(57)【要約】物体の表面における凸部または凹部の形状を検出することができる物体形状検出装置を提供する。検知物４の凸部４ａにおける電波の反射強度は、水平偏波成分と垂直偏波成分とに偏波による差が少なく、凹部４ｂにおける電波の反射強度は、水平偏波成分と垂直偏波成分とに偏波による差が大きく現れる。物体形状判定部３６は、反射強度比較部３５による反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度の比較結果に基づいて、検知物４における凸部４ａおよび凹部４ｂの形状を検出する。物体位置判定部３７は、物体形状判定部３６によって検出される検知物４の凸部４ａおよび凹部４ｂまでの距離を測定して、検知物４の凸部４ａおよび凹部４ｂの位置を検出する。
2019163216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波の水平偏波成分および垂直偏波成分を放射する送信器と、
前記送信器によって放射されて物体で反射して戻る反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分を受信する受信器と、
前記受信器に受信される前記反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度を比較する反射強度比較部と、
前記反射強度比較部による前記反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度の比較結果に基づいて前記物体における凸部または凹部の形状を検出する物体形状判定部と
を備える物体形状検出装置。
【請求項２】
前記物体形状判定部によって検出される前記物体の凸部または凹部までの距離を測定して前記物体の凸部または凹部の位置を検出する物体位置判定部を備えることを特徴とする請求項１に記載の物体形状検出装置。
【請求項３】
周波数変調される電磁波の水平偏波成分および垂直偏波成分を連続波として放射する送信器と、
前記送信器によって放射されて物体で反射して戻る反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分を各周波数毎に受信する受信器と、
前記受信器に受信される前記反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度を各周波数毎に比較する反射強度比較部と、
前記反射強度比較部による比較によって水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度に差があるとされた周波数のうちの、所定のしきい値を超える差がある周波数の前記反射波を除去する可変狭帯域除去フィルタと、
前記可変狭帯域除去フィルタを通過した前記反射波のなかの、水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度に差が少ないもしくは無い前記反射波によって物体の凸部を検出し、その凸部の検出に用いた前記反射波の周波数からその凸部までの距離を測定して、その凸部の位置を検出する凸部判定部と
を備える物体形状検出装置。
【請求項４】
前記送信器によって放射されて物体に入射する電磁波の軌跡の延長線が物体の載置される載置面と交差する仮想位置から前記送信器が設置される設置位置までの水平距離をｘとした場合に、前記送信器は、前記設置位置における前記載置面に垂直な方向の高さＬが次の式（１）に示される範囲
【数１】
2019163216.tif 000006
に設定されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の物体形状検出装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の物体形状検出装置を備える車両。
【請求項６】
電磁波の水平偏波成分および垂直偏波成分を送信器によって放射する工程と、
前記送信器によって放射されて物体で反射して戻る反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分を受信器によって受信する工程と、
前記受信器に受信される前記反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度を反射強度比較部によって比較する工程と、
前記反射強度比較部による前記反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度の比較結果に基づいて前記物体における凸部または凹部の形状を物体形状判定部によって検出する工程と
を備える物体形状検出方法。
【請求項７】
周波数変調される電磁波の水平偏波成分および垂直偏波成分を連続波として送信器によって放射する工程と、
前記送信器によって放射されて物体で反射して戻る反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分を各周波数毎に受信器によって受信する工程と、
前記受信器に受信される前記反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度を反射強度比較部によって各周波数毎に比較する工程と、
前記反射強度比較部による比較によって水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度に差があるとされた周波数のうちの、所定のしきい値を超える差がある周波数の前記反射波を可変狭帯域除去フィルタによって除去する工程と、
前記可変狭帯域除去フィルタを通過した前記反射波のなかの、水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度に差が少ないもしくは無い前記反射波によって物体の凸部を検出し、その凸部の検出に用いた前記反射波の周波数からその凸部までの距離を測定して、その凸部の位置を凸部判定部によって検出する工程と
を備える物体形状検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射した電磁波が物体で反射して戻る反射波から物体の形状を検出する物体形状検出装置、およびそれを備える車両、並びに物体形状検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の物体形状装置としては、例えば、特許文献１に開示された車両識別装置がある。この車両識別装置は、発信器により、電磁波の垂直偏波成分と水平偏波成分をアンテナから進行方向前方へ発射する。物標から反射してきた電磁波は、その垂直偏波成分と水平偏波成分の各々がアンテナによって受信され、検波器によって検波される。路側帯のリフレクタなどの支柱は縦方向に長いものが多いので、その反射波は垂直偏波成分が大きく、水平偏波成分は小さい。これに対し、車両からの反射波の垂直偏波成分と水平偏波成分はほぼ等しい。そこで、マイクロプロセッサは、受信した反射波の垂直偏波成分と水平偏波成分の強度を比較することにより、前方物標が車両であるか、車両以外のリフレクタ等であるかを判定する。【０００３】
また、従来、特許文献２に開示された物体検出装置もある。この物体検出装置は、電波受信部により、計測対象物から放射される電磁波の水平偏波成分および垂直偏波成分を受信して、水平偏波画像と垂直偏波画像を生成する。そして、物体識別部により、受信部で生成された水平偏波画像および垂直偏波画像の各画像上の位置において、水平偏波成分と垂直偏波成分との間の相対的な関係を示す相対値を算出し、この相対値に基づいて計測対象物が立体物であるか否かを識別する。【０００４】
また、従来、特許文献３に開示された気象レーダ装置もある。この気象レーダ装置は、送信手段により、水平偏波、垂直偏波の各電波をレーダ繰返し周期で交互に送出する。そして、送出される水平偏波、垂直偏波の各電波の反射波を受信手段により受信する。信号処理手段は、受信手段で得られる水平偏波受信信号および垂直偏波受信信号から不要信号成分を除去した後、各信号強度の平均値を求め、両平均値の差を演算する。氷の落下時の形状はほぼ球状になっているが、雨粒になると、空気抵抗によって水平方向に広がって楕円球状になる。受信される水平偏波信号の信号強度は氷と雨とで異なるが、垂直偏波信号の信号強度は氷と雨とで変わりないので、両平均値の差を演算することにより、気象目標の形状差で信号が得られる。表示器は、信号処理手段で得られる差信号に基づいて、気象目標の形状差についての情報を表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−５７９８４号公報
【特許文献２】特開２０１６−４０１９号公報
【特許文献３】特開平１−２８２４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された上記従来の車両識別装置は、車両に対して細長い物体を識別することはできるが、物体表面の凹凸等の表面形状を反射波から識別することはできない。【０００７】
また、特許文献２に開示された上記従来の物体検出装置は、計測対象物が立体物であるか否かを識別することはできるが、計測対象物が電磁波を自己放出する自己波源でない場合には識別することはできず、特許文献１に記載の車両識別装置と同様に、計測対象物の表面の凹凸等の表面形状を反射波から識別することはできない。【０００８】
また、特許文献３に開示された上記従来の気象レーダ装置は、雪が球状で雨が楕円球状であることに着目し、その偏波特性によって形状を見分けているが、特許文献１，２に開示された各装置と同様に、計測対象物表面の凹凸等の表面形状を反射波から識別することはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、
電磁波の水平偏波成分および垂直偏波成分を放射する送信器と、
送信器によって放射されて物体で反射して戻る反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分を受信する受信器と、
受信器に受信される反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度を比較する反射強度比較部と、
反射強度比較部による反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度の比較結果に基づいて物体における凸部または凹部の形状を検出する物体形状判定部と
を備え、物体形状検出装置を構成した。【００１０】
また、本発明は、
電磁波の水平偏波成分および垂直偏波成分を送信器によって放射する工程と、
送信器によって放射されて物体で反射して戻る反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分を受信器によって受信する工程と、
受信器に受信される反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度を反射強度比較部によって比較する工程と、
反射強度比較部による反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度の比較結果に基づいて物体における凸部または凹部の形状を物体形状判定部によって検出する工程と
を備える物体形状検出方法を構成した。【００１１】
送信器によって放射されて、物体の凸部で反射して受信器に受信される電磁波は、その水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度の差が少ないもしくは無い。また、物体の凹部で反射して受信器に受信される電磁波は、その水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度の差が大きい。したがって、これら本構成によれば、反射強度比較部による反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度の比較結果に基づいて、検出する物体の表面が凸部か凹部かを物体形状判定部において判断することができる。【００１２】
また、本発明は、
周波数変調される電磁波の水平偏波成分および垂直偏波成分を連続波として放射する送信器と、
送信器によって放射されて物体で反射して戻る反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分を各周波数毎に受信する受信器と、
受信器に受信される反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度を各周波数毎に比較する反射強度比較部と、
反射強度比較部による比較によって水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度に差があるとされた周波数のうちの、所定のしきい値を超える差がある周波数の反射波を除去する可変狭帯域除去フィルタと、
可変狭帯域除去フィルタを通過した反射波のなかの、水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度に差が少ないもしくは無い反射波によって物体の凸部を検出し、その凸部の検出に用いた反射波の周波数からその凸部までの距離を測定して、その凸部の位置を検出する凸部判定部と
を備え、物体形状検出装置を構成した。【００１３】
また、本発明は、
周波数変調される電磁波の水平偏波成分および垂直偏波成分を連続波として送信器によって放射する工程と、
送信器によって放射されて物体で反射して戻る反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分を各周波数毎に受信器によって受信する工程と、
受信器に受信される反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度を反射強度比較部によって各周波数毎に比較する工程と、
反射強度比較部による比較によって水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度に差があるとされた周波数のうちの、所定のしきい値を超える差がある周波数の反射波を可変狭帯域除去フィルタによって除去する工程と、
可変狭帯域除去フィルタを通過した反射波のなかの、水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度に差が少ないもしくは無い反射波によって物体の凸部を検出し、その凸部の検出に用いた反射波の周波数からその凸部までの距離を測定して、その凸部の位置を凸部判定部によって検出する工程と
を備える物体形状検出方法を構成した。【００１４】
送信器によって放射されて、物体の凸部で反射する反射波の強度は、物体の凹部で反射する反射波の強度よりも一般的に低く、凸部と凹部とが近接して存在している場合、凹部での反射波に凸部での反射波が隠れることがある。これら本構成によれば、反射強度比較部による比較によって水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度に差があるとされた周波数のうちの、所定のしきい値を超える差がある周波数の反射波は、可変狭帯域除去フィルタによって除去される。すなわち、水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度に所定のしきい値を超える差がある周波数の反射波は、所定のしきい値を超える差がある周波数に相当する距離にある反射強度の高い物体の凹部で反射したものと判断され、可変狭帯域除去フィルタによって物体形状の検出対象から除外される。したがって、信号強度の低い物体の凸部で反射する反射波が顕在し、信号強度の低い物体の凸部について、凸部判定部によって精度良く検出することができる。また、送信波と受信波との周波数差であるビート周波数が低いほど物体までの距離が短いので、ビート周波数が低い凸部、つまり、物体形状検出装置により近い位置にある凸部を対象に形状検出することで、物体形状検出装置により近い位置にある凸部を精度良く検出することができる。【００１５】
また、本発明は、上記のいずれかの物体形状検出装置を備える車両を構成した。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、物体の表面における凸部または凹部の形状を検出することができる物体形状検出装置およびそれを備える車両並びに物体形状検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態による物体形状検出装置のブロック構成図である。
【図２】凹凸のある物体に電波が当たって反射するときの反射モードを説明するための図である。
【図３】（ａ）は、物体の凸部に電波が当たって反射するモードにおける水平偏波成分と垂直偏波成分の入射角に応じた反射率を示すグラフ、（ｂ）は、物体の凹部に電波が当たって反射するモードにおける水平偏波成分と垂直偏波成分の入射角に応じた反射率を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態による物体形状検出装置のブロック構成図である。
【図５】第２の実施形態による物体形状検出装置の利用例を説明するための図である。
【図６】各実施形態の物体形状検出装置における送信部の好ましい設置高さを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の物体形状検出装置を実施するための形態について、説明する。
【００１９】
図１は、本発明の第１の実施形態による物体形状検出装置１のブロック構成図である。
【００２０】
物体形状検出装置１は送信部２と受信部３とから構成される。送信部２は、発振器２１、分配器２２、アンテナ切替部２３、並びに、水平偏波用送信アンテナ２４ａおよび垂直偏波用送信アンテナ２４ｂを備える。発振器２１はＧＨｚ帯の高周波信号を発振する。この高周波信号は分配器２２を介してアンテナ切替部２３に出力される。アンテナ切替部２３は、入力した高周波信号の水平偏波成分を水平偏波用送信アンテナ２４ａ、垂直偏波成分を垂直偏波用送信アンテナ２４ｂへ時分割に切り替えて出力する。したがって、水平偏波用送信アンテナ２４ａからは水平偏波成分の電磁波が、垂直偏波用送信アンテナ２４ｂからは垂直偏波成分の電磁波が一定時間毎に交互に放射される。送信部２は、電磁波の水平偏波成分および垂直偏波成分を放射する送信器を構成する。
【００２１】
水平偏波用送信アンテナ２４ａおよび垂直偏波用送信アンテナ２４ｂから放射される電磁波は、検知物４に照射される。検知物４の物体表面には図示するように凸部４ａと凹部４ｂの凹凸がある。検知物４に照射されて反射する電磁波は受信部３に受信される。
【００２２】
受信部３は、水平偏波用受信アンテナ３１ａおよび垂直偏波用受信アンテナ３１ｂ、アンテナ切替部３２、ミキサ３３、ＦＦＴ計算部および計算結果保存用メモリ３４、反射強度比較部３５、物体形状判定部３６、並びに物体位置判定部３７を備える。ＦＦＴ計算部および計算結果保存用メモリ３４、反射強度比較部３５、物体形状判定部３６、並びに物体位置判定部３７は、電子回路のハードウエア、または、マイクロプロセッサのプログラムによるソフトウエア、または、これらハードウエアとソフトウエアとの組み合わせによって構成される。
【００２３】
アンテナ切替部３２は、水平偏波用受信アンテナ３１ａに受信される電磁波の水平偏波成分と、垂直偏波用受信アンテナ３１ｂに受信される電磁波の垂直偏波成分とを時分割に切り替えて、受信部３に入力する。そして、水平偏波用受信アンテナ３１ａに受信される電磁波の水平偏波成分と、垂直偏波用受信アンテナ３１ｂに受信される電磁波の垂直偏波成分とを一定時間毎に交互にミキサ３３へ出力する。水平偏波用受信アンテナ３１ａおよび垂直偏波用受信アンテナ３１ｂ、並びにアンテナ切替部３２は、送信器によって放射されて、検知物４で反射して戻る反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分を受信する受信器を構成する。
【００２４】
ミキサ３３には、送信部２の発振器２１が出力する発振器出力が分配器２２によって与えられている。ミキサ３３は、水平偏波用受信アンテナ３１ａおよび垂直偏波用受信アンテナ３１ｂに受信されるＧＨｚ帯の高周波信号に、分配器２２から与えられる発振器出力をミキシングして、受信されるＧＨｚ帯の高周波信号をＭＨｚ帯の中間周波信号（ＩＦ信号）に引き下げ、ＦＦＴ計算部および計算結果保存用メモリ３４へ出力する。ＦＦＴ計算部および計算結果保存用メモリ３４は、入力したＩＦ信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して、時間信号を周波数信号に変換する。そして、水平偏波用受信アンテナ３１ａによって受信される反射波の水平偏波成分のＩＦ信号を主データとしてＦＦＴ計算部および計算結果保存用メモリ３４のメモリに一旦記憶し、垂直偏波用受信アンテナ３１ｂに受信される反射波の垂直偏波成分のＩＦ信号を補助データとして同メモリに一旦記憶する。反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各ＩＦ信号には、次のような関係がある。
【００２５】
図２に示すような物体５に電波が到来して、物体５の凸部５ａに電波S1aが入射すると、その反射波S1bは図示するように破線で囲む１箇所で１回跳ねて、到来した方向に反射する。また、物体５の凹部５ｂに電波S2aが入射すると、その反射波S2bは図示するように破線で囲む２箇所で２回跳ねて、到来した方向に反射する。ここで、図示するように物体５に入射する各電波S1a，S2aの入射角をθ[deg]とすると、凸部５ａに入射して１回で跳ねる電波Ｓ１の反射率Ｒは、入射角θに応じてＲθと表される。また、凹部５ｂに入射して２回跳ねる電波Ｓ２の反射率Ｒは、１回目の跳ね時の反射率Ｒθと２回目の跳ね時の反射率Ｒ９０−θとの積算により、入射角θに応じてＲθ・Ｒ９０−θと表される。
【００２６】
図３（ａ）のグラフは、凸部５ａで反射する電波Ｓ１の反射特性を表し、実線で示す特性線Ａは電波Ｓ１の水平偏波成分、破線で示す特性線Ｂは電波Ｓ１の垂直偏波成分の反射特性を表す。また、図３（ｂ）のグラフは、凹部５ｂで反射する電波Ｓ２の反射特性を表し、実線で示す特性線Ｃは電波Ｓ２の水平偏波成分、破線で示す特性線Ｄは電波Ｓ２の垂直偏波成分の反射特性を表す。ここで、各グラフの横軸は入射角θ[deg]、縦軸は反射率Ｒ[−]を表す。また、物体５の誘電率εrを３（εr＝３）とする。
【００２７】
図３（ａ）のグラフにおける各特性線Ａ，Ｂに示されるように、凸部５ａで反射する電波Ｓ１は、破線で囲む入射角θが０°（Ｒθ＝０）近辺で水平偏波成分と垂直偏波成分とに偏波による差が見られない。これに対し、図３（ｂ）のグラフにおける各特性線Ｃ，Ｄに示されるように、凹部５ｂで反射する電波Ｓ２は各入射角θで水平偏波成分と垂直偏波成分とに偏波による差が見られる。特にθ＝１５°〜７５°近辺で、垂直偏波成分の反射率Ｒが小さく、水平偏波成分の反射率Ｒとの間に大きな差が見られる。すなわち、物体５の凸部５ａにおける電波Ｓ１の反射強度は、水平偏波成分と垂直偏波成分とに偏波による差が少なくもしくは無く、凹部５ｂにおける電波Ｓ２の反射強度は、水平偏波成分と垂直偏波成分とに偏波による差が大きく現れる。したがって、凸部５ａについては、入射角θが０°の反射波しか返ってこないので入射角θが０°における偏波による反射強度の差または比を把握することで、凹部５ｂについては、１５°〜７５°の特定の入射角θで反射波が返ってくるので入射角θが１５°〜７５°における偏波による反射強度の差または比を把握することで、物体の表面の凸部と凹部とを判別することができる。
【００２８】
このため、本実施形態による物体形状検出装置１では、ＦＦＴ計算部および計算結果保存用メモリ３４において演算されてメモリに記憶された、水平偏波用受信アンテナ３１ａに受信される反射波の水平偏波成分の強度と、垂直偏波用受信アンテナ３１ｂに受信される反射波の垂直偏波成分の強度とを、反射強度比較部３５によって比較する。物体形状判定部３６は、反射強度比較部３５による反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度の比較結果に基づいて、検知物４における凸部４ａおよび凹部４ｂの形状を検出する。すなわち、反射強度比較部３５による反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度の比較結果が、入射角θが１５°〜７５°における偏波について反射強度に大きな差がある場合には、検知物４における凹部４ｂを検出したものと判定する。また、入射角θが０°における偏波について反射強度の差が小さいもしくは無い場合には、検知物４における凸部４ａを検出したものと判定する。物体位置判定部３７は、物体形状判定部３６によって検出される検知物４の凸部４ａおよび凹部４ｂまでの距離を測定して、検知物４の凸部４ａおよび凹部４ｂの位置を検出する。
【００２９】
また、本実施形態による物体形状検出装置１では、電波の水平偏波成分および垂直偏波成分を送信部２によって放射する工程と、送信部２によって放射されて検知物４で反射して戻る反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分を受信部３によって受信する工程と、受信部３に受信される反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度を反射強度比較部３５によって比較する工程と、反射強度比較部３５による反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度の比較結果に基づいて、検知物４における凸部４ａまたは凹部４ｂの形状を物体形状判定部３６によって検出する工程とを備える物体形状検出方法を使用している。
【００３０】
このような第１の実施形態による物体形状検出装置１および物体形状検出方法によれば、反射強度比較部３５による反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度の比較結果に基づいて、検出する検知物４の表面が凸部４ａか凹部４ｂかを物体形状判定部３６において判断することができる。また、物体形状判定部３６によって検出される検知物４の表面における凸部４ａおよび凹部４ｂの位置を物体位置判定部３７によって検出することができる。したがって、各検出位置の検知物４の表面が凸部４ａか凹部４ｂかを判断することができる。このため、検知物４の各検出位置つまり各反射点が凸部４ａもしくは凹部４ｂと判断することができれば、物体形状判定部３６で物体の簡略的な形状を把握することができる。
【００３１】
すなわち、本発明は、物体形状判定部によって検出される物体の凸部または凹部までの距離を測定して物体の凸部または凹部の位置を検出する物体位置判定部を備えることを特徴とする。
【００３２】
本構成によれば、物体形状判定部によって検出される物体の表面における凸部または凹部の位置を物体位置判定部によって検出することができる。したがって、各検出位置の物体表面が凸部か凹部かを判断することができる。このため、物体の各検出位置つまり各反射点が凸部もしくは凹部と判断することができれば、物体形状判定部で物体の簡略的な形状を把握することができる。
【００３３】
なお、上記の第１の実施形態では、物体形状判定部３６で検知物４の形状を判別してから、物体位置判定部３７によってその形状の位置を判定するようにしているが、物体位置判定部３７によって検出部位の位置を判定してから、物体形状判定部３６でその位置における検出物の形状を判別するように構成してもよい。
【００３４】
次に、本発明の第２の実施形態による物体形状検出装置６について、図４に示すブロック構成図を参照して説明する。
【００３５】
物体形状検出装置６は、送信部７と受信部８とから構成されるＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuos Wave）レーダーである。送信部７は、電圧制御部７１、ＶＣＯ（Voltage-controlled oscillator：電圧制御発振器）７２、分配器７３、偏波切替部７４、並びに、水平および垂直偏波両用送信アンテナ７５を備える。ＶＣＯ７２は、その印加電圧が電圧制御部７１によって制御されることで、周波数変調されたＧＨｚ帯の高周波信号を発振する。この高周波信号は分配器７３を介して偏波切替部７４に出力される。偏波切替部７４は、入力した高周波信号の水平偏波成分および垂直偏波成分を時分割に切り替えて、水平および垂直偏波両用送信アンテナ７５へ出力する。したがって、水平および垂直偏波両用送信アンテナ７５からは、周波数変調された水平偏波成分の電磁波と垂直偏波成分の電磁波とが一定時間毎に交互に放射される。送信部７は、周波数変調される電磁波の水平偏波成分および垂直偏波成分を連続波として放射する送信器を構成する。
【００３６】
水平および垂直偏波両用送信アンテナ７５から放射される電磁波は、検知物４に照射される。検知物４の物体表面には図示するように凸部４ａと凹部４ｂの凹凸がある。検知物４に照射されて反射する電磁波は受信部８に受信される。
【００３７】
受信部８は、水平および垂直偏波両用受信アンテナ８１、偏波切替部８２、ミキサ８３、Ａ／Ｄ変換器８４、ＦＦＴ計算部および計算結果保存用メモリ８５、反射強度比較部８６、可変ノッチフィルタ８７、ＦＦＴ計算部８８、並びに凸角部判定部８９を備える。ＦＦＴ計算部および計算結果保存用メモリ８５、反射強度比較部８６、可変ノッチフィルタ８７、ＦＦＴ計算部８８、並びに凸角部判定部８９は、電子回路のハードウエア、または、マイクロプロセッサのプログラムによるソフトウエア、または、これらハードウエアとソフトウエアとの組み合わせによって構成される。
【００３８】
偏波切替部８２は、水平および垂直偏波両用受信アンテナ８１に受信される電磁波の水平偏波成分と垂直偏波成分とを時分割に切り替えて、各周波数毎に受信部８に入力する。そして、水平および垂直偏波両用受信アンテナ８１に受信される電磁波の水平偏波成分と垂直偏波成分とを一定時間毎に交互にミキサ８３へ出力する。水平および垂直偏波両用受信アンテナ８１、および偏波切替部８２は、送信器によって放射されて、検知物４で反射して戻る反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分を各周波数毎に受信する受信器を構成する。
【００３９】
ミキサ８３には、送信部２のＶＣＯ７２が出力する発振器出力が分配器７３によって与えられている。ミキサ８３は、水平および垂直偏波両用受信アンテナ８１に受信されるＧＨｚ帯の高周波信号に、分配器７３から与えられる発振器出力をミキシングして、受信されるＧＨｚ帯の高周波信号をＭＨｚ帯の中間周波信号（ＩＦ信号）に引き下げ、ＩＦ信号を反射波の各周波数毎にＡ／Ｄ変換器８４および可変ノッチフィルタ８７へ出力する。Ａ／Ｄ変換器８４は、ミキサ８３から出力されるＩＦ信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して、ＦＦＴ計算部および計算結果保存用メモリ８５へ出力する。ＦＦＴ計算部および計算結果保存用メモリ８５は、デジタル信号に変換されたＩＦ信号を反射波の各周波数毎に高速フーリエ変換して、時間信号を周波数信号に変換する。そして、反射波の各周波数毎に、偏波切替部８２によって切り替えられる反射波の水平偏波成分のＩＦ信号を主データとしてＦＦＴ計算部および計算結果保存用メモリ８５のメモリに一旦記憶し、偏波切替部８２によって切り替えられる反射波の垂直偏波成分のＩＦ信号を補助データとして同メモリに一旦記憶する。
【００４０】
反射強度比較部８６は、ＦＦＴ計算部および計算結果保存用メモリ８５に一旦記憶された反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分を反射波の各周波数毎に読み出し、受信器に受信される反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度を反射波の各周波数毎に比較する。そして、水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度に差がある周波数のうちの、所定のしきい値を超える差がある周波数を除去するように、可変ノッチフィルタ８７を制御する。可変ノッチフィルタ８７は、反射強度比較部８６による比較によって水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度に差があるとされた周波数のうちの、所定のしきい値を超える差がある周波数の反射波を除去する可変狭帯域除去フィルタを構成する。上述のように、検知物４の凸部４ａにおける電波の反射強度は、水平偏波成分と垂直偏波成分とに偏波による差が少なくもしくは無く、凹部４ｂにおける電波の反射強度は、水平偏波成分と垂直偏波成分とに偏波による差が大きく現れる。
【００４１】
可変ノッチフィルタ８７にはミキサ８３から出力されるＩＦ信号が入力され、ＦＦＴ計算部８８には、可変ノッチフィルタ８７によって除去された、水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度に所定のしきい値を超える差がある周波数以外の周波数のＩＦ信号が入力される。ＦＦＴ計算部８８は、入力したＩＦ信号を高速フーリエ変換して、時間信号を周波数信号に変換する。凸角部判定部８９は、可変ノッチフィルタ８７を通過した反射波のなかの、水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度に差が少ないもしくは無い反射波のＩＦ信号によって検知物４の凸部４ａを検出する。そして、その凸部４ａの検出に用いた反射波のＩＦ信号の周波数から、その凸部４ａまでの距離を測定して、その凸部４ａの位置を検出する。
【００４２】
送信部７によって放射されて、検知物４の凸部４ａで反射する反射波の強度は、検知物４の凹部４ｂで反射する反射波の強度よりも一般的に低く、凸部４ａと凹部４ｂとが近接して存在している場合、凹部４ｂでの反射波に凸部４ａでの反射波が隠れることがある。第２の実施形態による物体形状検出装置６によれば、反射強度比較部８６による比較によって水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度に差があるとされた周波数のうちの、所定のしきい値を超える差がある周波数の反射波は、可変ノッチフィルタ８７によって除去される。すなわち、水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度に所定のしきい値を超える差がある周波数の反射波は、所定のしきい値を超える差がある周波数に相当する距離にある反射強度の高い検知物４の凹部４ｂで反射したものと判断され、可変ノッチフィルタ８７によって物体形状の検出対象から除外される。したがって、信号強度の低い検知物４の凸部４ａで反射する反射波が顕在し、信号強度の低い検知物４の凸部４ａについて、凸角部判定部８９によって精度良く検出することができる。また、送信波と受信波との周波数差であるビート周波数が低いほど検知物４までの距離が短いので、ビート周波数が低い凸部４ａ、つまり、物体形状検出装置６により近い位置にある凸部４ａを対象に形状検出することで、物体形状検出装置６により近い位置にある凸部４ａを精度良く検出することができる。
【００４３】
このような第２の実施形態による物体形状検出装置６では、周波数変調される電磁波の水平偏波成分および垂直偏波成分を連続波として送信部７によって放射する工程と、送信部７によって放射されて検知物４で反射して戻る反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分を各周波数毎に受信部８によって受信する工程と、受信部８に受信される反射波の水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度を反射強度比較部８６によって各周波数毎に比較する工程と、反射強度比較部８６による比較によって水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度に差があるとされた周波数のうちの、所定のしきい値を超える差がある周波数の反射波を可変ノッチフィルタ８７によって除去する工程と、可変ノッチフィルタ８７を通過した反射波のなかの、水平偏波成分および垂直偏波成分の各強度に差が少ないもしくは無い反射波によって検知物４の凸部４ａを検出し、その凸部４ａの検出に用いた反射波の周波数からその凸部４ａまでの距離を測定して、その凸部４ａの位置を凸角部判定部８９によって検出する工程とを備える物体形状検出方法を使用している。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
第２の実施形態による物体形状検出装置６は、図５に示すように、自動車９１等の車両のドア９１ａの内部に設置して、ドア９１ａの開閉時における障害物の検知に利用すると好適である。つまり、自動車９１が縁石９２の脇に停車した際、縁石９２に気が付かずにドア９１ａが開けられると、ドア９１ａが縁石９２の凸部９２ａにぶつかり、ドア９１ａに傷がついてしまう。このような際、第２の実施形態による物体形状検出装置６を自動車９１に設置しておくことで、物体形状検出装置６によって物体形状検出装置６により近い位置にある縁石９２の凸部９２ａを上述のようにして検知することができる。したがって、物体形状検出装置６によって縁石９２の凸部９２ａが検知された場合、警報を鳴らすなどすることで、ドア９１ａが縁石９２の凸部９２ａにぶつかって傷つくことを防止することができる。【００４５】
また、第１の実施形態による物体形状検出装置１も、自動車９１等の車両に搭載して、車両の周囲や路面にある物体の凹部または凸部を検出することで、走路の周囲状況および路面状況等を的確に把握して運転のアシスト情報にすることができる。【００４６】
また、図３（ｂ）のグラフに示されるように、凹部５ｂで反射する電波Ｓ２は、入射角θ＝３０°〜６０°の範囲で、水平偏波成分と垂直偏波成分とに偏波による差が顕著に見られる。電波Ｓ２の入射角θが３０°〜６０°の範囲にあるとき、送信部２，７の高さＬは次の式（１）に示される範囲にある。
【数１】
2019163216.tif 000003
【００４７】
上記の式（１）において、ｘは、図６（ａ），（ｂ）に示すように、送信部２，７によって放射されて物体５の凹部５ｂに入射する電磁波Ｓ２の入射波S2aの軌跡の延長線が物体５の載置される載置面１０と交差する仮想位置Ｐ１から、送信部２，７が設置される設置位置Ｐ２までの水平距離である。送信部２，７は、設置位置Ｐ２における載置面１０に垂直な方向の高さＬに設置されている。図６（ａ）は、電波Ｓ２の入射角θが６０°になるときにおける送信部２，７の設置高さＬを示しており、このときの設置高さＬは次の式（２）のように算出される。
【数２】
2019163216.tif 000004
【００４８】
また、図６（ｂ）は、電波Ｓ２の入射角θが３０°になるときにおける送信部２，７の設置高さＬを示しており、このときの設置高さＬは次の式（３）のように算出される。
【数３】
2019163216.tif 000005
【００４９】
したがって、自動車９１等の車両に搭載されたりする第１の実施形態による物体形状検出装置１や第２の実施形態による物体形状検出装置６は、送信部２，７の設置高さＬが式（１）に示される範囲にあるとき、物体５に入射する入射波S2aの水平偏波成分と垂直偏波成分とに偏波による差が顕著に現れ、物体５の凹部５ｂの検出精度が高くなる。このため、物体形状検出装置１，６における送信部２，７の設置高さＬは、式（１）に示される範囲に設定されるのが好ましい。
【符号の説明】
【００５０】
１，６…物体形状検出装置
２，７…送信部
３，８…受信部
４…検知物
４ａ，５ａ…凸部
４ｂ，５ｂ…凹部
５…物体
２１…発振器
２２，７３…分配器
２３，３２…アンテナ切替部
２４ａ…水平偏波用送信アンテナ
２４ｂ…垂直偏波用送信アンテナ
３１ａ…水平偏波用受信アンテナ
３１ｂ…垂直偏波用受信アンテナ
３３，８３…ミキサ
３４，８５…ＦＦＴ計算部および計算結果保存用メモリ
３５，８６…反射強度比較部
３６…物体形状判定部
３７…物体位置判定部
７１…電圧制御部
７２…ＶＣＯ（電圧制御発振器）
７４，８２…偏波切替部
７５…水平および垂直偏波両用送信アンテナ
８１…水平および垂直偏波両用受信アンテナ
８４…Ａ／Ｄ変換器
８７…可変ノッチフィルタ（可変狭帯域除去フィルタ）
８８…ＦＦＴ計算部
８９…凸角部判定部（凸部判定部）
【図１】
2019163216.tif 000007
【図２】
2019163216.tif 000008
【図３】
2019163216.tif 000009
【図４】
2019163216.tif 000010
【図５】
2019163216.tif 000011
【図６】
2019163216.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】令和2年6月12日(2020.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
従来、この種の物体形状検出装置としては、例えば、特許文献１に開示された車両識別装置がある。この車両識別装置は、発信器により、電磁波の垂直偏波成分と水平偏波成分をアンテナから進行方向前方へ発射する。物標から反射してきた電磁波は、その垂直偏波成分と水平偏波成分の各々がアンテナによって受信され、検波器によって検波される。路側帯のリフレクタなどの支柱は縦方向に長いものが多いので、その反射波は垂直偏波成分が大きく、水平偏波成分は小さい。これに対し、車両からの反射波の垂直偏波成分と水平偏波成分はほぼ等しい。そこで、マイクロプロセッサは、受信した反射波の垂直偏波成分と水平偏波成分の強度を比較することにより、前方物標が車両であるか、車両以外のリフレクタ等であるかを判定する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
物体形状検出装置６は、送信部７と受信部８とから構成されるＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）レーダーである。送信部７は、電圧制御部７１、ＶＣＯ（Voltage-controlled oscillator：電圧制御発振器）７２、分配器７３、偏波切替部７４、並びに、水平および垂直偏波両用送信アンテナ７５を備える。ＶＣＯ７２は、その印加電圧が電圧制御部７１によって制御されることで、周波数変調されたＧＨｚ帯の高周波信号を発振する。この高周波信号は分配器７３を介して偏波切替部７４に出力される。偏波切替部７４は、入力した高周波信号の水平偏波成分および垂直偏波成分を時分割に切り替えて、水平および垂直偏波両用送信アンテナ７５へ出力する。したがって、水平および垂直偏波両用送信アンテナ７５からは、周波数変調された水平偏波成分の電磁波と垂直偏波成分の電磁波とが一定時間毎に交互に放射される。送信部７は、周波数変調される電磁波の水平偏波成分および垂直偏波成分を連続波として放射する送信器を構成する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
上記の式（１）において、ｘは、図６（ａ），（ｂ）に示すように、送信部２，７によって放射されて物体５の凹部５ｂに入射する電波Ｓ２の入射波S2aの軌跡の延長線が物体５の載置される載置面１０と交差する仮想位置Ｐ１から、送信部２，７が設置される設置位置Ｐ２までの水平距離である。送信部２，７は、設置位置Ｐ２における載置面１０に垂直な方向の高さＬに設置されている。図６（ａ）は、電波Ｓ２の入射角θが６０°になるときにおける送信部２，７の設置高さＬを示しており、このときの設置高さＬは次の式（２）のように算出される。
【数２】
2019163216.tif 000013
【国際調査報告】
2019163216.tif 000014
2019163216.tif 000015
2019163216.tif 000016