WO2002079799A1

WO2002079799A1 - Appareil, materiel et procede de mesure de distance

Info

Publication number: WO2002079799A1
Application number: PCT/JP2002/001825
Authority: WO
Inventors: Tadamitsu Iritani
Original assignee: Sekisui Jushi Corporation
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2002-10-10
Also published as: JP3461498B2; KR20030078961A; KR100799275B1; EP1365256A1; CN100397095C; JP2002357656A; EP1365256A4; CN1578913A; CA2440969A1

Description

明細書距離測定装置、距離測定設備および距離測定方法技術分野

本発明は、距離測定装置に関する。 '

アンテナや発光器から発信された電波や光等の波（進行波）は、その進行方向に測定対象があると、その測定対象で反射して進行波と逆向きに進む反射波となる。このため、アンテナ等から連続して電波等を出力すると、進行波と反射波が干渉して、アンテナと測定対象との間には定在波が形成される。本発明は上記のような定在波を用いて、測定対象までの距離を測定する距離測定装置、距離測定設備および距離測定方法に関する。背景技術

電波を利用した距離決定装置としては、マイクロ波やミリ波を用いた電波レーダが一般によく知られている。電波レーダは方式によりパルスレーダ、 F M CWレーダ等に分けられる。また、最近ではスペクトル拡散レーダあるいは C DMAレーダも見られる。

パルスレーダは、パルス信号を発信してからそれが測定対象で反射し戻ってくるまでの時間を計測することにより測定対象までの距離を求めるものである。また、スペクトル拡散レーダや C DMAレーダも基本的にはパルスレーダ同様、測定対象までの往復の伝搬時間に基づき距離を測定するものである。

FMCWレーダは、周波数掃引した連続波を発信し発信信号と反射信号の周波数差から測定対象までの距離を求めるものである。この方式は測定対象の移動速度も同時に測^ることができるという特徴がある。

しかるに、これらのレーダでは一般的に近距離の測定が難しく、最小探知距離は数 1 O m以上であるという問題がある。

また、その他のレーダとしてはドッブラレーダがあり、このドッブラレーダは構造が簡単で近距離対象の測定も可能であるが、停止している測定対象までの距離を測定することはできないという問題がある。

さらに、従来のレーダでは、複数のレーダを近くで同時に使用した場合、受信器が他のレーダから発信された信号を受信することを避ける手段がなく、測定誤差が著しく増大したり、測定ができなくなるという問題がある。

一方、現在、車に対する障害物、特に歩行者との衝突を回避するために、障害物を検出し、その障害物と車の間の距離を測定する車載レーダが検討されている。この車載レーダは、最小探知距離が数 1 0 cm以下かつ相対的に停止している測定対象との間の距離の測定が必要であり、しかも他の車の車載レーダの発信信号の影響を受けることなく距離測定を行えなければならない。し力、し、従来のレーダでは、この 3つの条件を満たすことができない。したがって、上記の 3つの条件を満たすレーダが求められている。 ' 発明の開示

第 1発明の距離測定装置は、測定対象までの距離を測定するための測定装置であって、該測定装置が、出力信号の周波数が可変である発信源と、該発信源に接続され、該発信源から出力された出力信号の周波数と同一の周波数を有する電磁波を、前記測定対象との間に存在する伝搬媒質に放出する送信手段と、該送信手段と前記測定対象との間に設けられ、該送信手段と前記測定対象との間において、前記伝搬媒質中に形成される定在波の振幅を検知し、検知した定在波の振幅に対応する検出信号を出力する検出手段と、該検出手段が発信した検出信号および前記発信源から発信された出力信号の周波数情報が入力され、前記出力信号の周波数に対する前記検出信号の値を示す検出信号関数を形成し、その周期から前記検出手段と前記測定対象との間の距離を算出する信号処理器とからなることを特徵とする。

第 2発明の距離測定装置は、測定対象までの距離を測定するための測定装置であって、該測定装置が、出力信号の周波数が可変である発信源と、該発信源に接続され、該発信源から出力された出力信号の周波数と同一の周波数を有する電磁波を、前記測定対象との間に存在する伝搬媒質に放出する送信手段と、該送信手段と前記測定対象との間に設けられ、該送信手段と前記測定対象との間において、前記伝搬媒質中に形成される定在波の振幅を検知し、検知した定在波の振幅に対応する検出信号を出力する検出手段と、該検出手段が発信した検出信号および前記発信源から発信された出力信号の周波数情報が入力され、前記出力信号の周波数に対する前記検出信号の値を示す検出信号関数を形成し、該検出信号関数が極大または極小となる少なくとも 2以上の出力信号の周波数を検出し、該 2以上の出力信号の周波数のうち 2つの選択周波数と、該 2つの選択周波数の間における極大または極小となる出力信号の周波数の数とから前記検出手段と前記測定対象との間の距離を算出する信号処理器とからなることを特徴とする。

第 3発明の距離測定装置は、第 2発明において、前記発信源から出力される出力信号を周波数変調させるための変調器が設けられており、前記検出手段が、前記定在波の振幅を検出し、その振幅に対応した振幅を有する検知信号を出力する受信部と、前記変調器から変調信号が入力され、該変調信号によって前記検知信号を同期検波して検波信号を形成し、該検波信号の振幅に対応する検出信号を出力する検波部とを備えたことを特徴とする。

第 4発明の距離測定装置は、測定対象までの距離を測定するための測定装置であって、該測定装置が、周期的に発光強度が変化する光を発信し、その周波数が可変である発光源と、該発光源から発信された光を 2つに分光し、分光された一方の光を前記測定対象との間に存在する伝搬媒質に放出する分光手段と、前記測定対象で反射した一方の光と、分光された他方の光を干渉させて定在波を形成する定在波形成手段と、該定在波形成手段によって形成された定在波の振幅を検知し、検知した定在波の振幅に対応する検出信号を出力する検出手段と、該検出手段が発信した検出信号および前記発光源から発信された光の発光強度変化の周波数情報が入力され、該光の発光強度変化の周波数に対する検出信号の値を示す検出信号関数を形成し、その周期から前記検出手段と前記測定対象との間の距離を算出する信号処理器とからなることを特徴とする。

第 5発明の距離測定装置は、測定対象までの距離を測定するための測定装置であって、該測定装置が、周期的に発光強度が変化する光を発信し、その周波数が可変である発光源と、該発光源から発信された光を 2つに分光し、分光された一方の光を前記測定対象との間に存在する伝搬媒質に放出する分光手段と、前記測定対象で反射した一方の光と、分光された他方の光を干渉させて定在波を形成する定在波形成手段と、該定在波形成手段によって形成された定在波の振幅を検知し、検知した定在波の振幅に対応する検出信号を出力する検出手段と、該検出手段が発信した検出信号および前記発光源から発信された光の発光強度変化の周波数情報が入力され、該光の発光強度変化の周波数に対する検出信号の値を示す検出信号関数を形成し、該検出信号関数が極大または極小となる少なくとも 2以上の発光強度変化の周波数を検出し、該 2以上の発光強度変化の周波数のうち 2つの選択周波数と、該 2つの選択周波数の間における極大または極小となる出力信号の周波数の数とから前記検出手段と前記測定対象との間の距離を算出する信号処理器とからなることを特徴とする。

第 6発明の距離測定装置は、第 5発明において、前記発光源が発信する光の発光強度変化を周波数変調させるための変調器が設けられており、前記検出手段が、前記定在波の振幅を検出し、その振幅に対応した振幅を有する検知信号を出力する受信部と、前記変調器から変調信号が入力され、該変調信号によつて前記検知信号を同期検波して検波信号を形成し、該検波信号の振幅に対応する検出信号を出力する検波部とを備えたことを特徴とする。

第 7発明の距離測定設備は、測定対象の空間座標を検出することができる測定設備であって、該測定設備が、複数の第 1発明、第 2発明、第 3発明、第 4 発明、第 5発明または第 6発明の距離測定装置と、該複数の距離測定装置を、同期して作動させる制御装置とからなり、各距離測定装置の信号処理器が算出した検出手段と前記測定対象との間の距離が入力され、入力された各測定装置に,おける検出手段と前記測定対象との間の距離と、各距離測定装置の検出手段同士の相対的な位置とから測定対象の空間座標を算出する演算装置とからなることを特徴とする。

第 8発明の距離測定方法は、測定対象までの距離を測定するための測定方法であつて、送信手段によって、送信手段と測定対象の間に存在する伝搬媒質に電磁波を放出して、前記送信手段と測定対象との間において、伝搬媒質中に定在波を形成させ、前記送信手段と前記測定対象の間における一定の位置において、検出手段によつて、前記定在波の振幅を検出し、前記送信手段が放出する電磁波の周波数を変ィ匕させて、該周波数に対する前記定在波の振幅を示す振幅曲線を形成し、該振幅曲線の周期から、前記検出手段と前記測定対象との間の距離を算出することを特徵とする。図面の簡単な説明 - 図 1は第一実施形態の距離測定装置 10Aの概略プロック図である。

図 2は（A) は検出信号関数 A ( f , ά _τ) を示した図であり、（Β ) および（

C ) は、検出信号関数 A ( f , d _x) をフーリエ変換した変換関数 F ( c y) を示した図である。

図 3は距離測定装置 1 0 Aによって測定対象 Mまでの距離を測定する作業のフローチヤ—卜である。

図 4は距離測定装置 1 0 Aによって測定対象 Mまでの距離を測定する作業のフローチャートである。

図 5は第二実施形態の距離測定装置 1 0 Bの概略プロック図である。

図 6は（A) は、出力信号の周波数と、受信部 13Bの位置における定在波 Sの振幅 S Pの関係を示した図であり、（B ) は検波部 13bが出力した検出信号と発信部 11aが出力した信号の周波数 fから形成される検出信号関数 A ( f , d _x ) を示した図である。

図 7は距離測定装置 10B によって測定対象 Mまでの距離を測定する作業のフロ —チヤ一トである。

図 8は定在波 Sの形成を説明する概略説明図である。

図 9は伝送線路 Lに沿つた距離を測定する距離測定装置 1 0 Cの概略説明図である。

図 1 0は第三実施形態の距離測定装置 10D のプロック図である。

図 1 1は本実施形態の距離測定設備 1のプロック図である。

図 1 2は (A) は本実施形態の距離測定設備 1による位置測定方法の概略説明図であり、（B) は位置を算出するために使用される式である。発明を実施するための最良の形態

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。

図 1は、第一実施形態の距離測定装置 10Aの概略ブロック図である。

同図に示すように、第一実施形態の距離測定装置 10Aは、発信源 1 1、送信手段 1 2、検出手段 1 3および信号処理器 1 4から基本構成されており、送信手段 1 2と測定対象 Mとの間に形成される定在波 Sを用いて、測定対象までの距離を測定するようにしたことが特徴である。

まず、第一実施形態の距離測定装置 10Aを説明する前に、定在波 Sについて説明する。

図 8は定在波 Sの形成を説明する概略説明図である。同図に示すように、電磁波発生器 B 1から周波数 fの電磁波を空気等の伝搬媒質中に放出すると、電磁波は、進行波 Dとなって伝搬媒質中を進行する。この進行波 Dにおいて、電磁波発生器 B 1から距離 Xの位置における振幅 VDは、その周波数 f と Xの関数として、以下の式で表される。

なお、符号 cは光速を示している。

やがて、進行波 Dが測定対象 Mに到達すると、進行波 Dが測定対象 Mで反射して反射波 Rとなり、この反射波 Rは測定対象 Mから電磁波発生器 B 1に向かつて進行する。この反射波 Rにおいて、電磁波発生器 B 1から距離 Xの位置における振幅 V Rは、進行波 Dの周波数 f と電磁波発生器 B 1からの距離 Xの関数として、以下の式で表される。

VR ( f， X ) =MR . e x p ( j 2 ττ f/c · ( 2 d-x) )

(MR = r · e x p ( j ) )

なお、符号 MRは、測象 Mにおける電磁波の反射係数を示している。

そして、図 8 (B) に示すように進行波 Dと反射波 Rが干渉すると、電磁波発生器 B 1と測定対象 Mとの間に定在波 Sが形成される。この定在波 Sの振幅 S Pを、電磁発生器 B 1から X iだけ測定対象 Mに近い検出器 B 2で測定すると、検出器 B 2が検出する定在波 Sの振幅 S Pは、進行波 Dの周波数 f の関数として以下の式で示される。 S p ( f , χ = ( l + r ²+ 2 rcos ( 2 ττ f / c · 2 ά,+ ) ) ^1/2 (d^d— x^

上記のように、検出器 B 2が設けられた位置における定在波 Sの振幅 S Pは、電磁波発生器 B 1から発生される進行波 Dの周波数 f に対して周期的であつて、その周期が c / 2 となる。つまり、定在波 Sの振幅 S Pは、検出器 B 2から測定対象 Mまでの距離に反比例する。 .したがって、進行波 Dの周波数 f を ― 変化させれば、検出器 B 2が設けられた位置において、進行波 Dの周期 f に対する定在波 Sの振幅 S Pの変動周期を求めることができるので、定在波 Sによつて測定対象 Mまでの距離を測定できるのである。 '

さて、第一実施形態の距離測定装置 10Aについて説明する。

図 1に示すように、発信源 11Aは、発信部 11aと周波数制御部 libとから構 ' 成されており、発信部 11aは、例えば交流電源等、一定の周波数 fの信号を出力できるものである。周波数制御部 libは、発信部 11aが出力する信号の周波数 f を制御するためのものである。また、周波数制御部 libは、発信部 11aの発信の発信した周波数 f に関する情報、例えば、発信部 11aが発信した信号の周波数 fの数値や発信部 11aが発信する信号と同じ周波数 f を有する信号等を出力することができるものである。

前記発信源 11Aには、例えばアンテナや増幅器等の送信手段 12Aが接続されている。この送信手段 12Aは、送信手段 12Aと測定対象 Mとの間に存在する、例えば空気や水等の伝搬媒質中もしくは真空中に、発信源 11Aの発信部 11aが発信した信号と同じ周波数 f を有する電磁波を放出するものである。

このため、発信源 11Aの周波数制御部 libによって発信部 11aが発信する信号の周波数 f を変えれば、送信手段 12Aから放出される電磁波の周波数を変えることができる。

前記送信手段 12Aと測定対象 Mとの間には、アンテナや振幅検出器、自乗検波器等の検出手段 13Aが設けられている。この検出手段 13Aは、送信手段 12 Aから放出された電磁波（以下、進行波 Dという）と、測定対象 Mにおいて、反射した反射波とが干渉して形成される定在波 Sの振幅 S Pを検知するためのものであり、測定対象 Mから距離の位置に設けられている。この検出手段 1 3A.は、定在波 Sの振幅 S Pに対応する検出信号、例えば、定在波 Sの振幅 S P と同じ、もしくは振幅 S Pの自乗に比例した電流や電圧等を出力することができるものである。

前記検出手段 13Aには、信号処理器 14Aが接続されている。この信号処理器 14Aは、例えばデジタルシグナルプロセッサ（D S P ) やメモリ等であり、入力されたデータを記録する'記録部と、この記録部に記録されたデータを演算する演算部を備えており、この演算部によって検出手段 13Aから測定対象 Mまでの距離を算出することができるものである。

また、信号処理器 1 Aは、前記発信源 11Aの周波数制御部 libにも接続されており、発信源 11Aの周波数制御部 libから発信部 11aの発信した出力信号の周波数 f に関する情報（以下、単に出力信号の周波数情報という）を受けるとともに、検出手段 13Aから検出信号を受信したときに、発信源 11Aの周波数制御部 libに受信確認信号を送ることができる。

なお、第一実施形態の距離測定装置 10Aでは、送信手段 12Aと検出手段 13 Aを別々に設けているが、 1つのアンテナによって送信手段 12Aと検出手段 13 Aとを兼用させてもよい。この場合、装置をコンパクトかつ簡単な構造のものとすることができる。

つぎに、第一実施形態の距離測定装置 10Aの作用と効果を説明する。

図 2 (A) ,は検出信号関数 A ( f , d _x) を示した図であり、（B ) および（ C ) は、検出信号関数 A ( f， ά ,) をフーリエ変換した変換関数 F ( c y ) を示した図である。図 3は、距離測定装置 10Aによって測定対象 Mまでの距離を測定する作業のフローチヤ一トである。

図 1〜図 3に示すように、まず、発信源 11Aの周波数制御部 libによって、発信部 11aが発信する信号の初期周波数および最終周波数を設定する。そして、周波数制御部 libによって発信部 11aから周波数 fが初期周波数である信号を発信させれば、その信号を受けた送信手段 12Aから、周波数が初期周波数: f _tである進行波 Dが、測定対象 Mに向けて、伝搬媒質中に放出される。このとき、出力信号の周波数情報が周波数制御部 libから信号処理器 14A に送信される。送信手段 12Aから放出された進行波 Dは伝搬媒質中を伝播して、測定対象 M に到達し、この測定対象 Mで反射して反射波となり、進行波 Dと逆向き、つまり送信手段 12Aに向かって伝搬媒質中を伝播する。すると、進行波 Dと反射波が干渉して、送信手段 12Aと測定対象 Mの間における伝搬媒質中に、定在波 S が形成される。

この定在波 Sの振幅 S Pは、送信手段 12Aと測定対象 Mの間に設けられた検出手段 13Aによつて検知され、検出手段 13Aが定在波 Sの振幅 S Pに対応する検出信号を信号処理器 14Aに送信する。

検出手段 13Aからの検出信号を受けた信号処理器 14Aは、記録手段によって検出信号の値 Pを周波数制御部 libから送信された出力信号の周波数情報と 1 対 1に対応させて、記録する。同時に、周波数制御部 libに受信確認信号を送信する。

信号処理器 1 Aからの受信確認信号を受けた周波数制御部 libは、発信部 1 laが発信する信号の周波数 ίをステップ周波数 Δ fだけ変化させる。すると、送信手段 12Aから放出される進行波 Dの周波数 fが +Δ Πこ変化するが、進行波 Dは一定の速度（光速）で伝播するため、進行波 Dの波長が変化することになる。

したがって、送信手段 12Aと測定対象 Mとの間における伝搬媒質中に形成される定在裨 Sが変化し、検出手段 13Aが検知する定在波 Sの振幅 S Pが変化するので、検出手段 13Aから信号処理器 14Aに送られる検出信号の値 Pが変化する。この検出信号の値 Pは、信号処理器 1 Aの記録手段によって、発信部 11a の出力信号の周波数情報と 1対 1に対応させて、記録される。

そして、再び信号処理器 14Aからの受信確認信号を受けると、周波数制御部 libは、発信部 11aが発信する信号の周波数 f をステップ周波数 Δ f分だけ変化させる

上記の処理を、発信部 11aが発信する信号の周波数 fが最終周波数 f uと一致するまでくり返し、発信部 11aが出力する出力信号の周波数 fが最終周波数と一致すると、発信部 11aの発信が停止される。

ついで、信号処理器 14Aの演算手段によって、記録手段に記録されている出力信号の周波数情報と検出信号の値 Pをから、検出信号関数 A (f , ά,) が形成される。そして、信号処理器 1 Aの演算手段が、検出信号関数 A (f , ）をフーリエ変換することによって、変換関数 F (c y) が形成される。この変換関数 F (cy) は、検出信号関数 A (f, ά,) の周期 cyの位置にピークを有する関数となるので、信号処理機 1 Aによって変換関数 F (cy) から検出信号関数 A (f , d_x) の周期 cyを算出することができる。

前述したように、検出信号関数 A (f， ά_:) の周期 cy、つまり定在波 Sの振幅 S Pの周期は検出手段 13Aから測定対象 Mまでの距離に対して反比例するので、その周期より検出手段 13Aから測定対象 Mまでの距離を算出することができる。

したがって、距離測定装置 10Aは、検出手段 13Aから測定対象 Mまでの距離を測定することができる。

また、検出手段 13Aから測定対象 Mまでの距離は、出力信号の周波数 f に対する定在波 Sの振幅 S Pの周期にのみ依存し、送信手段 12Aによって進行波 Dを発信してから測定対象 Mに反射して検出手段 13Aに戻るまでの時間の影響を受けないので、測定対象 Mまでの距離が数 10センチ以下の近距離であつても、精度よく測定できる。

さらに、複数の測定対象 Mの間に、複数の定在波 Sが形成された場合、検出手段 13Aが発信する検出信号は、複数の定在波 Sの振幅 SPが合成された値に対応するものとなる。すると、信号処理器 1 Aの演算手段が形成する検出信号関数 A (f , ά,) は、検出手段 13Aの位置における複数の定在波 Sの振幅 SP の変動を示す関数が合成された合成関数となるが、検出信号関数 A (f , d_x) をフーリエ変換することによって形成される変換関数 F (cy) は、各定在波 Sの周期においてそれぞれ極大値を有する関数となる（図 2 (C) 参考）。したがって、複数の定在波 Sの振幅 SPの変動周期をそれぞれ求めることができるので、複数の測定対象 Mと検出手段 13Aとの間の距離 Xを、それぞれ測定することができる。

さらに、発信部 11aが出力する出力信号の周波数 f を初期周波数 f Lから最終周波数: までステップ周波数△ f ごとに直線的に変ィ匕させるかわりに、初期周波数 f_tと最終周波数間で出力信号の周波数 f をランダムに変化させて、各周波数 f における定在波 Sの振幅 S Pを測定してもよい。この場合であつても、出力信号の周波数 f と定在波 Sの振幅 SPを対応させることができるので、信号処理器 1 Aの演算手段によって検出信号関数 A (f , d_x) を形成することができる。

この場合、次のような効果が得られる。例えば、 M系列符号等に従い出力信号の周波数 f をランダムに変化させれば、距離測定装置 10A同士が、同じタイミングで、同位相かつ同じ周波数 f の電磁波を発信する確率はほとんどなくなる。

そして、定在波 Sの振幅 S Pは同一周波数の成分に。よって生じるものであるため、たとえ検出手段 13Aが他の距離測定装置が発信した電磁波を受信しても、その信号成分は低域通過フィルタ等により容易に除去可能である。

よって、他の距離測定装置から発信された電磁波によつて測定誤差が著しく増大したり、測定不能となることを防ぐことができる。

また、信号処理器 1 Aの演算手段によって、検出信号関数 A (f , ά ) の周期を求める代わりに、検出信号関数 A (f， d_x) が極大極小となる出力信号の周期数 f を 2以上求めて、それらの周波数 fから測定対象 Mと送信手段 12Aとの間の距離 Xを求めてもよい。

図 4に示すように、信号処理器 14Aによって検出信号関数 A (f , d_x) を形成した後、信号処理器 14Aによって検出信号関数 A (f, が極小または極大となる 2以上の周波数 f n〜 f n + kを検出する。

ついで、この 2以上の周波数 f n〜： f n + kのうち、 2つの選択周波数 f n ,f n + kを選択する。そして、この 2つの選択周波数 f n ，f n + kの間に形成される極小または極大となる周波数の数 k一 1を算出する。

すると、検出手段 13Aと測定対象 Mとの間の距離は、以下の式によって求められる。

d_x=k · c/ (4 · (f輒— f_N) )

つまり、 2つの選択周波数 f n , f n + kと、この 2つの選択周波数 f n , f n + kの間に形成される極小または極大となる周波数の数 k一 1を算出することによって、検出手段 13Aから測定対象 Mまでの距離を測定することかできる。つぎに、第二実施形態の距離測定装置 10Bを説明する。

図 5は第二実施形態の距離測定装置 10Bの概略ブロック図である。同図に示すように、第二実施形態の距離測定装置 10Bは、発信源 11B、送信手段 12B、検出手段 13Bおよび信号処理器 14Bに加えて、変調器 2 0を設け、信号処理器 14Bが検出信号関数 A ( f , の極大または極小となる発信部 11aの出力信号の周波数 f を検出する精度を高くしたことが特徴である。

図 5に示すように、発信源 11Bにおいて、発信部 11aと周波数制御部 libとの間には、変調器 2 0が設けられている。この変調器 2 0は、周波数制御部 11 bが発信部 11aから出力させる周波数 f を設定した場合、発信部 11aからはこの周波数 f を中心周波数として周期的に変動する信号を出力させるためのものである。つまり、発信 § 11aの出力信号に周波数変調を加えるためのものである。

また、この変調器 2 0は、検出手段 13Bに、変調信号を出力することができる。この変調信号とは、周波数変調された発信部 11aの出力信号において、周波数制御部 libが設定した周波数 f に対して周期的に変動する変動成分の信号である。

前記検出手段 1 3には、受信部 13aと検波部 13bが設けられている。

受信部 13aは、定在波 Sの振幅 S Pを検出し、その振幅 S Pに対応した振幅を有する検知信号を出力するものである。

この受信部 13aには、検波部 13bが接続されている。この検波部 13bは、前記変調器 2 0からの変調信号および受信部 13aからの検知信号を記録する記録部と、この記録部に記録された検知信号を変調信号を用いて同期検波して検波信号を形成し、この検波信号の振幅に対応する検出信号を出力する演算する演算部を備えている。

また、検波部 13bは、前記受信部 13aからの検知信号を受けると、変調器 2 0に受信確認信号を送ることができる。

なお、第一実施形態の距離測定装置 10Aと同様に、第二実施形態の距離測定装置 10B においても、送信手段 12Bと検出手段 13Bを別々に設けているが、 1つのアンテナによって送信手段 12Bと検出手段 13Bとを兼用させてもよい。この場合、装置をコンパクトかつ簡単な構造のものとすることができる。

つぎに、第二実施形態の距離測定装置 10Bの作用と効果を説明する。

なお、周波数変調を行う作業以外は、第一実施形態の距離測定装置 10Aにおいて、信号処理器 14が検出信号関数 A (f , ά,) の極大極小を求める場合と同じであるので、以下には周波数変調を行う作業のみを説明する。

図 6 (Α) は、出力信号の周波数と、受信部 13Bの位置における定在波 Sの振幅 SPの関係を示した図であり、（Β) は検波部 13bが出力した検出信号と発信部 11aが出力した信号の周波数 fから形成される検出信号関数 A (f, d, ) を示した図である。図 7は距離測定装置 10B によって測定対象 Mまでの距離を測定する作業のフローチヤ一トである。

図 5〜図 7に示すように、まず、周波数制御部 libが設定した周波数が周波数 ίである場合、変調器 20によって周波数変調が加えられ、発信部 11aからは、周波数: fが f + f d_cos0 (θ = 0) である信号が発信され、その信号を受けた送信手段 12Bから、周波数 fが初期周波数 f + f d_cos0 (0 = 0) である進行波 Dが、測定対象 Mに向けて、伝搬媒質中に放出される。このとき、出力信号の周波数変調情報が変調器 20から検出手段 13Bの検波部 13bに送信される。

すると、送信手段 12 Bと測定対象 Mの間に定在波 Sが形成され、検出手段 13Bの受信部 13aが、その位置における定在波 Sの振幅 SPを検知して、この定在波 Sの振幅 S Pに対応する検知信号を検波部 13bに送信する。

受信部 13aからの検知信号を受けた検波部 13bは、その値を変調器 20から送信された出力信号の周波数変調情報と 1対 1に対応させて、記録する。同時に、変調器 20に受信確認信号を送信する。

検出手段 13Bの検波部 13bからの受信確認信号を受けた変調器 20は、発信部 11aが発信する信号の周波数 f を f + f d_cose (θ = θ + ά θ) に変化させる。すると、送信手段 12から放出される進行波 Dの周波数 fが f + f d_cos (θ = θ+ά θ) に化するので、検出手段 13Bの受信部 13aが検知する定在波 Sの振幅 S Pが変化するので、検出手段 13Bの受信部 13aから検波部 13bに送られる検知信号の値が変化する。この検知信号は、検波部 13bの記録手段によって、発信部 11aの出力信号の周波数変調情報と 1対 1に対応させて、記録手段によって記録される。

そして、再び検出手段 13Bの検波部 13bからの受信確認信号を受けると、変調器 2 0は、発信部 11aが発信する信号の周波数 f を f + f dcos e ( θ = θ + 2 d に変化させる。

上記の処理を、発信 6 = 2 7Cとなるまでくり返す。

そして、 0 = 2 πとなると、検波部 13bの演算手段が、記録された検知信号を周波数変調情報を用いて検知信号を同期検波して検波信号を形成する。そして、検波部 13bはこの検波信号の振幅に対応する検出信号を信号処理器 14Bに出力するので、この検出信号は、発信源 11Bの周波数制御部 libから信号処理器 14Bに送られた周波数情報と 1対 1に対応させて、信号処理器 14Bの記録手段に記録される。

そして、周波数制御部 libが発信部 11aに発信させる周波数を初期周波数から最終周波数 f„まで変化させれば、信号処理器 14Bによって、検出信号周期 A ( f、が形成される。

図 6 ( B ) に示すように、この検知信号関数は、定在波 Sの振幅 S Pが極小または極大となる周波数近傍では単調増加又は単調減少、しかも、定在波 Sの振幅 S Pが極小または極大となる周波数の前後で、検出信号曲線 A ( f , ά ,) の検知信号の値 Ρの符号が変化する曲線となる。

したがって、第二実施形態の距離測定装置 10Bによれば、'定在波 Sの振幅 S Ρが極小または極大となる周波数 f の検出が正確になり、測定誤差を小さくすることができる。

また、前述の距離測定装置 1 0による距離測定方法を応用すれば、ロボットや N Cマシン等の産業機械において、作業を行う装置までの距離を測定することも可能である。

図 9において、符号 Lは、作業を行う装置などに信号を送信する、例えばマイクロスプリットライン等の複数本の電線が平行に設けられた伝送線路を示している。この伝送線路 Lの近傍には、作業を行う装置等の測定対象 M l ,M 2 が配設されている。この測定対象 M l ,Μ 2に金属片等を設けておき、この金属片等を伝送線路 Lに近づけておく。そして、伝送線路 Lに、信号源抵抗 R S を通して、発信源 11C となる交流電源から交流電流を供給する。

すると、金属片が近づけられた位置、つまり測定対象 M l，M 2の位置では、交流電流が形成する電場が乱れるので、測定対象 M l，M 2の位置と信号源抵抗 R Sとの間には定在波 Sが形成される。このため、発信源 11C となる交流電源の周波数を変化させて、自乗検波器等の検出手段 13C によって交流電流の電力を検知すれば、信号処理機 14C によって検出手段 13Cから測定対象 M l ，M 2までの伝送線路 Lに沿つた長さを測定することができる。

しかも、定在波 Sは、曲がった伝送線路 Lに沿って形成されるため、伝送線路 Lが曲がっていても、信号源抵抗 R Sから測定対象 M l ,Μ 2までの伝送線路 Lに沿つた長さを正確に求めることができる。

さらに、伝送線路 Lの終端抵抗 Rtを不整合状態にして、伝送線路 Lの終端と信号源抵抗 R Sとの間に定在波 Sを形成すれば、伝送線路 Lの全長も定在波 S によって計測すれることができる。したがって、伝送線路 Lの全長がわかっていれば、定在波 Sによって計測された伝送線路 Lの全長と、実際の伝送線路 L の全長によって、検出手段 13Cから測定対象 M l ,Μ 2までの伝送線路 Lに沿つた長さを補正することができるので、測定結果が正確になる。 '

つぎに、第三実施形態の距離測定装置 10Dを説明する。

図 1 0は第三実施形態の距離測定装置 10Dのブロック図である。同図に示すように、発信源 11D、分光手段 3 1 、反射用ミラー 3 2、検出手段 13Dおよび信号処理器 14Dから基本構成されており、第一、第二実施形態の距離測定装置 10A ,ΙΟΒと異なり、発信源 11D力発信する光の強度を周期的に変化させて、分光手段 3 1 と検出手段 13Dの間に形成される定在波 Sによって、測定対象 Μまでの距離を測定するようにしたことが特徴である。

なお、検出手段 13D によって検知された検出信号から、検出手段 13D と測定対象 Μまでの距離を算出する方法は、前述の第一実施形態の距離測定装置 10 Αと同様であるので、以下には第三実施形態の距離測定装置 10Dの構成のみを説明する。

図 1 0に示すように、発信源 11Dは、発信部 11aと周波数制御部 libとから構成されており、発信部 11aは、例えばレーザや発光ダイオード等、発信する光の発光強度を、その強度変化が一定の周波数 f となるように出力することができるものである。周波数制御部 libは、発信部 11aが出力する光の発光強度変化の周波数 f を制御するためのものである。また、周波数制御部 libは、発信部 11aの発信の発信した光の発光強度変化の周波数 ίに関する情報、例えば、発信部 11aが発信した光の発光強度変化の周波数 fの数値や発信部 11aが発信する光の発光強度変化の周波数 f と同じ周波数 f を有する信号等を出力することができるものである。

発信源 11Dの発信部 11aと測定対象 Mの間には、例えばビームススプリッ夕等の分光手段 3 1が設けられている。この分光手段 3 1は、発信源 11Dの発信部 11aから発信された光を 2つに分光し、分光された一方の光を測定対象 Mとの間に存在する伝搬媒質中に放出するものである。分光された他方の光は、後' 述する反射用ミラー 3 2に供給される。

また、分光手段 3 1は、測定対象 Mで反射して戻ってきた反射光を、後述する検出手段 13D に向けて反射することができる。

前記分光手段 3 1の側方には、反射用ミラーが設けられている。この反射用ミラー 3 2は、前記分光手段 3 1によって分光された他方の光の光を再び分光手段 3 1に向けて反射するものである。この反射用ミラー 3 2によって反射された光は、分光手段 3 1を透過し、後述する検出手段 13D に向けて進行する。このため、分光手段 3 1と後述する検出手段 13D との間において、測定対象 Mで反射して戻ってきた反射光と反射用ミラ一 3 2によって反射された光とが干渉し、分光手段 3 1と後述する検出手段 13D との間に定在波 Sが形成されるのである。

前記分光手段 3 1の側方において、'分光手段 3 1を挟んで前記反射用ミラーと線対称の位置には検出手段 13Dが設けられている。この検出手段 13Dは、測定対象 Mで反射して戻ってきた反射光と反射用ミラー 3 2によって反射された光とが干渉して形成される定在波 Sの振幅 S Pを検知するためのものである。この検出手段 13Dは、定在波 Sの振幅 S Pに対応する検出信号、例えば、定在波 Sの振幅 S Pの発光強度を検知して発光強度を電圧に変換して検知信号を出力するフォトデイデクタ一を備えており、このフォトデイデクタ一から出力される検知信号は、定在波 Sの振幅 S Pと同じもしくは振幅 S Pの自乗に比例した電流や電圧等を出力することができるものである。

前記検出手段 13Dには、信号処理器 14Dが接続されている。この信号処理器 14Dは、例えばデジタルシグナルプロセッサ（D S P) やメモリ等であり、入力されたデータを記録する記録部と、この記録部に記録されたデータを演算する演算部を備えており、この演算部によって分光手段 3 1から測定対象 Mまでの距離 dを算出することができるものである。

また、信号処理器 14Dは、前記発信源 11Dの周波数制御部 libにも接続されており、発信源 11Dの周波数制御部 libから発信部 11aの発信した出力信号の周波数 fに関する情報（以下、単に出力信号の周波数情報という）を受けるとともに、検出手段 1 3Dから検出信号を受信したときに、発信源 11Dの周波数制御部 libに受信確認信号を送ることができる。

したがって、第三実施形態の距離測定装置 10D によれば、第一実施形態の距離測定装置 10D と同様に、分光手段 3 1から測定対象 Mまでの距離 dを測定することができる。

また、測定対象 Mまでの距離 Xが数 1 0センチ以下の近距離であっても、精度よく測定できる。

さらに、発信部 11aが出力する出力信号の周波数 f を、初期周波数 f _Lと最終周波数 f _υ間でランダムに変化させれば、他の距離測定装置から発信された光によつて測定誤差が著しく増大したり、測定不能となることを防ぐことができるさらに、複数の定在波 Sの振幅 S Ρの変動周期をそれぞれ求めることができるので、複数の測定対象 Μと分光手段 3 1との間の距離 dを、それぞれ測定することができる。

なお、信号処理器 14Dの演算手段によって、検出信号関数 A ( f , d が極大極小となる出力信号の周期数 fを 2以上求めて、それらの周波数 f ら測定対象 Mと分光手段 3 1との間の距離 dを求める場合、初期周波数; ^を 0 H zとして、任意の最終周波数まで出力信号の周期数 fを変化させてもよい。この場合、検出信号関数 A ( f， d ,) において、出力信号の周期数 fが 0の場合には必ず検出信号関数 A ( f , ά ,) は極大となる。したがって、初期周波数 f _Lから最終周波数の間において、検出信号関数 A ( f , dj) が極大となる出力信号の周期数 fを 1つだけ求めるだけで、その周波数 f と初期周波数 f _Lとを用いて、測定対象 Mと分光手段 3 1との間の距離 dを求めることができる。

さらになお、第二実施形態の距離測定装置 10B と同様に、発信する発光強度に周波数変調を加える変調器を設ければ、定在波の振幅が極小または極大となる周波数の検出が正確になり、測定誤差を小さくすることができる。

つぎに、本実施形態の距離測定設備 1を説明する。

図 1 1は本実施形態の距離測定設備 1のブロック図である。同図に示すように、本実施形態の距離測定設備 1は、複数の前記距離測定装置 1 0を備えている。この複数の距離測定装置 1 0には、制御装置 3が接続されている。この制御装置 3は、前記複数の距離測定装置 1 0を同期して作動させるためのものであり、各距離測定装置 1 0から、電磁波を伝搬媒質中に同時に放出させることができる。また、複数の距離測定装置 1 0には、演算装置.2が接続されている。この演算装置 2には、各距離測定装置 1 0の信号処理器 1 4が算出した検出手段 1 3 と測定対象 Mとの間の距離 Xが入力されるものであり、この入力された各測定装置 1 0における検出手段 1 3と測定対象 Mとの間の距離および各距離測定装置 1 0の検出手段 1 3同士の相対的な位置とから測定対象 Mの空間座標を算出することができる。

つぎに、本実施形態の距離測定設備 1の作用と効果を説明する。

図 1 2 (A) は本実施形態の距離測定設備 1による位置測定方法の概略説明図であり、図 1 2 (B) は位置を算出するために使用される式である。同図に示すように、制御装置 3によって、 2つの距離測定装置 1 0を同期し、同時に電磁波を発信させる。すると、各距離測定装置 1 0と測定対象 Mとの間に定在波 S 1 , S 2が形成され、各距離測定装置 1 0から測定対象 Mまでの距離 d 1 , d 2 が算出される。

この各距離測定装置 1 0から測定対象 Mまでの距離 d 1 , d 2が、演算装置 2に入力される。図 1 2 (A) に示すように、各距離測定装置 1 0同士の距離は rであるから、両者の中間位置から測定対象までの距離 dが算出され、両者の二等分線と、前記中間位置と測定対象 Mを結ぶ線分とのなす角度 øが算出される。

したがって、各距離測定装置 1 0の中間位置から測定対象までの距離 dと、前記中間位置と測定対象 Mを結ぶ線分とのなす角度 Θを用いれば、各距離測定装 « 1 0と前記測定対象 Mが存在する平面における、各距離測定装置 1 0と前記測定対象 Mの相対的な位置を把握することができる。

なお、各距離測定装置 1 0を 3つ設ければ、各距離測定装置 1 0と測定対象 Mとの相対的な位置関係を 3 ^的に把握することができる。産業上の利用可能性

第 1発明によれば、以下の (1) 〜(4) に示す効果が得られる。

(1)発信源から出力された出力信号の周波数を変化させれば、送信手段から放出される電磁波の波長が変化するので、送信手段と測定対象との間の伝搬媒質中に形成される定在波が変化し、検出手段が設けられた位置における定在波の振幅が変化する。このため、出力信号の周波数を変化させれば検出手段が出力する検出信号の値が変化するので、出力信号の周波数情報と検出信号の値から、信号処理器によって検出信号関数を形成させることができる。検出手段が設けられた位置における定在波の振幅は、電磁波の周波数、つまり発信源から出力された出力信号の周波数に対して周期的に変化し、その周期は検出手段から測定対象までの距離に対して反比例する。したがって、定在波の振幅の周期、つまり検出信号関数の周期が求められるから、その周期より検出手段から測定対象までの距離を算出することができ、検出手段から測定対象までの距離を測定することができる。

(2)検出手段から測定対象までの距離は、出力信号の周波数に対する定在波の振幅の変動周期にのみ依存し、送信手段によって電磁波を発信してから測定対象に反射して検出手段に戻るまでの時間の影響を受けないので、測定対象までの距離が数 1 0センチ以下の近距離であっても、精度よく測定できる。

(3)検出信号関数を形成させるときに、出力信号の周波数をランダムに変化させた場合、例えば、 M系列符号等に従い出力信号の周波数をランダムに変化させれば、距離測定装置同士が、同じタイミングで、同位相かつ同じ周波数の電磁波を発信する確率はほとんどなくなる。よって、他の距離測定装置から発信された電磁波によって測定誤差が著しく増大したり、測定不能となることを防ぐことができる。 '

(4)検出信号関数をフーリエ変換することによって前記周期を求めれば、'複数の測定対象の間に形成された複数の定在波の振幅を同時に測定しても、各定在波に対してそれぞれ周期を求めることができる。よって、複数の測定対象と検出手段との間の距離をそれぞれ測定することができる。

第 2発明によれば、以下の (1)〜(3) に示す効果が得られる。

(1)発信源から出力された出力信号の周波数を変化させれば、送信手段から放出される電磁波の波長が変化するので、送信手段と測定対象との間の伝搬媒質中に形成される定在波が変化し、検出手段が設けられた位置における定在波の振幅が変化する。このため、出力信号の周波数を変化させれば検出手段が出力する検出信号の値が変化するので.、出力信号の周波数情報と検出信号の値から、信号処理器によって検出信号関数を形成することができる。検出手段が設けられた位置における定在波の振幅は、電磁波の周波数、つまり発信源から出力された出力信号の周波数に対して周期的に変化し、その周期は検出手段から測定対象までの距離に対して反比例する。したがって、定在波の振幅が極大または極小となる周波数、つまり検出信号関数が極小または極大となる 2以上の周波数を検出し、この 2以上の周波数のうち、任意に選択した 2つの選択周波数と、その選択周波数の間に形成される極小または極大となる周波数の数を算出すれば、検出信号関数の周期を求めることができるので、検出手段から測定対象までの距離を測定することかできる。

(3)検出信号関数を形成させるときに、出力信号の周波数をランダムに変化させた場合、例えば、 M系列符号等に従い出力信号の周波数をランダムに変化させれば、距離測定装置同士が、同じタイミングで、同位相かつ同じ周波数の電磁波を発信する確率はほとんどなくなる。よって、他の距離測定装置から発信された電磁波によつて測定誤差が著しく増大したり、測定不能となることを防ぐことができる。

第 3発明によれば、以下の (4) に示す効果が得られる。

(4)受信部が出力した検知信号を同期検波して検波信号を形成し、この検波信号の振幅に対応する検出信号を検波部が出力する。すると、検出信号曲線は、定在波の振幅が極小または極大となる周波数近傍では単調増加又は単調減少、しかも、定在波の振幅が極小または極大となる周波数の前後で、検出信号曲線の検出信号の値の符号が変化する曲線となる。したがって、定在波の振幅が極小または極大となる周波数の検出が正確になり、測定誤差を小さくすることがでさる。

第 4発明によれば、以下の (6)〜(9) に示す効果が得られる。

(6)発光源から発信された光の発光強度変化の周波数を変化させれば、光の発光強度変化の波長が変化するので、定在波形成手段によって形成される定在波が変化し、検出手段が検知する定在波の振幅が変化する。このため、光の発光強度変化の周波数を変化させれば検出手段が出力する検出信号の値が変化するので、光の発光強度変化の周波数情報と検出信号の値から、信号処理器によって検出信号関数を形成させることができる。検出手段が検知する定在波の振幅は、光の発光強度変化の周波数に対して周期的に変化し、その周期は検出手段から測定対象までの距離に対して反比例する。したがって、信号処理器によって検出信号関数の周期が求められるから、その周期より検出手段から測定対象までの距離が算出することができ、検出手段から測定対象までの距離を測定することができる。

(7)検出手段から測定対象までの距離は、光の発光強度変化の周波数に対する定在波の振幅の変動周期にのみ依存し、発光源によって光を発信してから測定対象に反射して検出手段に戻るまでの時間の影響を受けないので、測定対象までの距離が数 1 0センチ以下の近距離であっても、精度よく測定できる。 (8)検出信号関数を形成させるときに、光の発光強度変化の周波数をランダムに変化させた場合、例えば、 M系列符号等に従い光の発光強度変化の周波数をランダムに変化させれば、距離測定装置同士が、同じタイミングで、同位相かつ光の発光強度変化の周波数が同じである光を発信する確率はほとんどなくなる。よって、他の距離測定装置から発信された光によって測定誤差が著しく増大したり、測定不能となることを防ぐことができる。

(9)検出信号関数をフーリエ変換することによって前記周期を求めれば、複数の測定対象の間に形成された複数の定在波の振幅を同時に測定しても、各定在波に対してそれぞれ周期を求めることができる。よって、複数の測定対象と検出手段との間の距離をそれぞれ測定することができる。

第 5発明によれば、以下の (6)〜(8)に示す効果が得られる。

(6)発光源から発信された光の発光強度変化の周波数を変化させれば、光の発光強度変化の波長が変化するので、定在波形成手段によつて形成される定在波が変化し、検出手段が検知する定在波の振幅が変化する。このため、光の発光強度変化の周波数を変化させれば検出手段が出力する検出信号の値が変化するので、光の発光強度変化の周波数情報と検出信号の値から、信号処理器によって検出信号関数を形成させることができる。検出手段が検知する定在波の振幅は、光の発光強度変化の周波数に対して周期的に変化し、その周期は検出手段から測定対象までの距離に対して反比例する。したがって、定在波の振幅が極大または極小となる発光強度変化の周波数、つまり検出信号関数が極小または極大となる 2以上の光の発光強度変化の周波数を検出し、この 2以上の光の発光強度変化の周波数のうち、任意に選択した 2つの選択周波数と、その選択周波数の間に形成される極小または極大となる周波数の数を算出すれば、検出信号関数の周期を求めることができるので、検出手段から測定対象までの距離を測定することかできる。

第 6発明によれば、以下の (10) に示す効果が得られる。

(10)受信部が出力した検知信号を同期検波して検波信号を形成し、この検波信号の振幅に対応する検出信号を検波部が出力する。すると、検出信号曲線は、定在波の振幅が極小または極大となる周波数近傍では単調増加又は単調減少、しかも、定在波の振幅が極小または極大となる周波数の前後で、検出信号曲線の検出信号の値の符号が変化する曲線となる。したがって、定在波の振幅が極小または極大となる光の発光強度変化の周波数の検出が正確になり、測定誤差を小さくすることができる。

第 7発明によれば、以下の (11) に示す効果が得られる。

(11)複数の距離測定装置を同期して作動すれば、同じ時間における測定対象と各距離測定装置の検出手段との間の距離を同時に求めることができる。したがつて、各距離測定装置の検出手段同士の相対的な位置が分かっているので、測定対象の空間座標を算出することができ、測定手段と測定対象との相対的な位置関係を 2次元または 3次元的に把握することができる。

第 8発明によれば、以下の (1)〜(4) に示す効果が得られる。

(1)発信源から出力された出力信号の周波数を変化させれば、送信手段から放出される電磁波の波長が変化するので、送信手段と測定対象との間の伝搬媒質中に形成される定在波が変化し、検出手段が設けられた位置における定在波の振幅が変化する。このため、出力信号の周波数を変化させれば検出手段が出力する検出信号の値が変化するので、出力信号の周波数情報と検出信号の値から、信号処理器によって検出信号関数を形成させることができる。検出手段が設けられた位置における定在波の振幅は、電磁波の周波数、つまり発信源から出力された出力信号の周波数に対して周期的に変化し、その周期は検出手段から測定対象までの距離に対して反比例する。したがって、信号処理器によって検出信号関数の周期が求められるから、その周期より検出手段から測定対象までの距離が算出することができ、検出手段から測定対象までの距離を測定することができる。

(4)検出信号関数をフーリエ変換することによって前記周期を求めれば、複数の測定対象の間に形成された複数の定在波の振幅を同時に測定しても、各定在波に対してそれぞれ周期を求めることができる。よって、複数の測定対象と検出手段との間の距離をそれぞれ測定することができる。

Claims

請求の範囲

1 測定対象までの距離を測定するための測定装置であって、該測定装置が、出力信号の周波数が可変である発信源と、該発信源に接続され、該発信源から出力された出力信号の周波数と同一の周波定在波の振幅に対応する検出信号を出力する検出手段と、該検出手段が発信した検出信号および前記発信源から発信された出力信号の周波数情報が入力され、前記出力信号の周波数に対する数を有する電磁波を、前記測定対象との間に存在する伝搬媒質に放出する送信手段と、該送信手段と前記測定対象との間に設けられ、該送信手段と前記測定対象との間において、前記伝搬媒質中に形成される定在波の振幅を検知し、検知した前記検出信号の値を示す検出信号関数を形成し、その周期から前記検出手段と前記測定対象との間の距離を算出する信号処理器とからなることを特徴とする距離測定装置。

2 測定対象までの距離を測定するための測定装置であって、該測定装置が、出力信号の周波数が可変である発信源と、該発信源に接続され、該発信源から出力された出力信号の周波数と同一の周波数を有する電磁波を、前記測定対象との間に存在する伝搬媒質に放出する送信手段と、該送信手段と前記測定対象との間に設けられ、該送信手段と前記測定対象との間において、前記伝搬媒質中に形成される定在波の振幅を検知し、検知した定在波の振幅に対応する検出信号を出力する検出手段と、該検出手段が発信した検出信号および前記発信源から発信された出力信号の周波数情報が入力され、前記出力信号の周波数に対する前記検出信号の値を示す検出信号関数を形成し、該検出信号関数が極大または極小となる少なくとも 2以上の出力信号の周波数を検出し、該 2以上の出力信号の周波数のうち 2つの選択周波数と、該 2つの選択周波数の間における極大または極小となる出力信号の周波数の数とから前記検出手段と前記測定対象との間の距離を算出する信号処理器とからなることを特徴とする距離測定装

3 前記発信源から出力される出力信号を周波数変調させるための変調器が設けられており、前記検出手段が、前記定在波の振幅を検出し、その振幅に対応した振幅を有する検知信号を出力する受信部と、前記変調器から変調信号が入力され、該変調信号によつて前記検知信号を同期検波して検波信号を形成し、該検波信号の振幅に対応する検出信号を出力する検波部とを備えたことを特徴とする請求項 2記載の

4 測定対象までの距離を測定するための測定装置であって、該測定装置が、周期的に発光強度が変化する光を発信し、その周波数が可変である発光源と、該発光源から発信された光を 2つに分光し、分光された一方の光を前記測定対象との間に存在する伝搬媒質に放出する分光手段と、前記測定対象で反射した一方の光と、分光された他方の光を干渉させて定在波を形成する定在波形成手段と、該定在波形成手段によって形成された定在波の振幅を検知し、検知した定在波の振幅に対応する検出信号を出力する検出手段と、該検出手段が発信した検出信号および前記発光源から発信された光の発光強度変化の周波数情報が入力され、該光の発光強度変化の周波数に対する検出信号の値を示す検出信号関数を形成し、その周期から前記検出手段と前記測定対象との間の距離を算出する信号処理器とからなることを特徴とする距離測定装置。

5 測定対象までの距離を測定するための測定装置であって、該測定装置が、周期的に発光強度が変化する光を発信し、その周波数が可変である発光源と、該発光源から発信された光を 2つに分光し、分光された一方の光を前記測定対象との間に存在する伝搬媒質に放出する分光手段と、前記測定対象で反射した一方の光と、 .分光された他方の光を干渉させて定在波を形成する定在波形成手段と、該定在波形成手段によって形成された定在波の振幅を検知し、検知した定在波の振幅に対応する検出信号を出力する検出手段と、該検出手段が発信した検出信号および前記発光源から発信された光の発光強度変化の周波数情報が入力され、該光の発光強度変化の周波数に対する検出信号の値を示す検出信号関数を形成し、該検出信号関数が極大または極小となる少なくとも 2以上の発光強度変化の周波数を検出し、該 2以上の発光強度変化の周波数のうち 2つの選択周波数と、該 2つの選択周波数の間における極大または極小となる出力信号の周波数の数とから前記検出手段と前記測定対象との間の距離を算出する信号処理器とからなることを特徴とする距離測定装置。

6 前記発光源が発信する光の発光強度変化を周波数変調させるための変調器が設けられており、前記検出手段が、前記定在波の振幅を検出し、その振幅に対応した振幅を有する検知信号を出力する受信部と、前記変調器から変調信号が入力され、該変調信号によつて前記検知信号を同期検波して検波信号を形成し、該検波信号の振幅に対応する検出信号を出力する検波部とを備えたことを特徴とする請求項 5記載の距離測定装置。

7 測定対象の空間座標を検出することができる測定設備であつて、該測定設備が、複数の請求項 1、 2、 3、 4、 5または 6記載の距離測定装置と、該複数の距離測定装置を、同期して作動させる制御装置とからなり、各距離測定装置の信号処理器が算出した検出手段と前記測定対象との間の距離が入力され、入力された各測定装置における検出手段と前記測定対象との間の距離と、各距離測定装置の検出手段同士の相対的な位置とから測定対象の空間座標を算出する演算装置とからなることを特徴とする距離測定設備。

8 測定対象までの距離を測定するための測定方法であって、送信手段によつて、送信手段と測定対象の間に存在する伝搬媒質に電磁波を放出して、前記送信手段と測定対象との間において、伝搬媒質中に定在波を形成させ、前記送信手段と前記測定対象の間における一定の位置において、検出手段によって、前記定在波の振幅を検出し、前記送信手段が放出する電磁波の周波数を変化させて、該周波数に対する前記定在波の振幅を示す振幅曲線を形成し、該振幅曲線の周期から、前記検出手段と前記測定対象との間の距離を算出することを特徴とする距離測定方法。