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技術 磁束ベクトル方向検出装置

出願人 株式会社東海理化電機製作所
発明者 古田昌輝
出願日 2013年5月8日 (8年0ヶ月経過) 出願番号 2013-098517
公開日 2014年11月20日 (6年5ヶ月経過) 公開番号 2014-219265
状態 特許登録済
技術分野 その他の電気量の測定
主要キーワード 組み合わせ表 Y座標 軸方向強度 受信強度レベル X座標 電波受信装置 軸傾き 円軌跡
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年11月20日)のものです。
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図面 (10)

課題

受信電波の磁束のベクトル方向を算出することができる磁束ベクトル方向検出装置を提供する。

解決手段

電波受信装置1は、X軸アンテナ2、Y軸アンテナ3及びZ軸アンテナ4の他に、XY軸アンテナ5及びYZ軸アンテナ6を備える。電波受信時、X軸、Y軸、Z軸、XY軸及びYZ軸の5方向の強度レベル受信強度レベル測定部8で測定する。X−Y軸平面の磁束のベクトル方向の正負は、XY軸の強度レベルと、X軸及びY軸の強度レベルから求まる閾値とを比較することにより判別する。Y−Z軸平面の磁束のベクトル方向の正負は、YZ軸の強度レベルと、Y軸及びZ軸の強度レベルから求まる閾値とを比較することにより判別する。Z−X軸平面の磁束ベクトル方向の正負は、算出したX−Y軸平面及びY−Z軸平面の各磁束のベクトル方向の正負の組み合わせから判別する。

概要

背景

従来、例えば3軸アンテナ(X軸アンテナ、Y軸アンテナ、Z軸アンテナ)を備えた電波受信装置が周知である(例えば、特許文献1等参照)。3軸アンテナの電波受信装置の場合、電波を3方向で受信することが可能となるので、電波の受信特性がよくなる。

概要

受信電波の磁束のベクトル方向を算出することができる磁束ベクトル方向検出装置を提供する。電波受信装置1は、X軸アンテナ2、Y軸アンテナ3及びZ軸アンテナ4の他に、XY軸アンテナ5及びYZ軸アンテナ6を備える。電波受信時、X軸、Y軸、Z軸、XY軸及びYZ軸の5方向の強度レベル受信強度レベル測定部8で測定する。X−Y軸平面の磁束のベクトル方向の正負は、XY軸の強度レベルと、X軸及びY軸の強度レベルから求まる閾値とを比較することにより判別する。Y−Z軸平面の磁束のベクトル方向の正負は、YZ軸の強度レベルと、Y軸及びZ軸の強度レベルから求まる閾値とを比較することにより判別する。Z−X軸平面の磁束ベクトル方向の正負は、算出したX−Y軸平面及びY−Z軸平面の各磁束のベクトル方向の正負の組み合わせから判別する。

目的

本発明の目的は、受信電波の磁束のベクトル方向を算出することができる磁束ベクトル方向検出装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

X軸方向の電波を受信するX軸アンテナと、Y軸方向の電波を受信するY軸アンテナと、Z軸方向の電波を受信するZ軸アンテナと、前記X軸アンテナ及び前記Y軸アンテナに対して45°傾くアンテナ、及び前記Y軸アンテナ及び前記Z軸アンテナに対して45°傾くアンテナのうち、少なくとも一方からなる軸傾きアンテナと、前記軸傾きアンテナで受信した電波の強度レベルを用い、受信した磁束においてベクトル成分正負を算出する磁束ベクトル方向算出部とを備えたことを特徴とする磁束ベクトル方向検出装置

請求項2

前記軸傾きアンテナは、前記X軸アンテナ及び前記Y軸アンテナに対して45°傾くXY軸アンテナ、及び前記Y軸アンテナ及び前記Z軸アンテナに対して45°傾くYZ軸アンテナの両方からなり、前記磁束ベクトル方向算出部は、前記XY軸アンテナ及び前記YZ軸アンテナの各々で受信した電波の強度レベルを用いて、受信した磁束のベクトル成分の正負を算出することを特徴とする請求項1に記載の磁束ベクトル方向検出装置。

請求項3

前記X軸アンテナの受信電波の強度レベルをx、前記Y軸アンテナの受信電波の強度レベルをy、前記Z軸アンテナの受信電波の強度レベルをzとすると、前記XY軸アンテナの受信電波の強度レベルを比較する際に使用する第1閾値をKxy、前記YZ軸アンテナの受信電波の強度レベルを比較する際に使用する第2閾値をKyzは、から算出され、前記磁束ベクトル方向算出部は、前記XY軸アンテナの受信電波の強度レベルと前記第1閾値とを比較することにより、磁束ベクトルのX−Y軸平面における正負を算出し、前記YZ軸アンテナの受信電波の強度レベルと前記第2閾値とを比較することにより、磁束ベクトルのY−Z軸平面における正負を算出し、X−Y軸の磁束ベクトルとY−Z軸の磁束ベクトルとの組み合わせにより、磁束ベクトルのZ−X軸平面における正負を算出することを特徴とする請求項2に記載の磁束ベクトル方向検出装置。

技術分野

0001

本発明は、受信した電波において磁束のベクトル方向を検出可能な磁束ベクトル方向検出装置に関する。

背景技術

0002

従来、例えば3軸アンテナ(X軸アンテナ、Y軸アンテナ、Z軸アンテナ)を備えた電波受信装置が周知である(例えば、特許文献1等参照)。3軸アンテナの電波受信装置の場合、電波を3方向で受信することが可能となるので、電波の受信特性がよくなる。

先行技術

0003

特開2009−2742号公報

発明が解決しようとする課題

0004

図9に、3軸アンテナを備えた電波受信装置のX−Y軸における受信電波座標系を示す。例えば、受信電波のX軸方向強度をxa、受信電波のY軸方向強度をyaとすると、受信電波を強度でしか測定できない場合、X−Y軸における受信電波としては、2つのベクトルR1,R2が算出されてしまう。即ち、X−Y軸における受信電波の正負を区別することができず、ベクトルR1,R2を認識できない問題があった。なお、この問題は、Y−Z軸やX−Z軸においても同様に生じる。

0005

本発明の目的は、受信電波の磁束のベクトル方向を算出することができる磁束ベクトル方向検出装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

前記問題点を解決する磁束ベクトル方向検出装置は、X軸方向の電波を受信するX軸アンテナと、Y軸方向の電波を受信するY軸アンテナと、Z軸方向の電波を受信するZ軸アンテナと、前記X軸アンテナ及び前記Y軸アンテナに対して45°傾くアンテナ、及び前記Y軸アンテナ及び前記Z軸アンテナに対して45°傾くアンテナのうち、少なくとも一方からなる軸傾きアンテナと、前記軸傾きアンテナで受信した電波の強度レベルを用い、受信した磁束においてベクトル成分の正負を算出する磁束ベクトル方向算出部とを備えた。

0007

本構成によれば、X軸アンテナ、Y軸アンテナ及びZ軸アンテナに加え、所定の軸に対して45°傾く軸傾きアンテナを更に設けた。受信電波の磁束のベクトル成分を算出するとき、軸傾きアンテナが追加されれば、磁束のベクトル方向を算出するためのパラメータが1つ増えることとなる。このため、軸傾きアンテナにおける受信電波の強度レベルを用いれば、受信アンテナがX,Y,Zの3軸のみのときには判別できなかった磁束のベクトル成分の正負が分かる。よって、より詳細な磁束のベクトル方向の情報を得ることが可能となる。

0008

前記磁束ベクトル方向検出装置において、前記軸傾きアンテナは、前記X軸アンテナ及び前記Y軸アンテナに対して45°傾くXY軸アンテナ、及び前記Y軸アンテナ及び前記Z軸アンテナに対して45°傾くYZ軸アンテナの両方からなり、前記磁束ベクトル方向算出部は、前記XY軸アンテナ及び前記YZ軸アンテナの各々で受信した電波の強度レベルを用いて、受信した磁束のベクトル成分の正負を算出することが好ましい。この構成によれば、X,Y,Zの3軸アンテナに、XY軸アンテナ及びYZ軸アンテナの2つのアンテナを追加したので、磁束のベクトル方向を算出するためのパラメータが更に増えることとなる。よって、磁束のベクトル成分の正負を、より精度よく判定するのに有利となる。

0009

前記磁束ベクトル方向検出装置において、前記X軸アンテナの受信電波の強度レベルをx、前記Y軸アンテナの受信電波の強度レベルをy、前記Z軸アンテナの受信電波の強度レベルをzとすると、前記XY軸アンテナの受信電波の強度レベルを比較する際に使用する第1閾値をKxy、前記YZ軸アンテナの受信電波の強度レベルを比較する際に使用する第2閾値をKyzは、

0010

から算出され、前記磁束ベクトル方向算出部は、前記XY軸アンテナの受信電波の強度レベルと前記第1閾値とを比較することにより、磁束ベクトルのX−Y軸平面における正負を算出し、前記YZ軸アンテナの受信電波の強度レベルと前記第2閾値とを比較することにより、磁束ベクトルのY−Z軸平面における正負を算出し、X−Y軸の磁束ベクトルとY−Z軸の磁束ベクトルとの組み合わせにより、磁束ベクトルのZ−X軸平面における正負を算出することが好ましい。この構成によれば、簡素な演算処理により、磁束のベクトル成分の正負を算出することが可能となる。

発明の効果

0011

本発明によれば、受信電波の磁束のベクトル方向を算出することができる。

図面の簡単な説明

0012

一実施形態の磁束ベクトル方向検出装置の構成図。
5軸の各アンテナの座標軸図。
受信した磁束のX−Y軸の座標系。
受信した磁束のY−Z軸の座標系。
(a)〜(c)はZ−X磁束ベクトル方向の判別概念を示す説明図。
(a)〜(c)はZ−X磁束ベクトル方向の判別概念を示す説明図。
磁束ベクトル方向の組み合わせ表
磁束ベクトル方向の分布図、及び磁束の強度レベルの分布図。
従来の正負が判別できない磁束ベクトルを示す磁束のX−Y軸の座標系。

実施例

0013

以下、磁束ベクトル方向検出装置の一実施形態を図1図8に従って説明する。
図1に示すように、電波受信装置1には、各々異なる方向の電波を受信可能な複数(本例は5本)のアンテナ2〜6と、アンテナ2〜6で受信した電波を増幅変調等してデータ読み取りする受信制御回路7とが設けられている。本例のアンテナ2〜6は、5軸(X軸、Y軸、Z軸、XY軸、YZ軸)のアンテナからなり、X軸アンテナ2、Y軸アンテナ3、Z軸アンテナ4、XY軸アンテナ5及びYZ軸アンテナ6を備える。なお、XY軸アンテナ5及びYZ軸アンテナ6が軸傾きアンテナの一例である。

0014

図2に、5軸のアンテナ2〜6によって構築される座標軸を示す。X軸、Y軸及びZ軸は、互いに90度の角度をなす軸である。XY軸は、X軸及びY軸の各々に対して45度傾く軸に設定されている。また、図示はしないが、YZ軸も同様に、Y軸及びZ軸の各々に対して45度傾く軸に設定されている。

0015

図1に示すように、受信制御回路7には、電波を各アンテナ2〜6で受信した際の強度レベルを測定する受信強度レベル測定部8と、受信した磁束においてベクトル成分(X,Y,Z)の正負を判別する磁束ベクトル方向判別部9と設けられている。磁束ベクトル方向判別部9は、X軸アンテナ2、Y軸アンテナ3、Z軸アンテナ4、XY軸アンテナ5及びYZ軸アンテナ6の受信電波の強度レベルを基に、受信電波において、X−Y軸平面における磁束のベクトル方向、Y−Z軸平面における磁束のベクトル方向、及びX−Z軸平面における磁束のベクトル方向を判別する。なお、受信強度レベル測定部8及び磁束ベクトル方向判別部9が磁束ベクトル方向算出部の一例である。

0016

次に、図1図3図8を用いて、磁束のベクトル方向において正負の算出手順を説明する。
[磁束ベクトル方向の判別処理
図1に示すように、電波受信時、受信強度レベル測定部8は、5軸のアンテナ2〜6における受信電波の各々の強度レベルを測定する。即ち、受信強度レベル測定部8は、X軸アンテナ2の強度レベル「x」と、Y軸アンテナ3の強度レベル「y」と、Z軸アンテナ4の強度レベル「z」と、XY軸アンテナ5の強度レベル「xy」と、YZ軸アンテナ6の強度レベル「yz」とを測定する。

0017

図3に示すように、例えばX−Y軸平面における磁束のベクトル方向(以降、X−Y磁束ベクトル方向と記す)は、3軸アンテナの従来の場合、2つのX−Y磁束ベクトルBxy1,Bxy2としてしか算出できない。本例の磁束ベクトル方向判別部9は、受信した磁束のX−Y軸平面におけるベクトル方向が、2つのX−Y磁束ベクトルBxy1,Bxy2のうち、どちらのベクトル成分であるのかを判別する。

0018

磁束ベクトル方向判別部9は、第1の判定ステップとして、X−Y軸平面の磁束のベクトル方向を判別する。このとき、磁束ベクトル方向判別部9は、次式(1)を用いて、X−Y軸判定用の閾値Kxyを算出する。なお、閾値Kxyが第1閾値の一例である。

0019

磁束ベクトル方向判別部9は、XY軸アンテナ5で測定した強度レベルである「xy」と閾値Kxyとの大小関係を確認する。

0020

ここで、図3に示すように、閾値Kxyは、例えばBxy1(Bxy2)のベクトル長を直径とする円軌跡において、Y軸上の点からXY軸に下ろした垂線交点Paに相当する。このため、強度レベル「xy」と閾値Kxyとを比較するということは、いま判別しようとしているX−Y磁束ベクトルの頂点からXY軸に下ろした垂線の交点が、交点Paよりも上に位置するのか、或いは下に位置するのかを確認するのと同義である。磁束ベクトル方向判別部9は、「xy≧Kxy」が成立すれば、いま受信している磁束のベクトル方向をX−Y磁束ベクトルBxy1と判定する。一方、磁束ベクトル方向判別部9は、「xy<Kxy」が成立すれば、いま受信している磁束のベクトル方向をX−Y磁束ベクトルBxy2と判別する。

0021

図4に示すように、例えばY−Z軸平面における磁束のベクトル方向(以降、Y−Z磁束ベクトル方向と記す)は、3軸アンテナの従来の場合、2つのY−Z磁束ベクトルByz1,Byz2としてしか算出できない。本例の磁束ベクトル方向判別部9は、受信した磁束のY−Z軸平面におけるベクトル方向が、2つのY−Z磁束ベクトルByz1,Byz2のうち、どちらのベクトル成分であるのかを判別する。

0022

磁束ベクトル方向判別部9は、第2の判定ステップとして、Y−Z軸平面の磁束のベクトル方向を判別する。このとき、磁束ベクトル方向判別部9は、次式(2)を用いて、Y−Z軸判定用の閾値Kyzを算出する。なお、閾値Kyzが第2閾値の一例である。

0023

ここで、図4に示すように、閾値Kyzは、例えばByz 1(Byz 2)のベクトル長を直径とする円軌跡において、Z軸上の点からYZ軸に下ろした垂線の交点Pbに相当する。このため、強度レベル「yz」と閾値Kyzとを比較するということは、いま判別しようとしているY−Z磁束ベクトルの頂点からYZ軸に下ろした垂線の交点が、交点Pbよりも上に位置するのか、或いは下に位置するのかを確認するのと同義である。磁束ベクトル方向判別部9は、「yz≧Kyz」が成立すれば、いま受信している磁束のベクトル方向をY−Z磁束ベクトルByz1と判定する。一方、磁束ベクトル方向判別部9は、「yz<Kyz」が成立すれば、いま受信している磁束のベクトル方向をY−Z磁束ベクトルByz2と判別する。

0024

続いて、図5に、受信した磁束のY−Z軸平面におけるベクトル方向(以降、Z−X磁束ベクトル方向と記す)の判別原理を図示する。例えば、図5(a)に示すように、X−Y磁束ベクトル方向がX−Y座標系の第1象限及び第3象限を横断する方向をとる場合、座標(x,y)は、(+,+)又は(−,−)の組み合わせをとる。図5(b)に示すように、Y−Z磁束ベクトル方向がY−Z座標系の第1象限及び第3象限を横断する方向をとる場合、座標(y,z)は、(+,+)又は(−,−)の組み合わせをとる。よって、図5(c)に示すように、Z−X座標系を考えた場合、座標(z,x)は、座標(x,y)=(+,+)と座標(y,z)=(+,+)とによって(+,+)が導かれ、座標(x,y)=(−,−)と座標(y,z)=(−,−)とによって(−,−)が導かれる。即ち、Z−X磁束ベクトル方向は、Z−X座標系において第1象限及び第3象限を横断する方向のベクトルと判定できる。

0025

また、図6(a),(b)に示すように、X−Y磁束ベクトル方向がX−Y座標系の第1象限及び第3象限を横断する方向をとり、Y−Z磁束ベクトル方向がY−Z座標系の第2象限及び第4象限を横断する方向をとる場合を考える。このとき、座標(x,y)は(+,+)又は(−,−)の組み合わせをとり、座標(y,z)は(+,−)又は(−,+)の組合せをとる。よって、図6(c)に示すように、座標(z,x)は、座標(x,y)=(+,+)と座標(y,z)=(+,−)とによって(−,+)が導かれ、座標(x,y)=(−,−)と座標(y,z)=(−,+)とによって(+,−)が導かれる。即ち、Z−X磁束ベクトル方向は、Z−X座標系において第2象限及び第4象限を横断する方向のベクトルと判定できる。

0026

磁束ベクトル方向判別部9は、図5及び図6で説明した原理を用いて、受信電波のZ−X軸平面におけるベクトル方向を判別する。以上のようにして、磁束ベクトル方向判別部9は、受信電波において、X軸、Y軸及びZ軸の正負を判別する。

0027

図7に、磁束ベクトル方向のX,Y,Zの正負の組み合わせをまとめた表10を図示する。同図に示されるように、磁束のX−Y軸平面、Y−Z軸平面及びZ−X軸平面の各ベクトル方向の組み合わせは、合計4つパターンをとることが分かる。このように、電波受信時、受信した電波の磁束がX,Y,Zのどの方向を向くのかを更に細分化して精度よく識別することが可能となる。

0028

[電波受信装置の一使用例]
図8に示すように、電波受信装置1は、ある距離離れた送信アンテナ11から送信される電波を受信するよう動作をとる。本例の電波受信装置1は、受信電波の磁束のベクトル方向を精度よく判別することが可能であるので、磁束ベクトル方向の分布図12からも分かるように、磁束ベクトル方向を確認することにより、ある程度の精度で自位置を判定することが可能である。また、電波受信装置1は、受信電波の強度レベルも計測可能であるので、強度レベルの分布図13からも分かるように、強度レベルを確認すれば、ある程度の精度で自位置を判定することが可能である。

0029

このように、磁束ベクトル方向と強度レベルとを組み合わせれば、電波受信装置1の位置を精度よく判定することができるはずである。そうすれば、送信アンテナ11が形成する電波のエリアを精度よく形成したり、送信アンテナ11を少なくしたりできるなどに有利となる。

0030

本実施形態の構成によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
(1)X軸アンテナ2、Y軸アンテナ3及びZ軸アンテナ4の各アンテナに対し、軸が45°傾くXY軸アンテナ5及びYZ軸アンテナ6を追加する。電波受信時、X軸、Y軸、Z軸、XY軸及びYZ軸の5方向の強度レベルを測定し、これら測定値を基に受信電波の磁束のベクトル方向を算出する。このとき、X−Y軸平面、Y−Z軸平面及びZ−X軸平面における磁束のベクトル方向の正負を、XY軸アンテナ5の強度レベル、及びYZ軸アンテナ6の強度レベルを用い、識別する。このため、受信アンテナがX,Y,Zの3軸のみのときには判別できなかったベクトル成分の正負が分かる。よって、より詳細な磁束のベクトル方向の情報を得ることができる。

0031

(2)追加する受信アンテナは、XY軸アンテナ5及びYZ軸アンテナ6の2つである。よって、磁束のベクトル方向を算出するためのパラメータを多くとることが可能となるので、磁束のベクトル成分の正負を、より精度よく判定するのに有利となる。

0032

(3)X−Y軸平面における磁束のベクトル成分の正負は、XY軸アンテナ5の強度レベルを閾値Kxyと比較することで判別し、Y−Z軸平面における磁束のベクトル成分の正負は、YZ軸アンテナ6の強度レベルを閾値Kyzと比較することで判別する。そして、明らかとなったX−Y軸平面の磁束ベクトルの正負とY−Z軸平面の磁束ベクトルの正負との組み合わせから、Z−X軸平面の磁束ベクトルの正負を判別する。よって、比較的簡素な演算処理により、磁束のベクトル成分の正負を算出することができる。

0033

(4)磁束のベクトル方向の正負が分かれば、ベクトル方向を確認することにより、送信アンテナ11からの電波を受信したときの自位置を判定することもできる。また、ベクトル方向の正負と受信電波の強度とを組み合わせて位置判定すれば、一層精度よく自位置を判定することができる。ひいては、送信アンテナ11が形成する通信エリアの精度向上に有利であり、またこれは用意する送信アンテナ11が少なく済むという利点にも繋がる。

0034

なお、実施形態はこれまでに述べた構成に限らず、以下の態様に変更してもよい。
・軸傾きアンテナは、XY軸アンテナ5及びYZ軸アンテナ6の何れかであればよい。
・軸傾きアンテナは、X軸及びZ軸に各々45°傾くZX軸アンテナでもよい。

0035

・磁束ベクトル方向のX,Y,Zの正負の算出方法は、軸傾きアンテナで計測される電波の強度レベルを使用したロジックであれば、種々の算出方法が適用可能である。
・磁束ベクトル方向検出装置は、車両の電子キーシステムに使用されることに限らず、種々の機器や装置に適用可能である。

0036

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、以下に追記する。
(イ)前記磁束ベクトル方向検出装置において、前記ベクトル方向算出部は、前記軸傾きアンテナで受信した電波の強度レベルを用い、受信した磁束において、X−Y軸平面の正負、Y−Z軸平面の正負、及びZ−X軸平面の正負を各々算出する。

0037

(ロ)前記磁束ベクトル方向検出装置において、前記軸傾きアンテナは、2つの直交する軸の2等分線を軸とするアンテナである。

0038

2…X軸アンテナ、3…Y軸アンテナ、4…Z軸アンテナ、5…軸傾きアンテナを構成するXY軸アンテナ、6…軸傾きアンテナを構成するYZ軸アンテナ、8…磁束ベクトル方向算出部を構成する受信強度レベル測定部、9…磁束ベクトル方向算出部を構成する磁束ベクトル方向判別部、Kxy…第1閾値としてのX−Y軸判定用の閾値、Kyz…第2閾値としてのY−Z軸判定用の閾値。

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