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公開番号2025119996
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-15
出願番号2024015176
出願日2024-02-02
発明の名称距離測定装置及び距離測定方法
出願人日本製鉄株式会社
代理人弁理士法人太陽国際特許事務所
主分類G01S 13/34 20060101AFI20250807BHJP(測定;試験)
要約【課題】不要反射波の影響を除去して被測定物までの距離を精度良く測定する。
【解決手段】距離測定装置は、平面を有する対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、対象物のなす平面に向けてマイクロ波を送信する送信アンテナ素子と、反射したマイクロ波を受信波として受信する複数の受信アンテナ素子とが、対象物のなす平面と平行な配列方向に沿って配列されたアレーアンテナと、受信波に基づいて、対象物までの距離を測定する演算処理部と、を有し、演算処理部は、距離と配列方向に沿った方向である方位とを軸として、受信波に応じた信号強度のマップを作成するマップ作成部と、マップにおいて、信号強度が最大となるピークが、方位0度の近傍以外に存在する場合には、当該マップは距離測定に用いず、信号強度が最大となるピークが方位0度の近傍に存在する場合には、当該ピークまでの距離を、対象物までの距離と見なす距離測定部と、を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
平面を有する対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、
前記対象物のなす平面に向けてマイクロ波を送信する送信アンテナ素子と、反射したマイクロ波を受信波として受信する複数の受信アンテナ素子とが、前記対象物のなす平面と平行な配列方向に沿って配列されたアレーアンテナと、
前記受信波に基づいて、前記対象物までの距離を測定する演算処理部と、
を有し、
前記演算処理部は、
距離と前記配列方向に沿った方向である方位とを軸として、前記受信波に応じた信号強度のマップを作成するマップ作成部と、
前記マップにおいて、信号強度が最大となるピークが、方位０度の近傍以外に存在する場合には、当該マップは距離測定に用いず、信号強度が最大となるピークが方位０度の近傍に存在する場合には、当該ピークまでの距離を、前記対象物までの距離と見なす距離測定部と、
を有する距離測定装置。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
平面を有する対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、
前記対象物のなす平面に向けてマイクロ波を送信する送信アンテナ素子と、反射したマイクロ波を受信波として受信する複数の受信アンテナ素子とが、前記対象物のなす平面と平行な配列方向に沿って配列されたアレーアンテナと、
前記受信波に基づいて、前記対象物までの距離を測定する演算処理部と、
を有し、
前記演算処理部は、
距離と前記配列方向に沿った方向である方位とを軸として、前記受信波に応じた信号強度のマップを作成するマップ作成部と、
前記マップにおいて、方位０度の近傍の異なる距離に、所定の閾値以上の信号強度を持った複数のピークが存在する場合には、最も近い距離に対応するピークまでの距離を、前記対象物までの距離と見なす距離測定部と、
を有する距離測定装置。
【請求項３】
前記方位０度の近傍は、前記アレーアンテナの指向性から決まる半値角を用いて、方位負の半値角以上で、方位正の半値角以下の範囲である、請求項１又は２に記載の距離測定装置。
【請求項４】
前記マップ作成部は、前記受信波に基づく信号に対して高速フーリエ変換を実行することにより距離スペクトルを算出し、算出した距離スペクトルに対して高速フーリエ変換を実行することにより方位スペクトルを算出し、前記距離スペクトル及び前記方位スペクトルに基づいて前記マップを作成する請求項１又は２に記載の距離測定装置。
【請求項５】
平面を有する対象物までの距離を測定する距離測定方法であって、
前記対象物のなす平面に向けてマイクロ波を送信する送信アンテナ素子と、反射したマイクロ波を受信波として受信する複数の受信アンテナ素子とが、前記対象物のなす平面と平行な配列方向に沿って配列されたアレーアンテナと、
前記受信波に基づいて、前記対象物までの距離を測定する演算処理部と、
を有する距離測定装置を用い、
前記演算処理部を用いて、
距離と前記配列方向に沿った方向である方位とを軸として、前記受信波に応じた信号強度のマップを作成するマップ作成ステップと、
前記マップにおいて、信号強度が最大となるピークが、方位０度の近傍以外に存在する場合には、当該マップは距離測定に用いず、信号強度が最大となるピークが方位０度の近傍に存在する場合には、当該ピークまでの距離を、前記対象物までの距離と見なす距離測定ステップと、
を有する距離測定方法。
【請求項６】
平面を有する対象物までの距離を測定する距離測定方法であって、
前記対象物のなす平面に向けてマイクロ波を送信する送信アンテナ素子と、反射したマイクロ波を受信波として受信する複数の受信アンテナ素子とが、前記対象物のなす平面と平行な配列方向に沿って配列されたアレーアンテナと、
前記受信波に基づいて、前記対象物までの距離を測定する演算処理部と、
を有する距離測定装置を用い、
前記演算処理部を用いて、
距離と前記配列方向に沿った方向である方位とを軸として、前記受信波に応じた信号強度のマップを作成するマップ作成ステップと、
前記マップにおいて、方位０度の近傍の異なる距離に、所定の閾値以上の信号強度を持った複数のピークが存在する場合には、最も近い距離に対応するピークまでの距離を、前記対象物までの距離と見なす距離測定ステップと、
を有する距離測定方法。
【請求項７】
前記方位０度の近傍は、前記アレーアンテナの指向性から決まる半値角を用いて、方位負の半値角以上で、方位正の半値角以下の範囲である、請求項５又は６に記載の距離測定方法。
【請求項８】
前記マップ作成ステップは、前記受信波に基づく信号に対して高速フーリエ変換を実行することにより距離スペクトルを算出し、算出した距離スペクトルに対して高速フーリエ変換を実行することにより方位スペクトルを算出し、前記距離スペクトル及び前記方位スペクトルに基づいて前記マップを作成する請求項５又は６に記載の距離測定方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、距離測定装置及び距離測定方法に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
蒸気及び粉塵等が発生する環境で距離測定の対象物の位置を把握する場合、センサから対象物までの空間に存在する蒸気等の散乱物により、赤外線及び可視光が透過できないため安定して距離を測定することができない場合がある。
【０００３】
一方、波長が長い電波を用いて測定すれば上記のような散乱物を透過することができ、安定して距離を測定することが可能である。例えば特許文献１には、電波を用いて対象物までの距離及び厚みを測定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２０－１８０８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
対象物が高温であることや設備構造の制約により、センサを対象物から十分に近接した距離に設置できない場合がある。上記特許文献１に開示された技術には、電波を送受信する位置と対象物の表面内にある反射点の位置との幾何学的に距離を測定するにあたって、遠距離にある対象物に対しては幾何学的な距離差を検出するのが困難であり、精度の劣化が懸念されることから、数ｍ離れた位置にある対象物の距離を測定するために、マイクロ波又はミリ波を用いたレーダを用いるものが開示されている。また、このようなレーダとして、ＦＭＣＷ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｅｄＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅｒａｄａｒ：周波数変調連続波）レーダが挙げられている。
【０００６】
また、アンテナ素子からの電波は、原理的に円錐状に広がって照射されるため、対象物までの距離が遠くなることで広がった照射範囲の大部分を対象物の表面が占める場合には、測定すべきセンサの正面からの反射波だけでなく、正面以外の方位にある対象物の表面からの反射波である不要反射波が測定されることがある。不要反射波を生じる対象物上の点である不要反射点の原因としては、対象物の表面上に存在する付着物、凹凸部、ひび割れ部、及び剥離部等が挙げられる。もし、センサの正面の対象物からの反射波の強度に比べて、不要反射点からの不要反射波の強度が高い場合は、測定すべきセンサ正面の対象物までの距離ではなく不要反射点までの距離を、測定すべきセンサ正面の対象物までの距離として、誤って測定してしまう場合がある。
【０００７】
本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、不要反射波の影響を除去して対象物までの距離を精度良く測定することができる距離測定装置及び距離測定方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の第１態様に係る距離測定装置は、平面を有する対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、前記対象物のなす平面に向けてマイクロ波を送信する送信アンテナ素子と、反射したマイクロ波を受信波として受信する複数の受信アンテナ素子とが、前記対象物のなす平面と平行な配列方向に沿って配列されたアレーアンテナと、前記受信波に基づいて、前記対象物までの距離を測定する演算処理部と、を有し、前記演算処理部は、距離と前記配列方向に沿った方向である方位とを軸として、前記受信波に応じた信号強度のマップを作成するマップ作成部と、前記マップにおいて、信号強度が最大となるピークが、方位０度の近傍以外に存在する場合には、当該マップは距離測定に用いず、信号強度が最大となるピークが方位０度の近傍に存在する場合には、当該ピークまでの距離を、前記対象物までの距離と見なす距離測定部と、を有する。
【０００９】
本開示の第２態様に係る距離測定装置は、平面を有する対象物までの距離を測定する距離測定装置であって、前記対象物のなす平面に向けてマイクロ波を送信する送信アンテナ素子と、反射したマイクロ波を受信波として受信する複数の受信アンテナ素子とが、前記対象物のなす平面と平行な配列方向に沿って配列されたアレーアンテナと、前記受信波に基づいて、前記対象物までの距離を測定する演算処理部と、を有し、前記演算処理部は、距離と前記配列方向に沿った方向である方位とを軸として、前記受信波に応じた信号強度のマップを作成するマップ作成部と、前記マップにおいて、方位０度の近傍の異なる距離に、所定の閾値以上の信号強度を持った複数のピークが存在する場合には、最も近い距離に対応するピークまでの距離を、前記対象物までの距離と見なす距離測定部と、を有する。
【００１０】
本開示の第３態様に係る距離測定方法は、平面を有する対象物までの距離を測定する距離測定方法であって、前記対象物のなす平面に向けてマイクロ波を送信する送信アンテナ素子と、反射したマイクロ波を受信波として受信する複数の受信アンテナ素子とが、前記対象物のなす平面と平行な配列方向に沿って配列されたアレーアンテナと、前記受信波に基づいて、前記対象物までの距離を測定する演算処理部と、を有する距離測定装置を用い、前記演算処理部を用いて、距離と前記配列方向に沿った方向である方位とを軸として、前記受信波に応じた信号強度のマップを作成するマップ作成ステップと、前記マップにおいて、信号強度が最大となるピークが、方位０度の近傍以外に存在する場合には、当該マップは距離測定に用いず、信号強度が最大となるピークが方位０度の近傍に存在する場合には、当該ピークまでの距離を、前記対象物までの距離と見なす距離測定ステップと、を有する。
（【００１１】以降は省略されています）

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