(57)【要約】【課題】アレイ素子の間隔がλ／２より大きく配置された物体位置検出装置において、送信波を周囲に漏れなく送信すること、及び、反射波の各素子間の位相差から物体の方位を一意に決定すること。【解決手段】送信波を送信する際には、各素子４０Ａ、４０Ｂに入力する送信信号間の位相を同相と逆相に交互に切り替える。これにより、送信波の合成出力がゼロとなるヌル点を補完することができ、送信波を周囲に漏れなく送信することができる。反射波から物体の方位を算出する際には、反射波の各素子４０Ａ、４０Ｂ間の位相差から算出される物体の方位の候補の中から、各素子４０Ａ、４０Ｂ間の受信時間差の符号、及びその時間差の絶対値が時間差基準値以上か否かに基づき、物体の方位を決定する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素子からなるアレイ素子を備え、当該素子に送信信号を入力して、外部に送信波を送信する送信手段と、
前記送信手段が送信した送信波に対する反射波を受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した反射波に基づいて物体の位置を検出する検出手段とを備える物体位置検出装置において、
前記アレイ素子は、各素子の間隔が前記送信波の波長の半分より大きくなるように配置され、
前記送信手段は、前記送信波の各素子の合成出力がゼロとなるヌル点を補完するように、前記アレイ素子の各素子に入力する各送信信号間の位相関係を切り替えて前記送信波を送信することを特徴とする物体位置検出装置。
【請求項２】
前記送信手段は、前記各送信信号間の位相差を同相と逆相に切り替えて前記送信波を送信することを特徴とする請求項１に記載の物体位置検出装置。
【請求項３】
前記送信手段は、前記各送信信号間の位相差を、同相と逆相に交互に切り替えることを特徴とする請求項２に記載の物体位置検出装置。
【請求項４】
外部に送信波を送信する送信手段と、
前記送信波の波長の半分より大きい間隔で配置され、前記送信手段が送信した送信波に対する反射波を受信する複数の素子からなるアレイ素子と、
前記アレイ素子の少なくとも１つが反射波を受信した時間と前記送信手段が送信波を送信した時間との差に基づいて物体までの距離を算出する距離算出手段と、
前記アレイ素子が受信した反射波から、前記アレイ素子の各素子間の受信時間差を算出する時間差算出手段と、
前記アレイ素子が受信した反射波から、前記アレイ素子の各素子間の受信位相差を算出し、当該位相差から物体の方位を算出するものであって、当該位相差から算出される物体の方位が複数候補ある場合は、前記時間差算出手段が算出した受信時間差に基づいて前記複数の候補方位のうちの一つを物体の方位として決定する方位算出手段とを備えることを特徴とする物体位置検出装置。
【請求項５】
前記方位算出手段は、前記各素子間の受信位相差から算出される物体の方位が複数候補ある場合は、前記受信時間差から物体の推定方位を算出し、前記複数の候補方位のうち前記推定方位に最も近い方位を物体の方位として決定することを特徴とする請求項４に記載の物体位置検出装置。
【請求項６】
前記方位算出手段は、前記各素子間の受信位相差から算出される物体の方位が複数候補ある場合は、前記受信時間差の絶対値が所定の時間差基準値より大きいか否か、及び／又は前記各素子の一方を基準とした前記受信時間差の正負に基づいて、前記複数の候補方位の中から前記物体の方位を決定することを特徴とする請求項４に記載の物体位置検出装置。
【請求項７】
前記所定の時間差基準値は、前記送信波の１周期の半分であることを特徴とする請求項６に記載の物体位置検出装置。
【請求項８】
前記方位算出手段は、前記反射波の各素子間の受信位相差の絶対値が、位相差基準値以上のときは、最初に前記受信時間差の正負の判断を行って、前記複数の候補方位の中から前記物体の方位を決定することを特徴とする請求項６又は７に記載の物体位置検出装置。
【請求項９】
前記方位算出手段は、前記反射波の各素子間の受信位相差の絶対値が、前記位相差基準値よりも小さいときは、最初に前記受信時間差の絶対値が前記時間差基準値より大きいか否かの判断を行って、前記複数の候補方位の中から前記物体の方位を決定することを特徴とする請求項８に記載の物体位置検出装置。
【請求項１０】
前記位相差基準値は、π／２であることを特徴とする請求項８又は９に記載の物体位置検出装置。
【請求項１１】
前記方位算出手段は、前記各素子間の受信位相差から算出される物体の候補方位が３つある場合は、前記受信時間差の絶対値が前記所定の時間差基準値より大きいか否かの判断と前記受信時間差の正負の判断とを順番に行って、前記３つの候補方位の中から前記物体の方位を決定することを特徴とする請求項６〜１０のいずれかに記載の物体位置検出装置。
【請求項１２】
前記所定の時間差基準値は、前記各素子の間隔によっては、前記各素子間の受信位相差に応じて異なる複数の値が設定されていることを特徴とする請求項６〜１１のいずれかに記載の物体位置検出装置。
【請求項１３】
前記アレイ素子の各素子間隔が、送信波の波長（λ）に対して５λ／４以上、３λ／２以下の場合において、前記各素子間の受信位相差の絶対値がπ／２以上ときにおける前記所定の時間差基準値は、前記送信波の１周期であることを特徴とする請求項６〜１２のいずれかに記載の物体位置検出装置。
【請求項１４】
前記方位算出手段は、前記アレイ素子の各素子が受信した反射波の振幅をそれぞれ閾値判定し、当該各反射波の振幅がともに閾値を超えたときに各反射波から対応する反射波の位相を求め、さらにそれらの位相から前記反射波の各素子間の受信位相差を算出することを特徴とする請求項４〜１３のいずれかに記載の物体位置検出装置。
【請求項１５】
前記方位算出手段は、前記アレイ素子の各素子が受信した反射波の振幅をそれぞれ閾値判定し、当該各反射波の振幅がすべて閾値を超えていない場合には、前記反射波の各素子間における位相差の算出を中止することを特徴とする請求項４〜１３のいずれかに記載の物体位置検出装置。
【請求項１６】
前記距離算出手段は、前記アレイ素子の各素子が受信した反射波の振幅をそれぞれ閾値判定し、当該各反射波の振幅が閾値を超えた瞬間における各時間を平均した時間を、前記アレイ素子が反射波を受信した時間とすることを特徴とする請求項４〜１５のいずれかに記載の物体位置検出装置。
【請求項１７】
前記距離算出手段は、前記アレイ素子の各素子が受信した反射波の振幅をそれぞれ閾値判定し、当該各反射波の振幅がすべて閾値を超えていない場合には、前記物体までの距離の算出を中止することを特徴とする４〜１５のいずれかに記載の物体位置検出装置。
【請求項１８】
前記送信手段は、請求項１〜３のいずれかに記載の送信手段であることを特徴とする請求項４〜１７のいずれかに記載の物体位置検出装置。
【請求項１９】
前記送信手段が備えたアレイ素子と前記反射波を受信するアレイ素子は、共通のアレイ素子であることを特徴とする請求項１８に記載の物体位置検出装置。
【請求項２０】
前記送信波は、超音波パルスであることを特徴とする請求項４〜１９のいずれかに記載の物体位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両周辺の障害物を検出するために用いられる物体位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物体の位置を検出するために、物体の方位を検出する方法に関して、特許文献１に記載されているような三角測量を用いた方法がある。この三角測量を用いた方法は、例えば物体の２次元位置を検出したい場合、先ず外部に電波や超音波などの信号（送信波）を送信する。そして、その送信波が物体によって反射された信号（反射波）を、図２７（ａ）に示すように所定間隔ｄで配置された２つの素子１Ａ、１Ｂで受信する。この各素子１Ａ、１Ｂで受信する反射波は、図２７（ｂ）に示すように、その反射波の到来方向θ（物体の方向）によって時間差Δｔが生じる。したがって、物体の方位θは、送信波（反射波）の伝播速度をＣとすると、ｓｉｎ−１（Δｔ×Ｃ／ｄ）と算出することができる。なお、物体までの距離は、送信波を送信した時間と反射波を受信した時間との差から算出することができる。
【０００３】
このように、三角測量を用いて物体の位置を検出するためには、各素子で受信する反射波の時間差Δｔを正確に検出する必要がある。この時間差Δｔは、同じ方向から反射波が到来したとしても、素子間隔ｄによって異なってくる。具体的には、素子間隔ｄが狭くなるにつれて、物体と各素子１Ａ、１Ｂとの経路差（ｄ×ｓｉｎθ）が小さくなっていくので、時間差Δｔも小さくなっていき正確な検出が困難となる。また、送信波として電波を用いた場合、伝播速度Ｃが大きいために時間差Δｔが小さくなってしまい、特に正確な検出が困難となってしまう。さらに、送信波として超音波を用いた場合、超音波は伝播する媒質の影響を受けやすく、このため各素子で受信する反射波の時間差Δｔに誤差が生じやすくなる。
【０００４】
一方、物体の位置を検出する方法として、図２７（ｃ）に示すように、上記反射波の到来方向θ（物体の方位）を各素子１Ａ、１Ｂにおける反射波の位相差Δφに基づいて算出する方法がある。具体的には、送信波（反射波）の波長をλとすると、物体の方位θは、ｓｉｎ−１｛Δφ×λ／（２π×ｄ）｝と算出することができる。なお、物体の距離は、上記三角測量を用いた方法と同様に、送信波を送信した時間と反射波を受信した時間との差から算出する。このように、各素子で受信した反射波の位相差を用いれば、上記時間差Δｔに係る種々の問題点を考慮することなく、物体の位置を検出することができる。
【特許文献１】特開２００１−１１８１９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の各素子で受信した反射波の位相差Δφに基づいて物体の位置（方位）を検出するには、素子間隔ｄを送信波の波長λの半分以下（≦０．５λ）にしなければ、位相差Δφに対応する反射波の到来方向θが一意に決まらない場合がある。図２８（ａ）は、素子間隔ｄが０．７５λ（＞０．５λ）の場合における位相差Δφと反射波の到来方向θとの関係を示した図である。なお、同図は、各素子間の中心軸方向を到来方向θ＝０としている。同図に示すように、位相差Δφの絶対値が９０°〜１８０°の範囲では、反射波の到来方向θの候補が２つある。このように、到来方向θの候補が複数になる場合があるのは、受信側ではある位相差Ｘと位相差Ｘ＋２ｎπ（ｎは整数）とを区別することができないためである。したがって、このような範囲では、反射波の到来方向θが一意に決まらない。つまり、物体の位置を決定することができない。
【０００６】
一方、同図（ｂ）は、素子間隔ｄが０．５λの場合における位相差Δφと反射波の到来方向θとの関係を示した図であるが、同図に示すようにどの位相差Δφに対しても反射波の到来方向θを一意に決定することができる。したがって、位相差Δφのみの情報から反射波の到来方向θを算出するためには、素子間隔ｄを０．５λ以下にする必要がある。
【０００７】
また、物体を検出するために外部に送信する送信波をアレイ素子で送信する場合についても、そのアレイ素子の素子間隔ｄが０．５λより大きいのときには、以下に示す問題が生じる。
【０００８】
図２９は、アレイ素子の各素子に入力する送信波を送信するための信号の位相差を同相としたときの、各素子から送信される送信波を合成した指向性を示す図である。なお、同図は１次元の指向性を表している。また、同図には、種々の素子間隔ｄについての指向性を重ねて表示している。同図に示すように、素子間隔ｄを０．５λより大きくすると、図２９に示すように送信波の出力がゼロとなるヌル点を生じる。したがって、送信波を送信してもヌル点となる方位において物体を検出できないということが起こりうる。
【０００９】
なお、同図の指向性を表す曲線は、以下の数２式に基づいて表したものである。先ず、アレイ素子の各素子から送信される送信波の合成指向性Ｅ（θ、φ）は、次式のように表される（以下１次元の場合を示す）。
【００１０】
（数１）
Ｅ（θ、φ）＝Ｅ０（θ、φ）Σｅｘｐ[ｊ｛（２π／λ）×（ｍ×ｄｘ×ｓｉｎθ×ｃｏｓφ）＋θｍ｝]、（ｍ＝０、１、・・・、Ｍ−１）
なお、数１式中のθ、φは、図３０のように空間に原点と基準軸を設けたときの、任意の点における、その任意の点と原点とを結んだ直線と基準軸との角度を表しており、また、Ｅ０（θ、φ）は各素子単体の指向性、λは送信波の波長、ｄｘは素子間隔、θｍは各素子に入力する送信信号の位相、Ｍは素子数を示している。
【００１１】
ここで、一次元（ｘ軸上）の指向性を考えるために、φ＝０とし、さらに、素子数Ｍを２、各素子に入力する送信信号間の位相差を同相（０）とするため、θ0=θ1とすると、指向性Ｅ（θ、φ）は次式のように表される。
【００１２】
（数２）
Ｅ（θ、φ）＝Ｅ０（θ、φ）×[１＋ｅｘｐ｛ｊ（２π／λ）×ｄ×ｓｉｎθ｝]
つまり、この数２式について、各素子間隔ｄ（０．５λ以上）について方位θに対する合成指向性Ｅ（θ、φ）を示したものが図２９となる。
【００１３】
以下、ヌル点となる方位θｔｈ以内の指向性をメインローブといい、θｔｈ以上の指向性をグレーティングローブという。なお、θｔｈは、次式で表される。
【００１４】
（数３）
θｔｈ＝ｓｉｎ−１｛λ／（２×ｄ）｝
以上より、アレイ素子を用いて物体の位置を検出する場合には、送信側、受信側ともにアレイ素子の素子間隔ｄを０．５λ以下にするのが望ましいことになる。
【００１５】
しかしながら、素子間隔ｄを０．５λ以下にするにも以下の理由によって限度がある。図３１（ａ）は、送信波として超音波パルスを用いる場合に、その超音波パルスを発生させる素子（マイク２）の断面を示した図である。同図に示すように、マイク２は圧電素子２ａと振動板２ｂから構成されており、図示しないパルス信号生成部からのパルス信号を受けて、これら圧電素子２ａと振動板２ｂが共振し、この共振により超音波パルスが発生する。
【００１６】
そして、このようなマイク２を素子間隔ｄ≦０．５λを満たすようにアレイ状に配置するために、素子をレイアウトするため、素子間隔を広げたいので、超音波パルスの波長λを大きくする、つまり超音波パルスの周波数を小さくすることが考えられる。しかし、図３１（ｂ）に示すように、超音波パルスの周波数を小さくしていくと、それに伴いマイク２の直径が大きくなってしまう。また、同図（ｃ）は、マイク２の直径と発生する超音波パルスの周波数の関係について、種々の振動板２ｂの板厚について示した図であるが、同図に示すように、振動板２ｂの板厚を薄くすれば、マイク２の直径を抑えつつ、超音波パルスの周波数を小さくすることができる。つまり、素子間隔ｄを０．５λ以下にする余地もある。しかし、振動板２ｂの板厚を薄くすると、それだけ振動板２ｂの強度が低下することになるので、例えばこのマイク２を車両のバンパ部などに取り付けた場合には、路面からの飛び石などによって振動板２ｂが破損する場合も想定される。結局素子間隔ｄを０．５λ以下にするのにも弊害が伴うことになる。
【００１７】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、第１の目的は物体の位置検出のために外部に送信する送信波を、その送信波の波長の半分より大きい素子間隔のアレイ素子で送信した場合に、周囲に漏れなく送信波を送信することができる物体位置検出装置を提供すること、第２の目的は物体の位置検出のために送信された送信波に対する反射波をアレイ素子で受信し、その反射波の各素子の位相差から物体の方位を算出する物体位置検出装置において、そのアレイ素子の素子間隔が送信波の波長の半分以上であっても一意に物体の方位を算出することができる物体位置検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項１の物体位置検出装置は、複数の素子からなるアレイ素子を備え、当該素子に送信信号を入力して、外部に送信波を送信する送信手段と、前記送信手段が送信した送信波に対する反射波を受信する受信手段と、前記受信手段が受信した反射波に基づいて物体の位置を検出する検出手段とを備える物体位置検出装置において、前記アレイ素子は、各素子の間隔が前記送信波の波長の半分より大きくなるように配置され、前記送信手段は、前記送信波の各素子の合成出力がゼロとなるヌル点を補完するように、前記アレイ素子の各素子に入力する各送信信号間の位相関係を切り替えて前記送信波を送信することを特徴とする。
【００１９】
上記数１式において、各素子に入力する位相差をΔθｍとするために、θ１＝０、θ２＝Δθｍとすると、数１式は次式のように変形される。
【００２０】
（数４）
Ｅ（θ、φ）＝Ｅ０（θ、φ）×[１＋ｅｘｐ｛ｊ（２π／λ）×ｄ×ｓｉｎθ＋Δθｍ｝]
この数４式において、各素子に入力する位相差Δθｍを変えていくと、合成指向性Ｅ（θ、φ）の形が変わっていく。それにともなって、ヌル点の位置も変化する。したがって、この請求項１では、ヌル点を補完するように、各素子に入力する位相差Δθｍを変えていくことによって、漏れなく送信波を外部に送信することができる。
【００２１】
請求項２の物体位置検出装置は、前記送信手段は、前記各送信信号間の位相差を同相と逆相に切り替えて前記送信波を送信することを特徴とする。各送信信号間の位相差を同相としたときの送信派の指向性Ｅ（θ、φ）は、図１に示すように表される。一方、各送信信号間の位相差を逆相としたときの送信波の指向性Ｅ（θ、φ）は、上記数４式中のΔθｍをπとすると、図１のように各素子に対して正面方向は弱く、横方向は強い指向性を示す形となる。この場合、各送信信号間の位相差を同相としたときのヌル点を完全に補完することができる。以上より、各送信信号間の位相差を同相と逆相に切り替えることにより、確実にヌル点を補完することができるとともに、広範囲に送信波を外部に送信することができる。
【００２２】
請求項３の物体位置検出装置は、前記送信手段は、前記各送信信号間の位相差を、同相と逆相に交互に切り替えることを特徴とする。これによって、最小限の送信波の送信回数（２回の送信）によって、ヌル点を補完することができる。
【００２３】
請求項４の物体位置検出装置は、外部に送信波を送信する送信手段と、前記送信波の波長の半分より大きい間隔で配置され、前記送信手段が送信した送信波に対する反射波を受信する複数の素子からなるアレイ素子と、前記アレイ素子の少なくとも１つが反射波を受信した時間と前記送信手段が送信波を送信した時間との差に基づいて物体までの距離を算出する距離算出手段と、前記アレイ素子が受信した反射波から、前記アレイ素子の各素子間の受信時間差を算出する時間差算出手段と、前記アレイ素子が受信した反射波から、前記アレイ素子の各素子間の受信位相差を算出し、当該位相差から物体の方位を算出するものであって、当該位相差から算出される物体の方位が複数候補ある場合は、前記時間差算出手段が算出した受信時間差に基づいて前記複数の候補方位のうちの一つを物体の方位として決定する方位算出手段とを備えることを特徴とする。
【００２４】
上述したように、各素子で受信した反射波の受信時間差は、物体の方位に依存している。例えば、物体が各素子の正面に位置している場合は、この受信時間差はゼロとなる。一方、物体が各素子の真横に位置している場合は、この受信時間差の絶対値は最も大きくなる。このように、反射波の各素子間の受信位相差だけでなく、受信時間差を用いることにより、その位相差に対応する物体の方位が複数候補ある場合であっても、一つに絞ることができる。また、上述の三角測量方式のように、受信時間差のみから物体の方位を算出していないので、受信時間差を精密に検出できなくても正確に物体の方位を算出することができる。
【００２５】
請求項５の物体位置検出装置は、前記方位算出手段は、前記各素子間の受信位相差から算出される物体の方位が複数候補ある場合は、前記受信時間差から物体の推定方位を算出し、前記複数の候補方位のうち前記推定方位に最も近い方位を物体の方位として決定することを特徴とする。
【００２６】
これによって、各素子間の受信位相差から算出される物体の方位が複数候補ある場合にも、一つに絞ることができる。また、上述した三角測量の方法のように、受信時間差から求めた方位をそのまま物体の方位とはしていないので、その受信時間差に多少の誤差があったとしても、正確に物体の方位を算出することができる。
【００２７】
請求項６の物体位置検出装置は、前記方位算出手段は、前記各素子間の受信位相差から算出される物体の方位が複数候補ある場合は、前記受信時間差の絶対値が所定の時間差基準値より大きいか否か、及び／又は前記各素子の一方を基準とした前記受信時間差の正負に基づいて、前記複数の候補方位の中から前記物体の方位を決定することを特徴とする。
【００２８】
上述したように、例えば物体が各素子の正面に位置している場合は、この受信時間差はゼロとなる。一方、物体が各素子の真横に位置している場合は、この受信時間差の絶対値は最も大きくなる。つまり、受信時間差の絶対値が小さいほど物体は各素子の正面近辺に位置していることになり、反対に受信時間差の絶対値が大きくなるほど物体は各素子の真横近辺に位置していることになる。このことから、受信時間差の絶対値がある時間差基準値よりも大きいか否かを判断することによって、物体の大凡の方向を把握することができる。
【００２９】
また、各素子の一方を基準とすると受信時間差は正負の符号が付く。この受信時間差の正負を判断することによって、各素子間の中心軸に対して、左右どちらに物体があるのかを把握することができる。
【００３０】
このように、受信時間差の絶対値が所定の時間差基準値より大きいか否かの判断と、受信時間差の正負の判断の一方を行い、又は両方を組み合わせることにより、物体の位置を一意に算出することができる。またこの場合、三角測量の方法で要求されるように、受信時間差を正確に検出できなくても、物体の方位を正確に算出することができる。
【００３１】
請求項７の物体位置検出装置は、前記所定の時間差基準値は、前記送信波の１周期の半分であることを特徴とする。
【００３２】
図２、３は、それぞれ素子間隔が送信波の波長λに対して０．７５λと０．８７５λのときの、反射波の各素子間の位相差と反射波の到来方向との関係を示した図（ａ）、送信波の周期Ｔで表した反射波の各素子間の受信時間差と反射波の到来方向との関係を示した図（ｂ）である。なお、図２、３は、各素子間の中心軸方向を到来方向θ＝０としている。図２、３に示すように、受信時間差の絶対値が送信波の１周期の半分に対応する反射波の到来方向は、それぞれ位相差が±１８０°になり、この方位の前後において位相差が１８０°から−１８０°に反転している方向（±θｔｈ１）となっている（受信側では、どの位相差に対しても絶対値が１８０°以内の位相差としてしか判断できないため）。このことから、受信時間差の絶対値の大小を判断する時間差基準値を送信波の１周期の半分とすることにより、物体の方位θが、−θｔｈ１＜θ＜＋θｔｈ１なのか、θ≦−θｔｈ１、＋θｔｈ１≦θなのかを判別することができる。
【００３３】
また、受信時間差の絶対値の大小を判断する時間差基準値を送信波の１周期の半分とすると、受信時間差が送信波の１周期の半分より小さいときは、どのような素子間隔のアレイ素子を用いても、直ちに物体の方位を決定することができる。
【００３４】
なお、受信時間差の絶対値が送信波の１周期の半分のときの反射波の到来方向が、反射波の各素子間の位相差が±１８０°（方位＝±θｔｈ１）となることは、以下のように証明される。
【００３５】
先ず前提として、図４に示すように、アレイ素子３Ａ、３Ｂが素子間隔ｄ（＞０．５λ）で配置されている場合に、方向θから物体で反射された反射波が到来したとする。この場合、各素子３Ａ、３Ｂで受信する反射波の位相差Δφは次式で表される。なお、次式においてλは送信波の波長を表している。
【００３６】
（数５）
Δφ＝（２π×ｄ／λ）×ｓｉｎθ
ここで、位相差Δφ＝πとすると、数５の式は、次式のように変形することができる。
【００３７】
（数６）
ｄ×ｓｉｎθ＝λ／２
次に、素子３Ａ、３Ｂが反射波を受信したときの、物体から各素子３Ａ、３Ｂまでの経路差（ｄ×ｓｉｎθ）による遅延時間Δｔ（受信時間差）は、次式で表される。なお、次式においてＣは反射波の伝播速度を表している。
【００３８】
（数７）
Δｔ＝ｄ×ｓｉｎθ／Ｃ
ここで、数６の式を用いると、数７の式は次式のように変形することができる。
【００３９】
（数８）
Δｔ＝λ／（２×Ｃ）
ここで、送信波（反射波）の周期をＴとすると、１／Ｔ＝Ｃ／λより、数８の式は次式のように変形することができる。
【００４０】
（数９）
Δｔ＝Ｔ／２
同様にして、位相差Δφ＝−πのとすると、遅延時間Δｔ（受信時間差）は、次式で表される。
【００４１】
（数１０）
Δｔ＝−Ｔ／２
以上の各式で示したことをまとめると、受信時間差Δｔの絶対値がＴ／２のときは、位相差Δφが±π（±１８０°）となる。そして、そのときの反射波の到来方向は、位相差が１８０°から−１８０°に反転する方向（±θｔｈ１）となる。なお、この反転する方向θｔｈ１は、上記数６式を変形して、次式で表される。
【００４２】
（数１１）
θｔｈ１＝ｓｉｎ−１｛λ／（２×ｄ）｝
請求項８の物体位置検出装置は、前記方位算出手段は、前記反射波の各素子間の受信位相差の絶対値が、位相差基準値以上のときは、最初に前記受信時間差の正負の判断を行って、前記複数の候補方位の中から前記物体の方位を決定することを特徴とする。
【００４３】
受信時間差の絶対値が時間差基準値よりも大きいか否かによって、物体の方位を決定又は絞り込む場合、位相差及び受信時間差の検出精度によっては誤った方位を決定したり絞り込んでしまう恐れもある。この場合、受信時間差の正負で判断したほうが、物体の方位の決定や絞り込みを正確に行える場合もある。例えば、素子間隔が０．８７５λにおける、反射波の各素子間の位相差と反射波の到来方向との関係は、図３で示されるが、同図に示すように、位相差の絶対値が大きいほど、−θｔｈ１＜θ＜＋θｔｈ１の範囲内の曲線は、到来方向のゼロ点（＝受信時間差がゼロ）から離れていく。つまり、受信時間差の正負のほうが判断し易くなる。請求項８は、このようなことを鑑みたものであり、これによって正確に物体の方位を決定又は絞り込むことができる。
【００４４】
請求項９の物体位置検出装置は、前記方位算出手段は、前記反射波の各素子間の受信位相差の絶対値が、前記位相差基準値よりも小さいときは、最初に前記受信時間差の絶対値が前記時間差基準値より大きいか否かの判断を行って、前記複数の候補方位の中から前記物体の方位を決定することを特徴とする。
【００４５】
例えば図３において、受信位相差の絶対値が小さくなるほど、−θｔｈ１＜θ＜＋θｔｈ１の範囲内の曲線が、到来方向のゼロ点（＝受信時間差がゼロ）に近づいていく。この場合、受信時間差の検出精度によっては、受信時間差の正負が正確に判定することができないことも起こりうる。この場合、受信時間差の絶対値がある時間差基準値よりも大きいか否かで判断したほうが、正確に物体の方位の決定又は絞り込みを行うことができると考えられる。請求項９は、このようなことを鑑みたものである。
【００４６】
請求項１０の物体位置検出装置は、前記位相差基準値は、π／２であることを特徴とする。このπ／２は、どの素子間隔のアレイ素子を用いたとしても、受信時間差の正負の判断がし易いか否かの基準値になりえると考えられるためである。
【００４７】
請求項１１の物体位置検出装置は、前記方位算出手段は、前記各素子間の受信位相差から算出される物体の候補方位が３つある場合は、前記受信時間差の絶対値が前記所定の時間差基準値より大きいか否かの判断と前記受信時間差の正負の判断とを順番に行って、前記３つの候補方位の中から前記物体の方位を決定することを特徴とする。
【００４８】
各素子間の反射波の受信位相差から算出される物体の方位候補が３つある場合は、先ず受信時間差が所定の時間差基準値より大きいか否かを行うことによって、候補方位を１つ又は２つに絞り込めることができる。ここで、候補方位を１つに絞り込めなかったとしても、次に受信時間差の正負の判断を行うことにより、候補方位を１つに絞り込めることができる。又は、最初に受信時間差の正負の判断を行って、次に受信時間差の絶対値が所定の時間差基準値より大きいか否かの判断を行ってもよい。このように、これらの２つの判断を順番に行うことにより、物体の方位を決定することができる。
【００４９】
請求項１２の物体位置検出装置は、前記所定の時間差基準値は、前記各素子の間隔によっては、前記各素子間の受信位相差に応じて異なる複数の値が設定されていることを特徴とする。例えば、時間差基準値を１つのみ設定した場合、各素子の間隔によってはこの時間差基準値に対応する反射波の到来方向と、反射波の各素子間の位相差から算出した物体（反射波）の方位候補とが近い場合が起こりうる。この場合、受信時間差の精度によっては、その受信時間差の絶対値と時間差基準値との大小の判定が間違ってしまうことが予想される。つまりこの場合、間違った物体の方位を算出してしまうことになる。請求項１２の物体位置検出装置は、各素子間の反射波の位相差に応じて、受信時間差の絶対値と時間差基準値との大小の判定が間違わないような複数の時間差基準値を設定している。これによって、どの各素子間の位相差によっても正確に物体の方位を算出することができる。
【００５０】
請求項１３の物体位置検出装置は、前記アレイ素子の各素子間隔が、送信波の波長（λ）に対して５λ／４以上、３λ／２以下の場合において、前記各素子間の受信位相差の絶対値がπ／２以上ときにおける前記所定の時間差基準値は、前記送信波の１周期であることを特徴とする。
【００５１】
図５は、素子間隔ｄが送信波の波長λに対して１．３７５λ（５λ／４≦ｄ≦３λ／２）のときの、反射波の各素子間の受信位相差と反射波の到来方向との関係を示した図（ａ）、送信波の周期Ｔで表した反射波の各素子間における受信時間差と反射波の到来方向との関係を示した図（ｂ）である。同図に示すように、位相差の絶対値がπ／２以上の範囲内に対応する反射波の到来方向と、受信時間差が送信波の１周期の半分に対応する反射波の到来方向（±θｔｈ１）とが近くなっている。したがって、例えば本当の物体方位θが−θｔｈ１＜θ＜＋θｔｈ１であるのに、受信時間差の検出精度によっては、物体の方位θをθ≦−θｔｈ１、＋θｔｈ１≦θと判定してしまう恐れもある。そこで、この場合は、受信時間差の絶対値の大小を判断するための時間差基準値を、送信波の１周期とすることで、この問題点を解決することができる（図６参照）。
【００５２】
請求項１４の物体位置検出装置は、前記方位算出手段は、前記アレイ素子の各素子が受信した反射波の振幅をそれぞれ閾値判定し、当該各反射波の振幅がともに閾値を超えたときに各反射波から対応する反射波の位相を求め、さらにそれらの位相から前記反射波の各素子間の受信位相差を算出することを特徴とする。
【００５３】
このように、反射波の振幅を閾値判定するのは、その反射波が物体で反射された反射波か否かを判定するためである。例えば、一方の素子の反射波の振幅が閾値を超えていたとしても、反射波が未だ他方の素子に到来していないために、他方の素子の反射波の振幅が閾値を超えていない場合もあり得る。このような場合に位相差を算出したとしても正確に物体の方位を算出することはできない。請求項１４はこのようなことを鑑みてなされたものである。これにより、正確に反射波の各素子間の受信位相差を算出することができる。
【００５４】
請求項１５の物体位置検出装置は、前記方位算出手段は、前記アレイ素子の各素子が受信した反射波の振幅をそれぞれ閾値判定し、当該各反射波の振幅がすべて閾値を超えていない場合には、前記反射波の各素子間における位相差の算出を中止することを特徴とする。
【００５５】
アレイ素子の各素子のうち、１つでも確実に反射波を受信していない素子がある場合に物体の方位を算出したとしても、それは正確な物体の方位ではない可能性が大きい。請求項１５の物体位置検出装置は、このような場合には反射波の各素子間の位相差、つまり物体の方位の算出を行わない。
【００５６】
請求項１６の物体位置検出装置は、前記距離算出手段は、前記アレイ素子の各素子が受信した反射波の振幅をそれぞれ閾値判定し、当該各反射波の振幅が閾値を超えた瞬間における各時間を平均した時間を、前記アレイ素子が反射波を受信した時間とすることを特徴とする。
【００５７】
反射波の到来方向によっては、各素子で受信する反射波の時間に差が生じる。そこで、それら時間を平均した時間を用いて物体までの距離を算出することにより、各素子間の中点から物体までの距離を算出することができる。特に素子間隔が大きい場合に効果的である。
【００５８】
請求項１７の物体位置検出装置は、前記距離算出手段は、前記アレイ素子の各素子が受信した反射波の振幅をそれぞれ閾値判定し、当該各反射波の振幅がすべて閾値を超えていない場合には、前記物体までの距離の算出を中止することを特徴とする。これは、上記請求項１５と同一趣旨によるものである。
【００５９】
請求項１８の物体位置検出装置は、前記送信手段は、請求項１〜３のいずれかに記載の送信手段であることを特徴とする。これによって、送信波を送信するときには、ヌル点を補完することができるとともに、その送信波に対する反射波から物体の位置を一意に算出することができる。
【００６０】
請求項１９の物体位置検出装置は、前記送信手段が備えたアレイ素子と前記反射波を受信するアレイ素子は、共通のアレイ素子であることを特徴とする。このように送信と受信とでアレイ素子を共用することにより、コスト低減、素子を配置するスペースの低減、意匠性の向上を図ることができる。
【００６１】
請求項２０の物体位置検出装置は、前記送信波は、超音波パルスであることを特徴とする。例えば送信波として電波を用いた場合、伝播速度が速いために、各素子で反射波を受信したときの時間の差が小さくなる。また、送信波を送信した時間と反射波を受信した時間との差も小さくなる。つまり、この時間差を精密に検出する必要がある。これに対し、送信波として超音波パルスを用いた場合、電波に比べて伝播速度が遅いために、時間の検出がし易くなる。これによって、物体の距離、方位を正確に算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６２】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る物体位置検出装置の第１の実施形態について説明する。本実施形態の物体位置検出装置１００は、外部に送信波を送信する際には、ヌル点を補完するため、また広範囲に送信波を送信するために、アレイ素子の各素子に入力する送信信号間の位相差を同相と逆相に交互に切り替える。
【００６３】
また、その送信波に対する反射波から物体の位置を算出する際には、送信波を送信した時間と反射波を受信した時間との差から物体までの距離を算出し、受信した反射波の各素子間の位相差から物体の方位を算出する。この際、その位相差に対応する物体の方位が複数ある場合は、各素子が反射波を受信した時間差の符号が正か負か、及びその時間差が時間差基準値（本実施形態の場合は送信波の周期Ｔの半分）より大きいか小さいかに基づいて物体の方位を決定する。以下、図面に基づいて詳細に説明する。
【００６４】
図７は、本実施形態の物体位置検出装置１００の全体構成を示すブロック図である。同図に示すように、物体位置検出装置１００は、送信制御部２０、受信制御部３０、素子４０Ａ、４０Ｂ、及びＥＣＵ１０から構成される。
【００６５】
ＥＣＵ１０は、通常のコンピュータであり、図示しないＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵ、Ｉ／Ｏ、及びこれらを接続するバスによって構成される。物体を検出する際には、このＥＣＵ１０は、送信制御部２０に対して、所定のタイミングで外部に送信波を送信するように指示する。また、ＥＣＵ１０は、受信制御部３０に対して、物体の位置情報を自身に送信するように指示する。そして、ＥＣＵ１０は、その物体の位置情報に基づいて、用途に応じた処理を行う。例えば、この物体位置検出装置１００を車両周辺の障害物検知用に用いる場合には、ＥＣＵ１０は、ドライバーに周辺に障害物がある旨の報知などの処理を行う。
【００６６】
送信制御部２０は、ＥＣＵ１０の送信指示に基づいて、所定の送信信号を生成して、アレイ素子を構成する各素子４０Ａ、４０Ｂに出力する部分である。具体的には、図８に示すように、送信位相決定部２１、送信波形生成部２２Ａ、２２Ｂから構成される。
【００６７】
送信位相決定部２１は、素子４０Ａ、４０Ｂのそれぞれに入力する送信信号の位相をＥＣＵからの指示に基づき決定し、送信波形生成部２２Ａ、２２Ｂに指示する。本実施形態では、上述したように、送信波のヌル点を補完するため、かつ広範囲に送信波を送信するために、各素子４０Ａ、４０Ｂに入力する送信信号間の位相差が同相と逆相に交互に切り替わるように、その位相を決定する。
【００６８】
送信波形生成部２２Ａ、２２Ｂは、送信位相決定部２１からの指示に基づいて、所定位相、所定周波数の正弦波を生成し、それをパルス変調した信号を送信信号として、各素子４０Ａ、４０Ｂに入力する。
【００６９】
素子４０Ａ、４０Ｂは、送信波の波長λに対して、半波長λ／２より大きい間隔で、アレイ状に配置されており、送信波形生成部２２Ａ、２２Ｂから送信された送信信号に応じた送信波を外部に送信する。また、素子４０Ａ、４０Ｂは、外部から到来する信号（反射波）を受信し、この受信信号を受信制御部３０に送信する。素子４０Ａ、４０Ｂとして、具体的には、例えば図３１（ａ）に示す構造の超音波を発生する超音波マイクを用いる。このように送信波として超音波パルスを用いると、各素子４０Ａ、４０Ｂで受信した反射波の各素子間の時間差を大きく検出することができ、また送信波を送信した時間から反射波を受信するまでの時間も大きく検出することができる。これにより、物体までの距離や方位の算出がしやすくなる。なお、素子４０Ａ、４０Ｂとして、超音波マイクの他に電波を発生するアンテナを用いてもよい。
【００７０】
このように、素子４０Ａ、４０Ｂはアレイ素子であるために、素子４０Ａ、４０Ｂから送信される合成送信波は各素子４０Ａ、４０Ｂに入力される送信信号の位相に応じた指向性を有することになる。具体的には、各素子４０Ａ、４０Ｂに入力される送信信号間の位相差が同相のときには、図１に示すように、送信波は、素子４０Ａ、４０Ｂに対して正面方向に向いているメインローブの他、それ以外の方向にも送信波が送信されることを示すグレーティングローブを有する指向性となる。また、メインローブとグレーティングローブとを仕切る方向はヌル点となっている。一方、各素子４０Ａ、４０Ｂに入力される送信信号間の位相差が逆相のときには、同図に示すように、送信波は、素子４０Ａ、４０Ｂに対して左右方向に２つに割れた指向性となる。この場合、素子４０Ａ、４０Ｂに対して正面方向はヌル点となっている。このように、各素子４０Ａ、４０Ｂに入力する送信信号間の位相差を同相と逆相に交互に切り替えることにより、ヌル点を補完し、広範囲の方位をカバーできる。なお、図１に示す送信波の指向性は、それぞれ上記数４式のΔθｍを０とπにして、同式を用いることにより求めることができる。
【００７１】
受信制御部３０は、素子４０Ａ、４０Ｂで受信した反射波を受け取り、その反射波に基づいて物体の位置を算出する部分である。具体的には、図９に示すように、直交復調部３１Ａ、３１Ｂ、時間差判定部３２、位相差算出部３３、方位算出部３４、距離算出部３５、位置変換部３６から構成される。
【００７２】
直交復調部３１Ａ、３１Ｂは、素子４０Ａ、４０Ｂから送られてきた信号を直交復調する部分である。具体的には、素子４０Ａ、４０Ｂから送られてきた信号に、所定の各周波数の正弦波ならびに余弦波を掛け合わせ、ローパスフィルタにより高周波成分を除去し、同相成分（Ｉ）と直交成分（Ｑ）を抽出する。この操作はＡＤ変換後に行ってもよいし、直交復調後にＡＤ変換し、ディジタル値に変換してもよい。これにより、受信した反射波を、振幅成分と位相成分とに分けることができる。この直交復調後の信号は、時間差算出部３２、位相差算出部３３、及び距離算出部３５に送られる。
【００７３】
時間差算出部３２は、素子４０Ａ、４０Ｂで受信した反射波の受信時間の差を算出する部分である。具体的には、先ず直交復調部３１Ａ、３１Ｂから送られてきた信号に対して、それぞれの信号の振幅成分が所定の閾値を越えているか否かを判定する。これは、素子４０Ａ、４０Ｂで受信した信号が物体から反射された反射波であるか否かを判定するためである。つまり、振幅成分が閾値を超えていなければ周囲に物体が存在しないことになり、反対に閾値を超えていれば周囲に物体が存在することになる。そして、各信号の振幅成分がともに閾値を超えている場合には、各信号それぞれが最初に閾値を超えたときの時間の差を算出する。この際、素子４０Ａ、４０Ｂの一方を基準としてその時間差を算出する。したがって、この時間差には正負の符号が付されることになる。また、時間差算出部３２は、その時間差の絶対値が送信波の周期Ｔの半分より大きいか小さいかを判定する。これは、上述したように、物体の方位の候補が複数ある場合に、一つに絞り込むためである。図１０はこのときの様子を示した図であり、各素子４０Ａ、４０Ｂごとに反射波の振幅の時間に対する推移を示した図である。そして、時間差算出部３２は、その時間差の符号情報と、その時間差の絶対値が送信波の周期Ｔの半分より大きいか小さいの判定結果を、方位算出部３４に送信する。
【００７４】
位相差算出部３３は、各素子４０Ａ、４０Ｂで受信した反射波の各素子間の位相差Δφを算出する部分である。図１１は、そのときの様子を示した図であり、各素子４０Ａ、４０Ｂごとに反射波の振幅の時間に対する推移（同図（ａ））と、反射波の位相の時間に対する推移（同図（ｂ））を示している。先ず、同図（ａ）に示すように、直交復調部３１Ａ、３１Ｂから送られてきた信号に対して、それぞれの信号の振幅成分が所定の閾値を越えているか否かを判定する。これは、上述の時間差算出部３２と同一趣旨によるものである。そして、各信号の振幅成分がともに閾値を超えている場合には、同図（ｂ）に示すように、素子４０Ａ、４０Ｂのうち遅く閾値を越えたタイミングで位相差Δφを算出する。例えば一方の素子の反射波の振幅が閾値を超えていたとしても、反射波が未だ他方の素子に到来していないために、他方の素子の反射波の振幅が閾値を超えていない場合もあり得る。よって、このようなときに位相差Δφを算出するのを防ぐためである。ここで算出された位相差Δφは、方位算出部３４に送られる。なお、素子４０Ａ、４０Ｂのうち遅く閾値を越えたタイミングに限らず、各反射波の振幅成分が共に閾値を超えていれば、どのタイミングで位相差Δφを算出してもよい。
【００７５】
また、位相差算出部３３は、ある位相Ｘに対してＸ＋２ｎπ（ｎは整数）の位相を区別することができない。したがって、位相差算出部３３で算出される位相差Δφは、−１８０°〜１８０°（―πから＋π）の範囲内となる。
【００７６】
方位算出部３４は、位相差算出部３３から送られてきた反射波の各素子間の位相差Δφ及び時間差算出部３２から送られてきた反射波の受信時間差の情報から、反射波の到来方向θ、つまり物体の方位を算出する部分である。このときの物体の方位の算出方法は、本発明の特徴であるので、後にフローチャートを用いて詳細に説明する。
【００７７】
距離算出部３５は、物体までの距離を算出する部分である。図１２は、そのときの様子を示した図であり、各素子４０Ａ、４０Ｂごとに反射波の振幅の時間に対する推移を示している。先ず、同図に示すように、直交復調部３１Ａ、３１Ｂから送られてきた信号に対して、それぞれの信号の振幅成分が所定の閾値を越えているか否かを判定する。これも上述の時間差算出部３２、位相差算出部３３と同一趣旨によるものである。そして、各信号の振幅成分がともに閾値を超えている場合には、同図に示すように、各素子４０Ａ、４０Ｂが最初にその閾値を超えた各時間の中間の時間と、送信波を外部に送信した時間との差に基づいて物体までの距離を算出する。このように、各素子４０Ａ、４０Ｂが最初にその閾値を超えた各時間の中間の時間を用いているのは、素子４０Ａ、４０Ｂ間の中点から物体までの距離を算出するためである。なお、素子間隔ｄがλ／２より大きいために、各素子４０Ａ、４０Ｂが反射波を受信する時間に差が生じやすくなっている。
【００７８】
位置変換部３６は、距離算出部３５で算出した物体の距離情報及び、方位算出部３４で算出した物体の方位情報とから、物体の位置を示す座標情報に変換する部分である。本実施形態では、２つの素子４０Ａ、４０Ｂを用いているので、各素子が属している平面上の２次元座標に変換する。そして、位置変換部３６は、ＥＣＵ１０からの位置情報要求指示に基づいて、物体の位置情報をＥＣＵ１０に送信する。
【００７９】
次に、方位算出部３４が行う、物体の方位θの算出する際の処理について、図１３、１４のフローチャートを用いて説明する。なお、これらのフローチャートは、素子４０Ａ、４０Ｂの間隔ｄがλ／２より大きくλ未満の場合における処理を示している。このように素子間隔ｄを限定したのは、素子間隔ｄがλ／２より大きくλ未満の場合には、反射波の各素子４０Ａ、４０Ｂにおける位相差Δφに対して、物体の方位θの候補が１つか、２つであるのに対し、素子間隔ｄがλ以上の場合には、物体の方位θの候補が３つ以上となる場合があるために、物体の方位θを決定する処理方法が異なるためである。なお、素子間隔ｄがλ以上の場合における物体の方位θを算出する処理については後述する。また、今回は素子間隔ｄが０．８７５λである場合を例に採って説明する。
【００８０】
先ずステップＳ１０１において、位相差算出部３３から送られてきた反射波の各素子４０Ａ、４０Ｂにおける位相差Δφから、その反射波の到来方向θ（物体の方位）の候補を算出する。具体的には、次式に位相差Δφを代入して算出することになるが、位相差算出部３３は、どの位相差に対しても―１８０°（―π）から＋１８０°（＋π）の範囲内の位相差として算出するので、物体の方位として複数の候補が生じる場合がある。図１５（ａ―１）は、素子間隔ｄが０．８７５λにおける、位相差Δφと反射波の到来方向θ（物体の方位）の関係を示した図である。なお、同図は、素子４０Ａ、４０Ｂの中心軸方向を到来方向θのゼロ点としている。同図に示すように、位相差ΔφがＡ、Ｂ、Ｄ、Ｅの範囲内にあるときには、到来方向θの候補が２つある。また、位相差Δφが同図中のＣの範囲内にあるときは、到来方向θの候補は１つとなる。
【００８１】
（数１２）
Δφ＝（２π×ｄ／λ）×ｓｉｎ（θ）
上式より位相差がΔφになりうるすべてのθ（−９０°≦θ≦９０°）を算出する。
【００８２】
次にステップＳ１０２において、物体の方位θの候補が１つか２つかを判定する。ここで、物体の方位θの候補が１つの場合は、ステップＳ１０３において、その方位候補を物体の方位θとして決定し、処理を終了する。一方、物体の方位θの候補が２つの場合は、ステップＳ１０４において物体の方位θを１つ決定して処理を終了する。図１４はステップＳ１０４の処理を詳細に示したフローチャートである。
【００８３】
ステップＳ１１において、位相差Δφの絶対値がπ／２未満か否かを判定する。ここで、位相差Δφの絶対値がπ／２未満の場合は（肯定判定）、処理をステップＳ１２に進める。この場合、位相差Δφは、図１５（ａ―１）中のＢ又はＤの範囲にあることになる。
【００８４】
ステップＳ１２において、時間差算出部３２から送られてきた、各素子４０Ａ、４０Ｂが反射波を受信した時間差の絶対値が、送信波の周期Ｔの半分以上か否かを判定する。図１５（ａ―２）は、各素子４０Ａ、４０Ｂが反射波を受信した時間差と反射波の到来方向θ（物体の方位）との関係を示した図であるが、同図及び図１５（ａ―１）に示すように、その時間差の絶対値が送信波の周期Ｔの半分に対応する物体の方位θは、位相差Δφが±１８０°に対応する方位±θｔｈ１となっている。ここで、各素子４０Ａ、４０Ｂが反射波を受信した時間差の絶対値が、送信波の周期Ｔの半分以上である場合は（肯定判定）、図１５（ａ―１）、（ａ―２）より、物体は、θ≦−θｔｈ１以下又は＋θｔｈ１≦θの範囲内にあることになる。よってステップＳ１４において、その範囲内にある方位候補を物体の方位θとして決定する。これに対し、各素子４０Ａ、４０Ｂが反射波を受信した時間差の絶対値が、送信波の周期Ｔの半分未満場合は（否定判定）、物体は−θｔｈ１＜θ＜＋θｔｈ１までの範囲内にあることになる。よって、ステップＳ１５において、その範囲内にある方位候補を物体の方位θとして決定し、処理を終了する。
【００８５】
一方、ステップＳ１１において、位相差Δφの絶対値がπ／２の以上の場合は（否定判定）、処理をステップＳ１３に進める。この場合、位相差Δφは、図１５（ａ―１）中のＡ又はＥの範囲にあることになる。
【００８６】
ステップＳ１３において、各素子４０Ａ、４０Ｂが反射波を受信した時間差の符号が正か負かを判定する。なお、図１５（ａ―１）、（ａ―２）より、位相差ΔφがＡ又はＥの範囲にあるときには、物体の２つの方位候補に対応する受信時間差の符号は、必ず正負に分かれる。ここで、その受信時間差の符号が正である場合は（肯定判定）、ステップＳ１６において、物体の方位候補のうち、正の方位を物体の方位θとして決定し、処理を終了する。これに対し、その受信時間差の符号が負である場合は（否定判定）、ステップＳ１７において、物体の方位候補のうち、負の方位を物体の方位θとして決定し、処理を終了する。
【００８７】
このように、位相差Δφの絶対値がπ／２以上のときは、受信時間差の符号によって物体の方位θを決定しているのは、その範囲では受信時間差の符号を正確に検出することができると考えられるためである。これに対し、位相差Δφの絶対値がπ／２以下のときは、その範囲内では受信時間差がゼロに近い物体の方位候補があるために、受信時間差の検出精度によっては、受信時間差の符号が間違っている場合も想定される。つまり、誤って物体の方位θを決定してしまう恐れがある。したがって、このような場合には、上述したように、受信時間差の絶対値が送信波の周期Ｔの半分か否かによって、物体の方位θを決定している。
【００８８】
図１５（ｂ）は、素子間隔ｄが０．８７５λにおける、図１５（ａ―１）中の位相差Δφの範囲（Ａ〜Ｅ）ごとに、物体の方位候補の数、位相差Δφの絶対値がπ／２より大きいか小さいか、及び物体の方位θの決定方法を示した図である。
【００８９】
以上、素子間隔ｄがλ／２より大きくλ未満の場合における物体の方位θの決定方法について、素子間隔ｄが０．８７５λを例に採って説明したが、他の素子間隔ｄについても図１３、１４に示す処理を経ることによって、物体の方位θを決定することができる。図１６は、素子間隔ｄが０．７５λの場合における、位相差Δφと反射波の到来方向θ（物体の方位）との関係を示した図（ａ―１）、各素子４０Ａ、４０Ｂが反射波を受信した時間差と反射波の到来方向θ（物体の方位）との関係を示した図（ａ―２）、及び位相差Δφによって物体の方位θの算出方法を表にした図（ｂ）である。同図に示すように、位相差ΔφがＢの範囲内にあるときは、物体の方位θの候補が１つとなるので、その方位候補を物体の方位θとして決定する。一方、位相差Δφが、Ａ又はＣの範囲内にあるときは、物体の方位θの候補が２つとなる。この場合、位相差Δφの絶対値は必ずπ／２以上になるので、受信時間差の符号によって、物体の方位θを決定する。
【００９０】
次に、方位算出部３４が行う、素子４０Ａ、４０Ｂの間隔がλ以上５λ／４未満の場合における物体の方位θを算出する処理について図１７のフローチャートを用いて説明する。素子間隔ｄがλ以上５λ／４未満の場合における、位相差Δφと物体の方位θとの関係の特徴としては、位相差Δφの絶対値がπ／２未満の範囲内において、位相差Δφに対応する物体の方位θの候補が３つある場合があることである。なお、今回は素子間隔ｄが１．１２５λである場合を例に採って説明する。
【００９１】
先ずステップＳ２０１において、上述したステップＳ１０１同様に、位相差算出部３３から送られてきた反射波の各素子４０Ａ、４０Ｂにおける位相差Δφから、その反射波の到来方向θ（物体の方位）の候補を算出する。図１８（ａ―１）は、素子間隔ｄが１．１２５λにおける、位相差Δφと反射波の到来方向θ（物体の方位）との関係を示した図である。なお、同図は、素子４０Ａ、４０Ｂの中心軸方向を到来方向θのゼロ点としている。同図に示すように、位相差ΔφがＡ、Ｂ、Ｄ、Ｅの範囲内にあるときには、到来方向θの候補が２つある。また、位相差Δφが同図中のＣの範囲内にあるときは、到来方向θの候補は３つとなる。つまり、素子間隔ｄがλ以上５λ／４未満の場合は、どの位相差Δφに対しても必ず複数の物体の方位θの候補があることになる。
【００９２】
次にステップＳ２０２において、物体の方位θの候補が２つか３つかを判定する。ここで、物体の方位θの候補が２つの場合は、ステップＳ２０４において、上述のステップ１０４と同じ処理をして物体の方位θを１つ決定して処理を終了する。すなわち、図１４のフローチャートに示すように、位相差Δφの絶対値がπ／２未満のときは（ステップＳ１１肯定判定）、各素子４０Ａ、４０Ｂが反射波を受信した時間差が送信波の周期Ｔの半分（Ｔ／２）よりも大きいか小さいかによって、物体の方位θを決定する（ステップＳ１４、１５）。これに対し、位相差Δφの絶対値がπ／２以上のときは（ステップＳ１１否定判定）、その受信時間差の符号によって、物体の方位θを決定する（ステップＳ１６、１７）。なお、図１８（ａ―２）は、受信時間差と反射波の到来方向θ（物体の方位）との関係を示した図であるが、受信時間差の絶対値がＴ／２に対応する物体の方位±θｔｈ１を図１８（ａ―１）に示してある。
【００９３】
一方、ステップＳ２０２において、物体の方位θの候補が３つの場合、つまり位相差Δφが図１８（ａ―１）中のＣの範囲内にある場合は、処理をステップＳ２０３に進める。そして、ステップＳ２０３において、受信時間差の絶対値が送信波の周期Ｔの半分（Ｔ／２）より以上か否かを判定する。すなわち、物体の方位θがθ≦−θｔｈ１、＋θｔｈ１≦θの範囲内にあるのか、−θｔｈ１＜θ＜＋θｔｈ１までの範囲内にあるのかを判定する。ここで、受信時間差の絶対値がＴ／２未満の場合は（否定判定）、−θｔｈ１＜θ＜＋θｔｈ１までの範囲内には、物体の方位θの候補が１つしかないので、ステップＳ２０６において、その方位候補を物体の方位θとして決定し、処理を終了する。これに対し、受信時間差の絶対値がＴ／２以上の場合は（肯定判定）、ステップＳ２０７において、θ≦−θｔｈ１、＋θｔｈ１≦θの範囲内にある２つの方位候補を新たな方位候補として選択する。
【００９４】
次いで、受信時間差の符号によってθ≦−θｔｈ１、＋θｔｈ１≦θの２つの方位候補のうちの一方を物体の方位θとして決定する（ステップＳ２０７〜Ｓ２０９）。
【００９５】
図１８（ｂ）は、素子間隔ｄが１．１２５λにおける、図１８（ａ―１）中の位相差Δφの範囲（Ａ〜Ｅ）ごとに、物体の方位候補の数、位相差Δφの絶対値がπ／２以上か否か、及び物体の方位θの決定方法を示した図である。
【００９６】
以上、素子間隔ｄがλ以上５λ／４未満の場合における物体の方位θの決定方法について、素子間隔ｄが１．１２５λを例に採って説明したが、他の素子間隔ｄについても図１７に示す処理を経ることによって、物体の方位θを決定することができる。
【００９７】
以上、本実施形態では、外部に送信波を送信するときには、各素子４０Ａ、４０Ｂに入力する送信信号の位相差を同相と逆相に交互に切り替えている。これによって、送信波の指向性が図１に示すように交互に切り替わるので、素子間隔ｄがλ／２より大きい場合であっても、広範囲に漏れなく送信波を送信することができる。
【００９８】
また、送信波に対する反射波の各素子４０Ａ、４０Ｂにおける位相差Δφから物体の位置を算出する際には、物体の方位θとして複数の候補がある場合には、各素子４０Ａ、４０Ｂが反射波を受信した時間差の符号とその時間差の絶対値が基準値（Ｔ／２）以上か否かの判断を組み合わせることによって、物体の方位θを一意に算出している。これによって、素子間隔ｄがλ／２より大きい場合に受信時間差を精密に検出できなくても、物体の位置を検出することができる。
【００９９】
なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々なる形態で実施することができる。以下、考えられる変形例について説明する。
【０１００】
（変形例１）
上記実施形態では、送信波を送信する際には、各素子４０Ａ、４０Ｂに入力する送信信号間の位相を同相と逆相に交互に切り替えていた。しかし、送信波のヌル点を補完できるのであれば、各送信信号間の位相関係をどのように切り替えてもよい。
【０１０１】
（変形例２）
上記実施形態では、送信波を外部に送信する素子と、反射波を受信する素子とを共用としていたが、それぞれ別に設けてもよい。
【０１０２】
（変形例３）
上記実施形態では、特に素子間隔ｄがλ／２より大きくλ未満とλ以上５λ／４未満の２つの場合について、物体の方位の算出方法を説明した。しかし、素子間隔ｄがこれらの範囲外（５λ／４以上）であっても、各素子４０Ａ、４０Ｂが反射波を受信した時間差の符号とその時間差の絶対値が基準値（Ｔ／２）より大きいか否かの判断を適宜組み合わせることによって、物体の方位を一意に算出することができる。
【０１０３】
（変形例４）
上記実施形態では、物体の方位を算出する際に、反射波の各素子４０Ａ、４０Ｂにおける位相差Δφの絶対値がπ／２未満か否かによって、受信時間差の符号の判断を行うか受信時間差の絶対値が時間差基準値（Ｔ／２）以上か否かの判断を行うかを判断していた。このπ／２は、受信時間差の符号の判断が正確に行えるか否かによって決められた値であるので、その趣旨を逸脱しないのであれば、他の値を用いてもよい。
【０１０４】
（変形例５）
上記実施形態では、物体の方位を算出するために、受信時間差の絶対値が時間差基準値（Ｔ／２）より大きいか否かの判断を行っていた。この時間差基準値としてＴ／２を用いているのは、位相差Δφが±１８０°に対応する物体の方位±θｔｈ１を境界として方位候補を絞り込むことができるためである。しかし、方位候補を絞り込むことができるのであれば、その時間差基準値にどの値を採用してもよい。
【０１０５】
（変形例６）
上記実施形態では、物体の方位を算出する際に、反射波の各素子４０Ａ、４０Ｂにおける位相差Δφの絶対値がπ／２未満のときは、最初に受信時間差の絶対値が時間差基準値（Ｔ／２）より大きいか否かの判断を行っていた。これは、位相差Δφの絶対値がπ／２未満のときには、位相差Δφに対応する物体の方位候補のひとつが０°方向に近くなる場合、つまり受信時間差もゼロに近くになる場合があり、受信時間差の検出精度によっては、受信時間差の符号が間違って検出される場合もあり得るためである。反対に、位相差Δφの絶対値がπ／２以上のときは、最初に受信時間差の符号の判断を行っていた。これは、位相差Δφの絶対値がπ／２以上のときには、位相差Δφに対応する物体の方位候補のひとつが、時間差基準値（Ｔ／２）に対応する方位±θｔｈ１に近くなる場合があるため、受信時間差の検出精度によっては、時間差基準値との大小の判断を誤ってしまう場合もあり得るためである。このことから、受信時間差を精度よく検出できるのであれば、どちらの判断を先に行ってもよい。
【０１０６】
（変形例７）
上記実施形態では、物体の距離を算出する際に、各素子で受信した反射波の振幅がともに閾値を越えたタイミングの中間の時間を用いていた（図１２参照）。しかし、例えば、どちらか一方の素子が受信した反射波の振幅が超えたときの時間を用いて、物体の距離を算出してもよい。なお、この場合、その一方の素子を基準とした物体までの距離が算出されることになる。
【０１０７】
（変形例８）
上記実施形態のように、２つの素子をアレイ状に配置することにより、物体の位置を、その２素子が属している平面上の２次元位置として算出することができる。ところで、通常物体は地表面に対して水平及び垂直に位置しているので、図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、各素子を地表面に対して水平又は垂直に配置するのが望ましい。これによって、地表面に対して水平方向又は垂直方向の物体の位置を検出することができる。
【０１０８】
また、図１９（ｃ）、（ｄ）に示すように、一辺が地表面に対して水平又は垂直となる三角形状に３素子を配置すれば、物体の３次元位置を検出することができる。なお、同図（ｃ）のように各素子を配置した場合、地表面に対して水平に配置された素子（Ａ、Ｂ）を用いて物体の水平方位を算出し、素子（Ａ、Ｃ）から算出される方位と素子（Ｂ、Ｃ）から算出される方位に基づき、物体の垂直方位を算出することになる。同様にして、同図（ｄ）のように配置した場合についても、物体の水平方位と垂直方位を算出することになる。
【０１０９】
さらに、同図（ｃ）、（ｄ）のように、３素子で構成される三角形が正三角形となるようにその３素子を配置することにより、３つの素子で囲まれる領域をコンパクトにすることができ、アレイ素子を小型化できる。
【０１１０】
なお、図１９（ｅ）に示すように、一辺が地表面に対して水平かつ他の一辺が地表面に対して垂直である垂直２等辺三角形状に３素子を配置しても、物体の水平方位と垂直方位、つまり物体の３次元位置を算出することができる。
【０１１１】
また、図１９（ｆ）に示すように、４素子を一辺が地表面に対して水平となるように正方形状に配置すれば、水平方向について、Ａ、Ｂ及びＣ、Ｄの２組、垂直方向について、Ａ、Ｃ及びＢ、Ｄのそれぞれで方位を算出しその結果を合成することで、位置検出精度を向上することもできる。また、正方形状に配置することにより、物体の水平方向の位置と、垂直方向の位置とを同じ精度で検出することができる。
【０１１２】
また、このように３つ以上の素子を用いて物体の位置を検出する場合、各素子で受信する反射波の振幅が全て閾値を越えた場合のみ、物体の位置（距離、方位）を算出するようにするのが望ましい。１つでも閾値を越えていない場合には、その反射波は信頼性の欠けるものであると考えられるためである。
【０１１３】
（変形例９）
上記実施形態では、物体の方位を算出するために、各素子４０Ａ、４０Ｂが反射波を受信した時間差の絶対値がある１つの基準値（Ｔ／２）より大きいか否かの判断を行っていた。例えば、素子間隔ｄが５λ／４≦ｄ≦３λ／２の場合、図５に示すように（ｄ＝１．３７５λ）、位相差の絶対値がπ／２以上の範囲内に対応する反射波の到来方向と、受信時間差が送信波の周期の半分に対応する反射波の到来方向（±θｔｈ１）とが近くなっている。したがって、受信時間差の検出精度によっては、最初に受信時間差の符号によって方位候補を絞り込んだとしても、次いで受信時間差の絶対値が時間差基準値（Ｔ／２）以上か否かの判断を行うと、例えば本当の物体方位θが−θｔｈ１＜θ＜＋θｔｈ１であるのに、物体の方位θをθ≦−θｔｈ１、＋θｔｈ１≦θと判定してしまう恐れもある。そこで、その基準値として、位相差Δφに応じて異なる値に設定してもよい。
【０１１４】
以下、この場合の具体的な処理を図２０〜図２２のフローチャートを用いて説明する。この図２０〜図２２に示す処理は、位相差の絶対値がπ／２未満の場合に、受信時間差の絶対値が時間差基準値以上か否かの判断をするときには、その時間差基準値をＴ／２とし、位相差の絶対値がπ／２以上の場合に、受信時間差の絶対値が時間差基準値よりも大きいか否かの判断をするときには、その基準値をＴとしたものである。なお、この図２０〜図２２に示す処理は、素子間隔ｄが５λ／４≦ｄ≦３λ／２の場合に適用すると効果的であり、今回は素子間隔ｄが１．３７５λである場合を例に採って説明する。
【０１１５】
先ずステップＳ３０１において、上述したステップＳ１０１同様に、位相差算出部３３から送られてきた反射波の各素子４０Ａ、４０Ｂにおける位相差Δφから、その反射波の到来方向θ（物体の方位）の候補を算出する。図２３（ａ―１）は、素子間隔ｄが１．３７５λにおける、位相差Δφと反射波の到来方向θ（物体の方位）の関係を示した図である。なお、同図は、素子４０Ａ、４０Ｂの中心軸方向を到来方向θのゼロ点としている。同図に示すように、位相差ΔφがＡ、Ｅの範囲内にあるときには、到来方向θの候補が２つある。また、位相差Δφが同図中のＢ、Ｃ、Ｄの範囲内にあるときは、到来方向θの候補は３つとなる。つまり、素子間隔ｄが５λ／４以上３λ／２以下の場合は、どの位相差Δφに対しても必ず複数の物体の方位θの候補があることになる。また、位相差Δφの絶対値がπ／２以上の範囲においても、方位候補が３つ存在する場合（Ｂ、Ｄの範囲）がある点が、上述した素子間隔ｄがλ以上５λ／４未満の場合と異なっている。
【０１１６】
次にステップＳ３０２において、物体の方位θの候補が２つか３つかを判定する。ここで、物体の方位θの候補が２つの場合は、処理をステップＳ３０４に進める。この場合、位相差Δφは、図２３（ａ―１）中のＡ又はＥの範囲内にあることになる。そして、ステップＳ３０４において、上記図１４に示す処理と同様に、位相差の絶対値がπ／２以上であることから、受信時間差の符号が正か負かを判定する。ここで、受信時間差の符号が正である場合は（肯定判定）、ステップＳ３０７において、正の方位候補を物体の方位θとして決定し、処理を終了する。これに対し、受信時間差の符号が負の場合は（否定判定）、ステップＳ３０８において、負の方位候補を物体の方位θとして決定し、処理を終了する。
【０１１７】
一方、ステップＳ３０２において、物体の方位θの候補が３つの場合は、処理をステップＳ３０３に進める。そして、ステップＳ３０３において、位相差Δφの絶対値がπ／２未満か否かを判定する。ここで、位相差Δφの絶対値がπ／２未満の場合は（肯定判定）、ステップＳ３０５において、物体の方位θを決定し、処理を終了する。なお、この場合、位相差Δφは、図２３（ａ―１）中のＣの範囲内にあることになる。図２１は、ステップＳ３０５の処理を詳細に示したフローチャートである。
【０１１８】
先ずステップＳ２１において、受信時間差の絶対値が送信波の周期Ｔの半分より大きいか否かを判定する。なお、図２３（ａ―２）は、受信時間差と反射波の到来方向θ（物体の方位）の関係を示した図であるが、受信時間差の絶対値がＴ／２に対応する物体の方位±θｔｈ１を図２３（ａ―１）に示してある。また、図２３（ａ―１）には、受信時間差の絶対値がＴに対応する物体の方位±θｔｈ２も示してある。
【０１１９】
ここで、受信時間差の絶対値が送信波の周期Ｔの半分より小さい場合は（否定判定）、−θｔｈ１＜θ＜＋θｔｈ１までの範囲内にある１つの方位候補を物体の方位θとして決定し、処理を終了する。これに対し、受信時間差の絶対値が送信波の周期Ｔの半分より大きい場合は（肯定判定）、処理をステップＳ２２に進める。
【０１２０】
そして、ステップＳ２２において、３つの方位候補の中からθ≦−θｔｈ１及び＋θｔｈ１≦θの範囲内にある２つの方位候補を新たな物体の方位θの候補として選択する。次いで、ステップＳ２４において、受信時間差が正か負かを判定する。そして、受信時間差が正である場合は（肯定判定）、ステップＳ２５において、正の方位候補を物体の方位θとして決定し、処理を終了する。これに対し、受信時間差が負である場合は（否定判定）、負の方位候補を物体の方位θとして決定し、処理を終了する。
【０１２１】
説明を再び図２０に示す処理に戻り、ステップＳ３０３において、位相差Δφの絶対値がπ／２以上の場合は（否定判定）、ステップＳ３０６において、物体の方位θを決定し、処理を終了する。なお、この場合、位相差Δφは、図２３（ａ―１）中のＢ又はＤの範囲内にあることになる。図２２は、ステップＳ３０６の処理を詳細に示したフローチャートである。
【０１２２】
先ずステップＳ３１において、受信時間差の符号が正か負かを判定する。ここで、受信時間差の符号が正である場合は（肯定判定）、ステップＳ３２において、３つの方位候補のうち１つ又は２つの正の方位候補を新たな物体の方位θの候補として選択する。例えば、位相差Δφが、図２３（ａ―１）中のＢの範囲内にある場合は、２つの方位候補が選択される。一方、位相差Δφが、図２３（ａ―１）中のＤの範囲内にある場合は、１つの方位候補が選択される。同様にして、受信時間差の符号が負である場合は（否定判定）、ステップＳ３３において、３つの方位候補のうち１つ又は２つの負の方位候補を新たな物体の方位θの候補として選択する。例えば、位相差Δφが、図２３（ａ―１）中のＢの範囲内にある場合は、１つの方位候補が選択される。一方、位相差Δφが、図２３（ａ―１）中のＤの範囲内にある場合は、２つの方位候補が選択される。
【０１２３】
次にステップＳ３４において、ステップＳ３２又はＳ３３において選択した方位候補の数が１つか２つかを判定する。ここで、方位候補の数が１つの場合は、ステップＳ３８において、その方位候補を物体の方位θとして決定し、処理を終了する。一方、方位候補の数が２つの場合は、処理をステップＳ３５に進める。
【０１２４】
そして、ステップＳ３５において、受信時間差の絶対値が送信波の周期Ｔ以上か否かを判定する。このように、受信時間差の絶対値の大小を判定する時間差基準値を送信波の周期Ｔとしたのは、上述したように間違って物体の方位θを決定してしまうことを防ぐためである。なお、この判定を行う前提として、時間差算出部３２は、算出した受信時間差が送信波の周期Ｔより大きいか否かの判定を行い、その判定結果を方位算出部３４に送信する必要がある。ここで、受信時間差の絶対値が送信波の周期Ｔよりも大きい場合は（肯定判定）、ステップＳ３６において、受信時間差の絶対値が送信波の周期Ｔに対応する方位±θｔｈ２に対して、θ≦−θｔｈ２又は＋θｔｈ２≦θの方位候補を物体の方位θとして決定し、処理を終了する。これに対し、受信時間差の絶対値が送信波の周期Ｔよりも小さい場合は（否定判定）、ステップＳ３７において、−θｔｈ２＜θ＜＋θｔｈ２までの範囲内の方位候補を物体の方位θとして決定し、処理を終了する。
【０１２５】
図２３（ｂ）は、素子間隔ｄが１．３７５λにおける、図２３（ａ―１）中の位相差Δφの範囲（Ａ〜Ｅ）ごとに、物体の方位候補の数、位相差Δφの絶対値がπ／２以上か否か、及び物体の方位θの決定方法を示した図である。
【０１２６】
このように、受信時間差の絶対値の大小を判断する基準値として、位相差Δφの範囲に応じて適切な値に設定することにより、確実に物体の方位θを算出することができる。
【０１２７】
（変形例１０）
上記実施形態では、位相差算出部３３は、反射波の振幅が素子４０Ａ、４０Ｂのうち遅く閾値を越えたタイミングで、各素子４０Ａ、４０Ｂに対応する反射波の位相から位相差Δφを算出している（図１１参照）。しかし、素子４０Ａ、４０Ｂが受信した反射波の振幅がともに閾値を越えている複数のポイントにおいて（図２４参照）、例えば次式で定義される各反射波の振幅を反映した位相差ベクトルＤｅｆを求め、それら位相差ベクトルＤｅｆを合成した位相差ベクトルＳｕｍ＿Ｄｅｆに基づいて、位相差Δφを算出してもよい。なお、次式中、Ａ、Ｂは各素子４０Ａ、４０Ｂで受信した反射波の振幅を示しており、Δφｎは任意のポイントにおける各素子４０Ａ、４０Ｂの反射波の位相差を示している。以下、詳細に説明する。
【０１２８】
（数１３）
Ｄｅｆ＝Ａ×Ｂ×ｅｘｐ（ｊΔφｎ）
先ず、位相差ベクトルＤｅｆの算出方法について説明する。上述したように、直交復調部３１Ａ、３１Ｂで復調された各反射波は、ある正弦波の位相に対して、同相成分（Ｉ）と直交成分（Ｑ）とに分けられる。これを複素平面（ＩＱ平面）に表すと、図２５（ａ）に示すように、所定の大きさ、位相をもつベクトルＲｘ＿Ａ、Ｒｘ＿Ｂとして表すことができる。なお、同図の、φＡｎ、φＢｎは、それぞれ各復調信号の任意のポイントにおける位相を表しており、Δφｎは各復調信号の任意のポイントにおける位相差（φＡｎ―φＢｎ）を表している。また、各ベクトルＲｘ＿Ａ、Ｒｘ＿Ｂの大きさは、それぞれ各素子４０Ａ、４０Ｂが受信した反射波の大きさＡ、Ｂを表している。よって、上記数１３式は、次式のように変形することができる。
【０１２９】
（数１４）
Ｄｅｆ＝Ａ×Ｂ×ｅｘｐ（ｊΔφｎ）＝Ａ×Ｂ×ｅｘｐ（ｊ（φＡｎ―φＢｎ））＝Ａ×Ｂ×ｅｘｐｊ（φＡｎ）÷ｅｘｐｊ（φＢｎ）
ここで、各復調信号Ｒｘ＿Ａ、Ｒｘ＿Ｂをそれぞれ次式のように、同相成分（Ｉ）と直交成分（Ｑ）の和で表す（図２５（ａ）参照）。なお、次式中、ａ＋ｊｂ、ｃ＋ｊｄは単位ベクトルである。
【０１３０】
（数１５）
Ｒｘ＿Ａ→Ａ×ｅｘｐ（ｊφＡｎ）＝Ａ×（ａ＋ｊｂ）＝（Ａ×ａ）＋ｊ（Ａ×ｂ）
（数１６）
Ｒｘ＿Ｂ→Ｂ×ｅｘｐ（ｊφＢｎ）＝Ｂ×（ｃ＋ｊｄ）＝（Ｂ×ｃ）＋ｊ（Ｂ×ｄ）
これらの数式を上記数１４式に代入し、位相差ベクトルＤｅｆの同相成分Ｄｅｆ＿Ｉと直交成分Ｄｅｆ＿Ｑはそれぞれ次式のように表される。
【０１３１】
（数１７）
Ｄｅｆ＿Ｉ＝（Ａ×ａ）×（Ｂ×ｃ）＋（Ａ×ｂ）×（Ｂ×ｄ）
（数１８）
Ｄｅｆ＿Ｑ＝（Ａ×ｂ）×（Ｂ×ｃ）―（Ａ×ａ）×（Ｂ×ｄ）
したがって、各復調信号の成分を上記数式１７、１８に代入することにより、位相差ベクトルＤｅｆを算出することができる（図２５（ｂ）参照）。そして、各サンプルポイントにおいて算出した位相差ベクトルを加算して、合成位相差ベクトルＳｕｍ＿Ｄｅｆを算出し（図２５（ｃ）参照）、この合成位相差ベクトルＳｕｍ＿Ｄｅｆの位相から、物体の方位を算出するための、各復調信号の位相差Δφを算出する。このように、反射波の振幅を反映した位相差ベクトルを合成することで、反射波の振幅を重みとしてもつ位相差の平均が可能となり、正確に位相差Δφを算出することができる。
【０１３２】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る物体位置検出装置の第２の実施形態について、上記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。上記第１実施形態では、反射波から物体の方位を算出する際には、各素子４０Ａ、４０Ｂが反射波を受信した時間差の符号及び、その時間差が時間差基準値（Ｔ／２又はＴ）より大きいか否かの判断を組み合わせて、物体の方位を一意に決定していた。しかし、物体の方位の候補が多い場合には、この受信時間差に関する２つの判断の組み合わせだけでは、物体の方位を一意に決定できない場合も起こりうる。そこで、本実施形態では、その受信時間差の値を直接使用して、物体の方位を決定する。具体的には、図２６のフローチャートを用いて説明する。なお、装置構成は、第１実施形態と同じなので、説明は省略する。また、図２６に示す処理は、方位算出部３４が行う。
【０１３３】
先ず、ステップＳ４０１において、位相差Δφから物体の方位の候補を算出する。これは、第１実施形態と同じ要領で、位相差Δφに相当するθを−９０°≦θ≦９０°の範囲ですべて算出する。
【０１３４】
次にステップＳ４０２において、上述した三角測量方式のように、次式に基づいて受信時間差Δｔから物体の推定方位θ’を算出する。その前提として、時間差算出部３２は、算出した受信時間差Δｔをそのまま方位算出部３４に送信している。なお、ここで算出した方位を物体の推定方位と言っているのは、この方位をそのまま物体の方位としていないためである。この点が、上述した三角測量方式とは異なっている。
【０１３５】
（数１９）
θ’＝ ｓｉｎ−１（Δｔ×Ｃ／ｄ）
ここで、Ｃは送信波（反射波）の伝播速度、ｄは素子間隔である。
【０１３６】
次にステップＳ４０３において、ステップＳ４０１にて求めた方位候補のうち、ステップＳ４０２にて求めた推定方位θ’に最も近い方位候補を物体の方位θとして決定し、処理を終了する。
【０１３７】
以上、本実施形態では、受信時間差の値を直接用いて物体の方位を決定している。これにより、方位候補が多い場合であっても、物体の方位を一意に決定することができる。また、三角測量方式のように、受信時間差から求めた方位を物体の方位としておらず求める方位はあくまで位相差から算出し、時間差は選別のみに使うことで、三角測量方式よりも正確に物体の方位を算出することができる。なお、上記第１実施形態で示した受信時間差の符号、受信時間差の絶対値が時間差基準値よりも大きいか否かの判断と、この推定方位θ’による方法とを組み合わせて物体の方位θを算出してもよい。これにより、より正確に物体の方位を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３８】
【図１】送信波の指向性を示した図である。
【図２】素子間隔ｄが０．７５λにおける位相差Δφと物体の方位θとの関係を示した図（ａ）、受信時間差Δｔと物体の方位θとの関係を示した図（ｂ）である。
【図３】素子間隔ｄが０．８７５λにおける位相差Δφと物体の方位θとの関係を示した図（ａ）、受信時間差Δｔと物体の方位θとの関係を示した図（ｂ）である。
【図４】アレイ素子に対して反射波が方向θから到来しているところを示した図である。
【図５】素子間隔ｄが１．３７５λにおける物体の方位θと位相差Δφの関係を示した図（ａ）、物体の方位θと受信時間差Δｔの関係を示した図（ｂ）である。
【図６】素子間隔ｄが１．３７５λにおける物体の方位θと位相差Δφの関係を示した図（ａ）、物体の方位θと受信時間差Δｔの関係を示した図（ｂ）である。
【図７】第１、第２の実施形態に係る物体位置検出装置１００の全体構成を示したブロック図である。
【図８】送信制御部２０の構成を示したブロック図である。
【図９】受信制御部３０の構成を示したブロック図である。
【図１０】時間差算出部３２が行う処理を説明するための図である。
【図１１】位相差算出部３３が行う処理を説明するための図である。
【図１２】距離算出部３５が行う処理を説明するための図である。
【図１３】素子間隔ｄがλ／２より大きくλ未満における、方位算出部３４が行う処理を示したフローチャートである。
【図１４】方位候補が２つの場合における、方位算出部３４が行う処理を示したフローチャートである。
【図１５】素子間隔ｄが０．８７５λにおける物体の方位θと位相差Δφの関係を示した図（ａ−１）、物体の方位θと受信時間差Δｔの関係を示した図（ａ−２）、及び物体の方位の算出方法を表にした図（ｂ）である。
【図１６】素子間隔ｄが０．７５λにおける物体の方位θと位相差Δφの関係を示した図（ａ−１）、物体の方位θと受信時間差Δｔの関係を示した図（ａ−２）、及び物体の方位の算出方法を表にした図（ｂ）である。
【図１７】素子間隔ｄがλ以上５λ／４未満における、方位算出部３４が行う処理を示したフローチャートである。
【図１８】素子間隔ｄが１．１２５λにおける物体の方位θと位相差Δφの関係を示した図（ａ−１）、物体の方位θと受信時間差Δｔの関係を示した図（ａ−２）、及び物体の方位の算出方法を表にした図（ｂ）である。
【図１９】素子の配置例を示した図である。
【図２０】素子間隔ｄが５λ／４以上３λ／２以下における、方位算出部３４が行う処理を示したフローチャートである。
【図２１】図２０中の処理Ａの詳細な処理を示したフローチャートである。
【図２２】図２０中の処理Ｂの詳細な処理を示したフローチャートである。
【図２３】素子間隔ｄが１．３７５λにおける物体の方位θと位相差Δφの関係を示した図（ａ−１）、物体の方位θと受信時間差Δｔの関係を示した図（ａ−２）、及び物体の方位の算出方法を表にした図（ｂ）である。
【図２４】位相差ベクトルを用いて位相差Δφを算出することを説明するための図である。
【図２５】位相差ベクトルを用いて位相差Δφを算出することを説明するための図である。
【図２６】第２実施形態における方位算出部３４が行う処理を示したフローチャートである。
【図２７】反射波の到来方向の算出方法として、三角測量を用いた方法と、素子間の位相差を用いた方法とを説明するための図である。
【図２８】素子間隔ｄによって、物体の方位の候補が複数存在することを説明するための図である。
【図２９】素子間隔ｄによって、各素子の合成指向性にヌル点が生じることを説明するための図である。
【図３０】送信波の合成指向性を説明するために、基準軸と空間の任意の位置との関係を示した図である。
【図３１】素子間隔ｄをλ／２以下にする場合に生じる課題を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１３９】
１００  物体位置検出装置
１０  ＥＣＵ
２０  送信制御部
３０  受信制御部
４０Ａ、４０Ｂ  素子
【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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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