JP5581174B2 - 障害物検知装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明の実施形態に係る障害物検知装置について、図面を参照して説明する。図1、図2は第1の実施形態を示す。図1に示すように、本実施形態の障害物検知装置1は、正弦波状の信号波を生成する信号生成部2と、信号波を対象物に向けて送信する送信部3と、信号波の対象物からの反射波を受信する受信部4と、サンプリング部5と、演算部6と、を備える。サンプリング部5は、受信部4で受信された反射波の信号強度を標本化して標本列を取得する。演算部6は、標本列における同位相の標本点毎の信号強度の平均値を求め、平均値のうち互いに位相が90°異なる2つの平均値に基づいて信号波と反射波の位相差(θとする)を求める。障害物検知装置1は、反射波を含む2波、すなわち、送信波と反射波(受信波)の位相差θを測定し、その位相差θと信号波の既知の伝搬速度とから反射体である障害物までの距離を求めること、すなわち障害物を検知することができる。
V0=B×sin(β+θ)、
V1=B×sin(β+θ−π/2)=B×cos(β+θ)。
V0/V1=tan(β+θ)。
θ=arctan(V0/V1)−β。
L=c×δT/2=c×T×θ/(4π)。
図3、図4は第2の実施形態とその変形例を示す。図3に示すように、本実施形態の障害物検知装置1は、上述の第1の実施形態における障害物検知装置1において、信号波の位相を90°ずらす位相シフト部7をさらに備え、サンプリング部5が、第1および第2のサンプリング部51,52を有するものである。第1のサンプリング部51は、信号波の周期毎に反射波を標本化して第1の標本列を取得し、第2のサンプリング部52は、位相シフト部7によって位相を90°ずらした信号波の周期毎に反射波を標本化して第2の標本列を取得する。また、演算部6は、第1および第2の標本列のそれぞれの平均値を求め、その平均値に基づいて信号波と反射波との位相差を求める。
図5乃至図8は第3の実施形態とその変形例を示す。図5に示すように、本実施形態の障害物検知装置1は、上述の第1の実施形態における障害物検知装置1において、信号波の周波数を逓倍してなる逓倍波を生成する逓倍部8をさらに備え、サンプリング部5は逓倍波の周期毎に反射波を標本化して標本列を取得する。図6(a)(b)(c)は、4倍逓倍波に基づく標本化の例を示す。この例の場合、信号波の1/4周期毎に、すなわち、π/2の位相間隔の4系列の標本列が得られる。また、そのサンプリングのタイミングは、信号波の位相と同相またはπ/2の倍数だけずれた位相のタイミング(すなわち、上述のβ値が既知で、β=0,π/2,π、または3π/2)となっている。これらの4系列の標本列から4つの平均値が得られる。そこで、互いに位相が90°異なる任意の平均値を用いて位相差θを求めることができる。従って、各標本列における測定値変動の大小比較などによって、測定誤差が少ないと思われる平均値を選択して用いることにより、より精度良く位相差θを求めることができる。図7、図8に示す各変形例は、それぞれ、上述した第2の実施形態の図3、図4における障害物検知装置1において逓倍部8を備えたものである。
図9、図10は第4の実施形態とその変形例を示す。図9に示すように、本実施形態の障害物検知装置1は、上述の第1の実施形態における障害物検知装置1において、サンプリング部5が、標本化に用いるADコンバータを備えるものである。また、図10に示すように、上述の第3の実施形態における障害物検知装置1において、サンプリング部5にADコンバータを備えたり、その他の実施形態においても、サンプリング部5にADコンバータを備えたりすることができる。このようなADコンバータを備えることにより、標本列をデジタル値として取得することができ、その後の演算部6においてデジタル処理が行えるので、演算部の処理の負荷が少なく、処理が簡便な装置が得られる。
図11は第5の実施形態について示す。本実施形態の障害物検知装置1は、上述の第1の実施形態における障害物検知装置1において、信号生成部2が生成する信号波の周波数をシフトする周波数シフト部2aをさらに備えるものである。信号生成部2と周波数シフト部2aとは、全体で新たな信号生成部20を構成したものと見做すことができる。このような構成により、信号波の周波数が2種類以上の周波数間で切り替え自在である周波数可変の障害物検知装置1が得られる。一般に、送信波と反射波の位相差に基づいて障害物までの距離を求める装置においては、一意的に求めることができる最遠距離が信号波の波長によって制限される。つまり、位相が、1周期内で定義されることに起因して、波長より遠距離では、波長の整数倍の不確定さが伴うことになる。また、長い波長の信号波を用いると、複数周期にわたって十分な標本点数の標本列を得る必要性から、近距離における測定に時間がかかるなどの不具合が発生する。言い換えると、周波数を高くすればする程、距離分解能が高くなり、より正確な測距が可能となる。また、周波数を低くすればする程、1周期の時間が長くなり、より遠距離の対象物の検知が可能となる。本実施形態によれば、周波数シフト部2aを備えて信号波の周波数を切り替えることにより、対象物が遠距離または未検知の場合は周波数を低くしておき、対象物が検出され、近距離でより高い精度が必要な場合、周波数を高くするといった使用方法が可能となる。
2 信号生成部
2a 周波数シフト部
3 送信部
4 受信部
5 サンプリング部
51 第1のサンプリング部
52 第2のサンプリング部
6 演算部
7 位相シフト部
8 逓倍部
T 周期
θ 位相差
Claims (5)
- 信号波とその信号波の対象物からの反射波との位相差を求めることにより対象物までの距離を求める障害物検知装置において、
正弦波状の信号波を生成する信号生成部と、
前記信号生成部により生成された信号波を対象物に向けて送信する送信部と、
前記送信部から送信された信号波の対象物からの反射波を受信する受信部と、
前記受信部により受信された反射波の信号強度を標本化して標本列を取得するサンプリング部と、
前記サンプリング部により取得された標本列における互いに位相が90°異なる2つの標本列の平均値をそれぞれ求め、前記2つの平均値の比の逆正接値とサンプリング開始のタイミングに依存する既知のパラメータとに基づいて前記信号波と前記反射波の位相差を求める演算部と、を備えることを特徴とする障害物検知装置。 - 前記信号生成部により生成された信号波または前記受信部により受信された反射波の位相を90°ずらす位相シフト部を備え、
前記サンプリング部は、第1および第2のサンプリング部を有し、
前記第1のサンプリング部は、前記信号生成部により生成された信号波の周期毎に前記反射波の信号強度を標本化して第1の標本列を取得し、
前記第2のサンプリング部は、前記位相シフト部によって前記信号波または前記反射波のいずれか一方の位相を90°ずらした上で信号波の周期毎に反射波の信号強度を標本化して第2の標本列を取得し、
前記サンプリング部は、前記第1および第2の標本列を前記互いに位相が90°異なる2つの標本列として取得することを特徴とする請求項1に記載の障害物検知装置。 - 前記信号生成部により生成された信号波の周波数を逓倍してなる逓倍波を生成する逓倍部を備え、
前記サンプリング部は、前記逓倍波の周期毎に前記反射波の信号強度を標本化して前記標本列を取得することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の障害物検知装置。 - 前記サンプリング部は、前記標本化に用いるADコンバータを備えている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障害物検知装置。
- 前記信号生成部は、生成する信号波の周波数を2種類以上の周波数間で切り替え自在であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の障害物検知装置。
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