WO2017098971A1

WO2017098971A1 - 物体検知装置及び物体検知システム

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Publication number: WO2017098971A1
Application number: PCT/JP2016/085476
Authority: WO
Inventors: 優小山; 青山　哲也; 岳人原田
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2015-12-07
Filing date: 2016-11-30
Publication date: 2017-06-15
Also published as: US20190302248A1; US10495741B2; DE112016005597B4; JP2017106751A; DE112016005597T5

Abstract

物体検知装置（２０）は、制御装置と通信線（１４）を介して接続され、通信線を介して電力供給が行われ、且つ通信線を流れる電流に信号を重畳させて情報の伝達を行う物体検知システムに適用される。物体検知装置は、所定の制御周期で圧電振動子（８０）を駆動して探査波を送信し、物体により反射された反射波を受信する。物体検知装置は、圧電振動子を駆動するドライブ回路（３０）に並列接続されたコンデンサ（４４）と、ドライブ回路への電力供給終了後の通信線の電流値を制御する電流制御部（７０）と、を備える。

Description

物体検知装置及び物体検知システム

　本開示は、探査波を送信し、物体により反射された反射波を受信する物体検知技術に関する。

　特許文献１には、探査波を送信し、物体により反射された反射波を受信することで、物体との距離を検知する物体検知装置が記載されている。特許文献１に記載の物体検知装置には、電気ノイズ対策のために、抵抗とコンデンサとを電源回路に備えるフィルタが設けられている。

特開昭６３－８１２８８号公報

　特許文献１に記載の物体検知装置において、電気ノイズに対する耐性を向上させるためには、ドライブ回路へ電流を供給するコンデンサの静電容量を大きくすればよい。しかし、コンデンサの静電容量を大きくした場合には、コンデンサの充電に時間を要する。このとき、ＥＣＵとセンサとの間の接続に電源重畳方式の通信規格を採用している場合には、コンデンサの充電中に、通信規格で定められた通信可能な電流の上限値を超える電流が流れる。そのため、ＥＣＵとセンサとの通信ができない。その結果、ＥＣＵとセンサとの通信が再開するまでに、より長い時間を要することとなる。

　本開示は、ＥＭＣ性能（電気ノイズへの耐性、及び、ドライブ回路駆動時のノイズの放射抑制性能）を確保し、且つ、制御装置との通信再開までの時間を短縮できる物体検知技術を提供することを目的とする。

　本開示の技術の一態様である物体検知装置は、制御装置と通信線を介して接続され、通信線を介して電力供給が行われ、且つ通信線を流れる電流に信号を重畳させて情報の伝達を行う物体検知システムに適用され、所定の制御周期で圧電振動子を駆動して探査波を送信し、物体により反射された反射波を受信する物体検知装置であって、圧電振動子を駆動するドライブ回路に並列接続されたコンデンサと、ドライブ回路への電力供給終了後の通信線の電流値を制御する電流制御部と、を備える。

　上記構成の物体検知装置では、電流制御部が電流値の制御を行うため、ドライブ回路への電力供給終了後に、制御装置との通信を早期に再開できる。上記構成の物体検知装置では、通信再開までの時間を短縮できるため、静電容量が大きく、充電に時間を要するコンデンサを採用できる。これにより、電気ノイズへの耐性を向上させられる。

図１は、第１実施形態における、物体検知システムの全体構成図である。図２は、第１実施形態における、電源回路を含む超音波センサの回路図である。図３は、第１実施形態における、ドライブ回路への電力供給時のタイムチャートである。図４は、第１実施形態における、物体検知システムの処理実行時のタイムチャートである。図５は、第１実施形態における、超音波センサの制御部が実行する処理を示すフローチャートである。図６は、第２実施形態における、電源回路を含む超音波センサの回路図である。図７は、第３実施形態における、電源回路を含む超音波センサの回路図である。図８は、第３実施形態における、ドライブ回路への電力供給時のタイムチャートである。図９は、第３実施形態における、物体検知システムの処理実行時のタイムチャートである。図１０は、第３実施形態における、超音波センサの制御部が実行する処理を示すフローチャートである。図１１は、第４実施形態における、電源回路を含む超音波センサの回路図である。図１２は、第４実施形態における、ドライブ回路への電力供給時のタイムチャートである。

　以下、各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付す。同一符号の部分についてはその説明を援用する。

　＜第１実施形態＞
　本実施形態に係る物体検知装置は、例えば超音波センサであり、車両等の移動体に搭載される。超音波センサは、超音波を移動体の周囲に送信し、周囲に存在する物体により反射された反射波を受信し、送信から受信までの時間を測定することにより、移動体と物体との距離を求める。

　図１は、本実施形態に係る物体検知システム１の全体構成図である。物体検知システム１は、制御装置であるＥＣＵ１０と、複数の超音波センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ（以降、総称する場合には「超音波センサ２０」という）とで構成される。本実施形態では、物体検知装置である超音波センサ２０は、１つのシステムに対して２から１２個搭載される。

　ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等を有するコンピュータである。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵが、ＲＯＭに記憶されているプログラムを実行することで機能を実現する。ＥＣＵ１０は、制御部１１、電源供給部１２、及び通信部１３を備える。制御部１１は、超音波センサ２０への制御指令等を生成する機能、及び、超音波センサ２０からの計測結果（計測期間中の検出結果）を処理する機能等を備える。電源供給部１２は、車両から供給される電力を、通信線１４を介して超音波センサ２０に供給する機能を備える。通信部１３は、制御部１１から入力された制御指令を超音波センサ２０へ送信する機能、及び、超音波センサ２０から受信した計測結果を制御部１１へ出力する機能を備える。制御部１１と超音波センサ２０との通信は、通信線１４に流れる電流に信号が重畳されることにより行われる。なお、上記説明では、制御部１１、電源供給部１２、及び通信部１３について、ＥＣＵ１０が提供する各機能として説明を行った。これらの機能の実現方法は、上述したプログラムの実行等のソフトウェアによる方法の他に、回路等のハードウェアによる方法等がある。よって、制御部１１、電源供給部１２、及び通信部１３は、機能の実現方法に限定されない。

　超音波センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃはそれぞれ、圧電振動子８０ａ，８０ｂ，８０ｃを備える。なお、以降の説明において、複数の圧電振動子８０ａ，８０ｂ，８０ｃを総称する場合には「圧電振動子８０」という。超音波センサ２０は、圧電振動子８０を発振させて超音波である探査波を発生させ、その探査波が物体に反射された場合に生じる反射波を圧電振動子８０により受信する。超音波センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃはそれぞれ、ドライブ回路３０ａ，３０ｂ，３０ｃ、電源回路４０ａ，４０ｂ，４０ｃ、受信回路５０ａ，５０ｂ，５０ｃ、及び通信回路６０ａ，６０ｂ，６０ｃを備える。ドライブ回路３０ａ，３０ｂ，３０ｃ（以降、総称する場合には「ドライブ回路３０」という）は、圧電振動子８０を駆動する。電源回路４０ａ，４０ｂ，４０ｃ（以降、総称する場合には「電源回路４０」という）は、ドライブ回路３０へ電力を供給する。受信回路５０ａ，５０ｂ，５０ｃ（以降、総称する場合には「受信回路５０」という）は、圧電振動子８０が受信した反射波の信号を増幅し、波形の高さを電圧として検出する。通信回路６０ａ，６０ｂ，６０ｃ（以降、総称する場合には「通信回路６０」という）は、ＥＣＵ１０から制御指令を受信したり、受信回路５０による検出結果をＥＣＵ１０へと送信したりする。ドライブ回路３０、電源回路４０、受信回路５０、及び通信回路６０は、制御部７０ａ，７０ｂ，７０ｃ（以降、総称する場合には「制御部７０」という）により制御される。

　図２は、本実施形態に係る超音波センサ２０の回路図である。なお、超音波センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃそれぞれは、同じ回路構成である。よって、以下には、超音波センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃに共通して説明を行い、個別の説明は省略する。

　電源回路４０は、通信線１４の正極側配線１４ａに設けられた第１抵抗４１と、第１抵抗４１にスイッチ４３を介して並列接続される第２抵抗４２とを備える。スイッチ４３の開閉状態（ＯＮ／ＯＦＦ状態）は、制御部７０からの制御指令により切り替えられる。言い換えると、制御部７０は、スイッチ４３に対して、開閉の切り替え指令を制御指令として送信する。電源回路４０には、ドライブ回路３０との接続側に、コンデンサ４４が並列接続される。具体的には、コンデンサ４４の一端は、通信線１４の正極側配線１４ａに接続され、コンデンサ４４の他端は、通信線１４の負極側配線１４ｂに接続される。供給電流Ｉ＿ｂｕｓは、ＥＣＵ１０から超音波センサ２０へ通信線１４を介して供給される電流を示す。充電電流Ｉ＿ｃｈｒは、ＥＣＵ１０から供給され、コンデンサ４４の充電及びドライブ回路３０の駆動に用いられる電流を示す。また、出力電流Ｉ＿ｄｒｖは、電源回路４０からドライブ回路３０へ出力される電流を示す。出力電圧Ｖ＿ｄｒｖは、電源回路４０のコンデンサ４４の電圧を示す。

　通信回路６０には、通信線１４における正極側配線１４ａ及び負極側配線１４ｂが接続される。通信回路６０に接続される正極側配線１４ａには抵抗６２が設けられており、通信回路６０に接続される負極側配線１４ｂと正極側配線１４ａとの間にはコンデンサ６１が設けられている。すなわち、抵抗６２及びコンデンサ６１によって、フィルタが構成されている。同様に、制御部７０には、通信線１４における正極側配線１４ａ及び負極側配線１４ｂが接続され、正極側配線１４ａには抵抗７２が設けられており、負極側配線１４ｂと正極側配線１４ａとの間にはコンデンサ７１が設けられている。抵抗７２及びコンデンサ７１によって、フィルタが構成されている。

　制御部７０には、当該制御部７０を駆動する電流である駆動電流Ｉ＿ｏｐｒが、通信線１４を介して入力される。したがって、供給電流Ｉ＿ｂｕｓの値は、各超音波センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃへ供給される充電電流Ｉ＿ｃｈｒの値と駆動電流Ｉ＿ｏｐｒの値とを合算した値となる。なお、供給電流Ｉ＿ｂｕｓには、ＥＣＵ１０が備える電源供給部１２の性能（電力供給性能）によって供給可能な電流の上限値が定められている。

　図３は、本実施形態に係る超音波センサ２０において、電源回路４０からドライブ回路３０へ電力を供給する際のタイムチャートである。図３では、充電電流Ｉ＿ｃｈｒにおいて、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間で通信（情報伝達）が可能な電流の上限値を、通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍとして示している。通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍは、例えば、通信規格で定められた通信可能な電流の上限値を、物体検知システム１が備える超音波センサ２０の数で除算した値が設定されている。このような設定は、次のような理由からである。すなわち、各超音波センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃにおいて、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの値（電流値）が通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍ以下であれば、ＥＣＵ１０から超音波センサ２０へ制御指令等を送信でき、且つ超音波センサ２０からＥＣＵ１０へ計測結果等を送信できる。

　時刻ｔ１では、電源回路４０からドライブ回路３０への電力供給が開始され、出力電流Ｉ＿ｄｒｖがパルス電流として供給される。このとき、電源回路４０は、コンデンサ４４に蓄積された電荷を用いてドライブ回路３０へ電力を供給する。そのため、出力電圧Ｖ＿ｄｒｖは、パルス状に増減変化を繰り返しながら、制御周期あたりの平均値が単調減少する。一方、電源回路４０は、コンデンサ４４に蓄積された電荷の減少に伴い、ＥＣＵ１０から供給される電力も用いてドライブ回路３０へ電力を供給する必要が生じる。そのため、充電電流Ｉ＿ｃｈｒは、パルス状に増減変化を繰り返しながら、制御周期当たりの平均値が上昇する。

　電源回路４０からドライブ回路３０への電力供給は、予め定められた所定時間の間継続され、時刻ｔ２で電力供給が終了する。電力供給を終了した際には、コンデンサ４４の電荷は減少しているため、ＥＣＵ１０から電源回路４０への電力供給は継続される。このとき、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの値は、通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍよりも大きいため、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０とは、通信線１４を介した通信が行えない。そのため、時刻ｔ２（ドライブ回路３０への電力供給終了後）から所定時間経過した時刻ｔ３では、スイッチ４３をＯＮとし、第１抵抗４１と第２抵抗４２とを並列接続状態とする。これにより、スイッチ４３がＯＦＦである場合よりも合成抵抗の値を小さくする。これは、コンデンサ４４への充電を早期に終了させるためである。

　図３では、時刻ｔ３において、スイッチ４３をＯＮとした場合（第１抵抗４１と第２抵抗４２とが並列接続された場合）の充電電流Ｉ＿ｃｈｒが実線で示されている。一方、図３では、時刻ｔ３において、スイッチ４３をＯＮとしない場合（第１抵抗４１と第２抵抗４２とが並列接続されていない場合）の充電電流Ｉ＿ｃｈｒが破線で示されている。実線で示されるように、時刻ｔ３では、スイッチ４３をＯＮとすることで充電電流Ｉ＿ｃｈｒが増加し、コンデンサ４４の充電が早まる。そして、時刻ｔ４では、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの値（電流値）が通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍ以下となり、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間で通信が可能となる。充電電流Ｉ＿ｃｈｒの値がゼロとなる時刻ｔ５では、スイッチ４３をＯＦＦとする。なお、本実施形態では、ドライブ回路３０への電力供給終了後、所定時間が経過してからスイッチ４３をＯＮとしているが、これに限らない。スイッチ４３をＯＮとするタイミングは、例えば、ドライブ回路３０への電力供給終了時（時刻ｔ２）であってもよい。また、本実施形態では、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの値がゼロとなる時刻ｔ５にスイッチ４３をＯＦＦとしているが、これに限られない。時刻ｔ４以降では、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間の通信が可能である。そのため、スイッチ４３をＯＦＦとするタイミングは、例えば、時刻ｔ４以降であればよい。

　上述したとおり、本実施形態に係る超音波センサ２０は、第１抵抗４１、第２抵抗４２、及びスイッチ４３と、そのスイッチ４３を制御する制御部７０とにより、コンデンサ４４の充電期間を短縮する。これにより、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの減衰を早めている。したがって、本実施形態に係る超音波センサ２０では、第１抵抗４１、第２抵抗４２、及びスイッチ４３によって、ドライブ回路３０への電力供給終了後の通信線１４の電流値を制御する電流制御部が構成されている。

　続いて、本実施形態に係る物体検知システム１が実行する一連の処理について説明する。図４は、本実施形態に係る物体検知システム１の処理実行時のタイムチャートである。なお、図４で示すタイムチャートにおける制御周期は、数十～数百ミリ秒である。時刻ｔ１０では、ＥＣＵ１０が計測開始の制御指令（計測開始指令）を生成し、超音波センサ２０へ送信する。その結果、超音波センサ２０は、計測開始指令に従って計測を開始する。図４では、本説明の便宜上、ＥＣＵ１０の制御対象である超音波センサ２０を、第1センサ及び第２センサとして示している。第1センサ及び第２センサの超音波センサ２０は計測開始指令を受け、時刻ｔ１１において、それぞれが備えるドライブ回路３０の駆動を開始し、探査波を送信する。超音波センサ２０は、探査波の送信を終了した時刻ｔ１２から、所定期間（計測期間）の間、反射波を受信するまで待機（受信待機）する。なお、図４における時刻ｔ１１は、図３における時刻ｔ１に対応しており、図４における時刻ｔ１２は、図３における時刻ｔ２に対応している。

　超音波センサ２０が反射波の受信待機の間、時刻ｔ１３において、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの値が通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍ以下の場合には、ＥＣＵ１０は、前回の制御周期の計測結果の送信を超音波センサ２０に要求（結果要求）する。なお、図４における時刻ｔ１３は、図３における時刻ｔ４に対応している。この結果要求により、超音波センサ２０は、前回の制御周期の計測結果をＥＣＵ１０へ送信（結果送信）する。なお、この結果送信は、超音波センサ２０である第１センサと第２センサとで送信期間が重複しないように制御される。具体的には、本実施形態では、時刻ｔ１４において、第１センサからの計測結果の送信が行われ、その送信が終了した時刻ｔ１５において、第２センサからの計測結果の送信が行われる。また、反射波の受信待機の間、超音波センサ２０では、受信感度を漸増させる。受信感度の漸増は、計測結果の送信が終了した時刻ｔ１６以降も継続される。そして、時刻ｔ１７では、受信感度が所定の閾値以上となり、高感度状態となる。高感度状態は、受信した反射波の波高値（波形の高さの電圧検出値）に対する閾値を下げて（小さくし）、波高値が小さい場合であっても、受信検出を可能とする状態である。このように、受信待機の間に高感度状態にする理由は、次の通りである。探査波を反射し検出される物体は、受信待機の時間が長くなるにつれて遠方に位置する。このとき、探査波と反射波との波高値（電圧検出値）は、距離に応じて減衰する。そのため、超音波センサ２０は、受信待機の時間が長くなるにつれて、受信しようとする反射波の波高値（電圧検出値）が小さくなる。このように、超音波センサ２０は、時間経過と共に大きく減衰した反射波を受信検出可能とするために、受信感度を高感度状態に設定するのである。

　一方、超音波センサ２０が高感度状態では、通信の際に生じる電気ノイズが計測に影響を与えるおそれがある。そのため、高感度状態に設定される時刻ｔ１７以降は、計測結果の送信を行わない。なお、高感度状態では、反射波の波高値に対する閾値を下げる代わりに、圧電振動子８０で検出される反射波の波形の高さを表す電圧値（電圧検出値）に対する増幅率（ゲイン）を上昇させるようにしてもよい。また、高感度状態では、これらを共に用いるようにしてもよい。

　超音波センサ２０は、計測期間が経過した後の時刻ｔ１８において、制御部７０のメモリに計測結果を格納（結果格納）する。具体的には、計測期間中に反射波を検出した場合には、制御部７０が備えるメモリ等（記憶部）の所定の記憶領域に、計測結果を格納する。一方、反射波を検出していない場合には、検出していない旨の情報を計測結果として格納する。以上のように、本実施形態に係る物体検知システム１は、時刻ｔ１９において、一連の処理（制御周期当たりの処理）を終了する。

　図４に示す一連の処理において、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間で通信ができない期間は、次の通りである。具体的には、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの値が通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍよりも大きい時刻ｔ１１～ｔ１３の期間、及び、高感度状態に設定される時刻ｔ１７～ｔ１８の期間である。

　計測結果の格納終了後の時刻ｔ２０において、ＥＣＵ１０は、次の制御周期の計測開始指令を超音波センサ２０へ送信する。なお、図４に示す時刻ｔ２１～ｔ２８の期間において行われる処理は、同図に示す時刻ｔ１１～ｔ１８で行われる処理と同等である。また、時刻ｔ２４～ｔ２６における計測結果の送信処理では、前回の制御周期の時刻ｔ１８における計測結果の格納処理によって、超音波センサ２０の制御部７０に格納された計測結果が送信される。

　次に、本実施形態に係る物体検知システム１において、超音波センサ２０の制御部７０が実行する一連の処理について説明する。図５は、本実施形態における、超音波センサ２０の制御部７０が実行する処理を示すフローチャートである。制御部７０は、例えば所定の制御周期に従って、以下の処理を繰り返し実行する。超音波センサ２０において、制御部７０は、ＥＣＵ１０から計測開始指令を受信したか否かを判定する（ステップＳ１０１）。その結果、制御部７０は、計測開始指令を受信していないと判定した場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、計測開始指令を受信するまでこの処理を継続する。一方、制御部７０は、計測開始指令を受信したと判定した場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、ドライブ回路３０の駆動を開始する（ステップＳ１０２）。続いて、制御部７０は、ドライブ回路３０の駆動開始から所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。その結果、制御部７０は、所定時間が経過していないと判定した場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、ドライブ回路３０の駆動を継続する。一方、制御部７０は、所定時間が経過したと判定した場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、ドライブ回路３０の駆動を終了する（ステップＳ１０４）。

　制御部７０は、ドライブ回路３０の駆動を終了すると、図３に示したように、スイッチ４３をＯＮとし（ステップＳ１０５）、コンデンサ４４への充電が終了したか否かを判定する（ステップＳ１０６）。このとき、制御部７０は、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの計測結果に基づいて、コンデンサ４４への充電の終了について判定してもよいし、所定時間の経過に基づき判定してもよい。その結果、制御部７０は、コンデンサ４４への充電が終了していないと判定した場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、スイッチ４３のＯＮ状態を継続する。一方、制御部７０は、コンデンサ４４への充電が終了したと判定した場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、スイッチ４３をＯＦＦとする（ステップＳ１０７）。このとき、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間では通信（情報伝達）が可能である。そのため、制御部７０は、前回の制御周期の結果要求をＥＣＵ１０から受信する（ステップＳ１０８）。

　制御部７０は、要求された計測結果の送信タイミングになったか否かを判定する（ステップＳ１０９）。この判定は、物体検知システム１が複数の超音波センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃを搭載している場合、超音波センサ２０同士の計測結果の送信タイミングが重複しないようにするための処理である。その結果、制御部７０は、計測結果の送信タイミングになっていないと判定した場合（ステップＳ１０９：ＮＯ）、計測結果の送信タイミングとなるまで待機する。一方、制御部７０は、計測結果の送信タイミングになったと判定した場合（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、前回の制御周期の計測結果を送信する（ステップＳ１１０）。続いて、制御部７０は、計測期間が終了したか否かを判定する（ステップＳ１１１）。その結果、制御部７０は、計測期間が終了していないと判定した場合（ステップＳ１１１：ＮＯ）、計測（受信待機）を継続する。一方、制御部７０は、計測期間が終了したと判定した場合（ステップＳ１１１：ＹＥＳ）、計測期間で取得した検出結果を計測結果としてメモリに格納し（ステップＳ１１２）、一連の処理を終了する。

　上記構成により、本実施形態に係る超音波センサ２０（物体検知装置）は以下の効果を奏する。

　・電源重畳方式の通信線１４を用いる場合には、次のような条件が満たされると、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０とは通信できる。具体的には、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間の通信線１４を流れる電流が、所定値（通信規格で定められている上限値）以下の場合に通信できる。そこで、本実施形態に係る超音波センサ２０では、制御部７０（電流制御部）によりスイッチ４３の開閉状態を切り替えることで、コンデンサ４４への充電時に第１抵抗４１と第２抵抗４２とを並列接続する。これにより、超音波センサ２０は、ＥＣＵ１０との間の通信線１４を流れる電流（電流値）を制御し、電源回路４０からコンデンサ４４への充電を行う期間を短縮する。その結果、本実施形態に係る超音波センサ２０では、ＥＣＵ１０との間の通信が可能となるまでの間隔（通信再開までの時間）を短縮できる。

　・本実施形態に係る超音波センサ２０では、コンデンサ４４への充電を行う期間を短縮できるため、静電容量が大きく、充電に時間を要するコンデンサを採用できる。また、超音波センサ２０では、抵抗値の大きい抵抗を第１抵抗４１として採用できる。これにより、本実施形態に係る超音波センサ２０では、電気ノイズに対する耐性を向上させられる。

　＜第２実施形態＞
　本実施形態では、超音波センサ２０が備える電源回路４０の構成の一部が第１実施形態と異なっている。図６は、本実施形態に係る超音波センサ２０の回路図である。電源回路４０は、可変抵抗４５と、ドライブ回路３０との接続側に並列接続されたコンデンサ４４とを備える。その他の構成は、第１実施形態と同様である。可変抵抗４５の抵抗値は、制御部７０からの制御指令により変更される。言い換えると、制御部７０は、可変抵抗４５に対して、抵抗値の変更指令を制御指令として送信する。具体的には、制御部７０は、電源回路４０からドライブ回路３０への電力供給後に、可変抵抗４５の抵抗値を小さくする制御を行う。なお、他の処理は、第１実施形態と同等であるため、その説明を省略する。

　上記構成により、本実施形態に係る超音波センサ２０（物体検知装置）は第１実施形態に準ずる効果を奏する。

　＜第３実施形態＞
　本実施形態では、超音波センサ２０が備える電源回路４０の構成の一部が第１実施形態と異なっており、それに伴い、制御部７０が行う処理の一部も第１実施形態と異なっている。図７は、本実施形態に係る超音波センサ２０の回路図である。電源回路４０は、電流の上限値を可変に設定する電流制限回路４６を備える。電流制限回路４６における電流の上限値は、制御部７０からの制御指令により設定される。言い換えると、制御部７０は、電流制限回路４６に対して、電流の上限設定指令を制御指令として送信する。電源回路４０には、ドライブ回路３０との接続側に、コンデンサ４４が並列接続される。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

　図８は、本実施形態に係る超音波センサ２０において、電源回路４０からドライブ回路３０へ電力を供給する際のタイムチャートである。図８では、本実施形態に係る制御を行った場合の充電電流Ｉ＿ｃｈｒが実線で示されている。一方、図８では、本実施形態に係る制御を行わない場合（電流制限回路４６を設けない場合）の充電電流Ｉ＿ｃｈｒが破線で示されている。また、第１実施形態と同様に、本実施形態に係る充電電流Ｉ＿ｃｈｒには通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍが設定されており、加えて、供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍが設定されている。供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍは、例えば、ＥＣＵ１０の電源供給部１２の性能（電力供給性能）に基づく値を、物体検知システム１が備える超音波センサ２０の数で除算した値が設定されている。

　図８に示すように、本実施形態に係る制御開始時には、電流制限回路４６における充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値は通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍに設定されている。時刻ｔ１では、電源回路４０からドライブ回路３０への電力供給が開始され、充電電流Ｉ＿ｃｈｒを増加するために、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値を供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに設定する。このとき、電源回路４０では、時間の経過と共にコンデンサ４４に蓄積された電荷が減少し、充電電流Ｉ＿ｃｈｒが上昇する。そして、時刻ｔ２において充電電流Ｉ＿ｃｈｒの値は、供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに到達する。その後、電源回路４０では、ドライブ回路３０への電力供給が終了する時刻ｔ３まで、供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに従った電力供給が継続される。

　時刻ｔ３では、ドライブ回路３０への電力供給が終了し、電流制限回路４６における充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値を通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍに設定する。このとき、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの値は、時刻ｔ３から所定時間が経過した時刻ｔ４に、通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍとなる。これにより、時刻ｔ４以降は、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの値が通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍとなり、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間で通信が可能となる。なお、時刻ｔ４では、コンデンサ４４への充電が完了していない。そのため、時刻ｔ４以降では、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値が通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍである状態が継続される。

　このように、電流制限回路４６を用いて、ドライブ回路３０への電力供給後の充電電流Ｉ＿ｃｈｒを制限する制御を行う場合には、通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍの設定によっては制御周期の間にコンデンサ４４への充電が完了しない場合もある。そのため、電源回路４０の制御には、コンデンサ４４への充電を行う期間を設ける必要がある。この期間は、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間で通信を行わない期間（計測結果をメモリに格納する期間）として予め定められている。よって、本実施形態に係る時刻ｔ５では、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値を供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに設定する。充電電流Ｉ＿ｃｈｒは漸増した後、コンデンサ４４への充電に伴い漸減し、時刻ｔ６において充電が完了すれば、その値はゼロとなる。

　続いて、本実施形態に係る物体検知システム１が実行する一連の処理について説明する。図９は、本実施形態に係る物体検知システム１の処理実行時のタイムチャートである。なお、図９で示すタイムチャートにおける制御周期は、第１実施形態と同様に、数十～数百ミリ秒である。時刻ｔ１０では、ＥＣＵ１０が計測開始指令を生成し、超音波センサ２０へ送信する。その結果、超音波センサ２０は、計測開始指令に従って計測を開始する。図９では、第１実施形態と同様に、本説明の便宜上、ＥＣＵ１０の制御対象である超音波センサ２０を、第1センサ及び第２センサとして示している。第1センサ及び第２センサの超音波センサ２０は計測開始指令を受け、時刻ｔ１１において、それぞれが備えるドライブ回路３０の駆動を開始し、探査波を送信する。このとき、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値は、供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに設定される。探査波の送信を終了した時刻ｔ１２では、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値は、通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍに設定される。超音波センサ２０は、探査波の送信を終了した時刻ｔ１２から反射波の受信待機を行い、ＥＣＵ１０は、前回の制御周期の計測結果の送信を超音波センサ２０に要求（結果要求）する。なお、図９における時刻ｔ１１は、図３における時刻ｔ１に対応しており、図９における時刻ｔ１２は、図３における時刻ｔ４に対応している。

　ＥＣＵ１０からの結果要求により、時刻ｔ１３では、第１センサからの計測結果の送信が行われ、その送信が終了した時刻ｔ１４では、第２センサからの計測結果の送信が行われる。計測結果の送信が行われる際、超音波センサ２０では、受信感度を漸増させる。受信感度の漸増は、計測結果の送信が終了した時刻ｔ１５以降も継続される。そして、時刻ｔ１６では、受信感度が所定の閾値以上となり、高感度状態となる。

　超音波センサ２０は、計測期間が経過した後の時刻ｔ１７において、制御部７０のメモリに計測結果を格納（結果格納）する。計測結果を格納する期間では、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間で通信が行われない。よって、時刻ｔ１７では、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値を供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに設定し、コンデンサ４４への充電を行う。計測結果を格納する期間は、コンデンサ４４への充電が十分に完了する長さに予め設定されている。そのため、この期間中の時刻ｔ１８では、コンデンサ４４への充電が完了し、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの値がゼロとなる。以上のように、本実施形態に係る物体検知システム１は、時刻ｔ１９において、一連の制御（制御周期当たりの処理）を終了する。

　計測結果の格納終了後の時刻ｔ２０において、ＥＣＵ１０は、次の制御周期の計測開始指令を超音波センサ２０へ送信する。なお、図９に示す時刻ｔ２１～２７の期間において行われる処理は、同図に示す時刻ｔ１１～ｔ１７で行われる処理と同等である。

　図９に示す一連の処理において、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間での通信ができない期間は、次の通りである。具体的には、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの値が通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍよりも大きい時刻ｔ１１～ｔ１２の期間、高感度状態に設定される時刻ｔ１６～ｔ１７の期間、及び、コンデンサ４４への充電を行う時刻ｔ１７～ｔ１８の期間である。

　次に、本実施形態に係る物体検知システム１において、超音波センサ２０の制御部７０が実行する一連の処理について説明する。図１０は、本実施形態における、超音波センサ２０の制御部７０が実行する処理を示すフローチャートである。制御部７０は、例えば所定の制御周期に従って、以下の処理を繰り返し実行する。超音波センサ２０において、制御部７０は、ＥＣＵ１０から計測開始指令を受信したか否かを判定する（ステップＳ２０１）。その結果、制御部７０は、計測開始指令を受信していないと判定した場合（ステップＳ２０１：ＮＯ）、計測開始指令を受信するまでこの処理を継続する。一方、制御部７０は、計測開始指令を受信したと判定した場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値を供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに設定する（ステップＳ２０２）。そして、ドライブ回路３０の駆動を開始する（ステップＳ２０３）。続いて、制御部７０は、ドライブ回路３０の駆動開始から所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２０４）。その結果、制御部７０は、所定時間が経過していないと判定した場合（ステップＳ２０４：ＮＯ）、ドライブ回路３０の駆動を継続する。一方、制御部７０は、所定時間が経過したと判定した場合（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、ドライブ回路３０の駆動を終了する（ステップＳ２０５）。そして、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値を通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍに設定する（ステップＳ２０６）。

　充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値が通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍであれば、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間では通信（情報伝達）が可能である。そのため、制御部７０は、前回の制御周期の結果要求をＥＣＵ１０から受信する（ステップＳ２０７）。続いて、制御部７０は、要求された計測結果の送信タイミングになったか否かを判定する（ステップＳ２０８）。その結果、制御部７０は、計測結果の送信タイミングになっていないと判定した場合（ステップＳ２０８：ＮＯ）、計測結果の送信タイミングとなるまで待機する。一方、制御部７０は、計測結果の送信タイミングになったと判定した場合（ステップＳ２０８：ＹＥＳ）、前回の制御周期の計測結果を送信する（ステップＳ２０９）。続いて、制御部７０は、計測期間が終了したか否かを判定する（ステップＳ２１０）。その結果、制御部７０は、計測期間が終了していないと判定した場合（ステップＳ２１０：ＮＯ）、計測（受信待機）を継続する。

　一方、制御部７０は、計測期間が終了したと判定した場合（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限を供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに設定する（ステップＳ２１１）。そして、コンデンサ４４への充電を行いながら、計測期間で取得した検出結果を計測結果としてメモリに格納する（ステップＳ２１２）。続いて、制御部７０は、計測期間が終了してから所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２１３）。この所定時間は、コンデンサ４４への充電が十分に完了する長さに予め設定されている。その結果、制御部７０は、所定時間が経過していないと判定した場合（ステップＳ２１３：ＮＯ）、コンデンサ４４の充電が完了していない可能性があるため待機を継続する。一方、制御部７０は、所定時間が経過したと判定した場合（ステップＳ２１３：ＹＥＳ）、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値を通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍに設定し、一連の処理を終了する。

　上記構成により、本実施形態に係る超音波センサ２０（物体検知装置）は、第１実施形態に準ずる効果に加えて以下の効果を奏する。

　・本実施形態に係る超音波センサ２０では、電源回路４０からドライブ回路３０への電力供給後に、電流制限回路４６により、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの電流値を通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍに低下させている。そのため、本実施形態に係る超音波センサ２０では、コンデンサ４４への充電を待たずに、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間で通信できる。

　・超音波センサ２０では、計測期間終了後には、計測結果を制御部７０が備えるメモリに格納する期間を設ける必要がある。そしてこの期間には、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間で通信が行われない。本実施形態に係る超音波センサ２０では、この通信を行わない期間を利用して、コンデンサ４４への充電を行っている。そのため、超音波センサ２０では、制御周期の長さを短縮できる。これにより、本実施形態に係る超音波センサ２０では、短い間隔で物体の検知が可能となるため、物体の検出精度を向上させられる。

　＜第４実施形態＞
　本実施形態では、超音波センサ２０が備える電源回路４０の構成の一部が第３実施形態と異なっており、それに伴い、制御部７０が行う処理の一部も第３実施形態と異なっている。図１１は、本実施形態に係る超音波センサ２０の回路図である。電源回路４０は、通信線１４の正極側配線１４ａに設けられた第１抵抗４１と、第１抵抗４１にスイッチ４３を介して並列接続される第２抵抗４２とを備える。つまり、第１抵抗４１には、第２抵抗４２とスイッチ４３との直列接続体が並列接続されている。また、電源回路４０は、電流の上限値を可変に設定する電流制限回路４６を備え、当該電流制限回路４６には、第１抵抗４１に直列接続されている。電流制限回路４６における電流の上限値は、制御部７０からの制御指令により設定される。スイッチ４３の開閉状態は、制御部７０からの制御指令により切り替えられる。具体的には、スイッチ４３をＯＮとすることで、第１抵抗４１と第２抵抗４２とが並列接続状態となる。また、電源回路４０には、ドライブ回路３０との接続側に、コンデンサ４４が並列接続される。

　図１２は、本実施形態に係る超音波センサ２０において、電源回路４０からドライブ回路３０へ電力を供給する際のタイムチャートである。図１２では、本実施形態に係る制御を行った場合の充電電流Ｉ＿ｃｈｒが実線で示されている。一方、図１２では、本実施形態に係る制御を行わない場合の充電電流Ｉ＿ｃｈｒが破線で示されている。図１２に示すように、本実施形態に係る制御開始時には、電流制限回路４６における充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値は通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍに設定されている。時刻ｔ１では、電源回路４０からドライブ回路３０への電力供給が開始され、充電電流Ｉ＿ｃｈｒを増加するために、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値を供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに設定する。このとき、電源回路４０では、時間の経過と共にコンデンサ４４に蓄積された電荷が減少し、充電電流Ｉ＿ｃｈｒが上昇する。そして、時刻ｔ２において充電電流Ｉ＿ｃｈｒの値は、供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに到達する。その後、電源回路４０では、ドライブ回路３０への電力供給が終了する時刻ｔ３まで、供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに従った電力供給が継続される。

　このように、電流制限回路４６を用いて、ドライブ回路３０への電力供給後の充電電流Ｉ＿ｃｈｒを制限する制御を行う場合には、通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍの設定によっては制御周期の間にコンデンサ４４への充電が完了しない場合もある。そのため、電源回路４０の制御には、コンデンサ４４へ充電を行う期間を設ける必要がある。この期間は、第３実施形態と同様に、計測結果をメモリに格納する期間（ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間で通信を行わない期間）である。よって、本実施形態に係る時刻ｔ５では、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの上限値を供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍに設定する。充電電流Ｉ＿ｃｈｒは漸増した後、コンデンサ４４への充電に伴い漸減する。このとき、時刻ｔ６では、スイッチ４３をＯＮとし、第１抵抗４１と第２抵抗４２とを並列接続状態とすることで、コンデンサ４４への充電速度を速める。これにより、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの値が通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍ以下となる時間を早められる。そして、時刻ｔ７において充電が完了すれば、充電電流Ｉ＿ｃｈｒはゼロとなる。

　なお、電源回路４０では、第２抵抗４２及びスイッチ４３の直列接続体を第１抵抗４１に並列接続する代わりに、第２実施形態のように、可変抵抗を設けるようにしてもよい。

　上記構成により、本実施形態に係る超音波センサ２０（物体検知装置）は、第３実施形態に準ずる効果に加えて以下の効果を奏する。

　・本実施形態に係る超音波センサ２０では、コンデンサ４４の充電期間において、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの減衰中にスイッチ４３をＯＮとし、充電期間を短縮している。これにより、本実施形態に係る超音波センサ２０では、制御周期における、ＥＣＵ１０との間の通信ができない期間を短縮できる。

　＜変形例＞
　・上記実施形態では、物体検知システム１が、ＥＣＵ１０（制御装置）と、複数の超音波センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ（物体検知装置）とを備える構成としたが、この限りでない。他の構成としては、例えば、ＥＣＵ１０と、１個の超音波センサ２０とを備える構成であってもよい。

　・上記第１及び第３実施形態では、物体検知システム１が備える複数の超音波センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃそれぞれにおいて、コンデンサ４４の充電期間を共通としたが、この限りでない。コンデンサ４４の充電期間を異なるものとしてもよい。また、上記第１及び第３実施形態では、複数の超音波センサ２０ａ，２０ｂ，２０ｃそれぞれにおいて、受信感度を同じとしたが、この限りでない。受信感度を異なるものとしてもよい。

　・上記第１及び第３実施形態では、超音波センサ２０が反射波の受信待機中に、前回の制御周期の計測結果をＥＣＵ１０へ送信する構成としたが、この限りでない。他の構成としては、例えば、超音波センサ２０が受信待機期間終了後に、計測結果をＥＣＵ１０へ送信する構成であってもよい。この場合には、送信する計測結果は、前回の制御周期の結果であってもよいが、今回の制御周期で取得した結果であってもよい。

　・上記実施形態では、超音波センサ２０，２０ａ，２０ｂそれぞれにおける充電電流Ｉ＿ｃｈｒに対して、供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍ及び通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍを設ける構成としたが、この限りでない。他の構成としては、例えば、超音波センサ２０，２０ａ，２０ｂそれぞれにおける、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの値と駆動電流Ｉ＿ｏｐｒの値との合算値である供給電流Ｉ＿ｂｕｓに対して、供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍ及び通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍを設ける構成であってもよい。この場合には、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの値及び駆動電流Ｉ＿ｏｐｒの値を監視して、その合算値が、供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍや通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍよりも大きくならないように制御してもよい。

　・上記第３及び第４実施形態では、充電電流Ｉ＿ｃｈｒに対して供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍを設ける構成としたが、この限りでない。充電電流Ｉ＿ｃｈｒには、供給上限値Ｉｂ＿ｌｉｍを設けなくてもよい。

　・上記第１実施形態では、ドライブ回路３０への電力供給後に、抵抗値を小さくすることで充電電流Ｉ＿ｃｈｒを大きくし、コンデンサ４４の充電期間を短縮する構成としたが、この限りでない。他の構成としては、例えば、ドライブ回路３０への電力供給後に、抵抗値を大きくし、上記第３及び第４実施形態のように、充電電流Ｉ＿ｃｈｒの値が通信上限値Ｉｃ＿ｌｉｍ以下となるようにしてもよい。この場合には、ＥＣＵ１０と超音波センサ２０との間の通信終了後に、抵抗値を小さくしてコンデンサ４４への充電を行う期間を設ければよい。

　・上記実施形態では、超音波センサ２０により、物体との距離を計測するシステムへの適用について説明を行ったが、この限りでない。上記実施形態において説明を行った技術については、例えば、所定の距離以内における物体の存在を検知するシステムに適用してもよい。

　・上記実施形態では、超音波センサ２０を備える物体検知システム１を車両等の移動体に搭載する構成について説明を行ったが、この限りでない。上記実施形態に係る物体検知システム１の搭載対象は移動体に限らない。物体検知システム１は、例えば静止物等に搭載し、その静止物の周囲に存在する物体との距離を検知してもよい。

　１０…ＥＣＵ、１４…通信線、２０…超音波センサ、３０…ドライブ回路、４１…第１抵抗、４２…第２抵抗、４４…コンデンサ、４５…可変抵抗、４６…電流制限回路。

Claims

　制御装置（１０）と通信線（１４）を介して接続され、前記通信線を介して電力供給が行われ、且つ前記通信線を流れる電流に信号を重畳させて情報の伝達を行う物体検知システム（１）に適用され、所定の制御周期で圧電振動子を駆動して探査波を送信し、物体により反射された反射波を受信する物体検知装置（２０）であって、
　前記圧電振動子を駆動するドライブ回路（３０）に並列接続されたコンデンサ（４４）と、
　前記ドライブ回路への電力供給終了後の前記通信線の電流値を制御する電流制御部（７０）と、を備える、物体検知装置。
　前記電流制御部は、前記ドライブ回路への電力供給が終了した以降に、電力供給時よりも前記通信線の電流値を大きくする、請求項１に記載の物体検知装置。
　前記通信線の電流値には、前記制御装置との間で前記情報の伝達が可能な値である通信上限値が定められており、
　前記電流制御部は、前記ドライブ回路への電力供給が終了した以降に、前記通信線の電流値を前記通信上限値以下に設定する、請求項１に記載の物体検知装置。
　前記探査波の送信後に、前記反射波を受信するために所定期間の間、受信待機し、
　前記電流制御部は、前記所定期間経過後であり且つ次の制御周期前に、前記通信線の電流値を前記通信上限値よりも大きい値に設定する期間である充電期間を設ける、請求項３に記載の物体検知装置。
　前記所定期間に、前記制御装置との間で前記情報の伝達を行う、請求項４に記載の物体検知装置。
　前記制御装置は、前記通信線を介して、当該物体検知装置へ電力を供給する電源供給部（１２）を備え、
　前記電源供給部には、供給可能な電力の上限として、供給上限値が定められており、
　前記電流制御部は、前記通信線の電流値を前記供給上限値以下に設定する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の物体検知装置。
　前記電流制御部は、抵抗値が可変である抵抗（４５）を備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の物体検知装置。
　前記電流制御部は、前記通信線の電流値を可変に設定する電流制限回路（４６）を備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の物体検知装置。
　前記電流制御部は、前記電流制限回路に直列接続された、抵抗値が可変である抵抗をさらに備える、請求項８に記載の物体検知装置。
　請求項１乃至９のいずれか１項に記載の１又は複数の物体検知装置と、
　前記制御装置と、
　前記制御装置と前記物体検知装置とを通信可能に接続する前記通信線と、を備え、
　前記物体検知装置において取得された前記情報を、前記ドライブ回路への電力供給後から次の制御周期までの間に、前記通信線を介して前記制御装置に送信する、物体検知システム。