施形態は、請求項４に対応する。この対象物検知装置１は、第１の実施形態において、干渉波解析部８がフーリエ変換（例えば、高速フーリエ変換）により受信信号を周波数解析するものであり、さらに、干渉波解析部８による干渉波ＷＸの周波数解析結果に基づいて受信信号を濾波することにより干渉波ＷＸの影響を抑圧する干渉波濾波部９を備えたものである。干渉波濾波部９は、受信部４と距離検出部５の間に備えられ、干渉波濾波部９を通過した受信信号が距離検出部５に出力される。干渉波濾波部９は、デジタルフィルタやアナログフィルタなどから成る一般的なフィルタである。干渉波濾波部９は、受信部４から出力される受信信号のうち、本来の受信波である反射波ＷＲ以外の信号を通過しにくいようにする周波数フィルタである。このようなフィルタは、周波数毎に複数備えることができる。また、干渉波解析部８は、フーリエ変換によらずに受信信号を周波数解析するものでもよい。

対象物検知装置１の動作を説明する。干渉波解析部８は、前述の図５（ｂ）のように干渉波ＷＸの周波数分布Ｆｘを得ると、解析完了の旨をモード移行部７に出力すると共に、得られた周波数分布Ｆｘの情報を干渉波濾波部９に出力する。すると、モード移行部７は、対象物検知装置１の動作モードを、干渉波ＷＸを解析する解析モードから、パルス信号を送信して距離を求める距離検出モードに移行させる。すると、干渉波濾波部９は、周波数分布Ｆｘの情報に基づいて、本来の受信波である反射波ＷＲ以外の信号、特に干渉波ＷＸの信号を通過しにくいようにする周波数フィルタを設定して動作させ、受信部４からの受信信号を濾波処理した結果を距離検出部５に出力する。これにより、距離検出部５は、干渉波ＷＸの影響を抑圧した状態でより信頼性のある時間差ｔを求めて対象物Ｍまでの距離をより正しく求めることができる。本実施形態の対象物検知装置１によれば、干渉波ＷＸの存在のもとでも、距離検出と対象物検知をすることができる。

（第３の実施形態）
図７に第３の実施形態の対象物検知装置を示す。第３の実施形態は、請求項５に対応する。この対象物検知装置１は、第２の実施形態において、干渉波解析部８による干渉波ＷＸの周波数解析結果に基づいて、モード移行部７が、干渉波ＷＸの周波数帯と自装置の送信周波数帯とが重なる場合、すなわち、図５（ｂ）における周波数分布Ｆｘ，Ｆが重なる場合には、パルス生成部３が生成するパルス信号の周波数帯を他の周波数帯に変えた後、装置の動作モードを距離検出モードに移行させる。また、干渉波解析部８は、フーリエ変換によらずに受信信号を周波数解析するものでもよい。また、周波数分布Ｆｘ，Ｆが重ならない場合であっても、干渉波ＷＸに起因する受信信号が出力される場合にも、同様の処置を行う。

本実施形態の対象物検知装置１によれば、干渉波ＷＸの周波数帯と自装置の送信周波数帯（反射波ＷＲの送信周波数帯）とを互いにずらすことができ、周波数を切り替えた後の自装置の送受波ＷＳ，ＷＲは、周波数分布で見ると干渉波ＲＸとの識別が可能になる。従って、元の周波数すなわち干渉波ＷＸの周波数の信号のみを干渉波濾波部９によって遮断または抑制し、自装置の受信信号は干渉波濾波部９を通過させることができ、所望の受信信号だけを距離検出手段に入力できるので、他の装置からの干渉を回避して、より確実に距離検出と対象物検知をすることができる。なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した各実施形態の構成を互いに組み合わせた構成とすることができる。

１ 対象物検知装置
２ パルス生成部（パルス生成手段）
３ 送信部（送信手段）
４ 受信部（受信手段）
５ 距離検出部（距離検出手段）
６ 干渉波検出部（干渉波検出手段）
６１ 干渉波報知部（干渉波報知手段）
７ モード移行部（モード移行手段）
８ 干渉波解析部（干渉波解析手段）
９ 干渉波濾波部（干渉波濾波手段）
ＷＳ 送信波
ＷＲ 反射波
ＷＸ 干渉波

Claims (5)

1. 空間伝播するパルス信号を用いて対象物までの距離を求める対象物検知装置において、
   パルス信号を生成するパルス生成手段と、
   前記パルス生成手段が生成したパルス信号を送信波として空間に送信する送信手段と、
   前記送信手段により送信されたパルス信号の反射波を受信して受信信号を出力する受信手段と、
   前記パルス信号の送受信時刻に基づいて対象物までの距離を求める距離検出手段と、
   前記受信信号に含まれる干渉波の有無を検出する干渉波検出手段と、
   前記干渉波検出手段によって前記干渉波の存在が検出されたときに、装置の動作モードを、パルス信号を送信して距離を求める距離検出モードから、前記干渉波を解析する解析モードに移行させるモード移行手段と、
   前記モード移行手段によって解析モードとされたときに前記干渉波の周波数を解析する干渉波解析手段と、を備えたことを特徴とする対象物検知装置。
2. 前記干渉波検出手段によって干渉波の存在が検出されたときに該干渉波の存在を報知する干渉波報知手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の対象物検知装置。
3. 前記干渉波解析手段は受信信号をフーリエ変換することにより干渉波の周波数を求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の対象物検知装置。
4. 前記干渉波解析手段による干渉波の周波数解析結果に基づいて受信信号を濾波することにより干渉波の影響を抑圧する干渉波濾波手段を備えた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対象物検知装置。
5. 前記モード移行手段は、前記干渉波解析手段によって求められた干渉波の周波数帯と自装置の送信周波数帯とが重なる場合には、前記パルス生成手段が生成するパルス信号の周波数帯を他の周波数帯に変えた後、装置の動作モードを前記距離検出モードに移行させることを特徴とする請求項４に記載の対象物検知装置。

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