JP4912005B2 - 検出装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、検出装置および方法に関し、特に、所定の範囲内に進入してきた物体を検知する場合に検知漏れを可能な限り低減させることができる検出装置および方法に関する。

従来、電磁波を射出し、被検物体（以下、単に物体と称する）で反射した電磁波（反射信号）を受信することで物体の有無や物体までの距離を検出するセンサ（検出装置）が、船舶、航空機、気象観測装置、プラントなどの産業機器用途に広く使用されている。このような検出装置の代表的なものとして、パルスレーダを応用したものが知られている（例えば特許文献１参照）。

さらに、本発明人は、かかる特許文献１等の従来の検出装置に比較して、妨害波に対する耐性を向上させた検出装置を発明し、特許文献２に開示している。
特開２００１−２６４４１９号公報 特開２００５−１４０５４２号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２等も含めて従来の検出装置では、所定の範囲内に進入してきた物体を検知する場合には検知漏れを起こす可能性がある、という問題が発生する。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、所定の範囲内に進入してきた物体を検知する場合に検知漏れを可能な限り低減させるようにするものである。

本発明の一側面の検出装置は、所定の範囲内に進入してきた物体を検出する検出装置であって、インパルス状の信号を、帯域制限がかけられた電磁波による送信信号として射出する処理を周期的に実行する送信手段と、所定の送信タイミングで前記送信手段から送信された前記送信信号が物体で反射した電磁波を受信信号として受信し、前記送信タイミングから所定の遅延時間経過後に前記受信信号をサンプリングするサンプリング処理を周期的に実行し、得られたサンプリング値を所定の閾値と比較することにより前記物体の存在有無を判定する処理をそれぞれ個別に実行する第１の受信手段と第２の受信手段と、前記第１の受信手段と前記第２の受信手段のいずれか一方から前記物体の検知信号が得られた場合に、前記物体が前記所定の範囲内に進入してきたと判定する総合判定手段とを備え、前記第２の受信手段の前記遅延時間は、前記第１の受信手段の前記遅延時間に対して、前記送信信号のうちの主要周波数の振幅波の半周期相当分の時間だけずらして設定されている。

これにより、所定の範囲内に進入してきた物体を検知する場合に検知漏れを可能な限り低減させる、という効果を奏することが可能になる。

例えば、送信手段は、次のように構成される。即ち、例えばＭＨｚオーダの周波数のクロック信号を発振する局部発振器、そのクロック信号に基づいて急峻なパルス（インパルス）状の信号を生成するインパルス生成回路、および、その信号を電磁波の形態で射出するアンテナを含むように、送信系統は構成される。

例えば、第１の受信手段と第２の受信手段のそれぞれは、受信信号を受信するアンテナと、前記一連の処理に対応する信号処理を行う回路やコンピュータ等とから構成される。なお、コンピュータで構成される場合には、その信号処理を実現させるソフトウエアが、そのコンピュータにより実行される。

例えば、判定手段は、信号処理を行う回路や、ソフトウエアとしての信号処理を実行するコンピュータ等で構成される。

前記第２の受信手段の前記遅延時間は、前記第１の受信手段の前記遅延時間に対して前記半周期相当分の時間だけ長い時間に設定されていることができる。

これにより、接近する物体をより遠方で検知すること、即ち、いち早く検知することが可能になる。

前記所定の範囲は、前記検出装置からの距離が１メートル以下の範囲であり、前記検出装置の検出対象の物体は、その形状が可変する物体である

これにより上述した効果がより顕著なものとなる。

本発明の一側面の検出方法は、インパルス状の信号を帯域制限がかけられた電磁波による送信信号として周期的に射出し、前記送信信号が物体で反射した電磁波を受信信号として受信し、前記受信信号に基づいて所定の範囲内に進入してきた前記物体を検出する検出装置の検出方法であって、前記送信信号の送信タイミングから所定の遅延時間経過後に前記受信信号をサンプリングするサンプリング処理を周期的に実行し、得られたサンプリング値を所定の閾値と比較することにより前記物体の存在有無を判定する処理をそれぞれ２系統で個別に実行し、前記２系統のいずれか一方から前記物体の検知信号が得られた場合に、前記物体が前記所定の範囲内に進入してきたと判定し、その判定結果を出力するステップを含み、前記２系統のうちの一方の前記遅延時間は、他方の前記遅延時間に対して、前記送信信号のうちの主要周波数の振幅波の半周期相当分の時間だけずらして設定されている。

これにより、所定の範囲内に進入してきた物体を検知する場合に検知漏れを可能な限り低減させることができる。

以上のごとく、本発明によれば、所定の範囲内に進入してきた物体を検知することができる。特に、その場合の検知漏れを可能な限り低減させることができる。

本発明の理解を容易なものとするために、はじめに、［発明が解決しようとする課題］で上述した問題について、図１乃至図５を参照して、さらに詳しく説明する。

図１は、本発明人により既に発明され、上述した特許文献２に開示された検出装置の構成例を示している。なお、以下、図１の構成の検出装置１を、特許文献２の記載に併せてパルスセンサ１と称する。さらに、パルスセンサ１を、後述する本発明が適用された検出装置と区別するために特に、従来のパルスセンサ１と称する。

図１の例の従来のパルスセンサ１は、自身からの特定の距離における接近物（同図中の接近する物体）などの変化を検知可能とするために、送信系統２１と受信系統２２とを含むように構成されている。

送信系統２１は、局部発振部１１、インパルス生成部１２、およびアンテナＴｘを含むように構成されている。

局部発振部１１は、例えば数ＭＨｚの周波数f1のクロック信号を生成してインパルス生成部１２に提供する。

インパルス生成部１２は、局部発振部１１からのクロック信号に基づいて、急峻なパルス（インパルス）状の信号を周期的に生成し、アンテナTxと遅延部１３とに提供する。

アンテナTxは、インパルス生成部１２の出力信号を送信信号Ｓｓとして電磁波の形態で周期的に射出する。

このような送信系統２１に対して、受信系統２２は、アンテナＲｘ、遅延部１３、サンプリング部１４、ノイズ除去部１５、および判定部１６を含むように構成されている。

アンテナRxは、アンテナTxから周期的に射出された送信信号Ｓｓのうち、物体（図１の例では接近する物体）において反射された電磁波を受信信号Ｓｒとして受信し、これを電気信号の形態でサンプリング部１４に提供している。

遅延部１３は、インパルス生成部１２の出力信号が周期的に提供されてくる毎に、その提供タイミングから所定の遅延時間だけ遅延させたタイミングで、所定の信号（以下、遅延信号と称する）をサンプリング部１４に出力している。この遅延時間の設定手法は、公知の如何なる手法を採用してもよい。例えば、遅延部１３をＬＣ部乃至ＲＣ部を含むように構成させ、そのＬＣ部乃至ＲＣ部の時定数で遅延時間を設定するといった手法を採用することができる。

サンプリング部１４は、遅延部１３から遅延信号が周期的に提供されてくる毎に、アンテナRxからの受信信号Ｓｒをサンプリングする。即ち、遅延部１３から遅延信号が提供されてくるタイミングとは、その遅延信号に対応する送信信号ＳｓがアンテナTxから射出されてから所定の遅延時間が経過したタイミングとほぼ等価である。従って、サンプリング部１４は、周期的な送信信号Ｓｓの各送信タイミングから所定の遅延時間が経過する毎に、アンテナTxからの各受信信号Ｓｒをサンプリングしているといえる。即ち、サンプリング部１４は、各送信信号Ｓｓと同期させたタイミングで各受信信号Ｓｒをサンプリングしている。

なお、このサンプリングのタイミングは、例えば物体がパルスセンサ１からどのくらいの距離に位置したときに検出するのかを決めておき（以下、このようにして決められた距離を、検出距離と称する）、この検出距離だけ離間して位置する該物体についての受信信号Ｓｒの受信タイミングを採用することができる。即ち、このときの送信信号Ｓｓの射出から受信信号Ｓｒの受信までの所要時間を予め求めておき、該所要時間に対応する時間を遅延部１３の遅延時間として設定する。そして、かかる遅延時間が設定された遅延部１３から遅延信号が出力されると、その出力タイミングで、サンプリング部１４は受信信号Ｓｒのサンプリングを行う。

ノイズ除去部１５は、例えばローパスフィルタやハイパスフィルタ等から構成され、サンプリング部１４から出力された信号（以下、サンプリング信号と称する）から高調波等のノイズを除去し、その結果得られる信号を判定部１６に提供する。

判定部１６は、ノイズ除去部１５からの信号のレベル値、即ち、ノイズが除去されたサンプリング信号のレベル値と、所定の閾値とを比較して、その比較結果に基づいて物体の存在有無を判定し、その判定結果を出力する。例えばここでは、判定部１６は、該レベル値が閾値以上であるか否かを判定し、閾値以上であれば、物体が存在したために反射信号が得られたものと判定し、所定の信号（物体が存在することを検知した旨の信号であり、以下、検知信号と称する）を出力する。具体的には例えば、判定部１６は、閾値以上であれば検知信号として反射信号の電力強度に比例した信号（電圧変化）を出力し、閾値未満であれば電圧変化を出力しない。

図２は、従来のパルスセンサ１が、自身に接近してきている物体を検出するときのサンプリングの動作を説明するタイミングチャートである。

図２中、下側のタイミングチャートは、μｓオーダの時間領域の動作を説明するタイミングチャートを示している。また、上側のタイミングチャートは、下側のタイミングチャートのうちの一部の拡大図、即ち、ｎｓ乃至ｐｓオーダの時間領域の動作を説明するタイミングチャートを示している。また、各タイミングチャートとも、縦軸は振幅強度を、横軸は時間を、それぞれ示している。なお、縦軸については、図中上にいくほど振幅強度が強い、即ち、信号のレベルが高いとする。また、横軸については、左から右に向かう方向に時間が流れているとする。なお、この前提は、後述する図４についても同様とする。

図２に示されるように、従来のパルスセンサ１の送信系統２１（図１）は、パルス状の照射波である送信信号Ｓｓを一定の周期Ｌ１で定期的に射出する。そして、従来のパルスセンサ１の受信系統２２（図１）は、予め設定された遅延時間Ｄ１後に受信信号Ｓｒのサンプリングを試みる。このときのサンプリング値が、図２中点Ｐｓとして示されている。

より正確には、このサンプリングの動作は、上述したように、受信系統２２のうちのサンプリング部１４によってなされる。このサンプリング部１４は、さらに、各サンプリング値Ｐｓを繋げた波形（図２中点線で示される波形）の電気信号Ｓｐをサンプリング信号として生成し、ノイズ除去部１５を介して判定部１６に提供する。

この場合、従来のパルスセンサ１に物体が接近してくるにつれて、即ち、従来のパルスセンサ１と物体との間の距離が短くなるにつれて、送信信号Ｓｓが射出されてから受信信号Ｓｒが受信されるまでの時間（以下、送受信時間と称する）が短縮されていく。このことは、図２においては、受信信号Ｓｒのインパルス波形が、送信信号Ｓｓのインパルス波形に徐々に近づいていく様子として表されている。

また、上述したように、遅延時間Ｄ１は、検知距離に対応する時間となるように設定されている。

従って、接近してくる物体が検知距離にほぼ到達したとき、送受信時間と遅延時間Ｄ１とが一致し、その結果、受信信号Ｓｒのインパルス波形の突起点（最高点）のレベル値が、サンプリング値Ｐｓとして得られることになる。また、その物体が検知距離近傍に存在する間は、図２の上側のタイミングチャート（ミクロな時間領域での動作を説明するタイミングチャート）から明らかなように、送受信時間と遅延時間Ｄ１とが若干ずれることから、受信信号Ｓｒのインパルス波形の途中の点のレベル値が、サンプリング値Ｐｓとして得られることになる。

その結果、サンプリング信号Ｓｐの波形は、図２中点線で示されるようになる。即ち、検知距離近傍まで物体が接近してくると、レベル変化が起こり、その後物体が近づくにつれて徐々にレベルが増加していき、検知距離に物体がほぼ到達した時点を境に（そこを最高点として）、その後物体がさらに近づくにつれレベルが徐々に減少していくような波形が、サンプリング信号Ｓｐの波形となる。

このような図２中点線で示されるサンプリング信号Ｓｐは、図１のサンプリング部１４から出力されてノイズ除去部１５でノイズが除去された後、判定部１６に提供される。すると、判定部１６は、図３に示されるように、サンプリング信号Ｓｐのレベル値と閾値ＢＬとを比較し、そのレベル値が閾値ＢＬ以上であれば、検知信号を出力する。即ち、図３の例では、期間Ｔ１において、検知信号が判定部１６から出力されることになる。

なお、図３の例のタイミングチャートにおいて、縦軸は信号のレベル強度を、横軸は時間を、それぞれ示している。また、縦軸については、図中上にいくほど信号のレベルが高いとする。また、横軸については、左から右に向かう方向に時間が流れているとする。この前提は、後述する図５についても同様とする。

以上図２と図３とを用いて説明した内容は、送信信号Ｓｓの波形が理想的なインパルス形状となる場合の内容である。ただし、実際には、送信信号Ｓｓは、アンテナの構成や日本国の電波法の規制等により帯域制限がなされ、特定の周波数の電力強度が強くなる傾向がある。その結果、実際の送信信号Ｓｓは、理想的なインパルス形状とはならず、図４に示されるように、ｎｓ乃至ｐｓオーダの周期Ｌ２の振幅波形、即ち、ＧＨｚオーダの周波数ｆ２（＝１／Ｌ２）の振幅波形を主要波形として、その主要波形に対して別の周波数の各波形（図４では図示せず）が合成された波形となる。そこで、以下、主要波形の周波数ｆ２を主要周波数ｆ２と称する。詳細については後述するが、本発明では、主要周波数ｆ２の主要波形を含む送信信号Ｓｓを使用する。

また、送信するための回路部品やアンテナ等の構成部品の持つ周波数特性によっても、送信信号Ｓｓの波形が帯域制限が生じる場合も有る。このような場合にも、送信信号Ｓｓは、図４に示されるような主要周波数ｆ２の振幅波形を含むことになるので、本発明を適用することができる。

即ち、図４は、従来のパルスセンサ１が、帯域制限がなされた送信信号Ｓｓを送信する場合における、自身に接近してきている物体を検出するときのサンプリングの動作を説明するタイミングチャートである。

帯域制限がかけられた送信信号Ｓｓが射出される場合のサンプリングの動作自体は、図２を用いて説明した動作と同様となるため省略するが、帯域制限がかけられた送信信号Ｓｓが射出された場合のサンプリングの動作がなされると、その結果として、図４中点線で示されるサンプリング信号Ｓｐ、即ち、所定の周期（図４の例では１０＊Ｌ１程度の周期）の振幅波形を有するサンプリング信号Ｓｐが、図１のサンプリング部１４から出力されることになる。そして、かかるサンプリング信号Ｓｐは、ノイズ除去部１５でノイズが除去された後、判定部１６に提供されることになる。

すると、判定部１６は、図５に示されるように、サンプリング信号Ｓｐのレベル値と閾値ＢＬとを比較し、その比較結果に基づいて物体の存在有無を判定し、そのレベル値が閾値ＢＬ以上であれば、検知信号を出力する。即ち、図５の例では、期間Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６において、検知信号が判定部１６から出力されることになる。

ここで、所定の範囲内に接近してくる物体を検知する用途で、従来のパルスセンサ１が使用される場合を考える。

この場合、所定の範囲内の所定の一点までの距離が検知距離として設定されることになるが、検知距離に丁度存在する物体のみを精度よく検知することが要求されるのではなく、即ち、検知距離から少しでもずれた位置に存在する物体は検知しないことが要求されるのではなく、その所定の範囲内に存在する物体を可能な限り漏れなく検知することが要求される。即ち、検知可能な距離範囲を可能な限り増加させることが要求される。

特に、その所定の範囲が１メートル以下、特に数センチ乃至数十センチの距離範囲である場合には、物体が反射する電力強度が大きく変動する。また、物体の形状が可変する場合には、その物体が反射する電力強度が大きく変動する。例えば、従来のパルスセンサ１に触れようとする人体などを検知する用途では、前述の２つの場合が絡み、即ち、至近距離であること物体の形状が可変であることという２つの要素が絡み、従来のパルスセンサ１の受波電力強度は大きく変動する。即ち、物体の接近に伴った反射電力強度が本来検知可能な距離が検知距離として設定されており、その検知距離に物体が丁度存在していたとしても、その受波電力強度が変動して極端に低い状態となった場合、その物体を検知しない恐れがある、という問題が発生する。従って、このような問題の発生を可能な限り抑制するためには、検知可能な距離範囲を増加させるることが特に要求される。

ところが、従来のパルスセンサ１では、検知可能な距離範囲は限られている。例えば、上述した図５の例では、期間Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６に対応する距離範囲に物体が存在する間は、その物体は検知されるが、期間Ｔ３，Ｔ５に対応する距離範囲に物体が存在する間は、その物体は検知されないことになる。即ち、図５の例では、期間Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６に対応する距離範囲が、物体の接近を検知する感度の良い範囲(最低受信感度が低い範囲ともいえる。以下、かかる範囲を感度良範囲と称する）となる。これに対して、期間Ｔ３，Ｔ５に対応する距離範囲が、物体の接近を検知する感度の悪い範囲(最低受信感度が高い範囲ともいえる。以下、かかる範囲を感度悪範囲と称する）となる。

このように、従来のパルスセンサ１では、感度良範囲と感度悪範囲とが交互に生ずることになる。その結果、所定の範囲内に接近してくる物体を検知する用途で従来のパルスセンサ１を利用すると、物体が感度悪範囲に進入すると検知漏れを起こしてしまうという問題点、即ち、［発明が解決しようとする課題］で上述した問題点が発生する。

かかる問題点について、図６と図７を参照してさらに説明する。図６は、帯域制限がかけられていない送信信号Ｓｓ、即ち、図２の理想的なインパルス波形の送信信号Ｓｓが出力される場合の検知可能範囲（感度良範囲）の一例を説明する図である。これに対して、図７は、帯域制限がかけられた実際の送信信号Ｓｓ、即ち、図４の主要周波数ｆ２の振幅波形を含む送信信号Ｓｓが出力される場合の検知可能範囲（感度良範囲）の一例を説明する図である。

図６と図７において、横軸は、センサ（図１の例では従来のパルスセンサ１）からターゲット（図１の例では接近する物体）までの距離［ｍ］を示しており、縦軸は、反射電力強度［ｄＢ］（ただし、１ｍでの反射強度を０［ｄＢ］とした場合の相対比較）を示している。また、曲線Ｅｓｒは、ターゲットからの反射電力強度の一例を示している。即ち、曲線Ｅｓｒは、反射断面積一定で、距離１［ｍ］での反射電力強度を０［ｄＢ］とした場合におけるターゲットからの反射電力強度を示している。また、曲線Ｅｎは、外乱ノイズの電力強度の一例を示している。ここに、外乱ノイズとは、図１に記載の妨害波源（アマチュア無線、携帯電話などの通信機器）に起因するノイズの他、センサ機器内部に起因するノイズも含む。なお、以上の前提は、後述する図８や図１０についても同様とする。

図６の曲線Ｓｅｉは、検知距離が約０．０７５［ｍ］に設定され、かつ、図２の理想的なインパルス波形の送信信号Ｓｓを出力する場合における、従来のパルスセンサ１についての最低受信感度の特性を示している。

この場合、曲線Ｓｅｉが曲線Ｅｓｒの下方となる距離範囲Ｄ１において、物体（ターゲット）が検知されることになる。即ち、図２の理想的なインパルス波形の送信信号Ｓｓを出力する従来のパルスセンサ１においては、距離範囲Ｄ１が感度良範囲となり、それ以外の範囲が感度悪範囲となる。

これに対して、図７の曲線Ｓｅｔａは、検知距離が約０．０７５［ｍ］に設定され、かつ、図４の主要周波数ｆ２の振幅波形を含む送信信号Ｓｓを出力する場合における、従来のパルスセンサ１についての最低受信感度の特性を示している。

この場合、曲線Ｓｅｔａが曲線Ｅｓｒの下方となる距離範囲Ｄ２，Ｄ３において、物体（ターゲット）が検知されることになる。即ち、図４の主要周波数ｆ２の振幅波形を含む送信信号Ｓｓを出力する従来のパルスセンサ１においては、距離範囲Ｄ２，Ｄ３が感度良範囲となり、それ以外の範囲が感度悪範囲となる。

図６と図７とを比較するに、送信信号Ｓｓに帯域制限がかけられると、結果として（意図したわけではないが）、感度良範囲が広まることになる。即ち、上述した所定の範囲内に進入してくる物体を検知する用途で、従来のパルスセンサ１が利用される場合には、送信信号Ｓｓに帯域制限がかけられると、結果として、検知可能な距離範囲が増加することになる。

しかしながら、距離範囲Ｄ２，Ｄ３以外の範囲は依然として感度悪範囲であり、その感度悪範囲に存在する物体は検知できない、という問題点が依然として発生する。即ち、０．０７５［ｍ］以下の範囲内に進入してきた物体を検知するという用途で従来のパルスセンサ１を利用した場合、距離範囲Ｄ２，Ｄ３以外の感度悪範囲に物体が進入すると検知漏れを起こしてしまうため、上述した問題は依然として発生することになる。

そこで、かかる問題を解決すべく、本発明人は、次のような思想に基づいて次のような手法を発明した。

即ち、感度良範囲（図７の例では距離範囲Ｄ２，Ｄ３）に物体が存在する時間帯（期間）が、図５の例では期間Ｔ２，Ｔ４，Ｔ６等に相当し、感度悪範囲に物体が存在する時間帯（期間）が、図５の期間Ｔ３，Ｔ５等に相当する。

ここで、図５の期間Ｔ３，Ｔ５において、サンプリング信号Ｓｐのレベル値が０以下となっている期間が生ずる理由は、図４から明らかなように、主要周波数ｆ２の振幅波を含む送信信号Ｓｓの物体における反射波、即ち、主要周波数ｆ２の振幅波を有する受信信号Ｓｒのレベル値が０以下となっている時点でサンプリングされるからである。即ち、サンプリング値Ｐｓが０以下となっているからである。

そこで、このサンプリングのタイミングを、送信信号Ｓｓのうちの主要周波数ｆ２を有する振幅波の半周期（＝Ｌ２／２）相当分の時間（以下、半周期相当時間と称する）だけずらすことで、図５の期間Ｔ３，Ｔ５において、サンプリング信号Ｓｐのレベルが０以下となっている期間は、逆に、ほぼ０以上となる期間に変化する。即ち、サンプリングのタイミングを半周期相当時間だけずらすと、その結果得られるサンプリング信号Ｓｐの波形は、図示はしないが、時間軸に対する図５の波形の線対称の波形とほぼ等価となる。換言すると、サンプリングのタイミングを半周期相当時間だけずらすことで、感度良範囲と感度悪範囲とがほぼ入れ替わる。

具体的には、サンプリングのタイミングを半周期相当時間だけずらすことで、主要周波数ｆ２の振幅波形を含む送信信号Ｓｓを出力する従来のパルスセンサ１についての最低受信感度は、図７の曲線Ｓｅｔａで示される特性から、図８の曲線Ｓｅｔｂで示される特性に変化する。より正確には、サンプリングのタイミングを半周期相当時間だけ早めた場合の最低受信感度の特性が、図８の曲線Ｓｅｔｂで示されている。

この場合、図８の曲線Ｓｅｔｂが曲線Ｅｓｒの下方となる距離範囲Ｄ４，Ｄ５において、物体（ターゲット）が検知されることになる。即ち、図４の主要周波数ｆ２の振幅波形を含む送信信号Ｓｓを出力する従来のパルスセンサ１において、サンプリングのタイミングを半周期相当時間だけ早めることで、今度は、距離範囲Ｄ４，Ｄ５を感度良範囲とすることができる。

従って、図８に示されるように、パルスセンサの最低受信感度の特性を、図８の曲線Ｓｅｔａ，Ｓｅｔｂを組み合わせた特性とすることができれば、感度良範囲（検知可能範囲）を距離範囲Ｄ２乃至Ｄ５まで広めることが可能になる。

本発明人は、以上の内容を思想し、さらに、その思想に基づいて次のような手法を発明した。

即ち、サンプリングのタイミングを半周期相当時間だけずらすこととは、検知距離を、送信信号Ｓｓのうちの主要周波数ｆ２の振幅波の半波長相当分の距離（以下、半波長相当距離と称する）だけずらして設定することと等価である。

そこで、帯域制限がかけられた送信信号を送信する１つの送信系統に対して、２つの受信系統を搭載したパルスセンサを用意し、それぞれの受信系統における検知距離を半波長相当距離だけそれぞれずらして設定し、一方の受信系統において検知感度を持たない距離範囲（感度悪範囲）を、別系統において補間して検知する、という手法を本発明人は発明した。この手法の実現により、接近する物体が所定の範囲内に存在するときは、その物体をほぼ漏れなく検知することが可能となる。即ち、［発明が解決しようとする課題］等で上述した問題を解決することが可能となる。

なお、検知距離の設定手法は特に限定されないが、図１の従来のパルスセンサ１に対応させるならば、遅延部１３の遅延時間を設定する手法が、検知距離の設定手法となる。従って、かかる検知距離の設定手法を利用して本発明の手法を実現させる場合には、例えば次のようにすればよい。即ち、図１と同様の送信系統２１に対して、図１と同様の受信系統２２を２つ搭載するようにパルスセンサを構成させる。具体的には例えば図９に示されるように、送信系統２１並びに受信系統２２−１および２２−２を搭載したパルスセンサ１０１を用意させる。そして、遅延部１３−１，１３−２の各遅延時間を半周期相当時間だけずらしてそれぞれ設定させる。さらに、各判定部１６−１，１６−２の判定結果に基づいて最終的な判定を行う総合判定部１７をパルスセンサ１０１に搭載させる。これにより、本発明の手法が実現できる。

なお、送信系統２１並びに受信系統２２−１および２２−２を構成する各ブロックについては、図１を用いて説明済みであるので、ここではそれらの説明は省略する。そこで、以下、遅延部１３−１，１３−２の遅延時間の設定の詳細と、総合判定部１７とについて説明する。

即ち、遅延部１３−１においては、受信系統２２−１に対して設定された検知距離（以下、基準検知距離と称する。例えば図８の例では約０．０７５［ｍ］が基準検知距離となる）に対応する遅延時間（以下、基準遅延時間と称する）が設定される。また、遅延部１３−２においては、基準遅延時間に対して半周期相当時間だけずらした時間が遅延時間として設定される。即ち、受信系統２２−２に対しては、基準検知距離に対して半周期相当距離だけずらした距離（例えば図８の例では約０．０５［ｍ］）が、検知距離として設定される。

総合判定部１７は、２つの受信系統２２−１，２２−２の各判定部１６−１，１６−２の判定結果に基づいて最終的な判定を行い、その最終的な判定結果を出力する。例えば、判定部１６−１，１６−２のうちの少なくとも一方から検知信号が出力された場合、総合判定部１７は、物体が所定の範囲内に存在することを最終的に検知した旨の信号（以下、最終検知信号と称する）を出力し、それ以外の場合、最終検知信号の出力を禁止することができる。この場合、遅延部１３−１，１３−２について上述した遅延時間がそれぞれ設定されていれば、接近する物体が図８の距離範囲Ｄ２乃至Ｄ５に存在するときはいつでも、総合判定部１７から最終検知信号が出力されることになる。

なお、図９の例では、判定部１６−１，１６−２は、受信系統２２−１，２２−２にそれぞれ含められているが、総合判定部１７に含めるようにしてもよい。

ところで、繰り返しになるが、遅延部１３−２においては、遅延部１３−１の基準遅延時間に対して半周期相当時間だけずらした時間が、遅延時間として設定される。ただし、そのずらす方向は何れの方向でも構わない。即ち、基準遅延時間に対して半周期相当時間だけ短時間となる時間を、遅延部１３−２の遅延時間として設定してもよい。或いは、その逆、即ち、基準遅延時間に対して半周期相当時間だけ長時間となる時間を、遅延部１３−２の遅延時間として設定してもよい。

換言すると、受信系統２２−２においては、受信系統２２−１の基準検知距離に対して半波長相当距離だけずらした距離が、検知距離として設定される。ただし、そのずらす方向は何れの方向でも構わない。即ち、基準検知距離に対して半波長相当距離だけ短距離となる距離を、受信系統２２−２の検知距離として設定してもよい。或いは、その逆、即ち、基準検知距離に対して半波長相当距離だけ長距離となる距離を、受信系統２２−２の検知距離として設定してもよい。

具体的には例えば、上述した図８の例とは、受信系統２２−１の基準検知距離が約０．０７５［ｍ］に設定され、その基準検知距離に対して半波長相当距離（約０．０２５［ｍ］）だけ短距離となる距離（約０．０５［ｍ］）が、受信系統２２−２の検知距離として設定されたた場合の例である。

即ち、図９のパルスセンサ１０１において、基準検知距離が約０．０７５［ｍ］となるように遅延部１３−１の基準遅延時間が設定される。すると、受信系統２２−１についての最低受信感度の特性は、図８の曲線Ｓｅｔａのようになる。

また、その基準検知距離に対して半波長相当距離だけ短距離となる距離、即ち、約０．０５［ｍ］が検知距離となるように遅延部１３−２の遅延時間が設定される。すると、受信系統２２−２についての最低受信感度の特性は、図８の曲線Ｓｅｔｂのようになる。

これにより、上述したように、接近する物体が図８の距離範囲Ｄ２乃至Ｄ５に存在するときはいつでも、総合判定部１７から最終検知信号が出力されることになる。即ち、約０．０８［ｍ］まで物体が近づいてきた段階で、総合判定部１７の最終検知信号の出力が開始されるようになる。

このような図８の例に対して、受信系統２２−１の基準検知距離が約０．０７５［ｍ］に設定され、その基準検知距離に対して半波長相当距離（約０．０２５［ｍ］）だけ長距離となる距離（約０．１０［ｍ］）が、受信系統２２−２の検知距離として設定されたた場合、即ち、約０．０７５［ｍ］，約０．１０［ｍ］がそれぞれ検知距離となるように遅延部１３−１，１３−２の遅延時間が設定された場合の例が図１０に示されている。即ち、この場合における、受信系統２２−１についての最低受信感度の特性は同図の曲線Ｓｅｔａのようになり、受信系統２２−２についての最低受信感度の特性は同図の曲線Ｓｅｔｃのようになる。

この図１０の例では、図８の例と同様の距離範囲Ｄ２，Ｄ３に加えて、曲線Ｓｅｔｃが曲線Ｅｓｒの下方となる距離範囲Ｄ６，Ｄ７において、物体（ターゲット）が検知されることになる。即ち、図１０の例では、距離範囲Ｄ２，Ｄ３に加えてさらに距離範囲Ｄ６，Ｄ７が感度良範囲となり、それ以外の範囲が感度悪範囲となる。

従って、図１０の例のように各検知距離が設定された場合には、接近する物体が距離範囲Ｄ２，Ｄ３，Ｄ６，Ｄ７に存在するときはいつでも、図９の総合判定部１７から最終検知信号が出力される。即ち、約０．１０５［ｍ］まで物体が近づいてきた段階で、総合判定部１７の最終検知信号の出力が開始されるようになる。

以上説明したように、図８と図１０とを比較するに、図１０の例の方が、接近する物体をより遠方で検知すること、即ち、いち早く検知することが可能になる。より一般的にいえば、２つの受信系統の検知距離として、一方の基準検知距離に対して半波長相当距離だけ短距離となる距離を他方の検知距離として設定してもよいし、その逆、即ち、基準検知距離に対して半波長相当距離だけ長距離となる距離を他方の検知距離として設定してもよい。ただし、後者の設定を行った方が、接近する物体をより遠方で検知すること、即ち、いち早く検知することが可能になる。

ところで、上述した動作に伴う一連の処理（或いはそのうちの一部分の処理）は、ハードウエアにより実行させることもできるが、ソフトウエアにより実行させることもできる。

この場合、その一連の処理を実行する検出装置（センサ）またはその一部分は、例えば、図１１に示されるようなコンピュータで構成することができる。

図１１において、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０２に記録されているプログラム、または記憶部２０８からＲＡＭ（Random Access Memory）２０３にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。ＲＡＭ２０３にはまた、ＣＰＵ２０１が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。

ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、およびＲＡＭ２０３は、バス２０４を介して相互に接続されている。このバス２０４にはまた、入出力インタフェース２０５も接続されている。

入出力インタフェース２０５には、キーボード、マウスなどよりなる入力部２０６、ディスプレイなどよりなる出力部２０７、ハードディスクなどより構成される記憶部２０８、および、モデム、ターミナルアダプタなどより構成される通信部２０９が接続されている。通信部２０９は、インターネットを含むネットワークを介して他の装置との通信処理を行う。さらにまた、通信部２０９は、アンテナＴｘから送信信号Ｓｓを送信したり、アンテナＲｘ１，Ｒｘ２に受信信号Ｓｒを受信させるための送受信処理も行う。

入出力インタフェース２０５にはまた、必要に応じてドライブ２１０が接続され、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどよりなるリムーバブルメディア２１１が適宜装着され、それらから読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部２０８にインストールされる。

一連の処理をソフトウエアにより実行させる場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、ネットワークや記録媒体からインストールされる。

このようなプログラムを含む記録媒体は、図１１に示されるように、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記録されている磁気ディスク（フロッピディスクを含む）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ(Compact Disk-Read Only Memory),ＤＶＤ(Digital Versatile Disk)を含む）、光磁気ディスク（ＭＤ（Mini-Disk）を含む）、もしくは半導体メモリなどよりなるリムーバブルメディア（パッケージメディア）２１１により構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記録されているROM２０２や、記憶部２０８に含まれるハードディスクなどで構成される。

なお、本明細書において、記録媒体に記録されるプログラムを記述するステップは、その順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。

また、上述した本発明の手法は、図９の構成のパルスセンサ１０１のみならず、様々な構成の装置やシステムに適用可能である。なお、ここに、システムとは、複数の処理装置や処理部により構成される装置全体を表すものである。

従来のパルスセンサの構成例を示すブロック図である。 図１の従来のパルスセンサが、理想的なインパルス波形の送信信号を送信した場合のサンプリングの動作を説明するタイミングチャートである。 図１の従来のパルスセンサが、理想的なパルスを送信信号として送信した場合の検知動作を説明するタイミングチャートである。 図１の従来のパルスセンサが、帯域制限がかけられた送信信号を送信した場合のサンプリングの動作を説明するタイミングチャートである。 図１の従来のパルスセンサが、帯域制限がかけられた送信信号を送信した場合の検知動作を説明するタイミングチャートである。 理想的なインパルス波形の送信信号が出力される場合における図１の従来のパルスセンサの検知可能範囲の一例を説明する図である。 帯域制限がかけられた送信信号が出力される場合における図１の従来のパルスセンサの検知可能範囲の一例を説明する図である。 本発明の手法を説明する図であって、本発明が適用されたパルスセンサの検知可能範囲の一例を説明する図である。 本発明が適用された検出装置の一実施の形態としてのパルスセンサの構成例を示す図である。 本発明の手法を説明する図であって、本発明が適用されたパルスセンサの検知可能範囲の別の例を説明する図である。 本発明が適用される検出装置の全部または一部分の構成の別の例を示すブロック図である。

符号の説明

１ パルスセンサ
１１ 局部発振部
１２ インパルス生成部
１３，１３−１，１３−２ 遅延部
１４，１４−１，１４−２ サンプリング部
１５，１５−１，１５−２ ノイズ除去部
１６，１６−１，１６−２ 判定部
１７ 総合判定部
２１ 送信系統
２２，２２−１，２２−２ 受信系統
１０１ パルスセンサ
２０１ ＣＰＵ
２０２ ＲＯＭ
２０３ ＲＡＭ
２０４ バス
２０５ 入出力インタフェース
２０６ 入力部
２０７ 出力部
２０８ 記憶部
２０９ 通信部
２１０ ドライブ
２１１ リムーバブルメディア
Ｔｘ 送信アンテナ
Ｒｘ１，Ｒｘ２ 受信アンテナ

Claims (4)

1. 所定の範囲内に進入してきた物体を検出する検出装置において、
   インパルス状の信号を、帯域制限がかけられた電磁波による送信信号として射出する処理を周期的に実行する送信手段と、
   所定の送信タイミングで前記送信手段から送信された前記送信信号が物体で反射した電磁波を受信信号として受信し、前記送信タイミングから所定の遅延時間経過後に前記受信信号をサンプリングするサンプリング処理を周期的に実行し、得られたサンプリング値を所定の閾値と比較することにより前記物体の存在有無を判定する処理をそれぞれ個別に実行する第１の受信手段と第２の受信手段と、
   前記第１の受信手段と前記第２の受信手段のいずれか一方から前記物体の検知信号が得られた場合に、前記物体が前記所定の範囲内に進入してきたと判定する総合判定手段と
   を備え、
   前記第２の受信手段の前記遅延時間は、前記第１の受信手段の前記遅延時間に対して、前記送信信号のうちの主要周波数の振幅波の半周期相当分の時間だけずらして設定されている
   検出装置。
2. 前記第２の受信手段の前記遅延時間は、前記第１の受信手段の前記遅延時間に対して前記半周期相当分の時間だけ長い時間に設定されている
   請求項１に記載の検出装置。
3. 前記所定の範囲は、前記検出装置からの距離が１メートル以下の範囲であり、
   前記検出装置の検出対象の物体は、その形状が可変する物体である
   請求項１に記載の検出装置。
4. インパルス状の信号を帯域制限がかけられた電磁波による送信信号として周期的に射出し、前記送信信号が物体で反射した電磁波を受信信号として受信し、前記受信信号に基づいて所定の範囲内に進入してきた前記物体を検出する検出装置の検出方法において、
   前記送信信号の送信タイミングから所定の遅延時間経過後に前記受信信号をサンプリングするサンプリング処理を周期的に実行し、得られたサンプリング値を所定の閾値と比較することにより前記物体の存在有無を判定する処理をそれぞれ２系統で個別に実行し、
   前記２系統のいずれか一方から前記物体の検知信号が得られた場合に、前記物体が前記所定の範囲内に進入してきたと判定し、その判定結果を出力する
   ステップを含み、
   前記２系統のうちの一方の前記遅延時間は、他方の前記遅延時間に対して、前記送信信号のうちの主要周波数の振幅波の半周期相当分の時間だけずらして設定されている
   検出方法。

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