(57)【要約】【課題】多数の受信アンテナを必要とすることなく検出範囲を広げることができる物体検出装置を提供する。【解決手段】本発明の一形態に係る物体検出装置は、第１の送受信ユニットと、第２の送受信ユニットと、信号処理部とを具備する。前記第１の送受信ユニットは、第１の検出範囲にミリ波を送信しその反射波を受信可能に構成される。前記第２の送受信ユニットは、第２の検出範囲にミリ波を送信しその反射波を受信可能に構成される。前記信号処理部は、前記第１の送受信ユニットの出力と前記第２の送受信ユニットの出力とに基づいて、前記第１の検出範囲及び前記第２の検出範囲を移動する物体に関する情報を取得する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の検出範囲にミリ波を送信しその反射波を受信可能な第１の送受信ユニットと、
第２の検出範囲にミリ波を送信しその反射波を受信可能な第２の送受信ユニットと、
前記第１の送受信ユニットの出力と前記第２の送受信ユニットの出力とに基づいて、前記第１の検出範囲及び前記第２の検出範囲を移動する物体に関する情報を取得する信号処理部と
を具備する物体検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の物体検出装置であって、
前記第１の送受信ユニット及び前記第２の送受信ユニットは、送信アンテナと、前記送信アンテナに近接して配置された少なくとも１つの受信アンテナとを有する
物体検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の物体検出装置であって、
前記第１の送受信ユニット及び前記第２の送受信ユニットは、前記物体の移動方向に沿って設置される
物体検出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の物体検出装置であって、
前記信号処理部は、前記前記第１の送受信ユニットの出力と前記第２の送受信ユニットの出力とに基づいて、前記物体の移動方向、移動速度及び形状の少なくとも１つに関する情報を取得する
物体検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の物体検出装置であって、
前記信号処理部は、前記第１の送受信ユニットの出力と前記第２の送受信ユニットの出力とに基づいて前記物体からのミリ波の反射波のピーク値を取得し、前記反射波のピーク値の時間変化に基づいて前記物体の移動方向、移動速度又は形状を推定する
物体検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の物体検出装置であって、
前記信号処理部によって取得された前記物体に関する情報を管理装置へ送信する通信部をさらに具備する
物体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミリ波を利用して検出範囲を移動する物体を検出する物体検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミリ波（波長１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の電磁波）は、水位測定や無線アクセス通信、画像伝送システム、簡易無線、自動車衝突防止レーダー等に利用されている。従来のミリ波センサでは、人や自動車等の動体が検出範囲を通過すると外乱が生じ、これを除外することは困難であった。
【０００３】
一方、特許文献１には、ミリ波を利用した車両用衝突危険予測装置が開示されている。この装置は、多数のミリ波受信アンテナを二次元的に配置することで、検出範囲内での動体を検出することを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１５６７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構成では、多数（数十基以上）のミリ波受信アンテナを二次元的に配置する必要があり、装置が大掛かりとなる上にコストも高くなる。また、検出範囲に限界があり、受信アンテナの増加を抑えつつ、検出範囲を広げることが困難であった。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、多数の受信アンテナを必要とすることなく検出範囲を広げることができる物体検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る物体検出装置は、第１の送受信ユニットと、第２の送受信ユニットと、信号処理部とを具備する。
前記第１の送受信ユニットは、第１の検出範囲にミリ波を送信しその反射波を受信可能に構成される。
前記第２の送受信ユニットは、第２の検出範囲にミリ波を送信しその反射波を受信可能に構成される。
前記信号処理部は、前記第１の送受信ユニットの出力と前記第２の送受信ユニットの出力とに基づいて、前記第１の検出範囲及び前記第２の検出範囲を移動する物体に関する情報を取得する。
【０００８】
上記物体検出装置においては、第１の送受信ユニット及び第２の送受信ユニットの検出範囲が異なるため、多数の受信アンテナを必要とすることなく検出範囲を広げることができる。
【０００９】
前記第１の送受信ユニット及び前記第２の送受信ユニットは、送信アンテナと、前記送信アンテナに近接して配置された少なくとも１つの受信アンテナとを有してもよい。
【００１０】
前記第１の送受信ユニット及び前記第２の送受信ユニットは、前記物体の移動方向に沿って設置されてもよい。
【００１１】
前記信号処理部は、前記前記第１の送受信ユニットの出力と前記第２の送受信ユニットの出力とに基づいて、前記物体の移動方向、移動速度及び形状の少なくとも１つに関する情報を取得するように構成されてもよい。
【００１２】
前記信号処理部は、前記第１の送受信ユニットの出力と前記第２の送受信ユニットの出力とに基づいて前記物体からのミリ波の反射波のピーク値を取得し、前記反射波のピーク値の時間変化に基づいて前記物体の移動方向、移動速度又は形状を推定するように構成されてもよい。
【００１３】
前記物体検出装置は、前記信号処理部によって取得された前記物体に関する情報を管理装置へ送信する通信部をさらに具備してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
以上述べたように、本発明によれば、多数の受信アンテナを必要とすることなく検出範囲を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】上記物体検出装置における第１の送受信ユニットと第２の送受信ユニットとの配置関係を示す模式図である。
【図３】上記第１の送受信ユニット及び第２の送受信ユニットを用いた物体（動体）の検出例を示す模式図である。
【図４】上記第１の送受信ユニット及び第２の送受信ユニットにおいて受信された物体からのミリ波の反射波強度の時間変化の一例を示す模式図である。
【図５】上記第１の送受信ユニット及び第２の送受信ユニットにおいて受信された物体からのミリ波の反射波強度の時間変化の他の一例を示す模式図である。
【図６】上記物体検出装置による物体の形状の検出例を示す模式図である。
【図７】上記物体検出装置による物体の形状の他の検出例を示す模式図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図９】上記物体検出装置における第１の送受信ユニットと第２の送受信ユニットとの配置関係を示す模式図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る物体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】上記第１の送受信ユニット及び第２の送受信ユニットの他の配置関係を示す模式図である。
【図１２】本発明の他の実施形態における送受信ユニットの配置関係を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【００１７】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る物体検出装置１００の構成を示すブロック図である。同図に示すように、物体検出装置１００は、第１の送受信ユニット１０と、第２の送受信ユニット２０と、信号処理部３０とを備える。
【００１８】
第１の送受信ユニット１０は、第１の検出範囲Ｔ１にミリ波Ｗを送信し、その反射波ＲＷを受信可能に構成される。本実施形態において第１の送受信ユニット１０は、第１の検出範囲Ｔ１にミリ波Ｗを送信する送信アンテナ１１と、第１の検出範囲Ｔ１からのミリ波Ｗの反射波ＲＷを受信する受信アンテナ１２とを有する。受信アンテナ１２は、送信アンテナ１１に近接して配置される。受信アンテナ１２の数は１つに限られず、複数であってもよい。
【００１９】
第２の送受信ユニット２０は、第２の検出範囲Ｔ２にミリ波Ｗを送信し、その反射波ＲＷを受信可能に構成される。本実施形態において第２の送受信ユニット２０は、第２の検出範囲Ｔ２にミリ波Ｗを送信する送信アンテナ２１と、第２の検出範囲Ｔ２からのミリ波Ｗの反射波ＲＷを受信する受信アンテナ２２とを有する。受信アンテナ２２は、送信アンテナ２１と近接して配置される。受信アンテナ２２の数は１つに限られず、複数であってもよい。
【００２０】
送信アンテナ１１，２１及び受信アンテナ１２，２２の構成は特に限定されず、それぞれ単一のアンテナで構成されてもよいし、複数のアンテナ素子がアレイ状に配列されたアンテナアレイで構成されてもよい。送信アンテナ１１，２１及び受信アンテナ１２，２２には、ミリ波を拡散させるレンズが設けられてもよい。
【００２１】
第１の検出範囲Ｔ１及び第２の検出範囲Ｔ２は、それぞれ異なる領域に設定される。典型的には、第１の検出範囲Ｔ１及び第２の検出範囲Ｔ２は相互に重複しない領域に設定されるが、一部の領域が相互に重複していてもよい。第１の検出範囲Ｔ１及び第２の検出範囲Ｔ２は特に限定されず、例えば、道路の路面、河川や湖池の水面等が挙げられる。
【００２２】
信号処理部３０は、第１の送受信ユニット１０の出力と第２の送受信ユニット２０の出力とに基づいて、第１の検出範囲Ｔ１及び第２の検出範囲Ｔ２を移動する物体に関する情報を取得するように構成される。
【００２３】
図１に示すように、信号処理部３０は、演算回路３１、２基のＤＡ（Digital to Analog）変換器３２、２基のＶＣＯ（Voltage-Controlled Oscillator）３３、２基の送信アンプ３４、２基の受信アンプ３５及び２基のＡＤ（Analog to Digital）変換器３６を有する。
【００２４】
演算回路３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や内部メモリを有するマイクロプロセッサで構成される。演算回路３１は、送信アンテナ１１，２１から送信されるミリ波の信号（以下、送信信号ともいう）を生成し、受信アンテナ１２，２２が受信したミリ波の信号（以下、受信信号ともいう）に対する信号を処理する。個の詳細については後述する。
【００２５】
ＤＡ変換器３２は、演算回路３１から出力されたデジタル信号である送信信号をアナログ信号に変換し、ＶＣＯ３３に供給する。ＶＣＯ３３は、ＤＡ変換器３２から供給された送信信号を受けて、所定の周波数（例えば３０ＧＨｚ帯）の高周波信号を出力し、送信アンプ３４に供給する。送信アンプ３４は、ＶＣＯから供給された送信信号を、送信出力として必要なレベルにまで増幅し、送信アンテナ１１，２１に供給する。ＤＡ変換器３２、ＶＣＯ３３及び送信アンプ３４は、各送信アンテナ１１，２１に個々に接続される。
【００２６】
受信アンプ３５は、ミリ波の反射波ＲＷを受信して受信アンテナ１２，２２が出力した受信信号を増幅し、ＡＤ変換器３６に供給する。ＡＤ変換器３６は、受信アンプ３５から供給された受信信号であるアナログ信号をデジタル信号に変換し、演算回路３１に供給する。受信アンプ３５及びＡＤ変換器３６は、各受信アンテナ１２，２２に個々に接続される。
【００２７】
図２は、第１の送受信ユニット１０と第２の送受信ユニット２０との配置関係を示す模式図である。同図に示す例では、第１の送受信ユニット１０及び第２の送受信ユニット２０は、棒状等の適宜の形状の支持部材５０を介して相互に連結される。
【００２８】
図３は、第１の送受信ユニット１０及び第２の送受信ユニット２０を用いて路面Ｒ上を走行する車両Ｖの検出例を示す模式図である。本例において、第１の送受信ユニット１０及び第２の送受信ユニット２０は、車両Ｖの移動方向に沿って設置される。第１の送受信ユニット１０から送信されるミリ波の照射範囲（第１の検出範囲Ｔ１）と、第２の送受信ユニット２０から送信されるミリ波の照射範囲（第２の検出範囲Ｔ２）とを順次通過する車両Ｖでのミリ波の反射波を受信することで、車両Ｖの走行方向及び走行速度を検出することが可能となる。
【００２９】
第１の送受信ユニット１０と第２の送受信ユニット２０との間隔は特に限定されないが、それぞれの検出範囲Ｔ１，Ｔ２が相互に重なり合わないか、重なり合う領域がなるべく小さくなるような適宜の間隔をあけるのが好ましい。これにより、検出範囲の拡張を図ることができる。一方、第１の送受信ユニット１０と第２の送受信ユニット２０の間隔が過度に大きすぎると、検出範囲Ｔ１，Ｔ２を通過する車両Ｖの特定が困難となり、したがって当該車両Ｖに関する有意な情報が得られにくくなる。本実施形態では、送受信ユニット１０，２０の間隔は、例えば、普通車両の一台分〜３台分の長さ（約４ｍ〜１５ｍ）に設定される。
【００３０】
物体検出装置１００は、通信部４０をさらに備える。通信部４０は、信号処理部３０によって取得された車両Ｖ等の物体に関する情報を図示しない管理装置へ送信することが可能に構成される。上記管理装置としては、典型的には、管理サーバや端末装置が挙げられる。通信部４０は、例えばアンテナ等の無線通信モジュールを有し、管理装置とインターネット回線や近距離無線通信技術を用いて接続される。通信方式は無線に限られず、有線であってもよい。
【００３１】
なお、信号処理部３０及び通信部４０は、第１の送受信ユニット１０及び第２の送受信ユニット２０とは別個に構成されてもよいし、第１の送受信ユニット１０又は第２の送受信ユニット２０と一体的に構成されてもよい。
【００３２】
続いて、信号処理部３０の詳細について、物体検出装置１００の典型的な動作と併せて説明する。
【００３３】
図４Ａ、Ｂはそれぞれ、第１の送受信ユニット１０及び第２の送受信ユニット２０において受信された車両Ｖからのミリ波の反射波強度の時間変化の一例を示す模式図である。
【００３４】
信号処理部３０は、第１の送受信ユニット１０及び第２の送受信ユニット２０の送信アンテナ１１，２１を介してミリ波Ｗを検出範囲Ｔ１，Ｔ２に向けて照射する。ミリ波Ｗは連続波でもよいし、所定周波数（例えば５０Ｈｚ）のパルス波であってもよい。送信アンテナ１１，２１には信号処理部３０からの送信信号が時間的に同期して入力される。検出範囲Ｔ１，Ｔ２に車両Ｖが存在しない場合、信号処理部３０は路面Ｒからのミリ波の反射波ＲＷの強度ｓ１（バックグランド信号）を検出する。
【００３５】
路面Ｒ上を走行する車両が検出範囲Ｔ１，Ｔ２を通過すると、信号処理部３０は、時刻ｔ１において第１の送受信ユニット１０からの受信信号に基づくミリ波反射強度のピーク値ｓ２を検出し、時刻ｔ２において第２の送受信ユニット２０からの受信信号に基づくミリ波反射強度のピーク値ｓ２を検出する。信号処理部３０は、ミリ波反射強度のピーク値の時間変化から、車両Ｖの進行方向を推定する。また、第１の送受信ユニット１０と第２の送受信ユニット２０との間隔は既知であることから、時刻ｔ１からｔ２までの時間（ｔ２−ｔ１）に基づいて、車両Ｖの進行速度を推定することができる。また、ミリ波の反射強度は、路面Ｒからの高さ情報も含むため、反射強度のピーク値から車両Ｖの高さ情報も取得することができる。
【００３６】
さらに、第１の送受信ユニット１０及び第２の送受信ユニット２０がそれぞれ異なる検出範囲Ｔ１，Ｔ２における車両Ｖを検出対象としているため、車両Ｖが停止しているのか、あるいは検出範囲Ｔ１，Ｔ２にわたる全長の車両（トラックやトレーラなど）が通過しているのかを容易に判定することができる。
【００３７】
例えば図５Ａに示すように、第１の送受信ユニット１０からの受信信号に基づくミリ波反射強度のピーク値が時刻ｔ１からｔ２よりも長い時刻にわたって継続する場合がある。この場合、信号処理部３０は、図５Ｂに示すように第２の送受信ユニット２０からの受信信号に基づくミリ波反射強度のピーク値が時刻ｔ２において検出されたとき、トレーラ等の全長の長い車両が通過したと推定することができる。
【００３８】
信号処理部３０は、第１の送受信ユニット１０あるいは第２の送受信ユニット２０からの受信信号に基づいて、路面Ｒを通過する車両Ｖの形状を推定することが可能に構成される。すなわち、ミリ波の反射強度は、路面Ｒからの車両の高さに関する情報も含むため、ミリ波の反射強度の時間変化から車両Ｖの全長方向の高さの推移を基に、車両Ｖの形状あるいは車種を推定することができる。車両Ｖの形状あるいは車種の推定は、上述した車両Ｖの走行方向及び走行速度の推定処理と同時に行われてもよいし、個別に行われてもよい。
【００３９】
例えば図６及び図７に、形状の異なる車両からのミリ波の反射強度の時間変化の違いを示す。図６Ａは軽車両、図６Ｂはワンボックスカー、図７Ａは小型トラック、図７Ｂはカーゴ付きトラック、図７Ｃは荷台付きトラックにそれぞれ相当する。
【００４０】
以上のように、本実施形態の物体検出装置１００によれば、第１の送受信ユニット１０及び第２の送受信ユニット２０の検出範囲Ｔ１，Ｔ２が相互に異なるため、多数の受信アンテナを必要とすることなく検出範囲を広げることができる。送受信ユニットの数は２基に限られず、３基以上であってもよい。これにより、検出範囲の更なる拡大を図ることができる。
【００４１】
また、本実施形態によれば、これら複数の送受信ユニット１０，２０の出力に基づいて、車両Ｖの移動方向、移動速度を推定することができるとともに、車両Ｖが停止しているか否かも容易に判定することができる。更に、車両Ｖの形状から、車種の推定も行うことができる。
【００４２】
信号処理部３０において各送受信ユニット１０，２０からの受信信号に基づいて算出された車両Ｖの走行速度や車種情報等は、通信部４０を介して図示しないクラウドサーバ等の管理装置へ送信される。通信頻度は特に限定されず、数時間〜数日あるいは数か月に一度でもよい。これにより、所定の路線の交通量（渋滞）や通行する車両の種類等に関する情報を収集、蓄積することができる。
【００４３】
＜第２の実施形態＞
図８は、本発明の第２の実施形態に係る物体検出装置２００の構成を示すブロック図である。図９は、第１の送受信ユニット１０と第２の送受信ユニット２０との配置関係を示す模式図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
【００４４】
本実施形態の物体検出装置２００において、第１の送受信ユニット１０の送信アンテナ１１及び受信アンテナ１２、及び、第２の送受信ユニット２０の送信アンテナ２１及び受信アンテナ２２は、それぞれ共通の送受信アンテナ１３，２３で構成される。各送受信アンテナ１３，２３は、スイッチ１４，２４によって送信アンプ３４及び受信アンプ３５との接続が切り替えられるように構成される。スイッチ１４，２４は、第１の送受信ユニット１０及び第２の送受信ユニット２０に設けられる例に限られず、信号処理部３０に設けられてもよい。
【００４５】
本実施形態においては、第１の送受信ユニット１０及び第２の送受信ユニット２０各々の送信アンテナ及び受信アンテナがそれぞれ単一の送受信アンテナ１３，２３で構成されているため、各送受信ユニット１０，２０の小型化と軽量化を図ることができるとともに、検出範囲の拡張に伴うアンテナの数の削減を図ることができる。
【００４６】
＜第３の実施形態＞
図１０は、本発明の第３の実施形態に係る物体検出装置３００の構成を示すブロック図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
【００４７】
本実施形態の物体検出装置３００は、信号処理部３０におけるＤＡ変換器３２、ＶＣＯ３３及び送信アンプ３４が、第１の送受信ユニット１０における送信アンテナ１１と第２の送受信ユニット２０における送信アンテナ２１とに共通に接続されている点で第１の実施形態と異なる。
【００４８】
本実施形態の物体検出装置３００においては、演算回路３１から各送信アンテナ１１，２１へ共通の送信信号が供給されるため、信号処理部３０の構成の簡素化を図ることができるとともに、送信アンテナ１１，２１から送信されるミリ波の同期がとりやすくなる。
【００４９】
＜その他の実施形態＞
図１１は、第１の送受信ユニット１０及び第２の送受信ユニット２０の他の配置関係を示す模式図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、第１の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。
【００５０】
本例の送受信ユニット１０，２０はそれぞれ、１つの送信アンテナ１１，２１と、２つの受信アンテナ１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂとを有する。受信アンテナ１２ａ，１２ｂは、送信アンテナ１１を挟んで一軸方向に相互に対向して配置され、受信アンテナ２２ａ，２２ｂを送信アンテナ２１を挟んで一軸方向に相互に対向して配置される。
【００５１】
上記一軸方向は、第１の実施形態と同様に車両Ｖ等の物体（動体）の移動方向に平行な向きとすることができる。この場合、各送受信ユニット１０，２０は、相互に異なる走行車線の所定領域を検出範囲とすることができる。各々の検出範囲は、同一方向に向かう車両の走行車線であってもよいし、相互に逆方向に向かう車両の走行車線であってもよい。各受信アンテナが送信アンテナを挟んで上記一軸方向に配列されているため、一台の物体検出装置によって複数車線の車両Ｖの移動速度や形状（車種）等に関する情報を取得することができる。
【００５２】
ミリ波を送受信する送受信ユニットの数は２つに限られず、３つ以上であってもよい。例えば図１２は、４つの送受信ユニット１０，２０，６０，７０を備えた物体検出装置４００の構成を示す模式図である。各送受信ユニット１０，２０，６０，７０はそれぞれ同一の構成を有し、送信アンテナと少なくとも１つの受信アンテナとを含む。各送受信ユニット１０，２０，６０，７０の配列形態は特に限定されず、典型的には図示するように２次元的に配置されるが、一次元的に配置されてもよい。送受信ユニット１０，２０，６０は、それぞれ支持部材５１，５２，５３を介して送受信ユニット７０に連結される。４つの送受信ユニットのうち１つの送受信ユニット（本例では送受信ユニット７０）に信号処理部３０及び通信部４０が設定されてもよい。
【００５３】
上記構成の物体検出装置４００によれば、検出範囲の更なる拡張を図ることができる。これにより、例えば交差点を中心とする複数の道路の交通量の調査等を同時に行うことができる。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５５】
例えば以上の実施形態では、車両Ｖの移動方向、移動速度あるいは車種の推定に本発明を適用した例について説明したが、勿論これに限られず、例えば河川や湖沼の水位測定等にも本発明は適用可能である。この場合、水面を流れる浮遊物の外乱要因を検出対象とすることで、水位の正確な測定が可能となる。
これ以外にも、車載用の衝突防止レーダー等にも本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０…第１の送受信ユニット
１１，２１…送信アンテナ
１２，２２…受信アンテナ
１３，２３…送受信アンテナ
２０…第２の送受信ユニット
３０…信号処理部
４０…通信部
１００，２００，３００，４００…物体検出装置
Ｖ…車両
【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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