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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-06-20
(45)【発行日】2022-06-28
(54)【発明の名称】物体検知センサおよび物体検知システム
(51)【国際特許分類】
G01D 5/24 20060101AFI20220621BHJP
G01V 3/02 20060101ALI20220621BHJP
【ＦＩ】
G01D5/24 S
G01V3/02 A
【請求項の数】
18
(21)【出願番号】P 2018172171
(22)【出願日】2018-09-14
(65)【公開番号】P2020046190
(43)【公開日】2020-03-26
【審査請求日】2021-02-24
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成３０年８月３０日開催の「イノベーション・ジャパン ２０１８」において公開した。
(73)【特許権者】
【識別番号】000002945
【氏名又は名称】オムロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100129012
【弁理士】
【氏名又は名称】元山 雅史
(72)【発明者】
【氏名】出口 幹雄
【審査官】榮永 雅夫
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－１２７６１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】再公表特許第２０１０／１１０３０７（ＪＰ，Ａ１）
【文献】米国特許第５９１７３１４（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｄ ５／００ － ５／２５２
Ｇ０１Ｄ ５／３９ － ５／６２
Ｇ０１Ｂ ７／００ － ７／３４
Ｇ０１Ｖ ３／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
検出用線路に送出された信号の伝播遅延時間の変化から得られる信号に基づいて、前記検出用線路の周囲の実効誘電率の変化を検出して、前記検出用線路の近傍の物体の有無やその動きを含む物体の位置情報を検知する物体検知センサであって、略同じ形状および寸法を有する金属線を含む複数の前記検出用線路と、
前記複数の検出用線路に対して前記信号を送出する送信部と、
前記複数の検出用線路からそれぞれ得られる前記信号を受信する受信部と、
前記受信部において受信された前記複数の検出用線路からの前記信号の伝播遅延時間を検出する検出部と、
前記検出部において検出された前記複数の検出用線路から受信した前記信号の前記伝播遅延時間の変化から得られる信号のバランスに基づいて、前記物体の前記位置情報を推定する位置情報推定部と、
を備えている物体検知センサ。
【請求項2】
前記複数の検出用線路は、第１線路と第２線路とを有している、請求項１に記載の物体検知センサ。
【請求項3】
前記第１線路と前記第２線路とは、所定の距離を介して配置されている、請求項２に記載の物体検知センサ。
【請求項4】
前記位置情報推定部は、前記第１線路と前記第２線路とから得られる前記信号のバランスから、前記第１線路と前記第２線路とを結ぶ直線に対する前記物体が存在する角度を推定する、請求項２または３に記載の物体検知センサ。
【請求項5】
前記位置情報推定部は、前記第１線路と前記第２線路とから得られる前記信号のバランスと、前記信号の和と、を用いて、前記物体までの距離を推定する、請求項２から４のいずれか１項に記載の物体検知センサ。
【請求項6】
前記複数の検出用線路は、第１線路、第２線路、第３線路および第４線路を有している、請求項１に記載の物体検知センサ。
【請求項7】
前記第１線路、前記第２線路、前記第３線路および前記第４線路は、略９０度間隔で回転対称に配置されている、請求項６に記載の物体検知センサ。
【請求項8】
前記第１線路と前記第２線路とは、第１の距離を有する所定の間隔を介して対向配置されており、前記第３線路と前記第４線路とは、前記第１の距離を有する所定の間隔を介して対向配置されている、
請求項６または７に記載の物体検知センサ。
【請求項9】
前記第１線路、前記第２線路、前記第３線路および前記第４線路は、略同じ形状、略同じ寸法を有している、請求項６から８のいずれか１項に記載の物体検知センサ。
【請求項10】
前記位置情報推定部は、前記第１線路および前記第２線路から得られる前記信号のバランスと、前記第３線路および前記第４線路から得られる前記信号のバランスとに基づいて、前記物体の位置を推定する、請求項６から９のいずれか１項に記載の物体検知センサ。
【請求項11】
前記複数の検出用線路は、略直線状に形成されており、互いに略平行に配置されている、請求項１に記載の物体検知センサ。
【請求項12】
請求項１１に記載の物体検知センサを含む第１系統と、請求項１１に記載の物体検知センサを含む第２系統と、
を備えた物体検知システム。
【請求項13】
前記第１系統と前記第２系統とは、略直線状に形成された前記複数の検出用線路が互いに略直交するように配置されている、請求項１２に記載の物体検知システム。
【請求項14】
前記位置情報推定部は、前記第１系統に含まれる複数の検出用線路から得られる前記信号のバランスと、前記第２系統に含まれる複数の検出用線路から得られる前記信号のバランスとに基づいて、前記物体の位置を推定する、請求項１２または１３に記載の物体検知システム。
【請求項15】
請求項１１に記載の物体検知センサを含む第３系統を、さらに備えている、請求項１２に記載の物体検知システム。
【請求項16】
前記第１系統、前記第２系統および前記第３系統は、略直線状に形成された前記複数の検出用線路が互いに略１２０度の角度で交差するように配置されている、請求項１５に記載の物体検知システム。
【請求項17】
前記第３系統は、略直線状に形成された前記複数の検出用線路が互いに略直交するように配置された前記第１系統および前記第２系統に対して、略直線状に形成された前記複数の検出用線路がそれぞれ略４５度の角度で交差するように配置されている、請求項１５に記載の物体検知システム。
【請求項18】
前記位置情報推定部は、前記第１系統に含まれる複数の検出用線路から得られる前記信号のバランスと、前記第２系統に含まれる複数の検出用線路から得られる前記信号のバランスと、前記第３系統に含まれる複数の検出用線路から得られる前記信号のバランスとに基づいて、前記物体の位置を推定する、請求項１５から１７のいずれか１項に記載の物体検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、非接触で物体の位置情報（存在およびその位置）を検知する物体検知センサおよび物体検知システムに関する。
【背景技術】
【0002】
各種工業プロセスにおいて、物体の存在（有無）や位置情報を取得することは、対象物を認識して処理するために必要不可欠な機能であって、一般的に、このような機能は、各種のセンサ類を用いて実現される。
特に、非接触で物体を検知することが要求される場合も多く、光・磁気・超音波等を利用したセンサ類が用いられている。検知できる距離や検知対象物の条件、位置分解能等の性能パラメータや装置価格については、それぞれのセンサでまちまちである。よって、必要とされる機能を実現するための機能を有するセンサが適切に選択されて使用される。
特に、非接触で物体を検知することが要求される場合も多く、光・磁気・超音波等を利用したセンサ類が用いられている。検知できる距離や検知対象物の条件、位置分解能等の性能パラメータや装置価格については、それぞれのセンサでまちまちである。よって、必要とされる機能を実現するための機能を有するセンサが適切に選択されて使用される。
【0003】
いずれにしても、これらの既存のセンシング技術においては、物体を検知ための特定機能を有するセンサデバイスや高度な電子回路技術が必要であり、要求される性能が高いほど、構成が複雑化してコスト高を招来する。
例えば、比較的長距離で金属等の物体を検知することができる近接センサとして、次のような製品が市販されている。
例えば、比較的長距離で金属等の物体を検知することができる近接センサとして、次のような製品が市販されている。
【0004】
オムロン社 長距離タイプ近接センサ TL-L
http://www.fa.omron.co.jp/products/family/479/lineup.html
キーエンス社 近接センサ
https://www.keyence.co.jp/products/sensor/proximity/
これらのセンサは、高周波の磁界によって物体に生じる渦電流による磁界の変化を検出する原理を用いており、数ｍｍから数ｃｍ程度の距離で、物体を検知することができる。しかし、対象物は金属等の良導電体に限られ、単に対象物の近接を検知できるのみで、３次元的な位置情報を単独で得ることはできない。
http://www.fa.omron.co.jp/products/family/479/lineup.html
キーエンス社 近接センサ
https://www.keyence.co.jp/products/sensor/proximity/
これらのセンサは、高周波の磁界によって物体に生じる渦電流による磁界の変化を検出する原理を用いており、数ｍｍから数ｃｍ程度の距離で、物体を検知することができる。しかし、対象物は金属等の良導電体に限られ、単に対象物の近接を検知できるのみで、３次元的な位置情報を単独で得ることはできない。
【0005】
３次元的な位置情報を得ることができるセンサとして、ＴＯＦカメラ（TOF: Time Of Flight）と呼ばれるものが近年普及しつつある。
ＴＯＦカメラとしては、例えば、以下のような製品が市販されている。
Panasonic社
https://panasonic.co.jp/es/pespl/products/new/tofcamera.html
Basler社
https://ttps://www.baslerweb.com/jp/products/cameras/3d-cameras/time-of-flight-camera/tof640-20gm_850nm/
これらのセンサは、いずれも、測定の原理上、高周波で変調された強い光源とイメージセンサや高度な技術を駆使した電子回路とが用いられるため、上記近接センサと比較して、構成が複雑化してコストが上昇してしまう。
ＴＯＦカメラとしては、例えば、以下のような製品が市販されている。
Panasonic社
https://panasonic.co.jp/es/pespl/products/new/tofcamera.html
Basler社
https://ttps://www.baslerweb.com/jp/products/cameras/3d-cameras/time-of-flight-camera/tof640-20gm_850nm/
これらのセンサは、いずれも、測定の原理上、高周波で変調された強い光源とイメージセンサや高度な技術を駆使した電子回路とが用いられるため、上記近接センサと比較して、構成が複雑化してコストが上昇してしまう。
【0006】
また、例えば、特許文献１には、磁界を利用して金属体の有無または位置を検知する近接センサについて開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２００９－５９５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、上記従来の物体検知センサでは、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、上記既存の物体検知センサでは、性能対コスト比の点においては限界があり、比較的長距離で、金属以外の物体でも検知可能な構成とするためには、必然的に、構成が複雑化してコストアップを招来する。
すなわち、上記既存の物体検知センサでは、性能対コスト比の点においては限界があり、比較的長距離で、金属以外の物体でも検知可能な構成とするためには、必然的に、構成が複雑化してコストアップを招来する。
【0009】
本発明の課題は、簡易な構成により、物体の位置情報を取得することが可能な物体検知センサおよび物体検知システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
第１の発明に係る物体検知センサは、検出用線路に送出された信号の伝播遅延時間の変化から得られる信号に基づいて、検出用線路の周囲の実効誘電率の変化を検出して、検出用線路の近傍の物体の有無やその動きを含む物体の位置情報を検知する物体検知センサであって、複数の検出用線路と、送信部と、受信部と、検出部と、位置情報推定部とを備えている。送信部は、複数の検出用線路に対して信号を送出する。受信部は、複数の検出用線路からそれぞれ得られる信号を受信する。検出部は、受信部において受信された複数の検出用線路からの信号の伝播遅延時間を検出する。位置情報推定部は、検出部において検出された複数の検出用線路から受信した信号の伝播遅延時間の変化から得られる信号のバランスに基づいて、物体の位置情報を推定する。
【0011】
ここでは、検出用線路の近傍に物体が存在すると検出用線路の周囲の実効誘電率が変化することで複数の検出用線路に送出された信号の伝播遅延時間が変化することを利用して、各検出用線路における伝播遅延時間を検出する。そして、複数の検出用線路において検出された伝播遅延時間の変化から得られる信号のバランスに基づいて、物体の位置情報を推定する。
【0012】
ここで、検出用線路は、電気信号が入力される入力部と、信号を出力する出力部とを有する電線状の部材であって、例えば、蛇行（パルス）形状や直線状の形状等を有している。
また、上記位置情報推定部において推定される物体の位置情報には、検出用線路から見た物体の角度、物体までの距離だけでなく、物体の有無等も含まれる。
また、上記位置情報推定部において推定される物体の位置情報には、検出用線路から見た物体の角度、物体までの距離だけでなく、物体の有無等も含まれる。
【0013】
ここで、一般的に、電気信号が電線を伝播する速度は、電線の周囲の空間の誘電率に依存する。誘電率は、必ずしも空間において一様ではなく、電気信号が作る電界の強さも電線からの距離に依存するため、実質的にはこれらを全空間にわたって重み付け平均した量（実効誘電率）によって伝播速度が決まる。空気の誘電率は、ほぼ真空の誘電率と同じと考えてよいが、一般に、物質の誘電率は、空気の誘電率よりも大きく、真空の誘電率との比（比誘電率）は、例えば、プラスチック系の材料で２～４程度で、多くの材料は１桁台の値を示す。一方、水やアルコールのように有極性分子を含む物質の誘電率は、数１０以上の大きな値を示す。
【0014】
また、金属のように良導電性の材料は、等価的に比誘電率が無限大と見なすことができる。したがって、電線の近傍に物体が存在すると、物体が存在しない場合と比べて、電線の周囲の空間の実効誘電率が大きくなる。これにより、電線を伝わる電気信号の伝播遅延時間が大きくなる。
本発明の物体検知センサでは、このような電気信号が入出力される電線を検出用線路として用いるとともに、複数の検出用線路に対して信号を送出して信号が線路を伝播帰還するまでの時間差（伝播遅延時間）を測定して、その伝播遅延時間の変化から得られる信号のバランスを検出する。
本発明の物体検知センサでは、このような電気信号が入出力される電線を検出用線路として用いるとともに、複数の検出用線路に対して信号を送出して信号が線路を伝播帰還するまでの時間差（伝播遅延時間）を測定して、その伝播遅延時間の変化から得られる信号のバランスを検出する。
【0015】
これにより、複数の検出用線路における伝播遅延時間の変化を示す信号のバランスによって、複数の検出用線路の近傍への物体が近接しているか否か、あるいは、複数の検出用線路のうちのどの検出用線路に最も物体が近い位置にあるか等を検出することで、その物体の位置・方向等の位置情報を推定することができる。
また、物体の材質と寸法形状等が既知であれば、例えば、２つの検出用線路を用いた場合でも、検出用線路から物体までの距離を推定することができる。
また、物体の材質と寸法形状等が既知であれば、例えば、２つの検出用線路を用いた場合でも、検出用線路から物体までの距離を推定することができる。
【0016】
第２の発明に係る物体検知センサは、第１の発明に係る物体検知センサであって、複数の検出用線路は、第１線路と第２線路とを有している。
ここでは、２つの検出用線路（第１線路および第２線路）を用いて物体検知センサを構成する。
これにより、２つの検出用線路（第１線路および第２線路）に対してそれぞれ入力された信号の伝播遅延時間の変化を示す信号のバランスに基づいて、第１線路および第２線路から物体までの距離、方向等の位置情報を推定することができる。
ここでは、２つの検出用線路（第１線路および第２線路）を用いて物体検知センサを構成する。
これにより、２つの検出用線路（第１線路および第２線路）に対してそれぞれ入力された信号の伝播遅延時間の変化を示す信号のバランスに基づいて、第１線路および第２線路から物体までの距離、方向等の位置情報を推定することができる。
【0017】
第３の発明に係る物体検知センサは、第２の発明に係る物体検知センサであって、第１線路と第２線路とは、略同じ形状、略同じ寸法を有しており、所定の距離を介して配置されている。
ここでは、略同じ形状、寸法を有する第１線路および第２線路が、所定の距離を介して配置されている。
ここでは、略同じ形状、寸法を有する第１線路および第２線路が、所定の距離を介して配置されている。
【0018】
これにより、第１線路と第２線路とが、略同じ形状、略同じ寸法を有しているため、第１線路と第２線路から略同じ距離に物体が存在する場合には、両線路における伝播遅延時間は略同程度となる。
よって、第１線路および第２線路における伝播遅延時間の変化を示す信号のバランスから、物体の位置情報を推定しやすくすることができる。
よって、第１線路および第２線路における伝播遅延時間の変化を示す信号のバランスから、物体の位置情報を推定しやすくすることができる。
【0019】
第４の発明に係る物体検知センサは、第２または第３の発明に係る物体検知センサであって、位置情報推定部は、第１線路と第２線路とから得られる信号のバランスから、第１線路と第２線路とを結ぶ直線に対する物体が存在する角度を推定する。
ここでは、第１線路と第２線路とにおいてそれぞれ得られる伝播遅延時間を示す信号のバランスから、第１線路および第２線路に対する物体が存在する角度（方向）を推定する。
ここでは、第１線路と第２線路とにおいてそれぞれ得られる伝播遅延時間を示す信号のバランスから、第１線路および第２線路に対する物体が存在する角度（方向）を推定する。
【0020】
これにより、第１線路および第２線路の近傍に物体が存在しているか否かを推定することができるとともに、例えば、物体の材質や大きさ、形状等が既知である場合には、その物体までの距離を推定することができる。
【0021】
第５の発明に係る物体検知センサは、第２から第４の発明のいずれか１つに係る物体検知センサであって、位置情報推定部は、第１線路と第２線路とから得られる信号のバランスと、信号の和と、を用いて、物体までの距離を推定する。
ここでは、第１線路と第２線路とから得られる信号のバランスに基づいて物体が存在する方向を推定するとともに、その信号（電圧値等）の和に基づいて物体までの距離を推定する。
これにより、第１線路と第２線路とを用いた簡素な構成により、近傍に存在する物体の方向と距離を推定することができる。
ここでは、第１線路と第２線路とから得られる信号のバランスに基づいて物体が存在する方向を推定するとともに、その信号（電圧値等）の和に基づいて物体までの距離を推定する。
これにより、第１線路と第２線路とを用いた簡素な構成により、近傍に存在する物体の方向と距離を推定することができる。
【0022】
第６の発明に係る物体検知センサは、第１の発明に係る物体検知センサであって、複数の検出用線路は、第１線路、第２線路、第３線路および第４線路を有している。
ここでは、４つの検出用線路（第１線路～第４線路）を用いて物体検知センサを構成する。
これにより、４つの検出用線路（第１線路～第４線路）に対してそれぞれ入力された信号の伝播遅延時間の変化を示す信号のうち、例えば、第１線路と第２線路とにおける信号のバランスと、第３線路と第４線路とにおける信号のバランスとに基づいて、第１線路～第４線路から物体までの距離、方向等の位置情報を推定することができる。
ここでは、４つの検出用線路（第１線路～第４線路）を用いて物体検知センサを構成する。
これにより、４つの検出用線路（第１線路～第４線路）に対してそれぞれ入力された信号の伝播遅延時間の変化を示す信号のうち、例えば、第１線路と第２線路とにおける信号のバランスと、第３線路と第４線路とにおける信号のバランスとに基づいて、第１線路～第４線路から物体までの距離、方向等の位置情報を推定することができる。
【0023】
第７の発明に係る物体検知センサは、第６の発明に係る物体検知センサであって、第１線路、第２線路、第３線路および第４線路は、略９０度間隔で回転対称に配置されている。
ここでは、上述した４つの検出用線路（第１～第４線路）が、それらの中央に配置された軸を中心として、略９０度間隔で回転対称に配置されている。
これにより、例えば、第１線路と第２線路とを対向する位置に配置させ、第３線路と第４線路とを対向する位置に配置させて、第１線路と第２線路とにおける信号バランスと、第３線路と第４線路とにおける信号バランスとを用いて、物体の存在の有無、位置情報等を推定することができる。
ここでは、上述した４つの検出用線路（第１～第４線路）が、それらの中央に配置された軸を中心として、略９０度間隔で回転対称に配置されている。
これにより、例えば、第１線路と第２線路とを対向する位置に配置させ、第３線路と第４線路とを対向する位置に配置させて、第１線路と第２線路とにおける信号バランスと、第３線路と第４線路とにおける信号バランスとを用いて、物体の存在の有無、位置情報等を推定することができる。
【0024】
第８の発明に係る物体検知センサは、第６または第７の発明に係る物体検知センサであって、第１線路と第２線路とは、第１の距離を有する所定の間隔を介して対向配置されており、第３線路と第４線路とは、第１の距離を有する所定の間隔を介して対向配置されている。
ここでは、対向配置された第１線路と第２線路との間の距離と、対向配置された第３線路と第４線路との間の距離とが、同一の距離（第１の距離）になるように、４つの検出用線路（第１～第４線路）が配置されている。
ここでは、対向配置された第１線路と第２線路との間の距離と、対向配置された第３線路と第４線路との間の距離とが、同一の距離（第１の距離）になるように、４つの検出用線路（第１～第４線路）が配置されている。
【0025】
これにより、第１線路と第２線路とを結ぶ直線と、第３線路と第４線路とを結ぶ直線との交点を中心として、４つの検出用線路（第１線路～第２線路）を回転対称に配置することができる。
よって、第１線路と第２線路とにおける信号バランスと、第３線路と第４線路とにおける信号バランスとを用いて、物体の存在の有無、位置情報等を容易に推定することができる。
よって、第１線路と第２線路とにおける信号バランスと、第３線路と第４線路とにおける信号バランスとを用いて、物体の存在の有無、位置情報等を容易に推定することができる。
【0026】
第９の発明に係る物体検知センサは、第６から第８の発明のいずれか１つに係る物体検知センサであって、第１線路、第２線路、第３線路および第４線路は、略同じ形状、略同じ寸法を有している。
ここでは、４つの検出用線路（第１線路～第４線路）が、略同じ形状、寸法を有している。
ここでは、４つの検出用線路（第１線路～第４線路）が、略同じ形状、寸法を有している。
【0027】
これにより、第１線路と第２線路とが、略同じ形状、略同じ寸法を有しているため、第１線路と第２線路から略同じ距離に物体が存在する場合には、両線路における伝播遅延時間は略同程度となる。同様に、第３線路と第４線路とが、略同じ形状、略同じ寸法を有しているため、第３線路と第４線路から略同じ距離に物体が存在する場合には、両線路における伝播遅延時間は略同程度となる。
【0028】
よって、第１線路および第２線路における伝播遅延時間の変化を示す信号のバランスと、第３線路および第４線路における伝播遅延時間の変化を示す信号のバランスとに基づいて、物体の位置情報を推定しやすくすることができる。
【0029】
第１０の発明に係る物体検知センサは、第６から第９の発明のいずれか１つに係る物体検知センサであって、位置情報推定部は、第１線路および第２線路から得られる信号のバランスと、第３線路および第４線路から得られる信号のバランスとに基づいて、物体の位置を推定する。
【0030】
ここでは、第１線路と第２線路とから得られる信号のバランスと、第３線路と第４線路とから得られる信号のバランスとに基づいて物体の方向、物体までの距離を推定する。
これにより、第１線路と第２線路、第３線路と第４線路とをそれぞれ一組とする簡素な構成により、近傍に存在する物体の方向と距離を推定することができる。
これにより、第１線路と第２線路、第３線路と第４線路とをそれぞれ一組とする簡素な構成により、近傍に存在する物体の方向と距離を推定することができる。
【0031】
第１１の発明に係る物体検知センサは、第１６の発明に係る物体検知センサであって、複数の検出用線路は、略直線状に形成されており、互いに略平行に配置されている。
ここでは、略直線状に形成された複数の検出用線路を、互いに略平行になるように配置している。
これにより、互いに略平行に配置された複数の検出用線路における信号バランスの変化を検出することで、複数の検出用線路に直交する方向における物体の位置を推定することができる。
ここでは、略直線状に形成された複数の検出用線路を、互いに略平行になるように配置している。
これにより、互いに略平行に配置された複数の検出用線路における信号バランスの変化を検出することで、複数の検出用線路に直交する方向における物体の位置を推定することができる。
【0032】
第１２の発明に係る物体検知システムは、第１１の発明のいずれか１つに係る物体検知センサを含む第１系統と、第１１の発明のいずれか１つに係る物体検知センサを含む第２系統と、を備えている。
ここでは、直線状に形成され互いに略平行に配置された複数の検出用線路を含む２つの系統（第１系統および第２系統）を備えた物体検知システムを構成する。
ここでは、直線状に形成され互いに略平行に配置された複数の検出用線路を含む２つの系統（第１系統および第２系統）を備えた物体検知システムを構成する。
【0033】
ここで、第１系統と第２系統とにおいてそれぞれ検出される伝播遅延時間の変化を示す信号バランスは、第１系統あるいは第２系統に含まれる位置情報推定部へ集められ、物体の位置情報が推定される。
これにより、それぞれが互いに略平行に配置された複数の直線状の検出用線路を備えた２つの系統を用いて、物体の位置情報を推定することができる。
これにより、それぞれが互いに略平行に配置された複数の直線状の検出用線路を備えた２つの系統を用いて、物体の位置情報を推定することができる。
【0034】
第１３の発明に係る物体検知システムは、第１２の発明に係る物体検知システムであって、第１系統と第２系統とは、略直線状に形成された複数の検出用線路が互いに略直交するように配置されている。
ここでは、直線状に形成され互いに略平行に配置された複数の検出用線路を含む２つの系統（第１系統および第２系統）を、直線状の複数の検出用線路が互いに略直交するように配置している。
これにより、略直交するように重ねて配置された第１系統と第２系統とにおいてそれぞれ検出された信号バランスに基づいて、物体の位置情報を容易に推定することができる。
ここでは、直線状に形成され互いに略平行に配置された複数の検出用線路を含む２つの系統（第１系統および第２系統）を、直線状の複数の検出用線路が互いに略直交するように配置している。
これにより、略直交するように重ねて配置された第１系統と第２系統とにおいてそれぞれ検出された信号バランスに基づいて、物体の位置情報を容易に推定することができる。
【0035】
第１４の発明に係る物体検知システムは、第１２または第１３の発明に係る物体検知システムであって、位置情報推定部は、第１系統に含まれる複数の検出用線路から得られる信号のバランスと、第２系統に含まれる複数の検出用線路から得られる信号のバランスとに基づいて、物体の位置を推定する。
【0036】
ここでは、第１系統あるいは第２系統に含まれる位置情報推定部において、第１系統において得られる信号のバランスと、第２系統において得られる信号のバランスとに基づいて、物体の位置を推定する。
これにより、略直交するように重ねて配置された第１系統と第２系統とにおいてそれぞれ検出された信号バランスに基づいて、物体の位置情報を容易に推定することができる。
これにより、略直交するように重ねて配置された第１系統と第２系統とにおいてそれぞれ検出された信号バランスに基づいて、物体の位置情報を容易に推定することができる。
【0037】
第１５の発明に係る物体検知システムは、第１２の発明に係る物体検知システムであって、第１１の発明に係る物体検知センサを含む第３系統を、さらに備えている。
ここでは、直線状に形成され互いに略平行に配置された複数の検出用線路を含む２つの系統（第１系統および第２系統）に加えて、さらに３つ目の系統（第３系統）を備えた物体検知システムを構成する。
これにより、３つの系統においてそれぞれ検出された信号バランスに基づいて、物体の位置情報を推定することができる。
ここでは、直線状に形成され互いに略平行に配置された複数の検出用線路を含む２つの系統（第１系統および第２系統）に加えて、さらに３つ目の系統（第３系統）を備えた物体検知システムを構成する。
これにより、３つの系統においてそれぞれ検出された信号バランスに基づいて、物体の位置情報を推定することができる。
【0038】
第１６の発明に係る物体検知システムは、第１５の発明に係る物体検知システムであって、第１系統、第２系統および第３系統は、略直線状に形成された複数の検出用線路が互いに略１２０度の角度で交差するように配置されている。
【0039】
ここでは、上述した３つの系統（第１～第３系統）を、それぞれの略直線状の複数の検出用線路が互いに略１２０度の角度で交差するように配置されている。
これにより、略１２０度の角度で交差するように重ねて配置された３つの系統（第１系統～第３系統）においてそれぞれ検出された信号バランスに基づいて、物体の位置情報を容易に推定することができる。
これにより、略１２０度の角度で交差するように重ねて配置された３つの系統（第１系統～第３系統）においてそれぞれ検出された信号バランスに基づいて、物体の位置情報を容易に推定することができる。
【0040】
第１７の発明に係る物体検知システムは、第１５の発明に係る物体検知システムであって、第３系統は、略直線状に形成された複数の検出用線路が互いに略直交するように配置された第１系統および第２系統に対して、略直線状に形成された複数の検出用線路がそれぞれ略４５度の角度で交差するように配置されている。
【0041】
ここでは、直線状に形成され互いに略平行に配置された複数の検出用線路を含む２つの系統（第１系統および第２系統）に対して、直線状に形成された複数の検出用線路がそれぞれ略４５度の角度で交差するように３つ目の系統（第３系統）を配置している。
これにより、例えば、第１系統～第３系統の近傍に複数の物体が存在する場合でも、３つの系統それぞれにおいて検出された信号バランスに基づいて、それぞれの物体の位置情報を推定することができる。
これにより、例えば、第１系統～第３系統の近傍に複数の物体が存在する場合でも、３つの系統それぞれにおいて検出された信号バランスに基づいて、それぞれの物体の位置情報を推定することができる。
【0042】
第１８の発明に係る物体検知システムは、第１５から第１７の発明のいずれか１つに係る物体検知システムであって、位置情報推定部は、第１系統に含まれる複数の検出用線路から得られる信号のバランスと、第２系統に含まれる複数の検出用線路から得られる信号のバランスと、第３系統に含まれる複数の検出用線路から得られる信号のバランスとに基づいて、物体の位置を推定する。
【0043】
ここでは、３つの系統（第１系統～第３系統）において得られる伝播遅延時間の変化を示す信号バランスを用いて、物体の位置情報を推定する。
これにより、３つの系統においてそれぞれ検出された信号バランスに基づいて、物体の位置情報を容易に推定することができる。
これにより、３つの系統においてそれぞれ検出された信号バランスに基づいて、物体の位置情報を容易に推定することができる。
【発明の効果】
【0044】
本発明に係る物体検知センサによれば、簡易な構成により、物体の位置情報を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】本発明の一実施形態に係る物体検知センサの構成を示す制御ブロック図。
【図7】本発明の他の実施形態に係る物体検知センサを含む物体検知システムの構成を示す図。
【図8】本発明のさらに他の実施形態に係る物体検知センサを含む物体検知システムの構成を示す図。
【図9】本発明のさらに他の実施形態に係る物体検知センサを含む物体検知システムの構成を示す図。
【図10】本発明のさらに他の実施形態に係る物体検知センサを含む物体検知システムの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0046】
（実施形態１）
本発明の一実施形態に係る物体検知センサ１について、図１～図６を用いて説明すれば以下の通りである。
本実施形態に係る物体検知センサ１は、複数の検出用線路２０（第１線路２１および第２線路２２）の近傍に存在する物体３０（図２参照）を検知するセンサであって、図１に示すように、回路部１０と、検出用線路２０とを備えている。
本発明の一実施形態に係る物体検知センサ１について、図１～図６を用いて説明すれば以下の通りである。
本実施形態に係る物体検知センサ１は、複数の検出用線路２０（第１線路２１および第２線路２２）の近傍に存在する物体３０（図２参照）を検知するセンサであって、図１に示すように、回路部１０と、検出用線路２０とを備えている。
【0047】
具体的には、本実施形態の物体検知センサ１は、複数の検出用線路（第１線路２１および第２線路２２）の近傍に物体が存在すると検出用線路（第１線路２１および第２線路２２）の周囲の実効誘電率が変化して、複数の検出用線路（第１線路２１および第２線路２２）に送出された信号の伝播遅延時間が変化することを利用して、各検出用線路（第１線路２１および第２線路２２）における伝播遅延時間を検出する。そして、物体検知センサ１は、複数の検出用線路（第１線路２１および第２線路２２）において検出された伝播遅延時間の変化から得られる信号のバランスに基づいて、物体３０（図２参照）の位置情報を推定する。
【0048】
回路部１０は、図１に示すように、第１パルス発生部１１ａ、第１送信部１２ａ、第１受信部１３ａ、第１検出部１４ａ、第２パルス発生部１１ｂ、第２送信部１２ｂ、第２受信部１３ｂ、第２検出部１４ｂ、位置情報推定部１５を備えている。
第１パルス発生部１１ａは、第１線路２１に対して送出されるパルス信号を発生させる。
第１パルス発生部１１ａは、第１線路２１に対して送出されるパルス信号を発生させる。
【0049】
第１送信部１２ａは、第１線路２１および第１検出部１４ａに対して、第１パルス発生部１１ａにおいて発生させたパルス信号を送出する。
第１受信部１３ａは、第１送信部１２ａから第１線路２１に対して送出されたパルス信号と、第１線路２１を伝播したパルス信号とを受信する。
第１検出部１４ａは、第１送信部１２ａから送出されたパルス信号と第１受信部１３ａにおいて受信したパルス信号とを比較して、パルス信号の伝播遅延時間を検出する。
第１受信部１３ａは、第１送信部１２ａから第１線路２１に対して送出されたパルス信号と、第１線路２１を伝播したパルス信号とを受信する。
第１検出部１４ａは、第１送信部１２ａから送出されたパルス信号と第１受信部１３ａにおいて受信したパルス信号とを比較して、パルス信号の伝播遅延時間を検出する。
【0050】
第２パルス発生部１１ｂは、第２線路２２に対して送出されるパルス信号を発生させる。
第２送信部１２ｂは、第２線路２２および第２検出部１４ｂに対して、第２パルス発生部１１ｂにおいて発生させたパルス信号を送出する。
第２受信部１３ｂは、第２送信部１２ｂから第２線路２２に対して送出されたパルス信号と、第２線路２２を伝播したパルス信号とを受信する。
第２送信部１２ｂは、第２線路２２および第２検出部１４ｂに対して、第２パルス発生部１１ｂにおいて発生させたパルス信号を送出する。
第２受信部１３ｂは、第２送信部１２ｂから第２線路２２に対して送出されたパルス信号と、第２線路２２を伝播したパルス信号とを受信する。
【0051】
第２検出部１４ｂは、第２送信部１２ｂから送出されたパルス信号と第２受信部１３ｂにおいて受信したパルス信号とを比較して、パルス信号の伝播遅延時間を検出する。
位置情報推定部１５は、第１検出部１４ａおよび第２検出部１４ｂにおいてそれぞれ検出されたパルス信号の伝播遅延時間を受信し、第１線路２１と第２線路２２とにおける伝播遅延時間の変化のバランスに基づいて、第１線路２１および第２線路２２に対する物体３０（図２参照）の位置情報を推定する。
位置情報推定部１５は、第１検出部１４ａおよび第２検出部１４ｂにおいてそれぞれ検出されたパルス信号の伝播遅延時間を受信し、第１線路２１と第２線路２２とにおける伝播遅延時間の変化のバランスに基づいて、第１線路２１および第２線路２２に対する物体３０（図２参照）の位置情報を推定する。
【0052】
ここで、位置情報推定部１５において推定される物体３０の位置情報としては、第１線路２１および第２線路２２に対する相対的な位置に限らず、第１線路２１および第２線路２２の近傍に物体３０が存在するか否かを示す位置情報も含まれる。
なお、第１線路２１および第２線路２２の近傍における物体３０の位置情報を推定する原理については、後段にて詳述する。
なお、第１線路２１および第２線路２２の近傍における物体３０の位置情報を推定する原理については、後段にて詳述する。
【0053】
検出用線路２０は、物体３０（図２参照）が近傍に存在すると周囲の実効誘電率が変化して複数の線路（第１線路２１および第２線路２２）に送出された信号の伝播遅延時間が変化することを利用して、各線路（第１線路２１および第２線路２２）における伝播遅延時間を検出するために所定の位置に設置されており、図１に示すように、第１線路２１および第２線路２２を備えている。
【0054】
第１線路２１および第２線路２２は、図２に示すように、略同じ形状、略同じ寸法の蛇行形状（パルス形状）を有する金属線をシート状に敷設して構成されている。そして、第１線路２１および第２線路２２は、２枚の絶縁性フィルムの間に、金属線を挟みこむように構成されている。これにより、他の導体との接触によって、ノイズが発生することを防止することができる。
【0055】
なお、第１線路２１および第２線路２２としては、絶縁性フィルムの代わりに、布状または網目状のシートによって、絶縁被覆された金属線を挟み込むように構成されたものを用いてもよい。
第１線路２１は、第１送信部１２ａからパルス信号が入力される入力部と、第１受信部１３ａへパルス信号を出力する出力部とを有している。
第１線路２１は、第１送信部１２ａからパルス信号が入力される入力部と、第１受信部１３ａへパルス信号を出力する出力部とを有している。
【0056】
第２線路２２は、第２送信部１２ｂからパルス信号が入力される入力部と、第２受信部１３ｂへパルス信号を出力する出力部とを有している。
本実施形態の物体検知センサ１は、図１に示すように、第１線路２１に対してパルス信号を送出し、第１線路２１において伝播したパルス信号を受信し、伝播遅延時間を検出するとともに、第２線路２２に対してパルス信号を送出し、第２線路２２において伝播したパルス信号を受信し、伝播遅延時間を検出する。そして、第１線路２１および第２線路２２における伝播遅延時間の変化を示す信号を比較して、そのバランスに基づいて、第１線路２１および第２線路２２の近傍に物体３０があるか否か、あるいは物体３０の方向（角度）および物体３０までの距離等、物体３０の位置情報を推定する。
本実施形態の物体検知センサ１は、図１に示すように、第１線路２１に対してパルス信号を送出し、第１線路２１において伝播したパルス信号を受信し、伝播遅延時間を検出するとともに、第２線路２２に対してパルス信号を送出し、第２線路２２において伝播したパルス信号を受信し、伝播遅延時間を検出する。そして、第１線路２１および第２線路２２における伝播遅延時間の変化を示す信号を比較して、そのバランスに基づいて、第１線路２１および第２線路２２の近傍に物体３０があるか否か、あるいは物体３０の方向（角度）および物体３０までの距離等、物体３０の位置情報を推定する。
【0057】
ここで、検知対象である物体３０とそれぞれの検出用線路（第１線路２１および第２線路２２）との間の距離は、物体３０の位置によって変化する。このため、それぞれの検出用線路（第１線路２１および第２線路２２）から得られるパルス信号の伝播遅延時間の変化を示す信号を比較し、そのバランスに基づいて、２つの検出用線路（第１線路２１および第２線路２２）を結ぶ直線に対する物体３０が存在する方向（角度）を推定することができる。
【0058】
これにより、複数の検出用線路（第１線路２１および第２線路２２）における伝播遅延時間の変化を示す信号のバランスによって、第１線路２１および第２線路２２の近傍への物体３０が近接しているか否か、物体３０の方向（角度）、あるいは、第１線路２１および第２線路２２のうちのどちらに近い位置に物体３０があるか等を推定することができる。
【0059】
この結果、物体３０が近づくと第１線路２１および第２線路２２の周囲の実効誘電率が変化することを利用することで、金属線等からなる第１線路２１および第２線路２２等の簡素な構成を用いて、物体３０の位置・方向等の位置情報を推定することができる。
また、本実施形態の物体検知センサ１では、図２に示すように、ほぼ同じ形状・ほぼ同じ寸法を有する検出用線路（第１線路２１および第２線路２２）が、一定の距離を介して所定の位置に配置されている。
また、本実施形態の物体検知センサ１では、図２に示すように、ほぼ同じ形状・ほぼ同じ寸法を有する検出用線路（第１線路２１および第２線路２２）が、一定の距離を介して所定の位置に配置されている。
【0060】
これにより、物体３０が第１線路２１および第２線路２２から等距離にある場合には、第１線路２１および第２線路２２において伝播したパルス信号後の遅延時間は、第１受信部１３ａおよび第２受信部１３ｂにおいて略同じになる。よって、物体３０が第１線路２１および第２線路２２のいずれか一方に近づいた場合には、第１線路２１および第２線路２２における伝播遅延時間に差が生じるため、容易に、第１線路２１および第２線路２２を結ぶ直線に対する物体３０が存在する方向（角度）を推定することができる。
【0061】
さらに、本実施形態の物体検知センサ１では、２つの検出用線路（第１線路２１および第２線路２２）から得られる信号の和に基づいて、物体３０までの距離を推定する。
すなわち、第１線路２１および第２線路２２に対して、物体３０が接近すると、第１線路２１および第２線路２２の周囲の実効誘電率の変化が大きくなる。その結果、第１線路２１および第２線路２２におけるパルス信号の伝播遅延時間は、第１線路２１および第２線路２２の周囲の実効誘電率の変化によって大きくなる。
すなわち、第１線路２１および第２線路２２に対して、物体３０が接近すると、第１線路２１および第２線路２２の周囲の実効誘電率の変化が大きくなる。その結果、第１線路２１および第２線路２２におけるパルス信号の伝播遅延時間は、第１線路２１および第２線路２２の周囲の実効誘電率の変化によって大きくなる。
【0062】
これにより、物体３０が、第１線路２１および第２線路２２に対して近い位置にある場合には、第１線路２１および第２線路２２の周囲の実効誘電率が大きく変化してパルス信号の伝播遅延時間が大きく変化したことを示す信号の和を用いることで、第１線路２１および第２線路２２から物体３０までの距離を推定することができる。
なお、第１線路２１および第２線路２２から物体３０までに距離の推定については、伝播遅延時間を示す信号の和を用いる代わりに、予め認識されている物体３０の材質、大きさ等に基づいて行われてもよい。
なお、第１線路２１および第２線路２２から物体３０までに距離の推定については、伝播遅延時間を示す信号の和を用いる代わりに、予め認識されている物体３０の材質、大きさ等に基づいて行われてもよい。
【0063】
＜物体位置情報の検出原理について＞
本実施形態の物体検知センサ１による物体３０の位置情報を推定する原理について、図３～図６を用いて説明すれば以下の通りである。
ここでは、図３に示すように、被覆外径約１ｍｍの導線２本からなる平行導線（長さ１６０ｍｍ）を一端で短絡して折り返し、検出用線路として用いる。そして、同じものを２本（第１線路２１および第２線路２２）、４０ｍｍの間隔を空けて互いに平行に配置し、一方をＡ－ｃｈ（第１線路２１）、他方をＢ－ｃｈ（第２線路２２）とする。
本実施形態の物体検知センサ１による物体３０の位置情報を推定する原理について、図３～図６を用いて説明すれば以下の通りである。
ここでは、図３に示すように、被覆外径約１ｍｍの導線２本からなる平行導線（長さ１６０ｍｍ）を一端で短絡して折り返し、検出用線路として用いる。そして、同じものを２本（第１線路２１および第２線路２２）、４０ｍｍの間隔を空けて互いに平行に配置し、一方をＡ－ｃｈ（第１線路２１）、他方をＢ－ｃｈ（第２線路２２）とする。
【0064】
そして、物体３０として、直径３０ｍｍ、長さ５０ｍｍの円柱状の真鍮丸棒を用いるものとする。
図３に示すように、この真鍮丸棒（物体３０）を、Ａ－ｃｈ（第１線路２１）およびＢ－ｃｈ（第２線路２２）に近づけて、各線路２１，２２におけるパルス信号の伝播遅延時間の変化から得られる信号を測定した。
図３に示すように、この真鍮丸棒（物体３０）を、Ａ－ｃｈ（第１線路２１）およびＢ－ｃｈ（第２線路２２）に近づけて、各線路２１，２２におけるパルス信号の伝播遅延時間の変化から得られる信号を測定した。
【0065】
真鍮丸棒の位置は、図３に示すように、Ａ－ｃｈ（第１線路２１）とＢ－ｃｈ（第２線路２２）とを結ぶ直線の中間点から、直線方向に沿って距離Ｘ、および直線からの高さＹで表すものとする。
真鍮丸棒（物体３０）が各チャンネル（第１線路２１および第２線路２２）の正面（第１線路２１と第２線路２２とを結ぶ直線の中間点上）にある場合の高さＹと、各チャンネル（第１線路２１および第２線路２２）からの出力電圧との関係は、図４に示すグラフによって表される。
真鍮丸棒（物体３０）が各チャンネル（第１線路２１および第２線路２２）の正面（第１線路２１と第２線路２２とを結ぶ直線の中間点上）にある場合の高さＹと、各チャンネル（第１線路２１および第２線路２２）からの出力電圧との関係は、図４に示すグラフによって表される。
【0066】
このグラフで示されているように、各チャンネル（第１線路２１および第２線路２２）からの出力電圧は、高さＹに対しておおよそ反比例の関係にあることが分かる。よって、出力電圧と真鍮丸棒（物体３０）までの距離ｒとの関係は、
ｓ＝ｋ／ｒ
と近似的に表すことができる。ここで、ｋは、定数である。
ｓ＝ｋ／ｒ
と近似的に表すことができる。ここで、ｋは、定数である。
【0067】
次に、ＸおよびＹを変化させて、それぞれのチャンネル（第１線路２１および第２線路２２）の出力電圧の変化を調べた結果を、図５に示す。
図５に示すグラフでは、２つのチャンネル（第１線路２１および第２線路２２）からの出力電圧は、２つの線路（第１線路２１および第２線路２２）の中間点（Ｘ＝０）の位置を中心として、ほぼ左右対称の形となっている。そして、それぞれのチャンネルの出力電圧は、真鍮丸棒（物体３０）がそれぞれのチャンネル（第１線路２１および第２線路２２）の正面にある場合（Ａ-ｃｈはＸ＝－２ｃｍ、Ｂ-ｃｈはＸ＝２ｃｍ）に最大となり正面から外れるにつれて小さくなること、距離が遠いほど出力電圧が小さくなることが分かる。
図５に示すグラフでは、２つのチャンネル（第１線路２１および第２線路２２）からの出力電圧は、２つの線路（第１線路２１および第２線路２２）の中間点（Ｘ＝０）の位置を中心として、ほぼ左右対称の形となっている。そして、それぞれのチャンネルの出力電圧は、真鍮丸棒（物体３０）がそれぞれのチャンネル（第１線路２１および第２線路２２）の正面にある場合（Ａ-ｃｈはＸ＝－２ｃｍ、Ｂ-ｃｈはＸ＝２ｃｍ）に最大となり正面から外れるにつれて小さくなること、距離が遠いほど出力電圧が小さくなることが分かる。
【0068】
したがって、２つチャンネル（第１線路２１および第２線路２２）の出力信号の大きさとバランスとに基づいて、真鍮丸棒（物体３０）までの距離と方向（角度）に関する位置情報を推定することができることが分かる。
ここで、図６に示すように、２つのチャンネル（第１線路２１および第２線路２２）の間隔をｄ、各チャンネル（第１線路２１および第２線路２２）から物体３０までの距離をｒ１およびｒ２とすると、これらの関係は、
ここで、図６に示すように、２つのチャンネル（第１線路２１および第２線路２２）の間隔をｄ、各チャンネル（第１線路２１および第２線路２２）から物体３０までの距離をｒ１およびｒ２とすると、これらの関係は、
【0069】
【数1】
【0070】
【数2】
これを整理すると、
【0071】
【数3】
【0072】
【数4】
それぞれの線路の出力を、Ｓ１およびＳ２とすれば、Ｓ１およびＳ２は、以下の数式によって表される。
【0073】
【数5】
【0074】
【数6】
【0075】
【数7】
また、これらは、以下の数式によって表すことができるため、既に求めたｒを元に、各チャンネル（第１線路２１および第２線路２２）に対する物体３０の角度θを取得することができる。
【0076】
【数8】
これにより、簡素な構成、かつ極めて低コストで、３次元物体検知の機能を実現することができる。
【0077】
（実施形態２）
本発明の他の実施形態に係る物体検知センサ１０１について、図７を用いて説明すれば以下の通りである。
本実施形態の物体検知センサ１０１は、図７に示すように、略同じ形状・略同じ寸法を有する４つの検出用線路（第１線路１２１、第２線路１２２、第３線路１２３、および第４線路１２４）が、円板の中心から等距離の周方向に沿って略９０度間隔で回転対称に配置されている。また、物体検知センサ１０１では、それぞれの検出用線路（第１線路１２１、第２線路１２２、第３線路１２３、および第４線路１２４）から、パルス信号の伝播遅延時間の変化を測定する。
本発明の他の実施形態に係る物体検知センサ１０１について、図７を用いて説明すれば以下の通りである。
本実施形態の物体検知センサ１０１は、図７に示すように、略同じ形状・略同じ寸法を有する４つの検出用線路（第１線路１２１、第２線路１２２、第３線路１２３、および第４線路１２４）が、円板の中心から等距離の周方向に沿って略９０度間隔で回転対称に配置されている。また、物体検知センサ１０１では、それぞれの検出用線路（第１線路１２１、第２線路１２２、第３線路１２３、および第４線路１２４）から、パルス信号の伝播遅延時間の変化を測定する。
【0078】
そして、４つの検出用線路（第１線路１２１～第４線路１２４）から得られた信号の総和から、物体３０の有無と各検出用線路の中心からの距離に関する位置情報を推定する。
より具体的には、互いに対向する位置に配置された第１線路１２１と第２線路１２２における伝播遅延時間を示す信号の大きさの差から、第１線路１２１と第２線路１２２とを結ぶ面内において物体３０がどの方向（角度）に存在するかの位置情報を推定する。
より具体的には、互いに対向する位置に配置された第１線路１２１と第２線路１２２における伝播遅延時間を示す信号の大きさの差から、第１線路１２１と第２線路１２２とを結ぶ面内において物体３０がどの方向（角度）に存在するかの位置情報を推定する。
【0079】
同様に、互いに対向する位置に配置された第３線路１２３と第４線路１２４における伝播遅延時間を示す信号の大きさの差から、第３線路１２３と第４線路１２４とを結ぶ面内における方向（角度）に関する位置情報を推定する。
これにより、これらの方向（角度）に関する位置情報を総合することにより、物体３０の３次元的な配置を容易に推定することができる。
これにより、これらの方向（角度）に関する位置情報を総合することにより、物体３０の３次元的な配置を容易に推定することができる。
【0080】
ここで、第１線路１２１から第２線路１２２に向かう向きをＸ軸、第３線路１２３から第４線路１２４に向かう向きをＹ軸、線路を含む面に対して垂直上向きをＺ軸とすると、第１線路１２１から出力される信号と第２線路１２２から出力される信号とのバランスから、Ｙ軸を含む面に対する物体３０が存在する方向（角度）を推定することができる。この推定される角度をθとすると、この面は、
【0081】
【数9】
同様に、第３線路１２３から出力される信号と第４線路１２４から出力される信号のバランスに基づいて、Ｘ軸を含む面に対する物体３０が存在する方向（角度）を推定することができ、この角度をΦとすれば、この面は、
【0082】
【数10】
この結果、この２つの面の交線は、
【0083】
【数11】
つまり、それぞれの検出用線路（第１線路１２１～第４線路１２４）から出力される信号のバランスに基づいて、第１線路１２１～第４線路１２４が配置された周方向の中心点から物体３０までの距離を推定することができる。
よって、４つの検出用線路（第１線路１２１～第４線路１２４）を用いて物体検知センサ１０１を構成することで、物体３０の３次元的な位置を容易に推定することができる。
【0084】
（実施形態３）
本発明のさらに他の実施形態に係る物体検知センサ（第１系統）２０１ａ～物体検知センサ（第３系統）２０１ｃを含む物体検知システム２５０について、図８を用いて説明すれば以下の通りである。
本発明のさらに他の実施形態に係る物体検知センサ（第１系統）２０１ａ～物体検知センサ（第３系統）２０１ｃを含む物体検知システム２５０について、図８を用いて説明すれば以下の通りである。
【0085】
なお、図８に示すシステム構成では、説明の便宜上、直線状に形成された複数の線路Ａ１～Ａ８を含む物体検知センサ（第１系統）２０１ａ、直線状に形成された複数の線路Ｂ１～Ｂ８を含む物体検知センサ（第２系統）２０１ｂ、直線状に形成された複数の線路Ｃ１～Ｃ８を含む物体検知センサ（第３系統）２０１ｃのうち、線路部分のみを示している。しかし、実際の構成では、複数の線路Ａ１～Ａ８等は、それぞれ入力部と出力部とを有しており、図１に示すように、各線路Ａ１～Ａ８に対してパルス信号を出力し、伝播したパルス信号を受信して伝播遅延時間を検出し、位置情報を推定する構成を有しているものとする。他の線路Ｂ１～Ｂ８，Ｃ１～Ｃ８についても同様である。
【0086】
本実施形態の物体検知システム２５０は、図８に示すように、直線状に形成された複数の線路Ａ１～Ａ８を有する物体検知センサ２０１ａ、線路Ｂ１～Ｂ８を有する物体検知センサ２０１ｂ、線路Ｃ１～Ｃ８を有する物体検知センサ２０１ｃを備えている。
物体検知センサ２０１ａでは、直線状に形成された複数の線路Ａ１～Ａ８が互いに等間隔、かつ略平行に配置されている。
物体検知センサ２０１ａでは、直線状に形成された複数の線路Ａ１～Ａ８が互いに等間隔、かつ略平行に配置されている。
【0087】
物体検知センサ２０１ｂでは、直線状に形成された複数の線路Ｂ１～Ｂ８が互いに等間隔、かつ略平行に配置されている。
物体検知センサ２０１ｃでは、直線状に形成された複数の線路Ｃ１～Ｃ８が互いに等間隔、かつ略平行に配置されている。
そして、物体検知センサ２０１ａ～２０１ｃは、図８に示すように、線路Ａ１～Ａ８、線路Ｂ１～Ｂ８、および線路Ｃ１～Ｃ８が互いに１２０度の角度で互いに交差するように配置されている。
物体検知センサ２０１ｃでは、直線状に形成された複数の線路Ｃ１～Ｃ８が互いに等間隔、かつ略平行に配置されている。
そして、物体検知センサ２０１ａ～２０１ｃは、図８に示すように、線路Ａ１～Ａ８、線路Ｂ１～Ｂ８、および線路Ｃ１～Ｃ８が互いに１２０度の角度で互いに交差するように配置されている。
【0088】
これにより、各物体検知センサ２０１ａ～２０１ｃに含まれるそれぞれの線路Ａ１～Ａ８、線路Ｂ１～Ｂ８、線路Ｃ１～Ｃ８の出力として得られる信号の大きさの分布から、物体３０が、どの線路Ａ１～Ａ８，Ｂ１～Ｂ８、Ｃ１～Ｃ８に最も近い位置に存在しているのかを容易に推定することができる。
この結果、３つの系統（物体検知センサ２０１ａ～２０１ｃ）から得られる信号バランスを総合的に用いることで、各系統を含む面に物体３０から下した垂線の足の座標を推定することができる。さらに、各信号の絶対値の大きさに基づいて、各線路Ａ１～Ａ８，Ｂ１～Ｂ８，Ｃ１～Ｃ８から物体３０までの距離を推定することができる。
この結果、３つの系統（物体検知センサ２０１ａ～２０１ｃ）から得られる信号バランスを総合的に用いることで、各系統を含む面に物体３０から下した垂線の足の座標を推定することができる。さらに、各信号の絶対値の大きさに基づいて、各線路Ａ１～Ａ８，Ｂ１～Ｂ８，Ｃ１～Ｃ８から物体３０までの距離を推定することができる。
【0089】
なお、図８の例では、検出用線路群Ａ，Ｂ，Ｃは、いずれも８本の線路Ａ１～Ａ８，Ｂ１～Ｂ８，Ｃ１～Ｃ８によって構成されており、これらをＡｉ、Ｂｊ、Ｃｋ（ｉ，ｊ，ｋ＝１～８）とする。
本実施形態の物体検知システム２５０では、それぞれの物体検知センサ２０１ａ～２０１ｃに含まれる８本の線路Ａ１～Ａ８，Ｂ１～Ｂ８，Ｃ１～Ｃ８が、互いに約１２０度の角度で交差するように配置されている。
本実施形態の物体検知システム２５０では、それぞれの物体検知センサ２０１ａ～２０１ｃに含まれる８本の線路Ａ１～Ａ８，Ｂ１～Ｂ８，Ｃ１～Ｃ８が、互いに約１２０度の角度で交差するように配置されている。
【0090】
このため、それぞれの線路Ａ１～Ａ８，Ｂ１～Ｂ８，Ｃ１～Ｃ８によって囲まれた略三角形の領域が８８ヶ所形成される。これらの略三角形の領域において、物体３０がその領域上に存在する場合、この領域を囲む線路Ａｉ，Ｂｊ，Ｃｋの出力が大きくなる。
これにより、各線路Ａｉ，Ｂｊ，Ｃｋから物体３０までの距離、方向等の位置情報を容易に推定することができる。
これにより、各線路Ａｉ，Ｂｊ，Ｃｋから物体３０までの距離、方向等の位置情報を容易に推定することができる。
【0091】
（実施形態４）
本発明のさらに他の実施形態に係る物体検知センサ３０１ａ，３０１ｂを含む物体検知システム３５０について、図９および図１０を用いて説明すれば以下の通りである。
なお、図９に示すシステム構成では、説明の便宜上、直線状に形成された複数の線路Ａ１～Ａ８を含む物体検知センサ（第１系統）３０１ａ、直線状に形成された複数の線路Ｂ１～Ｂ８を含む物体検知センサ（第２系統）３０１ｂのうち、線路部分のみを示している。しかし、実際の構成では、複数の線路Ａ１～Ａ８等は、それぞれ入力部と出力部とを有しており、図１に示すように、各線路Ａ１～Ａ８に対してパルス信号を出力し、伝播したパルス信号を受信して伝播遅延時間を検出し、位置情報を推定する構成を有しているものとする。他の線路Ｂ１～Ｂ８についても同様である。
本発明のさらに他の実施形態に係る物体検知センサ３０１ａ，３０１ｂを含む物体検知システム３５０について、図９および図１０を用いて説明すれば以下の通りである。
なお、図９に示すシステム構成では、説明の便宜上、直線状に形成された複数の線路Ａ１～Ａ８を含む物体検知センサ（第１系統）３０１ａ、直線状に形成された複数の線路Ｂ１～Ｂ８を含む物体検知センサ（第２系統）３０１ｂのうち、線路部分のみを示している。しかし、実際の構成では、複数の線路Ａ１～Ａ８等は、それぞれ入力部と出力部とを有しており、図１に示すように、各線路Ａ１～Ａ８に対してパルス信号を出力し、伝播したパルス信号を受信して伝播遅延時間を検出し、位置情報を推定する構成を有しているものとする。他の線路Ｂ１～Ｂ８についても同様である。
【0092】
本実施形態の物体検知システム３５０は、図９に示すように、物体検知センサ（第１系統）３０１ａと、物体検知センサ（第２系統）３０１ｂと、を備えている。
物体検知センサ３０１ａでは、直線状に形成された複数の線路Ａ１～Ａ８が互いに等間隔、かつ略平行に配置されている。
物体検知センサ３０１ｂでは、直線状に形成された複数の線路Ｂ１～Ｂ８が互いに等間隔、かつ略平行に配置されている。
物体検知センサ３０１ａでは、直線状に形成された複数の線路Ａ１～Ａ８が互いに等間隔、かつ略平行に配置されている。
物体検知センサ３０１ｂでは、直線状に形成された複数の線路Ｂ１～Ｂ８が互いに等間隔、かつ略平行に配置されている。
【0093】
そして、物体検知センサ３０１ａ，３０１ｂは、図９に示すように、線路Ａ１～Ａ８、線路Ｂ１～Ｂ８が互いに略９０度の角度で互いに交差するように配置されている。
これにより、各物体検知センサ３０１ａ，３０１ｂに含まれるそれぞれの線路Ａ１～Ａ８、線路Ｂ１～Ｂ８の出力として得られる信号の大きさの分布から、物体３０が、どの線路Ａ１～Ａ８，Ｂ１～Ｂ８に最も近い位置に存在しているのかを容易に推定することができる。
これにより、各物体検知センサ３０１ａ，３０１ｂに含まれるそれぞれの線路Ａ１～Ａ８、線路Ｂ１～Ｂ８の出力として得られる信号の大きさの分布から、物体３０が、どの線路Ａ１～Ａ８，Ｂ１～Ｂ８に最も近い位置に存在しているのかを容易に推定することができる。
【0094】
ここで、例えば、物体３３０ａが１つのみの場合は、線路群（線路Ａ１～Ａ８または線路Ｂ１～Ｂ８）を含む面に物体３３０ａから下した垂線の足の座標を推定することは、物体検知センサ３０１ａ，３０１ｂの２系統で実現することができる。
しかしながら、例えば、図９に示すように、物体３３０ａ，３３０ｂが複数存在する場合は、物体３３０ａは、線路Ａ１～Ａ８の中で線路Ａ２、および線路Ｂ１～Ｂ８の中で線路Ｂ３に最も近い位置に存在している。
しかしながら、例えば、図９に示すように、物体３３０ａ，３３０ｂが複数存在する場合は、物体３３０ａは、線路Ａ１～Ａ８の中で線路Ａ２、および線路Ｂ１～Ｂ８の中で線路Ｂ３に最も近い位置に存在している。
【0095】
このため、これらの線路Ａ２，Ｂ３から出力される伝播遅延時間を示す信号が大きくなることにより、物体３３０ａの位置情報を容易に推定することができる。
同様に、物体３３０ｂは、線路Ａ１～Ａ８の中で線路Ａ５、および線路Ｂ１～Ｂ８の中で線路Ｂ６に最も近い位置に存在している。このため、これらの線路Ａ５，Ｂ６から出力される伝播遅延時間を示す信号が大きくなることにより、物体３３０ｂの位置情報を容易に推定することができる。
同様に、物体３３０ｂは、線路Ａ１～Ａ８の中で線路Ａ５、および線路Ｂ１～Ｂ８の中で線路Ｂ６に最も近い位置に存在している。このため、これらの線路Ａ５，Ｂ６から出力される伝播遅延時間を示す信号が大きくなることにより、物体３３０ｂの位置情報を容易に推定することができる。
【0096】
しかしながら、本実施形態の構成において、図９に示すように、線路Ａ１～Ａ８および線路Ｂ１～Ｂ８の近傍に、複数の物体３３０ａ，３３０ｂが存在すると、線路Ａ２および線路Ｂ６から出力される伝播遅延時間を示す信号が大きくなった場合、この２つの線路Ａ２，Ｂ６の交点上に物体がある場合と識別することは困難である。
同様に、線路Ａ５および線路Ｂ３から出力された信号が大きくなった場合、この２つの線路Ａ５，Ｂ３の交点上に物体がある場合と識別することは困難である。
同様に、線路Ａ５および線路Ｂ３から出力された信号が大きくなった場合、この２つの線路Ａ５，Ｂ３の交点上に物体がある場合と識別することは困難である。
【0097】
すなわち、本実施形態の物体検知システム３５０の構成では、検知対象範囲内に複数の物体が存在する場合には、実際には、物体が無い位置にも物体があるかのように推定して、所謂ゴーストを誤検知してしまうという課題がある。
そこで、本実施形態の物体検知システム４５０では、図１０に示すように、２系統の線路Ａ１～Ａ８および線路Ｂ１～Ｂ８は、互いに略９０度で交差するように縦・横に配置されており、かつ第３の線路Ｃ１～Ｃ８を、これらの線路Ａ１～Ａ８，Ｂ１～Ｂ８に対して略４５度で交差するように配置されている。
そこで、本実施形態の物体検知システム４５０では、図１０に示すように、２系統の線路Ａ１～Ａ８および線路Ｂ１～Ｂ８は、互いに略９０度で交差するように縦・横に配置されており、かつ第３の線路Ｃ１～Ｃ８を、これらの線路Ａ１～Ａ８，Ｂ１～Ｂ８に対して略４５度で交差するように配置されている。
【0098】
これにより、上述したゴーストの誤検知という課題を解決することができる。また、図８を用いて説明した互いに略１２０度の角度で交差する線路配置の例と比較して、物体３３０ａ，３３０ｂの位置情報の推定を碁盤目状に区分けして実施することができる。この結果、座標データを数式的に処理する上で計算が簡単化できるというメリットもある。
【0099】
［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【0100】
（Ａ）
上記実施形態では、複数の検出用線路（第１・第２線路２１，２２）に対して、それぞれ別々の送信部（第１・第２送信部１２ａ，１２ｂ）から信号を送出し、別々の受信部（第１・第２受信部１３ａ，１３ｂ）において信号を受信し、別々の検出部（第１・第２検出部１４ａ，１４ｂ）において伝播遅延時間を検出する構成を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、単一の送信部から複数の検出用線路に対して信号を送出し、単一の受信部において複数の検出用線路からの信号を受信し、単一の検出部において、それぞれの伝播遅延時間を検出してもよい。
上記実施形態では、複数の検出用線路（第１・第２線路２１，２２）に対して、それぞれ別々の送信部（第１・第２送信部１２ａ，１２ｂ）から信号を送出し、別々の受信部（第１・第２受信部１３ａ，１３ｂ）において信号を受信し、別々の検出部（第１・第２検出部１４ａ，１４ｂ）において伝播遅延時間を検出する構成を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、単一の送信部から複数の検出用線路に対して信号を送出し、単一の受信部において複数の検出用線路からの信号を受信し、単一の検出部において、それぞれの伝播遅延時間を検出してもよい。
【0101】
つまり、位置情報推定部が共通であれば、送信部、受信部および検出部は、複数の検出用線路ごとに別々に設けられていてもよいし、共通で用いられていてもよい。
なお、共通の送信部を用いた構成の場合には、送信部から各検出用線路へ送出される信号は、タイミングをずらして送出されればよい。
なお、共通の送信部を用いた構成の場合には、送信部から各検出用線路へ送出される信号は、タイミングをずらして送出されればよい。
【0102】
（Ｂ）
上記実施形態では、蛇行形状（パルス形状）あるいは直線状の金属線によって、検出用線路を形成した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、検出用線路の形態としては、蛇行形状あるいは直線状に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。
上記実施形態では、蛇行形状（パルス形状）あるいは直線状の金属線によって、検出用線路を形成した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、検出用線路の形態としては、蛇行形状あるいは直線状に限定されるものではなく、他の形状であってもよい。
【0103】
（Ｃ）
上記実施形態では、物体検知センサまたは物体検知システムによって、検出用線路の近傍に存在する物体の有無、方向、距離等の位置情報を検知する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本物体検知センサは、物体検知センサの用途に応じて、物体の有無だけを検知するセンサとして用いてもよいし、物体の方向のみを検知するセンサとして用いてもよい。
上記実施形態では、物体検知センサまたは物体検知システムによって、検出用線路の近傍に存在する物体の有無、方向、距離等の位置情報を検知する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本物体検知センサは、物体検知センサの用途に応じて、物体の有無だけを検知するセンサとして用いてもよいし、物体の方向のみを検知するセンサとして用いてもよい。
【0104】
（Ｄ）
上記実施形態では、物体位置情報の検出原理説明において、物体３０として真鍮丸棒を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本物体検知センサによって位置情報を検知可能な物体３０としては、真鍮丸棒のような金属に限らず、樹脂、紙、液体、ゴム等の他の素材からなる物体であってもよいし、人、乗用車等の移動体等であってもよい。
上記実施形態では、物体位置情報の検出原理説明において、物体３０として真鍮丸棒を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本物体検知センサによって位置情報を検知可能な物体３０としては、真鍮丸棒のような金属に限らず、樹脂、紙、液体、ゴム等の他の素材からなる物体であってもよいし、人、乗用車等の移動体等であってもよい。
【0105】
（Ｅ）
上記実施形態では、直線状に形成された８本の検出用線路を略平行に配置した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、直線状に形成された検出用線路の数は、８本に限定されるものではなく、用途や検知対象となる物体の種類等に応じて、増減させてもよい。また、直線状に形成された検出用線路の配置は、略平行に限定されるものではなく、例えば、互いに交差するように配置してもよいし、離間した位置に配置してもよい。
上記実施形態では、直線状に形成された８本の検出用線路を略平行に配置した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、直線状に形成された検出用線路の数は、８本に限定されるものではなく、用途や検知対象となる物体の種類等に応じて、増減させてもよい。また、直線状に形成された検出用線路の配置は、略平行に限定されるものではなく、例えば、互いに交差するように配置してもよいし、離間した位置に配置してもよい。
【0106】
（Ｆ）
上記実施形態では、図１に示すように、第１線路２１に対して送出されるパルス信号を発生させる第１パルス発生部１１ａと、第２線路２２に対して送出されるパルス信号を発生させる第２パルス発生部１１ｂとを別々の構成として設けた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、第１パルス発生部と第２パルス発生部とを、単一のパルス発生部として設けた構成であってもよい。
上記実施形態では、図１に示すように、第１線路２１に対して送出されるパルス信号を発生させる第１パルス発生部１１ａと、第２線路２２に対して送出されるパルス信号を発生させる第２パルス発生部１１ｂとを別々の構成として設けた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、第１パルス発生部と第２パルス発生部とを、単一のパルス発生部として設けた構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【0107】
本発明の物体検知センサは、簡易な構成により、物体の位置情報を取得することができるという効果を奏することから、物体の近接検知センサ等に対して広く適用可能である。
【符号の説明】
【0108】
１ 物体検知センサ
１０ 回路部
１１ａ 第１パルス発生部
１１ｂ 第２パルス発生部
１２ａ 第１送信部（送信部）
１２ｂ 第２送信部（送信部）
１３ａ 第１受信部（受信部）
１３ｂ 第２受信部（受信部）
１４ａ 第１検出部（検出部）
１４ｂ 第２検出部（検出部）
１５ 位置情報推定部
２０ 検出用線路
２１ 第１線路
２２ 第２線路
３０ 物体
１０１ 物体検知センサ
１２１ 第１線路
１２２ 第２線路
１２３ 第３線路
１２４ 第４線路
２０１ａ 物体検知センサ（第１系統）
２０１ｂ 物体検知センサ（第２系統）
２０１ｃ 物体検知センサ（第３系統）
２５０ 物体検知システム
３０１ａ 物体検知センサ（第１系統）
３０１ｂ 物体検知センサ（第２系統）
３３０ａ，３３０ｂ 物体
３５０ 物体検知システム
４０１ａ 物体検知センサ（第１系統）
４０１ｂ 物体検知センサ（第２系統）
４０１ｃ 物体検知センサ（第３系統）
４５０ 物体検知システム
Ａ１～Ａ８ 線路（検出用線路）
Ｂ１～Ｂ８ 線路（検出用線路）
Ｃ１～Ｃ８ 線路（検出用線路）
１０ 回路部
１１ａ 第１パルス発生部
１１ｂ 第２パルス発生部
１２ａ 第１送信部（送信部）
１２ｂ 第２送信部（送信部）
１３ａ 第１受信部（受信部）
１３ｂ 第２受信部（受信部）
１４ａ 第１検出部（検出部）
１４ｂ 第２検出部（検出部）
１５ 位置情報推定部
２０ 検出用線路
２１ 第１線路
２２ 第２線路
３０ 物体
１０１ 物体検知センサ
１２１ 第１線路
１２２ 第２線路
１２３ 第３線路
１２４ 第４線路
２０１ａ 物体検知センサ（第１系統）
２０１ｂ 物体検知センサ（第２系統）
２０１ｃ 物体検知センサ（第３系統）
２５０ 物体検知システム
３０１ａ 物体検知センサ（第１系統）
３０１ｂ 物体検知センサ（第２系統）
３３０ａ，３３０ｂ 物体
３５０ 物体検知システム
４０１ａ 物体検知センサ（第１系統）
４０１ｂ 物体検知センサ（第２系統）
４０１ｃ 物体検知センサ（第３系統）
４５０ 物体検知システム
Ａ１～Ａ８ 線路（検出用線路）
Ｂ１～Ｂ８ 線路（検出用線路）
Ｃ１～Ｃ８ 線路（検出用線路）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】