JP2021162347A - 物体検出システムおよび物体検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送信波の識別性を高める。【解決手段】本開示の一例としての物体検出システムは、複数の物体検出装置を備え、複数の物体検出装置の各々は、周波数が互いに異なるパターンで変化する複数のチャープ信号に基づく周波数変調がそれぞれ施された複数の波動のうち他の物体検出装置とは異なる単独または２以上の組み合わせに基づいて符号化された送信波を、他の物体検出装置と略同時に送信する送信部と、物体での反射に応じて戻ってきた送信波としての受信波を受信する受信部と、送信波および受信波の送受信の結果として取得される情報に基づいて、物体に関する情報を検出する検出処理部と、を備える。【選択図】図４

Description

本開示は、物体検出システムおよび物体検出装置に関する。

従来、超音波を送信波として送信し、物体により反射されて戻ってきた送信波としての受信波を受信することで、たとえば物体までの距離のような、物体に関する情報を検出する技術が知られている。

国際公開ＷＯ２０１１／１０２１３０号公報

上記のような従来の技術においては、物体に関する情報を検出するための物体検出装置が複数設けられたシステムが実現されることがある。このようなシステムにおいては、物体に関する情報をより詳細に検出するために、複数の物体検出装置の各々から、送信波が略同時に（同時並行的に）送信されることがある。この場合、干渉などを抑制するために、送信波の識別性を高めることが望まれる。

そこで、本開示の課題の一つは、送信波の識別性を高めることが可能な物体検出システムおよび物体検出装置を提供することである。

本開示の一例としての物体検出システムは、複数の物体検出装置を備え、複数の物体検出装置の各々は、周波数が互いに異なるパターンで変化する複数のチャープ信号に基づく周波数変調がそれぞれ施された複数の波動のうち他の物体検出装置とは異なる単独または２以上の組み合わせに基づいて符号化された送信波を、他の物体検出装置と略同時に送信する送信部と、物体での反射に応じて戻ってきた送信波としての受信波を受信する受信部と、送信波および受信波の送受信の結果として取得される情報に基づいて、物体に関する情報を検出する検出処理部と、を備える。

上述した物体検出システムによれば、周波数が互いに異なるパターンで変化する複数のチャープ信号に基づく周波数変調がそれぞれ施された複数の波動の単独または２以上の組み合わせに基づいて、適切な識別情報を含むように符号化した上で送信波を送信することができる。したがって、送信波の識別性を高めることができる。

上述した物体検出システムにおいて、送信部は、複数のチャープ信号に基づく周波数変調が施され、かつ互いに異なる位相が割り当てられるように位相変調が施された複数の波動のうち他の物体検出装置とは異なる単独または２以上の組み合わせに基づいて符号化された送信波を、他の物体検出装置と略同時に送信する。このような構成によれば、位相変調を併用することで、表現可能な符号が増えるので、送信波の識別性をさらに高めることができる。

また、上述した物体検出システムにおいて、複数のチャープ信号は、周波数が単調に増加する第１チャープ信号と、周波数が単調に減少する第２チャープ信号と、を含む。このような構成によれば、簡素な波形の２つのチャープ信号により、送信波の識別性を簡単に高めることができる。

また、上述した物体検出システムにおいて、送信波と受信波との類似度を示す相関値を取得する相関処理部をさらに備え、検出処理部は、相関値と閾値との比較結果に基づいて、物体に関する情報を検出する。このような構成によれば、相関値を用いて、物体に関する情報を精度よく検出することができる。

また、上述した物体検出システムにおいて、検出処理部は、送信波が送信されたタイミングと受信波が受信されたタイミングとの差に基づいて、物体に関する情報として、物体までの距離を検出する。このような構成によれば、物体までの距離という有用な情報を物体に関する情報として得ることができる。

また、本開示の他の一例としての物体検出システムは、複数の物体検出装置を備え、複数の物体検出装置の各々は、周波数が所定のパターンで変化する単一のチャープ信号に基づく周波数変調が施され、かつ互いに異なる位相が割り当てられるように位相変調が施された複数の波動のうち他の物体検出装置とは異なる単独または２以上の組み合わせに基づいて符号化された送信波を、他の物体検出装置と略同時に送信する送信部と、物体での反射に応じて戻ってきた送信波としての受信波を受信する受信部と、送信波および受信波の送受信の結果として取得される情報に基づいて、物体に関する情報を検出する検出処理部と、を備える。

上述した物体検出システムによれば、周波数が所定のパターンで変化する単一のチャープ信号に基づく周波数変調が施され、かつ互いに異なる位相が割り当てられるように位相変調が施された複数の波動の単独または２以上の組み合わせに基づいて、適切な識別情報を含むように符号化した上で送信波を送信することができる。したがって、送信波の識別性を高めることができる。

上述した物体検出システムにおいて、単一のチャープ信号の所定のパターンは、周波数が単調に増加または減少するパターンである。このような構成によれば、簡素な波形の２つのチャープ信号により、送信波の識別性を簡単に高めることができる。

また、上述した物体検出システムにおいて、送信波と受信波との類似度を示す相関値を取得する相関処理部をさらに備え、検出処理部は、相関値と閾値との比較結果に基づいて、物体に関する情報を検出する。このような構成によれば、相関値を用いて、物体に関する情報を精度よく検出することができる。

また、上述した物体検出システムにおいて、検出処理部は、送信波が送信されたタイミングと受信波が受信されたタイミングとの差に基づいて、物体に関する情報として、物体までの距離を検出する。このような構成によれば、物体までの距離という有用な情報を物体に関する情報として得ることができる。

また、本開示のさらに他の一例としての物体検出装置は、周波数が互いに異なるパターンで変化する複数のチャープ信号に基づく周波数変調がそれぞれ施された複数の波動のうち他の物体検出装置とは異なる単独または２以上の組み合わせに基づいて符号化された送信波を、他の物体検出装置と略同時に送信する送信部と、物体での反射に応じて戻ってきた送信波としての受信波を受信する受信部と、送信波および受信波の送受信の結果として取得される情報に基づいて、物体に関する情報を検出する検出処理部と、を備える。

上述した物体検出装置によれば、周波数が互いに異なるパターンで変化する複数のチャープ信号に基づく周波数変調がそれぞれ施された複数の波動の単独または２以上の組み合わせに基づいて、適切な識別情報を含むように符号化した上で送信波を送信することができる。したがって、送信波の識別性を高めることができる。

また、本開示のさらに他の一例としての物体検出装置は、周波数が所定のパターンで変化する単一のチャープ信号に基づく周波数変調が施され、かつ互いに異なる位相が割り当てられるように位相変調が施された複数の波動のうち他の物体検出装置とは異なる単独または２以上の組み合わせに基づいて符号化された送信波を、他の物体検出装置と略同時に送信する送信部と、物体での反射に応じて戻ってきた送信波としての受信波を受信する受信部と、送信波および受信波の送受信の結果として取得される情報に基づいて、物体に関する情報を検出する検出処理部と、を備える。

上述した物体検出装置によれば、周波数が所定のパターンで変化する単一のチャープ信号に基づく周波数変調が施され、かつ互いに異なる位相が割り当てられるように位相変調が施された複数の波動の単独または２以上の組み合わせに基づいて、適切な識別情報を含むように符号化した上で送信波を送信することができる。したがって、送信波の識別性を高めることができる。

図１は、第１実施形態にかかる物体検出システムを備えた車両を上方から見た外観を示した例示的かつ模式的な図である。 図２は、第１実施形態にかかる物体検出システムのＥＣＵ（電子制御装置）および物体検出装置の概略的なハードウェア構成を示した例示的かつ模式的なブロック図である。 図３は、第１実施形態にかかる物体検出装置が物体までの距離を検出するために利用する技術の概要を説明するための例示的かつ模式的な図である。 図４は、第１実施形態にかかる物体検出装置の詳細な構成を示した例示的かつ模式的なブロック図である。 図５は、第１実施形態にかかる第１チャープ信号を示した例示的かつ模式的な図である。 図６は、第１実施形態にかかる第２チャープ信号を示した例示的かつ模式的な図である。 図７は、第１実施形態にかかる識別情報に応じた変調パターンの例を示した例示的かつ模式的な図である。 図８は、第１実施形態にかかる物体検出システムが物体までの距離を検出するために実行する一連の処理を示した例示的かつ模式的なフローチャートである。 図９は、第２実施形態にかかる変調方法の例を示した例示的かつ模式的な図である。 図１０は、第２実施形態にかかる識別情報に応じた変調パターンの例を示した例示的かつ模式的な図である。 図１１は、変形例にかかる変調方法の例を示した例示的かつ模式的な図である。

以下、本開示の実施形態および変形例を図面に基づいて説明する。以下に記載する実施形態および変形例の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および効果は、あくまで一例であって、以下の記載内容に限られるものではない。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態にかかる物体検出システムを備えた車両１を上方から見た外観を示した例示的かつ模式的な図である。

図１に示されるように、物体検出システムは、一対の前輪３Ｆと一対の後輪３Ｒとを含んだ四輪の車両１の内部に搭載されたＥＣＵ（電子制御装置）１００と、車両１の外装に搭載された物体検出装置２０１〜２０４と、を備えている。

図１に示される例では、一例として、物体検出装置２０１〜２０４が、車両１の外装としての車体２の後端のたとえばリヤバンパにおいて、互いに異なる位置に設置されている。

ここで、第１実施形態において、物体検出装置２０１〜２０４が有するハードウェア構成および機能は、それぞれ同一である。したがって、以下では、簡単化のため、物体検出装置２０１〜２０４を総称して物体検出装置２００と記載することがある。

なお、第１実施形態において、物体検出装置２００の設置位置は、図１に示される例に限られるものではない。物体検出装置２００は、車体２の前端のたとえばフロントバンパに設置されてもよいし、車体２の側面に設置されてもよいし、リヤバンパ、フロントバンパ、および側面のうち２つ以上に設置されてもよい。また、第１実施形態では、物体検出装置２００の個数も、図１に示される例に限られるものではない。ただし、第１実施形態の技術は、物体検出装置２００が複数存在する構成に有効である。

第１実施形態にかかる物体検出システムは、以下に説明するような構成に基づき、超音波の送受信を行い、当該送受信の時間差などを取得することで、周囲に存在する人間を含む物体（たとえば後述する図２に示されるオブジェクトＯ）に関する情報を検出する。

図２は、第１実施形態にかかる物体検出システムのＥＣＵ１００および物体検出装置２００のハードウェア構成を示した例示的かつ模式的なブロック図である。

図２に示されるように、ＥＣＵ１００は、通常のコンピュータと同様のハードウェア構成を備えている。より具体的に、ＥＣＵ１００は、入出力装置１１０と、記憶装置１２０と、プロセッサ１３０と、を備えている。

入出力装置１１０は、ＥＣＵ１００と外部（図１に示される例では物体検出装置２００）との間における情報の送受信を実現するためのインターフェースである。

記憶装置１２０は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などといった主記憶装置、および／または、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）やＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）などといった補助記憶装置を含んでいる。

プロセッサ１３０は、ＥＣＵ１００において実行される各種の処理を司る。プロセッサ１３０は、たとえばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などといった演算装置を含んでいる。プロセッサ１３０は、記憶装置１２０に記憶されたコンピュータプログラムを読み出して実行することで、たとえば駐車支援などといった各種の機能を実現する。

一方、図２に示されるように、物体検出装置２００は、送受波器２１０と、制御部２２０と、を備えている。これらの構成により、物体検出装置２００は、車両１の周囲に存在する物体までの距離を検出する車載センサの一例としての車載ソナーとして構成される。

送受波器２１０は、圧電素子などの振動子２１１を有しており、当該振動子２１１により、超音波の送受信を実現する。

より具体的に、送受波器２１０は、振動子２１１の振動に応じて発生する超音波を送信波として送信し、当該送信波として送信された超音波が外部に存在する物体で反射されて戻ってくることでもたらされる振動子２１１の振動を受信波として受信する。図２に示される例では、送受波器２１０からの超音波を反射しうる物体として、路面ＲＳと、当該路面ＲＳ上に設置されたオブジェクトＯが例示されている。

なお、図２に示される例では、送信波の送信と受信波の受信との両方が単一の振動子２１１を有した単一の送受波器２１０により実現される構成が例示されている。しかしながら、第１実施形態の技術は、たとえば、送信波の送信用の振動子と受信波の受信用の振動子とが別々に設けられた構成のような、送信側の構成と受信側の構成とが分離された構成にも当然に適用可能である。

制御部２２０は、通常のコンピュータと同様のハードウェア構成を備えている。より具体的に、制御部２２０は、入出力装置２２１と、記憶装置２２２と、プロセッサ２２３と、を備えている。

入出力装置２２１は、制御部２２０と外部（図１に示される例ではＥＣＵ１００および送受波器２１０）との間における情報の送受信を実現するためのインターフェースである。

記憶装置２２２は、ＲＯＭやＲＡＭなどといった主記憶装置、および／または、ＨＤＤやＳＳＤなどといった補助記憶装置を含んでいる。

プロセッサ２２３は、制御部２２０において実行される各種の処理を司る。プロセッサ２２３は、たとえばＣＰＵなどといった演算装置を含んでいる。プロセッサ２２３は、記憶装置３３３に記憶されたコンピュータプログラムを読み出して実行することで、各種の機能を実現する。

ここで、第１実施形態にかかる物体検出装置２００は、いわゆるＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）法と呼ばれる技術により、物体に関する情報として、物体までの距離を検出する。以下に詳述するように、ＴＯＦ法とは、送信波が送信された（より具体的には送信され始めた）タイミングと、受信波が受信された（より具体的には受信され始めた）タイミングとの差を考慮して、物体までの距離を算出する技術である。

図３は、第１実施形態にかかる物体検出装置２００が物体までの距離を検出するために利用する技術の概要を説明するための例示的かつ模式的な図である。

図３に示される例では、第１実施形態にかかる物体検出装置２００が送受信する超音波の信号レベル（たとえば振幅）の時間変化がグラフ形式で表されている。図３に示されるグラフにおいて、横軸は、時間に対応し、縦軸は、物体検出装置２００が送受波器２１０（振動子２１１）を介して送受信する信号の信号レベルに対応する。

図３に示されるグラフにおいて、実線Ｌ１１は、物体検出装置２００が送受信する信号の信号レベル、つまり振動子２１１の振動の度合の時間変化を表す包絡線（エンベロープ波形）の一例を表している。この実線Ｌ１１からは、振動子２１１がタイミングｔ０から時間Ｔａだけ駆動されて振動することで、タイミングｔ１で送信波の送信が完了し、その後タイミングｔ２に至るまでの時間Ｔｂの間は、慣性による振動子２１１の振動が減衰しながら継続する、ということが読み取れる。したがって、図３に示されるグラフにおいては、時間Ｔ２が、いわゆる残響時間に対応する。

実線Ｌ１１は、送信波の送信が開始したタイミングｔ０から時間Ｔｐだけ経過したタイミングｔ４で、振動子２１１の振動の度合が、一点鎖線Ｌ２１で表される所定の閾値Ｔｈ１を超えた（または以上の）ピークを迎える。この閾値Ｔｈ１は、振動子２１１の振動が、検出対象の物体（たとえば図２に示されるオブジェクトＯ）により反射されて戻ってきた送信波としての受信波の受信によってもたらされたものか、または、検出対象外の物体（たとえば図２に示される路面ＲＳ）により反射されて戻ってきた送信波としての受信波の受信によってもたらされたものか、を識別するために予め設定された値である。

なお、図３には、閾値Ｔｈ１が時間経過によらず変化しない一定値として設定された例が示されているが、第１実施形態において、閾値Ｔｈ１は、時間経過とともに変化する値として設定されてもよい。

ここで、閾値Ｔｈ１を超えた（または以上の）ピークを有する振動は、検出対象の物体により反射されて戻ってきた送信波としての受信波の受信によってもたらされたものだとみなすことができる。一方、閾値Ｔｈ１以下の（または未満の）ピークを有する振動は、検出対象外の物体により反射されて戻ってきた送信波としての受信波の受信によってもたらされたものだとみなすことができる。

したがって、実線Ｌ１１からは、タイミングｔ４における振動子２１１の振動が、検出対象の物体により反射されて戻ってきた送信波としての受信波の受信によってもたらされたものである、ということが読み取れる。

なお、実線Ｌ１１においては、タイミングｔ４以降で、振動子２１１の振動が減衰している。したがって、タイミングｔ４は、検出対象の物体により反射されて戻ってきた送信波としての受信波の受信が完了したタイミング、換言すればタイミングｔ１で最後に送信された送信波が受信波として戻ってくるタイミング、に対応する。

また、実線Ｌ１１においては、タイミングｔ４におけるピークの開始点としてのタイミングｔ３は、検出対象の物体により反射されて戻ってきた送信波としての受信波の受信が開始したタイミング、換言すればタイミングｔ０で最初に送信された送信波が受信波として戻ってくるタイミング、に対応する。したがって、実線Ｌ１１においては、タイミングｔ３とタイミングｔ４との間の時間ΔＴが、送信波の送信時間としての時間Ｔａと等しくなる。

上記を踏まえて、ＴＯＦ法により検出対象の物体までの距離を求めるためには、送信波が送信され始めたタイミングｔ０と、受信波が受信され始めたタイミングｔ３と、の間の時間Ｔｆを求めることが必要となる。この時間Ｔｆは、タイミングｔ０と、受信波の信号レベルが閾値Ｔｈ１を超えたピークを迎えるタイミングｔ４と、の差分としての時間Ｔｐから、送信波の送信時間としての時間Ｔａに等しい時間ΔＴを差し引くことで求めることができる。

送信波が送信され始めたタイミングｔ０は、物体検出装置２００が動作を開始したタイミングとして容易に特定することができ、送信波の送信時間としての時間Ｔａは、設定などによって予め決められている。したがって、ＴＯＦ法により検出対象の物体までの距離を求めるためには、結局のところ、受信波の信号レベルが閾値Ｔｈ１を超えたピークを迎えるタイミングｔ４を特定することが重要となる。

ところで、上述した実施形態のような、物体検出装置２００が複数設けられた構成においては、周囲に存在する物体に関する情報をより詳細に検出するために、複数の物体検出装置２００の各々から、送信波が略同時に（同時並行的に）送信されることがある。この場合、干渉などを抑制するために、送信波の識別性を高めることが望まれる。

そこで、第１実施形態は、物体検出装置２００を以下のように構成することで、送信波の識別性を高めることを実現する。

図４は、第１実施形態にかかる物体検出装置２００の詳細な構成を示した例示的かつ模式的なブロック図である。

図４に示されるように、第１実施形態では、送信側の構成として、複数（一例として３つ）の送信部４０１、４０３、および４０５が設けられているとともに、受信側の構成として、複数（一例として３つ）の受信部４０２、４０４、および４０６が設けられている。

ここで、図４には、送信側の構成と受信側の構成とが分離された状態で図示されているが、このような図示の態様は、あくまで説明の便宜のためのものである。したがって、図４に示される例では、たとえば、送信部４０１と受信部４０２との組み合わせと、送信部４０３と受信部４０４との組み合わせと、送信部４０５と受信部４０６との組み合わせとが、それぞれ１つの物体検出装置２００を構成する。ただし、前述の繰り返しになるが、第１実施形態の技術は、送信側の構成と受信側の構成とが分離された構成にも当然に適用可能である。

また、図４には、送信側の構成と受信側の構成とがそれぞれ３つずつ図示されているが、第１実施形態では、図１に示される４つの物体検出装置２００に対応するように、送信側の構成と受信側の構成とがさらに１つずつ設けられうる。

なお、第１実施形態において、図４に示される構成のうち少なくとも一部は、ハードウェアとソフトウェアとの協働の結果、より具体的には、物体検出装置２００のプロセッサ２２３が記憶装置２２２からコンピュータプログラムを読み出して実行した結果として実現される。ただし、実施形態では、図４に示される構成のうち少なくとも一部が、専用のハードウェア（回路：ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）によって実現されてもよい。

まず、物体検出装置２００の送信側の構成について説明する。

図４に示されるように、送信部４０１は、送波器４１１と、搬送波出力部４１２と、変調パターン決定部４１３と、乗算器４１４と、増幅回路４１５と、を備えている。

また、送信部４０３および４０５は、送波器４１１と同様の送波器４３１および４５１をそれぞれ備えている。図４では、送波器４３１および４５１以外の図示がスペースの都合で省略されているが、送信部４０３および４０５は、送波器４３１および４５１以外においても、送信部４０１と同様の構成を備えている。

送波器４１１は、前述した振動子２１１によって構成され、当該振動子２１１により、増幅回路４１５から出力される（増幅後の）送信信号に応じた送信波を送信する。

ここで、第１実施形態において、送波器４１１は、たとえばＥＣＵ１００の制御のもとで、他の物体検出装置２００の送波器４３１および４５１と実質的に同時に送信波を送信するように構成される。したがって、第１実施形態では、受信波として戻ってきた送信波の送信元を特定可能にするために、送信波に識別情報を付与する必要がなる。

そこで、第１実施形態は、たとえば正弦波のような搬送波を、送信波に付与すべき識別情報に対応した変調パターンで変調することで、識別情報を含むように符号化された送信波を生成する。

より具体的に、搬送波出力部４１２は、送信波のもととなる、たとえば正弦波のような搬送波を出力する。そして、変調パターン決定部４１３は、送信波に付与すべきたとえば０または１のビットの連続からなるビット列の符号からなる識別情報に対応した、搬送波の変調パターンを決定する。そして、乗算器４１４は、変調パターン決定部４１３からの出力と、搬送波出力部４１２からの出力と、を乗算することで、搬送波を変調し、識別情報を含むように符号化された送信波を生成する。

なお、第１実施形態において、識別情報の符号長は、図１に示されるような４つの物体検出装置２００が設けられた構成において、少なくとも４つの物体検出装置２００を互いに識別可能な程度に設定される。

第１実施形態において、搬送波の変調パターンは、下記の図５および図６に示されるような、互いに異なる複数（一例として２つ）のチャープ信号を用いて決定される。

図５は、第１実施形態にかかる第１チャープ信号を示した例示的かつ模式的な図であり、図６は、第１実施形態にかかる第２チャープ信号を示した例示的かつ模式的な図である。

図５に示されるように、第１チャープ信号は、所定の期間Ｔにおいて周波数がｆ１からｆ２まで単調に（より具体的には線形に）増加する信号である（実践Ｌ５００参照）。また、図６に示されるように、第２チャープ信号は、所定の期間Ｔにおいて周波数がｆ２からｆ１まで単調に（より具体的には線形に）減少する信号である（実践Ｌ６００参照）。

ここで、第１実施形態では、第１チャープ信号に基づく周波数変調が施された期間Ｔ分の搬送波としての第１の波動と、第２チャープ信号に基づく周波数変調が施された期間Ｔ分の搬送波としての第２の波動と、の２以上の組み合わせに基づいて、識別情報を含むように符号化された送信波が生成される。

たとえば、第１実施形態では、上記の第１の波動には、「１」というビットが割り当てられ、上記の第２の波動には、「０」というビットが割り当てられる。この場合、たとえば「１１０１」というビット列の符号からなる識別情報を含むように符号化された送信波は、次の図７に示されるような変調パターンで搬送波が変調されることにより生成される。

図７は、第１実施形態にかかる識別情報に応じた変調パターンの例を示した例示的かつ模式的な図である。

図７に示される例において、「ＵＰ」は、周波数が単調に増加する第１チャープ信号を示し、「ＤＯＷＮ」は、周波数が単調に減少する第２チャープ信号を示している。また、図７に示される例では、上述した通り、第１チャープ信号に基づく周波数変調が施された第１の波動には「１」というビットが割り当てられ、第２チャープ信号に基づく周波数変調が施された第２の波動には「０」というビットが割り当てられるものとする。

上記を踏まえると、図７に示されるように、「１１０１」というビット列の符号からなる識別情報を含むように符号化された送信波は、第１チャープ信号（「ＵＰ」）に基づく上記の第１の波動と、第１チャープ信号（「ＵＰ」）に基づく上記の第１の波動と、第２チャープ信号（「ＤＯＷＮ」）に基づく上記の第２の波動と、第１チャープ信号（「ＵＰ」）に基づく上記の第１の波動と、の４つの波動がこの順番で組み合わされることにより構成される。

したがって、第１実施形態において、変調パターン決定部４１３は、送信波に付与すべき識別情報を「１１０１」というビット列の符号として決定した場合、第１チャープ信号に基づく周波数変調と、第１チャープ信号に基づく周波数変調と、第２チャープ信号に基づく周波数変調と、第１チャープ信号に基づく周波数変調と、の４回の周波数変調がこの順番で連続的に実行されるパターンを、搬送波の変調パターンとして決定する。

図４に戻り、増幅回路４１５は、乗算器４１４から出力される送信信号を増幅し、増幅後の送信信号を送波器４１１に出力する。このようにして、第１実施形態において、物体検出装置２００の送信側の構成は、周波数が互いに異なるパターンで変化する２つのチャープ信号に基づく周波数変調がそれぞれ施された２つの波動のうち他の物体検出装置２００とは異なる２以上の組み合わせに基づいて符号化された送信波を送信する。

次に、物体検出装置２００の受信側の構成について説明する。

図４に示されるように、受信部４０２は、受波器４２１と、増幅回路４２２と、フィルタ処理部４２３と、識別部４２４と、複数（一例として３つ）の信号処理系統４２５Ａ〜４２５Ｃと、を備えている。

また、受信部４０４および４０６は、受波器４２１と同様の受波器４４１および４６１をそれぞれ備えている。図４では、受波器４４１および４６１以外の図示がスペースの都合で省略されているが、受信部４０４および４０６は、受波器４４１および４６１以外においても、受信部４０２と同様の構成を備えている。

受波器４２１は、前述した振動子２１１によって構成され、当該振動子２１１により、物体により反射された送信波を受信波として受信する。

増幅回路４２２は、受波器４２１が受信した受信波に応じた信号としての受信信号を増幅する。

フィルタ処理部４２３は、増幅回路４２２により増幅された受信信号にフィルタリング処理を施す。このフィルタリング処理には、ノイズの抑制およびドップラーシフトの補正などが含まれる。

ここで、第１実施形態では、前述したように、複数の送波器４１１、４３１、および４５１から複数の送信波が実質的に同時に送信されている。このため、受波器４２１により受信される受信波は、複数の送波器４１１、４３１、および４５１から送信された複数の送信波に対応する複数の波動が少なくとも部分的に重畳されることで構成されている。

そこで、第１実施形態では、送波器４１１、４３１、および４５１の個数と同数の信号処理系統４２５Ａ〜４２５Ｃが設けられている。信号処理系統４２５Ａ〜４２５Ｃは、いずれも、相関処理部４２６と、包絡線処理部４２７と、閾値処理部４２８と、検出処理部４２９と、を備えている。これらの構成に基づき、信号処理系統４２５Ａ〜４２５ＣＢは、受波器４２１を介して受信される受信波と送波器４１１、４３１、および４５１を介して送信される複数の送信波との関係と特定する機能と、特定された当該関係に基づいて、物体に関する情報を検出する機能と、を実現する。

相関処理部４２６は、送信側の構成から取得される送信信号と、フィルタ処理部４２３によるフィルタリング処理を経た受信信号と、に基づいて、送信波と受信波との識別情報の類似度に対応した相関値を取得する。相関値は、一般的によく知られた相関関数などに基づいて算出される。

そして、包絡線処理部４２７は、相関処理部４２６により取得された相関値に対応した信号の波形の包絡線を求める。

そして、閾値処理部４２８は、包絡線処理部４２７により求められた包絡線の値と、所定の閾値と、を比較し、比較結果に基づいて、送信波と受信波との識別情報が所定以上のレベルで類似するか否かを判定する。

そして、検出処理部４２９は、閾値処理部４２８による処理結果に基づいて、送信波と受信波との識別情報の類似度が所定以上のレベルとなるタイミング、すなわち反射により戻ってきた送信波としての受信波の信号レベルが閾値を超えたピークを迎えるタイミング（たとえば図２に示されるタイミングｔ４）を特定し、ＴＯＦ法により、物体に関する情報として、物体までの距離を検出する。

ここで、第１実施形態において、信号処理系統４２５Ａの相関処理部４２６は、送信部４０１から取得される送信信号を利用して相関値を取得するように構成されている。このため、信号処理系統４２５Ａの相関処理部４２６により取得される相関値は、送波器４１１から送信される送信波に対する類似性を反映した値となる。

同様に、信号処理系統４２５Ｂの相関処理部４２６は、送信部４０３から取得される送信信号を利用して相関値を取得し、信号処理系統４２５Ｃの相関処理部４２６は、送信部４０５から取得される送信信号を利用して相関値を取得するように構成されている。このため、信号処理系統４２５Ｂの相関処理部４２６により取得される相関値は、送波器４３１から送信される送信波に対する類似性を反映した値となり、信号処理系統４２５Ｃの相関処理部４２６により取得される相関値は、送波器４５１から送信される送信波に対する類似性を反映した値となる。

したがって、第１実施形態において、信号処理系統４２５Ａの検出処理部４２９は、送波器４１１から送信された送信波が反射により戻ってくることで受波器４２１により受信された受信波の信号レベルが閾値を超えたピークを迎えるタイミングを特定する。また、信号処理系統４２５Ｂの検出処理部４２９は、送波器４３１から送信された反射により戻ってくることで受波器４２１により受信された受信波の信号レベルが閾値を超えたピークを迎えるタイミングを特定し、信号処理系統４２５Ｃの検出処理部４２９は、送波器４５１から送信された反射により戻ってくることで受波器４２１により受信された受信波の信号レベルが閾値を超えたピークを迎えるタイミングを特定する。

このように、第１実施形態では、３つの信号処理系統４２５Ａ〜４２５Ｃを用いて、送波器４１１から送信された送信波が反射により戻ってくることで受波器４２１により受信されたタイミングと、送波器４３１から送信された送信波が反射により戻ってくることで受波器４２１により受信されたタイミングと、送波器４５１から送信された送信波が反射により戻ってくることで受波器４２１により受信されたタイミングと、が適切に特定される。そして、それぞれの送受信のタイミングの差に基づいて、物体までの距離が適切に検出される。

以上の構成に基づき、第１実施形態にかかる物体検出システムは、次の図８に示されるような流れで処理を実行することで、物体に関する情報を検出する。

図８は、第１実施形態にかかる物体検出システムが物体までの距離を検出するために実行する一連の処理を示した例示的かつ模式的なフローチャートである。

図８に示されるように、第１実施形態では、まず、Ｓ８０１において、物体検出システムの各物体検出装置２００は、変調パターン決定部４１３により、送信波に付与すべき識別情報に対応した、搬送波の変調パターンを決定する。

そして、Ｓ８０２において、各物体検出装置２００は、送受波器２１０により、Ｓ８０１で決定された変調パターンで搬送波が変調されることで生成される送信波を送信する。

そして、Ｓ８０３において、各物体検出装置２００は、送受波器２１０により、Ｓ８０２で送信された送信波が物体での反射により戻ってきた結果としての受信波を受信する。

そして、Ｓ８０４において、各物体検出装置２００は、相関処理部４２６により、送信波と受信波との識別情報の類似度に対応した相関値を取得する。

そして、Ｓ８０５において、各物体検出装置２００は、検出処理部８２９により、Ｓ８０４で取得された相関値（の包絡線）と閾値との比較結果に基づいて、物体までの距離を検出する。そして、処理が終了する。

以上説明したように、第１実施形態にかかる物体検出システムは、複数の物体検出装置２００を備えている。複数の物体検出装置２００は、それぞれ同一の構成を有している。

たとえば、第１実施形態において、複数の物体検出装置２００のうちの１つは、送信部４０１と、受信部４０２と、検出処理部４２９と、を備えている。送信部４０１は、周波数が互いに異なるパターンで変化する複数のチャープ信号に基づく周波数変調がそれぞれ施された複数の波動のうち他の物体検出装置２００とは異なる２以上の組み合わせに基づいて符号化された送信波を、他の物体検出装置２００と略同時に送信する。受信部４０２は、物体での反射に応じて戻ってきた送信波としての受信波を受信する。検出処理部４２９は、送信波および受信波の送受信の結果として取得される情報に基づいて、物体に関する情報を検出する。

上述した構成によれば、周波数が互いに異なるパターンで変化する複数のチャープ信号に基づく周波数変調がそれぞれ施された複数の波動の２以上の組み合わせに基づいて、適切な識別情報を含むように符号化した上で送信波を送信することができる。したがって、送信波の識別性を高めることができる。

より具体的に、第１実施形態において、上記の複数のチャープ信号は、周波数が単調に増加する第１チャープ信号（図５参照）と、周波数が単調に減少する第２チャープ信号（図６参照）と、を含んでいる。このような構成によれば、簡素な波形の２つのチャープ信号により、送信波の識別性を簡単に高めることができる。

また、第１実施形態において、物体検出装置２００は、送信波と受信波との類似度を示す相関値を取得する相関処理部４２６をさらに備えている。そして、検出処理部４２９は、相関値と閾値との比較結果に基づいて、物体に関する情報を検出する。このような構成によれば、相関値を用いて、物体に関する情報を精度よく検出することができる。

また、第１実施形態において、検出処理部４２９は、送信波が送信されたタイミングと受信波が受信されたタイミングとの差に基づいて、物体に関する情報として、物体までの距離を検出する。このような構成によれば、物体までの距離という有用な情報を物体に関する情報として得ることができる。

＜第２実施形態＞
上述した第１実施形態では、複数のチャープ信号に基づく周波数変調を利用した変調パターンで搬送波を変調することで、送信波の識別性を高めることが実現されている。しかしながら、第２実施形態として、単一のチャープ信号に基づく周波数変調を利用しながら、さらに位相変調を利用した変調パターンで搬送波を変調することで、送信波の識別性を高める構成も考えられる。

なお、第２実施形態にかかる物体検出システムのハードウェア構成および機能的構成は、上述した第１実施形態と基本的に同様である。ただし、第２実施形態では、変調パターン決定部４１３ａ（図４参照）が、上述した第１実施形態と異なる手法で搬送波の変調パターンを決定する。

図９は、第２実施形態にかかる変調方法の例を示した例示的かつ模式的な図である。

図９に示されるように、第２実施形態では、周波数が所定のパターンで変化する単一のチャープ信号に基づく周波数変調が施され、かつ互いに異なる位相が割り当てられるように位相変調が施された複数の波動の２以上の組み合わせにより、送信波が生成される。なお、ここで言及している複数の波動の各々は、図５に示される期間Ｔ分の搬送波に相当する。

たとえば、図９に示される例では、期間Ｔにおいて単調に増加する第１チャープ信号に基づく周波数変調が施され、かつ「π」という位相が割り当てられるように位相変調が施された第３の波動に、「０」というビットの符号が割り当てられるとともに、第１チャープ信号に基づく周波数変調が施され、かつ「０」という位相が割り当てられるように位相変調が施された第４の波動に、「１」というビットの符号が割り当てられる。この場合、たとえば「１１０１」というビット列の符号からなる識別情報を含むように符号化された送信波は、次の図１０に示されるような変調パターンで搬送波が変調されることにより生成される。

図１０は、第２実施形態にかかる識別情報に応じた変調パターンの例を示した例示的かつ模式的な図である。

図１０に示されるように、第２実施形態において、「１１０１」というビット列の符号からなる識別情報を含むように符号化された送信波は、「０」という位相が割り当てられた上記の第４の波動と、「０」という位相が割り当てられた上記の第４の波動と、「π」という位相が割り当てられた上記の第３の波動と、「０」という位相が割り当てられた上記の第４の波動と、の４つの波動がこの順番で組み合わされることにより構成される。

したがって、第２実施形態において、変調パターン決定部４１３ａは、送信波に付与すべき識別情報を「１１０１」というビット列の符号として決定した場合、第１チャープ信号に基づく周波数変調と「０」という位相を割り当てる位相変調との組み合わせと、第１チャープ信号に基づく周波数変調と「０」という位相を割り当てる位相変調との組み合わせと、第１チャープ信号に基づく周波数変調と「π」という位相を割り当てる位相変調との組み合わせと、第１チャープ信号に基づく周波数変調と「０」という位相を割り当てる位相変調との組み合わせと、がこの順番で連続的に実行されるパターンを、搬送波の変調パターンとして決定する。

以上説明したように、第２実施形態にかかる物体検出システムは、基本的には上述した第１実施形態と同様の構成を有している。ただし、第２実施形態は、上述した第１実施形態と異なり、周波数が所定のパターンで変化する単一のチャープ信号に基づく周波数変調が施され、かつ互いに異なる位相が割り当てられるように位相変調が施された複数の波動の２以上の組み合わせに基づいて符号化された送信波を送信する。

上述した構成によれば、周波数が所定のパターンで変化する単一のチャープ信号に基づく周波数変調が施され、かつ互いに異なる位相が割り当てられるように位相変調が施された複数の波動の２以上の組み合わせに基づいて、適切な識別情報を含むように符号化した上で送信波を送信することができる。したがって、第２実施形態によっても、上述した第１実施形態と同様に、送信波の識別性を高めることができる。

なお、第２実施形態のその他の効果は、上述した第１実施形態と同様である。

＜変形例＞
なお、上述した２つの実施形態では、本開示の技術が、超音波の送受信によって物体に関する情報を検知する構成に適用されているが、本開示の技術は、超音波以外の波動としての、音波、ミリ波、または電磁波などの送受信によって物体に関する情報を検知する構成にも適用することが可能である。

また、上述した２つの実施形態では、物体に関する情報として物体までの距離を検出する構成が例示されているが、本開示の技術は、物体に関する情報として、物体の有無のみを検出する構成にも適用可能である。

また、上述した第１実施形態では、２つのチャープ信号に基づく周波数変調が施された２つの波動（第１の波動および第２の波動）の２以上の組み合わせにより送信波を生成する技術が例示されている。しかしながら、本開示の技術は、互いに異なるパターンで周波数が変化する３つ以上のチャープ信号を利用して周波数変調を実行する技術も含んでいる。また、本開示の技術は、複数のチャープ信号に基づく周波数変調が施された複数の波動の単独により送信波を生成する技術も含んでいる。

同様に、上述した第２実施形態では、単一のチャープ信号に基づく周波数変調が施され、かつ互いに異なる２つの位相がそれぞれ割り当てられるように位相変調が施された２つの波動（第３の波動および第４の波動）の２以上の組み合わせにより送信波を生成する技術が例示されている。しかしながら、本開示の技術は、単一のチャープ信号に基づく周波数変調が施され、かつ互いに異なる３つ以上の位相がそれぞれ割り当てられるように位相変調が施された３つ以上の波動の２以上組み合わせにより送信波を生成する技術も含んでいる。また、本開示の技術は、単一のチャープ信号に基づく周波数変調が施され、かつ互いに異なる位相が割り当てられるように位相変調が施された複数の波動の単独により送信波を生成する技術も含んでいる。

また、本開示の技術は、次の図１１に示されるような、上述した２つの実施形態を組み合わせたような技術にも適用可能である。

図１１は、変形例にかかる変調方法の例を示した例示的かつ模式的な図である。

図１１に示されるように、この変形例では、上述した第１実施形態と同様に複数のチャープ信号に基づく周波数変調が施され、かつ、上述した第２実施形態と同様に互いに異なる位相が割り当てられるように位相変調が施された複数の波動の単独または２以上の組み合わせにより、送信波が生成される。なお、ここで言及している複数の波動の各々は、図５および図６に示される期間Ｔ分の搬送波に相当する。

たとえば、図１１に示される例では、期間Ｔにおいて単調に減少する第２チャープ信号に基づく周波数変調が施され、かつ「π」という位相が割り当てられるように位相変調が施された第５の波動に、「００」というビット列の符号が割り当てられる。また、第２チャープ信号に基づく周波数変調が施され、かつ「０」という位相が割り当てられるように位相変調が施された第６の波動に、「０１」というビット列の符号が割り当てられる。

また、図１１に示される例では、期間Ｔにおいて単調に増加する第１チャープ信号に基づく周波数変調が施され、かつ「π」という位相が割り当てられるように位相変調が施された第７の波動に、「１０」というビット列の符号が割り当てられる。また、第１チャープ信号に基づく周波数変調が施され、かつ「０」という位相が割り当てられるように位相変調が施された第８の波動に、「１１」というビット列の符号が割り当てられる。

図１１に示される変形例によれば、周波数変調に基づく符号化と位相変調に基づく符号化とを併用することで、表現可能な符号が増えるので、送信波の識別性をさらに高めることができる。

以上、本開示の実施形態および変形例を説明したが、上述した実施形態および変形例はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上述した新規な実施形態および変形例は、様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上述した実施形態および変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２００、２０１、２０２、２０３、２０４ 物体検出装置
４０１、４０３、４０５ 送信部
４０２、４０４、４０６ 受信部
４２６ 相関処理部
４２９ 検出処理部

Claims (11)

1. 複数の物体検出装置を備え、
   前記複数の物体検出装置の各々は、
   周波数が互いに異なるパターンで変化する複数のチャープ信号に基づく周波数変調がそれぞれ施された複数の波動のうち他の物体検出装置とは異なる単独または２以上の組み合わせに基づいて符号化された送信波を、前記他の物体検出装置と略同時に送信する送信部と、
   物体での反射に応じて戻ってきた前記送信波としての受信波を受信する受信部と、
   前記送信波および前記受信波の送受信の結果として取得される情報に基づいて、前記物体に関する情報を検出する検出処理部と、
   を備える、物体検出システム。
2. 前記送信部は、前記複数のチャープ信号に基づく周波数変調が施され、かつ互いに異なる位相が割り当てられるように位相変調が施された前記複数の波動のうち前記他の物体検出装置とは異なる単独または２以上の組み合わせに基づいて符号化された前記送信波を、前記他の物体検出装置と略同時に送信する、
   請求項１に記載の物体検出システム。
3. 前記複数のチャープ信号は、前記周波数が単調に増加する第１チャープ信号と、前記周波数が単調に減少する第２チャープ信号と、を含む、
   請求項１または２に記載の物体検出システム。
4. 前記送信波と前記受信波との類似度を示す相関値を取得する相関処理部をさらに備え、
   前記検出処理部は、前記相関値と閾値との比較結果に基づいて、前記物体に関する情報を検出する、
   請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の物体検出システム。
5. 前記検出処理部は、前記送信波が送信されたタイミングと前記受信波が受信されたタイミングとの差に基づいて、前記物体に関する情報として、前記物体までの距離を検出する、
   請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の物体検出システム。
6. 複数の物体検出装置を備え、
   前記複数の物体検出装置の各々は、
   周波数が所定のパターンで変化する単一のチャープ信号に基づく周波数変調が施され、かつ互いに異なる位相が割り当てられるように位相変調が施された複数の波動のうち他の物体検出装置とは異なる単独または２以上の組み合わせに基づいて符号化された送信波を、前記他の物体検出装置と略同時に送信する送信部と、
   物体での反射に応じて戻ってきた前記送信波としての受信波を受信する受信部と、
   前記送信波および前記受信波の送受信の結果として取得される情報に基づいて、前記物体に関する情報を検出する検出処理部と、
   を備える、物体検出システム。
7. 前記単一のチャープ信号の前記所定のパターンは、前記周波数が単調に増加または減少するパターンである、
   請求項６に記載の物体検出システム。
8. 前記送信波と前記受信波との類似度を示す相関値を取得する相関処理部をさらに備え、
   前記検出処理部は、前記相関値と閾値との比較結果に基づいて、前記物体に関する情報を検出する、
   請求項６または７に記載の物体検出システム。
9. 前記検出処理部は、前記送信波が送信されたタイミングと前記受信波が受信されたタイミングとの差に基づいて、前記物体に関する情報として、前記物体までの距離を検出する、
   請求項６〜８のうちいずれか１項に記載の物体検出システム。
10. 周波数が互いに異なるパターンで変化する複数のチャープ信号に基づく周波数変調がそれぞれ施された複数の波動のうち他の物体検出装置とは異なる単独または２以上の組み合わせに基づいて符号化された送信波を、前記他の物体検出装置と略同時に送信する送信部と、
    物体での反射に応じて戻ってきた前記送信波としての受信波を受信する受信部と、
    前記送信波および前記受信波の送受信の結果として取得される情報に基づいて、前記物体に関する情報を検出する検出処理部と、
    を備える、物体検出装置。
11. 周波数が所定のパターンで変化する単一のチャープ信号に基づく周波数変調が施され、かつ互いに異なる位相が割り当てられるように位相変調が施された複数の波動のうち他の物体検出装置とは異なる単独または２以上の組み合わせに基づいて符号化された送信波を、前記他の物体検出装置と略同時に送信する送信部と、
    物体での反射に応じて戻ってきた前記送信波としての受信波を受信する受信部と、
    前記送信波および前記受信波の送受信の結果として取得される情報に基づいて、前記物体に関する情報を検出する検出処理部と、
    を備える、物体検出装置。

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