JP2023121964A - 被測定物検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 商品性を向上させることが可能な被測定物検出装置を提供する。【解決手段】 電波Ｆ１を被測定物Ｍに向けて送信するとともに被測定物Ｍにて反射した反射電波Ｆ２を受信する送受信部Ｃと、電波Ｆ１の向き及び反射電波Ｆ２の向きを変化させる機能を有する機能部材３０と、この機能部材３０を収納する空間部４５を有する収納部材としての筐体４０とを備え、送受信部Ｃから機能部材３０を介して被測定物Ｍへと至る電波Ｆ１、及び被測定物Ｍから機能部材３０を介して送受信部Ｃへと至る反射電波Ｆ２に基づいて、被測定物Ｍの距離を検出する。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば被測定物の距離を検出する被測定物検出装置に関する。

従来より、この種の被測定物検出装置にあっては、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この特許文献１に記載の被測定物検出装置は、ミリ波（電波）を被測定物（例えば自車両前方に存在する障害物）に向けて送信するとともに被測定物にて反射した反射電波を受信するミリ波レーダユニットと、このミリ波レーダユニットを収納する収納部材としての筐体とを備え、ミリ波レーダユニットから被測定物へと直進するミリ波、及び被測定物からミリ波レーダユニットへと直進する反射電波に基づいて、被測定物の距離（つまり自車両から障害物までの距離）を検出するものである。

特開２００７ー１２５９２８号公報

特許文献１に記載の被測定物検出装置の場合、ミリ波レーダユニットから被測定物へと至るミリ波、及び被測定物からミリ波レーダユニットへと至る反射電波は、双方とも向きを変えることなく概ね直進する。

ところで、ミリ波レーダには１００ミリメートル程度の不感帯があることから、所定の取付対象に前記筐体を取り付けるにあたって、ミリ波及び反射電波の進行（放射）方向に沿った前記筐体の外形寸法をある程度、長くする必要がある。すなわち、取付対象には前記筐体が取り付けられる被取付部が設けられ、被取付部を起点としたときの（ミリ波の進行方向に沿った）前記筐体の外形寸法をある程度、長くする必要がある。しなしながら、ミリ波の進行方向に沿った前記筐体の外形寸法が長くなると、前記筐体の存在感が助長され、商品性の低下を招くという問題がある。
そこで本発明は、前述の課題に対して対処するため、商品性を向上させることが可能な被測定物検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、所定の取付対象に取り付けられる被測定物検出装置であって、電波を被測定物に向けて送信するとともに前記被測定物にて反射した反射電波を受信する送受信部と、前記電波の向き及び前記反射電波の向きを変化させる機能を有する機能部材と、前記機能部材を収納する空間部を有する収納部材とを備え、前記送受信部から前記機能部材を介して前記被測定物へと至る前記電波、及び前記被測定物から前記機能部材を介して前記送受信部へと至る前記反射電波に基づいて、前記被測定物の距離を検出することを特徴とする。

また本発明は、前記収納部材は、対向配置される第１、第２壁部を備え、前記第１、第２壁部には前記空間部を隔てて対向する第１、第２貫通部が設けられ、前記機能部材は、前記各貫通部に対応する前記空間部の所要部に配置されることを特徴とする。

また本発明は、前記取付対象には、前記第１壁部が取り付けられる被取付部が設けられ、前記送受信部から前記機能部材へと送出される前記電波の進行方向、及び前記機能部材から前記送受信部へと送出される前記反射電波の進行方向は、前記被取付部と概ね平行であることを特徴とする。

また本発明は、前記機能部材は、前記送受信部に対応する位置に開口形成される第１開口部と、前記被測定物に対応する位置に開口形成される第２開口部と、前記第１開口部及び前記第２開口部の一方から他方へと至る前記電波、前記反射電波を折り曲げる機能を有する機能部とを備えていることを特徴とする。

また本発明は、前記機能部材は、前記第２開口部が前記第１貫通部側に位置する第１の配置状態と前記第２開口部が前記第２貫通部側に位置する第２の配置状態とのうち何れかの状態で、前記所要部に配置可能に構成されていることを特徴とする。

また本発明は、前記送受信部は、前記第１開口部と離間するように前記空間部の開放部側に位置していることを特徴とする。

また本発明は、前記第２開口部にはレンズが配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、所期の目的を達成でき、商品性を向上させることが可能な被測定物検出装置を提供できる。

機能部材の配置が第１の配置状態であるときの被測定物検出装置の分解斜視図。 機能部材の配置が第１の配置状態であるときの被測定物検出装置の断面図。 レーダユニットのブロック図。 被測定物検出装置が液体が貯蔵されている容器（取付対象）に取り付けられた状態を示す概略図。 機能部材の配置が第２の配置状態であるときの被測定物検出装置の分解斜視図。 機能部材の配置が第２の配置状態であるときの被測定物検出装置の断面図。 被測定物検出装置が作業機械の上部旋回体（取付対象）に取り付けられた状態を示す概略図。 図７中、Ａ部を拡大して示す要部拡大断面図。

本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

図１、図２において、被測定物検出装置Ｄは、レーダユニット１０と、第１レンズ２０と、機能部材３０と、収納部材としての筐体４０と、第２レンズ５０とを備えている。

なお、以下では、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚ軸を適宜用いて、被測定物検出装置Ｄが備える各部を説明する場合がある。Ｘ軸は、筐体４０の長手方向に沿う方向であり、Ｚ軸は、機能部材３０から被測定物Ｍに向けて電波（被測定物Ｍから機能部材３０に向けて反射電波）が送出される方向であり、Ｙ軸は、Ｘ軸及びＺ軸に直交する方向である。また、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の各軸を示す矢印が向く方向を、各軸の＋（プラス）方向、その反対方向を－（マイナス）方向とする。

レーダユニット１０は、例えばレーダユニット１０全体に電源を供給する電源供給手段として機能する電源回路１１と、レーダの送受信信号をもとに図示省略した被測定物（検出対象）Ｍまでの距離などを算出する演算回路１２と、電磁波を生成する電波発振回路１３と、ミリ波である電波Ｆ１を被測定物Ｍに向けて放射（送信）する送信アンテナ１４と、被測定物Ｍにて反射した電波である反射電波Ｆ２を受信信号として受信する受信アンテナ１５と、受信信号を増幅するとともに送信した電波Ｆ１の周波数をもとに受信した受信信号のドップラー周波数を計測する受信回路１６とから主に構成される（図３参照）。なお、送信アンテナ１４、受信アンテナ１５を備えたレーダユニット１０は、機能部材３０の後述する第１開口部と離間するように筐体４０の後述する開放部側に位置している。

つまり、このように構成されたレーダユニット１０では、電波発振回路１３からの電波Ｆ１が送信アンテナ１４から送出され被測定物Ｍで反射されると、その反射電波Ｆ２を受信アンテナ１５で受信し、受信回路１６で増幅するとともにドップラー周波数を計測し、演算回路１２によって被測定物Ｍまでの距離などを算出する。なお、この場合、送信アンテナ１４と受信アンテナ１５とで送受信部Ｃが構成されるものとする。以下の説明では、送信アンテナ１４及び受信アンテナ１５を送受信部Ｃと称する場合もある。

第１レンズ２０は、例えば平凸レンズを適用することができ、レーダユニット１０に重なるように配置される。第１レンズ２０は、送信アンテナ１４が送信した電波Ｆ１を平面波に変換する。第１レンズ２０によって平面波に変換された電波Ｆ１は、筐体４０の後述する空間部に向けて送出される。また、第１レンズ２０は、被測定物Ｍにて反射して前記空間部に戻ってくる反射電波Ｆ２を集光する。この反射電波Ｆ２は、第１レンズ２０によって集光されて受信アンテナ１５に送出される。

機能部材３０は、その外形形状が略直方体形状となっており、電波Ｆ１の向き及び反射電波Ｆ２の向きを変化させる機能を有する。機能部材３０は、例えば樹脂材料によって形成され、レーダユニット１０（送受信部Ｃ）に対応する位置に略円形に開口形成される第１開口部３１と、被測定物Ｍ（第２レンズ５０）に対応する位置に略円形に開口形成される第２開口部３２と、第１開口部３１及び第２開口部３２の一方から他方へと至る電波Ｆ１、反射電波Ｆ２を折り曲げる機能を有する機能部３３とを備えている。機能部材３０は、適宜固定手段を用いて筐体４０に固定される。

ここでの機能部３３は、－Ｘ方向に向かう電波Ｆ１を被測定物Ｍ側となるーＺ方向に反射させるとともに、被測定物Ｍにて反射して＋Ｚ方向に向かう反射電波Ｆ２を＋Ｘ方向に反射させるための傾斜反射面として構成される。つまり、本実施形態の場合、送信アンテナ１４（送受信部Ｃ）から機能部３３（機能部材３０）を介して被測定物Ｍへと至る（送出される）電波Ｆ１、及び被測定物Ｍから機能部３３（機能部材３０）を介して受信アンテナ１５（送受信部Ｃ）へと至る（送出される）反射電波Ｆ２に基づいて、被測定物Ｍの距離を検出する構成となっている。

筐体４０は、その外形形状が略直方体形状で、内部が中空の樹脂ケースを適用することができる。筐体４０は、Ｚ方向に沿い対向配置される第１、第２壁部４１、４２と、Ｙ方向に沿い対向配置される第３、第４壁部４３、４４と、レーダユニット１０やレンズ２０、機能部材３０を収納するための空間部４５と、第１壁部４１と第２壁部４２とを繋ぐ立壁部４６とを有する。空間部４５は、各壁部４１～４４によって囲まれた空洞領域として構成される。

また、ともにＸ方向に沿い延在する第１、第２壁部４１、４２には、空間部４５を隔てて互いに対向する第１、第２貫通部４１ａ、４２ａが設けられる。第１貫通部４１ａは、略矩形状の貫通孔からなり、第１壁部４１の－Ｘ方向側に設けられる。第２貫通部４２ａは、略矩形状の貫通孔からなり、第１貫通部４１ａと向かい合う状態で第２壁部４２の－Ｘ方向側に設けられる。

また、ここでの第１、第２貫通部４１ａ、４２ａは、その大きさが機能部材３０よりも若干、大きくなっていることで、機能部材３０は、各貫通部４１ａ、４２ａ及び各貫通部４１ａ、４２ａに対応する空間部４５の対応領域（所要部）４５ａに配置される。また、機能部材３０が対応領域４５ａに配置された状態（第１の配置状態）にあっては、第２開口部３２の形成位置と概ね同じ位置に第１貫通部４１ａが位置する（つまり第２開口部３２が第１貫通部４１ａ側に位置する）ことになる。また、立壁部４６は対応領域４５ａを塞いでおり、そのＺ方向に沿った外形寸法は機能部材３０のＺ方向に沿った外形寸法と概ね等しい。一方、対応領域４５ａとは反対側となる空間部４５の＋Ｘ方向側には開放部４５ｂが設けられ、この開放部４５ｂを塞ぐようにレーダユニット１０（及びレンズ２０）が配設される。

第２レンズ５０は、例えば平凸レンズを適用することができ、機能部材３０の第２開口部３２に配置される。第２レンズ５０は、第１レンズ２０によって平面波に変換されてーＸ方向に向けて送出されるとともに第１開口部３１を通過し、その後、機能部３３によってーＺ方向に折り曲げられた電波Ｆ１を平面波に変換する。被測定物Ｍは、図２中、第２レンズ５０の－Ｚ方向に位置しており、第２レンズ５０によって平面波に変換された電波Ｆ１は、被測定物Ｍに向けて送出される。

そして、第２レンズ５０は、被測定物Ｍにて反射して＋Ｚ方向に戻ってくる反射電波Ｆ２を集光する。この反射電波Ｆ２は、機能部３３によって＋Ｘ方向に折り曲げられた後、第１開口部３１、空間部４５を経て第１レンズ２０へと至り、第１レンズ２０によって集光されて受信アンテナ１５に送出されることになる。また、第２レンズ５０は、後述する特許請求の範囲に記載されたレンズに相当する。なお、図２中、一点鎖線で示す範囲は、電波Ｆ１及び反射電波Ｆ２が送出される範囲を模式的に示している。

以上の各部により、被測定物検出装置Ｄが構成される。図４は、機能部材３０が第１の配置状態として筐体４０内に配置された状況下において、被測定物検出装置Ｄが取付対象である容器６０に取り付けられるとともに、被測定物検出装置Ｄを利用して当該容器６０に貯蔵（収容）された液体６１の液面６１ａの位置を算出（検出）するための構成を模式的に示している。容器６０としては例えば車両に搭載された燃料タンクなどを適用することができ、液体６１としては例えばガソリンなどの燃料を適用することができ、液面６１ａは液体６１の増減に応じて上下方向（Ｚ方向）に変位する。

この場合、容器６０には第１壁部４１が取り付けられる被取付部としての前面壁部６０ａがＸ方向に沿い延在するように設けられる。ここで、送受信部Ｃから機能部材３０へと進む電波Ｆ１の進行方向及び機能部材３０から送受信部Ｃへと進む反射電波Ｆ２の進行方向は概ねＸ方向であることから、当該電波Ｆ１、反射電波Ｆ２の進行方向は前面壁部６０ａと概ね平行であると言える。そして、前面壁部６０ａとは反対側となる容器６０の底壁部６０ｂには第２レンズ５０と対峙する位置に金属板６２が載置される。

このような構成において、送信アンテナ１４から放射された電波Ｆ１は、ーＸ方向に放射されて機能部３３へと至り、機能部３３によってーＺ方向に折り曲げられ、第２レンズ５０、前面壁部６０ａを経て容器６０内に至る。ここでの被測定物Ｍは、液面６１ａと金属板６２とでなり、受信アンテナ１５は、金属板６２で反射して戻ってくる反射電波Ｆ２１と、液面６１ａで反射して戻ってくる反射電波Ｆ２２とでなる反射電波Ｆ２を受信する。そして、演算回路１２は、送信した電波Ｆ１と、当該反射電波Ｆ２とでなるレーダの送受信信号を図４中、模式的に示す制御部７０に出力する。

制御部７０は、例えばマイクロコンピュータから構成され、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを備える。制御部７０は、演算回路１２からの情報（前記送受信信号）により、液面６１ａの位置を算出する機能を有する。具体的には、制御部７０は、上述の反射電波Ｆ２１に基づいて容器６０の基準位置を算出し、さらに上述の反射電波Ｆ２２に基づいて当該基準位置に対する相対高さ（液面高さ）を算出し、相対高さと基準位置との差分から液面６１ａの位置を算出可能となる。

なお、以上の説明では、被測定物Ｍが第１貫通部４１ａ（第２レンズ５０）の－Ｚ方向に位置していたが、これとは反対側に被測定物Ｍが＋Ｚ方向（つまり図２中、第２貫通部４２ａの上側）に位置している場合にあっては、図５、図６に示すように機能部３３が第２貫通部４２ａ側を向くように（つまり図２の状態から機能部材３０を上下反転させた状態で）対応領域４５ａに機能部材３０を配置するとともに、＋Ｚ方向側に位置する第２開口部３２に第２レンズ５０を配置すればよい。つまり、機能部材３０は、上述した第１の配置状態と第２開口部３２が第２貫通部４２ａ側に位置する第２の配置状態とのうち何れかの状態で筐体４０の対応領域４５ａに配置可能に構成されることになる。

そして、 この場合、図６に示す第２レンズ５０は、第１レンズ２０によって平面波に変換されてーＸ方向に向けて送出されるとともに第１開口部３１を通過し、その後、機能部３３によって＋Ｚ方向に折り曲げられた電波Ｆ１を平面波に変換する。被測定物Ｍは、第２レンズ５０の＋Ｚ方向に位置しており、第２レンズ５０によって平面波に変換された電波Ｆ１は、被測定物Ｍに向けて送出される。また、第２レンズ５０は、被測定物Ｍにて反射してーＺ方向に戻ってくる反射電波Ｆ２を集光する。この反射電波Ｆ２は、機能部３３によって＋Ｘ方向に折り曲げられた後、第１開口部３１、空間部４５を経て第１レンズ２０へと至り、第１レンズ２０によって集光されて受信アンテナ１５に送出されることになる。

図７は、機能部材３０が第２の配置状態として筐体４０内に配置された場合において、作業機械８０での掘削作業時に当該作業に支障をきたすような障害物（被測定物）Ｍの検出の有無に被測定物検出装置Ｄを用いた例を示している。

作業機械８０は、上部旋回体８１と、下部走行体８２と、ブーム８３と、アーム８４と、バケット８５とから主に構成される。また、この場合、図８に示すように取付対象である上部旋回体８１には第１壁部４１を取り付けるための被取付部としての前面壁部８１ａが設けられる。これにより被測定物検出装置Ｄは上部旋回体８１に固定保持される。例えば前面壁部８１ａは、バケット８５の周辺に電波Ｆ１が放射されるような形状（例えば図８中、上方部分が下方部分よりもバケット８５側に迫り出している傾斜壁形状）となっており、図８中、Ｘ方向に沿い延在している。

従って、この場合であっても、送受信部Ｃから機能部材３０へと進む電波Ｆ１の進行方向及び機能部材３０から送受信部Ｃへと進む反射電波Ｆ２の進行方向は概ねＸ方向であることから、当該電波Ｆ１、反射電波Ｆ２の進行方向は前面壁部８１ａと概ね平行であると言える。

そして、送信アンテナ１４から放射された電波Ｆ１は、ーＸ方向に放射されて機能部３３へと至り、機能部３３によって＋Ｚ方向に折り曲げられ、第２レンズ５０を経て主にバケット８５の周囲に送出される。バケット８５の周囲に被測定物Ｍである障害物が存在する場合、障害物で反射した反射電波Ｆ２は、－Ｚ方向に進み第２レンズ５０を経て機能部３３へと至り、機能部３３によって＋Ｘ方向に折り曲げられた後、最終的に受信アンテナ１５に送出される。そして、演算回路１２は、送信した電波Ｆ１と受信した反射電波Ｆ２とでなるレーダの送受信信号を上部旋回体８１の適宜箇所に設けられた制御部９０に出力する。制御部９０は上述した制御部７０と同様に例えばマイクロコンピュータから構成され、制御部９０による制御のもと、作業機械８０の操縦室に搭載されたモニタ（図示省略）に障害物に関する情報（警告表示など）が表示される。

以上のように本実施形態では、電波Ｆ１を被測定物Ｍに向けて送信するとともに被測定物Ｍにて反射した反射電波Ｆ２を受信する送受信部Ｃと、電波Ｆ１の向き及び反射電波Ｆ２の向きを変化させる機能を有する機能部材３０と、この機能部材３０を収納する空間部４５を有する筐体４０とを備え、送受信部Ｃから機能部材３０を介して被測定物Ｍへと至る電波Ｆ１、及び被測定物Ｍから機能部材３０を介して送受信部Ｃへと至る反射電波Ｆ２に基づいて、被測定物Ｍの距離を検出するものである。

従って、取付対象である容器６０や上部旋回体８１に筐体４０が取り付けられた状況下では、被取付部である前面壁部６０ａ、８１ａを起点としたときの筐体４０の幅寸法（つまり筐体４０内に進む電波Ｆ１や反射電波Ｆ２の進行方向とは概ね直交する部位である立壁部４６の外形寸法）を極力短くすることが可能となり、容器６０や上部旋回体８１に筐体４０を取り付けた際の筐体４０存在感がある程度、目立たなくなり、商品性の向上した被測定物検出装置を提供することができる。

また本実施形態では、機能部材３０は、第２開口部３２が第１貫通部４１ａ側に位置する第１の配置状態と第２開口部３２が第２貫通部４２ａ側に位置する第２の配置状態とのうち何れかの状態で、空間部４５の対応領域４５ａに配置可能に構成されていることにより、この第１の配置状態と第２の配置状態とで筐体４０の外部に送出される電波Ｆ１の進行方向を容易に変更することが可能となり、商品性がさらに向上した被測定物検出装置を提供することができる。

本発明は、以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。例えば上述した実施形態では、金属板６２が図６中、底壁部６０ｂの上側に載置（配置）されていたが、金属板６２を底壁部６０ｂの上側ではなく、底壁部６０ｂの下側に配置してもよい。

なお、以上の説明では、本発明の理解を容易にするために、公知の技術的事項の説明を適宜省略した。

１０ ミリ波レーダユニット
１４ 送信アンテナ
１５ 受信アンテナ
２０ 第１レンズ
３０ 機能部材
３１ 第１開口部
３２ 第２開口部
３３ 機能部
４０ 筐体（収納部材）
４１ 第１壁部
４１ａ 第１貫通部
４２ 第２壁部
４２ａ 第２貫通部
４５ 空間部
４５ａ 対応領域（所要部）
４５ｂ 開放部
４６ 立壁部
５０ 第２レンズ（レンズ）
７０、９０ 制御部
６０ 容器（取付対象）
６０ａ 前面壁部（被取付部）
６１ 液体
６１ａ 液面
６２ 金属板
８０ 作業機械
８１ 上部旋回体（取付対象）
８１ａ 前面壁部（被取付部）
Ｃ 送受信部
Ｆ１ 電波
Ｆ２ 反射電波

Claims (7)

1. 所定の取付対象に取り付けられる被測定物検出装置であって、
   電波を被測定物に向けて送信するとともに前記被測定物にて反射した反射電波を受信する送受信部と、
   前記電波の向き及び前記反射電波の向きを変化させる機能を有する機能部材と、
   前記機能部材を収納する空間部を有する収納部材とを備え、
   前記送受信部から前記機能部材を介して前記被測定物へと至る前記電波、及び前記被測定物から前記機能部材を介して前記送受信部へと至る前記反射電波に基づいて、前記被測定物の距離を検出することを特徴とする被測定物検出装置。
2. 前記収納部材は、対向配置される第１、第２壁部を備え、
   前記第１、第２壁部には前記空間部を隔てて対向する第１、第２貫通部が設けられ、
   前記機能部材は、前記各貫通部に対応する前記空間部の所要部に配置されることを特徴とする請求項１記載の被測定物検出装置。
3. 前記取付対象には、前記第１壁部が取り付けられる被取付部が設けられ、
   前記送受信部から前記機能部材へと送出される前記電波の進行方向、及び前記機能部材から前記送受信部へと送出される前記反射電波の進行方向は、前記被取付部と概ね平行であることを特徴とする請求項２記載の被測定物検出装置。
4. 前記機能部材は、前記送受信部に対応する位置に開口形成される第１開口部と、前記被測定物に対応する位置に開口形成される第２開口部と、前記第１開口部及び前記第２開口部の一方から他方へと至る前記電波、前記反射電波を折り曲げる機能を有する機能部とを備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のうち何れか１つに記載の被測定物検出装置。
5. 前記機能部材は、前記第２開口部が前記第１貫通部側に位置する第１の配置状態と前記第２開口部が前記第２貫通部側に位置する第２の配置状態とのうち何れかの状態で、前記所要部に配置可能に構成されていることを特徴とする請求項４記載の被測定物検出装置。
6. 前記送受信部は、前記第１開口部と離間するように前記空間部の開放部側に位置していることを特徴とする請求項４記載の被測定物検出装置。
7. 前記第２開口部にはレンズが配置されていることを特徴とする請求項４または請求項５記載の被測定物検出装置。

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