JP3610886B2 - 多点同時距離計測方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波やミリ波等の電磁波信号を利用した非接触の距離計測技術に関するものであり、特に複数点の距離を同時に計測する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来マイクロ波やミリ波を利用したレーダ方式の距離計を利用した多点計測方法としては、例えば特開平６−１１３２８号公報に示されるように、電磁波信号の送受信を行うアンテナを走査し、角度変更を実施して、または実施しながら、異なるアンテナ位置、方向における複数点の計測データにより計測対象の表面プロファイル等を計測する方法が提案されている。
また、一般に同時に多点での計測を行うためには複数の距離計と各距離計毎の信号送受信装置（アンテナ）を用意する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の距離計及びアンテナがそれぞれ１台により構成される装置を用いてアンテナの方向のみを変更する方法、または１台の距離計及び複数のアンテナにより構成される装置を用いて複数のアンテナを切替える方法では、各計測対象位置毎にアンテナの方向変更あるいはアンテナの切替えに時間が必要のため、多点での同時計測を行うことができないという問題があった。
また距離計及び信号送受信装置（アンテナ）により構成される装置を複数セット用意すれば、複数点までの距離を同時に計測することは可能であるが、複数セットの装置を用意することで費用が高額になるという問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る多点同時距離計測方法は、単一の電磁波送信信号を複数に分岐し、この複数の各分岐信号をそれぞれ複数の伝送路及び送波手段を介して複数の各計測対象位置に向けて送波し、前記複数の各計測対象位置からの各反射信号をそれぞれ複数の受波手段により受波し、この複数の各受波信号を複数の伝送路を介して合成手段に入力して単一の受波信号に合成し、この合成信号を受信して受信信号に含まれる前記複数の各計測対象位置からの各反射信号をそれぞれ検出し、前記単一の電磁波送信信号の送信時刻から前記受信、検出された複数の各計測対象位置からの各反射信号の受信時刻までの各時間を計測し、この各計測時間に基づき前記複数の各計測対象位置までの距離を同時に計測するものである。
【０００５】
本発明の請求項２に係る多点同時距離計測方法は、前記請求項１に係る多点同時距離計測方法において、前記複数に分岐された電磁波信号を複数の送波手段へ伝送する複数の伝送路のうちのいずれかの伝送路、または前記複数の受波手段の受波信号を合成手段へ伝送する複数の伝送路のうちのいずれかの伝送路に伝播時間遅延素子を挿入し、前記合成手段により合成される単一の受波信号における複数の受波手段からの各受波信号が時間軸上で重畳しないようにするものである。
【０００６】
本発明の請求項３に係る多点同時距離計測方法は、前記請求項１または２に係る多点同時距離計測方法において、前記複数の送波手段と複数の受波手段は、直線上に一定間隔で各送波手段と各受波手段とを交互に配置し、隣接する各送波手段と各受波手段を用いて多点同時での距離計測を行うものである。
【０００７】
本発明の請求項４に係る多点同時距離計測装置は、所定の電磁波信号を発生して直接または伝送路を介して分岐手段に送出する送信手段と、前記送信手段から直接または伝送路を介して電磁波信号を入力して複数に分岐して出力する分岐手段と、前記分岐手段の出力する複数の各電磁波信号を各伝送路を介して入力してそれぞれ複数の各計測対象位置に向けて送信する複数の送信アンテナと、前記複数の各送信アンテナとそれぞれ組み合わされ、前記複数の各計測対象位置から反射される電磁波信号をそれぞれ受信する複数の受信アンテナと、前記複数の各受信アンテナがそれぞれ受信した複数の受信信号を各伝送路を介して入力してそれぞれ合成し、この合成結果の単一受信信号を出力する合成手段と、前記合成手段の出力信号を受信し、この受信信号に含まれる複数の各計測対象位置から反射された各受信信号をそれぞれ検出する受信手段と、前記前記送信手段による電磁波信号の送信時刻から前記受信手段により受信、検出された複数の各計測対象位置から反射された各受信信号の受信時刻までの各時間を計測し、この各計測時間に基づき前記複数の各送信アンテナと受信アンテナの組み合わせ位置から対応する複数の各計測対象位置までの距離を同時に計測する距離計測手段とを備えたものである。
【０００８】
本発明の請求項５に係る多点同時距離計測装置は、前記請求項４に係る多点同時距離計測装置において、前記分岐手段の各出力と複数の送信アンテナの各入力間のいずれかの伝送路、または前記複数の受信アンテナの各出力と合成手段の各入力間のいずれかの伝送路に挿入された伝播時間遅延素子を備えて、前記合成手段により合成される単一受信信号における複数の受信アンテナからの各受信信号が時間軸上で重畳しないようにするものである。
【０００９】
本発明の請求項６に係る多点同時距離計測装置は、前記請求項４または５に係る多点同時距離計測装置において、前記複数の送信アンテナと複数の受信アンテナは、直線上に一定間隔で各送信アンテナと各受信アンテナとを交互に配置し、隣接する各送信アンテナと各受信アンテナを組み合わせて用いて多点同時での距離計測を行うものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の多点同時距離計測方法及び装置を下記実施形態１〜３により説明する。
実施形態１
図１は本発明の実施形態１に係る多点同時距離計測装置の構成を示す図である。
図１の（ａ）において、１，２はそれぞれ第１の送信アンテナ、受信アンテナであり、計測対象点Ａまでの距離を計測する第１のアンテナ対を構成する。同様に３，４はそれぞれ第２の送信アンテナ、受信アンテナであり、計測対象点Ｂまでの距離を計測する第２のアンテナ対を構成する。２０は距離計であり、内部に少くとも距離計測回路２１、送信回路２２、分岐回路２３、合成回路２４及び受信回路２５を含んでいる。また１５ａ，１５ｂ，１５ｃ及び１５ｄは、それぞれアンテナ１，２，３，４と距離計２０内の分岐回路２３及び合成回路２４とを個別に接続する電磁波信号の伝送路であり、例えば導波管や同軸ケーブル等を用いる。
【００１１】
図１の（ａ）に示す電磁波信号を利用する距離計測装置は、単一の距離計２０と２対のアンテナ１〜４と、両者を個別に接続する伝送路１５ａ〜１５ｄとにより構成される。
最初に距離計２０内の各機器の動作概要を述べる。
距離計測回路２１は、内部に伝送路１５ａ〜１５ｄの長さまたはこれら伝送路における電磁波信号の伝播所要時間の較正データ等が予め設定されており、所定繰返周波数の送信トリガを送信回路２２に送出した送出時刻から、受信回路２５から各計測対象位置よりの反射受信信号を入力した入力時刻までの各時間を計測し、この各計測時間と前記内部に設定された伝送路の較正データ等を用いて各計測対象位置までの距離の多点同時計測を行う。
【００１２】
送信回路２２は、距離計測回路２１から送信トリガが入力されると、所定パルス幅のマイクロ波またはミリ波の送信信号を発生して分岐回路２３に出力する。分岐回路２３は、例えばＴ型分岐導波管等により構成され、入力電磁波信号を２つに分岐して出力し、その分岐出力はそれぞれの伝送路１５ａ，１５ｃを介して第１、第２の送信アンテナ１，３へ送出される。
合成回路２４は、分岐回路２３と逆の機能を行う回路で、第１、第２の受信アンテナ２，４からそれぞれの伝送路１５ｂ，１５ｄを介して入力される２つの電磁波信号を加算合成して１つの電磁波信号として受信回路２５へ供給する。受信回路２５は入力される電磁波信号を増幅後、この受信信号に含まれる複数の各計測対象位置から反射された各受信信号をそれぞれ検出して距離計測回路２１へ供給する。
【００１３】
図１の（ｂ）は距離計２０が測定する各反射信号の受信タイミングを示している。図１の（ｂ）を参照し、（ａ）に示す装置の動作を説明する。
図１の（ａ）においては、計測対象点ＡとＢが離れた位置にあって、いま距離計２０が第１のアンテナ対１，２から計測対象点Ａまでの距離と、第２のアンテナ対３，４から計測対象点Ｂまでの距離を同時に計測する動作を説明する。
距離計２０内の距離計測回路２１は所定繰返周波数の送信トリガを送信回路２２に供給し、送信回路２２はこの送信トリガに同期した所定パルス幅の電磁波信号を発生して分岐回路２３に供給する。分岐回路２３は入力電磁波信号を２つに分岐し、この分岐した一方の電磁波信号を伝送路１５ａを介して第１の送信アンテナ１に供給し、分岐した他方の電磁波信号を伝送路１５ｃを介して第２の送信アンテナ３に供給する。
【００１４】
第１の送信アンテナ１から送信された電磁波信号は計測対象点Ａに到達し、ここで反射された信号の一部は第１の受信アンテナ２で受信され伝送路１５ｂを介して合成回路２４に戻ってくる。同様に第２の送信アンテナ３から送信された電磁波信号は計測対象点Ｂに到達し、ここで反射された信号の一部は第２の受信アンテナ４で受信され伝送路１５ｄを介して合成回路２４に戻ってくる（なお、この例では、送信アンテナと受信アンテナとは独立した２つのアンテナ構成としたが、送受信兼用のアンテナとすることも可能である）。
そして２つの伝送路１５ｂと１５ｄをそれぞれ伝播して戻ってきた２つの電磁波信号は合成回路２４により加算合成され、１つの電磁波信号として受信回路２５に供給される。受信回路２５は入力電磁波信号を信号増幅幅後、この受信信号に含まれる２つの各計測対象位置から反射された各受信信号をそれぞれ検出して距離計測回路２１へ供給する。
【００１５】
図１のように、送信用、受信用のアンテナが各２個の場合、距離計２０から第１の送信アンテナ１までの伝送路１５ａの長さをＬ０１、第１の送信アンテナ１から計測対象点Ａまでの距離をＬ０２、計測対象点Ａから第１の受信アンテナ２までの距離をＬ０３、第１の受信アンテナ２から距離計２０までの伝送路１５ｂの長さをＬ０４とする。
また同様に、距離計２０から第２の送信アンテナ３までの伝送路１５ｃの長さをＬ１１、第２の送信アンテナ３から計測対象点Ｂまでの距離をＬ１２、計測対象点Ｂから第２の受信アンテナ４までの距離をＬ１３、第２の受信アンテナ４から距離計２０までの伝送路１５ｄの長さをＬ１４とする。
【００１６】
次に図１の（ｂ）を参照し、計測対象点Ａ，Ｂからの各反射信号の受信時刻と距離計測方法を説明する。
いま第１のアンテナ対１，２を介した計測対象点Ａからの反射信号は、距離計２０から送信される電磁波信号の送信時刻より次式（１）で表される時間Ｔ０ だけ遅れた時刻に距離計２０に戻る。
Ｔ０ ＝（Ｌ０１＋Ｌ０２＋Ｌ０３＋Ｌ０４）／ｖ …（１）
ここでｖは電磁波信号の伝播速度を表し、伝送路１５ａ〜１５ｄ内の伝播速度と大気中の伝播速度とは多少異なるが、ここでは簡単のため同一とした。
また同様に、第２のアンテナ対３，４を介した計測対象点Ｂからの反射受信信号は、距離計２０から送信される電磁波信号の送信時刻より次式（２）で表される時間Ｔ１ だけ遅れた時刻に距離計２０に戻る。
Ｔ１ ＝（Ｌ１１＋Ｌ１２＋Ｌ１３＋Ｌ１４）／ｖ …（２）
【００１７】
ここで距離計２０から計測対象点Ａ，Ｂまでを電磁波信号がそれぞれ往復する距離に差があり、即ち（Ｌ０１＋Ｌ０２＋Ｌ０３＋Ｌ０４）≠（Ｌ１１＋Ｌ１２＋Ｌ１３＋Ｌ１４）であり、前記式（１）、（２）による時間の差ΔＴ＝Ｔ１ −Ｔ０ が電磁波信号の送信パルス幅以上あれば、受信回路２５は第１の反射信号と第２の反射信号とを２つの異なる信号として弁別して検出することができる。
従って距離計２０から各アンテナ１〜４までの各伝送路の長さＬ０１，Ｌ０４，Ｌ１１，Ｌ１４を較正して求めるか、または電磁波信号の伝送路１５ａ及び１５ｂの伝播所要時間と伝送路１５ｃ及び１５ｄの伝播所要時間を較正して求め、これらの長さデータまたは伝播所要時間データを距離計測回路２１内に予め設定しておくことにより、距離計測回路２１は、前記式（１）、（２）の各計測時間と較正データ等を求めて各計測対象点までの距離を算出することができる。
【００１８】
なお、計測対象点ＡとＢ間の距離が小さい場合には、距離計２０から各アンテナまでの伝送路１５ａ〜１５ｄの長さを調整して（即ち、前記式（１）、（２）による時間の差ΔＴが電磁波信号の送信パルス幅より大きくなるようにして）、各アンテナ対による反射信号を加算合成した際に、複数の反射信号が時間軸上で重なることが無いように調整すればよい。
また電磁波信号の伝播速度はきわめて高速（大気中では３×１０１０ｃｍ／ｓｅｃ）であり、電磁波信号のパルス幅は一般にμｓ，ｎｓのオーダーであるので、前記時間の差ΔＴは微小となり、計測対象点ＡとＢに対して同時に距離計測を行ったとして全く支障はない。
【００１９】
実施形態２
図２は本発明の実施形態２に係る多点同時距離計測装置の構成を示す図であり、図１と同一符号の機器は図１と同一または同等のものである。
本実施形態２においては、図２の（ａ）に示すように、複数の受信アンテナと送信アンテナとを交互に所定間隔で一直線上に配置する。そして例えばアンテナとしてホーンアンテナを用いたとすると、各送信アンテナから送出された電磁波信号は指向性を有するが、伝播にしたがって拡散してゆき、計測対象地点に到達し、ここで反射される。反射された電磁波信号は送信アンテナの両側に配置された受信アンテナによりそれぞれ受信される。
従って各アンテナの指向性とその配置間隔を測定距離に応じて調整することにより、１つの送信アンテナと２つの受信アンテナで２つの計測対象地点までの距離を同時に計測することが可能となる。さらに、送信アンテナ２つと受信アンテナ３つとで４つの計測地点の同時計測が可能となる。
【００２０】
そして距離計２０内の分岐回路２３により送信信号の複数の送信アンテナへの分岐出力を行うのと共に、合成回路２４により複数の受信アンテナからの入力信号の合成を行うことにより、単一の距離計２０で一直線上の複数の計測対象地点までの距離を同時に計測することができる。
なお、送信アンテナ、受信アンテナが各２個以上の場合、反射信号が伝播、検出される経路は、必ずしも隣接する送信アンテナと受信アンテナ間によるものだけではなくなり、本来計測しようとする信号以外の不要信号が発生することもあるが、このような場合には、伝播経路の差を利用して受信ゲートを設けたり、また受信レベルの差を利用して閾値を設けたりして不要信号を除去するようにしている。
【００２１】
図２の（ｂ）を参照し、計測対象点Ａ，Ｂ，Ｃからの反射信号の受信時刻を説明する。
図２の（ａ）に示すように、２つの送信アンテナ１，３と２つの受信アンテナ２，４とが一直線状に配置されているとする。いま距離計２０から送信アンテナ１、受信アンテナ２、送信アンテナ３、受信アンテナ４までの伝送路の長さをそれぞれＬ０１，Ｌ１１，Ｌ０２，Ｌ１２とする。いま検出を行いたい信号は第１送信アンテナ１と第１及び第２の受信アンテナ２及び４の組み合わせと、第２の送信アンテナ３と第２の受信アンテナ４の組み合わせによる信号であり、それぞれの組み合わせによって得られる電磁波信号の送信時刻から受信時刻までの時間遅れをそれぞれＴ１ ，Ｔ２ ，Ｔ３ とすると、これらは次式（３）、（４）、（５）で表される。
Ｔ１ ＝（Ｌ０１＋Ｌ１１）／ｖ＋ＴＡ …（３）
Ｔ２ ＝（Ｌ０１＋Ｌ１２）／ｖ＋ＴＢ …（４）
Ｔ３ ＝（Ｌ０２＋Ｌ１２）／ｖ＋ＴＣ …（５）
【００２２】
ここでＴＡ ，ＴＢ ，ＴＣ は、上記組み合わせによる各送信アンテナから計測対象点Ａ，Ｂ，Ｃを経て各受信アンテナに戻るまでの距離を電磁波信号が伝播するのに要した時間である。またｖは各伝送路内の電磁波信号の伝播速度である。
従って距離計測回路２１内に、前記（Ｌ０１＋Ｌ１１），（Ｌ０１＋Ｌ１２），（Ｌ０２＋Ｌ１２）の各長さの較正データまたはこれらの長さの伝送路の電磁波伝播所要時間のデータを設定しておくことにより、計測対象点Ａ，Ｂ，Ｃまでの距離の同時計測が可能となる。
【００２３】
なおここで各アンテナの指向特性と配置間隔及び測定対象点までの距離により、前記計測対象となる信号のほかに第２の送信アンテナ３からの信号が反射し第１の受信アンテナ２により検出されると、これは不要反射信号となる。この場合の送信時刻から受信時刻までの時間遅れをＴ４ とすると、Ｔ４ は次式（６）となる。
Ｔ４ ＝（Ｌ０２＋Ｌ１１）／ｖ＋ＴＤ …（６）
ここでＴＤ は送信アンテナ３と受信アンテナ２の間の伝播経路を電磁波信号が伝播するのに要した時間である。
そこで、実際の計測では、前記式（３）〜（６）のＴ１ 〜Ｔ４ が、それぞれ時間軸上で重ならないように各伝送路の長さＬ０１，Ｌ１１，Ｌ０２，Ｌ１２を調整する必要がある。
【００２４】
実施形態３
図３は本発明の実施形態３に係る多点同時距離計測装置の構成を示す図である。
図３において、１，３，５は送信アンテナ、２，４，６は受信アンテナであり、受信アンテナと送信アンテナは交互に所定間隔で一直線上に配置される。また、本実施形態では送信アンテナと受信アンテナは共に、開口寸法３０×３０ｍｍ、高さ３０ｍｍの矩形ホーンアンテナを使用した。７〜１０はそれぞれ方向性結合器、１１は導波管、１２ａ〜１２ｆはそれぞれ信号減衰器である。
また２０Ａは距離計であり、内部に距離計測回路２１、送信回路２２及び受信回路２５を含んでいる。距離計２０Ａは、図１、２の距離計２０から分岐回路２３と合成回路２４を除去したものである。これは図３の方向性結合器７〜１０により電磁波信号の分岐と合成が行われるからである。
なお、本実施形態３では、距離計測装置として搬送波周波数２５ＧＨｚのミリ波を使用したミリ波距離計２０Ａを使用した。
【００２５】
図３の装置の動作を説明する。
図３の距離計測回路２１も図１、２と同様に多点同時距離計測を行う回路である。送信回路２２は、距離計測回路２１からの送信トリガに同期して前記搬送周波数２５ＧＨｚのミリ波で所定パルス幅の送信信号を発生し、この信号を導波管１１を介して第１の方向性結合器７に入力する。本実施形態では結合度−６ｄＢの方向性結合器７〜１０を使用し、入力した信号のうち−６ｄＢで結合分岐された信号は導波管及び信号強度を調整するための信号減衰器１２ａを介して第１の送信アンテナ１に入力される。
第１の方向性結合器７からの通過信号（−３ｄＢ減衰）は第２の方向性結合器８に入力され、入力した信号のうち結合分岐側の信号（−６ｄＢ減衰）は導波管及び信号減衰器１２ｂを介して第２の送信アンテナ３に入力され、その通過側の信号（−３ｄＢ減衰）は導波管及び信号減衰器１２ｃを介して第３の送信アンテナ５に入力される。
【００２６】
図３のように受信アンテナ２，４，６と送信アンテナ１，３，５とは交互に配置されている場合、送信アンテナ１からの送信電波のうち計測対象点Ａ，Ｂからの反射波は受信アンテナ２，４に受信され、送信アンテナ３からの送信電波のうち計測対象点Ｃ，Ｄからの反射波は受信アンテナ４，６に受信され、送信アンテナ５からの送信電波のうち計測対象点Ｅからの反射波は受信アンテナ６に受信される。
【００２７】
受信アンテナ６からの受信信号は導波管及び信号減衰器１２ｆを介して第３の方向性結合器９の通過側に入力され、また受信アンテナ４からの受信信号は導波管及び信号減衰器１２ｅを介して第３の方向性結合器９の結合分岐側に入力され、ここで両信号は合成され出力される。
第３の方向性結合器９から出力された信号は第４の方向性結合器１０の通過側に入力され、また受信アンテナ２からの受信信号は導波管及び信号減衰器１２ｄを介して第４の方向結合器１０の結合分岐側に入力され、ここで両信号は合成されて出力されて距離計２０Ａ内の受信回路２５に入力される。
【００２８】
受信回路２５は、入力ミリ波信号を信号増幅後、この受信信号に含まれる複数の各計測対象位置から反射された各受信信号をそれぞれ検出して距離計測回路２１へ供給する。
距離計測回路２１は、送信アンテナと受信アンテナの組み合わせにより複数存在する受信信号（図３の場合、アンテナ数は送信、受信各３個であるので可能な送受の組み合わせは３×３＝９となる）のうちから必要とする隣接するアンテナ同士の組み合わせによる５つの組み合わせによる（即ち計測対象点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅからの）反射信号を選択し、これら５つの信号について送信時刻から受信時刻までの時間遅れを計測して距離を算出する。
【００２９】
上記送信アンテナと受信アンテナの組み合わせのうち、不要の組み合わせ信号の対策として、実際の装置においては、アンテナの指向性とアンテナの配列間隔を調整することにより、隣接したアンテナ同士の組み合わせによる信号以外の信号を抑制することが可能である。本実施形態３の場合アンテナ同士の間隔を５０ｍｍ以上とすれば、不要な信号のレベルを検出レベル（閾値）に対して無視しうる程度に抑制することが可能となった。
【００３０】
上記本発明の各実施形態によれば、１台の電磁波信号を利用した距離計２０，２０Ａによって、それぞれ複数の異なる計測対象位置までの距離を同時に測定するので、時間が経過すると位置、距離、レベル、形状等が変化してしまう測定対象物や複雑な形状の測定対象物に対して瞬間的な多点位置におけるプロファイル計測を低コストの装置で行うことができる。
特に実施形態２、３のように、送信アンテナと受信アンテナとを交互に一直線上に配列することにより、実施形態３の場合にはそれぞれ３個の送信アンテナと受信アンテナにより、５つの計測対象位置に対する同時計測が可能となり、経済的な多点同時距離測定装置を構成することができる。
また複数の各計測対象位置間の距離が小さい場合にも、距離計２０，２０Ａから各アンテナまでの各伝送路の長さを調整して複数の各計測対象位置からの受信信号が時間軸上で重畳しないようにすることにより多点同時距離計測を可能とすることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、単一の電磁波送信信号を複数に分岐し、この複数の各分岐信号をそれぞれ複数の伝送路及び送波手段を介して複数の各計測対象位置に向けて送波し、前記複数の各計測対象位置からの各反射信号をそれぞれ複数の受波手段により受波し、この複数の各受波信号を複数の伝送路を介して合成手段に入力して単一の受波信号に合成し、この合成信号を受信して受信信号に含まれる前記複数の各計測対象位置からの各反射信号をそれぞれ検出し、前記単一の電磁波送信信号の送信時刻から前記受信、検出された複数の各計測対象位置からの各反射信号の受信時刻までの各時間を計測し、この各計測時間に基づき前記複数の各計測対象位置までの距離を同時に計測するようにしたので、時間が経過すると位置、距離、レベル、形状等が変化してしまう測定対象物や複雑な形状の測定対象物に対して瞬間的な多点位置におけるプロファイル計測を低コストの装置で行うことができる。
【００３２】
また本発明によれば、前記複数に分岐された電磁波信号を複数の送波手段へ伝送する複数の伝送路のうちのいずれかの伝送路、または前記複数の受波手段の受波信号を合成手段へ伝送する複数の伝送路のうちのいずれかの伝送路に伝播時間遅延素子を挿入し、前記合成手段により合成される単一の受波信号における複数の受波手段からの各受波信号が時間軸上で重畳しないようにしたので、複数の各計測対象位置間の間隔が狭い場合にも多点同時距離計測が可能となる。
【００３３】
また本発明によれば、前記複数の送波手段と複数の受波手段は、一直線上に一定間隔で各送波手段と各受波手段とを交互に配置し、隣接する各送波手段と各受波手段を用いて多点同時での距離計測を行うようにしたので、比較的少数の送波手段と受波手段とにより多数の計測対象位置の計測が可能となり、経済的な多点同時距離測定装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る多点同時距離計測装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る多点同時距離計測装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態３に係る多点同時距離計測装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１，３，５ 送信アンテナ
２，４，６ 受信アンテナ
７〜１０ 方向性結合器
１１ 導波管
１２ａ〜１２ｆ 信号減衰器
１５ａ〜１５ｄ 伝送路
２０，２０Ａ 距離計
２１ 距離計測回路
２２ 送信回路
２３ 分岐回路
２４ 合成回路
２５ 受信回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波やミリ波等の電磁波信号を利用した非接触の距離計測技術に関するものであり、特に複数点の距離を同時に計測する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来マイクロ波やミリ波を利用したレーダ方式の距離計を利用した多点計測方法としては、例えば特開平６−１１３２８号公報に示されるように、電磁波信号の送受信を行うアンテナを走査し、角度変更を実施して、または実施しながら、異なるアンテナ位置、方向における複数点の計測データにより計測対象の表面プロファイル等を計測する方法が提案されている。
また、一般に同時に多点での計測を行うためには複数の距離計と各距離計毎の信号送受信装置（アンテナ）を用意する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の距離計及びアンテナがそれぞれ１台により構成される装置を用いてアンテナの方向のみを変更する方法、または１台の距離計及び複数のアンテナにより構成される装置を用いて複数のアンテナを切替える方法では、各計測対象位置毎にアンテナの方向変更あるいはアンテナの切替えに時間が必要のため、多点での同時計測を行うことができないという問題があった。
また距離計及び信号送受信装置（アンテナ）により構成される装置を複数セット用意すれば、複数点までの距離を同時に計測することは可能であるが、複数セットの装置を用意することで費用が高額になるという問題がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る多点同時距離計測方法は、単一の電磁波送信信号を複数に分岐し、この複数の各分岐信号をそれぞれ複数の伝送路及び送波手段を介して複数の各計測対象位置に向けて送波し、前記複数の各計測対象位置からの各反射信号をそれぞれ複数の受波手段により受波し、この複数の各受波信号を複数の伝送路を介して合成手段に入力して単一の受波信号に合成し、この合成信号を受信して受信信号に含まれる前記複数の各計測対象位置からの各反射信号をそれぞれ検出し、前記単一の電磁波送信信号の送信時刻から前記受信、検出された複数の各計測対象位置からの各反射信号の受信時刻までの各時間を計測し、この各計測時間に基づき前記複数の各計測対象位置までの距離を同時に計測するものである。
【０００５】
本発明の請求項２に係る多点同時距離計測方法は、前記請求項１に係る多点同時距離計測方法において、前記複数に分岐された電磁波信号を複数の送波手段へ伝送する複数の伝送路のうちのいずれかの伝送路、または前記複数の受波手段の受波信号を合成手段へ伝送する複数の伝送路のうちのいずれかの伝送路に伝播時間遅延素子を挿入し、前記合成手段により合成される単一の受波信号における複数の受波手段からの各受波信号が時間軸上で重畳しないようにするものである。
【０００６】
本発明の請求項３に係る多点同時距離計測方法は、前記請求項１または２に係る多点同時距離計測方法において、前記複数の送波手段と複数の受波手段は、直線上に一定間隔で各送波手段と各受波手段とを交互に配置し、隣接する各送波手段と各受波手段を用いて多点同時での距離計測を行うものである。
【０００７】
本発明の請求項４に係る多点同時距離計測装置は、所定の電磁波信号を発生して直接または伝送路を介して分岐手段に送出する送信手段と、前記送信手段から直接または伝送路を介して電磁波信号を入力して複数に分岐して出力する分岐手段と、前記分岐手段の出力する複数の各電磁波信号を各伝送路を介して入力してそれぞれ複数の各計測対象位置に向けて送信する複数の送信アンテナと、前記複数の各送信アンテナとそれぞれ組み合わされ、前記複数の各計測対象位置から反射される電磁波信号をそれぞれ受信する複数の受信アンテナと、前記複数の各受信アンテナがそれぞれ受信した複数の受信信号を各伝送路を介して入力してそれぞれ合成し、この合成結果の単一受信信号を出力する合成手段と、前記合成手段の出力信号を受信し、この受信信号に含まれる複数の各計測対象位置から反射された各受信信号をそれぞれ検出する受信手段と、前記前記送信手段による電磁波信号の送信時刻から前記受信手段により受信、検出された複数の各計測対象位置から反射された各受信信号の受信時刻までの各時間を計測し、この各計測時間に基づき前記複数の各送信アンテナと受信アンテナの組み合わせ位置から対応する複数の各計測対象位置までの距離を同時に計測する距離計測手段とを備えたものである。
【０００８】
本発明の請求項５に係る多点同時距離計測装置は、前記請求項４に係る多点同時距離計測装置において、前記分岐手段の各出力と複数の送信アンテナの各入力間のいずれかの伝送路、または前記複数の受信アンテナの各出力と合成手段の各入力間のいずれかの伝送路に挿入された伝播時間遅延素子を備えて、前記合成手段により合成される単一受信信号における複数の受信アンテナからの各受信信号が時間軸上で重畳しないようにするものである。
【０００９】
本発明の請求項６に係る多点同時距離計測装置は、前記請求項４または５に係る多点同時距離計測装置において、前記複数の送信アンテナと複数の受信アンテナは、直線上に一定間隔で各送信アンテナと各受信アンテナとを交互に配置し、隣接する各送信アンテナと各受信アンテナを組み合わせて用いて多点同時での距離計測を行うものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の多点同時距離計測方法及び装置を下記実施形態１〜３により説明する。
実施形態１
図１は本発明の実施形態１に係る多点同時距離計測装置の構成を示す図である。
図１の（ａ）において、１，２はそれぞれ第１の送信アンテナ、受信アンテナであり、計測対象点Ａまでの距離を計測する第１のアンテナ対を構成する。同様に３，４はそれぞれ第２の送信アンテナ、受信アンテナであり、計測対象点Ｂまでの距離を計測する第２のアンテナ対を構成する。２０は距離計であり、内部に少くとも距離計測回路２１、送信回路２２、分岐回路２３、合成回路２４及び受信回路２５を含んでいる。また１５ａ，１５ｂ，１５ｃ及び１５ｄは、それぞれアンテナ１，２，３，４と距離計２０内の分岐回路２３及び合成回路２４とを個別に接続する電磁波信号の伝送路であり、例えば導波管や同軸ケーブル等を用いる。
【００１１】
図１の（ａ）に示す電磁波信号を利用する距離計測装置は、単一の距離計２０と２対のアンテナ１〜４と、両者を個別に接続する伝送路１５ａ〜１５ｄとにより構成される。
最初に距離計２０内の各機器の動作概要を述べる。
距離計測回路２１は、内部に伝送路１５ａ〜１５ｄの長さまたはこれら伝送路における電磁波信号の伝播所要時間の較正データ等が予め設定されており、所定繰返周波数の送信トリガを送信回路２２に送出した送出時刻から、受信回路２５から各計測対象位置よりの反射受信信号を入力した入力時刻までの各時間を計測し、この各計測時間と前記内部に設定された伝送路の較正データ等を用いて各計測対象位置までの距離の多点同時計測を行う。
【００１２】
送信回路２２は、距離計測回路２１から送信トリガが入力されると、所定パルス幅のマイクロ波またはミリ波の送信信号を発生して分岐回路２３に出力する。分岐回路２３は、例えばＴ型分岐導波管等により構成され、入力電磁波信号を２つに分岐して出力し、その分岐出力はそれぞれの伝送路１５ａ，１５ｃを介して第１、第２の送信アンテナ１，３へ送出される。
合成回路２４は、分岐回路２３と逆の機能を行う回路で、第１、第２の受信アンテナ２，４からそれぞれの伝送路１５ｂ，１５ｄを介して入力される２つの電磁波信号を加算合成して１つの電磁波信号として受信回路２５へ供給する。受信回路２５は入力される電磁波信号を増幅後、この受信信号に含まれる複数の各計測対象位置から反射された各受信信号をそれぞれ検出して距離計測回路２１へ供給する。
【００１３】
図１の（ｂ）は距離計２０が測定する各反射信号の受信タイミングを示している。図１の（ｂ）を参照し、（ａ）に示す装置の動作を説明する。
図１の（ａ）においては、計測対象点ＡとＢが離れた位置にあって、いま距離計２０が第１のアンテナ対１，２から計測対象点Ａまでの距離と、第２のアンテナ対３，４から計測対象点Ｂまでの距離を同時に計測する動作を説明する。
距離計２０内の距離計測回路２１は所定繰返周波数の送信トリガを送信回路２２に供給し、送信回路２２はこの送信トリガに同期した所定パルス幅の電磁波信号を発生して分岐回路２３に供給する。分岐回路２３は入力電磁波信号を２つに分岐し、この分岐した一方の電磁波信号を伝送路１５ａを介して第１の送信アンテナ１に供給し、分岐した他方の電磁波信号を伝送路１５ｃを介して第２の送信アンテナ３に供給する。
【００１４】
第１の送信アンテナ１から送信された電磁波信号は計測対象点Ａに到達し、ここで反射された信号の一部は第１の受信アンテナ２で受信され伝送路１５ｂを介して合成回路２４に戻ってくる。同様に第２の送信アンテナ３から送信された電磁波信号は計測対象点Ｂに到達し、ここで反射された信号の一部は第２の受信アンテナ４で受信され伝送路１５ｄを介して合成回路２４に戻ってくる（なお、この例では、送信アンテナと受信アンテナとは独立した２つのアンテナ構成としたが、送受信兼用のアンテナとすることも可能である）。
そして２つの伝送路１５ｂと１５ｄをそれぞれ伝播して戻ってきた２つの電磁波信号は合成回路２４により加算合成され、１つの電磁波信号として受信回路２５に供給される。受信回路２５は入力電磁波信号を信号増幅幅後、この受信信号に含まれる２つの各計測対象位置から反射された各受信信号をそれぞれ検出して距離計測回路２１へ供給する。
【００１５】
図１のように、送信用、受信用のアンテナが各２個の場合、距離計２０から第１の送信アンテナ１までの伝送路１５ａの長さをＬ０１、第１の送信アンテナ１から計測対象点Ａまでの距離をＬ０２、計測対象点Ａから第１の受信アンテナ２までの距離をＬ０３、第１の受信アンテナ２から距離計２０までの伝送路１５ｂの長さをＬ０４とする。
また同様に、距離計２０から第２の送信アンテナ３までの伝送路１５ｃの長さをＬ１１、第２の送信アンテナ３から計測対象点Ｂまでの距離をＬ１２、計測対象点Ｂから第２の受信アンテナ４までの距離をＬ１３、第２の受信アンテナ４から距離計２０までの伝送路１５ｄの長さをＬ１４とする。
【００１６】
次に図１の（ｂ）を参照し、計測対象点Ａ，Ｂからの各反射信号の受信時刻と距離計測方法を説明する。
いま第１のアンテナ対１，２を介した計測対象点Ａからの反射信号は、距離計２０から送信される電磁波信号の送信時刻より次式（１）で表される時間Ｔ０ だけ遅れた時刻に距離計２０に戻る。
Ｔ０ ＝（Ｌ０１＋Ｌ０２＋Ｌ０３＋Ｌ０４）／ｖ …（１）
ここでｖは電磁波信号の伝播速度を表し、伝送路１５ａ〜１５ｄ内の伝播速度と大気中の伝播速度とは多少異なるが、ここでは簡単のため同一とした。
また同様に、第２のアンテナ対３，４を介した計測対象点Ｂからの反射受信信号は、距離計２０から送信される電磁波信号の送信時刻より次式（２）で表される時間Ｔ１ だけ遅れた時刻に距離計２０に戻る。
Ｔ１ ＝（Ｌ１１＋Ｌ１２＋Ｌ１３＋Ｌ１４）／ｖ …（２）
【００１７】
ここで距離計２０から計測対象点Ａ，Ｂまでを電磁波信号がそれぞれ往復する距離に差があり、即ち（Ｌ０１＋Ｌ０２＋Ｌ０３＋Ｌ０４）≠（Ｌ１１＋Ｌ１２＋Ｌ１３＋Ｌ１４）であり、前記式（１）、（２）による時間の差ΔＴ＝Ｔ１ −Ｔ０ が電磁波信号の送信パルス幅以上あれば、受信回路２５は第１の反射信号と第２の反射信号とを２つの異なる信号として弁別して検出することができる。
従って距離計２０から各アンテナ１〜４までの各伝送路の長さＬ０１，Ｌ０４，Ｌ１１，Ｌ１４を較正して求めるか、または電磁波信号の伝送路１５ａ及び１５ｂの伝播所要時間と伝送路１５ｃ及び１５ｄの伝播所要時間を較正して求め、これらの長さデータまたは伝播所要時間データを距離計測回路２１内に予め設定しておくことにより、距離計測回路２１は、前記式（１）、（２）の各計測時間と較正データ等を求めて各計測対象点までの距離を算出することができる。
【００１８】
なお、計測対象点ＡとＢ間の距離が小さい場合には、距離計２０から各アンテナまでの伝送路１５ａ〜１５ｄの長さを調整して（即ち、前記式（１）、（２）による時間の差ΔＴが電磁波信号の送信パルス幅より大きくなるようにして）、各アンテナ対による反射信号を加算合成した際に、複数の反射信号が時間軸上で重なることが無いように調整すればよい。
また電磁波信号の伝播速度はきわめて高速（大気中では３×１０１０ｃｍ／ｓｅｃ）であり、電磁波信号のパルス幅は一般にμｓ，ｎｓのオーダーであるので、前記時間の差ΔＴは微小となり、計測対象点ＡとＢに対して同時に距離計測を行ったとして全く支障はない。
【００１９】
実施形態２
図２は本発明の実施形態２に係る多点同時距離計測装置の構成を示す図であり、図１と同一符号の機器は図１と同一または同等のものである。
本実施形態２においては、図２の（ａ）に示すように、複数の受信アンテナと送信アンテナとを交互に所定間隔で一直線上に配置する。そして例えばアンテナとしてホーンアンテナを用いたとすると、各送信アンテナから送出された電磁波信号は指向性を有するが、伝播にしたがって拡散してゆき、計測対象地点に到達し、ここで反射される。反射された電磁波信号は送信アンテナの両側に配置された受信アンテナによりそれぞれ受信される。
従って各アンテナの指向性とその配置間隔を測定距離に応じて調整することにより、１つの送信アンテナと２つの受信アンテナで２つの計測対象地点までの距離を同時に計測することが可能となる。さらに、送信アンテナ２つと受信アンテナ３つとで４つの計測地点の同時計測が可能となる。
【００２０】
そして距離計２０内の分岐回路２３により送信信号の複数の送信アンテナへの分岐出力を行うのと共に、合成回路２４により複数の受信アンテナからの入力信号の合成を行うことにより、単一の距離計２０で一直線上の複数の計測対象地点までの距離を同時に計測することができる。
なお、送信アンテナ、受信アンテナが各２個以上の場合、反射信号が伝播、検出される経路は、必ずしも隣接する送信アンテナと受信アンテナ間によるものだけではなくなり、本来計測しようとする信号以外の不要信号が発生することもあるが、このような場合には、伝播経路の差を利用して受信ゲートを設けたり、また受信レベルの差を利用して閾値を設けたりして不要信号を除去するようにしている。
【００２１】
図２の（ｂ）を参照し、計測対象点Ａ，Ｂ，Ｃからの反射信号の受信時刻を説明する。
図２の（ａ）に示すように、２つの送信アンテナ１，３と２つの受信アンテナ２，４とが一直線状に配置されているとする。いま距離計２０から送信アンテナ１、受信アンテナ２、送信アンテナ３、受信アンテナ４までの伝送路の長さをそれぞれＬ０１，Ｌ１１，Ｌ０２，Ｌ１２とする。いま検出を行いたい信号は第１送信アンテナ１と第１及び第２の受信アンテナ２及び４の組み合わせと、第２の送信アンテナ３と第２の受信アンテナ４の組み合わせによる信号であり、それぞれの組み合わせによって得られる電磁波信号の送信時刻から受信時刻までの時間遅れをそれぞれＴ１ ，Ｔ２ ，Ｔ３ とすると、これらは次式（３）、（４）、（５）で表される。
Ｔ１ ＝（Ｌ０１＋Ｌ１１）／ｖ＋ＴＡ …（３）
Ｔ２ ＝（Ｌ０１＋Ｌ１２）／ｖ＋ＴＢ …（４）
Ｔ３ ＝（Ｌ０２＋Ｌ１２）／ｖ＋ＴＣ …（５）
【００２２】
ここでＴＡ ，ＴＢ ，ＴＣ は、上記組み合わせによる各送信アンテナから計測対象点Ａ，Ｂ，Ｃを経て各受信アンテナに戻るまでの距離を電磁波信号が伝播するのに要した時間である。またｖは各伝送路内の電磁波信号の伝播速度である。
従って距離計測回路２１内に、前記（Ｌ０１＋Ｌ１１），（Ｌ０１＋Ｌ１２），（Ｌ０２＋Ｌ１２）の各長さの較正データまたはこれらの長さの伝送路の電磁波伝播所要時間のデータを設定しておくことにより、計測対象点Ａ，Ｂ，Ｃまでの距離の同時計測が可能となる。
【００２３】
なおここで各アンテナの指向特性と配置間隔及び測定対象点までの距離により、前記計測対象となる信号のほかに第２の送信アンテナ３からの信号が反射し第１の受信アンテナ２により検出されると、これは不要反射信号となる。この場合の送信時刻から受信時刻までの時間遅れをＴ４ とすると、Ｔ４ は次式（６）となる。
Ｔ４ ＝（Ｌ０２＋Ｌ１１）／ｖ＋ＴＤ …（６）
ここでＴＤ は送信アンテナ３と受信アンテナ２の間の伝播経路を電磁波信号が伝播するのに要した時間である。
そこで、実際の計測では、前記式（３）〜（６）のＴ１ 〜Ｔ４ が、それぞれ時間軸上で重ならないように各伝送路の長さＬ０１，Ｌ１１，Ｌ０２，Ｌ１２を調整する必要がある。
【００２４】
実施形態３
図３は本発明の実施形態３に係る多点同時距離計測装置の構成を示す図である。
図３において、１，３，５は送信アンテナ、２，４，６は受信アンテナであり、受信アンテナと送信アンテナは交互に所定間隔で一直線上に配置される。また、本実施形態では送信アンテナと受信アンテナは共に、開口寸法３０×３０ｍｍ、高さ３０ｍｍの矩形ホーンアンテナを使用した。７〜１０はそれぞれ方向性結合器、１１は導波管、１２ａ〜１２ｆはそれぞれ信号減衰器である。
また２０Ａは距離計であり、内部に距離計測回路２１、送信回路２２及び受信回路２５を含んでいる。距離計２０Ａは、図１、２の距離計２０から分岐回路２３と合成回路２４を除去したものである。これは図３の方向性結合器７〜１０により電磁波信号の分岐と合成が行われるからである。
なお、本実施形態３では、距離計測装置として搬送波周波数２５ＧＨｚのミリ波を使用したミリ波距離計２０Ａを使用した。
【００２５】
図３の装置の動作を説明する。
図３の距離計測回路２１も図１、２と同様に多点同時距離計測を行う回路である。送信回路２２は、距離計測回路２１からの送信トリガに同期して前記搬送周波数２５ＧＨｚのミリ波で所定パルス幅の送信信号を発生し、この信号を導波管１１を介して第１の方向性結合器７に入力する。本実施形態では結合度−６ｄＢの方向性結合器７〜１０を使用し、入力した信号のうち−６ｄＢで結合分岐された信号は導波管及び信号強度を調整するための信号減衰器１２ａを介して第１の送信アンテナ１に入力される。
第１の方向性結合器７からの通過信号（−３ｄＢ減衰）は第２の方向性結合器８に入力され、入力した信号のうち結合分岐側の信号（−６ｄＢ減衰）は導波管及び信号減衰器１２ｂを介して第２の送信アンテナ３に入力され、その通過側の信号（−３ｄＢ減衰）は導波管及び信号減衰器１２ｃを介して第３の送信アンテナ５に入力される。
【００２６】
図３のように受信アンテナ２，４，６と送信アンテナ１，３，５とは交互に配置されている場合、送信アンテナ１からの送信電波のうち計測対象点Ａ，Ｂからの反射波は受信アンテナ２，４に受信され、送信アンテナ３からの送信電波のうち計測対象点Ｃ，Ｄからの反射波は受信アンテナ４，６に受信され、送信アンテナ５からの送信電波のうち計測対象点Ｅからの反射波は受信アンテナ６に受信される。
【００２７】
受信アンテナ６からの受信信号は導波管及び信号減衰器１２ｆを介して第３の方向性結合器９の通過側に入力され、また受信アンテナ４からの受信信号は導波管及び信号減衰器１２ｅを介して第３の方向性結合器９の結合分岐側に入力され、ここで両信号は合成され出力される。
第３の方向性結合器９から出力された信号は第４の方向性結合器１０の通過側に入力され、また受信アンテナ２からの受信信号は導波管及び信号減衰器１２ｄを介して第４の方向結合器１０の結合分岐側に入力され、ここで両信号は合成されて出力されて距離計２０Ａ内の受信回路２５に入力される。
【００２８】
受信回路２５は、入力ミリ波信号を信号増幅後、この受信信号に含まれる複数の各計測対象位置から反射された各受信信号をそれぞれ検出して距離計測回路２１へ供給する。
距離計測回路２１は、送信アンテナと受信アンテナの組み合わせにより複数存在する受信信号（図３の場合、アンテナ数は送信、受信各３個であるので可能な送受の組み合わせは３×３＝９となる）のうちから必要とする隣接するアンテナ同士の組み合わせによる５つの組み合わせによる（即ち計測対象点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅからの）反射信号を選択し、これら５つの信号について送信時刻から受信時刻までの時間遅れを計測して距離を算出する。
【００２９】
上記送信アンテナと受信アンテナの組み合わせのうち、不要の組み合わせ信号の対策として、実際の装置においては、アンテナの指向性とアンテナの配列間隔を調整することにより、隣接したアンテナ同士の組み合わせによる信号以外の信号を抑制することが可能である。本実施形態３の場合アンテナ同士の間隔を５０ｍｍ以上とすれば、不要な信号のレベルを検出レベル（閾値）に対して無視しうる程度に抑制することが可能となった。
【００３０】
上記本発明の各実施形態によれば、１台の電磁波信号を利用した距離計２０，２０Ａによって、それぞれ複数の異なる計測対象位置までの距離を同時に測定するので、時間が経過すると位置、距離、レベル、形状等が変化してしまう測定対象物や複雑な形状の測定対象物に対して瞬間的な多点位置におけるプロファイル計測を低コストの装置で行うことができる。
特に実施形態２、３のように、送信アンテナと受信アンテナとを交互に一直線上に配列することにより、実施形態３の場合にはそれぞれ３個の送信アンテナと受信アンテナにより、５つの計測対象位置に対する同時計測が可能となり、経済的な多点同時距離測定装置を構成することができる。
また複数の各計測対象位置間の距離が小さい場合にも、距離計２０，２０Ａから各アンテナまでの各伝送路の長さを調整して複数の各計測対象位置からの受信信号が時間軸上で重畳しないようにすることにより多点同時距離計測を可能とすることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、単一の電磁波送信信号を複数に分岐し、この複数の各分岐信号をそれぞれ複数の伝送路及び送波手段を介して複数の各計測対象位置に向けて送波し、前記複数の各計測対象位置からの各反射信号をそれぞれ複数の受波手段により受波し、この複数の各受波信号を複数の伝送路を介して合成手段に入力して単一の受波信号に合成し、この合成信号を受信して受信信号に含まれる前記複数の各計測対象位置からの各反射信号をそれぞれ検出し、前記単一の電磁波送信信号の送信時刻から前記受信、検出された複数の各計測対象位置からの各反射信号の受信時刻までの各時間を計測し、この各計測時間に基づき前記複数の各計測対象位置までの距離を同時に計測するようにしたので、時間が経過すると位置、距離、レベル、形状等が変化してしまう測定対象物や複雑な形状の測定対象物に対して瞬間的な多点位置におけるプロファイル計測を低コストの装置で行うことができる。
【００３２】
また本発明によれば、前記複数に分岐された電磁波信号を複数の送波手段へ伝送する複数の伝送路のうちのいずれかの伝送路、または前記複数の受波手段の受波信号を合成手段へ伝送する複数の伝送路のうちのいずれかの伝送路に伝播時間遅延素子を挿入し、前記合成手段により合成される単一の受波信号における複数の受波手段からの各受波信号が時間軸上で重畳しないようにしたので、複数の各計測対象位置間の間隔が狭い場合にも多点同時距離計測が可能となる。
【００３３】
また本発明によれば、前記複数の送波手段と複数の受波手段は、一直線上に一定間隔で各送波手段と各受波手段とを交互に配置し、隣接する各送波手段と各受波手段を用いて多点同時での距離計測を行うようにしたので、比較的少数の送波手段と受波手段とにより多数の計測対象位置の計測が可能となり、経済的な多点同時距離測定装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る多点同時距離計測装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る多点同時距離計測装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施形態３に係る多点同時距離計測装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１，３，５ 送信アンテナ
２，４，６ 受信アンテナ
７〜１０ 方向性結合器
１１ 導波管
１２ａ〜１２ｆ 信号減衰器
１５ａ〜１５ｄ 伝送路
２０，２０Ａ 距離計
２１ 距離計測回路
２２ 送信回路
２３ 分岐回路
２４ 合成回路
２５ 受信回路
Claims (6)
- 単一の電磁波送信信号を複数に分岐し、この複数の各分岐信号をそれぞれ複数の伝送路及び送波手段を介して複数の各計測対象位置に向けて送波し、前記複数の各計測対象位置からの各反射信号をそれぞれ複数の受波手段により受波し、この複数の各受波信号を複数の伝送路を介して合成手段に入力して単一の受波信号に合成し、この合成信号を受信して受信信号に含まれる前記複数の各計測対象位置からの各反射信号をそれぞれ検出し、前記単一の電磁波送信信号の送信時刻から前記受信、検出された複数の各計測対象位置からの各反射信号の受信時刻までの各時間を計測し、この各計測時間に基づき前記複数の各計測対象位置までの距離を同時に計測することを特徴とする多点同時距離計測方法。
- 前記複数に分岐された電磁波信号を複数の送波手段へ伝送する複数の伝送路のうちのいずれかの伝送路、または前記複数の受波手段の受波信号を合成手段へ伝送する複数の伝送路のうちのいずれかの伝送路に伝播時間遅延素子を挿入し、前記合成手段により合成される単一の受波信号における複数の受波手段からの各受波信号が時間軸上で重畳しないようにすることを特徴とする請求項１記載の多点同時距離計測方法。
- 前記複数の送波手段と複数の受波手段は、直線上に一定間隔で各送波手段と各受波手段とを交互に配置し、隣接する各送波手段と各受波手段を用いて多点同時での距離計測を行うことを特徴とする請求項１または２記載の多点同時距離計測方法。
- 所定の電磁波信号を発生して直接または伝送路を介して分岐手段に送出する送信手段と、
前記送信手段から直接または伝送路を介して電磁波信号を入力して複数に分岐して出力する分岐手段と、
前記分岐手段の出力する複数の各電磁波信号を各伝送路を介して入力してそれぞれ複数の各計測対象位置に向けて送信する複数の送信アンテナと、
前記複数の各送信アンテナとそれぞれ組み合わされ、前記複数の各計測対象位置から反射される電磁波信号をそれぞれ受信する複数の受信アンテナと、
前記複数の各受信アンテナがそれぞれ受信した複数の受信信号を各伝送路を介して入力してそれぞれ合成し、この合成結果の単一受信信号を出力する合成手段と、
前記合成手段の出力信号を受信し、この受信信号に含まれる複数の各計測対象位置から反射された各受信信号をそれぞれ検出する受信手段と、
前記送信手段による電磁波信号の送信時刻から前記受信手段により受信、検出された複数の各計測対象位置から反射された各受信信号の受信時刻までの各時間を計測し、この各計測時間に基づき前記複数の各送信アンテナと受信アンテナの組み合わせ位置から対応する複数の各計測対象位置までの距離を同時に計測する距離計測手段とを備えたことを特徴とする多点同時距離計測装置。 - 前記分岐手段の各出力と複数の送信アンテナの各入力間のいずれかの伝送路、または前記複数の受信アンテナの各出力と合成手段の各入力間のいずれかの伝送路に挿入された伝播時間遅延素子を備えて、前記合成手段により合成される単一受信信号における複数の受信アンテナからの各受信信号が時間軸上で重畳しないようにすることを特徴とする請求項４記載の多点同時距離計測装置。
- 前記複数の送信アンテナと複数の受信アンテナは、直線上に一定間隔で各送信アンテナと各受信アンテナとを交互に配置し、隣接する各送信アンテナと各受信アンテナを組み合わせて用いて多点同時での距離計測を行うことを特徴とする請求項４または５記載の多点同時距離計測装置。
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