JPH10502448A - 電子式視覚支援具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明による電子式視覚支援具は、人が装着するようになされた小規模で携帯可能な個人用レーダ・システムを備え、このレーダ・システムは、ミリ波長電磁放射によって動作する小型レーダ・フロント・エンド・アセンブリ（２２）と、電源と、信号処理手段と、感覚出力手段とを含む。本発明の好ましい実施形態では、レーダ・フロント・エンド・アセンブリ（２２）は、メガネ（７６）の形で構成され、レーダ・システムの送信アンテナ（７８）と受信アンテナ（９０）の両方が、メガネ（７６）のそれぞれのレンズ要素（７５）上に保持され、送信機回路と受信機回路の両方のアナログ部が、メガネ（７６）のそれぞれの側面サポート・フレーム上に保持され、感覚出力手段は、ステレオ・イヤホン（９８）を含む音声出力手段である。

Description

【発明の詳細な説明】 電子式視覚支援具 技術分野 本発明は、レーダを使用して観測者から遠くに位置する物体を検出するように 動作する電子式視覚支援具に関する。背景技術 レーダ・システムは、静止中の目標および移動中の目標を検出し追跡する能力 で良く知られており、航空機や船舶などの輸送機関用のナビゲーション・システ ムで広く使用されている。しかし、そのようなシステムの寸法、複雑さ、経費の ために、個人の観測者によるそのようなシステムの小規模な使用は妨げられてい る。車両交通制御機構の速度検出器および車両の近接検出器として使用できる小 型のレーダ・システムが開発されているが、特にこれらの小型レーダ・システム の電力要件に鑑みて、そのようなレーダ・システムのうちで、個人が容易に携帯 できると言えるものはない。 たとえば、すぐ近くの静止中の物体および移動中の物体を検出し追跡する手段 を盲人や弱視の人に提供することによってそのような人が自分の環境の周りで適 切にかつ容易に移動するのを助けるために使用できる、小規模で携帯可能なレー ダ・システムが必要である。発明の開示 本発明による電子式視覚支援具は、人が装着するようになされた小規模で携帯 可能な個人用レーダ・システムを備え、このレーダ・システムは、ミリ波長電磁 放射によって動作する小型レーダ・フロント・エンド・アセンブリと、電源と、 信号処理手段と、感覚出力手段とを含む。 レーダ・フロント・エンド・アセンブリは、ユーザ、すなわち個人用レーダ・ システムを使用する人の頭部に装着されるようになすことが好ましい。というの は、これによって、ユーザの頭部が上下左右に移動する結果としてレーダ・フロ ント・アセンブリ用の簡単な走査機構が与えられるからである。したがって、レ ーザ・フロント・エンド・アセンブリは、固有の２自由度プラットフォームに取 り付けられ、何らかの形の動力走査機構をアセンブリに組み込まなくても完全に 動作することができる。本発明の好ましい実施形態では、レーダ・フロント・エ ンド・アセンブリはメガネの形で構成され、レーダ・システムの送信アンテナと 受信アンテナの両方が、メガネのそれぞれのレンズ要素上に保持され、送信機回 路と受信機回路の両方のアナログ部が、メガネのそれぞれの側面サポート・フレ ーム上に保持される。 本発明による電子式視覚支援具は、波長がミリメートル領域にあり、周波数が ３５ギガヘルツ（ＧＨｚ）ないし２２０ギガヘルツの電磁放射によって動作する ように構成される。本発明の好ましい実施形態を操作するために使用される周波 数は９４ＧＨｚである。 電源と信号処理手段は共に、ユーザがベルトパック、チェストパック、バック アップのいずれかとして装着するように設計された好都合なパッケージに取り付 けられる。 信号処理手段からの出力信号は、適当なケーブルによって感覚出力手段へ送ら れ、感覚手段は、この出力信号を、ユーザが検出できると共に容易に理解できる 感覚信号に変換する。そのような感覚信号は、人間の五感、すなわち視覚、聴覚 、臭覚、触覚、味覚によって検出できる信号でよい。特に盲人や弱視の人を助け るように設計された本発明の好ましい実施形態では、感覚手段は音声出力手段で あり、ユーザが装着しているイヤホンに直接音声信号を送る。 本発明の電子式視覚支援具で使用されるレーダ・システムは、使用する動作放 射の小さな波長を選択すると共に、システムの製造時に小型化技法を使用するこ とによって寸法が減少される。したがって、マイクロストリップ技法を使用して 、システムの無線周波数（ＲＦ）段および中間周波数（ＩＦ）段で必要とされる 様々な伝送線および受動電子構成要素が製作され、システムの低周波数構成要素 には厚膜混成技法が使用される。ウェーブ・ガイドなど高価な機械加工構成要素 はこのシステムでは使用されない。本発明の好ましい実施形態では、使用するレ ーダ・システムは周波数変調連続波タイプのものであり、たとえばモノパルス型 のレーダ・システムなど、いくつかの他のタイプの可能なレーダ・システムより も コストが低い。 本発明の電子式視覚支援具の特徴は、ミリ波の動作放射およびマイクロストリ ップ製造技法を使用することによって、ビーム幅が非常に狭いことを特徴とし、 たとえば９４ＧＨｚで２°であるプレーナ・フェイズド・アレイ・アンテナを製 造できることである。したがって、電子式視覚支援具のユーザは、物体がレーダ ・システムのアンテナにおいて２°よりも小さな角度に相対しないかぎり、特定 の体積の空間を走査することができ、その空間中の物体の物理的存在および範囲 を容易に判定することができる。これは実際には、ユーザが１ｍの距離で２．５ ｃｍ程度の物体を検出できることを意味する。 さらに、本発明の電子式視覚支援具で使用されるミリ波の動作放射は、霧、ほ こり、煙など、可視性の低い環境で受ける減衰レベルが比較的低い。したがって 、たとえば、濃い霧中の９４ＧＨｚ放射の１方向減衰は約３ｄＢ／ｋｍであり、 それに対して赤外線放射では約１００ｄＢ／ｋｍである。９４ＧＨｚ放射による 霧または煙の貫通は明らかに、赤外線放射の貫通よりもずっと優れている。した がって、本発明の電子式視覚支援具は、容易に携帯できると共にユーザによって 装着されるようになされており、消防士が、濃い煙や炎の中で、そのような濃い 煙や炎のために見えない物体や障害物の存在を検出するために作業する際に使用 することができる。図面の簡単な説明 第１図は、本発明による電子式視覚支援具のレーダ・システムの好ましい実施 形態の概略回路図である。 第２図は、第１図に示したレーダ・システムのフロント・エンド・アセンブリ を形成するメガネの正面図である。 第３図は、第２図に示したメガネの左サイド・フレームの図である。 第４図は、第２図に示したメガネの右サイド・フレームの図である。 第５図は、第２図、第３図、第４図に示したメガネを装着するユーザの等角図 である。 第６図は、第１図に示したレーダ・システムの回路で使用されるマイクロスト リップ伝送線の一部の部分断面等角図である。 第７図は、第２図のメガネに示したプレーナ・フェイズド・アレイの平面図で ある。 第８図は、アレイ用にマイクロストリップ・フィード・パターンを示す、第７ 図に示したプレーナ・フェイズド・アレイの一部の平面図である。 第９図は、第１図に示したレーダ・システムの局部発振器構成要素のマイクロ ストリップ回路の概略図である。 第１０図は、第１図に示したレーダ・システムの高調波ミキサ構成要素のマイ クロストリップ回路の概略図である。 第１１ａ図は、第１図に示したレーダ・システムの線形周波数弁別器構成要素 のマイクロストリップ回路の概略図である。 第１１ｂ図は、第１１ａ図に示したマイクロストリップ回路内で生成される信 号をグラフに表した図である。 第１１ｃ図は、第１１ａ図に示したマイクロストリップ回路内で生成される信 号をグラフに表した図である。 第１２ａ図は、第１図に示したレーダ・システムの電圧制御発振器構成要素の 平面図である。 第１２ｂ図は、第１図に示したレーダ・システムの電圧制御発振器構成要素の 断面図である。 第１３図は、第１図に示したレーダ・システムの無線周波数混成リング・ミキ サ構成要素のマイクロストリップ回路の概略図である。 第１４図は、第１図に示したレーダ・システムの低域フィルタのマイクロスト リップ回路の概略図である。 第１５図は、第１図に示したレーダ・システムの動作時に生成される送信周波 数、受信周波数、ビート周波数の波形を示す概略図である。 第１６図は、第７図に示したプレーナ・フェイズド・アレイで生成される放射 パターンをグラフに表した図である。 第１７図は、本発明による電子式視覚支援具のレーダ・システムの第２の実施 形態の概略ブロック図である。 第１８図は、第１７図に示したレーダ・システムのフロント・エンド・アセン ブリを形成するメガネの正面図である。発明の実施の最良の形態 本発明による電子式視覚支援具の好ましい実施形態を第１図ないし第１４図に 示す。これらの図で、電子式視覚支援具のレーダ・フロント・エンド・アセンブ リは、メガネ取り付けアンテナ受信機送信機システム２２（下記ではＳＭＡＲＴ システム２２と呼ぶ）の形をとっている。次に第１図を参照すると、電子式視覚 支援具の好ましい実施形態のＳＭＡＲＴシステム２２およびベルト取り付け可能 な信号処理電源パック装置２４の各部が示されている。ＳＭＡＲＴシステム２２ は、送信アンテナ３０と受信アンテナ３２とを含む。送信アンテナ３０は、電圧 制御発振器３４と、カプラ３６と、高調波ミキサ（harmonic mixr）３８と、局 部発振器４０と、増幅器４２と、線形周波数弁別器４４と、加算増幅器４６とを 含む送信機閉ループ回路の出力にマイクロストリップ伝送線３３によって接続さ れる。 この閉ループ回路の動作時には、局部発振器４０が、安定化された局部発振器 （ＬＯ）周波数信号を生成し、この信号が、マイクロストリップ伝送線３９を通 じて高調波ミキサ３８の一方の入力へ送られる。カプラ３６によって伝送線３３ から少量の無線周波数（ＲＦ）エネルギーが取り出され、マイクロストリップ伝 送線３７を通じて高調波ミキサ３８の第２の入力へ送られる。高調波ミキサ３８ は、カプラ３６からのＲＦ信号と局部発振器４０からのＬＯ周波数信号を混合し 、中間周波数（ＩＦ）と呼ばれるビート周波数を得る。この周波数は、マイクロ ストリップ伝送線４１を通じて中間周波数増幅器４２の入力へ送られる。構成要 素３６、３８、４０、４２はすべて、ＳＭＡＲＴシステム２２の一部を形成する 。 ＩＦ増幅器４２からの出力信号は、ベルト・パック装置２４内に収納された線 形周波数弁別器４４へ出力線４３を通じて送られる。周波数弁別器４４は出力電 圧信号を生成し、この信号は、出力線４５を通じて加算増幅器４６の一方の入力 へ送られる。加算増幅器４６も、線形ランプ波発生器４８と共にベルト・パック 装置２４内に収納される。線形ランプ波発生器４８は、鋸歯電圧信号を生成し、 この信号は、入力線４７を通じて加算増幅器４６の第２の入力へ送られる。加算 増幅器４６からの出力信号は、出力線３５を通じて電圧制御発振器３４へ送られ る。電圧制御発振器３４は、電圧制御ガン・ダイオードを備える。電圧制御発振 器３４については、下記で図１２ａおよび１２ｂを参照しながら詳しく説明する 。加算増幅器４６からの出力信号の波形は、電圧制御発振器３４からの出力信号 を生成する。この出力信号は周波数変調されている。この周波数変調出力信号は 、マイクロストリップ伝送線３３を通じて送信アンテナ３０へ送られ、ループが 閉じられる。 この閉ループ送信機回路は、周波数弁別器４４を使用して、調整可能な電圧制 御発振器３４を安定化する帰還信号を生成する。電圧制御発振器３４は、下記で 第１１ｂ図および第１１ｃ図にグラフで示したように、実際上、周波数弁別器４ ４の調整特性に「ロック」される。この調整特性は線形なので、電圧制御発振器 ３４は線形に調整される。 本発明の電子式視覚支援具のこの好ましい実施形態のユーザは、メガネを装着 するのと同様に頭部にＳＭＡＲＴシステム２２を装着する。電子式視覚支援具の 動作時には、ユーザの頭部を移動することによって、送信アンテナから送信され るレーダ信号をユーザの前に配置された物体の上方で走査させることができ、走 査されるそのような物体は、送信信号の一部を散乱させ、ＳＭＡＲＴシステム２ ２の受信アンテナ３２に戻す。受信アンテナ３２によって収集されたリターン信 号は、マイクロストリップ伝送線４９を通じて無線周波数混成リング・ミキサ５ ２の一方の入力へ送られる。送信機出力線３３に隣接して配置されたカプラ５０ は、送信機信号の小さな一部を取り出し、マイクロストリップ伝送線５１を通じ て混成リング・ミキサ５２の第２の入力へ送ることによって局部発振器として動 作する。混成リング・ミキサ５２については、下記で第１３図を参照しながら詳 しく説明する。混成リング・ミキサ５２は、中間周波数（ＩＦ）信号、すなわち ビート周波数、すなわち混成リング・ミキサ５２の２つの入力へ送られる送信信 号と受信信号との間の周波数の差を生成する。 混成リング・ミキサ５２からのＩＦ信号は、マイクロストリップ伝送線５３を 通じて低域フィルタ５４の入力へ送られる。低域フィルタ５４は、ＩＦ信号のみ がマイクロストリップ伝送線５５を介してＩＦ増幅器５６の入力へ送られるよう に設計される。ＩＦ増幅器５６は、増幅されたＩＦ出力信号を生成し、この信号 は、出力線５７を通じてアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）５８の入力へ送 られる。増幅ＩＦ信号は、ＡＤＣ５８によってアナログ信号からディジタル信号 に変換され、ＡＤＣ５８からのディジタル出力信号は、出力線５９を通じて信号 処理装置６０の入力に渡される。ＡＤＣ５８と信号処理装置６０は共に、ベルト ・パック装置２４に収納される。 信号処理装置６０は、ユーザに対する検出された物体の範囲および速度を算出 し、可能なら、この物体を識別する。信号処理装置６０は、検出された物体を識 別するうえで助けとなる物体認識アルゴリズムを含み、この物体の検出されたす べての特性を具体化する音声出力信号を生成する。この音声信号は、ユーザが装 着しているステレオ・イヤホン９８に接続された出力音声・ケーブル１０２へ送 られる（第５図参照）。 次に第２図、第３図、第４図を参照すると、本発明の好ましい実施形態のＳＭ ＡＲＴシステム２２の詳細な構成が示されている。第２図は、ＳＭＡＲＴシステ ム２２の正面図を示しており、この図から、ＳＭＡＲＴシステム２２が、上部水 平クロスバー８０を有するフレーム７６によって支持された一対のレンズ状要素 ７５を備えることが分かる。レンズ状要素７５は、水晶など適当な誘電基板で形 成され、クロス・バー８０は、金属製接地平面上に取り付けられた長方形の適当 な誘電基板（たとえば、アルミニウム）片である。第２図において右側の要素７ ５は、第１図の送信アンテナ３０を構成するプレーナ・フェイズド・アレイ７８ を保持し、第２図において左側の要素７５は、第１図の受信アンテナ３２を構成 する同様なプレーナ・フェイズド・アレイ９０を保持する。クロスバー８０は、 第１図に示したレーダ・システムの送信機回路の電圧制御発振器３４、カプラ３ ６、マイクロストリップ伝送線３３、３５、３７と、第１図に示したレーダ・シ ステムの受信機回路のカプラ５０およびマイクロストリップ伝送線４９および５ １を保持する。 第３図は、ＳＭＡＲＴシステム２２の側面図であり、フレーム７６用の左側フ レーム・サポート８２を示す。フレーム・サポート８２は、金属製接地平面上に 取り付けられた、アルミニウムなど適当な誘電材料基板からなる。フレーム・サ ポート８２は、第１図に示したレーダ・システムの送信機回路の高調波ミキサ３ ８、局部発振器４０、増幅器４２、マイクロストリップ伝送線３５、３７、３９ 、４１、４３を保持する。 第４図は、ＳＭＡＲＴシステム２２の側面図であり、フレーム７６用の右側フ レーム・サポート８４を示す。フレーム・サポート８４は、金属製接地平面上に 取り付けられた、アルミニウムなど適当な誘電材料基板からなる。フレーム・サ ポート８４は、第１図に示したレーダ・システムの受信機回路の混成リング・ミ キサ５２、低域フィルタ５４、ＩＦ増幅器５６、マイクロストリップ伝送線４９ 、５１、５３、５５、５７を保持する。 第５図は、ユーザが装着したときのＳＭＡＲＴシステム２２を、一対のステレ オ・イヤホン９８の左側部分、ベルトパック（図示せず）から延びる音声出力ケ ーブル１００の一部、ベルトパックに収納されたバッテリ・パック（図示せず） からＳＭＡＲＴシステム２２にＤＣ電力を供給する電源ケーブル１０２の一部を 示す。 第６図は、ＳＭＡＲＴシステム２２の伝送線用に使用されるマイクロストリッ プ伝送線の一部の等角投影断面図である。第６図で分かるように、伝送線は、誘 電材料で形成された絶縁スラブ状部材６４の上面上に付着させた金属製ストリッ プ導体６２を備え、スラブ状部材６４の下面には金属製導電被膜６６がメッキさ れる。 第７図および第８図は、第２図に示したＳＭＡＲＴシステム２２の送信アレイ ７８および受信アレイ９０用に使用されるプレーナ・フェイズ・アレイの細部を 示す。各プレーナ・フェイズ・アレイは、アレイ用のＳＭＡＲＴシステム２２の それぞれのレンズ状要素７５を形成する水晶基板６９の表面上に１６×１６アレ イとして付着させた６４個の金属製マイクロストリップ素子６８を備える。金属 マイクロストリップ素子６８はそれぞれ長方形で、長さ０．７５２ｍｍ、幅０． １８８ｍｍである。水晶基板６９の厚さは０．１３ｃｍである。第７図で分かる ように、隣接するマイクロストリップ素子６８間の水平方向距離ｄ_x、は１．０ ６３ｍｍであり、隣接するマイクロストリップ素子６８間の垂直方向距離ｄｙは ０．３１１４ｍｍである。 第８図は、第７図のプレーナ・フェーズ・アレイの６×６アレイ部分を示し、 一連の斜めハイ・インピーダンス線７２によって素子６８が互いに接続された直 接供給素子６８の好ましい回路網構成を示す。ＳＭＡＲＴシステム２２の動作時 にアレイとの間で送られる放射は、水晶基板６９を通して、基板上に取り付けら れた小型同軸コネクタ（図示せず）へ延びる、共通供給点７４からハイ・インピ ーダンス線７２の回路網に進入する。たとえば送信アレイ７８の素子６８に信号 電力を送る代替方法は、各素子６８を基板６９を通して並列供給回路網に接続し 、伝導された電力を基板６９を通して各素子６８にファンアウトすることである 。そのような並列供給回路網は、第８図に示した交差供給アレイほど費用効率的 ではない。 第９図は、ＳＭＡＲＴシステム２２の送信機閉ループ回路の局部発振器４０の 回路の細部を示す。局部発振器４０の回路構成要素は、相対誘電定数が９．６で 厚さが０．３８ｍｍのアルミニウム製基板上に取り付けられる。回路構成要素に は、誘電共振器１０４と、ガン／インパット・ダイオード１０８と、低域フィル タ１０９とが含まれる。誘電共振器１０４は、誘電定数が３６．５のバリウムテ トラチタネートで形成された半径が１．３３４５ｍｍで高さが１．０１０９８ｍ ｍのシリンダである。円筒形共振器１０４の共振周波数は２３．２５ＧＨｚであ る。誘電共振器１０４は、５０Ωマイクロストリップ伝送線１０６を介してガン ／インパット・ダイオード１０８に接続され、誘電共振器１０４とダイオード１ ０８との間の距離は５．０ｍｍである。ＳＭＡＲＴシステム２２の動作時には、 誘電共振器が２３．２５ＧＨｚの一定の周波数で発振するので、ダイオード１０ ８は周波数安定化される。低域フィルタ１０９は、ダイオード１０８と局部発振 器４０の無線周波数出力線１２４との間が位置決めされ、５０Ω入力線１２０を 介して電源ケーブル１０２から局部発振器４０へＤＣ電力が送られる。低域フィ ルタ１０９は、マイクロストリップ素子１１０、１１２、１１４、１１６、１１ ８を備え、素子１１０、１１４、１１８は、それぞれの値が０．０９７６ｐＦ、 ０．０８９１ｐＦ、０．０８６８ｐＦのコンデンサ素子であり、素子１１２およ び１１６は、それぞれの値が０．４７２４ｎＨおよび０．２９５６ｎＨのインダ クタンス素子である。誘電共振器１０４に接続されたマイクロストリップ伝送線 １２２はダミー負荷に結合される。 次に第１０図を参照すると、ＳＭＡＲＴシステム２２の送信機閉ループ回路の 高調波ミキサ３８のマイクロストリップ回路が示されている。高調波ミキサの回 路構成要素には、無線周波数帯域フィルタ１２６と、逆並列構造として構成され た２つのビーム・リード・ダイオード１２８と、低域フィルタ１３０と、中間周 波数フィルタ１３２とが含まれる。図のように、これらの構成要素はすべて、直 列接続される。フィルタ１２６は、入力ポート１３４を備え、フィルタ１３２は 出力ポート１３８を備え、フィルタ１３０とフィルタ１３２との間の接続部に入 力ポート１３６が設けられる。ＳＭＡＲＴシステム２２の動作時には、カプラ３ ６（第１図参照）からの出力がポート１３４へ送られ、局部発振器４０からの出 力がポート１３６へ送られ、高調波ミキサ３８内で生成された中間周波数出力信 号がポート１３８から出る。動作時には、ＲＦ帯域フィルタ１２６を使用して、 ミキサ３８内で生成されたすべてのより高いオーダーの周波数を抑制し、局部発 振器信号および中間周波数信号の通過を拒否する。ＲＦ帯域フィルタ１２６は、 長さ０．２５７４ｍｍの４分の１波線からなり、４分の１波線は、動作時に局部 発振器信号およびＩＦ信号を十分に拒否する。低域フィルタ１３０は、動作時に 発振器周波数信号を通過させ、同時に、無線周波数信号が局部発振器入力ポート １３６に到達するのを妨げるために使用される。この低域フィルタ１３０のカッ トオフ周波数は２５ＧＨｚである。中間周波数フィルタ１３２は、局部発振器４ ０で使用される低域フィルタ１０９と同じ回路構成および構成要素値を有する。 中間周波数フィルタ１３２は、ＳＭＡＲＴシステム２２の動作時に、ミキサ３８ 内で生成された中間周波数信号を抽出し、同時に、局部発振器信号およびその他 の不要な残留周波数が出力ポート１３８に到達するのを妨げるために使用される 。ＩＦフィルタ１３２のカットオフ周波数は２２ＧＨｚである。ミキサ３８は、 局部発振器信号の第４の高調波に作用するように設計される。したがって、局部 発振器信号が２３．２５ＧＨｚなので、第４の高調波の周波数は９３ＧＨｚであ り、無線周波数信号の周波数が９４ＧＨｚである場合、ミキサ３８から出る中間 周波数信号の周波数は１ＧＨｚになる。 第１１ａ図は、ＳＭＡＲＴシステム２２の送信閉ループ回路の線形ループ弁別 器４４のマイクロストリップ回路を示す。線形周波数弁別器４４の回路構成要素 には、入力ポート１４１を有する分周器１４０と、電力スプリッタ１４２と、そ れぞれの共振器１４８および１５０用の整合回路網１４４および１４６と、それ ぞれのダイオード１５６および１５８用の整合回路網１５２および１５４と、出 力ポート１６０とが含まれる。ＬＦＤ４４が、ベルトパックに収納されたレーダ ・システムのディジタル部に配置されるので、回路構成要素を互いに接続する伝 送線は、マイクロストリップ構成のものである必要はなく、プリント回路技法ま たはワイヤによって作製することができる。ＳＭＡＲＴシステム２２の動作時に 、分周器１４０は、入力ポート１４１で受信した中間周波数信号を、ディジタル 動作に適した範囲、たとえばＭＨｚ周波数に分割し、分割したその信号を電力ス プリッタ１４２に供給する。電力スプリッタ１４２は、信号の３ｄＢ電力分割を 実行する。このように生成された分割信号はそれぞれ、それぞれの共振器１４８ および１５０用の整合回路網１４４および１４６へ送られる。第１１ａ図に示し た共振器１４４および１４６は、水晶共振器であるが、必要に応じて調整受動回 路でも、あるいは調整増幅器でも、あるいはキャビティでもよく、かつＬＦＤ４ ４が、ベルト・パックに収納されたレーダ・システムのディジタル部に配置され るため、ディジタル・ノッチ・フィルタでもよい。回路網１４４、１４６、１５ ２、１５４は受動整合回路網でも、あるいは能動整合回路網でもよい。整合ダイ オード対１５６および１５８は、逆並列構造として構成され、次に第１１ｂ図お よび第１１ｃ図を参照しながら説明するように、出力ポート１６０で出力信号を 生成するために使用される。 まず第１１ｂ図を参照すると、入力ポート１４１でのＲＦ信号が周波数範囲に わたって走査されるときの整合回路網１５２および１５４の出力２０４をグラフ に表したものが示されている。このグラフから分かるように、出力２０４の曲線 は、それぞれ、参照符号２１０および２１２で示した、２つの谷を含む。谷２１ ０は共振器１４８の共振周波数に対応し、谷２１２は共振器１５０の共振周波数 に対応する。ダイオード対１５６および１５８に出力信号２０４が送られると、 このダイオード対が出力信号２０４を組み合わせる結果として出力ポート１６０ で弁別器出力信号が生成される。弁別器出力信号２０８は、第１１ｃ図にグラフ で示されている。第１１ｃ図で分かるように、出力信号２０８の曲線は、第１１ ｂ図に示した共振谷２１０に対応する谷２１４と、第１１ｂ図に示した共振谷２ １２に対応するピーク２１６とを含む。 第１図で分かるように、ＬＦＤ４４からの出力信号は、加算増幅器４６上の負 の入力ポートへ送られ、線形ランプ波発生器４８からの鋸歯電圧信号と組み合わ される。この信号が加算増幅器４６の正の入力へ送られて出力信号が生成され、 この出力信号が電圧制御発振器３４の入力へ送られる。 第１２ａ図および第１２ｂ図は、電圧制御発振器３４の構造の細部を示す。Ｖ ＣＯ３４の主回路構成要素には、バラクタ１６２と、バイパス・コンデンサ１６ ４と、ガン・ダイオード１６６とが含まれる。これらの構成要素はすべて金属製 担体１６８上に取り付けられる。第１２ｂ図で分かるように、ガン・ダイオード １６６は、金属製担体１６８のネジ付き穴にねじ込まれるネジ付きベースを有し 、バラクタ１６２は、ワイヤ１７０によってガン・ダイオード１６６に結合され 、金製リボン１７２は、ＶＣＯ３４内のインピーダンス整合に使用される２部分 変圧器１７４にガン・ダイオードを接続する。第１２ａ図を見ると分かるように 、ＳＭＡＲＴシステム２２の電源ケーブル１０２に接続されたガン・バイアス線 と、加算増幅器４６（第１図参照）から出力線３５に接続されたバラクタ・バイ アス線１７６が設けられる。ＶＣＯ３４は、誘電基板アルミニウム材料を含む。 次に、ＳＭＡＲＴシステム２２の受信部について説明する。第１３図は、混成 リング・ミキサ５２の回路構成を詳しく示す。リング・ミキサ５２は、ＤＣバイ アスを含むマイクロストリップ混成リング（リトレース）ミキサであり、厚さが ０．３８ｍｍで誘電定数が９．６のアルミニウム製基板上に製造される。リング ・ミキサ５２の主回路構成要素には、シグマ・ポート１８２とデルタ・ポート１ ８４とを有する７０Ωインピーダンスのリング１８０と、低域フィルタ１８６と 、バイアス回路網１８８とが含まれる。ＳＭＡＲＴシステム２２の動作時に、線 ４９（第１図参照）を介してリング・ミキサ５２によって受信された無線周波数 信号は、シグマ・ポート１８２を介し、プロセス中の低周波数ブロック１９０を 通過して、リング１８０に進入する。デルタ・ポート１８４は、線５１（第１図 参照）上で局部発振器信号を受信し、その信号が低周波数ブロック１９２を通じ て リング１８０に進入する。低周波数ブロック１９０および１９２は、ポート１８ ２および１８４を通じたリング内の中間周波数またはＤＣバイアスの短絡を防止 するために使用される。リング１８０は、それぞれ、インピーダンスが５０Ωの スタブ１９４および１９６を含む。バイアス回路網１８８は、スタブ１９４に接 続され、ダイオード１９８と、コンデンサ２００と、インダクタンス２０２と、 コンデンサ２０３とを備える。このバイアス回路網１８８を通じてリング１８０ にＤＣバイアスが供給される。スタブ１９６は、ダイオード２０６を通じて接地 される。 リング・ミキサ５２内で生成された中間周波数信号は、低域フィルタ１８６を 通じてミキサから出る。このフィルタの回路構成を第１４図に詳しく開示する。 第１４図で分かるように、中間周波数信号は、５０Ω入力線２１８を介して低域 フィルタ１８６に進入し、コンデンサ素子２２０と、インダクタンス素子２２２ と、コンデンサ素子２２４と、インダクタンス素子２２６と、コンデンサ素子２ ２８とを備える回路レイアウトに入り、５０Ω出力線２３０によって回路から出 る。コンデンサ素子２２０、２２４、２２８はそれぞれの値が０．０８２９ｐＦ 、０．０７３ｐＦ、０．０７３４ｐＦであり、インダクタンス素子２２２および ２２６は、それぞれの値が０．４１６ｎＨおよび０．２６０４ｎＨである。リン グ・ミキサ５２からの出力線は、中間周波数バイパス・コンデンサ２３２と出力 ポート２３４（第１３図参照）も含む。レーダ・システムの動作 次に、本発明の好ましい実施形態のレーダ・システムの動作を添付の図面のう ちの第１５図および第１６図を参照しながら説明する。 レーダ・システムの動作時に生成される送信周波数、受信周波数、中間周波数 を第１５図にグラフで示す。第１５図で、搬送波周波数はｆ₀して、時間はｔと して、最大周波数偏差はＦとして、変調周期はＴとして、送信された信号が物体 に達し受信アンテナに戻る往復時間はτとして、それぞれ示されている。信号が 、検出された物体まで距離Ｒだけ移動し戻るのにかかる往復時間τは２Ｒ／ｃで あり、この場合、ｃは光の速度を表す。 第１５図の上部に実線曲線として示した送信信号（Ｔ_x）は、線形ランプ波発 生器４８からの鋸波電圧信号を加算増幅器４６（第１図参照）に印加することに よって結果として生成されるＶＣＯ３４の周波数変調出力である。第１５図の上 部に破線として示した受信信号（Ｒ_x）は、往復時間τによって送信信号から分 離される。第１５図の中央部に示したビート周波数（Ｂ）曲線は、第１図に示し た混成リング・ミキサ５２の中間周波数出力である。 送信信号の勾配は、ｍで示されており、システムの動作の主要パラメータであ る。ランプ送信信号の増加部分を考える場合、曲線の勾配ｍは次式で与えられる 。 ｍ＝Ｂ／Ｔ_xとＲ_xとの間の変位 しかし、τ＝Ｔ_xとＲ_xとの間の変位であり、したがって次式が成立する。 ｍ＝Ｂ／τ （１） しかし、勾配ｍは、次式でも与えられる。 ｍ＝Ｆ／（Ｔ／２）＝２Ｆ／Ｔ （２） この２つの勾配値を互いに等しくし、次いでτについて解くと、次式が成立する 。 τ＝ＴＢ／２Ｆ （３） τ＝２Ｒ／ｃを数式３に代入し、Ｒについて解くと、次式が成立する。 Ｒ＝ＴＢｃ／４Ｆ （４） この数式は、パラメータＴおよびＦが既知である場合、ビート周波数Ｂを測定す ることによって、検出された物体の範囲Ｒを得ることができることを示す。 測定されるビート周波数に影響を及ぼす２つのケースを考えなければならない 。第１のケース（ケース１）は静止中の物体を検出するケースであり、第２のケ ース（ケース２）は、移動中の物体を検出するケースである。 次にケース１を考えると、物体が静止している場合、その物体は、受信信号に おいてドップラー・シフトを生成することはできない。したがって、得られるビ ート周波数は、ＳＭＡＲＴシステムのユーザから検出された物体までの距離、す なわちＴ_xとＲ_xとの間の遅延のみから導かなければならない。したがって、この ような信号の増加部分のビート周波数は、このような信号の減少部分に等しくか つ逆である。これは、第１５図にグラフで示した状況であり、ケース１で検出さ れるビート周波数を以下ではＢ_rと呼ぶ。 ケース２は、検出された物体の移動の結果として生成されるドップラー周波数 Ｆ_dの考慮も含む。検出された物体がＳＭＡＲＴシステムのユーザの方へ移動し ている場合、検出されるビート周波数はドップラー周波数Ｆ_dだけ減少する。信 号の増加部分で測定されるビート周波数をＢ_upとして指定した場合、次式が成立 する。 Ｂ_up＝Ｂ_r−Ｆ_d （５） 信号の減少部分で測定されるビート周波数をＢ_downとして指定した場合、この周 波数はドップラー周波数Ｆ_dだけ増加する。したがって、次式が成立する。 Ｂ_down＝Ｂ_r＋Ｆ_d （６） １サイクルにわたるビートを平均することによってＳＭＡＲＴシステムのユー ザから検出されたオブジェクトまでの範囲に関する情報を得ることができる。す なわち、次式が成立する。 Ｂ_r＝（Ｂ_up＋Ｂ_down）／２ （７） 次に、信号の増加部分中のビートから信号の減少部分中のビートを減じること によって、ＳＭＡＲＴシステムのユーザに対する検出された物体の速度に関する 情報を得ることができる。すなわち、次式が成立する。 Ｆ_d＝（Ｂ_down−Ｂ_up）／２ （８） ＡＤＣ５８で信号をアナログ信号からディジタル信号に変換し、次いで信号処 理装置６０（第１図参照）でディジタル信号を処理した後、ディジタル技法を使 用して様々な測定値が得られる。使用する信号処理装置６０は、ＡＤＣ５８から の出力中のディジタル信号から所望の情報を導くことができるいくつかの市販の 信号処理装置のうちの任意の信号処理装置でよい。したがって、信号処理装置６ ０用の特定の回路構成を開示する必要はない。 次に、ビート周波数、したがって、ＳＭＡＲＴシステムのユーザによって検出 された物体の範囲および速度を算出する手順について説明する。ビート周波数信 号は、第１５図に示したように、長方形波形として形状付けられる。零交差率は 、ビート周波数勾配が正のときに測定され、すなわち変調周期Ｔ当たりに１度だ けカウントされる。代替方法は、ビート周波数勾配が正のときと、ビート周波数 勾配が負のとき、すなわち半変調周期中に２度、零交差率をカウントすることで ある。これは、率測定値の最大誤差Ｅがビート信号の波長の半分であることを意 味 する。すなわち、次式が成立する。 Ｅ＝ｃ／４Ｆ （９） 最大周波数偏差を３００ＭＨｚとする場合、最大誤差Ｅは２５ｃｍになる。この 誤差は、周波数カウンティングに固有のものであり、ステップ誤差と呼ばれる。 この誤差は、Ｆを増加させることによって減少させることができる。 ドップラー周波数Ｆ_dは、次式のように、搬送波周波数ｆ_oの波長λおよびＳＭ ＡＲＴシステムのユーザに対する検出された物体の速度Ｖの関数である。 Ｆ_d＝２Ｖ／λ （１０） 数式（４）中のＢにＢ_rを代入すると、次式が成立する。 Ｒ＝ＴＢ_rｃ／４Ｆ （１１） たとえば、検出された物体がＳＭＡＲＴシステムのユーザから２ｍの範囲であ るとき、ビート周波数Ｂ_rは、数式（１１）から直接導くことができ、Ｔ＝０． ００４秒、Ｆ＝３００ＭＨｚ、ｃ＝３×１０¹⁰ｃｍ／秒であるときに値が２ＫＨ ｚである。搬送波信号の波長λ_oは、数式λ_o＝ｃ／ｆ_oから得られ、３．１９ｍ ｍである。ＳＭＡＲＴシステムのユーザに対する検出された物体の速度Ｖが１ｍ ／秒である場合、数式（１０）にこれらの値を代入すると、ドップラー周波数Ｆ_d ２ＫＨｚに関する値が得られる。信号処理装置６０によって中間周波数をミッ クスダウンして音声出力を得るとき、Ｂ_rとＦ_dは共に、ＳＭＡＲＴシステムのユ ーザによって検出できる音声範囲の下部に存在する。 次に第１６図を参照すると、第７図に示したプレーナ・フェイズド・アレイに よって生成される放射が示されている。参照符号２８４は、放射パターンに関す るハーフパワー・ポイントまたは３ｄＢポイントを示し、送信アンテナ３０と受 信アンテナ３２の両方に使用されるプレーナ・フェイズド・アレイのビーム幅が １．４３°であることを示す。これは、ペンシル・ビームのビーム幅と同様に、 非常に小さなビーム幅であり、送信アンテナ３０からの放射パターンを使用して ユーザの前方の環境を走査する際に、本発明のＳＭＡＲＴシステムのユーザが、 物体どうしを容易に区別するのを助ける。 送信信号の勾配ｍは、数式（３）が有効になるように一定でなければならない 。すなわち、数式（１）は、勾配ｍが一定である場合にのみ数式（２）に等しい 。 バラクタ調整ガン発振器の調整勾配の変動は４０％ないし５０％に達することが ある。したがって、システムから正しい範囲情報および速度情報を得るには本発 明のＳＭＡＲＴシステムの調整可能な発振器３４を安定化しなければならない。 これは、第１図に示した回路素子３４、３６、３８、４０、４２、４４、４６を 備える帰還ループ内の線形周波数弁別器４４によるフィードバックを使用して行 われる。 次に第１１ｃ図、特に、谷２１４とピーク２１６との間で発生する出力信号の 曲線の直線部分を参照すると分かるように、このグラフのスケールは、周波数で は１０ＭＨｚ／目盛であり、出力信号電圧では５ｍｖ／目盛である。したがって 、谷２１４とピーク２１６との間の曲線の直線領域の勾配は０．５ｍｖ／ＭＨｚ であり、この直線領域は線形周波数弁別器４４の感度を表す。整合回路網１４４ 、１４６、１５２、１５４のそれぞれの利得が５である場合、共振器１４８また は共振器１５０を介した電力スプリッタ１４２から信号出力１６０への経路の全 体的な利得は２５である。このため、弁別器４４の感度は１２．５ｍｖ／ＭＨｚ になる。整合回路網１４４、１４６、１５２、１５４は、必要な利得を組み込む ことができるＦＥＴ（電界効果トランジスタ）で形成することができる。 第１０図に示した低調波ミキサ３８の変換損失は２０ｄＢである。第１図の増 幅器４２の利得は４３ｄＢであり、全体的なループ利得は２００または２３ｄＢ になる。弁別器の感度１２．５ｍｖ／ＭＨｚに閉ループ利得２００を加えた値の ために線形性が０．５％だけ変動する。これは、勾配ｍを一定にするうえで十分 に妥当な値である。線形性からの変動に関する受け入れられる値は１％である。 本発明の好ましい実施形態に関するＳＭＡＲＴシステム・パラメータは下記の とおりである。 送信機電力： 消火ＳＭＡＲＴシステム−１−５ｍＷ 盲人または弱視ユーザー１μＷ 搬送波周波数： ９４ＧＨｚ 変調周波数： ２５０Ｈｚ 最大変調周波数エクスカージョン： ３００ＭＨｚ 閉ループ・ローカル発振器周波数： ２３．２５ＧＨｚ サブ高調波（Ｎ＝４）ミキサ変換損失： ２０ｄＢ 閉ループ中間周波数： １ＧＨｚ 閉ループ増幅器利得： ４３ｄＢ 線形周波数弁別器感度： １２．５ｍｖ／ＭＨｚ アンテナ利得： １６．８ｄＢ アンテナ・ビーム幅（０単位）： １．４２８ 受信機混成リング・ミキサ変換損失： ６ｄＢ 受信機ＩＦ増幅器利得： ３０ｄＢ 受信機ＩＦ増幅器帯域幅： ２５０ＭＨｚ 本発明の好ましい実施形態によるＳＭＡＲＴシステムは、これらのパラメータ を有し、１ｍＷの送信機電力を用いて、８７ｍの距離にあるレーダ断面が０．１ ｍ²の物体を検出することができる。送信機出力が１ｍＷである場合、同じＳＭ ＡＲＴシステムは、４９５ｍの距離にある前述の物体を検出することができる。 ミリ波放射は、濃い霧では約３ｄＢ／Ｋｍの減衰を受けるが、消防士によって 使用されるように設計された本発明による電子式視覚支援具では、消火環境に煙 またはほこり、あるいはその両方が存在することによって生成される追加減衰の ために１ｍＷの送信機出力を使用することが好ましい。電力が１ｍＷの送信機を 備える本発明による電子式視覚支援具は、出力変調なしで消防士によって使用す ることができ、ＳＭＡＲＴシステムの送信機とアンテナとの間に減衰器を挿入す ることにより盲人または弱視の人によって使用することができる。３０ｄＢの減 衰を有する減衰器を挿入することによって、ＳＭＡＲＴシステムのアンテナによ って受信される出力電力が１μＷに減少される。 本発明の好ましい実施形態のＳＭＡＲＴシステムからの送信信号のビーム幅が 小さいことは、幅が２．５ｃｍしかない物体を、１ｍの範囲にいるＳＭＡＲＴシ ステムのユーザによって検出できることを意味する。したがって、ＳＭＡＲＴシ ステムのユーザは、ユーザの頭部を水平方向または垂直方向へ移動することによ ってユーザの近くの環境に存在する様々な物体を検出し、それによって近くの環 境を両方の方向で走査することができる。 第１７図および第１８図は、使用するレーダ・システムが位相比較モノパルス ・システムである本発明による電子式視覚支援具の他の実施形態を開示するもの である。第１７図は、１つの自由度を有する位相比較モノパルス・システム用の 回路構成を示し、第１８図は、第１７図に示した位相比較モノパルス・システム 用のアンテナを形成するプレーナ・フェイズド・アレイ３００、３０２、３０４ 、３０６を有するＳＭＡＲＴシステムの正面図を示す。 次に第１７図を参照すると分かるように、参照符号３０８は、送信アンテナお よび受信アンテナのアンテナ放射パターンを示す。送受切換器（Ｔ_x／Ｒ_xスイッ チ）３２６は、アンテナに結合され、送信機３２４から送信機信号を受信する。 送受切換器３２６からの出力は、ミキサ３２２の一方の入力へ送られ、ミキサ３ ２２も局部発振器３１６から入力信号を受信する。ミキサ３２２からの出力は中 間周波数増幅器３２０へ送られ、増幅器３２０は、包絡線検出器３１８に渡され る出力信号を生成する。アンテナによって受信された検出された物体からの反射 信号は、ミキサ３１０の一方の入力へ送られ、ミキサ３１０も局部発振器３１６ から入力信号を受信する。ミキサ３１０からの出力は中間周波数増幅器３１２へ 送られ、増幅器３１２は、位相検出器３１４の一方の入力へ送られる出力信号を 生成する。増幅器３２０からの出力信号も位相検出器３１４の第２の入力へ送ら れる。 位相検出器３１４からの出力信号は、検出された物体に関する角度誤差情報を 提供し、これに対して、包絡線検出器３１８からの出力信号は、ＳＭＡＲＴシス テムのユーザからの検出された物体の範囲に関する情報を提供する。 ２つの自由度に関する検出された物体に関する角度誤差情報を提供することが できる本発明の第２の実施形態による電子式視覚支援具では、他の位相検出器回 路を含める必要があり、そのため、添付の図面の第１図ないし第１６図に示した 本発明の好ましい実施形態と比べて視覚支援具の全体的なコストが増加する。 本発明の好ましい実施形態では、レーダ・システムは２つの部分に分割され、 第１の部分はアナログ信号を処理し、他方の部分はディジタル信号を処理する。 アナログ信号を処理する部分は、ＳＭＡＲＴシステム２２を備え、すべてのアナ ログ回路がメガネ上に取り付けられており、これに対して、ディジタル信号を処 理する部分、すなわち信号処理装置２４はベルトパックに配置される。信号処理 装置２４内で使用されるディジタル回路は、動作時に、早い立上り時間と立下り 時間とを有する波形が生成される結果として迷走放射を生成する。したがって、 レーダ・システムをアナログ部とディジタル部に物理的に分離することによって 、これらの部分は互いに無線周波数を分離することができる。これは、本発明の この好ましい実施形態の重要な電磁整合性機能である。 本発明の好ましい実施形態のＳＭＡＲＴシステムの製造では、本発明のアンテ ナ、電子構成要素、伝送線を支持する様々な誘電基板が使用される。このために 、十分に高い誘電定数および十分な構造強度を有する誘電基板を使用することが できる。したがって、たとえばポリテトラフルオロエチレン（誘電定数２．４５ ）、水晶（誘電定数４．５）、アルミニウム（誘電定数９．６）、ＲＴ／Ｄｕｒ ｏｉｄ６０１０（誘電定数１０．３）、ＧａＡｓ（誘電定数１２．５）、融解石 英（誘電定数３．６）、ベリリア（誘電定数６．５）、サファイア（誘電定数９ ．３）で適当な誘電基板を形成することができる。ＳＭＡＲＴシステムで使用さ れるプレーナ・フェイズ・アレイは、銅で構成することが好ましいが、金や銀な ど導電性の高い金属または合金を使用することができる。産業上の利用可能性 本発明による電子式視覚支援具は、ある人の視力が正常な視力よりもずっと低 く、あるいは視力が零である場合に、その人のすぐ近くにある物体の存在を検出 できるようにするためにその人によって装着することができる軽量の小型レーダ ・システムを提供する。このレーダ・システムは、動作周波数が３５ＧＨｚない し２２０ＧＨｚであり、濃い霧中で減衰が約３ｄＢ／ｋｍしか起こらず、不当な 減衰なしに煙、ほこり、炎を貫通することができるミリ波長放射によって動作す る。したがって、本発明による電子式視覚支援具は、煙が充満している火災の発 生した建物に入り、捜索を行い、動き回るための有用な手段として消防士によっ て使用することができる。 本発明の電子式視覚支援具は、メガネ（下記ではＳＭＡＲＴシステムと呼ぶ） として装着し、あるいはユーザの頭部に装着されたヘルメットに取り付けること ができるアナログ部と、信号処理回路と音声・インタフェースと電源とを含み、 ユーザによってベルトパックまたはチェストパックまたはバックパック内に装着 されるディジタル部とを含むレーダ・システムであることが好ましい。 本発明の好ましい実施形態は、前述のＳＭＡＲＴシステムを使用するものであ り、主として盲人や弱視の人が使用できるように設計され、そのような人が、静 止中の物体と移動中の物体の両方を検出し追跡することができるようにする。し たがって、そのような人は、健常な視覚を有する他の人、または健常な視覚を有 する動物、または検出杖、または同様な装置による援助がなくても、すぐ近くの 環境内の静止中の物体または移動中の物体に衝突することも、あるいはそれによ って妨害されることもなしに室内または戸外を歩くことができる。 本発明の好ましい実施形態で使用されるＳＭＡＲＴシステムは、ユーザの頭部 を走査機構として使用し、したがって幅の狭い放射ビームを使用することができ る。これは、システムによって検知される物体を厳密に検出し認識するための望 ましい特徴である。ＳＭＡＲＴシステムは、システムの送信アンテナと受信アン テナを形成するプレーナ・フェイズド・アレイを使用することによってそのよう な幅の狭い放射ビームを生成する。放射のビーム幅は、アレイ中に存在する素子 の数によって決定される。 本発明の好ましい実施形態のＳＭＡＲＴシステムは、マイクロストリップ製造 技法を使用して回路の無線周波数部分および中間周波数部分に関する伝送線およ び受動構成要素を形成し、厚膜混成技法を使用して回路の低周波数構成要素を形 成することによって、完全に携帯可能なレーダ・システムに必要な軽さおよびコ ンパクトさを達成する。従来型のレーダ・システムとは異なり、ＳＭＡＲＴシス テムに何らかの形のウェーブ・ガイドを含める必要はない。 本発明の好ましい実施形態のＳＭＡＲＴシステムでは、送信機はメガネの前方 上部サポート上に配置され、誘電共振器によって安定化される局部発振器を含め 閉周波数ループの電子構成要素は、一方の側面サポート上に配置され、受信機の 電子構成要素は他方の側面サポート上に配置される。この構成によって、システ ムのすべての活動デバイス間で無線周波数が分離される。システムの回路に金属 製カバリングを設け、外部無線周波数の干渉から保護することも望ましい。 本発明による電子式視覚支援具は、移相レーダ・システムによって静止中の物 体と移動中の物体の両方を検出する。この移相レーダ・システムは、送信信号と 受信信号との間の位相変化の周波数をカウントするように構成され、あるいは送 信信号と受信信号との間の実際の位相変化を測定するように構成される。本発明 の好ましい実施形態では、送信信号と受信信号との間の位相変化の周波数がカウ ントされる。なぜなら、これは費用が比較的低く、低電力消費量要件を有するか らであり、これらは共に、本発明の電子式視覚支援具の全体的な商業的設計にお いて重要な因子である。 本出願が優先権を請求する英国特許出願第９４１２７７２．７号中の開示およ び本出願に添付の要約中の開示は、引用によって本明細書に組み込まれる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９６年６月３日 【補正内容】 補正明細書（Ａ） 電子式視覚支援具 技術分野 本発明は、請求の範囲第１項のプレアンブル部分で指定され、たとえばドイツ 特許ＤＥ−Ａ−２９３１８３７号に開示されている如き電子式視覚支援具に関す る。背景技術 レーダ・システムは、静止中の目標および移動中の目標を検出し追跡する能力 で良く知られており、航空機や船舶などの輸送機関用のナビゲーション・システ ムで広く使用されている。しかし、そのようなシステムの寸法、複雑さ、経費の ために、個人の観測者によるそのようなシステムの小規模な使用は妨げられてい る。車両交通制御機構の速度検出器および車両の近接検出器として使用できる、 たとえば欧州特許ＥＰ−Ａ−０５３１８７７号に開示されている如き、小型のレ ーダ・システムが開発されているが、特にこれらの小型レーダ・システムの電力 要件に鑑みて、そのようなレーダ・システムのうちで、個人が容易に携帯できる と言えるものはない。 従来、たとえばドイツ特許ＤＥ−Ａ−２９３１８３７号で開示された超音波放 射と、たとえば米国特許ＵＳ−Ａ−３６５４４７７号で開示されたコヒーレント 光線のどちらかを使用して障害物の存在を検出する、携帯可能な視覚支援具が提 案されている。残念なことに、そのような視覚支援具は、その範囲で検出される 様々な障害物を容易に区別することができない傾向があり、そのようなビームは 、検出された障害物によって散乱または吸収される傾向がある。フランス特許Ｆ Ｒ−Ａ−２５６２６７９号で開示された視覚支援具は、メガネのフレーム上に取 り付けられた光学センサを使用して、メガネに当たる周囲光の変化を検出し、こ のような変化が可聴トーンとしてメガネの装着者へ搬送される。そのような視覚 支援具は、盲人または弱視の人による障害物の検出における使用が限られている 。 したがって、すぐ近くの静止中の物体および移動中の物体を検出し追跡する手 段を盲人や弱視の人に提供することによってそのような人が自分の環境の周りで 適切にかつ容易に移動するのを助けるために使用できる、小規模で携帯可能なレ ーダ・システムが必要である。発明の開示 本発明による電子式視覚支援具は、請求項１の特徴記載部分で指定されている 特徴を特徴とする。 補正明細書（Ｂ） 本発明の好ましい実施形態で使用されるＳＭＡＲＴシステムは、ユーザの頭部 を走査機構として使用し、したがって幅の狭い放射ビームを使用することができ る。これは、システムによって検知される物体を厳密に検出し認識するための望 ましい特徴である。ＳＭＡＲＴシステムは、システムの送信アンテナと受信アン テナを形成するプレーナ・フェイズド・アレイを使用することによってそのよう な幅の狭い放射ビームを生成する。放射のビーム幅は、アレイ中に存在する素子 の数によって決定される。 本発明の好ましい実施形態のＳＭＡＲＴシステムは、マイクロストリップ製造 技法を使用して回路の無線周波数部分および中間周波数部分に関する伝送線およ び受動構成要素を形成し、厚膜混成技法を使用して回路の低周波数構成要素を形 成することによって、完全に携帯可能なレーダ・システムに必要な軽さおよびコ ンパクトさを達成する。従来型のレーダ・システムとは異なり、ＳＭＡＲＴシス テムに何らかの形のウェーブ・ガイドを含める必要はない。 本発明の好ましい実施形態のＳＭＡＲＴシステムでは、送信機はメガネの前方 上部サポート上に配置され、誘電共振器によって安定化される局部発振器を含め 閉周波数ループの電子構成要素は、一方の側面サポート上に配置され、受信機の 電子構成要素は他方の側面サポート上に配置される。この構成によって、システ ムのすべての活動デバイス間で無線周波数が分離される。システムの回路に金属 製カバリングを設け、外部無線周波数の干渉から保護することも望ましい。 本発明による電子式視覚支援具は、移相レーダ・システムによって静止中の物 体と移動中の物体の両方を検出する。この移相レーダ・システムは、送信信号と 受信信号との間の位相変化の周波数をカウントするように構成され、あるいは送 信信号と受信信号との間の実際の位相変化を測定するように構成される。本発明 の好ましい実施形態では、送信信号と受信信号との間の位相変化の周波数がカウ ントされる。なぜなら、これは費用が比較的低く、低電力消費量要件を有するか らであり、これらは共に、本発明の電子式視覚支援具の全体的な商業的設計にお いて重要な因子である。補正請求の範囲 １．人が装着するようになされた送信手段及び受信手段と、電源と、信号処理 手段（２４）と、感覚出力手段（９８）とを含む電磁発振システムとを含む電子 式視覚支援具であり、そのシステムが、前記人が装着するようになされた小規模 で軽量で完全に携帯可能な個人用レーダ・システム（２２、２４）であり、前記 レーダ・システム（２２、２４）は、低電力消費量要件を有し、動作時に、静止 中の物体と移動中の物体の両方を検出することができる移相レーダ・システムで あり、前記個人用レーダ・システムが、ミリ波長電磁放射によって動作する小型 レーダ・フロント・エンド・アセンブリ（２２）と、ビーム幅が非常に狭い特性 のプレーナ・フェイズド・アレイ・アンテナ（３０、３２）と、前記送信手段中 の線形調整電圧制御発振器（３４）とを含むことを特徴とする電子式視覚支援具 。 ２．個人用レーダ・システム（２２、２４）の低電力消費量要件が、動作時で ５ｍＷ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子式視覚支援具。 ３．プレーナ・フェイズド・アレイ・アンテナ（３０、３２）が、ビーム幅特 性が、９４ＧＨｚで２°以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子式視 覚支援具。 ４．前記電圧制御発振器（３４）が、プレーナ・フェイズド・アレイ・アンテ ナ（３０、３２）の送信アンテナ（３０）に出力信号を与えるために使用され、 前記送信手段中の帰還ループ（３４、３６、３８、４０、４２、４４、４６）が 、電圧制御発振器（３４）の動作を安定化するために使用されることを特徴とす る請求項１に記載の電子式視覚支援具。 ５．レーダ・フロント・エンド・アセンブリ（２２）が、前記人の頭部に装着 されるようになされることを特徴とする請求項１に記載の電子式視覚支援具。 ６．レーダ・フロント・エンド・アセンブリ（２２）が、メガネの形で構成さ れ、レーダ・システムの送信アンテナ（３０）と受信アンテナ（３２）の両方が 、メガネのそれぞれのレンズ要素（７５）上に保持され、送信機回路と受信機回 路の両方のアナログ部（３８、４０、４２、５２、５４、５６）が、メガネのそ れぞれの側面サポート・フレーム（８２、８４）上に保持されることを特徴とす る 請求項１に記載の電子式視覚支援具。 ７．電子式視覚支援具が、周波数が３５ギガヘルツ（ＧＨｚ）ないし２２０ギ ガヘルツの電磁放射によって動作するように構成されることを特徴とする請求項 １に記載の電子ビューング・エイド。 ８．電磁放射の周波数が９４ＧＨｚであることを特徴とする請求項６に記載の 電子式視覚支援具。 ９．小型レーダ・フロント・エンド・アセンブリ（２２）が、使用時に、信号 処理手段（２４）から離隔されることを特徴とする請求項１に記載の電子式視覚 支援具。 １０．電源と信号処理手段（２４）が共に、前記人がベルトパック、チェスト パック、バックアップのいずれかとして装着するように設計された好都合なパッ ケージに取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の電子式視覚支援具。 １１．感覚手段が、音声出力手段であり、前記人が装着しているイヤホン（９ ８）に直接音声信号を送ることを特徴とする請求項１に記載の電子式視覚支援具 。 １２．レーダ・システム（２２、２４）が、周波数変調連続波タイプのもので あることを特徴とする請求項１に記載の電子式視覚支援具。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｈ０１Ｑ 1/38 7605−5Ｊ Ｈ０１Ｑ 1/38 21/06 4241−5Ｊ 21/06 Ｈ０３Ｄ 9/06 4239−5Ｊ Ｈ０３Ｄ 9/06 Ｆ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．人が装着するようになされた小規模で携帯可能な個人用レーダ・システム （２２、２４）を備える電子式視覚支援具であって、前記レーダ・システムが、 ミリ波長電磁放射によって動作する小型レーダ・フロント・エンド・アセンブリ （２２）と、電源と、信号処理手段（２４）と、感覚出力手段（９８）とを含む ことを特徴とする電子式視覚支援具。 ２．レーダ・フロント・エンド・アセンブリ（２２）が、前記人の頭部に装着 されるようになされることを特徴とする請求項１に記載の電子式視覚支援具。 ３．レーダ・フロント・エンド・アセンブリ（２２）が、メガネの形で構成さ れ、レーダ・システムの送信アンテナ（３０）と受信アンテナ（３２）の両方が 、メガネのそれぞれのレンズ要素（７５）上に保持され、送信機回路と受信機回 路の両方のアナログ部（３８、４０、４２、５２、５４、５６）が、メガネのそ れぞれの側面サポート・フレーム（８２、８４）上に保持されることを特徴とす る請求項１に記載の電子式視覚支援具。 ４．電子式視覚支援具が、周波数が３５ギガヘルツ（ＧＨｚ）ないし２２０ギ ガヘルツの電磁放射によって動作するように構成されることを特徴とする請求項 １または請求項３に記載の電子ビューング・エイド。 ５．電磁放射の周波数が９４ＧＨｚであることを特徴とする請求項４に記載の 電子式視覚支援具。 ６．電源と信号処理手段（２４）が共に、前記人がベルトパック、チェストパ ック、バックアップのいずれかとして装着するように設計された好都合なパッケ ージに取り付けられることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の電子 式視覚支援具。 ７．感覚手段が、音声出力手段であり、前記人が装着しているイヤホン（９８ ）に直接音声信号を送ることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の電 子式視覚支援具。 ８．レーダ・システム（２２、２４）が、周波数変調連続波タイプのものであ ることを特徴とする前記請求項のいずれか一項に記載の電子式視覚支援具。 ９．レーダ・システム（２２、２４）が、ビーム幅が非常に狭いことを特徴と するプレーナ・フェイズド・アレイ・アンテナ（３０、３２）を含むことを特徴 とする前記請求項のいずれか一項に記載の電子式視覚支援具。 １０．レーダ・システム（２２、２４）が、ビーム幅特性が９４ＧＨｚで２° であるプレーナ・フェイズド・アレイ（３０、３２）を含むことを特徴とする請 求項９に記載の電子式視覚支援具。