(57)【要約】【課題】同様の測距方式を採用する測距装置が周辺に存在する場合でも、正しい距離測定を行う。【解決手段】測距装置１は、投波器４０と、受波器５０と、制御装置１０とを備える。投波器４０は、測定波を射出する。受波器５０は、測定波が測定対象に反射して得られる反射波を受信可能に構成される。制御装置１０は、送信信号を生成し、投波器４０を制御して送信信号に基づく測定波を射出させ、反射波に基づく受信信号を受波器４０から取得し、送信信号及び受信信号に基づいて測定対象までの距離の算出を行う。制御装置１０は、ランダムに決定されたタイミングで、前記測定波を射出するように、送信信号を生成する。制御装置１０は、投波器４０が測定波の射出を行っていないとき受波器５０から受信されるノイズの大きさに基づいて、投波器４０に測定波を射出させる態様を変化させる。【選択図】図２
2020190573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定波を射出する投波器と、
前記測定波が測定対象に反射して得られる反射波を受信可能に構成された受波器と、
送信信号を生成し、前記投波器を制御して前記送信信号に基づく前記測定波を射出させ、前記反射波に基づく受信信号を前記受波器から取得し、前記送信信号及び前記受信信号に基づいて前記測定対象までの距離の算出を行う制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、ランダムに決定されたタイミングで前記測定波を射出するように、前記送信信号を生成し、
前記制御装置は、前記投波器が前記測定波の射出を行っていないとき前記受波器から受信されるノイズの大きさに基づいて、前記投波器に前記測定波を射出させる態様を変化させる、測距装置。
【請求項２】
上記請求項１記載の測距装置を備えた車両。
【請求項３】
ランダムにタイミングを決定し、
前記タイミングで、測定波を射出させるように送信信号を生成し、
前記測定波が測定対象に反射して得られる反射波に基づく受信信号を取得し、
前記送信信号及び前記受信信号に基づいて前記測定対象までの距離の算出を行う
測定方法において、
前記測定波の射出を行っていないとき受波器から受信されるノイズの大きさに基づいて
、投波器に前記測定波を射出させる態様を変化させる、
測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測距装置、測距方法及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、測距装置において、測定対象に対して信号を送信するデバイスとして、超音波デバイス、ミリ波デバイス、又は赤外光デバイス等が知られている。測距方式として、パルス方式、又は、位相差方式等が知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０６−０５９０３８号公報
【特許文献２】特開２０００−１３７０７６号公報
【特許文献３】特開２００７−２５６０９５号公報
【特許文献４】特開２００２−  ９０４４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の測距方式を採用した測距装置によれば、近赤外光、ミリ波等の測定波を射出し、測定対象によって反射された反射波を受けて距離測定を行う。しかし、同様の測距方式を採用する測距装置が周辺に存在する場合、他装置の測定波と自装置の測定波の反射波との区別がつかず、正しい測距ができなくなることが懸念される。例えば、車両等に搭載された場合、対向車も同じ方式の測距装置を搭載している可能性がある。その場合、互いの測定波が干渉すると、距離測定が妨げられうる。
【０００５】
これらの点に着目してなされた本発明の目的は、同様の測距方式を採用する測距装置が周辺に存在する場合でも、正しい距離測定を行うことが可能な測距装置、車両及び測距方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一実施形態に係る測距装置は、投波器と、受波器と、制御装置とを備える。前記投波器は、測定波を射出する。前記受波器は、前記測定波が測定対象に反射して得られる反射波を受信可能に構成される。前記制御装置は、送信信号を生成し、前記投波器を制御して前記送信信号に基づく前記測定波を射出させ、前記反射波に基づく受信信号を前記受波器から取得し、前記送信信号及び前記受信信号に基づいて前記測定対象までの距離の算出を行う。前記制御装置は、ランダムに決定されたタイミングで前記測定波を射出するように、前記送信信号を生成し、前記制御装置は、前記投波器が前記測定波の射出を行っていないとき前記受波器から受信されるノイズの大きさに基づいて、前記投波器に前記測定波を射出させる態様を変化させる。
【０００７】
本開示の一実施形態に係る車両は、上記測距装置を備える。
【０００８】
本開示の一実施形態に係る測距方法は、ランダムにタイミングを決定し、前記タイミングで、測定波を射出させるように送信信号を生成し、前記測定波が測定対象に反射して得られる反射波に基づく受信信号を取得し、前記送信信号及び前記受信信号に基づいて前記測定対象までの距離の算出を行う。前記測定方法は、前記測定波の射出を行っていないとき受波器から受信されるノイズの大きさに基づいて、投波器に前記測定波を射出させる態様を変化させる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態によれば、同様の測距方式を採用する測距装置が周辺に存在する場合でも、正しい距離測定を行うことが可能な測距装置、車両及び測距方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る測距装置を備える車両の例を示す図である。
【図２】一実施形態に係る測距装置の概略構成例を示す機能ブロック図である。
【図３】位相差方式による測距を実行する構成例を示す機能ブロック図である。
【図４】信号送信パターンの一例を示す図である。
【図５】チャープ信号の一例を示す図である。
【図６】ビート信号の一例を示す図である。
【図７】周波数スペクトルの一例を示す図である。
【図８】ＦＭＣＷ方式による測距手順の例を示すフローチャートである。
【図９】複数の測定対象がある場合の測距手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】ノッチフィルタ処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】第１の差周波信号の周波数スペクトルの一例を示す図である。
【図１２】仮信号の周波数スペクトルの一例を示す図である。
【図１３】従来技術に基づく測距装置どうしを用いた場合に、測定波の干渉が生じる例を説明する図である。
【図１４】一実施形態に係る対向車の送信フレームと自車両の送信フレームとのタイミングの一例を示すタイミングチャートである。
【図１５】測定装置の信号送信パターンの生成を説明するタイミングチャートである。
【図１６】信号送信パターン生成手順の一例を示すフロー図である。
【図１７】投波器が複数のときの信号送信パターンの一例を示すタイミングチャートである。
【図１８】第１車両、第２車両、及び第３車両の上面視における模式図である。
【図１９】図１８に示す投波器及び受波器の模式図であり、図１９（ａ）は投波器を鉛直上方から見た図であり、図１９（ｂ）は受波器を鉛直上方から見た図であり、図１９（ｃ）は投波器を側方から見た図であり、図１９（ｄ）は受波器を側方から見た図である。
【図２０】各投波器群による測定波の射出のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図２１】各投波器による測定波の射出のタイミングを示すタイミングチャートである。
【図２２】複数の投光器がある場合の測距手順の例を示すフローチャートである。
【図２３】パルス方式による測距を実行する構成例を示す機能ブロック図である。
【図２４】パルス圧縮方式による測距手順の例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に示されるように、一実施形態に係る測距装置１は、車両２に搭載されうる。測距装置１は、制御装置１０と、投波器４０と、受波器５０と、記憶装置６０とを備える。
【００１２】
図２に示されるように、測距装置１は、制御装置１０と、投波器４０−１〜４０−Ｎと、受波器５０−１〜５０−Ｍと、記憶装置６０とを備える。投波器４０−１〜４０−Ｎは、投波器４０ともいう。受波器５０−１〜５０−Ｍは、受波器５０ともいう。制御装置１０は、投波器４０を１個備えてよいし、２個以上備えてよい。制御装置１０は、受波器５０を１個備えてよいし、２個以上備えてよい。投波器４０の数と受波器５０の数とは、同じであってよいし、異なってよい。
【００１３】
制御装置１０は、投波器４０、受波器５０及び記憶装置６０それぞれに、電気的に接続される。制御装置１０は、投波器４０に、送信信号を出力する。投波器４０は、送信信号に基づく測定波を対象空間に対して送信する。対象空間に測定対象が存在すると、測定波は、当該測定対象で反射する。制御装置１０は、受波器５０から、測定対象で反射された反射波に基づく受信信号を取得する。制御装置１０は、送信信号と受信信号とに基づいて、測定対象までの距離を算出する。本開示において、測定対象は、対象空間に存在する物体を指す。測定対象は、対象空間に存在しない場合がある。測定対象を含む記載は、対象空間に物体が存在するときの記載である。
【００１４】
制御装置１０は、例えばプロセッサとして構成される。制御装置１０は、１以上のプロセッサを含んでよい。プロセッサは、特定のプログラムを読み込ませて特定の機能を実行する汎用のプロセッサ、及び特定の処理に特化した専用のプロセッサを含んでよい。専用のプロセッサは、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）を含んでよい。プロセッサは、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）を含んでよい。ＰＬＤは、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を含んでよい。制御装置１０は、１つ又は複数のプロセッサが協働するＳｏＣ（System-on-a-Chip）、及びＳｉＰ（System In a Package）のいずれかであってよい。制御装置１０は、記憶装置６０に、各種情報、又は測距装置１の各構成部を動作させるためのプログラム等を格納してよい。
【００１５】
記憶装置６０は、例えば半導体メモリ等で構成されてよい。記憶装置６０は、制御装置１０のワークメモリとして機能してよい。
【００１６】
投波器４０は、入力された信号に基づいて、強度を制御した測定波を射出する。測定波は、光、電磁波又は超音波等を含みうる。投波器４０から射出される測定波は、所定の波長を有する搬送波を送信信号に基づき振幅変調して得られる。測定波は、対象空間に向けて送信され、測定対象で反射される。測定対象で反射された測定波は、反射波ともいう。反射波は、光、電磁波又は超音波等を含みうる。
【００１７】
投波器４０は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）又はＬＤ（Laser Diode）等の発光素子を備えてよい。発光素子は、所定の波長を有する光を射出してよい。投波器４０は、複数の発光素子を備えてよい。複数の発光素子は、それぞれ異なる波長の光を射出してよい。発光素子は、例えば、近赤外光を含む赤外光を射出してよい。発光素子は、赤外光に限られず、他の波長の光を射出してよい。投波器４０は、発光素子を備える場合、投光器ともいう。投波器４０は、例えばアンテナ等を含む電磁波を発する発生素子を備えてよい。電磁波の発生素子は、所定の波長の電磁波を射出してよい。投波器４０は、超音波を発する発生素子を備えてよい。超音波の発生素子は、所定の波長の超音波を射出してよい。
【００１８】
受波器５０は、入射した反射波の強度に応じた電圧又は電流を出力する。受波器５０が出力する電圧又は電流によって生成される信号は、受信信号ともいう。反射波が受波器５０に入射した場合、受信信号は、測定対象までの距離に係る情報を含む。
【００１９】
受波器５０は、例えばＰＤ（Photo Diode）又はＰＴ（Photo Transister）等の受光素子を備えてよい。受光素子は、所定の波長を有する光を受光した場合に、光の強度に応じた電圧又は電流を出力してよい。受光素子は、複数の受光素子を備えてよい。複数の受光素子は、それぞれ異なる波長の光を受光した場合に、光の強度に応じた電圧又は電流を出力してよい。受波器５０は、受光素子を備える場合、受光器ともいう。受波器５０は、例えばアンテナ等を含む電磁波を受信する受信素子を備えてよい。受波器５０は、例えばマイク等を含む超音波を受信する受信素子を備えてよい。
【００２０】
測距装置１は、位相差方式又はパルス方式等の種々の方式によって、測定対象までの距離を測定しうる。
【００２１】
［１．位相差方式］
位相差方式は、対象空間に対して送信した信号と、測定対象から受信した信号との周波数の差に基づく方式である。測距装置１が位相差方式で測距を行う場合、測距装置１は、例えば、対象空間に対して周波数変調した信号を送信する。測距装置１は、測定対象で反射された信号を受信する。測距装置１は、送信した信号の周波数変調パターンと、送信した信号及び受信した信号の間の周波数の差とに基づいて、測定対象までの距離を算出しうる。
【００２２】
位相差方式は、例えば、２周波ＣＷ（Continuous Wave）方式、又は、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式等を含む。以下、測距装置１がＦＭＣＷ方式で測距を行う場合について説明する。
【００２３】
＜１．１  機能ブロック＞
図３に示されるように、制御装置１０は、パターン生成部１１と、クロック生成部１２と、信号生成部１３と、タイミング信号生成部１４とを備える。制御装置１０は、情報取得部１５と、距離算出部１６と、Ｒ信号乗算器１７Ｒと、Ｉ信号乗算器１７Ｉとを備える。制御装置１０は、複素変換部２１と、ＬＰＦ（Low Pass Filter）部２２と、ノッチフィルタ部２３と、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）部２４と、ピーク検出部２５とを備える。制御装置１０は、Ｄ−Ａ変換器２６と、Ａ−Ｄ変換器２７と、投波器ドライバ４１と、ゲイン調整器５２とを備える。制御装置１０の各構成部の機能は、１つのプロセッサで実行されてよい。制御装置１０の各構成部の機能は、複数のプロセッサで適宜分散して実行されてよい。制御装置１０は、投波器４０に接続される。制御装置１０は、例えば、投波器ドライバ４１を介して、投波器４０に接続される。制御装置１０は、受波器５０に接続される。制御装置１０は、例えば、ゲイン調整器５２を介して、受波器５０に接続される。制御装置１０は、記憶装置６０に接続される。制御装置１０の各構成部は、適宜記憶装置６０に接続される。
【００２４】
パターン生成部１１は、投波器４０から送信信号を送信するパターンを生成する。送信信号を送信するパターンは、信号送信パターンともいう。パターン生成部１１は、生成した信号送信パターンを記憶装置６０に格納する。信号送信パターンは、所定の期間内に設けられる複数の区間において、どの区間で信号を送信するかを示す。複数の区間のそれぞれは、フレームともいう。信号送信パターンは、例えば図４に示されるように、フレーム番号に対応づけられるフレームの系列を含む。実線で示される矩形は、信号を送信するフレームを示す。破線で示される矩形は、信号を送信しないフレームを示す。信号を送信するフレームは、送信フレームともいう。信号を送信しないフレームは、非送信フレームともいう。図４に示される例において、フレーム番号１、４及びＭに対応づけられるフレームにおいて、信号が送信される。フレームは、所定の間隔で設定される時刻に対応づけられてよい。フレームの長さは、所定の時間であってよい。各フレームは、所定の期間内で連続して設けられてよい。各フレームは、所定の期間内で離散的に設けられてよい。各フレームは、所定の間隔をあけて設けられてよい。
【００２５】
パターン生成部１１は、ランダム関数から得られる系列に基づいて、信号送信パターンを生成してよい。ランダム関数は、例えば疑似ノイズパターンであってよい。疑似ノイズパターンは、ＰＮ（Pseude Noise）パターンともいう。ランダム関数は、ＰＮパターンに限られない。ランダム関数は、乱数の系列を発生する種々の関数、配列又はパターンであってよい。
【００２６】
パターン生成部１１は、ランダム関数に限られず、他の情報に基づいて信号送信パターンを生成してよい。パターン生成部１１は、所定のパターン列に基づいて信号送信パターンを生成してよい。パターン生成部１１は、所定の関数に基づいて信号送信パターンを生成してよい。
【００２７】
クロック生成部１２は、制御装置１０の各構成部の動作の基準となるクロック信号を生成する。クロック信号は、例えば一定の周期を有する方形波である。クロック生成部１２は、信号生成部１３と、タイミング信号生成部１４とに接続される。クロック生成部１２は、制御装置１０の他の構成部に接続されてよい。
【００２８】
タイミング信号生成部１４は、タイミング信号を生成する。タイミング信号は、記憶装置６０に格納された信号送信パターンに対応するタイミングを示す信号である。タイミング信号生成部１４は、例えば図４に示される信号送信パターンに基づいて、フレーム番号が１、４及びＭであるフレームに対応する時刻に信号を発生する。タイミング信号は、例えばパルスであってよい。
【００２９】
情報取得部１５は、外部からの情報を取得する。情報取得部１５は、取得した情報を記憶装置６０に格納する。情報取得部１５は、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信器からクロックを取得してよい。情報取得部１５は、ＧＰＳ受信器から、１ＰＰＳ（Pulse Per Second）信号を取得してよい。情報取得部１５は、ＧＰＳ受信器から位置情報又は方位情報を取得してよい。情報取得部１５は、カーナビゲーションシステムから位置情報又は方位情報を取得してよい。情報取得部１５は、ジャイロセンサから方位情報を取得してよい。情報取得部１５は、外部のサーバから周囲の状態に係る情報等の種々の情報を取得してよい。
【００３０】
信号生成部１３は、送信信号を生成する。送信信号は、例えば図５に示されるようなチャープ信号であってよい。チャープ信号は、時間の経過とともに周波数が連続的に変化する信号である。周波数が連続的に変化する信号は、周波数変調連続波ともいう。チャープ信号の周波数の変化は、増加又は減少であってよい。チャープ信号の周波数の変化は、単調増加又は単調減少であってよい。チャープ信号の周波数の変化は、増加と減少とを組み合わせたものであってよい。チャープ信号の周波数は、周期的に変化してよい。送信信号は、周波数が変調された信号であってよい。送信信号は、実部と虚部とを含む複素信号であってよい。送信信号は、チャープ信号であり、且つ、複素信号である、複素チャープ信号であってよい。
【００３１】
信号生成部１３は、予め設定されたパターンに基づく周波数変化で、チャープ信号を生成してよい。信号生成部１３は、ランダム関数から得られる系列に基づく周波数変化で、チャープ信号を生成してよい。
【００３２】
信号生成部１３は、記憶装置６０に格納された信号送信パターンと、タイミング信号とに基づくタイミングで、送信信号を生成してよい。本実施形態では、信号生成部１３は、送信信号として、実部と虚部とを有する複素チャープ信号を生成すると仮定する。信号生成部１３は、複素チャープ信号に限られず、複素信号でないチャープ信号、又は、他の種類の信号を生成してよい。
【００３３】
複素チャープ信号の実部は、Ｒ（Real Part）信号ともいう。複素チャープ信号の虚部は、Ｉ（Imaginary Part）信号ともいう。Ｒ信号は、信号生成部１３から、Ｄ−Ａ変換器２６及びＲ信号乗算器１７Ｒに送信信号として出力される。Ｉ信号は、信号生成部１３から、Ｉ信号乗算器１７Ｉに出力される。
【００３４】
Ｄ−Ａ変換器２６は、デジタル信号をアナログ信号に変換して、変換したアナログ信号を出力する。Ｄ−Ａ変換器２６は、デジタル信号として入力された送信信号をアナログ信号に変換して、投波器４０に出力する。
【００３５】
投波器ドライバ４１は、Ｄ−Ａ変換器２６から入力された送信信号を増幅し、投波器４０に対して出力する。投波器ドライバ４１は、送信信号をオフセットして、送信信号の瞬時値が０以上となるようにしてよい。
【００３６】
投波器４０は、投波器ドライバ４１から取得した送信信号に基づいて、測定波を射出する。投波器が近赤外線を含む光を射出する場合、発光素子の光は送信信号で振幅変調して射出されてよい。すなわち、測定波は周波数がチャープした信号で振幅変調された光となる。投波器４０がミリ波帯等の電磁波、超音波等を射出する場合、測定波は信号生成部１３で生成した送信信号と同様の波形を有することができる。すなわち、投波器４０は、測定波そのものの周波数をチャープさせることができる。受波器５０は、測定対象で反射された反射波を受信する。受波器５０は、反射波に基づく受信信号をゲイン調整器５２に出力する。
【００３７】
ゲイン調整器５２は、受波器５０から受信信号を取得する。ゲイン調整器５２は、送信信号の振幅に基づいて、受信信号にゲインをかけ、Ａ−Ｄ変換器２７に出力する。ゲイン調整器５２は、受信信号の振幅を送信信号の振幅に近づけてよい。ゲイン調整器５２は、受信信号の振幅を送信信号の振幅と同一のレベル又は略同一のレベルにしてよい。ゲイン調整器５２は、受信信号にかけたゲイン値を記憶装置６０に格納してよい。
【００３８】
Ａ−Ｄ変換器２７は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する。Ａ−Ｄ変換器２７は、アナログ信号として入力された受信信号をデジタル信号に変換して、複素変換部２１に出力する。Ａ−Ｄ変換器２７は、タイミング信号生成部１４に接続されてよい。Ａ−Ｄ変換器２７は、タイミング信号に応じたタイミングで動作してよい。このようにすることで、Ａ−Ｄ変換器２７での消費電力が低減されうる。Ａ−Ｄ変換器２７は、デジタル信号に変換した受信信号に係る情報を記憶装置６０に格納してよい。
【００３９】
複素変換部２１は、受信信号を複素変換する。受信信号は、Ｒ信号とＩ信号とを含む複素信号に変換される。複素変換部２１は、Ｒ信号とＩ信号とをそれぞれ、Ｒ信号乗算器１７ＲとＩ信号乗算器１７Ｉとに出力する。複素信号は、例えば、ヒルベルト変換によって生成されてよい。ヒルベルト変換は、信号に対して、正の周波数成分の位相をπ／２遅らせ、負の周波数成分の位相をπ／２早めるという操作を行う。複素信号は、直交変換等の他の方法によって生成されてよい。
【００４０】
複素信号は、Ａ−Ｄ変換器２７でデジタル信号に変換される前の、アナログ信号としての受信信号から、９０度位相差分波器によって生成されてよい。この場合、Ｒ信号とＩ信号とは、アナログ信号として生成され、それぞれＡ−Ｄ変換器２７でデジタル信号に変換される。
【００４１】
Ｒ信号乗算器１７Ｒは、信号生成部１３から入力されるＲ信号と、複素変換部２１から入力されるＲ信号とを乗算する。Ｉ信号乗算器１７Ｉは、信号生成部１３から入力されるＩ信号と、複素変換部２１から入力されるＩ信号とを乗算する。Ｒ信号乗算器１７Ｒ及びＩ信号乗算器１７Ｉは、単に乗算器１７ともいう。乗算器１７は、信号の乗算で得られた信号をＬＰＦ部２２に出力する。乗算器１７は、混合器ともいう。
【００４２】
互いに異なる周波数を有する２つの信号が乗算される場合、三角関数の積和の公式に基づいて、各信号の周波数の和を周波数とする信号と、各信号の周波数の差を周波数とする信号とが生成される。本実施形態では、周波数（ｆａ）を有する信号と、周波数（ｆｂ）を有する信号とが乗算されると仮定する。この場合、周波数（ｆａ＋ｆｂ）を有する信号と、周波数（ｆａ−ｆｂ）を有する信号とが生成される。周波数（ｆａ＋ｆｂ）の信号は、和周波信号ともいう。周波数（ｆａ−ｆｂ）の信号は、差周波信号ともいう。２つの信号が乗算されて得られる信号は、ビート信号ともいう。ビート信号は、比較的低周波数の差周波信号と、比較的高周波数の和周波信号とを含む。ビート信号は、例えば図６に示されるような波形で示される。
【００４３】
ＬＰＦ部２２は、ローパスフィルタを備える。ローパスフィルタは、例えば所定の周波数未満の信号を通過させ、所定の周波数以上の信号をカットする。本実施形態では、ＬＰＦ部２２は、和周波信号をカットし、差周波信号を通過させると仮定する。ＬＰＦ部２２は、ビート信号から和周波信号をカットして、差周波信号をノッチフィルタ部２３に出力する。ＬＰＦ部２２は、複素信号が入力される場合、入力された信号の実部及び虚部それぞれについてフィルタ処理を行う。
【００４４】
ノッチフィルタ部２３は、ノッチフィルタを備える。ノッチフィルタは、バンドストップフィルタともいう。ノッチフィルタは、信号から、狭帯域の周波数成分をカットする。ビート信号は、ＬＰＦ部２２からノッチフィルタ部２３に入力される。ノッチフィルタ部２３は、フィルタ処理する前にビート信号を記憶装置６０に格納してよい。ノッチフィルタ部２３は、記憶装置６０からビート信号を取得してよい。
【００４５】
ノッチフィルタ部２３は、カット対象となる周波数帯域に係る情報に基づいて、信号から所定の周波数成分をカットする。ノッチフィルタ部２３は、カット対象となる周波数帯域に係る情報を記憶装置６０から取得してよい。ノッチフィルタ部２３は、ビート信号から、所定の周波数成分をカットした信号をＦＦＴ部２４に出力する。ノッチフィルタ部２３は、複素信号が入力される場合、入力された信号の実部及び虚部それぞれについてフィルタ処理を行う。
【００４６】
ＦＦＴ部２４は、入力された信号を、フーリエ変換によって周波数解析する。ＦＦＴ部２４は、デジタル信号として入力された信号を、離散フーリエ変換又は高速フーリエ変換等によって周波数解析してよい。
【００４７】
ＦＦＴ部２４は、複素信号が入力される場合、フーリエ変換によって複素数のフーリエ係数を算出する。この場合、各周波数に対応するフーリエ係数の絶対値は、信号の振幅スペクトルを表す。各周波数に対応するフーリエ係数の偏角は、信号の位相スペクトルを表す。ＦＦＴ部２４は、実信号が入力される場合、フーリエ変換によって実数のフーリエ係数を算出する。この場合、各周波数に対応するフーリエ係数は、信号の振幅スペクトルを表す。
【００４８】
ＦＦＴ部２４は、フーリエ変換によって算出した信号の振幅スペクトルを、ピーク検出部２５に出力する。ＦＦＴ部２４は、信号の振幅スペクトルを記憶装置６０に格納してよい。ＦＦＴ部２４は、信号送信パターンに送信フレームが複数設定されている場合、他の送信フレームで得られた信号の振幅スペクトルを記憶装置６０から取得してよい。ＦＦＴ部２４は、各送信フレームで得られた信号の振幅スペクトルを積算して、記憶装置６０に格納してよい。振幅スペクトルを積算して得られるスペクトルは、積算振幅スペクトルともいう。
【００４９】
ピーク検出部２５は、信号の振幅スペクトルに基づいて、信号のピーク周波数を検出する。ピーク検出部２５は、信号の振幅スペクトルをＦＦＴ部２４から取得してよい。ピーク検出部２５は、信号の振幅スペクトルを記憶装置６０から取得してよい。例えば図７に示される振幅スペクトルで表される信号からは、ピーク周波数としてｆｐが検出されうる。図７において、横軸及び縦軸はそれぞれ、周波数及び振幅を示す。ピーク検出部２５は、検出したピーク周波数を記憶装置６０に格納してよい。ピーク検出部２５は、振幅が最大値となっている周波数をピーク周波数として検出してよい。ピーク検出部２５は、振幅が極大値となっている周波数のうち、最も低い周波数をピーク周波数として検出してよい。
【００５０】
ピーク検出部２５は、積算振幅スペクトルを記憶装置６０から取得してよい。ピーク検出部２５は、積算振幅スペクトルに基づいて、信号のピーク周波数を検出してよい。
【００５１】
距離算出部１６は、ピーク検出部２５で検出されたピーク周波数に基づいて、測定対象までの距離を算出する。距離算出部１６は、制御装置１０の内部における信号遅延を考慮して、測定対象までの距離を算出してよい。距離算出部１６は、ピーク周波数における振幅に基づいて、測定対象からの距離を算出してよい。ピーク周波数における振幅は、ピーク振幅ともいう。距離算出部１６は、ピーク振幅が所定の振幅以上である場合に、ピーク振幅に応じて、測定対象からの距離を算出してよい。距離算出部１６は、ピーク振幅が所定の振幅未満である場合に、測定対象からの距離を算出しないようにしてよい。このようにすることで、測定対象が誤って検出されにくくなる。距離算出部１６は、積算振幅スペクトルから検出されたピーク周波数に基づいて、測定対象までの距離を算出してよい。このようにすることで、測距結果が、受信信号に突発的に含まれうるノイズ成分の影響を受けにくくなる。
【００５２】
＜１．２  測距方法の例＞
測距装置１は、例えば図８に示されるフローチャートの処理を各構成部に実行させることによって、測定対象までの距離を測定する。図８では、測定波を光とした場合を例示している。
【００５３】
制御装置１０は、パターン生成部１１で、送信パターンを生成する（ステップＳ１）。パターン生成部１１は、送信パターンを記憶装置６０に格納する。ステップＳ１のより具体的な処理は、後述する図１６及び図２２に例示される。しかし、ステップＳ１の処理はこれらに限られない。
【００５４】
制御装置１０は、信号生成部１３で、送信信号を生成する（ステップＳ２）。本実施形態では、送信信号は、Ｒ信号とＩ信号とを有する複素チャープ信号であると仮定する。信号生成部１３は、タイミング信号生成部１４から入力されるタイミング信号で示されるタイミングで送信信号を出力する。Ｒ信号は、Ｄ−Ａ変換器２６と乗算器１７とに出力される。Ｒ信号は、Ｄ−Ａ変換器２６でアナログ信号に変換される。Ｉ信号は、乗算器１７に出力される。
【００５５】
投波器４０は、投波器ドライバ４１を介して入力される送信信号に応じて振幅変調した光を、対象空間に対して射出する（ステップＳ３）。
【００５６】
受波器５０は、測定対象で反射された光を受光する（ステップＳ４）。受波器５０は、受光した光の強度に応じた電圧又は電流の信号を受信信号として出力する。ゲイン調整器５２は、受信信号にゲインをかける。Ａ−Ｄ変換器２７は、タイミング信号生成部１４から入力されるタイミング信号で示されるタイミングで受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換してよい。複素変換部２１は、実数信号としての受信信号を、複素信号に変換する。
【００５７】
制御装置１０は、乗算器１７で、信号生成部１３から入力されるＲ信号及びＩ信号と、複素変換部２１から入力されるＲ信号及びＩ信号とをそれぞれ乗算して、ビート信号を生成する。制御装置１０は、ＬＰＦ部２２で、ビート信号のうち所定の周波数以下の信号成分を通過させ、差周波信号を生成する（ステップＳ５）。
【００５８】
制御装置１０は、ＦＦＴ部２４で、差周波信号をフーリエ変換して、周波数解析する（ステップＳ６）。ピーク検出部２５は、差周波信号の周波数スペクトルに基づいて、差周波信号のピーク周波数を検出する。ピーク検出部２５は、差周波信号のピーク周波数を記憶装置６０に格納する。
【００５９】
制御装置１０は、距離算出部１６で、差周波信号のピーク周波数に基づいて、測定対象からの距離を算出する（ステップＳ７）。制御装置１０は、図８のフローチャートの処理を終了する。
【００６０】
＜１．３  複数の測定対象がある場合＞
送信信号が複数の測定対象で反射される場合、差周波信号は、各測定対象からの距離に係る情報を含む。この場合、差周波信号の周波数スペクトルは、複数のピーク周波数を含みうる。本実施形態に係る測距装置１は、図９に示されるフローチャートの処理を各構成部に実行させることによって、各測定対象までの距離をそれぞれ算出しうる。
【００６１】
制御装置１０は、ＬＰＦ部２２から出力された差周波信号を記憶装置６０に格納する（ステップＳ１１）。ＬＰＦ部２２から出力された差周波信号は、第１の差周波信号ともいう。
【００６２】
制御装置１０は、ＦＦＴ部２４によって、第１の差周波信号をフーリエ変換する（ステップＳ１２）。フーリエ変換によって、第１の差周波信号の周波数スペクトルが算出される。
【００６３】
制御装置１０は、ピーク検出部２５によって、第１の差周波信号のピーク周波数を検出する（ステップＳ１３）。第１の差周波信号のピーク周波数は、第１の周波数ともいう。図１１に例示される周波数スペクトルにおいて、ｆ１が第１周波数として検出されうる。
【００６４】
制御装置１０は、ピーク振幅が所定の振幅以上であるか判定する（ステップＳ１４）。制御装置１０は、ピーク振幅が所定の振幅以上でない場合（ステップＳ１４：ＮＯ）、図９のフローチャートの処理を終了する。制御装置１０は、ピーク振幅が所定の振幅以上である場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、ノッチフィルタ処理を行う（ステップＳ１５）。
【００６５】
ノッチフィルタ処理は、図１０に示される手順で実行される。制御装置１０は、ピーク周波数に基づいて、ノッチフィルタ処理の対象とするカット帯域を決定する（ステップＳ１０１）。制御装置１０は、ピーク周波数を含むカット帯域を決定してよい。制御装置１０は、ピーク周波数を中心として所定の周波数の幅を有するカット帯域を決定してよい。
【００６６】
制御装置１０は、ノッチフィルタ部２３によって、第１の差周波信号に対して、カット帯域の周波数成分をカットするフィルタ処理を実行する（ステップＳ１０２）。第１の差周波信号からカット帯域の周波数成分をカットして得られた信号は、仮信号ともいう。
【００６７】
制御装置１０は、ＦＦＴ部２４によって、仮信号をフーリエ変換する（ステップＳ１０３）。フーリエ変換によって、仮信号の周波数スペクトルが算出される。
【００６８】
制御装置１０は、ピーク検出部２５によって、仮信号のピーク周波数を検出する（ステップＳ１０４）。制御装置１０は、第１の差周波信号のピーク周波数を検出した場合と同じ条件で、仮信号のピーク周波数を検出する。仮信号の周波数スペクトルが図１２に例示されるような周波数スペクトルである場合、ｆ２が仮信号のピーク周波数でありうる。
【００６９】
制御装置１０は、仮信号のピーク周波数が第１の差周波信号のピーク周波数から所定値以上変化したか判定する（ステップＳ１０５）。
【００７０】
制御装置１０は、仮信号のピーク周波数が第１の差周波信号のピーク周波数から所定値以上変化していない場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、カット帯域を変更する（ステップＳ１０６）。所定値は、適宜定められうる。制御装置１０は、カット帯域を低周波側又は高周波側にシフトさせてよい。制御装置１０は、カット帯域を広く又は狭くしてよい。制御装置１０は、ステップＳ１０２に戻る。
【００７１】
制御装置１０は、仮信号のピーク周波数が第１の差周波信号のピーク周波数から所定値以上変化した場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、仮信号を第２の差周波信号として、記憶装置６０に格納する（ステップＳ１０７）。
【００７２】
制御装置１０は、第１の周波数を記憶装置６０に格納する（ステップＳ１０８）。制御装置１０は、カット帯域を変更していない場合、第１の差周波信号のピーク周波数として得られた第１の周波数をそのまま記憶装置６０に格納する。制御装置１０は、カット帯域を変更した場合、変更したカット帯域に応じて第１の周波数を変更し、記憶装置６０に格納する。制御装置１０は、変更したカット帯域の中心の周波数を第１の周波数としてよい。制御装置１０は、図１０のフローチャートの処理を終了する。
【００７３】
図９のフローチャートに戻って、制御装置１０は、第２の差周波信号をフーリエ変換する（ステップＳ１２）。制御装置１０は、第２の差周波信号に対して、ステップＳ１２〜ステップＳ１５の処理を実行する。この場合、ステップＳ１５では、第２の差周波信号に対してノッチフィルタ処理が実行される。第２の差周波信号に対する処理によって、第３の差周波信号が生成されうる。第２の差周波信号に対する処理によって、第２の差周波信号のピーク周波数が第２の周波数として決定されうる。
【００７４】
図９のフローチャートの処理は、差周波信号の周波数スペクトルから検出されるピーク振幅が所定の振幅未満となるまで続けられる。このようにすることで、測定対象が複数存在しうる場合に、各測定対象までの距離を精度よく測定しうる。所定の振幅は、測定対象を誤って検出する可能性が高くなるピーク振幅として設定されてよい。
【００７５】
＜１．４  ランダム関数により信号送信パターンを生成する場合＞
複数の実施形態の１つにおいて、パターン生成部１１は、所定の長さの周期ごとに、ランダム関数に基づいて決定されるタイミングで測定波を射出させるように信号送信パターンを生成する。決定されるタイミングは、図４におけるフレームの信号を発生させる時刻に対応する。したがって、パターン生成部１１は、ランダム関数を用いて、使用するフレームのフレーム番号を選択しているともいえる。パターン生成部１１は、生成した信号送信パターンを記憶装置６０に記憶する。タイミング信号生成部１４は、この信号送信パターンに基づいてタイミング信号を生成する。さらに、信号生成部１３は、このタイミング信号に基づいて送信信号を生成する。したがって、ランダム関数に基づいて決定されるタイミングで、測定波を射出するように、送信信号が生成される。
【００７６】
パターン生成部１１は、ランダム関数のシードを、測距装置１に固有の値に基づいて生成することができる。ランダム関数のシードとは、ランダム関数の一連の疑似乱数系列における乱数を読み出す開始点である。装置固有の値には、装置の製造番号を含むことができる。また、パターン生成部１１は、ランダム関数のシードを、測距装置１が搭載された車両２に固有の値から生成することもできる。車両２に固有な値としては、車体番号、車両登録番号等を用いることができる。また、パターン生成部１１は、情報取得部１５を介して、車両２のＥＣＵ（Electronic Control Unit）、車両２に搭載されたＧＰＳ受信機等から、車両２の走行情報及び／又は車両２の位置情報等を取得してよい。パターン生成部１１は、これらの値の少なくとも一つに基づいてランダム関数のシードを生成してよい。車両２の走行情報は、車速、リバース（後退信号）、シフトポジション、エンジン回転数を含む。車両２の位置情報には、ＧＰＳ信号そのもの、緯度、経度、高度、方位等を含む。ランダム関数のシードには、上記の各値をそのまま使用してよい。又は、ランダム関数のシードは、上記の各値から算出してよい。
【００７７】
図１３に示すように、従来の方法による測距装置では、測距は固定のフレーム間隔ｔ０で行われる。仮に、対向車に同じ測距方式を採用する測距装置が搭載されている場合、対向車からの測定波が、自車の送信フレームと少なくとも部分的に重複して、自車の受波器５０により受信されうる。その場合、自車の受信すべき反射波と対向車からの測定波とが干渉しうる。本願において、干渉とは、受波器において、異なる測定装置からの測定波が、自装置が測定対象とする反射波と時間的に重なって、正常な測定が妨害されることを意味する。自車と対向車とが同じフレーム間隔ｔ０で測距を行っている場合、対向車からの複数の測定波が連続して干渉を生じる虞がある。その場合、測距装置１は、正常な測距ができなくなりうる。
【００７８】
複数の実施形態の１つに係る測距装置１では、図１４に示すように測定波がランダムに射出される。すなわち、投波器４０が、１周期（Ｔ）の間に、ランダム関数に基づいて決定された複数のフレームｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４で測定波を射出する。ここで、ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４はフレーム番号を表す。また、フレームｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４は、信号を送信する送信フレームである。測距装置１は、このパターンで測定波の射出を繰り返す。一例として、ＦＭＣＷ方式において、１フレームの長さ（Δｔ）を１００μｓ（マイクロ秒）、１周期（Ｔ）を１００ｍｓ（ミリ秒）とし、１周期（Ｔ）を１フレームの長さ（Δｔ）で分割すると、１０００回の測定波の送信機会がある。パターン生成部１１は、この１０００回の送信機会から、測定波を射出するために、ランダムに複数のタイミングを選択する。１周期の送信機会は１０００回に限られず、フレームの長さ（Δｔ）及び１周期（Ｔ）の長さを変えて、５０００回や１００００回等、種々の回数とすることが可能である。以下では、１周期（Ｔ）の中で測定に使用されるフレームを４つとして説明する。なお、１周期（Ｔ）の測定に使用されるフレームは４つに限られない。
【００７９】
自車及び対向車に搭載された測距装置１が、ともにランダムなタイミングで測定を行う場合、図１４に示すように、互いの測定波は連続的に干渉し難くなる。仮に、１周期（Ｔ）の間に１フレームの測定波が干渉を生じたとしても、他のフレームは干渉を生じない可能性が高くなる。図１４に示すように、１周期（Ｔ）に４つの測定フレームがある場合、仮に、１つのフレームが干渉を生じても、他の３つのフレームでの測定が可能となる。これにより、連続的に測距が不能になることを防止しうる。
【００８０】
さらに、パターン生成部１１は、投波器４０が測定波の射出を行っていないとき、ランダム関数で決定されたタイミングで受波器５０から受信されるノイズの大きさに基づいて、投波器４０に測定波を射出させる態様を変化させることができる。投波器４０が測定波の射出を行っていないときとは、測距装置１の起動時、及び、測距装置１の稼働中に定期的に設ける測距を行わない期間等を含む。投波器４０が測定波の射出を行っていないときとは、測距装置１が測距を行っていないときということができる。ランダム関数で決定されたタイミングとは、１周期の中で、測距時において測距が行われる予定のタイミングである。測距を行う予定のタイミングの組合せを送信予定パターンとよぶ。また、ランダム関数で決定されたタイミングは、測距時において測定を行う予定の各送信フレームに対応する。このフレームを送信予定フレームとよぶ。
【００８１】
測距を行っていないとき、受波器５０で受信したノイズは、ゲイン調整器５２を介してＡ−Ｄ変換器２７でデジタル信号に変換され、時間情報とともに記憶装置６０に一時的に記憶される。測距装置１が測距を行っていないとき、ゲイン調整器５２はノイズを増幅しなくてもよく、所定の倍率でのみ増幅してよい。ゲイン調整器５２は、ノイズのゲイン調整をしてもよい。この場合、パターン生成部１１は、ゲイン調整器５２から記憶装置６０に出力されるゲインの値を反映して、以下に説明する閾値との比較を行う。パターン生成部１１は、記憶装置６０に記憶された、ノイズの強度とその発生時間を取得できる。したがって、パターン生成部１１は、各送信予定フレームに対するノイズの大きさを識別できる。
【００８２】
測定波を射出させる態様を変化させるとは、測距が行われる予定の複数のタイミングに、他のタイミングを追加することを含む。すなわち、パターン生成部１１は、ランダム関数で決定されたタイミングに対応する各フレームで受信されるノイズが、所定の閾値を上回る場合、ランダム関数で設定された複数の送信予定フレームに加え、送信予定フレームとして他のフレームを加える。所定の閾値は、例えば、測距を行う際の測定波の反射波を検出することが可能か否かに基づいて決定される値である。
【００８３】
図１５に具体例を示す。１周期の間に４つの送信予定フレームｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４あると仮定する。ここで、ｎ１〜ｎ４は、図４を用いて説明したフレーム番号である。パターン生成部１１は、受信したノイズの中に送信予定フレームと干渉するものがある場合、送信予定フレーム数を増加させる。図１５の例では、フレームｎ２及びｎ３が受信ノイズと干渉する。したがって、パターン生成部１１は、上述のランダム関数とは別のランダム関数を用いて、或いは、同じランダム関数に対して別のシードを用いて、さらに２つのフレームｎ５，ｎ６を選択して追加する。フレームｎ５，ｎ６の選定には、他の手段を用いてよい。これによって、フレームｎ１〜ｎ６で測距を行い、フレームｎ２，フレームｎ３で測距ができなくても、４つのフレームｎ１，ｎ４，ｎ５，ｎ６で正しい測距が可能になる。
【００８４】
測距可能なフレームを所定数に揃えることは、正確な測距を行うために有用である。例えば、図８のステップＳ６において、ピーク検出部２５は、１周期中に所定数の送信フレームで得られた信号の振幅スペクトルを積算した積算振幅スペクトルから、信号のピーク周波数を検出しうる。この場合、測距を継続的に安定して行うためには、所定数の測定可能な送信フレームが必要となる。あるいは、図８のステップＳ６において、ピーク検出部２５は差周波信号のピークが所定の閾値を超えた場合に、距離の算出を行う対象とすることができる。ピーク検出部２５は、１周期の所定数のフレームに渡り測距が可能だった場合に、測定された距離の平均値をとるなどの処置を行い、距離を算出するようにしてよい。このような場合も、測距が可能なフレームを所定数に維持することにより、正確な測距を継続して行うことが期待できる。
【００８５】
また、測定波を射出させる態様を変化させるとは、投波器４０の射出する測定波の周波数を追加又は切換えさせることを含む。この場合、投波器４０は、投光器とし、互いに異なる波長の光を射出可能な複数の発光素子を備えてよい。また、受波器５０は、投波器４０の発光素子の波長に対応して、反射波を複数の波長に分解して波長ごとに検出可能とすることができる。さらに、パターン生成部１１が生成する信号送信パターンには、使用する発光素子情報を含む。受波器５０は、測距装置１が測距を行わないとき、受波器５０から取得したノイズを投波器４０の発光素子の波長ごとに分解して、その大きさを記憶装置６０に記憶する。ランダム関数で決定された各送信予定フレームで受信されるノイズが、所定の閾値を上回る場合、パターン生成部１１は、測定波を発する発光素子を、投波器４０が有する異なる波長のものに切り替えてよい。あるいは、パターン生成部１１は、異なる波長の発光素子を追加して発光させてよい。
【００８６】
次に、図１６を用いて、一実施形態に係るパターン生成部１１によるランダム関数を用いた送信パターン生成処理を説明する。図１６のフロー図は、図８のフロー図のステップＳ１の処理に相当する。また、本送信パターン生成処理は、パルス方式の測距装置に適用してよい。その場合、図１６のフロー図は、後述する図２２のフロー図のステップＳ１１の処理に相当する。
【００８７】
ステップＳ２０１において、パターン生成部１１は、ランダム関数を用いて測距を行う複数のタイミングを送信予定パターンとして生成する。言い換えれば、パターン生成部１１は、送信予定フレームのパターンを、ランダムな時間間隔となるように生成する（ステップＳ２０１）。
【００８８】
次に、測距を行っていないとき、受波器５０が、ノイズを受信しノイズの大きさを時間とともに記憶装置６０に記憶する。パターン生成部１１は、記憶装置６０に記憶されたノイズの大きさと時間とから、送信予定フレームで他装置との間で干渉が生じるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。
【００８９】
パターン生成部１１は、送信予定フレームで検出されたノイズが、所定の閾値より高い場合、ステップＳ２０４の処理に進む。また、ノイズが所定の閾値よりも高くはない場合、ステップＳ２０５の処理に進む（ステップＳ２０３）。
【００９０】
ノイズの大きさが、所定の閾値より高い場合、パターン生成部１１は、ステップＳ２０１で選択した複数の送信予定フレームに加え、送信予定フレームとして他のタイミングのフレームを追加する（ステップＳ２０４）。他のタイミングは、ランダム関数により生成されてよい。また、代替的に又は付加的に、パターン生成部１１は、測定波の波長を切り替え、又は、異なる波長の測定波を追加してよい。
【００９１】
パターン生成部１１は、ステップＳ２０３でＮｏのとき、送信予定パターンに従って、信号送信パターンを生成する。また、パターン生成部１１は、ステップＳ２０３でＹｅｓであった場合、ステップＳ２０４に基づく変更を加えて、信号送信パターンを生成する（ステップＳ２０５）。
【００９２】
なお、複数の実施形態の１つにおいて、投波器４０が複数設けられている場合、ランダム関数により選択された複数のタイミングのそれぞれごとに、各投波器４０から順次測定波を射出させることができる。例えば、図１７に示すように、４つの投波器４０−１〜４０−４が設けられている場合、連続するフレームで、各投波器４０−１〜４０−４から順次測定波を射出させることができる。図中の破線は時間軸上で一連の測定が行われる期間を示す。例えば、投波器４０−１が、フレームｎ１で測定波を射出するとする。次に、投波器４０−２，４０−３，４０−４はそれぞれ、フレームｎ１＋１，ｎ１＋２，ｎ１＋３で測定波を射出する。破線で囲まれた期間は、一連の測定を行う期間に対応し、時間軸上にランダムに配置される。この一連の測定を行う期間をフレーム群と呼んでよい。この場合、パターン生成部１１は、１周期（Ｔ）をフレーム群の長さで分割し、信号を送信するフレーム群を時間軸上にランダムに配置するように、フレーム送信信号を生成してよい。このように、複数の投波器による順次の測定を、１周期（Ｔ）の中でランダムに配置することにより、投波器が１台の場合と同様に他装置との干渉の影響を抑制して、正確な測距を継続して行うことができる。
【００９３】
＜１．５  複数の投波器がある場合＞
複数の実施形態の１つにおいて、測距装置１は、図１８に示すように、複数の投波器群４０−１Ｇ〜４０−ＮＧを備える。各投波器群４０−ｋＧ（ｋ＝１〜Ｎ）は、投波器４０−ｋａ，４０−ｋｂ，４０−ｋｃを含んで構成される。図１８に示す例では、投波器群４０−ｋＧは３つ投波器を含むが、これに限らず、任意の個数の投波器を含むことができる。以降の説明において、各投波器群４０−ｋＧを構成する投波器４０−ｋａ，４０−ｋｂ，４０−ｋｃのうち任意の投波器を４０−ｋｘとして説明する。
【００９４】
各投波器４０−ｋｘは、発光ダイオード等の指向性の高い光を測定波として射出する発光素子を含む。投波器４０−ｋｘは、該投波器４０−ｋｘから測定波が射出される範囲の水平方向の角度θ1〜θ3（図１９（ａ）参照）が、受波器５０−ｋが反射波を受信可能な角度θ4（図１９（ｂ）参照）より狭い。各投波器４０−ｋｘから測定波が射出される範囲の水平方向の角度θ1〜θ3は、測定対象の大きさに伴い、適宜設計され、測定の対象とする測定対象が小さく、より高い方位分解能が求められるほど、小さくなるように定められる。各投波器４０−ｋｘから測定波が射出される範囲の鉛直方向の角度θ5（図１９（ｃ）参照）は、水平方向の角度θ1〜θ3と同程度とする。「同程度」とは、角度θ5が完全に角度θ1〜θ3と同一であることを含むだけでなく、角度θ5が角度θ4より小さいことを含む。角度θ5が、測定対象の大きさに伴い決定される角度θ4より大きくないことによって、太陽光によるノイズを低減させることができる。
【００９５】
投波器４０−ｋｘは、該投波器４０−ｋｘの測定波の最大出力を与える方向が水平方向よりも上側を向くのがよい。具体的には、投波器４０−ｋｘは、測定対象が存在すると想定される距離範囲内において地面に対して測定波を射出しない角度範囲となるように配置されればよい。投波器４０−ｋｘが投光器の場合は、光軸が水平方向より上側を向くようにしてよい。
【００９６】
各投波器群４０−ｋＧは、車両２−１〜２−３（以下適宜車両２とする）の異なる位置に配置され、車両２の外側に向けて、水平方向に互いに異なる範囲に測定波を射出する。各投波器群４０−ｋＧは、それぞれ該車両２の異なる位置に、それぞれ異なる範囲に測定波を射出するように配置される。例えば、図１８に示すように、車両２の前側面の左側に前方向に測定波を射出する投波器群４０−１Ｇが配置され、車両２の前側面の右側には前方向に測定波を射出する投波器群４０−２Ｇが配置される。車両２の後側面の右側には後方向に測定波を射出する投波器群４０−３Ｇが配置され、車両２の後側面の左側には後方向に測定波を射出する投波器群４０−４Ｇが配置されてもよい。
【００９７】
図１８に示す例においては、車両２の４箇所に投波器群４０−１Ｇ〜４０−４Ｇが配置されている例を示したが、これに限られない。例えば、車両２の前側面及び後側面の中央に投波器群４０−ｋＧが配置されてもよいし、車両２の右側面及び左側面に該車両２のそれぞれ右方向、左方向に測定波を射出する投波器群４０−ｋＧが配置されてもよい。
【００９８】
ここで、投波器４０−ｋｘが射出する測定波の角度範囲について説明する。投波器群４０−ｋＧを構成する複数の投波器４０−ｋａ，４０−ｋｂ，４０ｋｃは、互いに略隣接して配置され、水平方向に異なる角度範囲に測定波を射出する。
【００９９】
具体的には、投波器４０−１ｂは、進行方向を中心に、所定の角度範囲（第１角度範囲）に測定波を射出する。投波器４０−１ａは、第１角度範囲の水平方向左端から左方向に広がる第２角度範囲に測定波を射出する。投波器４０−１ｃは、第１角度範囲の水平方向右端から右方向に広がる第３角度範囲に測定波を射出する。第１角度範囲の大きさ（角度θ1）、第２角度範囲の大きさ（角度θ2）、第３角度範囲の大きさ（角度θ3）は同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、角度θ1、角度θ2、角度θ3のうちのいずれか２つが同一であってもよい。投波器群４０−２Ｇ，４０−３Ｇ，４０−４Ｇについても同様である。また、図１８に示す例では、投波器４０−１ａ，４０−２ａ，４０−３ａ，４０−４ａそれぞれの角度θ1は同一であってもよいし、少なくとも一部が異なっていてもよい。投波器４０−ｋｂ，４０−ｋｃについても同様である。
【０１００】
上述においては、投波器４０−１ａは、第１角度範囲の水平方向左端から左方向に広がる第２角度範囲に測定波を射出するとしたが、この限りではない。例えば、第１角度範囲と第２角度範囲との間に測定波が射出されない範囲があってもよいし、第１角度範囲と第２角度範囲とが部分的に重なっていてもよい。第１角度範囲と第３角度範囲とについても同様である。
【０１０１】
測距装置１が複数の投波器群４０−１Ｇ〜４０−ＮＧを含む場合、パターン生成部１１は、各投波器群４０−ｋＧにそれぞれ測定波を射出させる送信信号を送信するための、フレーム群を含む信号送信パターンを生成する。
【０１０２】
具体的には、パターン生成部１１は、基準タイミングを起点として、順次、投波器群４０−ｋＧから測定波を射出させるように信号送信パターンを生成する。この送信信号パターンは、投波器群４０−ｋＧごとに異なって定められた所定の経過時間後に、測定波が射出されるように生成される。そのため、各投波器群４０−ｋＧに係る信号送信パターンは、投波器群４０−１Ｇが測定波を射出しているタイミングでは、他の投波器群４０−２Ｇ〜４０−ＮＧが測定波を射出しないように生成される。このとき、パターン生成部１１は、情報取得部１５によって取得されたクロックを基準タイミングとしたフレーム群を含む信号送信パターンを生成してよい。
【０１０３】
一例では、パターン生成部１１は、外側面に配置されている投波器群４０−１Ｇ〜４０−ＮＧが、所定の経過時間で順次射出するよう、各投波器群４０−ｋＧに対応した信号送信パターンを生成する。その際、パターン生成部１１は、基準タイミングを起点として、車両２の中心から見て基準方向から時計回りに測定波を射出するよう信号送信パターンを生成してよい。各投波器群４０−１Ｇ〜４０−ＮＧが測定波を射出する順はこれに限られない。例えば、基準方向に位置する外側面から反時計回りで順に配置されている投波器群４０−ＮＧ〜４０−１Ｇが順に測定波を射出してよい。また、例えば、基準方向に位置する外側面から最も近い投波器群４０−ｋＧが測定波を射出し、次に、基準方向に位置する外側面から最も遠い投波器４０−ｋＧが測定波を射出するとしてよい。
【０１０４】
図２０に示すタイミングチャートの例を用いて、パターン生成部１１が信号送信パターンを生成する方法について具体的に説明する。この例においては、パターン生成部１１が取得した基準方向は車両２の前方を向く方向である。この場合、図２０（ａ）に示すように、タイミング信号生成部１４及び情報取得部１５が車両２のＧＰＳ受信機からｔ＝０で１ＰＰＳ信号を受信する。タイミング信号生成部１４は、１ＰＰＳ信号に基づいてタイミング信号を生成させる。パターン生成部１１は、１ＰＰＳ信号の信号タイミングを基準タイミングとする信号送信パターンを生成する。パターン生成部１１は、図２０（ｂ）に示すように、投波器群４０−２Ｇに係る信号送信パターンを生成する。すなわち、パターン生成部１１は、基準タイミングを起点として時間ｔ１経過後に、基準方向から時計回りで最初に位置する投波器群４０−２Ｇが測定波を射出し、その後、周期Ｔの間隔で測定波を射出する。また、パターン生成部１１は、図２０（ｃ）に示すようなタイミングで測定波が射出されるように、投波器群４０−３Ｇに係る信号送信パターンを生成する。すなわち、パターン生成部１１は、基準タイミングを起点として時間ｔ２（ｔ１＜ｔ２＜Ｔ）経過後に、基準方向から時計回りで次に位置する投波器群４０−３Ｇが測定波を射出し、その後、周期Ｔの間隔で測定波を射出する。さらに、パターン生成部１１は、図２０（ｄ）に示すようなタイミングで測定波が射出されるように、投波器群４０−４Ｇに係る信号送信パターンを生成する。すなわち、パターン生成部１１は、基準タイミングを起点として時間ｔ３（ｔ２＜ｔ３＜Ｔ）経過後に、基準方向から時計回りで次に位置する投波器群４０−４Ｇが測定波を射出し、その後、周期Ｔの間隔で測定波を射出する。同様にして、パターン生成部１１は、図２０（ｅ）に示すようなタイミングで測定波が射出されるように、投波器群４０−１Ｇに係る信号送信パターンを生成する。すなわち、パターン生成部１１は、基準タイミングを起点として時間ｔ４（ｔ３＜ｔ４＜Ｔ）経過後に、基準方向から時計回りで最後に位置する投波器群４０−１Ｇが測定波を射出し、その後、周期Ｔの間隔で測定波を射出する。
【０１０５】
上述のように、各投波器群４０−ｋＧがそれぞれ複数の投波器４０−ｋａ，４０−ｋｂ，４０−ｋｃを含む場合、パターン生成部１１はフレーム群を含む信号送信パターンを生成する。信号送信パターンのフレーム群には、各投波器群４０−ｋＧにそれぞれ含まれる複数の投波器４０−ｋａ，４０−ｋｂ，４０−ｋｃが順に測定波を射出するような複数のフレームが含まれる。すなわち、パターン生成部１１は、複数の投波器４０−ｋａ，４０−ｋｂ，４０−ｋｃによる測定が時間的に重複しないような、複数のフレームを含む信号送信パターンを生成する。
【０１０６】
具体的には、図２１（ａ）に示すように、情報取得部１５及びタイミング信号生成部１４が、ＧＰＳからｔ＝０で１ＰＰＳ信号を受信する。パターン生成部１１は、図２１（ｂ）に示すように、フレーム群を含む信号送信パターンを生成する。このフレーム群は、基準タイミングを起点として、時間ｔ１〜ｔ１１の経過時間に投波器４０−２ａが測定波を射出するようなフレームを有する。また、フレーム群は、時間ｔ１２〜ｔ１３の経過時間に投波器４０−２ｂが測定波を射出するようなフレームを有する。フレーム群は、時間ｔ１４〜ｔ１５の経過時間に投波器４０−２ｃが測定波を射出するようなフレームを有する。
【０１０７】
また、パターン生成部１１は、図２１（ｃ）に示すように、フレーム群を含む信号送信パターンを生成する。このフレーム群は、基準タイミングを起点として時間ｔ２〜ｔ２１までの経過時間に投波器４０−３ａが測定波を射出するようなフレームを有する。また、フレーム群は、時間ｔ２２〜ｔ２３の経過時間に投波器４０−３ｂが測定波を射出するようなフレームを有する。フレーム群は、時間ｔ２４〜ｔ２５の経過時間に、投波器４０−３ｃが測定波を射出するようなフレームを有する。パターン生成部１１は、図４（ｄ）及び（ｅ）に示すように、投波器群４０−４，４０−１についても同様にして信号送信パターンを生成する。
【０１０８】
各受波器５０−ｋは、対応する投波器群４０−ｋＧから射出された測定波が測定対象に反射して得られる反射波を受信可能に構成される。具体的には、受波器５０−ｋは、投波器群４０−ｋＧを構成する投波器４０−ｋａ，４０−ｋｂ，４０−ｋｃから射出された測定波が測定対象に反射して得られる反射波を受信可能に構成される。
【０１０９】
受波器５０−ｋが受信可能な反射波の水平方向の角度θ4（図１９（ｂ）参照）は、対応する投波器群４０−ｋＧに含まれる投波器４０−ｋａ，４０−ｋｂ，４０−ｋｃが射出する測定波の水平方向の角度θ1〜θ3より大きい。これにより、受波器５０−ｋは投波器４０−ｋａ，４０−ｋｂ，４０−ｋｃのいずれから送信された測定波の反射波も受信することができる。また、受波器５０−ｋが受信可能な反射波の鉛直方向の角度θ6（図１９（ｄ）参照）は、投波器４０−ｋが射出する測定波の鉛直方向の角度θ5（図１９（ｃ）参照）と同程度としてよい。「同程度」とは、完全に同一であることを含むだけでなく、受波器５０−ｋの水平方向の角度範囲より小さい範囲を含む。これにより、受波器５０−ｋは、太陽光によるノイズを低減することができる。
【０１１０】
また、受波器５０−ｋは、該受波器５０−ｋの最大感度を与える方向は水平方向よりも下側を向くように設置されるのがよい。あるいは、受波器５０−ｋの受信可能な鉛直方向の角度範囲は、測定対象が存在すると想定される距離範囲において、車両２の車体と同程度の高さの測定対象からの反射波を受信できる角度であり、受波器５０−ｋが取り付けられる位置等に基づいて適宜設定される。
【０１１１】
車両２のうち第２車両２−２は、第１車両２−１が搭載している上述の測距装置１と同様の測距装置１を搭載し、第１車両２−１の前方を走行している。第２車両２−２に配置されている投波器群４０−１Ｇ〜４０−ＮＧは、ＧＰＳの１ＰＰＳ信号を基準タイミングとして、基準方向に基づいて、順次、測定波を射出する。すなわち、第２車両２−２の各投波器群４０−１Ｇ〜４０−ＮＧは、第１車両２−１の同じ位置にそれぞれ配置されている投波器群４０−１Ｇ〜４０−ＮＧと同じタイミングで、それぞれの車体からみて同じ方向に測定波を射出する。図１８に示す例では、第１車両２−１の投波器群４０−１Ｇから測定波が射出されるタイミングで、第２車両２−２の投波器群４０−１Ｇから測定波が射出される。同様にして、第１車両２−１の投波器群４０−２Ｇから測定波が射出されるタイミングで、第２車両２−２の投波器群４０−２Ｇから測定波が射出される。投波器群４０−３Ｇ及び４０−４Ｇについても同様である。
【０１１２】
そのため、第１車両２−１の測距装置１が、第２車両２−２の方向に測定波を射出するタイミングで、第２車両２−２の測距装置は第１車両２−１の方向に測定波を射出しない。また、第１車両２−１の測距装置１が、前方車の方向に測定波を射出しないタイミングで、第２車両２−２の測距装置が第１車両２−１の方向に測定波を射出する。これにより、第１車両２−１が射出した測定波が測定対象に反射して得られた反射波と、第２車両２−２の測距装置から第１車両２−１の方向に射出された測定波とを受波器５０が同時に受信することはない。これによって、測距装置１が、第２車両２−２から射出された測定波を反射波であると誤認するのを防ぐことができる。したがって、測距装置１は、測定波と、該測定波の反射波に基づいて距離を正確に測定することができる。
【０１１３】
第３車両２−３は、第１車両２−１が搭載している上述の測距装置１と同様の測距装置１を搭載し、第１車両２−１に対向して走行する。第３車両２−３に配置されている投波器群４０−１〜４０−Ｎは、第１車両２−１の同じ位置に配置されている投波器群４０−１Ｇ〜４０−ＮＧと、ＧＰＳの１ＰＰＳ信号を基準クロックとした同じタイミングで同じ方向に測定波を射出する。図１８に示す例では、第１車両２−１の投波器群４０−１Ｇから測定波が射出されるタイミングで、第３車両２−３の投波器群４０−３Ｇから測定波が射出される。また、第１車両２−１の投波器群４０−２Ｇから測定波が射出されるタイミングで、第３車両２−３の投波器群４０−４Ｇから測定波が射出される。
【０１１４】
そのため、第１車両２−１の測距装置１が、第３車両２−３の方向に測定波を射出するタイミングで、第３車両２−３の測距装置は第１車両２−１の方向に測定波を射出しない。また、第１車両２−１の測距装置１が、第３車両２−３の方向に測定波を射出しないタイミングで、第３車両２−３の測距装置１が第１車両２−１の方向に測定波を射出する。これにより、第１車両２−１の測距装置１が射出した測定波が測定対象に反射して得られた反射波と、第３車両２−３から第１車両２−１の方向に射出された測定波とを受波器５０が受信することによる誤認を防ぐことができる。すなわち、測距装置１が、第３車両２−３の測距装置から射出された測定波を、自身の測定波に係る反射波であると誤認するのを防ぐことができる。したがって、測距装置１は、測定波と、該測定波の反射波に基づいて距離を正確に測定することができる。
【０１１５】
測距装置１は、複数の投波器群４０−１〜４０−Ｎを備える場合、例えば図８に示されるフローチャートの処理を各構成部に実行させることによって、測定対象までの距離を測定する。
【０１１６】
パターン生成部１１は、信号送信パターンを生成する（ステップＳ１）。パターン生成部１１は、信号送信パターンを記憶装置６０に格納する。
【０１１７】
測距装置１が複数の投波器群４０−１〜４０−Ｎを備える場合の、ステップＳ１の信号送信パターン生成について図２２を参照して詳細に説明する。
【０１１８】
情報取得部１５は、車両２が備える方位センサから所定の基準方向を示す方位情報を取得する（ステップＳ３０１）。方位センサには、地磁気方位センサ、ジャイロセンサ、ＧＰＳコンパス等種々のセンサを用いることができる。
【０１１９】
ステップＳ３０１で方位情報が取得されると、情報取得部１５は、ＧＰＳから１ＰＰＳ信号を取得する（ステップＳ３０２）。
【０１２０】
ステップＳ３０１で方位情報が取得され、ステップＳ３０２で１ＰＰＳ信号が取得されると、パターン生成部１１は、基準方向に基づいて、投波器群４０−ｋの測定波を射出する順を決定する（ステップＳ３０３）。例えば、パターン生成部１１は、車両２の中心から基準方向に位置する外側面から時計回りで配置されている順に、投波器群４０−ｋＧが測定波を射出すると決定する。
【０１２１】
ステップＳ３０３で投波器群４０−ｋＧが測定波を射出する順が決定されると、パターン生成部１１は、基準タイミングから異なる所定時間の経過後に、順に射出するよう、各投波器群４０−ｋＧに対応した信号送信パターンを生成する（ステップＳ３０４）。このとき、パターン生成部１１は、各投波器群４０−ｋＧを構成する投波器４０−ｋａ，４０−ｋｂ，４０−ｋｃによる送信フレームが時間的に重複しないように信号送信パターンを生成する。
【０１２２】
ステップＳ３０４で信号送信パターンが生成されると、図７に戻って、信号生成部１３が信号送信パターンに基づいて、各投波器群４０−ｋＧに測定波を射出させるための送信信号を生成する（ステップＳ２）。
【０１２３】
ステップＳ２で送信信号が生成されると、投波器群４０−ｋＧは、投波器ドライバ４１を介して入力される送信信号に応じて振幅変調した測定波を、対象空間に対して射出する（ステップＳ３）。
【０１２４】
ステップＳ３で測定波が射出された後、受波器５０−ｋは、測定対象で反射された反射波を受信する（ステップＳ４）。具体的には、受波器５０−ｋは、対応する投波器群４０−ｋに含まれる投波器４０−ｋａ，４０−ｋｂ，４０−ｋｃからそれぞれ射出され、測定対象に反射された反射波を受信する。
【０１２５】
以降のステップＳ５〜Ｓ７については、上述の＜測距の動作例＞と同様である。
【０１２６】
同様にして、複数の投波器群４０−１Ｇ〜４０−ＮＧを有する測距装置１の構成は後述するパルス方式の測距装置に適用しうる。その場合、図２４のステップＳ２１に示される送信パターン生成の処理は、図２２を用いて上述した送信パターン生成の処理と同様である。
【０１２７】
測距装置１は、基準タイミングを起点として投波器群４０−ｋＧごとに異なって定められた所定の経過時間後に、他の測距装置と同期した基準方向に基づいて順次、投波器群４０−ｋＧから測定波を射出させる。これにより、投波器群４０−ｋＧに設定された各フレーム群において、測定波を射出する投波器群４０−ｋＧの配置された方向は各測距装置間で同方向となる。すなわち、測距装置１が他の測距装置の方向に測定波を射出するタイミングで、当該他の測距装置が測距装置１の方向に測定波を射出しない。これにより、自らが射出した測定波に係る反射波と、他の測距装置から射出された測定波とを、同じ送信フレームで受信することによって、他の測距装置から射出された測定波を自らの反射波であると誤認するのを防ぐことができる。したがって、測距装置１は、射出された測定波と、該測定波の反射波に基づいて距離を正確に測定することができる。
【０１２８】
上述の実施形態では、投波器群４０−ｋＧにおいて、隣接して配置される複数の投波器４０−ｋａ，４０−ｋｂ，４０−ｋｃによる測定は時間的に重複しない。そのため、測距装置１は、受波器５０によって受信した反射波が、隣接して配置された投波器４０−ｋｘのうちのいずれの投波器から射出された測定波が反射したものであるかを識別することができる。これにより、測距装置１は、射出された測定波と該測定波の反射波とを用いた距離の測定を正確に行うことができる。言いかえれば、測距装置１は、受波器５０−ｋによって受信した測定波の混信を防ぐことができる。
【０１２９】
上述の実施形態では、複数の投波器４０−ｋａ，４０−ｋｂ，４０−ｋｃは、異なる角度範囲に測定波を射出し、受波器５０−ｋは、複数の投波器４０−ｋａ，４０−ｋｂ，４０−ｋｃから射出された測定波が測定対象に反射して得られる反射波を受信可能である。そのため、微小な測定対象までの測距を目的として指向性の高い光を射出するデバイスを用いた場合も、広い範囲にわたって存在する可能性のある測定対象を測距することができる。なお、微小な測定対象とは、測距装置からみて比較的狭い角度範囲を占める測定対象を意味する。比較的狭い角度範囲とは、例えば、水平方向に４５度未満の範囲である。
【０１３０】
上述の実施形態では、複数の投波器４０−ｋａ，４０−ｋｂ，４０−ｋｃによる送信フレームが異なり、測定が時間的に重複しない。そのため、測距装置１は、複数の投波器４０−ｋａ，４０−ｋｂ，４０−ｋｃからそれぞれ射出される測定波及び反射波が干渉することを防ぐことができる。
【０１３１】
上述の実施形態では、パターン生成部１１は、情報取得部１５がＧＰＳから受信した１ＰＰＳ信号の信号タイミングを基準タイミングとした。そして、パターン生成部１１は、該基準タイミングを起点に、投波器群４０−ｋＧごとに異なって定められた所定の経過時間後に複数の投波器群４０−１Ｇ〜４０ＮＧのそれぞれから測定波を射出させるよう信号送信パターンを生成した。しかし、本発明の実施形態は、これに限られない。例えば、パターン生成部１１は、車両２に固有のクロックを基準タイミングとして、該基準タイミングを起点に、複数の投波器群４０−１Ｇ〜４０−ＮＧのそれぞれから測定波を射出させるよう信号送信パターンを生成してもよい。第１車両２−１に固有のクロックは、第１車両２−１を一意に識別する識別番号ごとに製造時に予め決定されている。そのため、第１車両２−１のクロックは、第２車両２−１及び第３車両２−３のクロックとは異なるものである。
【０１３２】
［２．パルス方式］
パルス方式は、対象空間に対して送信した信号と、測定対象から受信した信号との時間差に基づく方式である。測距装置１がパルス方式で測距を行う場合、測距装置１は、対象空間に対してパルス信号を送信する。測距装置１は、測定対象で反射されたパルス信号を受信する。測距装置１は、パルス信号を送信してからパルス信号を受信するまでの時間に基づいて、測定対象までの距離を算出しうる。
【０１３３】
パルス方式は、例えば、単一パルスを送信する方式、又は、複数のパルスを含む信号を送信するパルス圧縮方式等を含む。以下、測距装置１がパルス圧縮方式で測距を行う場合について説明する。
【０１３４】
パルス方式で測定される距離の分解能は、パルス幅に比例しうる。一方で、パルス幅を短くした場合、測定可能な距離が短くなりうる。パルス圧縮方式では、パルス幅の長いパルスが変調して送信されることによって、測定可能な距離が長くされうる。受信したパルスを圧縮することによって、距離分解能が小さくされうる。
【０１３５】
＜２．１  機能ブロック＞
図２３に示されるように、制御装置１０は、パターン生成部１１と、クロック生成部１２と、信号生成部１３と、タイミング信号生成部１４とを備える。制御装置１０は、情報取得部１５と、距離算出部１６とを備える。制御装置１０は、ＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタ部３１と、直交変調部３２とを備える。制御装置１０は、送信側ＦＦＴ部３３と、受信側ＦＦＴ部３４と、相関演算部５４と、ノイズフィルタ部３５と、サンプリング周波数変換部３６と、逆ＦＦＴ部３７とを備える。制御装置１０は、送信側コンパレータ３８と、受信側コンパレータ３９と、投波器ドライバ４１と、センシングアンプ５３とを備える。制御装置１０は、投波器ドライバ４１を介して、投波器４０に接続される。制御装置１０は、センシングアンプ５３を介して、受波器５０に接続される。制御装置１０の各構成部は、記憶装置６０に接続される。
【０１３６】
パターン生成部１１と、クロック生成部１２と、タイミング信号生成部１４と、情報取得部１５とは、上述のＦＭＣＷ方式と同様の構成であってよい。これらの説明は省略する。
【０１３７】
信号生成部１３は、記憶装置６０に格納された信号送信パターンと、タイミング信号とに基づくタイミングで、送信信号を生成する。送信信号は、パルス信号であってよい。送信信号は、周波数変調をかけたパルス信号であってよい。送信信号は、時間とともに周波数が増加するチャープ・パルス信号であってよい。
【０１３８】
ＦＩＲフィルタ部３１は、入力された信号に対してＦＩＲフィルタ処理を行う。ＦＩＲフィルタ処理は、時系列のデータ列の中の有限の区間のデータに基づいて、新たなデータ列を生成する処理であってよい。チャープ・パルス信号に対してＦＩＲフィルタ処理が実行される場合、チャープ・パルス信号の周波数帯域が広げられうる。
【０１３９】
直交変調部３２は、入力された信号を直交変調する。直交変調は、ＩＱ変調又は複素変調ともいう。直交変調は、例えば正弦波と余弦波等のように位相がπ／２だけずれている２つの信号をそれぞれ元の信号に乗算することによって、元の信号から直交する２つの信号を生成する方法である。正弦波と乗算されて生成される信号は、Ｒ信号となりうる。余弦波と乗算されて生成される信号は、Ｉ信号となりうる。言い換えれば、直交変調部３２は、入力された信号を複素信号に変換しうる。Ｒ信号は、送信側コンパレータ３８に送信信号として出力される。Ｒ信号は、送信側ＦＦＴ部３３に出力される。Ｉ信号は、送信側ＦＦＴ部３３に出力される。
【０１４０】
送信側ＦＦＴ部３３は、入力された信号をフーリエ変換によって周波数スペクトルを算出する。送信側ＦＦＴ部３３は、上述のＦＭＣＷ方式のＦＦＴ部２４と同様の構成であってよい。直交変調部３２から入力された信号から算出される周波数スペクトルは、実部と虚部とを有する。送信側ＦＦＴ部３３は、周波数スペクトルの実部及び虚部を相関演算部５４に出力する。
【０１４１】
送信側コンパレータ３８は、コンパレータを備える。コンパレータは、入力された信号の２値化処理を行う。コンパレータは、例えば、所定の閾値以上の値の信号が入力された場合、所定の閾値より大きい第１の所定値を出力してよい。コンパレータは、例えば、所定の閾値未満の値の信号が入力された場合、所定の閾値より小さい第２の所定値を出力してよい。所定の閾値、並びに、第１の所定値及び第２の所定値は、適宜設定されうる。第１の所定値及び第２の所定値は、例えば、投波器ドライバ４１が入力を受け付ける電圧又は電流の範囲に応じて設定されてよい。所定の閾値は、例えば、第１の所定値及び第２の所定値の中間値に近い値に設定されてよい。送信側コンパレータ３８は、直交変調部３２から入力された送信信号を２値化処理して、パルス信号を生成する。送信側コンパレータ３８は、パルス信号を送信信号として投波器ドライバ４１に出力する。
【０１４２】
投波器ドライバ４１は、送信側コンパレータ３８から入力された送信信号を増幅し、投波器４０に対して出力する。
【０１４３】
投波器４０は、投波器ドライバ４１から取得した送信信号に基づいて、測定波を射出する。受波器５０は、測定対象で反射された反射波を受信する。受波器５０は、反射波に基づく受信信号をセンシングアンプ５３に出力する。
【０１４４】
センシングアンプ５３は、受波器５０から受信信号として電流信号を取得する。センシングアンプ５３は、電流信号を電圧信号に変換する。センシングアンプ５３は、受信側コンパレータ３９における２値化処理の閾値に基づいて、電圧信号にゲインをかける。センシングアンプ５３は、電圧信号にかけたゲイン値を記憶装置６０に格納してよい。センシングアンプ５３は、ゲイン調整した電圧信号を受信側コンパレータ３９に出力する。センシングアンプ５３は、タイミング信号生成部１４に接続されてよい。センシングアンプ５３は、タイミング信号に応じたタイミングで動作してよい。このようにすることで、センシングアンプ５３での消費電力が低減されうる。
【０１４５】
受信側コンパレータ３９は、コンパレータを備える。コンパレータの説明は、省略する。受信側コンパレータ３９は、センシングアンプ５３から入力された電圧信号を２値化処理して、パルス信号を生成する。受信側コンパレータ３９は、パルス信号を受信信号として受信側ＦＦＴ部３４に出力する。受信側コンパレータ３９は、受信信号に係る情報を記憶装置６０に格納してよい。
【０１４６】
受信側ＦＦＴ部３４は、入力された信号をフーリエ変換によって周波数スペクトルを算出する。受信側ＦＦＴ部３４は、上述のＦＭＣＷ方式のＦＦＴ部２４又は本方式の送信側ＦＦＴ部３３と同様の構成であってよい。受信側コンパレータ３９から入力された信号から算出される周波数スペクトルは、実部と虚部とを有する。受信側ＦＦＴ部３４は、周波数スペクトルの実部及び虚部を相関演算部５４に出力する。
【０１４７】
相関演算部５４は、周波数スペクトルの相関結果を算出する。周波数スペクトルの相関結果は、入力された２つの周波数スペクトルに基づいて算出される。例えば第１の周波数スペクトルと第２の周波数スペクトルとが相関演算部５４に入力される場合、相関演算部５４は、第１の周波数スペクトルと、第２の周波数スペクトルの複素共役との積を算出する。第１の周波数スペクトル及び第２の周波数スペクトルはそれぞれ、次の式（１）及び式（２）のように表される。ｊは、虚数単位を表す記号である。
（第１の周波数スペクトル）＝（第１実部）＋ｊ×（第１虚部）      （１）
（第２の周波数スペクトル）＝（第２実部）＋ｊ×（第２虚部）      （２）
第２の周波数スペクトルの複素共役は、次の式（３）のように表される。
（第２の周波数スペクトルの複素共役）＝（第２実部）−ｊ×（第２虚部）    （３）
第１のスペクトルと、第２のスペクトルの複素共役との積は、２つのスペクトルの相関結果に対応する。
【０１４８】
相関演算部５４は、送信側ＦＦＴ部３３から入力される周波数スペクトルと、受信側ＦＦＴ部３４から入力される周波数スペクトルの複素共役との積を、周波数スペクトルの相関結果として算出する。周波数スペクトルの相関結果は、相関スペクトルともいう。相関演算部５４は、相関スペクトルをノイズフィルタ部３５に出力する。
【０１４９】
ノイズフィルタ部３５は、例えばローパスフィルタを備える。ノイズフィルタ部３５は、相関スペクトルからノイズ成分を除去し、サンプリング周波数変換部３６に出力する。ノイズフィルタ部３５は、相関スペクトルの実部及び虚部それぞれについてフィルタ処理を行う。
【０１５０】
サンプリング周波数変換部３６は、周波数スペクトルのサンプリング周波数を変換する。サンプリング周波数変換部３６は、デシメーションとインターポレーションとを実行する。
【０１５１】
デシメーションは、例えば、周波数スペクトルに含まれるデータのうち所定数のデータを削除する処理である。デシメーションは、周波数スペクトルに含まれるデータを周波数の順に所定の周期で削除する処理であってよい。
【０１５２】
インターポレーションは、例えば、周波数スペクトルに含まれるデータを補間するようにデータを追加する処理である。インターポレーションは、所定数のデータが削除された周波数スペクトルに対して、データを補間する処理であってよい。
【０１５３】
サンプリング周波数変換部３６は、サンプリング周波数を変換した相関スペクトルを逆ＦＦＴ部３７に出力する。サンプリング周波数変換部３６は、相関スペクトルの実部及び虚部それぞれについてサンプリング周波数を変換する。
【０１５４】
逆ＦＦＴ部３７は、相関スペクトルを、逆フーリエ変換によって時間領域で表される信号に変換する。逆フーリエ変換は、逆離散フーリエ変換又は逆高速フーリエ変換等であってよい。逆ＦＦＴ部３７は、相関スペクトルを記憶装置６０に格納してよい。逆ＦＦＴ部３７は、信号送信パターンに送信フレームが複数設定されている場合、他の送信フレームで得られた相関スペクトルを記憶装置６０にから取得してよい。逆ＦＦＴ部３７は、各送信フレームで得られた相関スペクトルを積算して、記憶装置６０に格納してよい。相関スペクトルを積算して得られるスペクトルは、積算相関スペクトルともいう。逆ＦＦＴ部３７は、積算相関スペクトルを逆フーリエ変換してよい。
【０１５５】
相関スペクトルに逆フーリエ変換を実行して得られる信号は、相関信号ともいう。相関信号は、送信信号と受信信号との相関を示す。逆ＦＦＴ部３７は、相関信号を記憶装置６０に格納してよい。逆ＦＦＴ部３７は、相関信号を距離算出部１６に出力してよい。逆ＦＦＴ部３７は、周波数スペクトルを変換した信号を、複素信号として出力してよい。積算相関スペクトルに逆フーリエ変換を実行して得られる信号は、積算相関信号ともいう。逆ＦＦＴ部３７は、積算相関信号を記憶装置６０に格納してよい。逆ＦＦＴ部３７は、積算相関信号を距離算出部１６に出力してよい。
【０１５６】
距離算出部１６は、相関信号に基づいて、測定対象までの距離を算出する。距離算出部１６は、相関信号を記憶装置６０から取得してよい。距離算出部１６は、相関信号を逆ＦＦＴ部３７から取得してよい。距離算出部１６は、相関信号に基づいて、送信信号と受信信号との時間差を算出してよい。距離算出部１６は、送信信号と受信信号との時間差に基づいて、測定対象までの距離を算出してよい。距離算出部１６は、制御装置１０の内部における信号遅延を考慮して、測定対象までの距離を算出してよい。距離算出部１６は、積算相関信号に基づいて、測定対象までの距離を算出してよい。このようにすることで、測距結果が、受信信号に突発的に含まれうるノイズ成分の影響を受けにくくなる。
【０１５７】
＜２．２  測距方法の例＞
測距装置１は、例えば図２４に示されるフローチャートの処理を各構成部に実行させることによって、測定対象までの距離を測定する。
【０１５８】
制御装置１０は、パターン生成部１１で、送信パターンを生成する（ステップＳ２１）。パターン生成部１１は、送信パターンを記憶装置６０に格納する。ステップＳ２１のより具体的な処理は、図１６及び図２２に例示される。ステップＳ２１の処理はこれらに限られない。
【０１５９】
制御装置１０は、信号生成部１３で、送信信号を生成する（ステップＳ２２）。本実施形態では、送信信号は、周波数変調をかけたパルス信号であると仮定する。信号生成部１３は、タイミング信号生成部１４から入力されるタイミング信号で示されるタイミングで送信信号を出力する。送信信号は、直交変調部３２で、実部と虚部とを有する複素信号に変換される。送信信号の実部は、送信側コンパレータ３８と送信側ＦＦＴ部３３とに出力される。送信信号の虚部は、送信側ＦＦＴ部３３に出力される。送信信号の実部は、送信側コンパレータ３８で２値化され、投波器ドライバ４１に出力される。
【０１６０】
投波器４０は、投波器ドライバ４１を介して入力される送信信号に応じて振幅変調した光を、対象空間に対して射出する（ステップＳ２３）。
【０１６１】
受波器５０は、測定対象で反射された光を受光する（ステップＳ２４）。受波器５０は、受光した光の強度に応じた電流信号を受信信号として出力する。センシングアンプ５３は、電流信号を電圧信号に変換する。センシングアンプ５３は、電圧信号にゲインをかけて、受信側コンパレータ３９に出力する。センシングアンプ５３は、タイミング信号生成部１４から入力されるタイミング信号で示されるタイミングで受信信号を変換してよい。
【０１６２】
制御装置１０は、送信信号と受信信号との間で、周波数相関の演算を実行する（ステップＳ２５）。送信側ＦＦＴ部３３と受信側ＦＦＴ部３４とはそれぞれ、入力された信号をフーリエ変換し、相関演算部５４に出力する。相関演算部５４は、送信側ＦＦＴ部３３から入力された周波数スペクトルと、受信側ＦＦＴ部３４から入力された周波数スペクトルの複素共役とを乗算し、相関スペクトルを算出する。相関演算部５４は、相関スペクトルをノイズフィルタ部３５に出力する。
【０１６３】
制御装置１０は、相関スペクトルから測距波形を算出する（ステップＳ２６）。ノイズフィルタ部３５は、相関スペクトルからノイズ成分を除去し、サンプリング周波数変換部３６に出力する。サンプリング周波数変換部３６は、相関スペクトルのサンプリング周波数を変換し、逆ＦＦＴ部３７に出力する。逆ＦＦＴ部３７は、相関スペクトルを逆フーリエ変換し、測距波形を算出する。
【０１６４】
制御装置１０は、距離算出部１６で、測距波形に基づいて、測定対象からの距離を算出する（ステップＳ２７）。制御装置１０は、図２４のフローチャートの処理を終了する。
【０１６５】
本開示に係る構成は、以上説明してきた実施形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形又は変更が可能である。例えば、各構成部、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【０１６６】
本開示に係る構成を説明する図は、模式的なものである。図面上の寸法比率等は、現実のものと必ずしも一致しない。
【０１６７】
本開示において「第１」及び「第２」等の記載は、当該構成を区別するための識別子である。本開示における「第１」及び「第２」等の記載で区別された構成は、当該構成における番号を交換することができる。例えば、第１の周波数は、第２の周波数と識別子である「第１」と「第２」とを交換することができる。識別子の交換は同時に行われる。識別子の交換後も当該構成は区別される。識別子は削除してよい。識別子を削除した構成は、符号で区別される。本開示における「第１」及び「第２」等の識別子の記載のみに基づいて、当該構成の順序の解釈、小さい番号の識別子が存在することの根拠に利用してはならない。
【符号の説明】
【０１６８】
１  測距装置
２  車両
２−１  第１車両
２−２  第２車両
２−３  第３車両
１０  制御装置
１１  パターン生成部
１２  クロック生成部
１３  信号生成部
１４  タイミング信号生成部
１５  情報取得部
１６  距離算出部
１７（１７Ｒ、１７Ｉ）  乗算器
２１  複素変換部
２２  ＬＰＦ部
２３  ノッチフィルタ部
２４  ＦＦＴ部
２５  ピーク検出部
２６  Ｄ−Ａ変換器
２７  Ａ−Ｄ変換器
３１  ＦＩＲフィルタ部
３２  直交変調部
３３  送信側ＦＦＴ部
３４  受信側ＦＦＴ部
３５  ノイズフィルタ部
３６  サンプリング周波数変調部
３７  逆ＦＦＴ部
３８  送信側コンパレータ
３９  受信側コンパレータ
４０  投波器
４０−１Ｇ〜４０−ＮＧ  投波器群
４１  投波器ドライバ
５０  受波器
５２  ゲイン調整器
５３  センシングアンプ
５４  相関演算部
６０  記憶装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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