JP7167495B2 - 物体検知装置および物体検知システム - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、物体検知装置および物体検知システムに関する。
従来、圧電素子などの振動子により超音波としての送信信号を送信するとともに、物体により反射された送信信号を受信信号として振動子により受信し、それらの超音波の送受信のタイミングの差などを取得することで、物体までの距離などといった、物体に関する情報を取得する技術が知られている。
特開２０１３－１５６２２３号公報 国際公開第２０１１／１０２１３０号
物体検知装置に関しては、物体検知装置または物体の移動によって物体までの距離が変化する場合であっても、いったん検知した物体を見失うことなく検知し続けることが要望される場合がある。
本発明の実施形態にかかる物体検知装置は、例えば、超音波を送受信可能な振動子を有し、当該振動子により、それぞれ異なるタイミングで複数の送信信号を送信し、周囲に存在する物体により反射して戻ってきた複数の送信信号のそれぞれを受信信号として受信する送受信部と、複数の送信信号のうちの第１送信信号の送信タイミングと、物体で反射して戻ってきた第１送信信号である第１受信信号の受信タイミングと、の時間差に基づいて物体までの距離である第１距離を取得し、第１送信信号と第１受信信号との周波数差に基づいて物体の相対速度を取得する取得部と、第１距離および相対速度に基づいて、第１送信信号の次に送信される第２送信信号の送信タイミングにおける物体までの距離である第２距離を推定する推定部と、第２送信信号の振幅が時間と共に大きくなる期間の波の数または当該期間の長さを第２距離に基づいて調整する調整部と、を備える。
この構成によれば、物体検知装置と物体との間の距離が急激に変化するような場合であっても、いったん検知した物体を見失うことなく検知し続けることが可能となる。
また、上記した物体検知装置では、調整部は、第２距離が第１値である場合、第２値を第２送信信号の振幅が時間と共に大きくなる期間の波の数または当該期間の長さとして設定し、第２距離が第１値よりも大きい第３値である場合、第２値よりも大きい第４値を第２送信信号の振幅が時間と共に大きくなる期間の波の数または当該期間の長さとして設定する。
この構成によれば、第２送信信号の送信タイミングにおいて物体までの距離が物体検知装置の検知可能範囲から逸脱しないように第２送信信号の波の数または送信時間を調整することが可能となる。
また、上記した物体検知装置では、複数の送信信号のそれぞれは、所定の周期毎に周波数の増加又は減少を繰り返すチャープ信号である。
この構成によれば、送信信号と受信信号との周波数差の取得が容易になる。
また、上記した物体検知装置では、チャープ信号は、所定の周期における周波数の増加又は減少を示したパターンが、物体検知装置に予め設定されており、取得部は、物体検知装置に予め設定されたパターンに基づいて、送受信部により送信された送信信号が物体により反射して戻ってきた受信信号を特定する。
この構成によれば、物体検知装置は、送受信部が出力した検知信号に含まれる自身が送信した送信信号を受信信号として特定することが可能である。
また、上記した物体検知装置では、送受信部は、複数の送信信号のそれぞれに識別情報を付与する符号化を実施し、調整部は、第２距離が第５値である場合、第６値を第２送信信号に付与される識別情報の符号長として設定し、第２距離が第５値よりも大きい第７値である場合、第６値よりも大きい第８値を第２送信信号に付与される識別情報の符号長として設定する。
この構成によれば、遠距離に位置する物体を検知する能力が向上する。
また、上記した物体検知装置では、送受信部は、複数の送信信号のそれぞれに識別情報を付与する符号化を実施し、取得部は、パターンと、送信信号のそれぞれに付与された識別情報とに基づいて、送受信部により送信された送信信号が物体により反射して戻ってきた受信信号を特定する。
この構成によれば、受信信号を特定する能力が向上する。
本発明の実施形態にかかる物体検知システムは、例えば、超音波を送受信可能な振動子を有し、当該振動子により、それぞれ異なるタイミングで複数の送信信号を送信し、周囲に存在する物体により反射して戻ってきた複数の送信信号のそれぞれを受信信号として受信する送受信部と、複数の送信信号のうちの第１送信信号の送信タイミングと、物体で反射して戻ってきた第１送信信号である第１受信信号の受信タイミングと、の時間差に基づいて物体までの距離である第１距離を取得し、第１送信信号と第１受信信号との周波数差に基づいて物体の相対速度を取得する取得部と、第１距離および相対速度に基づいて、第１送信信号の次に送信される第２送信信号の送信タイミングにおける物体までの距離である第２距離を推定する推定部と、第２送信信号の振幅が時間と共に大きくなる期間の波の数または当該期間の長さを第２距離に基づいて調整する調整部と、備える。
この構成によれば、物体検知システムと物体との間の距離が急激に変化するような場合であっても、いったん検知した物体を見失うことなく検知し続けることが可能となる。
また、上記した物体検知システムでは、調整部は、第２距離が第１値である場合、第２値を第２送信信号の振幅が時間と共に大きくなる期間の波の数または当該期間の長さとして設定し、第２距離が第１値よりも大きい第３値である場合、第２値よりも大きい第４値を第２送信信号の振幅が時間と共に大きくなる期間の波の数または当該期間の長さとして設定する。
この構成によれば、第２送信信号の送信タイミングにおいて物体までの距離が物体検知装置の検知可能範囲から逸脱しないように第２送信信号の波の数または送信時間を調整することが可能となる。
また、上記した物体検知システムでは、複数の送信信号のそれぞれは、所定の周期毎に周波数の増加又は減少を繰り返すチャープ信号である。
この構成によれば、送信信号と受信信号との周波数差の取得が容易になる。
また、上記した物体検知システムでは、チャープ信号は、所定の周期における周波数の増加又は減少を示したパターンが、予め設定されており、取得部は、予め設定されたパターンに基づいて、送受信部により送信された送信信号が物体により反射して戻ってきた受信信号を特定する。
この構成によれば、物体検知装置は、送受信部が出力した検知信号に含まれる自身が送信した送信信号を受信信号として特定することが可能である。
また、上記した物体検知システムでは、送受信部は、複数の送信信号のそれぞれに識別情報を付与する符号化を実施し、調整部は、第２距離が第５値である場合、第６値を第２送信信号に付与される識別情報の符号長として設定し、第２距離が第５値よりも大きい第７値である場合、第６値よりも大きい第８値を第２送信信号に付与される識別情報の符号長として設定する。
この構成によれば、遠距離に位置する物体を検知する能力が向上する。
また、上記した物体検知システムでは、送受信部は、複数の送信信号のそれぞれに識別情報を付与する符号化を実施し、取得部は、パターンと、送信信号のそれぞれに付与された識別情報とに基づいて、送受信部により送信された送信信号が物体により反射して戻ってきた受信信号を特定する。
この構成によれば、受信信号を特定する能力が向上する。
また、上記した物体検知システムは、それぞれ送受信部および取得部を含む複数の物体検知装置と、複数の物体検知装置にそれぞれ異なるパターンを設定する設定部と、を備える。
この構成によれば、各物体検知装置が、他の物体検知装置が送信した送信信号を、自身が送信して戻ってきた送信信号として誤検出することを防止できる。
本発明の実施形態にかかる他の例の物体検知システムは、超音波を送受信可能な振動子を有し、当該振動子により、設定されたパターンで所定の周期毎に周波数の増加又は減少を繰り返すチャープ信号である送信信号を送信し、周囲から受信した超音波に対応した検知信号を出力する送受信部と、パターンに基づいて、検知信号に含まれる周囲に存在する物体により反射して戻ってきた送信信号を受信信号として特定し、送信信号と受信信号とに基づいて物体に関する情報を取得する取得部と、をそれぞれ備える複数の物体検知装置と、複数の物体検知装置にそれぞれ異なるパターンを設定する設定部と、を備える。取得部は、送信信号の送信タイミングと受信信号の受信タイミングとの時間差に基づいて物体までの距離である第１距離を取得し、送信信号と受信信号との周波数差に基づいて物体の相対速度を取得する。物体検知システムは、第１距離および相対速度に基づいて、送信信号の送信タイミングの次に送信される第２送信信号の送信タイミングにおける物体までの距離である第２距離を推定する推定部と、第２送信信号の振幅が時間と共に大きくなる期間の波の数または当該期間の長さを第２距離に基づいて調整する調整部と、をさらに備える。
この構成によれば、各物体検知装置が、他の物体検知装置が送信した送信信号を、自身が送信して戻ってきた送信信号として誤検出することを防止できる。
また、上記した物体検知システムでは、送受信部は、送信信号に識別情報を付与する符号化を実施し、取得部は、パターンと、送信信号に付与された識別情報とに基づいて受信信号を特定する。
この構成によれば、自システムの他に周囲に超音波を発する装置が存在する場合であっても、各物体検知装置が、他の装置から送信された超音波を、自身が送信して戻ってきた送信信号として誤検出することを防止できる。
また、この構成によれば、符号長を長くしなくても、符号長を長くした場合と同様に、受信信号をより確実に特定することが可能となる。
また、上記した物体検知システムでは、設定部は、それぞれ何れかの物体検知装置に設定されるチャープ率を異ならせた複数のパターンのうちのチャープ率の大きさの順番が連続しない２つのパターンのうちの一を、複数の物体検知装置のうちの第１の物体検知装置に設定し、２つのパターンのうちの他を、第１の物体検知装置に最も近接して設けられた第２の物体検知装置に設定する。
この構成によれば、互いに近接して設けられた２つの物体検知装置のそれぞれは、当該２つの物体検知装置から送信された２つの送信信号の受信タイミングが近い場合であっても、自装置が送信した送信信号をより確実に特定することが可能となる。
この構成によれば、物体検知システムと物体との間の距離が急激に変化するような場合であっても、いったん検知した物体を見失うことなく検知し続けることが可能となる。
また、上記した物体検知システムでは、調整部は、第２距離が第１値である場合、第２値を第２送信信号の振幅が時間と共に大きくなる期間の波の数または当該期間の長さとして設定し、第２距離が第１値よりも大きい第３値である場合、第２値よりも大きい第４値を第２送信信号の振幅が時間と共に大きくなる期間の波の数または当該期間の長さとして設定する。
この構成によれば、第２送信信号の送信タイミングにおいて物体までの距離が各物体検知装置の検知可能範囲から逸脱しないように第２送信信号の波の数または送信時間を調整することが可能となる。
また、上記した物体検知システムでは、送受信部は、送信信号に識別情報を付与する符号化を実施し、調整部は、第２距離が第５値である場合、第６値を第２送信信号の識別情報の符号長として設定し、第２距離が第５値よりも大きい第７値である場合、第６値よりも大きい第８値を第２送信信号の識別情報の符号長として設定する。
この構成によれば、遠距離に位置する物体を検知する能力が向上する。
図１は、第１実施形態の物体検知システムとしての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実施形態の物体検知装置の構成を示した例示的かつ模式的な図である。 図３は、第１実施形態の送信信号の波形を示した例示的かつ模式的な図である。 図４は、第１実施形態の送受信部が送受信する信号の時間－周波数特性を示した例示的かつ模式的な図である。 図５は、第１実施形態の調整部が使用する次回距離とバースト数の設定値との対応関係を示した例示的かつ模式的な図である。 図６は、第１実施形態の調整部が使用する次回距離と符号長の設定値との対応関係を示した例示的かつ模式的な図である。 図７は、第１の実施形態の物体検知装置が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は、第２の実施形態の物体検知システムとしての車両の構成を示した例示的かつ模式的なブロック図である。 図９は、第３の実施形態の物体検知システムとしての車両の構成を示した例示的かつ模式的なブロック図である。 図１０は、第３実施形態の物体検知システムとしての車両で使用される複数のパターンのチャープ信号を示す例示的かつ模式的な図である。 図１１は、第３実施形態の物体検知システムとしての車両で使用される複数のパターンのチャープ信号の別の例を示す例示的かつ模式的な図である。 図１２は、第３実施形態の物体検知システムとしての車両で使用される複数のパターンのチャープ信号のさらに別の例を示す例示的かつ模式的な図である。 図１３は、第３実施形態の物体検知システムとしての車両が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。
以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用、結果、および効果は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能であるとともに、基本的な構成に基づく種々の効果や、派生的な効果のうちの少なくとも一つを得ることが可能である。
以下では、実施形態の物体検知システムが車両に適用された場合について説明する。なお、実施形態の物体検知システムは、車両以外の任意のシステムに適用し得る。
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の物体検知システムとしての車両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。車両１は、物体検知装置１０１～１０４を備えている。
詳細は後述するが、物体検知装置１０１～１０４は、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（たとえば図２に示される障害物Ｘ２）に関する情報を検知するセンシングデバイスである。
図１に示されるように、物体検知装置１０１～１０４は、左右一対の前輪３Ｆと左右一対の後輪３Ｒとを含んだ四輪の車両１の車体２に搭載されている。より具体的に、物体検知装置１０１～１０４は、車体２の後端のたとえばリヤバンパなどにおいて、互いに異なる位置に設置されている。なお、物体検知装置１０１～１０４は、車体２の前端のたとえばフロントバンパなどにおける互いに異なる位置に設置されてもよい。また、車体２の前端のたとえばフロントバンパ、およびリアバンパのそれぞれに、物体検知装置１０１～１０４を設けてもよい。さらに、車体２の左側面、または右側面などにおける互いに異なる位置に物体検知装置１０１～１０４を設けてもよい。また、車体２の進行可能な方向に物体検知装置１０１～１０４を設けるのではなく、車体２の左側方や右側方に物体検知装置１０１～１０４を設けてもよい。つまり、物体検知装置１０１～１０４の設置位置は特定の位置に限定されない。
また、車両１に設置される物体検知装置の数は４に限定されない。１から３または５以上の物体検知装置が車両１に設置され得る。
車両１では、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）は、物体検知装置１０１～１０４のそれぞれによって検知された情報を、任意の制御に利用することができる。例えば、物体検知装置１０１～１０４のそれぞれは、時間を距離換算したデータを送信する。ＥＣＵは、物体検知装置１０１～１０４から受信した、時間を距離換算したデータを用いて、三辺測量などの手法によって物体の位置を演算する。ＥＣＵは、演算した物体の位置を、障害物回避、駐車支援、オートクルーズ、自動運転、などの制御に利用する。なお、物体に関する情報としてＥＣＵに送られる情報やその情報を用いたＥＣＵでの処理は上記に限定されない。
次に、第１実施形態の物体検知装置１０１～１０４の構成を説明する。なお、実施形態において、物体検知装置１０１～１０４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、物体検知装置１０１～１０４を総称して物体検知装置１００と記載することがある。
図２は、第１実施形態の物体検知装置１００の構成を示した例示的かつ模式的な図である。図２に示されるように、送受信部１１０と、制御部１２０と、を有している。
送受信部１１０は、送受波器１１１を有している。送受波器１１１は、圧電素子などの振動子１１２を有し、当該振動子１１２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１１１は、振動子１１２の振動に応じて発生する超音波を送信信号として送信し、当該送信信号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１１２の振動を受信信号として受信する。なお、図２には、送受波器１１１からの超音波を反射する物体として、路面Ｘ２上に設置された障害物Ｘ１が例示されている。
信号の往復時間、すなわち送信信号の送信タイミングと受信信号の受信タイミングとの時間差は、送信信号を反射した物体までの距離とリニアに対応する。制御部１２０は、信号の往復時間から、物体までの距離を取得する。この方法は、例えばＴｉｍｅ－Ｏｆ－Ｆｌｉｇｈｔ法としてよく知られている。
ここで、超音波は、伝播距離に応じて振幅が減衰する。よって、遠距離に位置する物体を検知しようとした場合、当該物体で反射した送信信号を受信信号として検出できるように、十分な強度の送信信号を送信することが求められる。
圧電素子などの振動子１１２を所定の振幅で振動させる場合、振動子１１２は、振動を開始した直後から意図した振幅で振動することはできない。振動子１１２が振動を開始してから振幅が意図した大きさに至るまでには所定の時間を要する。そしてその間、振幅は、時間の経過に応じて大きくなる。
したがって、送信信号の送信を開始してから振幅が一定値に至るまでの期間においては、送信信号の送信時間を長くするほど超音波の強度が強くなり、それによって、より遠くに位置する物体を検知することが可能となる。なお、本実施形態では、送信信号を送信し続けている時間を送信時間とする。
一方、送信信号の送信が完了して振動子１１２の駆動を停止しても、振動子１１２は、慣性により振動し続ける。よって、送信信号の送信の完了後、振動子１１２の振動が収まるまでに時間（いわゆる残響時間）を要する。この残響時間中では、受信信号の検出が困難である。物体までの距離が近すぎるなどによって受信信号が送受波器１１１に残響時間中に到来する場合、その物体の検知が難しくなる。
残響時間の長さは、振動子１１２の振動の振幅に依存する。送信信号の送信時間が短くなるほど振動子１１２の振動の振幅が小さくなり、それによって残響時間が短くなり、より近い距離に位置する物体を検知することが可能となる。
このように、物体の検知可能範囲は、送信時間に依存して変動する。送信時間を長くすると、検知可能範囲の上限値および下限値がともに大きくなり、送信時間を短くすると、検知可能範囲の上限値および下限値がともに小さくなる。
車両１の周囲に存在する物体の情報を略リアルタイムに把握するために、物体検知装置１００は、物体の検知を所定の時間間隔で実施する。つまり、物体検知装置１００は、異なるタイミングで複数回、物体の検知を実施する。
ここで、車両１または物体の移動によって、物体までの距離が変動することがあり得る。よって、ある検知タイミングで物体が検知された場合であっても、次の検知タイミング、即ち次に送信信号を送信するタイミング、において、その物体までの距離が検知可能範囲から外れることで、その物体を見失ってしまうことがあり得る。
第１実施形態の物体検知装置１００は、物体を検知すると、次の検知タイミングにおける物体までの距離を推定し、推定された距離に応じて当該次の検知タイミングに送信される送信信号の送信時間を調整する。以下に、図３を参照して、第１の実施形態の送信時間の調整方法の一例を説明する。
なお、最後に検知を実行したタイミングを、現在の（ｃｕｒｒｅｎｔ）検知タイミング、と表記することがある。現在の検知タイミングは、次の検知タイミングの一つ前の検知タイミングである。
また、現在の検知タイミングにおいて取得された距離、即ち現在の検知タイミングにおける距離を、現在距離、または現在距離Ｄｃｒｒ、と表記することがある。また、次の検知タイミングにおける物体までの距離の推定値を、次回距離、または次回距離Ｄｎｘｔ、と表記することがある。
図３は、第１実施形態の送信信号の波形を示した例示的かつ模式的な図である。波形３００は、４周期分の期間が送信時間として設定された場合に振動子１１２が発する超音波の波形を示している。
波形３００によれば、時刻０から振動子１１２が４周期分の振動を完了する時刻ｔ１までの期間には、振幅が時間とともに大きくなる４周期分の超音波が送信信号として送信されていることがうかがえる。送信信号の送信完了時の振幅はＡ１である。送信信号の送信が完了した時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間には、残響による超音波が送信されている。
波形３１０は、２周期分の期間が送信時間として設定された場合に振動子１１２が発生する超音波の波形を示している。
波形３１０によれば、時刻０から振動子１１２が２周期分の振動を完了する時刻ｔ３までの期間には、２周期分の超音波が送信信号として送信されていることがうかがえる。送信信号の送信完了時の振幅はＡ１よりも小さいＡ２である。送信信号の送信が完了した時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間には、残響による超音波が送信されている。波形３００と比較すると、波形３１０によれば、送信時間および残響時間がともに短縮されることで、残響が収まる時刻がｔ２からｔ４に早められている。
例えば、物体検知装置１００は、現在の検知タイミングにおいて、波形３００に例示される送信信号を用いて物体の検知を行う。そして、物体検知装置１００は、現在の検知タイミングにおいて物体を検知した結果に基づいて、次の検知タイミングにおける当該物体までの距離（次回距離）を推定する。
次回距離が現在距離よりも短く、次の検知タイミングにおいて同じ波形（波形３００）の送信信号を送信した場合に残響時間が収まる前（例えば時刻ｔ５）に受信信号が戻ってくることが予想されるような状況においては、物体検知装置１００は、送信時間をより短かくした、波形３１０に例示される送信信号を送信する。
波形３１０によれば、波形３００と比較して、残響が収まる時刻が早められ、例えば時刻ｔ５においてはすでに残響が収まっている。つまり、次の検知タイミングにおいて物体が時刻ｔ５に受信信号が戻ってくるような状況においても、物体検知装置１００は、波形３１０の送信信号を使用することで、受信信号を検出することができる。よって、物体検知装置１００は、現在の検知タイミングにおいて検知した物体を次の検知タイミングにおいても検知することができる。
また、物体検知装置１００は、送信時間を延長することができる。例えば、物体検知装置１００は、現在の検知タイミングにおいて波形３１０の送信信号を用いて物体の検知を行う。そして、物体検知装置１００は、検知結果に基づき、次の検知タイミングにおける物体までの距離（次回距離）を推定する。
次回距離が現在距離よりも長く、次回距離が波形３１０の送信信号を送信した場合の検知可能範囲の上限値を超える状況においては、物体検知装置１００は、次の検知タイミングにおいては、送信時間を延長した波形３００の送信信号を送信する。
波形３００によれば、波形３１０と比較して送信信号の送信完了時の振幅が大きいため、検知可能範囲の上限値をより大きくすることができる。物体検知装置１００は、次の検知タイミングにおいて波形３００の送信信号を送信することで、現在の検知タイミングにおいて検知した物体を次の検知タイミングにおいても再び検知することができる。
このように、物体検知装置１００は、推定された次回距離に応じて送信時間を調整する。よって、例えば物体までの距離が急激に減少したり、逆に物体までの距離が急激に増加するような場合においても、物体を検知し続けることが可能となる。
なお、第１実施形態では、送信信号の送信時間は、一例として、バースト数として定められる。バースト数とは、連続して送信される波の数（周期の数）である。例えば、図３の波形３００は、バースト数“４”の送信信号に該当する。図３の波形３１０は、バースト数“２”の送信信号に該当する。バースト数は必ずしも整数値でなくてもよい。例えば、バースト数は“２．５”のように、小数点以下の桁を有する値をとってもよい。以降の説明では、送信信号の送信時間をバースト期間と表記する場合がある。
ところで、物体検知装置１００は、ドップラー効果による周波数差を用いて相対速度を演算し、演算された相対速度に基づいて次回距離を演算する。第１実施形態では、ドップラー効果による周波数差を得るために、一例として、チャープ信号が送信信号として用いられる。
チャープ信号は、瞬時周波数が開始周波数から終了周波数まで時間に応じて変化せしめられる信号である。周波数が終了周波数に至ると、周波数が開始周波数に戻され、再び開始周波数から変化せしめられる。即ち、チャープ信号は、所定の周期毎に周波数の増加又は減少を繰り返す信号である。
図４は、第１の実施形態の送受信部１１０が送受信する信号の時間－周波数特性を示した例示的かつ模式的な図である。本図では、横軸は経過時間を示しており、縦軸は周波数を示している。
波形４００は、送信信号の時間－周波数特性を示している。波形４００によれば、送信信号は、瞬間周波数がｆ０－ｄｆからｆ０＋ｄｆまでの範囲で変化するチャープ信号であることが読み取れる。
波形４１０は、物体で反射されて戻ってきた送信信号（即ち受信信号）の時間－周波数特性を示している。波形４１０によれば、受信信号の時間－周波数特性は、送信信号を基準として周波数および時間がシフトしているものの、送信信号と同じ鋸歯状の形状を有していることが読み取れる。
物体検知装置１００は、波形４００の送信信号を送信し、送受波器１１１の出力信号から時間－周波数特性を算出する。そして、物体検知装置１００は、出力信号の時間－周波数特性から、波形４００と同様の鋸歯状の波形を探索することで、当該出力信号の時間－周波数特性に含まれる受信信号（受信信号の時間－周波数特性）を特定することができる。
物体検知装置１００は、特定した受信信号の時間－周波数特性に基づき、送信信号と受信信号との周波数差ｆｓを取得（算出）することができる。
なお、送信信号の瞬時周波数の変化パターンは、上記に限定されない。送受波器１１１の出力信号の時間－周波数特性から受信信号の時間－周波数特性の波形を特定することが可能である限り、任意のパターンの信号が送信信号として採用され得る。さらに、送信信号と受信信号との周波数差の取得が可能である限り、必ずしも送信信号の瞬時周波数は変化せしめられなくてもよい。
図２に説明を戻す。送受信部１１０は、送受波器１１１に加えて、発振器１１３と、変調器１１４と、検波器１１５と、を有している。これらの構成は、たとえばアナログ回路によってハードウェア的に実現され得る。発振器１１３と、変調器１１４と、検波器１１５と、のうちの一部または全部は、ソフトウェア的に実現されてもよい。
発振器１１３は、例えば電圧制御発振器であり、内蔵する可変容量ダイオードに印加される電圧に応じた周波数の信号を発振する。発振器１１３は、制御部１２０から可変容量ダイオードに供給される電圧信号に基づいてチャープ信号を発振する。発振器１１３は、発振したチャープ信号を変調器１１４に供給する。
変調器１１４は、発振器１１３から入力された信号を変調し、変調した信号を、振動子１１２を振動させるための電圧信号として送受波器１１１に供給する。
例えば、変調器１１４は、識別情報を制御部１２０から受信する。変調器１１４は、発振器１１３から供給されたチャープ信号に識別情報を付与する符号化を行う。
識別情報は、例えば０または１のビットの連続からなるビット列である。このビット列の長さは、送信信号に付与される識別情報の符号長に対応する。変調器１１４は、当該ビット列の各ビットに応じて変調を実施することで、当該ビット列に対応した識別情報を送信信号に付与する符号化を実現する。なお、変調方式は、振幅変調方式や位相変調方式、周波数変調方式など、一般的に知られた方式の単独または組み合わせが用いられ得る。また、変調器１１４は、複数の変調方式を制御部１２０からの指示に基づいて適宜切り替えるように構成されていてもよい。
さらに、変調器１１４は、制御部１２０からバースト期間を規定するバースト制御信号を受信する。バースト制御信号は、例えば、バースト期間においては所定論理（例えば論理“１”）とされ、バースト期間でない期間においては別の論理（例えば論理“０”）とされる信号である。変調器１１４は、バースト制御信号がバースト期間を示す場合には、チャープ信号を送受波器１１１に供給し、バースト制御信号がバースト期間ではない期間を示す場合には、チャープ信号の供給を抑制する。
なお、バースト制御信号に基づく信号処理と、符号化と、の実施の順番は上記の順番に限定されない。符号化は、バースト制御信号に基づく信号処理の後に実施されてもよい。
送受波器１１１は、変調器１１４から供給される信号を駆動信号として用いて振動子１１２を振動させる。振動子１１２は、駆動信号に対応した送信信号を外部に送信することができる。送受波器１１１は、バースト期間においては符号化された送信信号を送信し、バースト期間が終了すると送信信号の送信を停止する。
振動子１１２は、送信信号の送信の停止後、外部から到来する超音波などによってもたらされる機械的な振動に対応した電圧信号を生成する。送受波器１１１は、振動子１１２が生成した電圧信号を増幅して出力する。
検波器１１５は、送受波器１１１の出力信号から、周波数の時間変化（時間－周波数特性）を示す周波数情報を算出する。周波数情報は、例えばＦＦＴ（FFT：Fast Fourier Transform）回路などを利用することによって算出できる。検波器１１５は、周波数情報を制御部１２０に検知信号として供給する。
制御部１２０は、プロセッサ１３０、記憶装置１４０、および入出力装置１５０を備える。つまり、制御部１２０は、プログラムを実行可能な通常のコンピュータと同様のハードウェア構成を有する。
入出力装置１５０は、送受信部１１０に各種信号を出力したり、送受信部１１０から出力された各種信号を受け付けたりするインタフェース装置である。
記憶装置１４０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＤカード等の不揮発性の記憶媒体、およびＲＡＭ（Random Access Memory）、レジスタ等の揮発性の記憶媒体を含む。そして、記憶装置１４０には、プロセッサ１３０が実行するプログラム１４１が予め格納される。
プロセッサ１３０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）である。プロセッサ１３０は、記憶装置１４０に格納されたプログラム１４１を実行することによって、チャープ制御部１３１、バースト制御部１３２、符号制御部１３３、取得部１３４、推定部１３５、調整部１３６、および出力部１３７として機能する。なお、プロセッサ１３０が実現するこれらの機能構成要素のうちの一部または全部は、専用のアナログ回路などによってハードウェア的に実現されてもよい。
チャープ制御部１３１は、電圧が時間に対して例えば鋸歯状に変化する電圧信号を発振器１１３に供給することで、発振器１１３にその電圧信号と対応したチャープ信号を発振させる。
バースト制御部１３２は、送受波器１１１が、所定バースト数の送信信号を送信できるように、変調器１１４に供給するバースト制御信号を制御する。
例えば、バースト制御部１３２は、送信信号の送信を開始する場合には、発振器１１３が発振するチャープ信号の瞬時周波数が開始周波数に至ったタイミングでバースト制御信号の論理をバースト期間ではない期間を示す論理からバースト期間を示す論理に変更する。その後、バースト制御部１３２は、発振器１１３が所定バースト数の信号を発振し終わるまでバースト制御信号の論理を維持する。発振器１１３が所定バースト数の信号の発振を完了すると、バースト制御部１３２は、バースト制御信号の論理をバースト期間ではない期間を示す論理に戻す。変調器１１４は、このように生成されたバースト制御信号を用いることで、所定バースト数の駆動信号を送受波器１１１に供給することができる。
符号制御部１３３は、所定符号長の識別情報を生成して、生成した識別情報を変調器１１４に供給する。識別情報は、例えばバーカー符号であってもよいし、バーカー符号以外の任意のパターンのビット列であってもよい。識別情報の符号長は、バースト期間において送信可能な長さに設定される。
取得部１３４は、送信信号と受信信号との周波数差に基づいて、物体の相対速度を取得する。また、取得部１３４は、信号の往復時間に基づいて、物体までの距離を物体に関する情報として取得する。以下に、取得部１３４が各種情報を取得する方法の一例を説明する。
例えば、取得部１３４は、検波器１１５から供給された周波数情報から、受信信号（受信信号の時間－周波数特性）を特定する。また、取得部１３４は、バースト制御部１３２やチャープ制御部１３１の出力に基づいて送信信号の時間－周波数特性を算出する。取得部１３４は、送信信号の時間－周波数特性と受信信号の送信信号の時間－周波数特性との比較に基づいて周波数差（例えば図４のｆｓ）を取得する。
周波数差ｆｓと相対速度Ｖｒとの関係は、近似的に下記の式（１）のように表せる。ただし、Ｖｓは音速である。ここでは、受信信号の周波数が送信信号の周波数よりも大きい場合の周波数差ｆｓの符号を正とし、物体検知装置１００を基準として物体が遠ざかる場合の相対速度Ｖｒの符号を正として定義している。
Ｖｒ＝ｆｓ＊Ｖｓ／（２＊ｆ０） ・・・（１）
取得部１３４は、例えば、式（１）に音速Ｖｓ、送信信号の中心周波数ｆ０、および取得したシフト量ｆｓを代入することによって、相対速度Ｖｒを算出する。
また、取得部１３４は、送信信号の時間－周波数特性と受信信号の送信信号の時間－周波数特性との比較に基づいて、送信信号の送信タイミングと受信信号の受信タイミングとの時間差（例えば図４のｔｄ）を取得する。
時間差ｔｄは信号の往復時間に該当する。取得部１３４は、音速Ｖｓと取得した遅延時間ｔｄとを下記の式（２）に代入することによって、現在距離Ｄｃｒｒを算出することができる。
Ｄｃｒｒ＝Ｖｓ＊ｔｄ／２ ・・・（２）
なお、音速Ｖｓは、温度に応じて変動する。取得部１３４は、音速Ｖｓとして所定の固定値を用いてもよいし、温度に基づいて取得された値を用いてもよい。
例えば、物体検知装置１００に温度センサ（図２の温度センサ１６０）を設けてもよい。その場合には、取得部１３４は、温度センサ１６０から温度検出値Ｔを取得する。そして、取得部１３４は、温度検出値Ｔを例えば下記の近似式（３）に代入することによって音速Ｖｓを取得する。そして、取得部１３４は、取得した音速Ｖｓを式（１）や式（２）に代入する。
Ｖｓ＝（３３１．５＋０．６１＊Ｔ）［ｍ／ｓ］ ・・・（３）
なお、物体検知装置１００の構成から温度センサ１６０を省略し、取得部１３４は、外部（例えばＥＣＵ）から温度検出値Ｔを取得してもよい。例えば、ＥＣＵに温度センサが接続され、取得部１３４は、温度センサによる温度検出値ＴをＥＣＵから取得してもよい。
また、ＥＣＵは、自身に接続された温度センサから温度検出値Ｔを取得して、取得した温度検出値Ｔを式（３）などを用いて音速Ｖｓを演算し、取得部１３４は、ＥＣＵから音速Ｖｓを取得してもよい。
なお、上記した相対速度Ｖｒおよび現在距離Ｄｃｒｒの演算方法は一例である。取得部１３４は、送信信号と受信信号との周波数差ｆｓに基づく任意の方法で相対速度Ｖｒを算出し得る。また、取得部１３４は、時間差ｔｄに基づく任意の方法で現在距離Ｄｃｒｒを算出し得る。
周波数情報から受信信号を特定する方法としては、任意の方法が採用可能である。以下に、受信信号を特定する３つの方法を例示する。
第１の方法では、取得部１３４は、送信信号と同じ形状の波形を探索することによって、周波数情報に含まれる受信信号を特定する。波形の探索には、例えば、送信信号の時間－周波数特性と周波数情報とで相関をとる方法が利用できる。
具体的には、取得部１３４は、送信信号の時間－周波数特性と周波数情報との相関値を取得し、当該相関値と閾値との比較結果に基づいて、類似度が所定以上のレベルであるか否かを判定する。相関値は、送信信号の時間－周波数特性の波形と周波数情報の時間－周波数特性の波形とが一致した場合に閾値を超えてピークを迎える。このような相関値は、たとえば、一般的によく知られた自己相関関数に基づいて取得（算出）することが可能である。取得部１３４は、自己相関関数などに基づいて取得された相関値を利用して、送信信号の時間－周波数特性と周波数情報との双方が所定以上のレベルで類似（一致）するか否かを判定する。そして、送信信号の時間－周波数特性と周波数情報との双方が所定以上のレベルで類似（一致）した場合に、取得部１３４は、その周波数情報のうちの一致した部分を受信信号の時間－周波数特性として特定する。
第２の方法では、取得部１３４は、送信信号に付与された識別情報と同じ情報が付与された信号を探索することによって、周波数情報に含まれる受信信号を特定する。
具体的には、送受信部１１０は、周波数情報に加えて送受波器１１１の出力信号（即ち検波器１１５に入力される前の信号）を検知信号として制御部１２０に供給する。取得部１３４は、送受波器１１１の出力信号に対し、変調器１１４が符号化の際に使用する変調方式と対応した方式で復号化を実施することで、当該出力信号からビット列を取得する。なお、取得部１３４は、復号化の前に、当該出力信号に含まれるドップラー効果の影響を補償する。取得部１３４は、復号化によって取得できたビット列から送信信号に付与した識別情報と同じビット列を探索することによって、出力信号に含まれる受信信号を特定する。取得部１３４は、受信信号が特定できた場合には、周波数情報のうちの受信信号に対応した部分を、受信信号の時間－周波数特性として特定する。
出力信号から得られたビット列から識別情報と同じビット列を探索する処理では、例えば、相関値を用いた方法が利用できる。例えば、取得部１３４は、出力信号から得られたビット列と、識別情報とで、自己相関関数などに基づいて相関値を取得する。そして、取得部１３４は、取得された相関値を利用して、出力信号から得られたビット列と識別情報との双方が所定以上のレベルで類似（一致）するか否かを判定する。そして、出力信号から得られたビット列と識別情報との双方が所定以上のレベルで類似（一致）した場合、出力信号のうちの対応する部分を受信信号として特定することができる。
第３の方法では、第１の方法と第２の方法とが併用される。即ち、取得部１３４は、第１の方法と第２の方法の両方を用いて特定を試みて、両方の方法によって同一の部分が特定された場合、その特定された部分を受信信号の時間－周波数特性として決定する。
なお、第１～第３の方法は、あくまでも例として挙げたものである。取得部１３４は、第１～第３の方法以外の方法で受信信号の時間－周波数特性を特定するように構成され得る。
推定部１３５は、相対速度Ｖｒおよび現在距離Ｄｃｒｒに基づいて、次の検知タイミングにおける物体までの距離（次回距離Ｄｎｘｔ）を推定する。
例えば、推定部１３５は、下記の式（４）を用いて次回距離Ｄｎｘｔを算出することができる。ただし、ｔｓｔｅｐは送信信号を送信する時間間隔（検知タイミングの時間間隔）である。
Ｄｎｘｔ＝Ｄｃｒｒ＋Ｖｒ＊ｔｓｔｅｐ （４）
なお、上記の推定方法は一例である。推定部１３５は、相対速度Ｖｒおよび現在距離Ｄｃｒｒに基づく任意の方法で次回距離Ｄｎｘｔを算出し得る。
調整部１３６は、推定された次回距離Ｄｎｘｔに基づいてバースト数を調整する。
図５は、第１実施形態の調整部が使用する次回距離Ｄｎｘｔとバースト数の設定値との対応関係を示した例示的かつ模式的な図である。本図において、横軸は次回距離Ｄｎｘｔを示しており、縦軸はバースト数の設定値を示している。
次回距離Ｄｎｘｔが検知可能範囲に含まれるように、バースト数の設定値と次回距離Ｄｎｘｔとの対応関係が定められている。前述したように、検知可能範囲の最大値および最小値は、いずれもバースト期間の増減に対応して増減する。そのため、図５に示されるように、バースト数の設定値が次回距離Ｄｎｘｔの増加に従ってリニアに増加するように、次回距離Ｄｎｘｔとバースト数の設定値との関係が規定されている。
調整部１３６は、図５に例示される対応関係に従ってバースト数の設定値を算出し、算出したバースト数の設定値をバースト制御部１３２に設定する。バースト制御部１３２は、次の検知タイミングにおいては、調整部１３６によって新たに設定されたバースト数に対応したバースト期間を示すバースト制御信号を生成する。
なお、次回距離Ｄｎｘｔとバースト数の設定値との対応関係は、図５に示した対応関係に限定されない。調整部１３６は、次回距離Ｄｎｘｔが第１値である場合、第２値をバースト数として設定し、次回距離Ｄｎｘｔが第１値よりも大きい第３値である場合、第２値よりも大きい第４値をバースト数として設定することができればよい。例えば、バースト数の設定値は、次回距離Ｄｎｘｔの増加に応じて段階的に増加してもよい。バースト数の設定値に、送信信号の振幅が飽和するバースト期間に対応した上限値が設けられてもよい。
次回距離Ｄｎｘｔとバースト数の設定値との関係は、予め用意されている。次回距離Ｄｎｘｔとバースト数の設定値との関係は、例えば、バースト数情報１４２に記録され、記憶装置１４０に予め格納されている。調整部１３６は、バースト数情報１４２を参照することによってバースト数の設定値を算出することができる。
なお、バースト数情報１４２は、次回距離Ｄｎｘｔに応じて場合分けする条件分岐構文としてプログラム１４１に組み込まれてもよい。また、バースト数情報１４２は、関数としてプログラム１４１に組み込まれていてもよい。
送信信号に付与できる識別情報の最大の符号長は、送信信号のバースト数に依存する。バースト数が多いほど、付与可能な識別情報の符号長が長くなる。そこで、調整部１３６は、推定された次回距離Ｄｎｘｔに基づいて符号長を調整する。
図６は、第１実施形態の調整部が使用する次回距離Ｄｎｘｔと符号長の設定値との対応関係を示した例示的かつ模式的な図である。本図において、横軸は次回距離Ｄｎｘｔを示しており、縦軸は符号長の設定値を示している。本図に示されるように、符号長の設定値が次回距離Ｄｎｘｔの増加に従ってリニアに増加するように、次回距離Ｄｎｘｔと符号長の設定値との関係が規定される。
なお、上記の対応関係は一例である。調整部１３６は、次回距離Ｄｎｘｔが第５値である場合、第６値を符号長として設定し、次回距離Ｄｎｘｔが第５値よりも大きい第７値である場合、第６値よりも大きい第８値を符号長として設定することができればよい。例えば、符号長の設定値は、次回距離Ｄｎｘｔの増加に応じて段階的に増加してもよい。符号長の設定値に、送信信号の振幅が飽和するバースト期間に対応した上限値が設けられてもよい。
このように、本実施形態においては、次回距離Ｄｎｘｔが長くなるに従って、符号長を長くできる。換言すれば、次回距離Ｄｎｘｔが長くなるに従って、長い符号長の識別情報に基づいた受信信号の特定を実現できる。これにより受信信号の特定精度を向上させることができる。一方、次回距離Ｄｎｘｔが短い場合には、符号長が短くなる。しかしながら、次回距離Ｄｎｘｔが短い場合には、受信信号の信号強度が強いため、符号長が短くとも、受信信号を容易に特定できる。
次回距離Ｄｎｘｔと符号長の設定値との関係は、予め用意されている。次回距離Ｄｎｘｔと符号長の設定値との関係は、例えば、符号長情報１４３に記録され、記憶装置１４０に予め格納されている。調整部１３６は、符号長情報１４３を参照することによって符号長の設定値を算出することができる。
なお、符号長情報１４３は、次回距離Ｄｎｘｔに応じて場合分けする条件分岐構文としてプログラム１４１に組み込まれてもよい。また、符号長情報１４３は、関数としてプログラム１４１に組み込まれていてもよい。
調整部１３６は、符号長の設定値を符号制御部１３３に設定する。符号制御部１３３は、次の検知タイミングにおいては、調整部１３６によって新たに設定された符号長の識別情報を生成する。
出力部１３７は、取得部１３４によって取得された現在距離Ｄｃｒｒを、物体に関する情報として外部（例えば車両１に搭載されるＥＣＵなど）に出力する。
なお、出力部１３７は、任意の情報を物体に関する情報として出力し得る。例えば、出力部１３７は、相対速度Ｄｒを出力してもよい。また、出力部１３７は、次回距離Ｄｎｘｔを出力してもよい。また、出力部１３７は、物体の有無を出力してもよい。
次に、第１の実施形態の物体検知装置１００の動作を説明する。
図７は、第１の実施形態の物体検知装置１００が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。
まず、調整部１３６は、バースト数および符号長を設定する（Ｓ１０１）。例えば、バースト数の初期値および符号長の初期値がそれぞれ予め決められており、調整部１３６は、それぞれの初期値を設定する。
続いて、送受信部１１０は、送信・受信処理を実行する（Ｓ１０２）。具体的には、送受波器１１１は、設定されたバースト数に対応したバースト期間において、設定された符号長の識別情報が付与されたチャープ信号を送信信号として送信する。信号の送信を完了した後、送受波器１１１は、振動子１１２の機械的な振動に対応した出力信号を出力する。
Ｓ１０２から後述するＳ１０９までの処理は、ループ処理を構成する。ループ処理は、例えば所定の時間間隔で繰り返し実行される。これにより、送受信部１１０によって、複数の送信信号がそれぞれ異なるタイミングで送信される。
Ｓ１０２の処理に続いて、検波器１１５は、送受波器１１１の出力信号に対して周波数解析を実施することで、出力信号の時間－周波数特性を示した周波数情報を算出する（Ｓ１０３）。
制御部１２０では、取得部１３４は、周波数情報から受信信号の時間－周波数特性を特定する（Ｓ１０４）。
そして、取得部１３４は、送信信号の時間－周波数特性と、受信信号の時間－周波数特性とに基づき、相対速度Ｖｒおよび現在距離Ｄｃｒｒを取得する（Ｓ１０５）。具体的には、取得部１３４は、送信信号と受信信号との周波数差ｆｓに基づいて相対速度Ｖｒを算出する。また、取得部１３４は、送信信号の送信タイミングと受信信号の受信タイミングの時間差ｔｄに基づいて現在距離Ｄｃｒｒを算出する。
出力部１３７は、現在距離Ｄｃｒｒを、物体に関する情報として外部に出力する（Ｓ１０６）。
推定部１３５は、相対速度Ｖｒおよび現在距離Ｄｃｒｒに基づいて、次回距離Ｄｎｘｔを推定する（Ｓ１０７）。
調整部１３６は、次回距離Ｄｎｘｔに基づいてバースト数の設定値および符号長の設定値を更新する（Ｓ１０８）。例えば、調整部１３６は、次回距離Ｄｎｘｔをキーとして用いてバースト数情報１４２を検索し、検索によって得られた値でバースト数の設定値を更新する。また、調整部１３６は、次回距離Ｄｎｘｔをキーとして用いて符号長情報１４３を検索し、検索によって得られた値で符号長の設定値を更新する。
続いて、物体検知装置１００（例えば制御部１２０）は、次の検知タイミングが到来したか否かを判定する（Ｓ１０９）。例えば、制御部１２０は、Ｓ１０２の処理を開始したタイミングからの経過時間が、検知タイミングの時間間隔として設定された所定時間（例えばｔｓｔｅｐ）が経過したかに基づいて、次の検知タイミングが到来したか否かを判定する。なお、次の検知タイミングが到来したか否かの判定方法はこれに限定されない。
次の検知タイミングが到来していないと判定された場合（Ｓ１０９、Ｎｏ）、Ｓ１０９の処理が再び実行される。次の検知タイミングが到来したと判定された場合（Ｓ１０９、Ｙｅｓ）、Ｓ１０２の処理に制御が移行する。
以上述べたように、第１実施形態の物体検知装置１００は、次のように構成された送受信部１１０、取得部１３４、推定部１３５、および調整部１３６を有している。送受信部１１０は、送受信部１１０は、超音波を送受信可能な振動子１１２を有し、当該振動子１１２により、それぞれ異なるタイミングで複数の送信信号を送信し、物体により反射された複数の送信信号のそれぞれを受信信号として受信する。取得部１３４は、ある送信信号の送信タイミングと当該送信信号の反射波である受信信号の受信タイミングとの時間差と、当該送信信号と当該受信信号との周波数差と、に基づいて物体までの距離（現在距離Ｄｃｒｒ）と物体の相対速度（相対速度Ｖｒ）とを取得する。推定部１３５は、現在距離Ｄｃｒｒおよび相対速度Ｖｒに基づいて、次の検知タイミング、即ち次に送信信号が送信されるタイミング、における物体までの距離（次回距離Ｄｎｘｔ）を推定する。調整部１３６は、当該次の検知タイミングに送信される送信信号のバースト数を、推定された次回距離Ｄｎｘｔに基づいて調整する。
この構成により、物体検知装置１００と物体との間の距離が急激に変化するような場合であっても、各検知タイミングにおいて物体までの距離が検知可能範囲から逸脱することを防止することができる。つまり、物体検知装置１００は、いったん検知した物体を見失うことなく検知し続けることが可能となる。
さらに、調整部１３６は、次回距離Ｄｎｘｔが第１値である場合、第２値をバースト数として設定し、次回距離Ｄｎｘｔが第１値よりも大きい第３値である場合、第２値よりも大きい第４値をバースト数として設定する。
この構成により、次の検知タイミングにおいて物体までの距離が検知可能範囲から逸脱しないようにバースト数を調整することが可能となる。
また、第１実施形態によれば、送受信部１１０は、複数の送信信号のそれぞれを符号化して送信する。調整部１３６は、次回距離Ｄｎｘｔが第５値である場合、第６値を符号長として設定し、次回距離Ｄｎｘｔが第５値よりも大きい第７値である場合、第６値よりも大きい第８値を符号長として設定する。
送信信号が符号化されることで、振動子１１２の振動に対応した送受波器１１１の出力信号から受信信号を特定（検出）する能力を向上させることができる。これにより、送信信号の符号化によって、送信信号を符号化しない場合に比べて検知可能範囲の上限値を大きくすることができる。受信信号の検出能力が向上する効果は、符号長が長くなるほど大きくなる。第１実施形態では、物体検知装置１００は、次回距離Ｄｎｘｔが長い場合に符号長を長くするよう構成された。よって、遠距離に位置する物体を検知する能力が飛躍的に向上する。
さらに、送信信号を符号化する構成は、物体検知装置１００が複数設けられている場合に有効である。たとえば、図１に示されるような複数の物体検知装置１０１～１０４が設けられた構成においては、物体検知装置１０１～１０４の識別情報をそれぞれ異ならせれば、ある１つの物体検知装置１００が送信した送信信号が受信信号として戻ってきた場合、当該受信信号を他の物体検知装置１００が誤検出するのを防止することができる。すなわち、第１実施形態において、物体検知装置１０１～１０４は、互いに異なる識別情報を利用して、物体に関する情報をそれぞれ同時並行的に検知しうる。このような構成によれば、同時並行的に取得される複数の検知結果に基づいて、車両１の周囲の状況をより迅速かつより詳細に検知することが可能である。
なお、以上の説明では、送信信号を符号化する構成を説明が、送信信号は必ずしも符号化されなくてもよい。
第１実施形態によれば、それぞれの送信信号は、所定の周期毎に周波数の増加又は減少を繰り返すチャープ信号である。
送信信号としてチャープ信号が用いられることで、物体で反射して戻ってきた送信信号すなわち受信信号の瞬時周波数は鋸歯状に変化するため、送受波器１１１の出力信号を周波数解析して得られる時間－周波数特性から、受信信号の時間－周波数特性を簡単に特定することが可能となる。これにより、送信信号と受信信号との周波数差の取得が容易になる。
なお、送信信号は、チャープ信号でなくてもよい。時間－周波数特性に任意の特徴が与えられた信号が、送信信号として採用され得る。さらに、送信信号と受信信号との周波数差の取得が可能であれば、送信信号の瞬間周波数は必ずしも変化せしめられなくてもよい。
なお、以上の説明においては、送信信号の送信時間が波の数、すなわちバースト数で規定されることとした。バースト数とバースト期間（送信信号の送信時間）とは、連動して増減する。よって、調整部１３６は、バースト数に替えてバースト期間を調整するように構成され得る。調整部１３６がバースト期間を調整するように構成された場合であっても、調整部１３６がバースト数を調整するように構成された場合と同様の効果を得ることができる。
例えば、次回距離Ｄｎｘｔとバースト期間の設定値との対応関係が予め規定される。当該対応関係は、バースト数情報１４２などと同様の方法で予め用意される。調整部１３６は、推定部１３５によって得られた次回距離Ｄｎｘｔと当該対応関係とに基づいてバースト期間の新しい設定値を取得し、バースト期間の古い設定値を、取得した新しい設定値で更新する。
この構成により、調整部１３６がバースト数を調整するように構成された場合と同様に、物体を見失うことなく検知し続けることが可能となる。
例えば、調整部１３６は、次回距離Ｄｎｘｔが第１値である場合、第２値をバースト期間として設定し、次回距離Ｄｎｘｔが第１値よりも大きい第３値である場合、第２値よりも大きい第４値をバースト期間として設定すればよい。
この構成により、次の検知タイミングにおいて物体までの距離が検知可能範囲から逸脱しないようにバースト数を調整することが可能となる。
また、調整部１３６は、バースト期間とともに符号長を調整するように構成され得る。これによって、遠距離に位置する物体の検知能力が飛躍的に向上させることが可能となる。
また、調整部１３６がバースト期間を調整するように構成された場合であっても、複数の送信信号のそれぞれをチャープ信号とすることができる。これによって、送信信号と受信信号との周波数差の取得が容易になる。
＜変形例＞
第１実施形態では、物体検知装置１００において現在距離Ｄｃｒｒなどが算出される構成が例示されている。現在距離Ｄｃｒｒなどの算出は、ＥＣＵにおいて実施されてもよい。
例えば、ＥＣＵには温度センサが接続されており、ＥＣＵは、温度センサによる温度検出値Ｔを式（３）に代入するなどによって音速Ｖｓを算出する。取得部１３４は、時間差ｔｄを取得すると、当該時間差ｔｄをＥＣＵに送信する。ＥＣＵは、取得部１３４から受信した時間差ｔｄと、自身が算出した音速Ｖｓと、を式（２）に代入するなどによって、現在距離Ｄｃｒｒを算出する。ＥＣＵは、現在距離Ｄｃｒｒを取得部１３４に送信する。推定部１３５は、取得部１３４がＥＣＵから受信した現在距離Ｄｃｒｒを用いて次回距離Ｄｎｘｔを算出する。一方、ＥＣＵは、自身が算出した現在距離Ｄｃｒｒを、障害物回避、駐車支援、オートクルーズ、自動運転、などの制御に利用することができる。
このように、取得部１３４は、ＥＣＵに時間差ｔｄを送信し、ＥＣＵが、時間差ｔｄと、温度センサから取得した温度検出値と、に基づいて現在距離Ｄｃｒｒを算出してもよい。
相対速度Ｖｒも同様に、ＥＣＵによって算出されてもよい。
例えば、上記と同様に、ＥＣＵは、自身に接続された温度センサによる温度検出値Ｔを式（３）に代入するなどによって音速Ｖｓを算出する。取得部１３４は、周波数差ｆｓを取得すると、周波数差ｆｓをＥＣＵに送信する。ＥＣＵは、取得部１３４から受信した周波数差ｆｓと、自身が算出した音速Ｖｓと、を式（１）に代入するなどによって、相対速度Ｖｒを算出する。ＥＣＵは、相対速度Ｖｒを取得部１３４に送信する。推定部１３５は、取得部１３４がＥＣＵから受信した相対速度Ｖｒを用いて次回距離Ｄｎｘｔを算出する。
このように、取得部１３４が相対速度Ｖｒや次回距離Ｄｎｘｔを取得する機能については種々の変形が可能である。
＜第２実施形態＞
第１実施形態では、バースト数（あるいはバースト期間）の調整や、符号長の調整を、それぞれの物体検知装置１００が自ら制御する構成が例示されている。しかしながら、これらの動作のうちの一部または全部は、外部からの制御のもとで実現されてもよい。
図８は、第２の実施形態の物体検知システムとしての車両１ａの構成を示した例示的かつ模式的なブロック図である。なお、第１の実施形態と同様の構成要素については、第１の実施形態と同じ名称および符号を付す。そして、第１の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明を省略する。
本図に示されるように、車両１ａは、物体検知装置１０１ａ～物体検知装置１０４ａと、ＥＣＵ２００と、を有している。
物体検知装置１０１ａ～１０４ａは、車両１ａの周囲に存在する物体に関する情報を検知するセンシングデバイスである。また、ＥＣＵ２００は、車両１ａの挙動を制御するマイクロコンピュータである。
物体検知装置１０１ａ～１０４ａとＥＣＵ２００とは、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）やＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver-Transmitter）などを利用した通信路を介して接続されている。
物体検知装置１０１ａ～１０４ａが有する構成および機能は、それぞれ同一である。図８では、物体検知装置１０１ａ～１０４ａのうちの物体検知装置１０１ａのみについて構成および機能を図示し、他の物体検知装置１０２ａ～１０４ａの構成および機能については図示を省略している。以降、物体検知装置１０１ａ～１０４ａを総称して、物体検知装置１００ａと表記することがある。
物体検知装置１００ａは、制御部１２０ａおよび送受信部１１０を備える。
制御部１２０ａは、プロセッサ１３０、記憶装置１４０、および入出力装置１５０を備える。記憶装置１４０には、プログラム１４１ａが予め格納されている。
プロセッサ１３０は、プログラム１４１ａを実行することによって、チャープ制御部１３１、バースト制御部１３２、符号制御部１３３、取得部１３４、および通信部１３８として機能する。
通信部１３８は、取得部１３４が取得した相対速度Ｖｒおよび現在距離Ｄｃｒｒを、ＥＣＵ２００に出力する。通信部１３８は、これらの情報を、入出力装置１５０を介してＥＣＵ２００に送信する。
ＥＣＵ２００は、物体検知装置１０１ａ～１０４ａのそれぞれから受信した情報に基づいて、バースト数および符号長の調整を、物体検知装置１０１ａ～１０４ａのそれぞれに対して実行する。
具体的には、ＥＣＵ２００は、ハードウェア構成として、プロセッサ２１０、記憶装置２２０、および入出力装置２３０を備える。
入出力装置２３０は、物体検知装置１００ａとの間で通信を行うためのインタフェース装置である。
記憶装置２２０は、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＨＤＤ、ＳＤカード等の不揮発性の記憶媒体、およびＲＡＭ、レジスタ等の揮発性の記憶媒体を含む。そして、記憶装置２２０には、プログラム２２１が予め格納される。さらに、記憶装置２２０には、バースト数情報１４２、および符号長情報１４３が予め格納される。
プロセッサ２１０は、例えばＣＰＵである。プロセッサ２１０は、記憶装置２２０に格納されたプログラム２２１を実行することによって、推定部２１１および調整部２１２として機能する。
推定部２１１は、各物体検知装置１００ａから受信した相対速度Ｖｒおよび現在距離Ｄｃｒｒに基づいて、次回距離Ｄｎｘｔを推定する。推定部２１１は、次回距離Ｄｎｘｔを推定する処理を、物体検知装置１００ａ毎に個別に実施する。
調整部２１２は、物体検知装置１００ａ毎に推定された次回距離Ｄｎｘｔに基づいて、各物体検知装置１００ａのバースト数および符号長を調整する。
例えば、調整部２１２は、次回距離Ｄｎｘｔをキーとして用いてバースト数情報１４２や符号長情報１４３を検索することによって、それぞれの設定値を取得する。そして、調整部１３６は、取得した各設定値を対応する物体検知装置１００ａに送信する。
物体検知装置１００ａでは、制御部１２０ａ（例えば通信部１３８）は、受信したバースト数の設定値をバースト制御部１３２に設定する。これにより、物体検知装置１００ａは、次の検知タイミングにおいては、新しく設定されたバースト数の送信信号を送信することが可能となる。また、制御部１２０ａ（例えば通信部１３８）は、受信した符号長の設定値を符号制御部１３３に設定する。これにより、物体検知装置１００ａは、次の検知タイミングにおいては、新しく設定された符号長の識別情報が付与された送信信号を送信することが可能となる。
このように、第２実施形態は、次回距離Ｄｎｘｔを推定する動作と、バースト数および符号長を調整する動作と、がＥＣＵ２００の制御のもとで実施される点で、第１実施形態と異なっている。このような構成によれば、各物体検知装置１００ａの機能を簡単化することが可能である。
なお、各動作をＥＣＵ２００および物体検知装置１００ａの何れで実行するかは、任意に決定され得る。例えば、次回距離Ｄｎｘｔを推定する動作は物体検知装置１００ａにおいて実施されるよう、構成されてもよい。第１実施形態の物体検知装置１００の動作のうちの一部をＥＣＵ２００において実施されるように構成されることで、物体検知装置１００ａの機能を簡単化することが可能である。
＜変形例＞
第２実施形態に関しても、第１実施形態と同様に、取得部１３４の機能について種々の変形が可能である。
例えば、ＥＣＵ２００には、温度センサが接続される。ＥＣＵ２００は、当該温度センサによる温度検出値Ｔを各物体検知装置１００ａの取得部１３４に送信してもよい。その場合、各物体検知装置１００ａの取得部１３４は、ＥＣＵ２００から受信した温度検出値Ｔに基づいて音速Ｖｓを算出し、算出した音速Ｖｓを用いて現在距離Ｄｃｒｒや相対速度Ｖｒを算出する。
または、ＥＣＵ２００は、温度センサによる温度検出値Ｔに基づいて音速Ｖｓを算出し、算出した音速Ｖｓを各物体検知装置１００ａの取得部１３４に送信してもよい。その場合、各物体検知装置１００ａの取得部１３４は、ＥＣＵ２００から受信した音速Ｖｓを用いて現在距離Ｄｃｒｒや相対速度Ｖｒを算出する。
さらに、取得部１３４が担う、現在距離Ｄｃｒｒおよび相対速度Ｖｒを取得する機能は、物体検知装置１００ａとＥＣＵ２００との協働によっても実現され得る。
例えば、物体検知装置１００ａは、時間差ｔｄをＥＣＵ２００に送信してもよい。その場合には、ＥＣＵ２００（例えばプロセッサ２１０）は、物体検知装置１００ａから受信した時間差ｔｄと、自身に接続された温度センサによる温度検出値Ｔと、に基づいて現在距離Ｄｃｒｒを算出する。
同様に、物体検知装置１００ａは、周波数差ｆｓをＥＣＵ２００に送信してもよい。その場合には、ＥＣＵ２００は、物体検知装置１００ａから受信した周波数差ｆｓと、自身に接続された温度センサによる温度検出値Ｔと、に基づいて相対速度Ｖｒを算出する。
このように、取得部１３４の機能については種々の変形が可能である。なお、ＥＣＵ２００が時間差ｔｄおよび相対速度Ｖｒに基づいて次回距離Ｄｎｘｔを求めることとした場合、各物体検知装置１００ａの構成から温度センサ１６０を省略することが可能である。
＜第３実施形態＞
複数の物体検知装置を用いて同時に検知を実行しようとした場合、各物体検知装置では、送受波器は、自身が送信した超音波と他の物体検知装置が送信した超音波とが混在した信号を出力する。
その場合、例えば第１実施形態および第２実施形態によれば、物体検知装置１０１～１０４（１０１ａ～１０４ａ）の識別情報を異ならせることで、それぞれの物体検知装置１００、１００ａは、自身が送信し、物体で反射して戻ってきた送信信号を、送受波器１１１の出力信号から特定することができる。
ここで、車両の周囲に同型のあるいは類似した物体検知装置を備えた車両が存在するなど、超音波を発する装置が車両の周囲に多く存在する場合、精度よく物体を検知するためには、各物体検知装置は、送受波器の出力信号から自身が送信した送信信号のみをより確実に特定することが求められる。
各物体検知装置に自身が送信した超音波のみをより確実に特定するための一つの方法として、送信信号に付与する識別情報の符号長を長くすることが考えられる。しかしながら、符号長を長くするためには、バースト数を大きくする必要がある。
既に述べたように、バースト数を大きくすると、検知可能範囲の最小値が大きくなり、近い距離に存在する物体の検知が困難になってしまう。空気中の物体検知の場合、例えば３０－７０ｋＨｚの範囲の比較的低い周波数の超音波が使用されるため、検知可能範囲の最小値に及ぼされる影響が大きい。
そこで、第３実施形態では、複数の物体検知装置が送信信号として使用するチャープ信号のパターンをそれぞれ異ならせる。各物体検知装置がそれぞれ異なるパターンのチャープ信号を送信信号として使用することによって、符号長を長くしなくても、各物体検知装置は、自身が送信した送信信号をより精度よく特定することが可能となる。
図９は、第３の実施形態の物体検知システムとしての車両１ｂの構成を示した例示的かつ模式的なブロック図である。なお、第１または第２の実施形態と同様の構成要素については、第１または第２の実施形態と同じ名称および符号を付す。そして、第１または第２の実施形態と同様の構成要素についての詳細な説明を省略する。
本図に示されるように、車両１ｂは、物体検知装置１０１ｂ～物体検知装置１０４ｂと、ＥＣＵ２００ｂと、を有している。物体検知装置１０１ｂ～１０４ｂとＥＣＵ２００ｂとは、通信路を介して接続されている。
物体検知装置１０１ｂ～１０４ｂが有する構成および機能は、それぞれ同一である。図９では、物体検知装置１０１ｂ～１０４ｂのうちの物体検知装置１０１ｂのみについて構成および機能を図示し、他の物体検知装置１０２ｂ～１０４ｂの構成および機能については図示を省略している。以降、物体検知装置１０１ｂ～１０４ｂを総称して、物体検知装置１００ｂと表記することがある。
ＥＣＵ２００ｂは、プロセッサ２１０、記憶装置２２０、および入出力装置２３０を備える。記憶装置２２０には、プログラム２２１ｂが予め格納されている。
プロセッサ２１０は、プログラム２２１ｂを実行することによって、設定部２２３として機能する。
設定部２２３は、物体検知装置１０１ｂ～１０４ｂのそれぞれに対し、送信信号として使用するチャープ信号のパターンを設定する。
図１０は、第３実施形態の物体検知システムとしての車両１ｂで使用されるチャープ信号を示す例示的かつ模式的な図である。本図では、横軸は経過時間を示しており、縦軸は周波数を示している。
図１０に示されるように、第３実施形態によれば、４つのパターンが予め用意されている。本図の例によれば、第１パターン～第４パターンの開始周波数は何れもｆ０に設定されている。そして、第１パターン、第２パターン、第３パターン、第４パターンの終了周波数は、ｆ０＋ｄｆ２、ｆ０＋ｄｆ１、ｆ０－ｄｆ１、ｆ０－ｄｆ２にそれぞれ設定されている。つまり、第１～第４パターンは、チャープ率（時間に対する瞬間周波数の変化率）がそれぞれ異なっている。
本実施形態は、使用されるチャープ信号を、図１０に示されるようなパターンに制限するものではなく、所定の周期毎に周波数（瞬間周波数）の増加または減少を繰り返すパターンであればよい。例えば、図１１に示されるように、周波数の変化はステップ状であってもよい。また、開始時の周波数をｆ０に制限するものではなく、例えば図１２に示されるように、開始周波数がｆ０＋ｄｆ２やｆ０－ｄｆ２に設定されてもよい。また、図１２に示されるように、各パターンの開始周波数が同一の周波数でなくてもよい。
設定部２２３は、各物体検知装置１００ｂに、第１～第４パターンのうちのそれぞれ異なるパターンを設定する。
なお、上記した第１～第４パターンは、それぞれ異なる複数のパターンの一例である。第１～第４パターンは、チャープ率以外の点で異なるように構成されてもよい。
なお、設定部２２３は、各物体検知装置１００ｂに、自動でパターンを設定してもよいし、外部（例えばオペレータ）などからの指示に応じてパターンを設定してもよい。また、設定部２２３は、各物体検知装置１００ｂに設定するパターンを指定した入力を受信して、受信した入力に従ってパターンの設定を実施してもよい。
図９に説明を戻す。物体検知装置１００ｂは、制御部１２０ｂおよび送受信部１１０を備える。
制御部１２０ｂは、プロセッサ１３０、記憶装置１４０、および入出力装置１５０を備える。記憶装置１４０には、プログラム１４１ｂが予め格納されている。
プロセッサ１３０は、プログラム１４１ｂを実行することによって、チャープ制御部１３１ｂ、バースト制御部１３２、符号制御部１３３、取得部１３４ｂ、および通信部１３８ｂとして機能する。なお、プロセッサ１３０が実現するこれらの機能構成要素のうちの一部または全部は、専用のアナログ回路などによってハードウェア的に実現されてもよい。
チャープ制御部１３１ｂは、設定部２２３から設定されたパターンで電圧が時間に対して変化する電圧信号を発振器１１３（図２参照）に供給することで、発振器１１３に、設定部２２３から設定されたパターンのチャープ信号を発振させることができる。これによって、物体検知装置１０１ｂ～１０４ｂは、第１～第４パターンのうちのそれぞれ異なるパターンのチャープ信号を送信信号として送信することができる。
取得部１３４ｂは、送受波器１１１が出力する検知信号に基づき、自装置１００ｂが送信して物体で反射されて戻ってきた送信信号を、受信信号として特定する。
取得部１３４ｂは、例えば第１実施形態で述べた第１の方法を用いて受信信号を特定することができる。即ち、取得部１３４ｂは、設定されたパターンで瞬時周波数が変化する信号を周波数情報から探索することによって、受信信号を特定する。
前述したように、設定部２２３は、物体検知装置１０１ｂ～１０４ｂが使用するチャープ信号を互いに異ならせる。よって、物体検知装置１０１ｂ～１０４ｂが同時に送信信号を送信した場合であっても、各物体検知装置１００ｂが、他の物体検知装置１００ｂが送信した送信信号を、自身が送信して戻ってきた送信信号として誤検出することを防止できる。
他の例では、取得部１３４ｂは、第１実施形態で述べた第３の方法を用いて受信信号を特定することができる。即ち、取得部１３４ｂは、設定されたパターンで瞬時周波数が変化する信号を周波数情報から探索するとともに、送信信号に付与された識別情報と同じ情報が付与された信号を送受波器１１１の出力信号から探索することによって、受信信号を特定する。
第３の方法によれば、受信信号を特定するための判断材料としてチャープ信号のパターンだけでなく識別情報が使用される。これによって、例えば、物体検知装置１０１ｂ～１０４ｂの他にも超音波を発する装置が存在する場合であっても、各物体検知装置１００ｂが、他の装置から送信された超音波を、自身が送信して戻ってきた送信信号として誤検出することを防止できる。
また、第３の方法によれば、識別情報のみを用いて受信信号の特定を行う場合に比べ、受信信号を特定するための判断材料の情報量が増加する。例えば、第１～第４パターンの４のうちのそれぞれ異なるパターンが各物体検知装置１００ｂに設定される場合、受信信号を特定するための判断材料の情報量は、符号長を２ビットだけ長くした場合と同程度に増加する。つまり、第３の方法によれば、符号長を長くしなくても、符号長を長くした場合と同様に、各物体検知装置１００ｂは自身が送信した送信信号のみを受信信号としてより確実に特定することが可能となる。
取得部１３４ｂは、特定した受信信号に基づき、送信信号の送信タイミングと受信信号の受信信号との時間差（信号の往復時間、例えば時間差ｔｄ）を取得する。そして、取得部１３４ｂは、取得した時間差ｔｄを用いて現在距離Ｄｃｒｒを算出する。現在距離Ｄｃｒｒを算出には、例えば、前述した式（２）を使用することができる。
なお、取得部１３４ｂの構成は、第１実施形態または第２実施形態の変形例にて述べた取得部１３４と同様に、種々の変形が可能である。例えば、取得部１３４ｂは、ＥＣＵ２００ｂから温度検出値Ｔや音速Ｖｓを取得したりしてもよい。また、物体検知装置１００ｂが時間差ｔｄを取得し、ＥＣＵ２００ｂが時間差ｔｄと温度検出値Ｔとに基づいて現在距離Ｄｃｒｒを取得してもよい。
通信部１３８ｂは、現在距離ＤｃｒｒをＥＣＵ２００ｂに出力する。
図１３は、第３実施形態の物体検知システムとしての車両１ｂが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。
まず、ＥＣＵ２００ｂでは、設定部２２３は、物体検知装置１０１ｂ～１０４ｂのそれぞれに、第１～第４パターンのうちのそれぞれ異なるパターンを設定する（Ｓ２０１）。パターンの設定は対応する物体検知装置１００ｂに送られる。
各物体検知装置１００ｂでは、通信部１３８ｂは、パターンの設定を受信する（Ｓ２１１）。通信部１３８ｂは、受信したパターンの設定をチャープ制御部１３１ｂに送る。
続いて、送受信部１１０は、送信・受信処理を実行する（Ｓ２１２）。例えば、チャープ制御部１３１ｂは、設定されたパターンで電圧が時間に対して変化する電圧信号を生成し、生成した電圧信号を発振器１１３に供給する。発振器１１３が、設定されたパターンのチャープ信号を生成し、変調器１１４は、発振器１１３によって生成されたチャープ信号を変調する。変調器１１４は、識別信号を付与する符号化を行ったり、バースト制御信号に応じて出力を抑制したりする。送受波器１１１は、変調器１１４から供給された変調後のチャープ信号に応じた送信信号を送信する。信号の送信を完了した後、送受波器１１１は、振動子１１２の機械的な振動に対応した出力信号を出力する。
検波器１１５は、送受波器１１１の出力信号に対して周波数解析を実施することで、出力信号の時間－周波数特性を示した周波数情報を算出する（Ｓ２１３）。
制御部１２０ｂでは、取得部１３４ｂは、周波数情報から受信信号の時間－周波数特性を特定する（Ｓ２１４）。例えば、取得部１３４ｂは、自身を具備する物体検知装置１００ｂに設定されたパターンで瞬時周波数が変化する信号を探索することによって、受信信号を特定する。
出力信号を周波数解析して得られる時間－周波数特性は、チャープ率（周波数の増加率または減少率）に応じて変化する。本実施形態では、物体検知装置１００ｂ毎にチャープ率を異ならせている。このため、特定された時間－周波数特性から、物体検知装置１００ｂ自身が送信した受信信号を特定できる。
なお、前述したように、取得部１３４ｂは、第３の方法を用いて受信信号を特定してもよい。つまり、取得部１３４ｂは、自身を具備する物体検知装置１００ｂに設定されたパターンで瞬時周波数が変化する信号を周波数情報から探索するとともに、識別情報と同じビット列が付与された信号を出力信号から探索することによって、受信信号を特定してもよい。
続いて、取得部１３４ｂは、送信信号の送信タイミングと受信信号の受信タイミングとの時間差に基づいて現在距離Ｄｃｒｒを取得する（Ｓ２１５）。
通信部１３８ｂは、現在距離Ｄｃｒｒを、物体に関する情報としてＥＣＵ２００ｂに送信する（Ｓ２１６）。
そして、物体検知装置１００ｂ（例えば制御部１２０ｂ）は、次の検知タイミングが到来したか否かを判定する（Ｓ２１７）。
次の検知タイミングが到来していないと判定された場合（Ｓ２１７、Ｎｏ）、Ｓ２１７の処理が再び実行される。次の検知タイミングが到来したと判定された場合（Ｓ２１７、Ｙｅｓ）、Ｓ２１２の処理に制御が移行する。
ＥＣＵ２００ｂは、Ｓ２１６の処理によって物体検知装置１００ｂが送信した現在距離Ｄｃｒｒを受信する（Ｓ２０２）。ＥＣＵ２００ｂは、各物体検知装置１００ｂから受信した現在距離Ｄｃｒｒを用いて所定の処理を実行する（Ｓ２０３）。所定の処理は、例えば、障害物回避、駐車支援、オートクルーズ、自動運転、などの制御にかかる処理である。Ｓ２０３の処理の後、再びＳ２０２の処理が実行される。
以上述べたように、第３実施形態によれば、物体検知システムとしての車両１ｂは、それぞれ送受信部１１０と取得部１３４ｂとを備えた複数の物体検知装置１００ｂと、複数の物体検知装置１００ｂにそれぞれ異なるパターンを設定する設定部２２３とを備えた。各物体検知装置１００ｂでは、送受信部１１０は、設定部２２３によって設定されたパターンで所定の周期毎に周波数の増加又は減少を繰り返すチャープ信号を送信信号として送信し、周囲から受信した超音波に対応した検知信号を出力する。そして、取得部１３４ｂは、設定部２２３によって設定されたパターンに基づいて、検知信号に含まれる、自身を具備する物体検知装置１００ｂが送信して物体で反射して戻ってきた送信信号を受信信号として特定し、送信信号と受信信号とに基づいて物体に関する情報を取得する。
この構成により、物体検知装置１０１ｂ～１０４ｂがたとえ同時に送信信号を送信した場合であっても、各物体検知装置１００ｂは、他の物体検知装置１００ｂが送信した送信信号を、自身が送信して戻ってきた送信信号として誤検出することを防止できる。
また、送受信部１１０は、送信信号に識別情報を付与する符号化を実施する。取得部１３４ｂは、設定部２２３によって設定されたパターンと、送信信号に付与された識別信号とに基づいて、受信信号を特定してもよい。
この構成により、自車両１ｂの他に周囲に超音波を発する装置が存在する場合であっても、各物体検知装置１００ｂが、他の装置から送信された超音波を、自身が送信して戻ってきた送信信号として誤検出することを防止できる。
また、この構成により、符号長を長くしなくても、符号長を長くした場合と同様に、受信信号をより確実に特定することが可能となる。
なお、互いに近接して設けられた２つの物体検知装置１００ｂが同時に送信信号を送信した場合、当該２つの物体検知装置１００ｂは、当該２つの物体検知装置１００ｂが送信して物体で反射されて戻ってきた２つの送信信号をほぼ同じタイミングで受信する場合がある。そして、２つの送信信号の受信タイミングの時間差は、２つの物体検知装置１００ｂ間の距離が近いほど小さくなる。
そこで、設定部２２３は、それぞれ何れかの物体検知装置１００ｂに設定されるチャープ率を異ならせた複数のパターンのうちのチャープ率の大きさの順番が連続しない２つのパターンのうちの一を、複数の物体検知装置１００ｂのうちの第１の物体検知装置１００ｂに設定し、当該２つのパターンのうちの他を、第１の物体検知装置１００ｂに最も近接して設けられた第２の物体検知装置１００ｂに設定するよう、構成されてもよい。
例えば、車両１ｂのリアバンパにおいて、車幅方向に、物体検知装置１０１ｂ、１０２ｂ、１０３ｂ、１０４ｂがこの順番に配設されている場合を考える。第１～第４パターンのチャープ率の大きさは、第４パターン、第３パターン、第２パターン、第１パターンの順番で大きくなる。その場合、設定部２２３は、物体検知装置１０１ｂに第２パターンを設定し、物体検知装置１０２ｂに第４パターンを設定し、物体検知装置１０３ｂに第１パターンを設定し、物体検知装置１０４ｂに第３パターンを設定する。
上記の設定例によれば、物体検知装置１０１ｂ～１０４ｂのうちの設置位置の順番が互いに隣接するいずれの２つの装置１００ｂに対しても、チャープ率の大きさの順番が２以上離れたそれぞれ異なるパターンが設定される。
上記の構成によれば、互いに最も近接して設けられた２つの物体検知装置１００ｂ間で送信信号のパターンができるだけ類似しないようにすることができる。よって、当該２つの物体検知装置１００ｂのそれぞれは、当該２つの物体検知装置１００ｂから送信された２つの送信信号の受信タイミングが近い場合であっても、自装置１００ｂが送信した送信信号をより確実に特定することが可能となる。
なお、チャープ信号のパターンの設定方法は、上記の方法に限定されない。設定部２２３は、任意の方法でそれぞれの物体検知装置１００ｂにチャープ信号のパターンを設定することができる。
以上述べた第３実施形態は、第１実施形態または第２実施形態と併用することが可能である。
例えば、取得部１３４ｂは、送信信号の送信タイミングと受信信号の受信タイミングとの時間差に基づいて現在距離Ｄｃｒｒを取得するとともに、送信信号と受信信号との周波数差に基づいて相対速度Ｖｒを取得する。そして、各物体検知装置１００ｂまたはＥＣＵ２００ｂは、現在距離Ｄｃｒｒおよび相対速度Ｖｒに基づいて次回距離Ｄｎｘｔを推定する推定部と、次の検知タイミングに送信される送信信号のバースト数またはバースト期間を推定された次回距離Ｄｎｘｔに基づいて調整する調整部と、を備える。
この構成により、物体検知システム（車両１ｂ）と物体との間の距離が急激に変化するような場合であっても、各検知タイミングにおいて物体までの距離が各物体検知装置１００ｂの検知可能範囲から逸脱することを防止することができる。つまり、物体検知システム（車両１ｂ）は、いったん検知した物体を見失うことなく検知し続けることが可能となる。
また、各物体検知装置１００ｂまたはＥＣＵ２００ｂに具備され得る調整部は、次回距離Ｄｎｘｔが第１値である場合、第２値を次の検知タイミングに送信される送信信号のバースト数またはバースト期間として設定し、次回距離Ｄｎｘｔが第１値よりも大きい第３値である場合、第２値よりも大きい第４値を次の検知タイミングに送信される送信信号のバースト数またはバースト期間として設定する。
この構成により、次の検知タイミングにおいて物体までの距離が各物体検知装置１００ｂの検知可能範囲から逸脱しないようにバースト数またはバースト期間を調整することが可能となる。
また、各物体検知装置１００ｂまたはＥＣＵ２００ｂに具備され得る調整部は、次回距離Ｄｎｘｔが第５値である場合、第６値を符号長として設定し、次回距離Ｄｎｘｔが第５値よりも大きい第７値である場合、第６値よりも大きい第８値を符号長として設定する。符号長の設定は、例えば物体検知装置１００ｂ毎に個別に実施される。
この構成により、遠距離に位置する物体の検知能力が飛躍的に向上させることが可能となる。
以上、本発明の実施形態を例示したが、上記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。上記実施形態や変形例は、その他の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、組み合わせ、変更を行うことができる。また、各実施形態や各変形例の構成や形状は、部分的に入れ替えて実施することも可能である。
１，１ａ，１ｂ 車両（物体検知システム）、２ 車体、１００，１００ａ，１００ｂ，１０１－１０４，１０１ａ－１０４ａ，１０１ｂ－１０４ｂ 物体検知装置、１１０ 送受信部、１１１ 送受波器、１１２ 振動子、１１３ 発振器、１１４ 変調器、１１５ 検波器、１２０，１２０ａ，１２０ｂ 制御部、１３０，２１０ プロセッサ、１３１，１３１ｂ チャープ制御部、１３２ バースト制御部、１３３ 符号制御部、１３４，１３４ｂ 取得部、１３５，２１１ 推定部、１３６，２１２ 調整部、１３７ 出力部、１３８，１３８ｂ 通信部、１４０，２２０ 記憶装置、１４１，１４１ａ，１４１ｂ，２２１，２２１ｂ プログラム、１４２ バースト数情報、１４３ 符号長情報、１５０ 入出力装置、２２３ 設定部、２３０ 入出力装置、３００，３１０，４００，４１０ 波形。

Claims (18)

  1. 超音波を送受信可能な振動子を有し、当該振動子により、それぞれ異なるタイミングで複数の送信信号を送信し、周囲に存在する物体により反射して戻ってきた前記複数の送信信号のそれぞれを受信信号として受信する送受信部と、
    前記複数の送信信号のうちの第１送信信号の送信タイミングと、前記物体で反射して戻ってきた前記第１送信信号である第１受信信号の受信タイミングと、の時間差に基づいて前記物体までの距離である第１距離を取得し、前記第１送信信号と前記第１受信信号との周波数差に基づいて前記物体の相対速度を取得する取得部と、
    前記第１距離および前記相対速度に基づいて、前記第１送信信号の次に送信される第２送信信号の送信タイミングにおける前記物体までの距離である第２距離を推定する推定部と、
    前記第２送信信号の振幅が時間と共に大きくなる期間の波の数または当該期間の長さを前記第２距離に基づいて調整する調整部と、
    を備えた物体検知装置。
  2. 前記調整部は、前記第２距離が第１値である場合、第２値を前記第２送信信号の振幅が時間と共に大きくなる期間の波の数または当該期間の長さとして設定し、前記第２距離が前記第１値よりも大きい第３値である場合、前記第２値よりも大きい第４値を前記第２送信信号の振幅が時間と共に大きくなる期間の波の数または当該期間の長さとして設定する、
    請求項１に記載の物体検知装置。
  3. 前記複数の送信信号のそれぞれは、所定の周期毎に周波数の増加又は減少を繰り返すチャープ信号である、
    請求項１または請求項２に記載の物体検知装置。
  4. 前記チャープ信号は、前記所定の周期における前記周波数の増加又は減少を示したパターンが、前記物体検知装置に予め設定されており、
    前記取得部は、前記物体検知装置に予め設定された前記パターンに基づいて、前記送受信部により送信された前記送信信号が物体により反射して戻ってきた前記受信信号を特定する、
    請求項３に記載の物体検知装置。
  5. 前記送受信部は、前記複数の送信信号のそれぞれに識別情報を付与する符号化を実施し、
    前記調整部は、前記第２距離が第５値である場合、第６値を前記第２送信信号に付与される識別情報の符号長として設定し、前記第２距離が前記第５値よりも大きい第７値である場合、前記第６値よりも大きい第８値を前記第２送信信号に付与される識別情報の符号長として設定する、
    請求項１から４の何れか一項に記載の物体検知装置。
  6. 前記送受信部は、前記複数の送信信号のそれぞれに識別情報を付与する符号化を実施し、
    前記取得部は、前記パターンと、前記送信信号のそれぞれに付与された前記識別情報とに基づいて、前記送受信部により送信された前記送信信号が物体により反射して戻ってきた前記受信信号を特定する、
    請求項４に記載の物体検知装置。
  7. 超音波を送受信可能な振動子を有し、当該振動子により、それぞれ異なるタイミングで複数の送信信号を送信し、周囲に存在する物体により反射して戻ってきた前記複数の送信信号のそれぞれを受信信号として受信する送受信部と、
    前記複数の送信信号のうちの第１送信信号の送信タイミングと、前記物体で反射して戻ってきた前記第１送信信号である第１受信信号の受信タイミングと、の時間差に基づいて前記物体までの距離である第１距離を取得し、前記第１送信信号と前記第１受信信号との周波数差に基づいて前記物体の相対速度を取得する取得部と、
    前記第１距離および前記相対速度に基づいて、前記第１送信信号の次に送信される第２送信信号の送信タイミングにおける前記物体までの距離である第２距離を推定する推定部と、
    前記第２送信信号の振幅が時間と共に大きくなる期間の波の数または当該期間の長さを前記第２距離に基づいて調整する調整部と、
    を備えた物体検知システム。
  8. 前記調整部は、前記第２距離が第１値である場合、第２値を前記第２送信信号の振幅が時間と共に大きくなる期間の波の数または当該期間の長さとして設定し、前記第２距離が前記第１値よりも大きい第３値である場合、前記第２値よりも大きい第４値を前記第２送信信号の振幅が時間と共に大きくなる期間の波の数または当該期間の長さとして設定する、
    請求項７に記載の物体検知システム。
  9. 前記複数の送信信号のそれぞれは、所定の周期毎に周波数の増加又は減少を繰り返すチャープ信号である、
    請求項７または請求項８に記載の物体検知システム。
  10. 前記チャープ信号は、前記所定の周期における前記周波数の増加又は減少を示したパターンが、予め設定されており、
    前記取得部は、予め設定された前記パターンに基づいて、前記送受信部により送信された前記送信信号が物体により反射して戻ってきた前記受信信号を特定する、
    請求項９に記載の物体検知システム。
  11. 前記送受信部は、前記複数の送信信号のそれぞれに識別情報を付与する符号化を実施し、
    前記調整部は、前記第２距離が第５値である場合、第６値を前記第２送信信号に付与される識別情報の符号長として設定し、前記第２距離が前記第５値よりも大きい第７値である場合、前記第６値よりも大きい第８値を前記第２送信信号に付与される識別情報の符号長として設定する、
    請求項７から１０の何れか一項に記載の物体検知システム。
  12. 前記送受信部は、前記複数の送信信号のそれぞれに識別情報を付与する符号化を実施し、
    前記取得部は、前記パターンと、前記送信信号のそれぞれに付与された前記識別情報とに基づいて、前記送受信部により送信された前記送信信号が物体により反射して戻ってきた前記受信信号を特定する、
    請求項１０に記載の物体検知システム。
  13. それぞれ前記送受信部および前記取得部を含む複数の物体検知装置と、
    前記複数の物体検知装置にそれぞれ異なるパターンを設定する設定部と、
    をさらに備える請求項１０または請求項１２に記載の物体検知システム。
  14. 超音波を送受信可能な振動子を有し、当該振動子により、設定されたパターンで所定の周期毎に周波数の増加又は減少を繰り返すチャープ信号である送信信号を送信し、周囲から受信した超音波に対応した検知信号を出力する送受信部と、
    前記パターンに基づいて、前記検知信号に含まれる周囲に存在する物体により反射して戻ってきた前記送信信号を受信信号として特定し、前記送信信号と前記受信信号とに基づいて前記物体に関する情報を取得する取得部と、
    をそれぞれ備える複数の物体検知装置と、
    前記複数の物体検知装置にそれぞれ異なるパターンを設定する設定部と、
    を備え、
    前記取得部は、前記送信信号の送信タイミングと前記受信信号の受信タイミングとの時間差に基づいて前記物体までの距離である第１距離を取得し、前記送信信号と前記受信信号との周波数差に基づいて前記物体の相対速度を取得し、
    前記第１距離および前記相対速度に基づいて、前記送信信号の送信タイミングの次に送信される第２送信信号の送信タイミングにおける前記物体までの距離である第２距離を推定する推定部と、
    前記第２送信信号の振幅が時間と共に大きくなる期間の波の数または当該期間の長さを前記第２距離に基づいて調整する調整部と、
    をさらに備えた物体検知システム。
  15. 前記送受信部は、前記送信信号に識別情報を付与する符号化を実施し、
    前記取得部は、前記パターンと、前記送信信号に付与された前記識別情報とに基づいて前記受信信号を特定する、
    請求項１４に記載の物体検知システム。
  16. 前記設定部は、それぞれ何れかの物体検知装置に設定されるチャープ率を異ならせた複数のパターンのうちのチャープ率の大きさの順番が連続しない２つのパターンのうちの一を、前記複数の物体検知装置のうちの第１の物体検知装置に設定し、前記２つのパターンのうちの他を、前記第１の物体検知装置に最も近接して設けられた第２の物体検知装置に設定する、
    請求項１４または請求項１５に記載の物体検知システム。
  17. 前記調整部は、前記第２距離が第１値である場合、第２値を前記第２送信信号の振幅が時間と共に大きくなる期間の波の数または当該期間の長さとして設定し、前記第２距離が前記第１値よりも大きい第３値である場合、前記第２値よりも大きい第４値を前記第２送信信号の振幅が時間と共に大きくなる期間の波の数または当該期間の長さとして設定する、
    請求項１４に記載の物体検知システム。
  18. 前記送受信部は、前記送信信号に識別情報を付与する符号化を実施し、
    前記調整部は、前記第２距離が第５値である場合、第６値を前記第２送信信号の識別情報の符号長として設定し、前記第２距離が前記第５値よりも大きい第７値である場合、前記第６値よりも大きい第８値を前記第２送信信号の識別情報の符号長として設定する、
    請求項１４または１７に記載の物体検知システム。
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