(57)【要約】【課題】対象物までの距離を適切なタイミングで計測することが可能な移動体用距離計測装置を提供する。【解決手段】車両に搭載される移動体用距離計測装置であって、時間に応じて異なる周波数の送信波を送信する送信アンテナ素子４０と、送信波が対象物に反射されて到来した受信波をそれぞれ受信する複数の受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅと、送信波の周波数に応じた強度の送信信号を出力する第１フィルター５０と、受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅで受信された受信波ごとに、当該受信波の周波数に応じた強度の受信信号を出力する第２フィルター８０ａ〜８０ｅと、一定時間における前記送信波の周波数の変化量、および、受信波の受信信号の強度と、当該受信波の受信タイミングにおいて送信された送信波の送信信号の強度との差に基づいて、対象物までの距離を計測する計測手段１００，１１０とを備えることを特徴とする移動体用距離計測装置。【選択図】  図１
2015075449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載される移動体用距離計測装置であって、
時間に応じて異なる周波数の送信波を送信する送信アンテナ素子と、
前記送信波が対象物に反射して到来する受信波をそれぞれ受信する複数の受信アンテナ素子と、
前記送信波の周波数に応じた強度の送信信号を出力する第１フィルターと、
前記第１フィルターと同じフィルター特性を有し、前記受信アンテナ素子で受信された受信波ごとに、当該受信波の周波数に応じた強度の受信信号を出力する第２フィルターと、
一定時間における前記送信波の周波数の変化量、および、前記受信波の受信信号の強度と、当該受信波の受信タイミングにおいて送信された前記送信波の前記送信信号の強度との差に基づいて、前記対象物までの距離を計測する計測手段とを備えることを特徴とする移動体用距離計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の移動体用距離計測装置において、
前記送信信号に対する前記受信信号の減衰率を取得する取得手段と、
前記減衰率に基づいて、前記送信信号の強度または前記受信信号の強度を補正する補正手段と、をさらに備え、
前記計測手段は、前記補正手段により補正された前記送信信号または前記受信信号を用いて、前記対象物までの距離を計測することを特徴とする移動体用距離計測装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の移動体用距離計測装置において、
前記取得手段は、一定周波数の送信波に基づいて前記第１フィルターにより出力された送信信号の強度に対する、前記一定周波数の送信波が対象物に反射して到来した受信波に基づいて前記第２フィルターにより出力された受信信号の強度を、前記減衰率として算出することを特徴とする移動体用距離計測装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の移動体用距離計測装置において、
前記複数の受信アンテナ素子は光学系を通過した受信波を受信しており、
前記取得手段は、前記受信アンテナ素子ごとに、前記光学系から前記各受信アンテナ素子までの距離に応じた前記減衰率を取得することを特徴とする移動体用距離計測装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の移動体用距離計測装置において、
前記取得手段は、大気による受信波の減衰特性を加味した前記減衰率を取得することを特徴とする移動体用距離計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体に搭載される移動体用距離計測装置および移動体用距離計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、周波数を変調させながら送信波を対象物に向けて放射する送信アンテナと、送信波が対象物に反射して到来した受信波を複数のアンテナ素子で受信する受信アンテナとを備え、送信波の周波数と、各アンテナ素子で受信された受信波の周波数とをそれぞれ比較することで、対象物までの距離を計測する距離計測装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６８１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術では、複数のアンテナ素子で受信したそれぞれの受信波ごとに、高速フーリエ変換などの演算を行い、送信波の周波数と受信波の周波数との差を算出することで、対象物までの距離を計測するため、受信アンテナ素子の数が増加するほど、演算による処理負荷が大きくなり、処理時間は増大してしまう。その結果、たとえば、このような距離計測装置を車両に搭載し、刻々と変化する状況下において、対象物までの距離を計測する場合において、対象物までの距離を適切なタイミングで計測できない場合があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、対象物までの距離を適切なタイミングで計測することが可能な移動体用距離計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、車両に搭載される移動体用距離計測装置において、時間に応じて異なる周波数の送信波を送信する送信アンテナ素子と、送信波が対象物に反射されて到来する受信波をそれぞれ受信する複数の受信アンテナ素子と、送信波の周波数に応じた強度の信号を送信信号として出力する第１フィルターと、受信アンテナ素子で受信された受信波ごとに、当該受信波の周波数に応じた強度の信号を受信信号として出力する第２フィルターと、一定時間における前記送信波の周波数の変化量、および、受信波の受信信号の強度と、当該受信波の受信タイミングにおいて送信された送信波の送信信号の強度との差に基づいて、対象物までの距離を計測する計測手段と、を備えることで、上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複雑な演算を行うことなく、一定時間における送信波の周波数の変化量、および、第１フィルターおよび第２フィルターを用いて取得した送信信号の強度と受信信号の強度との差に基づいて、対象物までの距離を計測することで、処理負荷の軽減することができ、刻々と変化する状況下においても、対象物までの距離を適切なタイミングで計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る距離計測装置を示すブロック図である。
【図２】送信波の周波数変調の一例を示す図である。
【図３】第１フィルターおよび第２フィルターの特性を示す図である。
【図４】第１実施形態に係る距離計測処理を示すフローチャートである。
【図５】第２実施形態に係る距離計測装置を示すブロック図である。
【図６】第２実施形態に係る距離計測処理を示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態に係る距離計測処理を説明するための図である。
【図８】第２実施形態に係る距離計測処理において検出される受信波の強度の一例を示す図である。
【図９】第３実施形態に係る距離計測処理を説明するための図である。
【図１０】レンズと各受信アンテナ素子との距離の関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
《第１実施形態》
図１は、第１実施形態に係る距離計測装置１を示すブロック図である。第１実施形態に係る距離計測装置１は、図１に示すように、変調信号生成部１０と、電圧制御発振器２０と、分配器３０と、送信アンテナ素子４０と、第１フィルター５０と、第１Ａ／Ｄ変換器６０と、受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅと、第２フィルター８０ａ〜８０ｅと、第２Ａ／Ｄ変換器９０と、強度差検出部１００と、計測装置１１０と、を備える。
【００１１】
変調信号生成部１０は、ＦＭＣＷ方式の変調信号を生成する。具体的には、変調信号生成部１０は、図２に示すように、時間の経過に伴って周波数が直線的に増減するように、所定周期の三角波状の変調信号を生成する。なお、図２は、変調信号生成部１０により生成される変調信号の一例を示す図であり、三角波状の変調信号のうち周波数が増加している部分を例示したものである。変調信号生成部１０により生成された変調信号は、電圧制御発信機２０に出力される。
【００１２】
電圧制御発振器２０は、送信信号となるミリ波帯の高周波信号を生成する。具体的には、電圧制御発振器２０は、変調信号生成部１０から出力された変調信号に応じて、周波数を制御した高周波信号を送信信号として生成し、生成した送信信号を、分配器３０に出力する。
【００１３】
分配器３０は、電圧制御発振器２０から入力された送信信号を２つに分岐し、一方の送信信号を送信アンテナ素子４０に出力し、他方の送信信号を第１フィルター５０に出力する。
【００１４】
第１フィルター５０は、フィルター回路の一種であり、図３に示すように、送信信号の周波数が高いほど、送信信号を減衰させる特性を有している。この特性により、第１フィルター５０は、分配器３０により分配された送信信号を、この送信信号の周波数に応じた強度で出力することができる。たとえば、第１フィルター５０は、図３に示すように、第１フィルター５０に入力された送信信号の周波数がｆｔｘである場合には、この送信信号を周波数ｆｔｘに応じて減衰し、周波数ｆｔｘに応じた強度Ａｔｘの送信信号を出力する。そして、第１フィルター５０によりフィルター処理が施された送信信号は、第１Ａ／Ｄ変換器６０にて、アナログ信号からデジタル信号に変換され、その後、強度差検出部１００に送信される。なお、図３は、第１フィルター５０および後述する第２フィルター８０ａ〜８０ｅのフィルター特性を示す図である。
【００１５】
送信アンテナ素子４０は、分配器３０により分配された送信信号に基づいて、対象物に対して送信波を放射（出力）する。なお、図１においては、送信アンテナ素子４０を１つのみ記載しているが、送信アンテナ素子４０は複数とすることができる。また、送信アンテナ素子４０は、後述する受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅと兼用することも可能である。
【００１６】
送信アンテナ素子４０により送信された送信波は、対象物に反射して反射波として戻ってくる。この反射波は、受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅにより受信波として受信される。本実施形態では、図１において、５つの受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅを例示しているが、受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅの数は特に限定されず、たとえば、受信アンテナ素子の数を５よりも多くすることができる。受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅで受信された受信波に基づく受信信号は、それぞれ、各受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅに対応する第２フィルター８０ａ〜８０ｅに出力される。
【００１７】
第２フィルター８０ａ〜８０ｅは、それぞれの受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅに対応して設けられており、対応する受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅから出力された受信信号がそれぞれ入力される。第２フィルター８０ａ〜８０ｅは、第１フィルター５０と同様に、図３に示すフィルター特性を有しており、受信信号の周波数が高いほど、受信信号を減衰させて出力する。たとえば、第２フィルター８０ａ〜８０ｅは、図３に示すように、第２フィルター８０ａ〜８０ｅに入力された受信信号の周波数がｆｒｘである場合には、この受信信号を周波数ｆｒｘに応じて減衰し、周波数ｆｒｘに応じた強度Ａｒｘの受信信号を出力する。そして、第２フィルター８０ａ〜８０ｅでフィルター処理が施された受信信号は、第２Ａ／Ｄ変換器９０でアナログ信号からデジタル信号に変換された後、強度差検出部１００に出力される。
【００１８】
強度差検出部１００は、第１フィルター５０によりフィルター処理された送信信号の強度と、第２フィルター８０ａ〜８０ｅによりフィルター処理された受信信号の強度との差を検出する。
【００１９】
ここで、図２では、送信信号の周波数を実線で表し、この送信信号に基づく送信波が距離Ｄに存在する対象物に反射して到来した受信波の受信信号の周波数を破線で表している。たとえば、図２に示す例では、時刻ｔ１において送信された周波数ｆｒｘの送信波は、距離Ｄに存在する対象物に反射して、時刻ｔ２において、周波数ｆｒｘの受信波として受信される。一方、図２に示す例では、送信信号の周波数が時間ＴでΔｆだけ変化するように周波数変調が行われているため、時刻ｔ２において、送信信号の周波数はｆｒｘからｆｔｘに変化する。
【００２０】
この場合、図３に示すように、周波数ｆｔｘの送信信号は、第１フィルター５０により、強度Ａｔｘで出力されて、強度差検出部１００に入力される。一方、周波数ｆｒｘの受信信号は、第２フィルター８０ａ〜８０ｅにより、強度Ａｒｘで出力されて、強度差検出部１００に入力される。そして、強度差検出部１００は、図３に示すように、受信信号の強度Ａｒｘと送信信号の強度Ａｔｘとの差をΔＡとして出力する。
【００２１】
計測装置１１０は、強度差検出部１００により検出された送信信号の強度と受信信号の強度との差ΔＡに基づいて、対象物までの距離Ｄを算出する。具体的には、計測装置１１０は、下記式（１）に基づいて、対象物までの距離Ｄを算出する。
【数１】
2015075449.tif 000003
なお、上記式（１）において、ｃは光速、Ｔは図２に示す周波数の変化時間、Δｆは図２に示す周波数の変化量（時間Ｔにおける周波数の変化量）である。すなわち、Ｔ／Δｆは、送信波の周波数の変化の割合を示すこととなり、本実施形態では、送信波の周波数の変化の割合（Ｔ／Δｆ）が一定の割合として予め決定されている。そのため、計測装置１１０は、予め決定されている送信波の周波数の変化の割合（Ｔ／Δｆ）を用いて、上記式（１）の演算を行うことで、上記式（１）の演算負荷を軽減することができる。
【００２２】
このように、本実施形態では、送信信号の周波数と受信信号の周波数との差（ｆｔｘ−ｆｒｘ）に基づいて、対象物までの距離Ｄを算出するのではなく、送信信号の強度と受信信号の強度との差ΔＡに基づいて、対象物までの距離Ｄを算出する。これにより、本実施形態では、従来のように、複数の受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅから出力された受信信号ごとに、高速フーリエ変換などの演算処理を行って、送信信号の周波数と受信信号の周波数との差を算出する必要がなく、第１フィルター５０および第２フィルター８０ａ〜８０ｅにより、送信信号の周波数に応じた送信信号の強度と、受信信号の周波数に応じた受信信号の強度とを取得し、取得した送信信号の強度と受信信号の強度との差に基づいて、対象物までの距離Ｄを算出することで、対象物までの距離Ｄを算出するための処理負荷を軽減することができる。
【００２３】
続いて、図４を参照して、第１実施形態に係る距離計測処理について説明する。図４は、第１実施形態に係る距離計測処理を示すフローチャートである。なお、この距離計測処理は、一定の時間間隔で繰り返し行われる。
【００２４】
ステップＳ１０１では、図２に示すように、変調信号生成部１０により変調信号の生成が行われ、電圧制御発信器２０により、生成された変調信号に基づいて、高周波信号が送信信号として出力される。そして、電圧制御発振器２０から出力された送信信号は、分配器３０において２つの送信信号に分岐され、一方の送信信号が、送信アンテナ素子４０により送信波として対象物に対して放射される。なお、他方の送信信号は、第１フィルター５０に出力され、後述するステップＳ１０４において、フィルター処理が施される。
【００２５】
ステップＳ１０２では、受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅにより、対象物から到来する受信波の受信が行われる。すなわち、ステップ１０１で、送信アンテナ素子４０により放射された送信波が、対象物に反射して、受信波として到来する。受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅは、各受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅの受信範囲（撮像範囲）から到来した受信波を受信し、受信した受信波に基づく受信信号を第２フィルター８０ａ〜８０ｅに出力する。
【００２６】
ステップＳ１０３では、第２フィルター８０ａ〜８０ｅにより、ステップＳ１０２において、各受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅから出力された受信信号に対して、フィルター処理が施される。第２フィルター８０ａ〜８０ｅは、図３に示すように、受信信号の周波数が高いほど、受信信号を減衰させる特性を有しており、これにより、受信信号を、受信信号の周波数に応じた強度で出力することができる。たとえば、図２に示すように、時刻ｔ２において、周波数ｆｒｘの受信信号が受信された場合には、第２フィルター８０ａ〜８０ｅは、この周波数ｆｒｘの受信信号に対してフィルター処理を施すことで、図３に示すように、周波数ｆｒｘの受信信号を強度Ａｒｘで出力する。そして、第２フィルター８０ａ〜８０ｅでフィルター処理が施された受信信号は、Ａ／Ｄ変換器９０によりデジタル信号に変換された後に、強度差検出部１００に出力される。
【００２７】
ステップＳ１０４では、第１フィルター５０により、送信信号に対して、フィルター処理が施される。ここで、第１フィルター５０は、第２フィルター８０ａ〜８０ｅと同様に、図３に示すように、送信信号の周波数が高いほど、送信信号を減衰させる特性を有している。そのため、たとえば、図２に示すように、時刻ｔ２において、周波数ｆｔｘの送信信号が第１フィルター５０に入力された場合には、第１フィルター５０は、この周波数ｆｔｘの送信信号に対してフィルター処理を施し、図３に示すように、周波数ｆｔｘの送信信号を強度Ａｔｘで出力する。そして、第１フィルター５０によりフィルター処理が施された送信信号は、Ａ／Ｄ変換器６０にて、アナログ信号からデジタル信号に変換された後に、強度差検出部１００に出力される。
【００２８】
そして、ステップＳ１０５では、強度差検出部１００により、第１フィルター５０によりフィルター処理された送信信号と、第２フィルター８０ａ〜８０ｅによりフィルター処理された受信信号との強度の差の検出が行われる。たとえば、図２および図３に示す例では、時刻ｔ１において、周波数ｆｒｘの送信波が送信され、この周波数ｆｒｘの送信波は、対象物に反射して、時刻ｔ２において、周波数ｆｒｘの受信波として受信される。そのため、時刻ｔ２において、第２フィルター８０ａ〜８０ｅは、周波数ｆｒｘの受信信号に基づいて、強度Ａｒｘの受信信号を強度Ａｒｘで出力し、出力した強度Ａｒｘの受信信号を強度差検出部１００に入力する。また、周波数ｆｒｘの送信波を送信した後、周波数ｆｔｘの受信波が受信されるまでの間に、変調信号生成部１０は、図２に示すように、送信信号の周波数をｆｒｘからｆｔｘに変調する。そして、時刻ｔ２において、周波数ｆｔｘの送信信号が第１フィルター５０に入力される。第１フィルター５０は、周波数ｆｔｘの送信信号に基づいて、強度Ａｔｘの送信信号を出力し、出力した強度Ａｔｘの送信信号を強度差検出部１００に入力する。これにより、強度差検出部１００は、時刻ｔ２において、周波数ｆｒｘの受信信号の強度Ａｒｘと周波数ｆｔｘの送信信号の強度Ａｔｘとの差（Ａｔｘ−Ａｒｘ）を検出する。
【００２９】
ステップＳ１０６では、計測装置１１０により、対象物までの距離Ｄの算出が行われる。具体的には、計測装置１１０は、上記式（１）に基づいて、ステップＳ１０５で算出された受信信号の強度Ａｔｘと送信信号の強度Ａｒｘとの差ΔＡ（Ａｔｘ−Ａｒｘ）から、対象物までの距離Ｄを算出する。
【００３０】
以上のように、第１実施形態では、第１フィルター５０を介して、送信信号を、送信信号の周波数に応じた強度で出力し、第２フィルター８０ａ〜８０ｅを介して、各受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅから出力された受信信号を、受信信号の周波数に応じた強度で出力する。そして、送信信号と受信信号との強度の差に基づいて、対象物までの距離Ｄを算出することで、以下のような効果を奏することができる。
【００３１】
すなわち、従来では、送信信号の周波数と受信信号の周波数との差を、高速フーリエ変換などの演算処理を用いて算出し、算出した送信信号の周波数と受信信号の周波数との差に基づいて、対象物までの距離Ｄを算出していたため、各受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅから出力されたそれぞれの受信信号ごとに、高速フーリエ変換などの複雑な演算処理を行う必要があり、特に、受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅの数が多くなるほど、処理負荷が高くなってしまうという問題があった。これに対して、本実施形態では、簡易な構成の第１フィルター５０および第２フィルター８０ａ〜８０ｅを用いて、送信信号の周波数に応じた強度の送信信号と、受信信号の周波数に応じた強度の受信信号とを取得し、取得した送信信号の強度と受信信号の強度との差に基づいて、対象物までの距離Ｄを計測することで、送信信号と受信信号との周波数の差に応じた対象物までの距離Ｄを適切に算出することができるとともに、受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅから出力された受信信号ごとに、高速フーリエ変換などの複雑な演算を行う必要がないために、処理負荷を軽減することができる。
【００３２】
《第２実施形態》
続いて、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る距離計測装置１ａは、図５に示すように、図１に示す距離計測装置１の構成に加えて、増幅器１２０ａ〜１２０ｅをさらに備え、以下に説明するように動作すること以外は、第１実施形態に係る距離計測装置１と同様である。以下においては、図５を参照して、第２実施形態に係る距離計測装置１ａについて説明する。なお、図５は、第２実施形態に係る距離計測装置１ａを示す構成図である。
【００３３】
増幅器１２０ａ〜１２０ｅは、各受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅに対応して設けられており、対応する受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅから出力された受信信号を増幅する。ここで、送信アンテナ素子５０から送信された送信波は、距離減衰や対象物の反射率により減衰する場合があり、このような場合には、受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅから出力される受信信号の強度も減衰しており、第２フィルター８０ａ〜８０ｅにおいて、受信信号の強度を、受信信号の周波数に応じた強度で出力できない場合がある。そこで、増幅器１２０ａ〜１２０ｅは、第２フィルター８０ａ〜８０ｅにおいて、受信信号が、受信信号の周波数に応じた強度で出力されるように、距離減衰や対象物の反射率により減衰した受信信号の強度を増幅する。なお、増幅器１２０ａ〜１２０ｅにより増幅される受信信号の増幅率は、図５に示すように、計測装置１１０により制御されている。なお、計測装置１１０による受信信号の増幅制御については後述する。
【００３４】
次に、図６および図７を参照して、第２実施形態に係る距離計測処理について説明する。図６は、第２実施形態に係る距離計測処理を示すフローチャートであり、図７は、第２実施形態に係る距離計測処理を説明するための図である。第２実施形態に係る距離計測処理では、図７に示すように、減衰計測時間Ｔｒと、距離計測時間Ｔｃとが交互に繰り返されている。減衰計測時間Ｔｒにおいては、一定の周波数の送信波を送信し、送信波の強度と受信波の強度とを比較することで、距離減衰や対象物の反射率に起因する送信波の減衰率を計測する処理が実行される。また、距離計測時間Ｔｃにおいては、減衰計測時間Ｔｒで計測された送信波の減衰率を加味して、対象物までの距離Ｄを計測する処理が実行される。以下においては、図６を参照して、第２実施形態に係る距離計測処理を具体的に説明する。
【００３５】
図６に示すように、まず、ステップＳ２０１では、減衰計測時間Ｔｒにおいて、一定周波数の送信波の送信が行われる。たとえば、計測装置１１０は、減衰計測時間Ｔｒの間、電圧制御発振器２０に、一定周波数の送信信号を生成させることで、送信アンテナ素子５０に、一定周波数の送信信号に基づく送信波を送信させる。なお、減衰計測時間Ｔｒの長さは、特に限定されないが、後述するステップＳ２１１において、減衰計測時間Ｔｒが延長された場合には、延長された減衰計測時間Ｔｒの間、一定周波数の送信波が送信されることとなる。また、減衰計測時間Ｔｒにおいて送信される送信波の周波数も、一定の周波数であれば、特に限定されない。
【００３６】
そして、ステップＳ２０１において、一定周波数の送信波が送信された場合には、送信された送信波は、対象物により反射されて、受信波として、受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅにより受信される。受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅにより受信された受信波に基づく受信信号は、第２フィルター８０ａ〜８０ｅでフィルター処理が施された後、第２Ａ／Ｄ変換器９０において、デジタル信号に変換され、その後、強度差検出部１００に入力され、強度差検出装置１００において、送信信号の強度と受信信号の強度との差が検出される。なお、減衰計測時間Ｔｒにおいては、増幅器１２０ａ〜１２０ｅによる受信信号の増幅は行われない。
【００３７】
減衰計測時間Ｔｒでは、一定周波数の送信波を送信しているため、対象物の距離に拘わらず、送信信号の周波数と受信信号の周波数とは等しくなる。そのため、送信波に対して、受信波が減衰することなく受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅで受信された場合には、第１フィルター５０および第２フィルター８０ａ〜８０ｅでフィルター処理された、送信信号の強度と受信信号の強度とは等しくなるはずである。しかしながら、距離減衰や対象物の反射率に応じて受信波が減衰する場合があり、周波数が同じ場合でも、送信信号の強度と受信信号の強度とに差が生じることがある。
【００３８】
そこで、ステップＳ２０２では、減衰計測時間Ｔｒにおいて、一定周波数における送信信号と受信信号との強度を比較することで、送信波の減衰率Ｒを算出する。具体的には、ステップＳ２０２において、計測装置１１０は、下記式（２）に示すように、受信信号の強度と送信信号の強度に基づいて、送信波の減衰率Ｒを算出する。
送信波の減衰率Ｒ＝（受信信号の強度Ａｒｘ／送信信号の強度Ａｔｘ）  ・・・（２）
【００３９】
さらに、ステップＳ２０３では、減衰計測時間Ｔｒにおいて、ステップＳ２０２で算出された減衰率Ｒに基づいて、減衰した受信信号を増幅するための増幅率が算出される。具体的には、計測装置１１０は、減衰率Ｒの逆数１／Ｒを、増幅率として算出する。なお、ステップＳ２０２およびステップＳ２０３の処理は、受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅごとに行われ、これにより、受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅごとに増幅率１／Ｒが算出される。
【００４０】
そして、減衰計測時間Ｔｒから距離計測時間Ｔｃに移行すると、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４〜Ｓ２０５では、第１実施形態のステップＳ１０１〜１０２と同様に、送信波の周波数を変調させながら送信波が送信され（ステップＳ２０４）、送信された送信波が対象物に反射して到来した受信波の受信が行われる（ステップＳ２０５）。
【００４１】
そして、ステップＳ２０６では、増幅器１２０ａ〜１２０ｅにより、受信信号の増幅が行われる。具体的には、増幅器１２０ａ〜１２０ｅは、受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅごとに算出された増幅率１／Ｒに基づいて、各受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅから出力された受信信号を対応する増幅率１／Ｒで増幅する。これにより、続くステップＳ２０７において、増幅された受信信号が、受信信号の周波数に応じた強度で出力されることとなる。
【００４２】
また、ステップＳ２０８では、第１フィルター５０を介して、送信信号が、送信信号の周波数に応じた強度で出力され、ステップＳ２０９では、強度差検出部１００により、ステップＳ２０７で出力された送信信号の強度と、ステップＳ２０８で出力された受信信号の強度との差ΔＡの検出が行われる。そして、ステップＳ２０９では、第１実施形態のステップＳ１０６と同様に、ステップＳ２０８で検出された送信信号と受信信号との強度の差ΔＡに基づいて、対象物までの距離Ｄの算出が行われる。
【００４３】
また、第２実施形態では、対象物までの距離Ｄの算出を算出した後に、ステップＳ２１０に進み、受信波の周波数の変化量に基づいて、対象物までの距離Ｄが適切に算出されているか否かの判断が行われる。ここで、図８は、受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅで受信される受信波の一例を示す図である。
【００４４】
たとえば、図８に示す例では、図７に示すように、距離計測時間Ｔｃにおいて、送信波の周波数が一定時間減少した後すぐに一定時間増加するように（Ｖ字型となるように）、送信波の周波数を変調している。そのため、受信波の周波数も、一定時間減少した後すぐに一定時間増加するはずである（すなわち、図８に示す制御上の受信波の周波数となるはずである）。しかしながら、ノイズなどの影響が強い場合には、図８に示すように、ノイズに起因する周波数の周辺において、受信波の周波数が一定時間変化しない場合がある。このような場合に、受信した受信信号の強度に基づいて、対象物までの距離Ｄを算出してしまうと、対象物までの距離Ｄを適切に算出できない場合が生じる。
【００４５】
たとえば、図８に示す場面例において、ノイズの影響がない場合には、時刻ｔ３において、周波数ｆ１の送信波が送信された場合に、時刻ｔ４において、周波数ｆ１の受信波が受信されることとなる。そのため、時刻ｔ４においては、周波数ｆ１に対応する受信信号の強度と、周波数ｆ２に対応する送信信号の強度との差に基づいて、対象物までの距離Ｄが算出される。一方、ノイズの影響が強い場合には、時刻ｔ３において、周波数ｆ１の送信波が送信された場合でも、時刻ｔ４において、周波数ｆ２の受信波が受信されることとなる。そのため、時刻ｔ４においては、周波数ｆ２に対応する受信信号の強度と、周波数ｆ２に対応する送信信号の強度との差に基づいて、対象物までの距離Ｄが算出され、その結果、対象物までの距離Ｄは、実際の対象物までの距離Ｄよりも短い距離として算出されることとなる。
【００４６】
そこで、ステップＳ２１１では、計測装置１１０により、ステップＳ２１０において算出された対象物までの距離Ｄが所定値（たとえば１ｍ）未満であるか否かの判断が行われる。対象物までの距離Ｄが所定値未満である場合には、ノイズの影響により適正な距離検出能が得られていない可能性があるものとして判断して、ステップＳ２１２に進み、計測装置１１０により、減衰計測時間Ｔｒの延長が行われる。たとえば、計測装置１１０は、減衰計測時間Ｔｒを１０％程度延長することができる。これにより、ノイズの影響が強い場合でも、送信波の減衰率Ｒを適切に算出することが可能となる。一方、ステップＳ２１０において、対象物までの距離Ｄが所定値（たとえば１ｍ）以上であると判断された場合には、減衰計測時間Ｔｒの延長は行わずに、図６に示す距離計測処理を終了する。
【００４７】
以上のように、第２実施形態では、一定周波数の送信波を送信し、送信波と受信波の強度を比較することで、距離減衰や対象物の反射率に起因する送信波の減衰率Ｒを算出する。そして、減衰率Ｒに基づいて受信信号の増幅率１／Ｒを算出し、増幅器１２０ａ〜１２０ｅにより、受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅから出力された受信信号を増幅率１／Ｒで増幅することで、距離減衰や対象物の反射率による送信波の減衰の影響を有効に防止することができ、その結果、送信信号の強度と受信信号の強度との差に基づいて、対象物までの距離Ｄを適切に算出することができる。
【００４８】
また、第２実施形態では、対象物までの距離Ｄが所定値（たとえば１ｍ）未満であるか否かを判断し、対象物までの距離Ｄが所定値未満である場合には、ノイズの影響により適正な距離検出能が得られていない可能性があるものとして判断して、減衰計測時間Ｔｒを延長する。これにより、第２実施形態では、ノイズの影響が強い場合でも、送信波の減衰率Ｒを適切に算出することが可能となる。
【００４９】
《第３実施形態》
続いて、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態に係る距離計測装置１ｂは、以下に説明すること以外は、図５に示す距離計測装置１ａと同様の構成を有し、第２実施形態と同様に動作する。
【００５０】
第３実施形態においては、受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅが、二次元状に配置され、アレイアンテナ７１を構成している。アレイアンテナ７１は、各受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅで受信された電磁波に基づいて、対象物までの距離を表すイメージング画像を撮像することができる。ここで、図９は、アレイアンテナ７１に撮像されるイメージング画像の一例を示す図であり、図９においてグレーで示す領域は、二次元状に配置された受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅのうち、中央の中央部に配置された受信アンテナ素子に対応する画像領域であり、図９においてグレーで示す中央部の周縁の周縁部は、二次元状に配置された受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅのうち、中央部の周りの周縁部に配置された受信アンテナ素子に対応する画像領域である。
【００５１】
また、図１０に示すように、第３実施形態に係るアンテナ装置１ｂは、アレイアンテナ７１の前方に、電磁波を収束するためのレンズ７２を備えている。ここで、図１０は、アレイアンテナ７１の側面図である。図１０に示すように、アレイアンテナ７１においては、受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅが二次元状に配置されているため、レンズ７２から各受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅまでの距離Ｌは、受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅの位置に応じて異なる。たとえば、図１０に示すように、レンズ７２からアレイアンテナ７１の中央に配置された受信アンテナ素子までの距離Ｌ１は、レンズ７２の焦点距離ｆとなり、一方、レンズ７２からアレイアンテナ７１の端部に配置された受信アンテナ素子までの距離Ｌ２は、Ｌ２＝ｆ×ｃｏｓ（ｔａｎ−１（２ｆ／Ｅ））となる。なお、Ｅは、アレイアンテナ７１の長さである。
【００５２】
このように、受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅの位置に応じて、レンズ７２からアレイアンテナ７１の各受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅまでの距離Ｌが異なるため、受信波の強度も、受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅの位置に応じて差が生じる場合がある。すなわち、アレイアンテナ７１の中央部の受信アンテナ素子は、レンズ７２の焦点距離ｆに位置するため、受信信号を適切な強度で受信することができるが、アレイアンテナ７１の周縁部の受信アンテナ素子では、レンズ７２の焦点が、受信アンテナ素子の手前で結像してしまう場合があり、このような場合に、受信信号を適切な強度で受信できない場合がある。
【００５３】
そこで、第３実施形態において、計測装置１１０は、レンズ７２から各受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅまでの距離Ｌに基づいて減衰率Ｒを決定する。たとえば、予め一定の条件下において、レンズ７２から各受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅまでの距離Ｌがレンズ７２の焦点距離ｆと等しい場合に得られる受信信号の強度と、各受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅの位置で得られる受信信号の強度とを比較することで、レンズ７２から各受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅまでの距離Ｌの違いによる送信波の減衰率を予め求めることができ、求めた送信波の減衰率を、計測装置１１０のＲＡＭに予め記憶しておく。これにより、計測装置１１０は、ＲＡＭに記憶された各受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅに対応する減衰率を取得し、取得した減衰率に基づいて、増幅率を算出することができる。
【００５４】
また、第３実施形態では、第２実施形態と同様に、対象物の向きが変わった場合やノイズが生じた場合でも、対象物までの距離Ｄを適切に算出することができるように、図７に示すように、減衰計測時間Ｔｒにおいて送信波の減衰率Ｒをさらに算出し、減衰率Ｒに基づく増幅率１／Ｒで受信信号の強度を補正する。この場合に、第３実施形態では、アレイアンテナ７１の周縁部においては、レンズ７２から受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅまでの距離Ｌが長く、その分、距離減衰の影響が大きい可能性が高いため、アレイアンテナ７１の中央部と比べて、図７に示す減衰計測時間Ｔｒを周波数変調時間Ｔｃよりも相対的に長くする（周波数変調時間Ｔｃを周波数変調時間Ｔｃよりも相対的に短くする）。たとえば、アレイアンテナ７１の中央部では、図７に示す周波数変調時間Ｔｃと減衰計測時間Ｔｒとを等しい時間とし、一方、アレイアンテナ７１の周縁部では、周波数変調時間Ｔｃを、中央部での周波数変調時間Ｔｃの１／３０の時間とすることができる。なお、この場合、レンズ７２から各受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅまでの距離Ｌの違いにより求めた減衰率を加味して、減衰率Ｒを算出することが好適である。
【００５５】
以上のように、第３実施形態に係るアンテナ装置１ｂでは、レンズ７２から各アンテナ素子７０ａ〜７０ｅまでの距離Ｌに基づいて減衰率を求めることで、レンズ７２から各アンテナ素子７０ａ〜７０ｅまでの距離Ｌが異なる場合でも、各受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅで、対象物までの距離Ｄを適切に算出することができる。
【００５６】
また、第３実施形態では、図７に示すように、減衰計測時間Ｔｒにおいて送信波の減衰率Ｒを求める場合には、アレイアンテナ７１の中央部と比べて、アレイアンテナ７１の周縁部において、図７に示す減衰計測時間Ｔｒを周波数変調時間Ｔｃよりも相対的に長くする（周波数変調時間Ｔｃを周波数変調時間Ｔｃよりも相対的に短くする）ことで、距離減衰の影響が大きいアレイアンテナ７１の周縁部において、減衰率Ｒを適切に求めることができ、その結果、対象物までの距離Ｄをより高い精度で算出することができる。
【００５７】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００５８】
たとえば、上述した第２実施形態では、一定周波数の送信波に基づいて、第１フィルター５０により出力された送信信号の強度と、当該送信波が対象物に反射して到来した受信波に基づいて、第２フィルター８０ａ〜８０ｅにより出力された受信信号の強度とを比較することで、送信波の減衰率Ｒを算出する構成を例示し、また、上述した第３実施形態では、レンズ７２から各受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅまでの距離Ｌに基づいて、送信波の減衰率を決定する構成を例示したが、これらの構成に代えて、または、これらの構成に加えて、大気による減衰特性を加味して、送信波の減衰率Ｒを決定する構成としてもよい。これにより、送信波の減衰率Ｒをより高い精度で求めることができる。
【００５９】
また、上述した第２実施形態では、受信信号の強度を増幅させる増幅器１２０ａ〜１２０ｅを備え、増幅させた受信信号の強度と送信信号の強度との差に基づいて、対象物までの距離Ｄを算出する構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、減衰率Ｒに基づいて、送信信号の強度を減衰させる減衰器を備え、減衰させた送信信号の強度と受信信号の強度との差に基づいて、対象物までの距離Ｄを算出する構成としてもよい。この場合も、第２実施形態と同様に、受信信号の強度と送信信号の強度との差に基づいて、対象物までの距離Ｄを適切に算出することができる。
【００６０】
さらに、上述した実施形態では、第１フィルター５０および第２フィルター８０ａ〜８０ｅは、図３に示すように、送信信号または受信信号の周波数が高いほど、送信信号または受信信号を減衰させる特性を有しているが、この構成に限定されず、たとえば、第１フィルター５０および第２フィルター８０ａ〜８０ｅが、送信信号または受信信号の周波数が低いほど、送信信号または受信信号を減衰させる特性を有する構成としてもよい。この場合も、送信信号および受信信号を、送信信号および受信信号の周波数に応じた強度で出力することができるため、送信信号の強度と受信信号の強度とに基づいて、対象物までの距離Ｄを適切に算出することができる。
【００６１】
また、上述した実施形態では、上記式（１）に示すように、図２に示す周波数の変化時間Ｔと、変化時間Ｔにおける周波数の変化量Δｆとに基づいて、対象物までの距離Ｄを算出する構成を例示したが、この構成に限定されず、たとえば、送信信号の強度Ａｒｘと受信信号の強度Ａｔｘとの差ΔＡに、実験などにより求めた所定の係数を乗算することにより、対象物までの距離Ｄを算出する構成としてもよい。
【００６２】
なお、上述した実施形態の送信アンテナ素子４０は本発明の送信アンテナ素子に、受信アンテナ素子７０ａ〜７０ｅは本発明の受信アンテナ素子に、第１フィルター５０は本発明の第１フィルターに、第２フィルター８０ａ〜８０ｅは本発明の第２フィルターに、強度差検出部１００および計測装置１１０は本発明の計測手段に、計測手段１１０は本発明の取得手段に、増幅器１２０は本発明の補正手段に、それぞれ相当する。
【符号の説明】
【００６３】
１，１ａ，１ｂ…距離計測装置
１０…変調信号生成部
２０…電圧制御発振器
３０…分配器
４０…送信アンテナ素子
５０…第１フィルター
６０…第１Ａ／Ｄ変換器
７０ａ〜７０ｅ…受信アンテナ素子
７１…アレイアンテナ
７２…レンズ
８０ａ〜８０ｅ…第２フィルター
９０…第２Ａ／Ｄ変換器
１００…強度差検出部
１１０…計測装置
１２０…増幅器
【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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