传输线路装置的制作方法
本公开涉及传输线路装置。
背景技术：
在专利文献1至3以及非专利文献1中公开了具有人工磁导体的波导结构的例。人工磁导体为通过人工方式实现了自然界中不存在的理想磁导体(perfectmagneticconductor：pmc)的性质的结构体。理想磁导体具有“磁场在表面上的切线分量为零”的性质。这是与理想电导体(perfectelectricconductor：pec)的性质、即“电场在表面上的切线分量为零”的性质相反的性质。理想磁导体虽不存在于自然界中，但能够通过人工结构而实现。人工磁导体在由该结构规定的特定频带中作为理想磁导体发挥功能。人工磁导体抑制或阻止具有特定频带、即传播截止频带中所包含的频率的电磁波沿着人工磁导体的表面传播。因此，人工磁导体的表面有时被称作高阻抗面。
在专利文献1至3以及非专利文献1中公开的波导路装置中，通过在行方向以及列方向上排列的多个导电性杆而实现了人工磁导体。这种杆是有时还被称作柱或销的突出部。这些波导路装置分别在整体上包括相对的一对导电板。一个导电板具有：向另一导电板侧突出的脊部；以及位于脊部两侧的人工磁导体。脊部的上表面具有导电性，并隔着间隙而与另一导电板的导电性表面相对。具有人工磁导体的传播截止频带中所包含的频率的电磁波在该导电性表面与脊部的上表面之间的间隙中沿着脊部传播。有时将这样的波导路称作wrg(waffle-ironridgewaveguide：华夫板脊形波导路)或wrg波导路。
有时将通过人工磁导体抑制电磁波的传播的结构称作“华夫板结构”。并且，有时将具有华夫板结构的导电板称作“华夫板金属板”(waffleironmetalplate)或“wimp”。
专利文献1至3以及非专利文献1中公开的wrg波导路利用wimp所具有的电磁波的传播阻止功能防止电磁波的扩散，并且使电磁波沿着脊部传播。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第8779995号
专利文献2：美国专利第8803638号
专利文献3：欧洲专利申请公开第1331688号
非专利文献
非专利文献1：kirinoetal.，"a76ghzmulti-layeredphasedarrayantennausinganon-metalcontactmetamaterialwaveguide"，ieeetransactiononantennasandpropagation，vol.60，no.2，february2012，pp840-853
技术实现要素：
发明要解决的课题
本公开提供一种利用华夫板结构的新型波导结构。
用于解决课题的手段
本公开的一方式所涉及的传输线路装置包括：多个导电部件，它们隔开间隙而层叠，并包含三个以上的导电部件；以及多个人工磁导体，它们分别位于所述多个导电部件中的相邻的任意两个导电部件之间。所述多个导电部件中的位于两端的两个导电部件之间的至少一个导电部件具有板形状，并具有至少一个缝隙。所述多个人工磁导体的至少一部分位于所述至少一个缝隙的周围，抑制沿着所述至少一个缝隙传播的电磁波漏出。所述至少一个缝隙的一端到达至所述至少一个导电部件的边缘。此时，该一端作为天线元件发挥功能。
发明效果
根据本公开，能够实现具有新型结构的传输线路装置或天线元件。
附图说明
图1是示意性地示出基于第一实施方式的传输线路装置100a的结构的立体图。
图2是示意性地示出处于将导电部件110、120、130彼此的间隔过大地分开的状态的传输线路装置100a的立体图。
图3是从+z方向观察传输线路装置100a中的第二导电部件120的俯视图。
图4是示出传输线路装置100a中的第二导电部件120的背面侧的结构的立体图。
图5是示出传输线路装置100a中的第二导电部件120的背面侧的结构的俯视图。
图6是从-y方向观察传输线路装置100a的图。
图7是从+x方向观察传输线路装置100a的图。
图8是示出多个导电性杆124与第一导电部件110连接的传输线路装置的例的图。
图9是示出第二导电部件120具有一个缝隙125的传输线路装置的例的立体图。
图10是示出基于第二实施方式的传输线路装置100b的立体图。
图11是从+z方向观察传输线路装置100b中的第二导电部件120的俯视图。
图12是示出传输线路装置100b中的第二导电部件120的背面侧的结构的俯视图。
图13是从-y方向观察传输线路装置100b的图。
图14是从+x方向观察传输线路装置100b的图。
图15是示出各个带缝隙的导电部件120具有一个缝隙125的例的立体图。
图16是示出传输线路装置的变形例的图。
图17是示意性地示出华夫板结构的结构例的图。
图18是示意性地示出华夫板结构的其他结构例的图。
图19是示出本车辆500和在与本车辆500相同的车道上行驶的先行车辆502的图。
图20是示出本车辆500的车载雷达系统510的图。
图21a是示出车载雷达系统510的阵列天线aa与多个入射波k之间的关系的图。
图21b是示出接收第k个入射波的阵列天线aa的图。
图22是示出基于本公开的车辆行驶控制装置600的基本结构的一例的框图。
图23是示出车辆行驶控制装置600的结构的其他例的框图。
图24是示出车辆行驶控制装置600的更具体的结构的例的框图。
图25是示出应用例中的雷达系统510的更详细的结构例的框图。
图26是示出根据三角波生成电路581生成的信号而调制的发送信号的频率变化的图。
图27是示出“上行”期间的拍频fu以及“下行”期间的拍频fd的图。
图28是示出通过具有处理器pr以及存储装置md的硬件而实现信号处理电路560的实施方式的例的图。
图29是示出三个频率f1、f2、f3之间的关系的图。
图30是示出复平面上的合成频谱f1～f3之间的关系的图。
图31是示出求出相对速度以及距离的处理步骤的流程图。
图32是与包括具有缝隙阵列天线的雷达系统510以及车载摄像头系统的融合装置有关的图。
图33是示出通过将毫米波雷达510和摄像头放置在车厢内的大致相同的位置处而使各自的视野、视线一致且核对处理变得容易的图。
图34是示出基于毫米波雷达的监视系统1500的结构例的图。
图35是示出数字式通信系统800a的结构的框图。
图36是示出包含能够改变电波的辐射模式的发送机810b的通信系统800b的例的框图。
图37是示出装配有mimo功能的通信系统800c的例的框图。
符号说明
100a、100b传输线路装置
110、120、130导电部件
110b、120a、120b、130a、130b导电性表面
123槽
124、134导电性杆
125缝隙
126电路板
127mmic
128焊锡
129天线元件
500本车辆
502先行车辆
510车载雷达系统
520行驶支援电子控制装置
530雷达信号处理装置
540通信设备
550计算机
552数据库
560信号处理电路
570物体检测装置
580收发电路
596选择电路
600车辆行驶控制装置
700车载摄像头系统
710摄像头
720图像处理电路
具体实施方式
＜术语＞
在本公开中，“传输线路装置”是指包括具有至少一个缝隙的导电部件和配置于该缝隙的上下方的人工磁导体的装置。目前尚不明确该缝隙是否在严格意义上作为传输线路发挥功能。但是，为方便起见，在本说明书中，将包含该缝隙的装置称作“传输线路装置”。
“微波”是指频率处于300mhz至300ghz的范围的电磁波。将“微波”中的频率处于30ghz至300ghz的范围的电磁波称作“毫米波”。真空中的“微波”的波长处于1mm至1m的范围，“毫米波”的波长处于1mm至10mm的范围。
“高频”(radiofrequency)是指3khz以上且300ghz以下的频率。传输线路装置例如能够用于传播毫米波频带的电磁波。本公开中的传输线路装置所处理的频带可以是频率比毫米波低的频带，也可以是频率比毫米波更高的频带。传输线路装置例如也可以用于传播太赫兹波频带(大约300ghz以上且3thz以下)的电磁波。
“微波集成电路”或“微波ic”是生成或处理微波频带的高频信号的半导体集成电路的芯片或封装件。“封装件”是包含对微波频带的高频信号进行生成或处理的一个或多个半导体集成电路芯片的封装件。将一个以上的微波ic集成于单一的半导体基板上而成的微波ic特别称作“单片微波集成电路”(mmic)。在本公开中，以将“mmic”用作“微波ic”的例为主进行说明，但是微波ic并不限定于mmic。即，并非必须是一个以上的微波ic集成于单一的半导体基板上。在以下的各实施方式中，也可以代替mmic而使用其他种类的微波ic。有时将生成或处理毫米波频带的高频信号的“微波ic”特别称作“毫米波ic”。
＜实施方式＞
本公开的实施方式中的传输线路装置具有多个导电部件和多个人工磁导体。多个导电部件隔开间隙而层叠，并包含三个以上的导电部件。多个人工磁导体包含分别配置于多个导电部件中的相邻的任意两个导电部件之间的两个以上的人工磁导体。多个导电部件中的位于两端的两个导电部件之间的至少一个导电部件具有板形状，并具有至少一个缝隙。该至少一个缝隙与微波ic连接。多个人工磁导体的至少一部分位于该至少一个缝隙的周围，抑制沿着该至少一个缝隙传播的电磁波漏出。
多个人工磁导体例如分别包含多个导电性杆。各导电性杆具有与位于该人工磁导体的两侧的两个导电部件中的一个导电部件连接的基部和与该两个导电部件中的另一导电部件相对的末端部。多个导电性杆的至少一部分配置于缝隙的周围。通过适当地设定多个导电性杆的尺寸以及排列，多个导电性杆作为人工磁导体发挥功能。多个导电性杆能够连接于具有缝隙的导电部件的表面和/或与该表面相对的其他导电部件的表面。
能够在具有至少一个缝隙的导电部件上安装至少一个微波ic。在多个导电性杆与该导电部件的表面连接的情况下，能够在与该表面相反一侧的表面上配置微波ic。微波ic具有输出或输入微波频带的高频信号的两个信号端子。两个信号端子能够在导电部件的导电性表面中的位于缝隙的两侧的两个位置处连接。通过适当地设定两个信号端子连接的位置、缝隙的宽度以及长度、具有缝隙的导电部件的厚度、多个导电性杆的配置等条件，能够使缝隙作为传输线路发挥功能。两个信号端子的一方也可以是接地端子。微波ic的数量依赖于缝隙的数量。在传输线路装置具有多个缝隙的情况下，多个缝隙能够分别与多个微波ic连接。在一个微波ic具有多对信号端子的情况下，多个缝隙也可以分别与一个微波ic的多对信号端子连接。
被层叠的多个导电部件中的位于两端的两个导电部件之间的具有缝隙的板形状的导电部件的个数可以是单数，也可以是多个。并且，板形状的导电部件所具有的缝隙的个数可以是单数，也可以是多个。各缝隙与微波ic连接。
缝隙也可以延伸至导电部件的边缘。换句话说，缝隙的一端也可以到达至导电部件的边缘。在该情况下，缝隙的一端能够作为天线元件发挥功能。在这样的结构中，能够从缝隙的一端辐射信号波，或者接收信号波。缝隙的另一端与微波ic的两个信号端子连接。还能够将具有作为天线元件发挥功能的至少一个缝隙的传输线路装置称作“天线装置”。
传输线路装置或天线装置也可以具有一端作为天线元件发挥功能的多个缝隙。在该情况下，能够实现天线阵列。作为天线元件发挥功能的多个缝隙的一端可以一维排列，也可以二维排列。多个缝隙各自的另一端与微波ic连接。也可以从多个微波ic向多个缝隙分别供给相位不同的信号波。通过这样的结构，能够实现相控阵天线。
以下，对本公开的实施方式进行更具体的说明。但是，有时省略不必要的详细说明。例如，有时省略已周知的事项的详细说明以及对实际相同的结构的重复说明。这是为了避免以下说明不必要地冗长，便于本领域技术人员理解。另外，发明人为了使本领域技术人员充分理解本公开而提供附图以及以下说明，并非通过这些限定权利要求书中记载的主题。在以下说明中，对相同或类似的构成要素标注相同的参照符号。
(实施方式1)
图1是示意性地示出基于第一实施方式的传输线路装置100a的结构的立体图。该传输线路装置100a包括作为天线元件发挥功能的三个缝隙125。通过三个缝隙125实现一维天线阵列。
图1中示出了表示相互正交的x方向、y方向、z方向的xyz坐标。以下，使用该坐标系对传输线路装置的结构进行说明。另外，本申请的附图所示的结构物的方向是考虑说明的理解容易度而设定的，并不对本公开的实施方式在实际实施时的方向进行任何限制。并且，附图所示的结构物的整体或一部分的形状以及大小也不限制实际的形状以及大小。
本实施方式中的传输线路装置100a包括第一导电部件110、第二导电部件120以及第三导电部件130。导电部件110、120、130依次隔开间隙而层叠。这些导电部件110、120、130分别具有板形状。另外，位于两端的导电部件110、130并不限于板形状，也可以具有块形状。
各导电部件110、120、130以及各导电性杆124、134例如能够使用铝、锌或镁等金属材料而形成。或者，各导电部件110、120、130以及各导电性杆124、134还能够利用表面被导电性材料电镀的电介质材料而形成。例如，也可以通过对已成型的树脂的表面实施电镀而构成传输线路装置100a。各导电部件110、120、130以及各导电性杆124、134只要至少在表面具有导电性即可，无需整体具有导电性。
传输线路装置100a包括多个第一导电性杆124和多个第二导电性杆134。多个第一导电性杆124位于第一导电部件110与第二导电部件120之间。多个第二导电性杆134位于第二导电部件120与第三导电部件130之间。多个第一导电性杆124与第二导电部件120连接，作为第一人工磁导体发挥功能。多个第二导电性杆134与第三导电部件130连接，作为第二人工磁导体发挥功能。
图2是示意性地示出处于为了理解容易度而将导电部件110、120、130彼此的间隔过大地分开的状态的传输线路装置100a的立体图。在实际的传输线路装置100a中，如图1所示，导电部件110、120、130彼此的间隔窄。第一导电部件110以覆盖第二导电部件120上的所有导电性杆124的方式配置。第二导电部件120以覆盖第三导电部件130上的所有导电性杆134的方式配置。
图3是从+z方向观察第二导电部件120的俯视图。第二导电部件120具有沿y方向延伸的三个缝隙125。三个缝隙125实质上平行，在x方向上以规定的间隔d排列。各缝隙125与微波ic连接。在第二导电部件120上沿着x方向以及y方向以规定的间隔二维排列有多个导电性杆124。另外，第二导电部件120所具有的缝隙125的数量并不限于三个，也可以是一个以上的任意数量。
如图3所示，各缝隙125配置于第二导电部件120上的多个导电性杆124的列之间。各缝隙125的宽度比相邻的两个杆124的基部之间的间隔w1小。在此，设在各缝隙125中传播的电磁波的频带的中心频率处的自由空间波长为λo。在本实施方式中，相邻的两个缝隙125之间的间隔d是波长λo的二分之一。各导电性杆124的宽度w2是λo/8。多个导电性杆124的配置间隔p在x方向、y方向上均为λo/4。各导电性杆124的高度、即z方向上的尺寸是λo/4。各缝隙125的长度、即y方向上的尺寸是与导电性杆124的配置间隔p相同的程度，约λo/4。但是，这些数值是一例，本公开并不限定于这些数值。
各缝隙125的一端到达至第二导电部件120的边缘120e，并在此处与外部空间连接。通过各缝隙125与外部空间连接，各缝隙125的端部作为天线元件129发挥功能。
与第二导电部件120同样地，在第三导电部件130上也二维排列有多个导电性杆134。第三导电部件130中的多个导电性杆134的排列方式与第二导电部件120中的多个导电性杆124的排列方式相同。另外，多个导电性杆124的排列方式与多个导电性杆134的排列方式也可以不同。在本实施方式中，导电性杆124、134均周期性地排列，但是也可以非周期性地排列。
图4是示出第二导电部件120的背面侧的结构的立体图。在此，“背面侧”是指-z方向侧。图5是示出第二导电部件120的背面侧的结构的俯视图。另外，图5中用虚线示出了无法从外部辨认的各缝隙125的端部和该端部的两侧的焊锡128。图6是从-y方向观察传输线路装置100a的图。图7是从+x方向观察传输线路装置100a的图。另外，在图7中，为了容易理解而利用阴影线示出了缝隙125的位置。
如图6以及图7所示，第一导电部件110在背面侧具有导电性表面110b。第二导电部件120具有：与第一导电部件110的导电性表面110b相对的第一导电性表面120a；以及位于与第一导电性表面120a相反一侧的第二导电性表面120b。第三导电部件130具有与第二导电部件120的第二导电性表面120b相对的导电性表面130a。
传输线路装置100a包括电路板126和三个单片微波集成电路(mmic)127。电路板126以及三个mmic127安装于第二导电部件120的背面侧的第二导电性表面120b。在图示的例中，电路板126通过锡焊而安装于第二导电部件120的第二导电性表面120b上。在电路板126上配置有三个mmic127。
各mmic127包括输出或输入高频信号的两个信号端子(未图示)。如图5所示，各mmic127中的两个信号端子借助电路板126和焊锡128而与第二导电部件120中的缝隙125的端部连接。电路板126能够具有多个导电图案和/或多个通孔。各mmic127的两个信号端子借助这些导电图案和/或通孔而与缝隙125连接。在图示的例中，焊锡128与第二导电部件120的第二导电性表面120b上的各缝隙125的端部的两个边缘相邻配置。第二导电部件120至少在焊锡128所附着的部位处例如被锡等金属电镀。在电路板126中，与焊锡128接触的部位和与mmic127中的两个信号端子接触的部位电连接。另外，也可以不通过锡焊而是利用其他方法连接导电部件120与mmic127。电路板126也可以利用未图示的连接线而与外部的电路连接。能够在电路板126与外部的电路之间进行电力以及信号的交换。
在本实施方式中，各mmic127借助电路板126以及焊锡128而与第二导电部件120中的缝隙125的两侧的部位连接。但是，本公开并不限定于这样的连接方式。例如，各mmic127也可以不借助电路板126而与第二导电部件120连接。
各缝隙125中的相对的内壁面构成平行双线波导路。各mmic127中的两个信号端子中的一个也可以作为信号端子发挥功能，另一个作为接地端子发挥功能。在非平衡型平行双线波导路中，信号端子以及接地端子分别标记为sig端子以及gnd端子。在sig端子以及gnd端子中能够分别输入输出振幅相等且极性反转的信号。另一方面，在mmic127具有一对信号端子sig(+)以及sig(-)的平衡型平行双线波导路中，在一对sig(+)端子以及sig(-)端子中分别主动输入输出振幅相同且极性反转的信号。在该情况下，gnd端子被施加sig(+)端子的电位和sig(-)端子的电位的中间电位。
另外，在本实施方式中，各mmic127的两个端子在夹着缝隙125的端部的两个位置处连接，但是本公开并不限定于这样的例。只要是在从mmic127中的两个端子供给高频信号时电磁波沿着缝隙125传播的位置，则两个端子可以在任何位置处连接。
各缝隙125的一端向外部空间开放，并作为天线元件129发挥功能。各缝隙125的另一端与微波ic127连接。在传输线路装置100a用作发送天线装置的情况下，由各mmic127生成的高频的信号波在缝隙125中传播，并从天线元件129辐射。在传输线路装置100a用作接收天线装置的情况下，从外部空间入射的信号波经各天线元件129而在缝隙125中传播，并由mmic127接收。通过这样的结构，传输线路装置100a作为在x方向上排列有三个天线元件129的阵列天线装置发挥功能。
在本实施方式中，多个导电性杆124与第二导电部件120连接，但是本公开并不限定于这样的方式。图8示出了多个导电性杆124不与第二导电部件120连接而是与第一导电部件110连接的传输线路装置的例的图。在该例中，各导电性杆124具有：与第一导电部件110的导电性表面110b连接的基部；以及与第二导电部件120的第一导电性表面120a相对的末端部。通过这样的结构，也能够抑制沿着缝隙125传播的电磁波漏出。
在本实施方式中，第二导电部件120具有多个缝隙125，但是缝隙125的数量也可以是一个。图9是示出第二导电部件120具有一个缝隙125的传输线路装置的例的立体图。根据这样的传输线路装置，能够实现具有一个天线元件的天线装置。
(实施方式2)
图10是示出本公开的第二实施方式中的传输线路装置100b的立体图。图11是从+z方向观察第二导电部件120的俯视图。图12是示出第二导电部件120的背面侧的结构的俯视图。图13是从-y方向观察传输线路装置100b的图。图14是从+x方向观察传输线路装置100b的图。在图14中，为了理解容易度而用阴影线示出了各缝隙125的位置。
本实施方式中的传输线路装置100b具有隔开间隙而层叠的五个导电部件。在两端的两个导电部件110与导电部件130之间配置有三个带缝隙的导电部件120。在各个带缝隙的导电部件120的第一导电性表面120a上连接有作为人工磁导体发挥功能的多个导电性杆124。各个带缝隙的导电部件120具有相互平行地延伸的三条缝隙125。能够经由这些缝隙125的每一个而发送或接收电磁波。各缝隙125的一端到达至导电部件120的边缘，并与外部空间连接。通过各缝隙125与外部空间连接，各缝隙125的一端作为天线元件129发挥功能。各缝隙125的另一端与微波ic127连接。多个导电性杆124的尺寸、配置间隔以及缝隙125的配置间隔与第一实施方式相同。
如图11所示，各个带缝隙的导电部件120在边缘120e具有两个槽123。各槽123设置于边缘120e中的相邻的两个缝隙125的中间的部位。各槽123贯通第二导电部件120，其贯通方式类似于缝隙125。但是，各槽123不与mmic127连接。
各槽123的深度、即y方向的尺寸能够被设定为与各导电性杆124的高度、即z方向的尺寸相同程度的值。在各导电性杆124的高度是沿着各缝隙125传播的电磁波的频带的中心频率处的自由空间波长λo的四分之一的情况下，各槽123的深度也能够被设定为接近λo/4的值。例如，各槽123的深度能够被设定为λo/8以上且λo/2以下。各槽123提高由相邻的两个天线元件129收发的信号波的分离度。使各槽123的深度与各导电性杆124的高度实质上一致的理由是为了与导电性杆124同样地对该槽123赋予阻断电磁波的功能。在从作为天线元件发挥功能的各缝隙125的端部辐射电磁波时，电磁波还欲向旁边的缝隙125的方向传播。此时，通过设置具有与各导电性杆124相同的长度的槽，能够阻断向旁边的缝隙125的方向传播的电磁波。其结果是，能够提高由相邻的两个天线元件129收发的多个信号波的分离度。另外，只要能够实现所设计的电磁波的阻断性能，则无需使各导电性杆124的高度与各槽123的深度严格地一致。
如图13所示，传输线路装置100b包括九个mmic127。九个mmic127分别借助焊锡128以及电路板126而与九条缝隙125连接。通过这样的结构，能够实现九个天线元件二维排列而成的阵列天线。
同一电路板126上的三个mmic127能够利用未图示的连接线相互连接，并能够同步驱动。并且，装设于不同的导电部件120的电路板126也利用未图示的其他连接线连接。这样，传输线路装置100b所具有的九个mmic127能够同步驱动。在此，“同步驱动”是指在有意地赋予了同一相位或规定的相位分布的状态下驱动。传输线路装置100b在辐射电磁波的情况下能够进行波束转向。
另外，各个带缝隙的导电部件120所具有的缝隙125的数量并不限于三个，也可以是任意数量。图15是示出各个带缝隙的导电部件120具有一个缝隙125的例的立体图。在该例中，能够实现在z方向上排列有多个天线元件的一维天线阵列。
在上述的各实施方式中的各缝隙125并不限于直线形状，例如也可以具有曲线形状。并且，无需所有缝隙125是相同的形状。例如，多个缝隙125的一部分也可以具有相对长的直线形状，另一部分具有相对短的直线形状。并且，多个缝隙125的至少一部分也可以具有曲线形状。而且，在多个带缝隙的导电部件120层叠的结构中，缝隙125的个数、形状和/或尺寸也可以按每一个导电部件120不同。
各缝隙125也可以不作为天线元件发挥功能而简单地作为传输线路发挥功能。尤其，如图8所示的例，在多个导电性杆并未设置于带缝隙的导电部件120而是设置于其两侧的两个导电部件的结构中，能够使缝隙125适宜地作为传输线路发挥功能。缝隙125的长度并不限于图8所示的长度，也可以更长。图16是示出导电部件120具有比图8所示的例长的缝隙125的例的图。该例中的缝隙125的长度是约(3/4)λo。缝隙125例如也可以比λo长。在各缝隙125简单地作为传输线路发挥功能的传输线路装置中，各缝隙125例如能够与中空波导管等其他波导路连接而使用。这样，传输线路装置也可以不必作为天线装置发挥功能。
由上述的传输线路装置生成并传播的高频电磁场的频率例如能够是20ghz以上。作为比20ghz高的频率的例，能够使用28ghz的频率。
近年来，已知有被称作大规模mimo的通信技术。大规模mimo是通过使用100个以上的天线元件来实现指向性高的有源天线的mimo技术。根据大规模mimo，能够使用同一频带来同时连接接多个用户。大规模mimo在利用20ghz频段等比较高的频率时有用，能够利用于第五代移动通信系统(5g)等的通信。基于本公开的实施方式的传输线路装置不仅能够在雷达装置中利用，而且还能够在使用大规模mimo的通信中利用。
＜华夫板结构的细节＞
接下来，对前述的各实施方式中的传输线路装置所具有的华夫板结构进行更详细的说明。
图17是示出华夫板结构中的各部件的尺寸范围的例的图。在此，以图17所示的结构为例，对尺寸等条件进行说明。以下说明在本公开的实施方式的任一部位的华夫板结构中也同样适用。
导电部件110的导电性表面110b沿着与导电性杆124的轴向(z方向)垂直的平面(与xy面平行的平面)二维扩展。该例中的导电性表面110b是平滑的平面，但是导电性表面110b并非必须是平滑的平面。
排列在导电部件120上的多个导电性杆124分别具有与导电性表面110b相对的末端部124a。在图示的例中，多个导电性杆124的末端部124a位于同一平面上。该平面形成人工磁导体的表面124c。各导电性杆124无需其整体具有导电性，只要具有沿杆状结构物的至少上表面以及侧面扩展的导电层即可。该导电层可以位于杆状结构物的表层，但是也可以由绝缘涂装或树脂层构成表层而在杆状结构物的表面不存在导电层。并且，只要导电部件120能够支承多个导电性杆124而实现人工磁导体，则无需其整体具有导电性。只要导电部件120的表面中的排列有多个导电性杆124的一侧的面120a具有导电性，并且相邻的多个导电性杆124的表面通过导电体电连接即可。导电部件120的具有导电性的层也可以被绝缘涂装或树脂层覆盖。换句话说，只要导电部件120以及多个导电性杆124的组合的整体具有与导电部件110的导电性表面110b相对的凹凸状的导电层即可。
各人工磁导体的表面124c与导电部件110的导电性表面110b之间的空间不传播具有特定频带内的频率的电磁波。这种频带称作“受限带”。人工磁导体被设计成在传输线路装置内传播的电磁波的频率(以下，有时称作“工作频率”)包含于受限带。受限带能够根据导电性杆124的高度、即形成于相邻的多个导电性杆124之间的槽的深度、导电性杆124的宽度、配置间隔以及导电性杆124的末端部124a与导电性表面110b之间的间隙的大小进行调整。
传输线路装置用于规定频带(称作“工作频带”。)的电磁波的发送以及接收中的至少一方。设传输线路装置的工作频带中的中心频率的电磁波的自由空间波长为λo，设最高频率的电磁波的自由空间波长为λm。将各导电性杆124中的与导电部件120接触的一端的部分称作“基部”。各导电性杆124具有末端部124a和基部124b。各部件的尺寸、形状、配置等的例如下。
(1)导电性杆的宽度
导电性杆124的宽度(x方向以及y方向的大小)能够被设定成小于λm/2。若在该范围内，则能够防止在x方向以及y方向上产生最低次的谐振。另外，不仅是x方向以及y方向，在xy截面的对角方向上也有可能引起谐振。因此，优选导电性杆124的xy截面的对角线的长度也小于λm/2。杆的宽度以及对角线的长度的下限值为能够通过加工方法制作的最小长度，并无特别限定。
(2)从导电性杆的基部至导电部件110的导电性表面为止的距离
从导电性杆124的基部124b至导电部件110的导电性表面110b为止的距离能够被设定成比导电性杆124的高度长且小于λm/2。在该距离为λm/2以上的情况下，在导电性杆124的基部124b与导电性表面110b之间产生谐振，失去信号波的锁定效应。
从导电性杆124的基部124b至导电部件110的导电性表面110b为止的距离相当于导电部件110与导电部件120之间的间隔。例如，在作为毫米波段的76.5±0.5ghz的信号波在传输线路中传播的情况下，信号波的波长在3.8923mm至3.9435mm的范围内。因而，在该情况下，λm为3.8923mm，因此导电部件110与导电部件120之间的间隔能够被设计成比3.8923mm的一半小。只要导电部件110与导电部件120以实现这样的窄间隔的方式相对配置，则导电部件110与导电部件120无需严格地平行。并且，只要导电部件110与导电部件120之间的间隔小于λm/2，则导电部件110和/或导电部件120的整体或一部分也可以具有曲面形状。另一方面，导电部件110、120的平面形状(与xy面垂直地投影的区域的形状)以及平面大小(与xy面垂直地投影的区域的大小)能够按照用途任意设计。
在图17所示的例中，导电性表面120a是平面，但是本公开的实施方式并不限于此。例如，如图18所示，导电性表面120a也可以是与xz面平行的截面为接近u字或v字的形状的面的底部。在导电性杆124具有宽度从末端部124a朝向基部124b而扩大的形状的情况下，导电性表面120a成为这样的结构。即使是这样的结构，只要导电性表面110b与导电性表面120a之间的距离比波长λm的一半短，则图示的装置也能够作为本公开的实施方式中的传输线路装置发挥功能。
(3)从导电性杆的末端部至导电部件110的导电性表面为止的距离l
从导电性杆124的末端部124a至导电性表面110b为止的距离l被设定为小于λm/2。这是因为，在该距离为λm/2以上的情况下，产生电磁波在导电性杆124的末端部124a与导电性表面110b之间往返的传播模式，无法锁定电磁波。另外，多个导电性杆124处于末端与导电性表面110b非电接触的状态。在此，导电性杆的末端与导电性表面非电接触的状态是指以下状态中的任一状态：在末端与导电性表面之间存在空隙的状态；或者在导电性杆的末端和导电性表面中的任一方存在绝缘层，并且导电性杆的末端与导电性表面隔着绝缘层接触的状态。为了确保制造的容易度，在使毫米波段的电磁波传播的情况下，距离l例如能够被设定为λm/16以上。
导电性表面110b与导电性杆124的末端部124a之间的距离l的下限依赖于机械工作的精度和将上下两个导电部件110、120以保持规定距离的方式组装时的精度。在利用冲压加工方法或注射加工方法的情况下，上述距离的实际下限是50微米(μm)左右。在利用mems(micro-electro-mechanicalsystem)技术制作例如太赫兹区域的产品的情况下，上述距离的下限是2～3μm左右。
(4)导电性杆的排列以及形状
多个导电性杆124中的相邻的两个导电性杆124之间的间隙例如具有小于λm/2的宽度。相邻的两个导电性杆124之间的间隙的宽度由从该两个导电性杆124中的一个导电性杆124的表面(侧面)至另一导电性杆124的表面(侧面)为止的最短距离定义。该杆之间的间隙的宽度被确定成在杆之间的区域不引起最低次的谐振。产生谐振的条件由导电性杆124的高度、相邻的两个导电性杆之间的距离以及导电性杆124的末端部124a与导电性表面110b之间的空隙的容积的组合而确定。由此，杆之间的间隙的宽度依赖其他设计参数适当地确定。杆之间的间隙的宽度并无明确的下限，但是为了确保制造的容易度，在使毫米波段的电磁波传播的情况下，例如能够为λm/16以上。另外，间隙的宽度并非必须固定。只要小于λm/2，则导电性杆124之间的间隙也可以具有各种各样的宽度。
多个导电性杆124的排列只要发挥作为人工磁导体的功能，则并不限定于图示的例。多个导电性杆124无需排列成垂直的行状以及列状，行以及列也可以以90度以外的角度相交。多个导电性杆124无需沿着行或列排列在直线上，也可以不呈现简单的规律性而分散配置。各导电性杆124的形状以及大小也可以按照导电部件120上的位置发生变化。
多个导电性杆124的末端部124a所形成的人工磁导体的表面124c无需严格地为平面，也可以是具有细微的凹凸的平面或曲面。即，各导电性杆124的高度无需相同，在导电性杆124的排列能够作为人工磁导体发挥功能的范围内，每个导电性杆124能够具有多样性。
各导电性杆124并不限于图示的棱柱形状，例如也可以具有圆筒状的形状。而且，各导电性杆124无需具有简单的柱状的形状。人工磁导体还能够通过导电性杆124的排列以外的结构实现，能够将多样的人工磁导体利用于本公开的传输线路装置。另外，在导电性杆124的末端部124a的形状为棱柱形状的情况下，优选其对角线的长度小于λm/2。在为椭圆形状时，优选长轴的长度小于λm/2。即使在末端部124a呈另一其他形状的情况下，也优选其跨度尺寸在最长的部分中小于λm/2。
导电性杆124的高度、即从基部124b至末端部124a的长度能够被设定成比导电性表面110b与导电性表面120a之间的距离(小于λm/2)短的值，例如λo/4。
另外，在本说明书中，尊重作为本发明人之一的桐野的论文(非专利文献1)以及在同时期发表了相关内容的研究的kildal等的论文的记载，使用“人工磁导体”这一术语来记载本公开的技术。但是，本发明人等研究的结果是，明确了在本公开所涉及的发明中，以往定义中的“人工磁导体”未必是必须的。即，虽然曾认为在人工磁导体中周期结构是必须的，但是周期结构并非为了实施本公开所涉及的发明而必须的。
在本公开的实施方式中，能够利用导电性杆的列来实现人工磁导体。一直认为为了阻止向远离传输线路的方向漏出的电磁波，沿着传输线路排列的导电性杆的列在传输线路的一侧必须至少有两个。这是因为，如果没有最低限度的两列，那么也就不存在导电性杆列的配置“周期”。但是，根据本发明人等的研究可知，即使在只配置有一列或一根导电性杆的情况下，也能够获得实用上足够的传播阻止性能。在只具有不完整的周期结构的状态下实现这样的足够水平的传播阻止性能的理由目前还不明确。但是，考虑该事实，在本公开中，扩展了以往的“人工磁导体”的概念，使“人工磁导体”这一术语还包含只配置有一列或一根导电性杆的结构。
本公开的实施方式中的传输线路装置或天线装置例如能够适宜地用于装设于车辆、船舶、飞行器、机器人等移动体的雷达装置或雷达系统。雷达装置具有上述任一实施方式中的天线装置和与该天线装置连接的微波集成电路。雷达系统具有该雷达装置和与该雷达装置的微波集成电路连接的信号处理电路。由于本公开的实施方式的天线装置具有能够小型化的华夫板结构，因此与以往的结构相比，能够显著地减小排列有天线元件的面的面积。因此，能够将装设有该天线装置的雷达系统还容易地装设到例如车辆的后视镜的镜面的相反侧的面这样狭小的地方或者uav(unmannedaerialvehicle：所谓的无人机)这样的小型移动体。另外，雷达系统不限定于装设到车辆的方式的例，例如能够固定于道路或者建筑物中使用。
本公开的实施方式中的天线装置还能够利用于无线通信系统。这样的无线通信系统包括上述任一实施方式中的天线装置和通信电路(发送电路或者接收电路)。关于在无线通信系统中的应用例的细节，将在后文进行阐述。
本公开的实施方式中的天线装置还能够用作室内定位系统(ips：indoorpositioningsystem)中的天线。在室内定位系统中，能够确定建筑物内的人或者无人搬运车(agv：automatedguidedvehicle)等移动体的位置。天线装置还能够在如下的电波辐射器(信标)中使用，该电波辐射器在向来到店铺或者设施的人持有的信息终端(智能手机等)提供信息的系统中使用。在这样的系统中，信标例如每几秒发送一次叠加有id等信息的电磁波。若信息终端接收该电磁波，则信息终端经由通信线路向远程服务器计算机发送所接收到的信息。服务器计算机根据从信息终端得到的信息而确定该信息终端的位置，并将与其位置相对应的信息(例如，商品索引或者优惠券)提供给该信息终端。
<应用例1：车载雷达系统>
接下来，作为利用上述天线装置的应用例，对包括阵列天线的车载雷达系统的一例进行说明。利用于车载雷达系统的发送波具有例如76千兆赫(ghz)频段的频率，该发送波在自由空间中的波长λo为约4mm。
在汽车的防碰撞系统以及自动运行等安全技术中，在本车辆的前方行驶的一个或多个车辆(目标)的识别尤其必不可少。作为车辆的识别方法，以往开发出了使用雷达系统估计入射波的方向的技术。
图19示出了本车辆500和在与本车辆500相同的车道上行驶的先行车辆502。本车辆500包括具有上述任一实施方式中的阵列天线的车载雷达系统。若本车辆500的车载雷达系统辐射高频的发送信号，则该发送信号到达先行车辆502并由先行车辆502反射，其一部分再回到本车辆500。车载雷达系统接收该信号，计算先行车辆502的位置、到先行车辆502为止的距离以及速度等。
图20示出了本车辆500的车载雷达系统510。车载雷达系统510配置在车内。更具体地说，车载雷达系统510配置在后视镜的与镜面相反一侧的面。车载雷达系统510从车内朝向本车辆500的行进方向辐射高频的发送信号，并接收从行进方向入射的信号。
基于本应用例的车载雷达系统510具有本公开的实施方式中的阵列天线。因此，能够更加缩小将多个缝隙从正面观察时的横向以及纵向尺寸。
作为上述阵列天线的尺寸的一例，横×纵×深度为60×30×10mm。可以理解成作为76ghz频段的毫米波雷达系统的大小是非常小的。
另外，以往的大多车载雷达系统设置于车外，例如前车头的末端部。其理由是因为，车载雷达系统的大小比较大，很难如本公开那样设置在车内。基于本应用例的车载雷达系统510虽然能够如前述那样设置在车内，但是也可以装设于前车头的末端。由于在前车头中减少了车载雷达系统所占的区域，因此容易配置其他零件。
根据本应用例，能够缩小用于发送天线的多个天线元件的间隔。由此，能够抑制栅瓣的影响。例如，在将横向相邻的两个缝隙的中心间隔设为短于发送波的自由空间波长λo(小于约4mm)的情况下，不会在前方发生栅瓣。由此，能够抑制栅瓣的影响。另外，若天线元件的排列间隔大于电磁波的波长的一半，则会出现栅瓣。但是，只要排列间隔小于波长，则不会在前方出现栅瓣。因此，在不进行对从构成阵列天线的各天线元件辐射的电波赋予相位差的波束转向的情况下，只要天线元件的配置间隔小于波长，则栅瓣就不会产生实质性的影响。通过调整发送天线的阵列因子，能够调整发送天线的指向性。也可以为了能够独立地调整在多个传输线路中传输的电磁波的相位而设置相移器。在该情况下，即使将天线元件的配置间隔设为小于发送波的自由空间波长λo，若增加相位的位移量，则也会出现栅瓣。但是，在将天线元件的配置间隔缩短到小于发送波的自由空间波长λo的一半的情况下，无论相位的位移量如何，都不会出现栅瓣。通过设置相移器，能够将发送天线的指向性变更为任意方向。由于相移器的结构是周知的，因此省略其结构的说明。
由于本应用例中的接收天线能够降低来源于栅瓣的反射波的接收，因此能够提高以下说明的处理的精度。以下，对接收处理的一例进行说明。
图21a示出了车载雷达系统510的阵列天线aa与多个入射波k(k：1～k的整数，以下相同。k是存在于不同方位的目标的数量。)之间的关系。阵列天线aa具有呈直线状排列的m个天线元件。由于天线在原理上能够利用于发送以及接收这两者，因此阵列天线aa能够包含发送天线以及接收天线这两者。以下，对处理接收天线所接收的入射波的方法的例进行说明。
阵列天线aa接收从各种角度同时入射的多个入射波。多个入射波中包含从相同的车载雷达系统510的发送天线辐射并由目标反射的入射波。而且，多个入射波中还包含从其他车辆辐射的直接或间接的入射波。
入射波的入射角度(即，表示入射方向的角度)表示以阵列天线aa的侧面b为基准的角度。入射波的入射角度表示相对于与天线元件组排列的直线方向垂直的方向的角度。
现在，关注第k个入射波。“第k个入射波”是指，从存在于不同方位的k个目标向阵列天线入射k个入射波时通过入射角θk识别的入射波。
图21b示出了接收第k个入射波的阵列天线aa。阵列天线aa所接收的信号作为具有m个要素的“矢量”能够如算式1那样表现。
(算式1)
s＝[s1、s2、……、sm]t
在此，sm(m：1～m的整数，以下相同。)是第m个天线元件所接收的信号的值。上标t是指转置。s是列矢量。列矢量s根据以下两个矢量的乘积而获得：由阵列天线的结构决定的方向矢量(称作转向矢量或模式矢量)；以及目标(还称作波源或信号源)中的表示信号的复矢量。当波源的个数为k时，从各波源向每个天线元件入射的信号波呈线形重叠。此时，sm能够如算式2那样表现。
[算式2]
算式2中的ak、θk以及
由算式2可以理解，sm能够表现为由实部(re)和虚部(im)构成的复数。
若考虑噪声(内部噪声或热噪声)进一步一般化，则阵列接收信号x能够如算式3那样表现。
(算式3)
x＝s+n
n是噪声的矢量表现。
信号处理电路利用算式3所示的阵列接收信号x求出入射波的自相关矩阵rxx(算式4)，再求出自相关矩阵rxx的各固有值。
[算式4]
在此，上标h表示复共轭转置(厄米共轭)。
在已求出的多个固有值中，具有由热噪声规定的规定值以上的值的固有值(信号空间固有值)的个数与入射波的个数对应。而且，通过计算反射波的入射方向的似然最大(成为最大似然)的角度，能够确定目标的数量以及各目标所在的角度。该处理作为最大似然估计法是公知的。
接下来，参照图22。图22是示出基于本公开的车辆行驶控制装置600的基本结构的一例的框图。图22所示的车辆行驶控制装置600具有：装配于车辆的雷达系统510；以及与雷达系统510连接的行驶支援电子控制装置520。雷达系统510具有阵列天线aa和雷达信号处理装置530。
阵列天线aa具有多个天线元件，多个天线元件分别响应于一个或多个入射波而输出接收信号。如上所述，阵列天线aa还能够辐射高频的毫米波。
在雷达系统510中，阵列天线aa需要安装于车辆。但是，也可以通过设置于车辆行驶控制装置600的外部(例如本车辆的外部)的计算机550以及数据库552实现雷达信号处理装置530的至少一部分功能。在该情况下，雷达信号处理装置530中的位于车辆内的部分以能够进行信号或数据的双向通信的方式能够始终或随时与设置在车辆的外部的计算机550以及数据库552连接。通信借助车辆所具有的通信设备540以及一般的通信网络进行。
数据库552可以存储规定各种信号处理算法的程序。雷达系统510的工作所需的数据以及程序的内容能够借助通信设备540从外部更新。这样，雷达系统510的至少一部分功能能够在本车辆的外部(包含其他车辆的内部)通过云计算的技术实现。因而，本公开中的“车载”的雷达系统无需所有构成要素装设于车辆。但是，在本申请中，为了简便，只要没有另外说明，对本公开的所有构成要素装设于一辆车辆(本车辆)的实施方式进行说明。
雷达信号处理装置530具有信号处理电路560。该信号处理电路560从阵列天线aa直接或间接地接收接收信号，并将接收信号或由接收信号生成的二次信号输入到入射波估计单元au。由接收信号生成二次信号的电路(未图示)的一部分或全部无需设置于信号处理电路560的内部。这样的电路(前处理电路)的一部分或全部也可以设置在阵列天线aa与雷达信号处理装置530之间。
信号处理电路560构成为利用接收信号或二次信号进行运算并输出表示入射波的个数的信号。在此，“表示入射波的个数的信号”能够称作表示在本车辆的前方行驶的一个或多个先行车辆的数量的信号。
该信号处理电路560构成为进行公知的雷达信号处理装置所执行的各种信号处理即可。例如，信号处理电路560能够构成为执行music(多重信号分类)法、esprit(旋转不变因子空间法)法以及sage(空间交替期望最大化)法等“超分辨率算法”(superresolutionmethod)或分辨率相对低的其他入射方向估计算法。
图22所示的入射波估计单元au通过任意的入射方向估计算法来估计表示入射波的方位的角度，并输出表示估计结果的信号。信号处理电路560通过由入射波估计单元au执行的公知的算法估计到作为入射波的波源的目标为止的距离、目标的相对速度以及目标的方位，并输出表示估计结果的信号。
本公开中的“信号处理电路”这一术语并不限定于单一的电路，还包括将多个电路的组合概括地理解为一个功能元件的形态。信号处理电路560也可以通过一个或多个片上系统(soc)实现。例如，信号处理电路560的一部分或全部也可以是可编程逻辑设备(pld)，即fpga(field-programmablegatearray：现场可编程门阵列)。在该情况下，信号处理电路560包含多个运算元件(例如，通用逻辑以及乘法器)以及多个存储元件(例如，查询表或存储模块)。或者，信号处理电路560也可以是通用处理器以及主存储装置的集合。信号处理电路560也可以是包含处理器内核和存储器的电路。这些能够作为信号处理电路560发挥功能。
行驶支援电子控制装置520构成为根据从雷达信号处理装置530输出的各种信号进行车辆的行驶支援。行驶支援电子控制装置520向各种电子控制单元进行指示，以使各种电子控制单元发挥规定的功能。规定的功能例如包括：在到先行车辆为止的距离(车间距离)比预先设定的值短时发出警报来催促驾驶员进行制动操作的功能；控制制动器的功能；以及控制油门的功能。例如，在为进行本车辆的自适应巡航控制的工作模式时，行驶支援电子控制装置520向各种电子控制单元(未图示)以及致动器发送规定的信号，将从本车辆到先行车辆的距离维持为预先设定的值，或者将本车辆的行驶速度维持为预先设定的值。
在基于music法的情况下，信号处理电路560求出自相关矩阵的各固有值，并输出表示这些固有值中的比由热噪声规定的规定值(热噪声功率)大的固有值(信号空间固有值)的个数的信号，以作为表示入射波的个数的信号。
接下来，参照图23。图23是示出车辆行驶控制装置600的结构的另一例的框图。图23的车辆行驶控制装置600中的雷达系统510具有：包含接收专用的阵列天线(还称作接收天线)rx以及发送专用的阵列天线(还称作发送天线)tx的阵列天线aa；以及物体检测装置570。
发送天线tx以及接收天线rx中的至少一方具有上述的波导路结构。发送天线tx辐射例如作为毫米波的发送波。接收专用的接收天线rx响应于一个或多个入射波(例如毫米波)而输出接收信号。
收发电路580向发送天线tx发送用于发送波的发送信号，并且利用由接收天线rx接收的接收波进行接收信号的“前处理”。前处理的一部分或全部也可以通过雷达信号处理装置530的信号处理电路560执行。收发电路580进行的前处理的典型例能够包括：由接收信号生成差频信号；以及将模拟形式的接收信号转换为数字形式的接收信号。
另外，基于本公开的雷达系统并不限定于装设在车辆的实施方式的例，能够固定于道路或建筑物而使用。
接着，对车辆行驶控制装置600的更具体的结构的例进行说明。
图24是示出车辆行驶控制装置600的更具体的结构的例的框图。图24所示的车辆行驶控制装置600包括雷达系统510和车载摄像头系统700。雷达系统510具有阵列天线aa、与阵列天线aa连接的收发电路580以及信号处理电路560。
车载摄像头系统700具有：装设于车辆的车载摄像头710；以及对通过车载摄像头710获取的图像或影像进行处理的图像处理电路720。
本应用例中的车辆行驶控制装置600包括：与阵列天线aa以及车载摄像头710连接的物体检测装置570；以及与物体检测装置570连接的行驶支援电子控制装置520。该物体检测装置570除了包含前述的雷达信号处理装置530(包含信号处理电路560)之外，还包含收发电路580以及图像处理电路720。物体检测装置570不仅能够利用通过雷达系统510获得的信息，而且还能够利用通过图像处理电路720获得的信息而检测道路上或道路附近的目标。例如，本车辆在同一方向的两条以上车道中的任意一条车道上行驶时，能够通过图像处理电路720判断本车辆行驶的车道是哪条车道，并将该判断的结果提供给信号处理电路560。信号处理电路560在通过规定的入射方向估计算法(例如music法)识别先行车辆的数量以及方位时，能够通过参照来自图像处理电路720的信息来关于先行车辆的配置提供可靠度更高的信息。
另外，车载摄像头系统700是确定本车辆行驶的车道是哪条车道的构件的一例。也可以利用其他构件确定本车辆的车道位置。例如，能够利用超宽带无线技术(uwb：ultrawideband)确定本车辆在多条车道中的哪条车道上行驶。周知超宽带无线技术能够用作位置测定和/或雷达。若利用超宽带无线技术，则由于雷达的距离分辨率提高，因此即使在前方存在多个车辆的情况下，也能够根据距离差来区分每个目标而检测。因此，能够高精度地确定路肩的护栏或与中央分离带之间的距离。各车道的宽度已在各国的法律等中预先规定。利用这些信息，能够确定本车辆当前行驶中的车道的位置。另外，超宽带无线技术是一例。也可以利用基于其他无线技术的电波。并且，也可以将光学雷达(lidar：lightdetectionandranging)与雷达组合使用。光学雷达有时还被称作激光雷达。
阵列天线aa能够是通常的车载用毫米波阵列天线。本应用例中的发送天线tx向车辆的前方辐射毫米波作为发送波。发送波的一部分典型地由作为先行车辆的目标反射。由此，产生以目标为波源的反射波。反射波的一部分作为入射波而到达阵列天线(接收天线)aa。构成阵列天线aa的多个天线元件分别响应于一个或多个入射波而输出接收信号。在作为反射波的波源发挥功能的目标的个数是k个(k为1以上的整数)的情况下，入射波的个数是k个，但是入射波的个数k并非已知。
在图22的例中，雷达系统510还包含阵列天线aa而一体地配置于后视镜。但是，阵列天线aa的个数以及位置并不限定于特定的个数以及特定的位置。阵列天线aa也可以配置于车辆的后面，以便能够检测位于车辆的后方的目标。并且，还可以在车辆的前面或后面配置多个阵列天线aa。阵列天线aa也可以配置在车辆的驾驶室内。即使在采用各天线元件具有上述喇叭的喇叭天线作为阵列天线aa的情况下，具有这种天线元件的阵列天线也能够配置在车辆的驾驶室内。
信号处理电路560接收并处理如下的接收信号，该接收信号是通过接收天线rx接收并通过收发电路580进行了前处理的信号。该处理包括：将接收信号输入到入射波估计单元au的处理；或由接收信号生成二次信号并将二次信号输入到入射波估计单元au的处理。
在图24的例中，在物体检测装置570内设置有选择电路596，该选择电路596接收从信号处理电路560输出的信号以及从图像处理电路720输出的信号。选择电路596向行驶支援电子控制装置520提供从信号处理电路560输出的信号以及从图像处理电路720输出的信号中的一个或两者。
图25是示出本应用例中的雷达系统510的更详细的结构例的框图。
如图25所示，阵列天线aa包括：进行毫米波的发送的发送天线tx；以及接收由目标反射的入射波的接收天线rx。附图上是一个发送天线tx，但是也可以设置特性不同的两种以上的发送天线。阵列天线aa包括m个(m为3以上的整数)天线元件111、112、……、11m。多个天线元件111、112、……、11m分别响应于入射波而输出接收信号s1、s2、……、sm(图21b)。
在阵列天线aa中，天线元件111～11m例如隔着固定的间隔而呈直线状或面状排列。入射波从相对于排列有天线元件111～11m的面的法线的角度θ的方向入射到阵列天线aa。因此，入射波的入射方向由该角度θ规定。
当来自一个目标的入射波入射到阵列天线aa时，能够与平面波从同一角度θ的方位入射到天线元件111～11m的情况近似。在k个入射波从位于不同方位的k个目标入射到阵列天线aa时，能够根据相互不同的角度θ1～θk识别每个入射波。
如图25所示，物体检测装置570包含收发电路580和信号处理电路560。
收发电路580包括三角波生成电路581、vco(voltage-controlled-oscillator：压控振荡器)582、分配器583、混频器584、滤波器585、开关586、a/d转换器(模数转换器)587以及控制器588。本应用例中的雷达系统构成为通过fmcw(频率调制连续波)方式进行毫米波的收发，但是本公开的雷达系统并不限定于该方式。收发电路580构成为根据来自阵列天线aa的接收信号和用于发送天线tx的发送信号来生成差频信号。
信号处理电路560包括距离检测部533、速度检测部534以及方位检测部536。信号处理电路560构成为对来自收发电路580的a/d转换器587的信号进行处理，并分别输出表示到检测出的目标为止的距离、目标的相对速度、目标的方位的信号。
首先，对收发电路580的结构以及工作进行详细说明。
三角波生成电路581生成三角波信号并提供给vco582。vco582输出具有根据三角波信号调制的频率的发送信号。图26示出了根据三角波生成电路581所生成的信号而调制的发送信号的频率变化。该波形的调制宽度是δf，中心频率是f0。这样调制了频率之后的发送信号被提供给分配器583。分配器583将从vco582获得的发送信号分配给各混频器584以及发送天线tx。这样，发送天线辐射具有如图26所示那样呈三角波状调制了的频率的毫米波。
在图26中除了记载发送信号之外，还记载了通过由单一的先行车辆反射的入射波生成的接收信号的例。接收信号相比于发送信号延迟。该延迟和本车辆与先行车辆之间的距离成比例。并且，接收信号的频率通过多普勒效应按照先行车辆的相对速度增减。
若混合接收信号与发送信号，则根据频率的差异而生成差频信号。该差频信号的频率(拍频)在发送信号的频率增加的期间(上行)与发送信号的频率减小的期间(下行)不同。若求出各期间的拍频，则能够根据这些拍频计算出到目标为止的距离和目标的相对速度。
图27示出了“上行”期间的拍频fu以及“下行”期间的拍频fd。在图27的图表中，横轴是频率，纵轴是信号强度。这样的图表能够通过进行差频信号的时间-频率转换而获得。若获得拍频fu、fd，则能够根据公知的算式计算出到目标为止的距离和目标的相对速度。在本应用例中，能够通过以下说明的结构以及动作来求出与阵列天线aa的各天线元件对应的拍频，并根据该拍频而估计出目标的位置信息。
在图25所示的例中，来自与各天线元件111～11m对应的信道ch1～chm的接收信号通过放大器放大，并输入到对应的混频器584。混频器584分别将发送信号与放大了的接收信号进行混合。通过该混合而生成与位于接收信号与发送信号之间的频率差对应的差频信号。已生成的差频信号被提供给对应的滤波器585。滤波器585进行信道ch1～chm的差频信号的频带限制，并将经频带限制的差频信号提供给开关586。
开关586响应于从控制器588输入的采样信号执行切换。控制器588例如能够由微型计算机构成。控制器588根据rom(只读存储器)等存储器中存储的计算机程序控制收发电路580整体。控制器588无需设置于收发电路580的内部，可以设置在信号处理电路560的内部。即，收发电路580也可以按照来自信号处理电路560的控制信号进行工作。或者，也可以通过控制收发电路580以及信号处理电路560整体的中央运算单元等实现控制器588的一部分或全部功能。
通过了各个滤波器585的信道ch1～chm的差频信号借助开关586而依次被提供给a/d转换器587。a/d转换器587将从开关586输入的信道ch1～chm的差频信号与采样信号同步地转换为数字信号。
以下，对信号处理电路560的结构以及工作进行详细说明。在本应用例中，通过fmcw方式估计到目标为止的距离以及目标的相对速度。雷达系统并不限定于以下说明的fmcw方式，利用双频cw(双频连续波)或扩频等其他方式也能够实施。
在图25所示的例中，信号处理电路560包括存储器531、接收强度计算部532、距离检测部533、速度检测部534、dbf(数字波束成形)处理部535、方位检测部536、目标转移处理部537、相关矩阵生成部538、目标输出处理部539以及入射波估计单元au。如前述，信号处理电路560的一部分或全部既可以通过fpga实现，也可以通过通用处理器以及主存储装置的集合实现。存储器531、接收强度计算部532、dbf处理部535、距离检测部533、速度检测部534、方位检测部536、目标转移处理部537以及入射波估计单元au既可以分别是通过单一的硬件实现的单个元件，也可以是一个信号处理电路中的功能上的模块。
图28示出了信号处理电路560通过包括处理器pr以及存储装置md的硬件实现的实施方式的例。具有这样的结构的信号处理电路560也能够通过存储装置md中存储的计算机程序的工作而发挥图25所示的接收强度计算部532、dbf处理部535、距离检测部533、速度检测部534、方位检测部536、目标转移处理部537、相关矩阵生成部538以及入射波估计单元au的功能。
本应用例中的信号处理电路560构成为将转换为数字信号的各差频信号作为接收信号的二次信号而估计先行车辆的位置信息，并输出表示估计结果的信号。以下，对本应用例中的信号处理电路560的结构以及工作进行详细说明。
信号处理电路560内的存储器531按每一个信道ch1～chm存储从a/d转换器587输出的数字信号。存储器531例如能够由半导体存储器、硬盘和/或光盘等一般的存储介质构成。
接收强度计算部532对存储器531中存储的每一个信道ch1～chm的差频信号(图26的下图)进行傅里叶变换。在本说明书中，将傅里叶变换后的复数数据的振幅称作“信号强度”。接收强度计算部532将多个天线元件中的任一天线元件的接收信号的复数数据或多个天线元件整体的接收信号的复数数据的相加值转换为频谱。这样一来，能够检测依赖于与所获得的频谱的各峰值对应的拍频即距离的目标(先行车辆)的存在。若将所有天线元件的接收信号的复数数据加起来，则噪声分量被平均化，因此提高s/n比(信噪比)。
在目标即先行车辆为一个的情况下，傅里叶变换的结果是，如图27所示，在频率增加的期间(“上行”期间)以及频率减小的期间(“下行”期间)分别获得具有一个峰值的频谱。将“上行”期间的峰值的拍频设为“fu”，将“下行”期间的峰值的拍频设为“fd”。
接收强度计算部532根据每一个拍频的信号强度而检测超过预先设定的数值(阈值)的信号强度，由此判断为存在目标。接收强度计算部532在检测出信号强度的峰的情况下，将峰值的拍频(fu、fd)作为对象物频率向距离检测部533、速度检测部534输出。接收强度计算部532向距离检测部533输出表示频率调制宽度δf的信息，并向速度检测部534输出表示中心频率f0的信息。
接收强度计算部532在检测出与多个目标对应的信号强度的峰的情况下，根据预先规定的条件将上行的峰值和下行的峰值关联起来。对判断为来自同一目标的信号的峰赋予同一编号，并提供给距离检测部533以及速度检测部534。
在存在多个目标的情况下，在傅里叶变换之后，分别在差频信号的上行部分和差频信号的下行部分呈现出与目标的数量相同数量的峰。由于接收信号同雷达与目标之间的距离成比例地延迟，图26中的接收信号向右方向移位，因此雷达与目标之间的距离越远，则差频信号的频率越大。
距离检测部533根据从接收强度计算部532输入的拍频fu、fd通过下述算式计算距离r，并提供给目标转移处理部537。
r＝{c·t/(2·δf)}·{(fu+fd)/2}
并且，速度检测部534根据从接收强度计算部532输入的拍频fu、fd通过下述算式计算相对速度v，并提供给目标转移处理部537。
v＝{c/(2·f0)}·{(fu-fd)/2}
在计算距离r以及相对速度v的算式中，c是光速，t是调制周期。
另外，距离r的分辨率下限值用c/(2δf)表示。因而，δf越大，则距离r的分辨率越高。在频率f0是76ghz频段的情况下，在将δf设定为660兆赫(mhz)左右时，距离r的分辨率例如是0.23米(m)左右。因此，在两辆先行车辆并行时，有时很难通过fmcw方式识别车辆是一辆还是两辆。在这样的情况下，只要执行角度分辨率极高的入射方向估计算法，就能够分开检测两辆先行车辆的方位。
dbf处理部535利用天线元件111、112、……、11m中的信号的相位差而在天线元件的排列方向上对所输入的已在与各天线对应的时间轴上傅里叶变换后的复数数据进行傅里叶变换。然后，dbf处理部535计算空间复数数据，并按照每一个拍频输出至方位检测部536，该空间复数数据表示与角度分辨率对应的每一个角度信道的频谱的强度。
方位检测部536为了估计先行车辆的方位而设置。方位检测部536将在已计算出的每一个拍频的空间复数数据的值的大小中取最大的值的角度θ作为对象物所在的方位而输出至目标转移处理部537。
另外，估计表示入射波的入射方向的角度θ的方法并不限定于该例。能够利用前述的各种各样的入射方向估计算法进行。
目标转移处理部537计算当前计算出的对象物的距离、相对速度、方位的值与在从存储器531中读出的在一个循环之前计算出的对象物的距离、相对速度、方位的值各自的差分的绝对值。然后，当差分的绝对值小于按照每一个值决定的值时，目标转移处理部537将在一个循环之前检测出的目标和当前检测出的目标判断为相同的目标。在该情况下，目标转移处理部537将从存储器531中读出的该目标的转移处理次数增加一次。
在差分的绝对值大于已决定的值的情况下，目标转移处理部537判断为检测到新的对象物。目标转移处理部537将当前对象物的距离、相对速度、方位以及该对象物的目标转移处理次数保存到存储器531中。
在信号处理电路560中，能够利用对作为根据接收到的反射波生成的信号的差频信号进行频率分析而获得的频谱，检测与对象物之间的距离以及相对速度。
相关矩阵生成部538利用存储器531中存储的每一个信道ch1～chm的差频信号(图26的下图)求出自相关矩阵。在算式4的自相关矩阵中，各矩阵的分量是通过差频信号的实部以及虚部表现的值。相关矩阵生成部538进一步求出自相关矩阵rxx的各固有值，并向入射波估计单元au输入所获得的固有值的信息。
接收强度计算部532在检测出多个与多个对象物对应的信号强度的峰的情况下，按照上行部分以及下行部分的每一个峰值，从频率小的峰开始依次标注编号，并向目标输出处理部539输出。在此，在上行部分以及下行部分中，相同编号的峰与相同的对象物对应，将每一个识别编号作为对象物的编号。另外，为了避免繁杂化，在图25中省略记载了从接收强度计算部532向目标输出处理部539引出的引出线。
在对象物是前方结构物的情况下，目标输出处理部539将该对象物的识别编号作为目标输出。目标输出处理部539在接收多个对象物的判断结果且均为前方结构物的情况下，将位于本车辆的车道上的对象物的识别编号作为目标所在的物体位置信息输出。并且，目标输出处理部539在接收多个对象物的判断结果且均为前方结构物的情况下两个以上的对象物位于本车辆的车道上时，将从存储器531中读出的目标转移处理次数较多的对象物的识别编号作为目标所在的物体位置信息输出。
再次参照图24，对车载雷达系统510组装于图24所示的结构例的情况的例进行说明。图像处理电路720从影像获取物体的信息，并根据该物体的信息而检测目标位置信息。图像处理电路720例如构成为：检测所获取的影像内的对象的深度值来估计物体的距离信息，或者根据影像的特征量检测物体大小的信息等，由此检测预先设定的物体的位置信息。
选择电路596将从信号处理电路560以及图像处理电路720接收的位置信息选择性地提供给行驶支援电子控制装置520。选择电路596例如对第一距离与第二距离进行比较，判断哪一个是离本车辆近的距离，其中，第一距离是信号处理电路560的物体位置信息中所含的从本车辆到检测出的物体为止的距离，第二距离是图像处理电路720的物体位置信息中所含的从本车辆到检测出的物体为止的距离。例如，能够根据判断出的结果而由选择电路596选择离本车辆近的物体位置信息，并输出至行驶支援电子控制装置520。另外，在判断结果是第一距离与第二距离的值相同的情况下，选择电路596能够将其中的任意一个或两者输出至行驶支援电子控制装置520。
另外，在被从接收强度计算部532输入了不存在目标候补之类的信息的情况下，目标输出处理部539(图25)视为不存在目标，将零作为物体位置信息输出。然后，选择电路596根据来自目标输出处理部539的物体位置信息而与预先设定的阈值进行比较，由此选择是否使用信号处理电路560或者图像处理电路720的物体位置信息。
通过物体检测装置570接收到先行物体的位置信息的行驶支援电子控制装置520根据预先设定的条件并结合物体位置信息的距离和大小、本车辆的速度、降雨、降雪、晴天等的路面状态等条件，进行对于驾驶本车辆的驾驶员来说操作变得安全或容易之类的控制。例如，在物体位置信息中未检测到物体的情况下，行驶支援电子控制装置520向油门控制电路526发送控制信号，以使加速至预先设定的速度，并控制油门控制电路526进行与踩油门踏板同等的动作。
在物体位置信息中检测到物体的情况下，若知晓离本车辆为规定的距离，则行驶支援电子控制装置520通过线控制动等结构借助制动器控制电路524进行制动器的控制。即，减速并以保持规定的车间距离的方式操作。行驶支援电子控制装置520接收物体位置信息，并将控制信号发送给警报控制电路522，控制声音或灯的点亮，以便借助车内扬声器将先行物体靠近的消息通知给驾驶员。行驶支援电子控制装置520接收包含先行车辆的配置在内的物体位置信息，只要是预先设定的行驶速度的范围，就能够以为了进行与先行物体的碰撞避免支援而容易自动向左右任一方向操作转向或者强制性改变车轮的方向的方式控制转向侧的液压。
在物体检测装置570中，若能够利用选择电路596在前一次检测循环中连续检测固定时间而得的物体位置信息的数据，将来自通过摄像头检测出的摄像头影像的表示先行物体的物体位置信息与在当前检测循环中未能检测出的数据关联起来，则也可以进行使追踪继续的判断，并优先输出来自信号处理电路560的物体位置信息。
在美国专利第8446312号说明书、美国专利第8730096号说明书以及美国专利第8730099号说明书中公开了用于在选择电路596中选择信号处理电路560以及图像处理电路720的输出的具体结构例以及工作例。该公报的内容全部引用于本说明书中。
[第一变形例]
在上述应用例的车载用雷达系统中，频率调制连续波fmcw频率调制一次的(扫描)条件、即调制所需的时间宽度(扫描时间)例如是1毫秒。但是，还能够将扫描时间缩短到100微秒左右。
但是，为了实现这样的高速扫描条件，不仅是与发送波的辐射相关的构成要素，还需要使与该扫描条件下的接收相关的构成要素高速工作。例如，需要设置在该扫描条件下高速工作的a/d转换器587(图25)。a/d转换器587的采样频率例如是10mhz。采样频率也可以比10mhz快。
在本变形例中，不利用基于多普勒频移的频率分量而计算与目标之间的相对速度。在本变形例中，扫描时间tm＝100微秒，非常短。由于能够检测的差频信号的最低频率是1/tm，因此在该情况下为10khz。这相当于由具有大致20m/秒的相对速度的目标反射的反射波的多普勒频移。即，只要依赖于多普勒频移，就无法检测20m/秒以下的相对速度。由此，优选采用与基于多普勒频移的计算方法不同的计算方法。
在本变形例中，作为一例，对利用在发送波的频率增加的上差拍区间获得的、发送波与接收波之差的信号(上差拍信号)的处理进行说明。fmcw的扫描一次的时间是100微秒，波形为只由上差拍(上行)部分构成的锯齿形状。即，在本变形例中，三角波/cw波(连续波)生成电路581所生成的信号波具有锯齿形状。并且，频率的扫描宽度是500mhz。由于不利用伴随多普勒频移的峰，因此不进行生成上差拍信号和下差拍信号而利用两者的峰的处理，而是只用任一信号进行处理。在此，对利用上差拍信号的情况进行说明，但是在利用下差拍信号的情况下，也能够进行相同的处理。
a/d转换器587(图25)以10mhz的采样频率进行各上差拍信号的采样，并输出数百个数字数据(以下称作“采样数据”)。采样数据例如根据获得接收波的时刻以后且发送波的发送的结束的时刻为止的上差拍信号而生成。另外，也可以在获得了一定数量的采样数据的时间点结束处理。
在本变形例中，连续进行128次上差拍信号的收发，每次收发时获得数百个采样数据。该上差拍信号的数量并不限定于128个。也可以是256个，或者还可以是8个。能够按照目的而选择而各种各样的个数。
所获得的采样数据存储于存储器531中。接收强度计算部532对采样数据执行二维高速傅里叶变换(fft)。具体地说，首先，对扫描一次获得的每一个采样数据执行第一次fft处理(频率分析处理)，生成功率谱。接下来，速度检测部534将处理结果转移并集中到所有扫描结果中执行第二次fft处理。
利用由同一目标反射的反射波而在各扫描期间检测的、功率谱的峰分量的频率均相同。另一方面，若目标不同，则峰分量的频率不同。根据第一次fft处理，能够分离出位于不同距离的多个目标。
在相对于目标的相对速度不是零的情况下，上差拍信号的相位在每一次扫描时逐渐发生变化。即，根据第二次fft处理，按照第一次fft处理的结果求出具有与上述相位的变化相应的频率分量的数据而作为要素的功率谱。
接收强度计算部532提取第二次获得的功率谱的峰值后发送给速度检测部534。
速度检测部534根据相位的变化来求出相对速度。例如，假设连续获得的上差拍信号的相位每隔相位θ[rxd]发生变化。这表示在将发送波的平均波长设为λ时，每获得一次上差拍信号时，距离以λ/(4π/θ)发生变化。该变化以上差拍信号的发送间隔tm(＝100微秒)发生。由此，能够通过{λ/(4π/θ)}/tm获得相对速度。
根据以上处理，除了能够求出与目标之间的距离之外，还能够求出与目标之间的相对速度。
[第二变形例]
雷达系统510能够利用一个或多个频率的连续波cw检测目标。该方法在如车辆位于隧道内的情况那样从周围的静止物向雷达系统510入射多个反射波的环境中尤其有用。
雷达系统510具有如下的接收用天线阵列，该接收用天线阵列包含独立的5信道的接收元件。在这样的雷达系统中，只能在同时入射的反射波是四个以下的状态下进行所入射的反射波的入射方位的估计。在fmcw方式的雷达中，能够通过只选择来自特定距离的反射波来减少同时进行入射方位估计的反射波的数量。但是，在隧道内等周围存在多个静止物的环境中，由于处于与反射电波的物体连续存在的状况相等的状况，因此即使根据距离而限制反射波，也有可能发生反射波的数量不是四个以下的状况。但是，由于这些周围的静止物相对于本车辆的相对速度全部相同，而且相对速度比在前方行驶的其他车辆的相对速度大，因此能够根据多普勒频移的大小来区分静止物与其他车辆。
因此，雷达系统510进行如下处理：辐射多个频率的连续波cw，忽略接收信号中相当于静止物的多普勒频移的峰，而是利用位移量小于该峰的多普勒频移的峰而检测距离。与fmcw方式不同地，在cw方式中，只通过多普勒频移而在发送波与接收波之间产生频率差。即，在差频信号中出现的峰的频率只取决于多普勒频移。
另外，在本变形例的说明中也将在cw方式中利用的连续波描述为“连续波cw”。如上所述，连续波cw的频率固定而未被调制。
假设雷达系统510辐射频率fp的连续波cw，并检测出了由目标反射的频率fq的反射波。发送频率fp与接收频率fq之差被称作多普勒频率，近似地表示为fp-fq＝2·vr·fp/c。在此，vr是雷达系统与目标的相对速度，c是光速。发送频率fp、多普勒频率(fp-fq)以及光速c是已知的。由此，能够根据该算式求出相对速度vr＝(fp-fq)·c/2fp。如后述，利用相位信息计算到目标为止的距离。
为了利用连续波cw检测到目标为止的距离，采用双频cw方式。在双频cw方式中，每隔一定期间辐射稍微偏移的两个频率的连续波cw，并获取各个反射波。例如在利用76ghz频段的频率的情况下，两个频率差是数百千赫。另外，如后述，更优选考虑所使用的雷达能够检测目标的界限的距离来规定两个频率的差。
假设雷达系统510依次辐射频率fp1以及fp2(fp1＜fp2)的连续波cw，并由一个目标反射两种连续波cw，由此频率fq1以及fq2的反射波被雷达系统510接收。
通过频率fp1的连续波cw及其反射波(频率fq1)获得第一多普勒频率。并且，通过频率fp2的连续波cw及其反射波(频率fq2)获得第二多普勒频率。两个多普勒频率是实质上相同的值。但是，接收波在复信号中的相位根据频率fp1与fp2的不同而不同。通过使用该相位信息，能够计算到目标为止的距离。
具体地说，雷达系统510能够求出距离r，
另外，如下求出双频cw方式中的相对速度vr。
vr＝fb1·c/2·fp1或vr＝fb2·c/2·fp2
并且，能够明确地确定到目标为止的距离的范围限制在rmax＜c/2(fp2-fp1)的范围内。这是因为，通过由比该距离远的目标反射的反射波获得的差频信号的
已知有能够通过以n个(n：3以上的整数)不同的频率发送连续波cw并利用各个反射波的相位信息来分别检测到各目标为止的距离的检测方式。根据该检测方式，能够准确地识别到n-1个为止的目标的距离。作为为此的处理，例如利用高速傅里叶变换(fft)。现在，设n＝64或者128，对作为各频率的发送信号与接收信号之差的差频信号的采样数据进行fft，获得频谱(相对速度)。之后，关于同一频率的峰以cw波的频率再进行fft，从而能够求出距离信息。
以下，进行更具体的说明。
为了简化说明，首先，对将三个频率f1、f2、f3的信号按时间进行切换来发送的例进行说明。在此，设f1＞f2＞f3，并且f1-f2＝f2-f3＝δf。并且，设各频率的信号波的发送时间为δt。图29示出三个频率f1、f2、f3之间的关系。
三角波/cw波生成电路581(图25)经由发送天线tx发送各自持续时间δt的频率f1、f2、f3的连续波cw。接收天线rx接收各连续波cw被一个或多个目标反射的反射波。
混频器584混合发送波与接收波而生成差频信号。a/d转换器587将作为模拟信号的差频信号转换为例如数百个数字数据(采样数据)。
接收强度计算部532利用采样数据进行fft运算。fft运算的结果是，关于发送频率f1、f2、f3分别获得接收信号的频谱的信息。
之后，接收强度计算部532从接收信号的频谱的信息分离出峰值。具有规定以上的大小的峰值的频率同与目标之间的相对速度成比例。从接收信号的频谱的信息分离出峰值是指，分离出相对速度不同的一个或多个目标。
接下来，接收强度计算部532关于发送频率f1～f3分别测量相对速度相同或在预先规定的范围内的峰值的频谱信息。
现在，考虑两个目标a与b的相对速度相同且分别存在于不同的距离处的情况。频率f1的发送信号被目标a以及b这两者反射，并作为接收信号获得。来自目标a以及b的各反射波的差频信号的频率大致相同。因此，接收信号在相当于相对速度的多普勒频率下的功率谱能够作为合成了两个目标a以及b的各功率谱的合成频谱f1获得。
同样地，关于频率f2以及f3，接收信号在相当于相对速度的多普勒频率下的功率谱能够作为合成了两个目标a以及b的各功率谱的合成频谱f2以及f3获得。
图30示出复平面上的合成频谱f1～f3之间的关系。朝向合成频谱f1～f3分别伸展的两个矢量的方向，右侧的矢量与来自目标a的反射波的功率谱对应。在图30中与矢量f1a～f3a对应。另一方面，朝向合成频谱f1～f3分别伸展的两个矢量的方向，左侧的矢量与来自目标b的反射波的功率谱对应。在图30中与矢量f1b～f3b对应。
当发送频率的差分δf固定时，与频率f1以及f2的各发送信号对应的各接收信号的相位差同到目标为止的距离成比例关系。由此，矢量f1a与f2a的相位差同矢量f2a与f3a的相位差为相同的值θa，相位差θa与到目标a为止的距离成比例。同样地，矢量f1b与f2b的相位差同矢量f2b与f3b的相位差为相同的值θb，相位差θb与到目标b为止的距离成比例。
利用周知的方法，能够根据合成频谱f1～f3以及发送频率的差分δf求出到目标a以及目标b各自为止的距离。该技术例如在美国专利6703967号中公开。将该公报的内容全部引用于本说明书中。
即使在所发送的信号的频率为4以上的情况下，也能够应用相同的处理。
另外，也可以在以n个不同的频率发送连续波cw之前，进行通过双频cw方式求出到各目标为止的距离以及相对速度的处理。而且，也可以在规定的条件下切换成以n个不同的频率发送连续波cw的处理。例如，在利用两个频率各自的差频信号进行fft运算且各发送频率的功率谱的时间变化为30％以上的情况下，也可以进行处理的切换。来自各目标的反射波的振幅因多信道的影响等而在时间上大幅变化。在存在规定以上的变化的情况下，可以考虑可能存在多个目标。
并且，已知在cw方式中，在雷达系统与目标的相对速度为零的情况下，即在多普勒频率为零的情况下，无法检测目标。但是，若例如通过以下方法模拟地求出多普勒信号，则能够利用其频率检测目标。
(方法1)追加使接收用天线的输出移位固定频率的混频器。通过利用发送信号和频率被移位的接收信号，能够获得模拟多普勒信号。
(方法2)在接收用天线的输出与混频器之间插入使相位在时间上连续发生变化的可变相位器，对接收信号模拟地附加相位差。通过利用发送信号和附加了相位差的接收信号，能够获得模拟多普勒信号。
基于方法2的插入可变相位器来产生模拟多普勒信号的具体结构例以及动作例在日本特开2004-257848号公报中公开。将该公报的内容全部引用于本说明书中。
在需要检测相对速度为零的目标或相对速度非常小的目标的情况下，可以使用产生上述模拟多普勒信号的处理，也可以切换成基于fmcw方式的目标检测处理。
接下来，参照图31说明通过车载雷达系统510的物体检测装置570进行的处理的步骤。
以下，对通过以两个不同的频率fp1以及fp2(fp1＜fp2)发送连续波cw并利用各个反射波的相位信息来分别检测与目标之间的距离的例进行说明。
图31是示出基于本变形例的求出相对速度以及距离的处理的步骤的流程图。
在步骤s41中，三角波/cw波生成电路581生成频率稍微偏移的两种不同的连续波cw。设频率为fp1以及fp2。
在步骤s42中，发送天线tx以及接收天线rx进行所生成的一连串连续波cw的收发。另外，步骤s41的处理以及步骤s42的处理分别在三角波/cw波生成电路581以及发送天线tx/接收天线rx中并列进行。需注意不是在完成步骤s41之后进行步骤s42。
在步骤s43中，混频器584利用各发送波和各接收波生成两个差分信号。各接收波包含来源于静止物的接收波和来源于目标的接收波。因此，接下来进行确定用作差频信号的频率的处理。另外，步骤s41的处理、步骤s42的处理以及步骤s43的处理分别在三角波/cw波生成电路581、发送天线tx/接收天线rx以及混频器584中并列进行。需注意不是在完成步骤s41之后进行步骤s42，并且也不是在完成步骤s42之后进行步骤s43。
在步骤s44中，关于两个差分信号，物体检测装置570分别将如下的峰的频率确定为差频信号的频率fb1以及fb2，该峰的频率是作为阈值预先规定的频率以下，并且具有预先规定的振幅值以上的振幅值，而且彼此的频率差为规定值以下。
在步骤s45中，接收强度计算部532根据已确定的两个差频信号的频率中的一个频率检测相对速度。接收强度计算部532例如通过vr＝fb1·c/2·fp1计算相对速度。另外，也可以利用差频信号的各频率计算相对速度。由此，接收强度计算部532能够验证两者是否一致，从而提高相对速度的计算精度。
在步骤s46中，接收强度计算部532求出两个差频信号1与差频信号2的相位差
通过以上处理，能够检测与目标之间的相对速度以及距离。
另外，也可以以3以上的n个不同的频率发送连续波cw，并利用各个反射波的相位信息而检测到相对速度相同且存在于不同位置处的多个目标为止的距离。
以上说明的车辆500除了具有雷达系统510之外，也可以还具有其他雷达系统。例如，车辆500也可以还包括在车体的后方或侧方具有检测范围的雷达系统。在包括在车体的后方具有检测范围的雷达系统的情况下，该雷达系统监视后方，在存在被其他车辆追尾的危险性时，能够进行发出警报等响应。在包括在车体的侧方具有检测范围的雷达系统的情况下，当本车辆进行车道变更等时，该雷达系统能够监视相邻车道，并根据需要进行发出警报等响应。
以上说明的雷达系统510的用途并不限定于车载用途。能够用作各种各样的用途的传感器。例如，能够用作用于监视房屋以外的建筑物的周围的雷达。或者，能够用作用于不依赖光学图像而监视室内的特定地点是否有人或者是否有该人的移动等的传感器。
[处理的补充]
关于与前述阵列天线相关的双频cw或fmcw，对其他实施方式进行说明。如前述，在图25的例中，接收强度计算部532对存储器531中存储的每一个信道ch1～chm的差频信号(图26的下图)进行傅里叶变换。此时的差频信号是复信号。其理由是为了确定作为运算对象的信号的相位。由此，能够准确地确定入射波方向。但是，在该情况下，用于傅里叶变换的运算负荷量增大，电路规模变大。
为了克服该问题，也可以通过如下方法获得频率分析结果：作为差频信号生成标量信号，对分别生成的多个差频信号执行关于沿天线排列的空间轴方向以及沿时间经过的时间轴方向的两次复傅里叶变换。由此，最终能够以较少的运算量进行能够确定反射波的入射方向的波束成形，从而能够获得每一个波束的频率分析结果。作为与本案相关的专利公报，将美国专利第6339395号说明书的公开内容全部引用于本说明书中。
[摄像头等光学传感器和毫米波雷达]
接下来，对上述阵列天线与以往天线的比较以及利用本阵列天线和光学传感器例如摄像头这两者的应用例进行说明。另外，也可以将光学雷达(lidar)等用作光学传感器。
毫米波雷达能够直接检测到目标为止的距离及其相对速度。并且，具有即使在包括傍晚在内的夜间或降雨、雾、降雪等恶劣天气时检测性能也不会大幅下降之类的特征。另一方面，与摄像头相比，毫米波雷达不易二维地捕捉目标。而摄像头容易二维地捕捉目标，且比较容易识别其形状。但是，摄像头有时在夜间或恶劣天气时无法拍摄目标，这一点成为大课题。尤其是在水滴附着在采光部分的情况下，或者在视野因雾变窄的情况下，该课题变得明显。即使在作为相同的光学系传感器的光学雷达等中，也同样存在该课题。
近年来，随着车辆的安全行驶要求高涨，开发出了将碰撞等防范于未然的驾驶员辅助系统(driverassistsystem)。驾驶员辅助系统利用摄像头或毫米波雷达等传感器获取车辆行进方向的图像，在识别到被预测为车辆行驶上的障碍的障碍物的情况下，通过自动地操作制动器等而将碰撞等防范于未然。这样的防碰撞功能要求即使在夜间或恶劣天气时也正常发挥功能。
因此，正在普及作为传感器除了装设以往的摄像头等光学传感器之外还装设毫米波雷达而进行发挥两者的优点的识别处理的所谓的融合结构的驾驶员辅助系统。关于这样的驾驶员辅助系统在后面进行阐述。
另一方面，对毫米波雷达本身要求的要求功能进一步提高。在车载用途的毫米波雷达中，主要使用76ghz频段的电磁波。其天线的天线功率(antennapower)按照各国的法律等限制在固定以下。例如，在日本限制在0.01w以下。在这样的限制中，对车载用途的毫米波雷达例如要求满足如下要求性能：其检测距离是200m以上，天线的大小是60mm×60mm以下，水平方向的检测角度是90度以上，距离分辨率是20cm以下，还能够在10m以内的近距离处进行检测等。以往的毫米波雷达将微带线用作波导路，将贴片天线用作天线(以下，将这些统称为“贴片天线”)。但是，利用贴片天线很难实现上述性能。
发明人通过使用应用了本公开的技术的阵列天线成功地实现了上述性能。由此，实现了与以往的贴片天线等相比小型、高效、高性能的毫米波雷达。此外，通过组合该毫米波雷达和摄像头等光学传感器，实现了以往未有的小型、高效、高性能的融合装置。以下，对此进行详细叙述。
图32是与车辆500中的融合装置有关的图，该融合装置包括具有应用了本公开的技术的阵列天线的雷达系统510(以下，还称作毫米波雷达510。)以及车载摄像头系统700。以下，参照该图对各种各样的实施方式进行说明。
[毫米波雷达的车厢内设置]
基于以往的贴片天线的毫米波雷达510’配置在位于车辆的前车头的格栅512的后方内侧。从天线辐射出的电磁波穿过格栅512的间隙而向车辆500的前方辐射。在该情况下，电磁波通过区域中不存在玻璃等使电磁波能量衰减或使电磁波反射的介电层。由此，从基于贴片天线的毫米波雷达510’辐射出的电磁波也到达远距离、例如150m以上的目标。然后，毫米波雷达510’能够通过利用天线接收由该目标反射的电磁波来检测目标。但是，在该情况下，由于天线配置在车辆的格栅512的后方内侧，因此在车辆与障碍物发生碰撞的情况下，有时导致雷达破损。并且，由于在雨天等时迸溅泥等，因此污垢附着于天线，有时阻碍电磁波的辐射和接收。
在使用了本公开的实施方式中的阵列天线的毫米波雷达510中，能够与以往相同地配置在位于车辆的前车头的格栅512的后方(未图示)。由此，能够百分百活用从天线辐射的电磁波的能量，从而能够检测位于超过以往的远距离、例如250m以上的距离的目标。
而且，基于本公开的实施方式的毫米波雷达510还能够配置在车辆的车厢内。在该情况下，毫米波雷达510配置在车辆的前挡玻璃511的内侧且该前挡玻璃511和后视镜(未图示)的与镜面相反一侧的面之间的空间。而基于以往的贴片天线的毫米波雷达510’无法放置在车厢内。其理由主要有以下两点。第一个理由是，由于尺寸大，因此无法被容纳在前挡玻璃511与后视镜之间的空间内。第二个理由是，由于辐射到前方的电磁波由前挡玻璃511反射，并通过介电损耗而衰减，因此无法到达所要求的距离。其结果是，在将基于以往的贴片天线的毫米波雷达放置在车厢内的情况下，只能检测至存在于例如前方100m处的目标。而基于本公开的实施方式的毫米波雷达即使发生因前挡玻璃511的反射或衰减，也能够检测位于200m以上距离处的目标。这是与将基于以往的贴片天线的毫米波雷达放置在车厢外的情况等同或其以上的性能。
[基于毫米波雷达和摄像头等的车厢内配置的融合结构]
当前，在大多驾驶员辅助系统(driverassistsystem)中使用的主要传感器使用ccd摄像头等光学拍摄装置。而且，考虑外部环境等的恶劣影响，通常在前挡玻璃511的内侧的车厢内配置摄像头等。此时，为了使雨滴等的光学影响最小化，在前挡玻璃511的内侧且雨刷(未图示)工作的区域配置摄像头等。
近年来，从提高车辆的自动制动器等的性能的要求来看，要求在任何外部环境下都可靠地工作的自动制动器等。在该情况下，在只由摄像头等光学设备构成驾驶员辅助系统的传感器的情况下，存在夜间或恶劣天气时无法保证可靠的工作这样的课题。因此，要求一种如下的驾驶员辅助系统：除了使用摄像头等光学传感器之外，还同时使用毫米波雷达来进行协同处理，由此即使在夜间或恶劣天气时也可靠地工作。
如前述，使用本阵列天线的毫米波雷达能够实现小型化，而且被辐射的电磁波的效率比以往的贴片天线明显提高，由此能够配置在车厢内。活用该特性，如图32所示，不仅是摄像头等光学传感器(车载摄像头系统700)，使用本阵列天线的毫米波雷达510也能够一同配置在车辆500的前挡玻璃511的内侧。由此，产生了以下新的效果。
(1)容易将驾驶员辅助系统(driverassistsystem)安装于车辆500。在以往的基于贴片天线的毫米波雷达510’中，需要在位于前车头的格栅512的后方确保配置雷达的空间。该空间由于包含影响车辆的结构设计的部位，因此在雷达装置的大小发生了变化的情况下，有时需要重新设计结构。但是，通过将毫米波雷达配置在车厢内，消除了这样的不便。
(2)不受车辆外部的环境、即雨天或夜间等的影响，能够确保可靠性更高的工作。尤其如图33所示，通过将毫米波雷达(车载雷达系统)510和摄像头放置在车厢内的大致相同的位置处，各自的视野、视线一致，后述的“核对处理”即识别各自捕捉的目标信息是否为同一物体的处理变得容易。而在将毫米波雷达510’放置在位于车厢外的前车头的格栅512的后方的情况下，由于其雷达视线l与放置在车厢内时的雷达视线m不同，因此与利用摄像头获取的图像之间的偏差变大。
(3)提高了毫米波雷达装置的可靠性。如前述，以往的基于贴片天线的毫米波雷达510’配置在位于前车头的格栅512的后方，因此容易附着污垢，并且即使因轻微的碰撞事故等也有时破损。根据这些理由，需要经常清洁以及确认功能。并且，如后述，在毫米波雷达的安装位置或方向因事故等的影响而发生偏移的情况下，需要再次进行与摄像头的对准。但是，通过将毫米波雷达配置在车厢内，这些概率变小，消除了这样的不便。
在这样的融合结构的驾驶员辅助系统中，也可以具有摄像头等光学传感器和使用了本阵列天线的毫米波雷达510相互固定在一起的一体结构。在该情况下，摄像头等光学传感器的光轴与毫米波雷达的天线的方向需要确保固定的位置关系。关于这一点在后面叙述。并且，在将该一体结构的驾驶员辅助系统固定在车辆500的车厢内的情况下，需要将摄像头的光轴等调整为朝向车辆前方的所希望的方向。关于这一点，有美国专利申请公开第2015/0264230号说明书、美国专利申请公开第2016/0264065号说明书、美国专利申请15/248141、美国专利申请15/248149、美国专利申请15/248156，并引用这些内容。并且，作为与此相关的以摄像头为中心的技术，有美国专利第7355524号说明书以及美国专利第7420159号说明书，将这些公开内容全部引用于本说明书中。
并且，关于将摄像头等光学传感器和毫米波雷达配置在车厢内的技术，有美国专利第8604968号说明书、美国专利第8614640号说明书以及美国专利第7978122号说明书等。将这些公开内容全部引用于本说明书中。但是，在申请这些专利的时间点，作为毫米波雷达只知晓包含贴片天线的以往的天线，因而是无法进行充分的距离的观测的状态。例如，考虑能够利用以往的毫米波雷达观测到的距离充其量也只是100m～150m。并且，在将毫米波雷达配置在前挡玻璃的内侧的情况下，由于雷达的尺寸大，因此遮挡了驾驶员的视野，产生了阻碍安全驾驶等不便。与此相对，使用本公开的实施方式所涉及的阵列天线的毫米波雷达为小型，而且被辐射的电磁波的效率比以往的贴片天线明显提高，因此能够配置在车厢内。由此，能够进行200m以上的远距离的观测，并且还不遮挡驾驶员的视野。
[毫米波雷达和摄像头等的安装位置的调整]
在融合结构的处理(以下，有时称作“融合处理”)中，要求利用摄像头等获得的图像和利用毫米波雷达获得的雷达信息与相同的坐标系相关联。这是因为，在位置以及目标的大小相互不同的情况下，阻碍两者的协同处理。
对此，需要用以下三个观点进行调整。
(1)摄像头等的光轴和毫米波雷达的天线的方向处于一定的固定关系。
要求摄像头等的光轴与毫米波雷达的天线的方向相互一致。或者，在毫米波雷达中，有时具有两个以上的发送天线和两个以上的接收天线，还有刻意使各个天线的方向不同的情况。因而，要求保证摄像头等的光轴与这些天线的朝向之间至少具有一定的已知关系。
在前述的具有摄像头等和毫米波雷达相互固定在一起的一体结构的情况下，摄像头等与毫米波雷达的位置关系是固定的。因而，在该一体结构的情况下，满足这些条件。另一方面，在以往的贴片天线等中，毫米波雷达配置在车辆500的格栅512的后方。在该情况下，它们的位置关系通常根据以下(2)调整。
(2)在安装于车辆时的初始状态(例如，出厂时)下，通过摄像头等获取的图像和毫米波雷达的雷达信息处于一定的固定关系。
摄像头等光学传感器以及毫米波雷达510或510’在车辆500中的安装位置最终通过以下方法确定。即，将作为基准的图或通过雷达观测的目标(以下，分别称作“基准图”、“基准目标”，有时将两者统称为“基准对象物”)准确地配置在车辆500的前方的规定位置800处。通过摄像头等光学传感器或毫米波雷达510观测该基准对象物。对被观测到的基准对象物的观测信息与预先存储的基准对象物的形状信息等进行比较，定量地掌握当前的偏移信息。根据该偏移信息，利用以下中的至少一种方法调整或修正摄像头等光学传感器以及毫米波雷达510或510’的安装位置。另外，也可以利用带来相同的结果的除此以外的方法。
(i)调整摄像头和毫米波雷达的安装位置，使基准对象物到摄像头与毫米波雷达的中央。在该调整中也可以使用另行设置的辅具等。
(ii)求出摄像头和毫米波雷达的方位相对于基准对象物的偏移量，通过摄像头图像的图像处理以及雷达处理来修正各个方位的偏移量。
应该关注的是，在具有摄像头等光学传感器和使用本公开的实施方式所涉及的阵列天线的毫米波雷达510相互固定在一起的一体结构的情况下，只要关于摄像头以及雷达中的任一个调整与基准对象物之间的偏移，则关于摄像头以及毫米波雷达中的另一个也可知偏移量，无需关于另一个再次检查与基准对象物之间的偏移。
即，关于车载摄像头系统700，将基准图放置在规定位置750处，并对该拍摄图像与表示基准图图像应预先位于摄像头的视野的哪一处的信息进行比较，由此检测偏移量。基于此，通过上述(i)、(ii)中的至少一种方法进行摄像头的调整。接下来，将利用摄像头求出的偏移量换算为毫米波雷达的偏移量。之后，关于雷达信息，通过上述(i)、(ii)中的至少一种方法调整偏移量。
或者，也可以根据毫米波雷达510进行偏移量的检测。即，关于毫米波雷达510，将基准目标放置在规定位置800处，并对该雷达信息与表示基准目标应预先位于毫米波雷达510的视野的哪一处的信息进行比较，由此检测偏移量。基于此，通过上述(i)、(ii)中的至少一种方法进行毫米波雷达510的调整。接下来，将利用毫米波雷达求出的偏移量换算为摄像头的偏移量。之后，关于利用摄像头获得的图像信息，通过上述(i)、(ii)中的至少一种方法调整偏移量。
(3)即使在车辆中的初始状态以后，通过摄像头等获取的图像和毫米波雷达的雷达信息也维持一定的关系。
在初始状态下，通过摄像头等获取的图像和毫米波雷达的雷达信息通常是固定的，只要没有车辆事故等，之后很少发生变化。但是，即使在它们发生偏移的情况下，也能够通过以下方法进行调整。
摄像头例如以本车辆的特征部分513、514(特征点)进入其视野内的状态安装。对通过摄像头实际拍摄该特征点的位置与摄像头原本准确地安装时该特征点的位置信息进行比较，并检测其偏移量。通过根据该检测出的偏移量而修正之后拍摄到的图像的位置，能够修正摄像头的物理安装位置的偏移。通过该修正，在能够充分发挥车辆中要求的性能的情况下，不需要进行所述(2)的调整。并且，即使在车辆500的启动时或运行中，也定期执行该调整方法，由此即使在重新产生摄像头等的偏移的情况下，也能够修正偏移量，从而能够实现安全的行驶。
但是，通常认为该方法的调整精度比所述(2)中叙述的方法下降。在根据通过摄像头来拍摄基准对象物而得到的图像进行调整时，能够高精度地确定基准对象物的方位，因此容易实现高的调整精度。但是，在本方法中，代替基准对象物而将车体的一部分图像用于调整，因此，提高方位的特性精度稍微难。因此，调整精度也下降。但是，作为摄像头等的安装位置因事故或对车厢内的摄像头等施加较大的外力的情况等而大幅偏移时的修正方法是有效的。
[毫米波雷达和摄像头等所检测出的目标的关联：核对处理]
在融合处理中，需要对一个目标进行由摄像头等获得的图像和由毫米波雷达获得的雷达信息是“同一目标”的识别。例如，考虑在车辆500的前方出现了两个障碍物(第一障碍物和第二障碍物)、例如两辆自行车的情况。该两个障碍物在被拍摄为摄像头图像的同时，还被检测为毫米波雷达的雷达信息。此时，关于第一障碍物，摄像头图像和雷达信息需要被相互关联为同一目标。同样地，关于第二障碍物，其摄像头图像和其雷达信息需要被相互关联为同一目标。假设在弄错而误认为作为第一障碍物的摄像头图像和作为第二障碍物的毫米波雷达的雷达信息是同一目标的情况下，有可能引发大事故。以下，在本说明书中，有时将这样的判断摄像头图像上的目标和雷达图像上的目标是否为同一目标的处理称作“核对处理”。
关于该核对处理，有以下叙述的各种各样的检测装置(或方法)。以下，对这些进行具体说明。另外，以下检测装置设置于车辆，至少包括：毫米波雷达检测部；朝向与毫米波雷达检测部进行检测的方向重合的方向配置的摄像头等图像获取部；以及核对部。在此，毫米波雷达检测部具有本公开中的任一实施方式中的阵列天线，至少获取其视野内的雷达信息。图像获取部至少获取其视野内的图像信息。核对部包含处理电路，该处理电路对毫米波雷达检测部的检测结果与图像检测部的检测结果进行核对，判断是否由这两个检测部检测出了同一目标。在此，图像检测部能够选择光学摄像头、光学雷达、红外线雷达、超声波雷达中的任意一个或两个以上来构成。以下检测装置在核对部中的检测处理不同。
第一检测装置中的核对部进行以下两个核对。第一核对包含：对通过毫米波雷达检测部检测出的关注的目标获得其距离信息以及横向位置信息，与此同时对通过图像检测部检测出的一个或两个以上目标中的位于最靠近所关注的目标的位置处的目标进行核对，并检测它们的组合。第二核对包含：对通过图像检测部检测出的关注的目标获得其距离信息以及横向位置信息，与此同时对通过毫米波雷达检测部检测出的一个或两个以上的目标中的位于最靠近所关注的目标的位置处的目标进行核对，并检测它们的组合。而且，该核对部判断相对于通过毫米波雷达检测部检测出的这些各目标的组合以及相对于通过图像检测部检测出的这些各目标的组合中是否存在一致的组合。然后，当存在一致的组合的情况下，判断为由两个检测部检测出了同一物体。由此，进行由毫米波雷达检测部和图像检测部分别检测出的目标的核对。
与此相关的技术记载在美国专利第7358889号说明书中。将该公开内容全部引用于本说明书中。在该公报中，例示出具有两个摄像头的所谓的立体摄像头而说明了图像检测部。但是，该技术并不限定于此。即使在图像检测部具有一个摄像头的情况下，也通过对检测出的目标适当地进行图像识别处理等来获得目标的距离信息和横向位置信息即可。同样地，也可以使用激光扫描器等激光传感器作为图像检测部。
第二检测装置中的核对部按每一规定时间对毫米波雷达检测部的检测结果和图像检测部的检测结果进行核对。核对部在前一次的核对结果判断为由两个检测部检测出了同一目标的情况下，利用其前一次的核对结果进行核对。具体地说，核对部对本次由毫米波雷达检测部检测出的目标以及本次由图像检测部检测出的目标与前一次的核对结果中判断出的由两个检测部检测出的目标进行核对。然后，核对部根据与本次由毫米波雷达检测部检测出的目标之间的核对结果以及与本次由图像检测部检测出的目标之间的核对结果，判断是否由两个检测部检测出了同一目标。如此，该检测装置并不直接核对两个检测部的检测结果，而是利用前一次的核对结果而与两个检测结果进行时序性的核对。因此，与只进行瞬间核对的情况相比，检测精度提高，能够进行稳定的核对。尤其是，即使在检测部的精度瞬间下降时，由于利用过去的核对结果，因此也能够进行核对。并且，在该检测装置中，能够通过利用前一次的核对结果简单地进行两个检测部的核对。
并且，该检测装置的核对部在利用前一次的核对结果进行本次核对时，在判断为由两个检测部检测出了同一物体的情况下，将其判断出的物体除外，对本次由毫米波雷达检测部检测出的物体与本次由图像检测部检测出的物体进行核对。然后，该核对部判断是否存在本次由两个检测部检测出的同一物体。如此，检测装置在考虑时序性的核对结果的基础上，通过在其每一瞬间获得的两个检测结果进行瞬间核对。因此，检测装置对在本次检测中检测出的物体也能够可靠地进行核对。
与这些相关的技术记载在美国专利第7417580号说明书中。将该公开内容全部引用于本说明书中。在该公报中，例示出具有两个摄像头的所谓的立体摄像头而说明了图像检测部。但是，该技术并不限定于此。即使在图像检测部具有一个摄像头的情况下，也通过对检测出的目标适当地进行图像识别处理等来获得目标的距离信息和横向位置信息即可。同样地，也可以使用激光扫描器等激光传感器作为图像检测部。
第三检测装置中的两个检测部以及核对部以规定的时间间隔进行目标的检测和它们的核对，并将这些检测结果和核对结果按时序存储于存储器等存储介质中。然后，核对部根据通过图像检测部检测出的目标在图像上的大小变化率和通过毫米波雷达检测部检测出的从本车辆至目标的距离及其变化率(与本车辆之间的相对速度)，判断通过图像检测部检测出的目标和通过毫米波雷达检测部检测出的目标是否为同一物体。
核对部在判断为这些目标是同一物体的情况下，根据通过图像检测部检测出的目标在图像上的位置和通过毫米波雷达检测部检测出的从本车辆至目标的距离和/或其变化率来预测与车辆碰撞的可能性。
与这些相关的技术记载在美国专利第6903677号说明书中。将该公开内容全部引用于本说明书中。
如以上说明，在毫米波雷达和摄像头等图像拍摄装置的融合处理中，对由摄像头等获得的图像和由毫米波雷达获得的雷达信息进行核对。利用上述本公开的实施方式的阵列天线的毫米波雷达能够构成为高性能且小型。因而，关于包含上述核对处理在内的融合处理整体，能够实现高性能化和小型化等。由此，提高目标识别的精度，能够实现车辆的更安全的行驶控制。
[其他融合处理]
在融合处理中，根据由摄像头等获得的图像与由毫米波雷达检测部获得的雷达信息的核对处理来实现各种各样的功能。以下，对实现该代表性的功能的处理装置的例进行说明。
以下处理装置设置于车辆，至少包括：在规定方向上发送和接收电磁波的毫米波雷达检测部；具有与该毫米波雷达检测部的视野重合的视野的单眼摄像头等图像获取部；以及从该毫米波雷达检测部和图像获取部获得信息而进行目标的检测等的处理部。毫米波雷达检测部获取该视野内的雷达信息。图像获取部获取该视野内的图像信息。图像获取部能够选择光学摄像头、光学雷达、红外线雷达、超声波雷达中的任意一个或两个以上来使用。处理部能够通过与毫米波雷达检测部以及图像获取部连接的处理电路实现。以下处理装置在该处理部中的处理内容不同。
第一处理装置的处理部从由图像获取部拍摄的图像中提取识别为与通过毫米波雷达检测部检测出的目标相同的目标。即，进行基于前述的检测装置的核对处理。然后，获取所提取出的目标的图像的右侧边缘以及左侧边缘的信息，并关于两个边缘导出作为近似于所获取的右侧边缘以及左侧边缘的轨迹的直线或规定的曲线的轨迹近似线。将存在于该轨迹近似线上的边缘的数量较多的一方选择为目标的真实边缘。然后，根据被选择为真实边缘的一方的边缘的位置导出目标的横向位置。由此，能够更加提高目标的横向位置的检测精度。
与这些相关的技术记载在美国专利第8610620号说明书中。将该文献的公开内容全部引用于本说明书中。
第二处理装置的处理部在确定有无目标时，根据图像信息改变雷达信息中的用于确定有无目标的判断基准值。由此，例如在能够通过摄像头等确认成为车辆行驶的障碍物的目标图像的情况下，或者在估计为存在目标的情况下等，能够通过最佳地改变通过毫米波雷达检测部检测目标的判断基准而获得更加准确的目标信息。即，在存在障碍物的可能性高的情况下，能够通过改变判断基准而使该处理装置可靠地工作。另一方面，在存在障碍物的可能性低的情况下，能够防止该处理装置进行不必要的工作。由此，能够使系统适当地工作。
而且，在该情况下，处理部还能够根据雷达信息设定图像信息的检测区域，并根据该区域内的图像信息估计障碍物的存在。由此，能够实现检测处理的效率化。
与这些相关的技术记载在美国专利第7570198号说明书中。将该文献的公开内容全部引用于本说明书中。
第三处理装置的处理部进行复合显示，在该复合显示中，将基于通过多个不同的图像拍摄装置以及毫米波雷达检测部获得的图像以及雷达信息的图像信号显示于至少一台显示装置。在该显示处理中，能够使水平以及垂直同步信号在多个图像拍摄装置以及毫米波雷达检测部中相互同步，在一个水平扫描期间内或一个垂直扫描期间内对来自这些装置的图像信号选择性地切换为所希望的图像信号。由此，能够根据水平以及垂直同步信号并列显示选择出的多个图像信号的图像，并且从显示装置输出如下的控制信号，该控制信号设定所希望的图像拍摄装置以及毫米波雷达检测部中的控制动作。
在各个图像等显示于多台不同的显示装置的情况下，很难进行各个图像之间的比较。并且，在显示装置与第三处理装置主体分体地配置的情况下，对装置的操作性差。第三处理装置克服这样的缺点。
与这些相关的技术记载在美国专利第6628299号说明书以及美国专利第7161561号说明书中。将这些公开内容全部引用于本说明书中。
第四处理装置的处理部将位于车辆的前方的目标指示给图像获取部以及毫米波雷达检测部，获取包含该目标的图像以及雷达信息。处理部确定该图像信息中的包含该目标的区域。处理部进一步提取该区域中的雷达信息，检测从车辆至目标的距离以及车辆与目标的相对速度。处理部根据这些信息判断该目标与车辆碰撞的可能性。由此，迅速地判断与目标碰撞的可能性。
与这些相关的技术记载在美国专利第8068134号说明书中。将这些公开内容全部引用于本说明书中。
第五处理装置的处理部利用雷达信息或者通过基于雷达信息和图像信息的融合处理来识别车辆前方的一个或两个以上的目标。该目标包含其他车辆或行人等移动体、道路上的用白线表示的行驶车道、路肩以及位于路肩的静止物(包含排水沟以及障碍物等)、信号装置、人行横道等。处理部能够包含gps(globalpositioningsystem)天线。也可以通过gps天线检测本车辆的位置，并根据其位置检索存储有道路地图信息的存储装置(称作地图信息数据库装置)，从而确认地图上的当前位置。能够对该地图上的当前位置与通过雷达信息等识别出的一个或两个以上的目标进行比较来识别行驶环境。由此，处理部也可以提取估计为阻碍车辆行驶的目标，找出更安全的行驶信息，根据需要显示于显示装置并通知驾驶员。
与这些相关的技术记载在美国专利第6191704号说明书中。将该公开内容全部引用于本说明书中。
第五处理装置也可以还具有与车辆外部的地图信息数据库装置通信的数据通信装置(具有通信电路)。数据通信装置例如以每周一次或每月一次左右的周期访问地图信息数据库装置，并下载最新的地图信息。由此，能够利用最新的地图信息进行上述处理。
第五处理装置也可以还对上述车辆行驶时获取的最新的地图信息与和通过雷达信息等识别出的一个或两个以上的目标相关的识别信息进行比较，并提取地图信息中没有的目标信息(以下，称作“地图更新信息”)。然后，也可以经由数据通信装置将该地图更新信息发送给地图信息数据库装置。地图信息数据库装置也可以将该地图更新信息与数据库中的地图信息建立关联来存储，需要时更新当前的地图信息本身。更新时，也可以通过比较从多个车辆获得的地图更新信息来验证更新的可靠性。
另外，该地图更新信息中能够包含比当前的地图信息数据库装置所具有的地图信息更详细的信息。例如，虽然能够通过一般的地图信息掌握道路的概况，但是不包含例如路肩部分的宽度或位于路肩的排水沟的宽度、重新形成的凹凸或建筑物的形状等信息。并且，也不包含车道和人行道的高度或与人行道相连的斜坡的状况等信息。地图信息数据库装置能够根据另行设定的条件而将这些详细的信息(以下，称作“地图更新详细信息”)与地图信息建立关联来存储。这些地图更新详细信息向包含本车辆的车辆提供比原来的地图信息更详细的信息，由此除了用于车辆的安全行驶的用途之外，还能够用于其他用途。在此，“包含本车辆的车辆”例如可以是汽车，也可以是摩托车、自行车或今后重新出台的自动行驶车辆，例如电动轮椅等。地图更新详细信息在这些车辆行驶时利用。
(基于神经网络的识别)
第一至第五处理装置也可以还包括高度识别装置。高度识别装置也可以设置于车辆的外部。在该情况下，车辆能够包括与高度识别装置通信的高速数据通信装置。高度识别装置也可以由包含所谓的深度学习(deeplearning)等在内的神经网络构成。该神经网络有时例如包含卷积神经网络(convolutionalneuralnetwork，以下称作“cnn”)。cnn是通过图像识别来获得成果的神经网络，其特征点之一是，具有一个或多个被称作卷积层(convolutionallayer)和池化层(poolinglayer)的两个层的组。
作为被输入至处理装置的卷积层中的信息，至少能有以下三种的任一种。
(1)根据由毫米波雷达检测部获取的雷达信息获得的信息
(2)根据雷达信息并根据由图像获取部获取的特定图像信息获得的信息
(3)根据雷达信息和由图像获取部获取的图像信息获得的融合信息，或者根据该融合信息获得的信息
根据这些信息中的任一信息或组合它们的信息进行与卷积层对应的积和运算。其结果被输入至下一级池化层，并根据预先设定的规则进行数据的选择。作为该规则，例如在选择像素值的最大值的最大池化(maxpooling)中，按照卷积层的每一个分割区域选择其中的最大值，该最大值作为池化层中的对应位置的值。
由cnn构成的高度识别装置有时具有将这样的卷积层与池化层串联一组或多组的结构。由此，能够准确地识别雷达信息以及图像信息中所包含的车辆周围的目标。
与这些相关的技术记载在美国专利第8861842号说明书、美国专利第9286524号说明书以及美国专利申请公开第2016/0140424号说明书中。将这些公开内容全部引用于本说明书中。
第六处理装置的处理部进行与车辆的车头灯控制相关的处理。在使车辆夜间行驶时，驾驶员确认本车辆的前方是否存在其他车辆或行人，操作本车辆的车头灯的波束。这是为了防止其他车辆的驾驶员或行人被本车辆的车头灯迷惑。该第六处理装置利用雷达信息或雷达信息与基于摄像头等的图像的组合而自动控制本车辆的车头灯。
处理部利用雷达信息或者通过基于雷达信息和图像信息的融合处理来检测相当于车辆前方的车辆或行人的目标。在该情况下，车辆前方的车辆包含前方的先行车辆、对向车道的车辆、摩托车等。处理部在检测到这些目标的情况下，发出降低车头灯的波束的指令。接收该指令的车辆内部的控制部(控制电路)操作车头灯，降低其波束。
与这些相关的技术记载在美国专利第6403942号说明书、美国专利第6611610号说明书、美国专利第8543277号说明书、美国专利第8593521号说明书以及美国专利第8636393号说明书中。将这些公开内容全部引用于本说明书中。
在以上说明的基于毫米波雷达检测部的处理以及毫米波雷达检测部和摄像头等图像拍摄装置的融合处理中，由于能够高性能且小型地构成毫米波雷达，因此能够实现雷达处理或融合处理整体的高性能化和小型化等。由此，提高识别目标的精度，能够实现车辆的更安全的驾驶控制。
＜应用例2：各种监视系统(自然物、建筑物、道路、监护、安全)＞
包括基于本公开的实施方式的阵列天线的毫米波雷达(雷达系统)在自然物、气象、建筑物、安全、看护等中的监视领域中也能够广泛活用。在与此相关的监视系统中，包含毫米波雷达的监视装置例如设置在固定的位置处，始终对监视对象进行监视。此时，毫米波雷达被设定为将监视对象中的检测分辨率调整为最佳值。
包括基于本公开的实施方式的阵列天线的毫米波雷达能够通过超过例如100ghz的高频电磁波进行检测。并且，关于在雷达识别中使用的方式、例如fmcw方式等中的调制频带，该毫米波雷达当前实现了超过4ghz的宽带。即，与前述的超宽带无线技术(uwb：ultrawideband)对应。该调制频带与距离分辨率有关。即，以往的贴片天线中的调制频带达到600mhz左右，因此其距离分辨率是25cm。与此相对，在与本阵列天线相关的毫米波雷达中，其距离分辨率是3.75cm。这表示能够实现以往的光学雷达的距离分辨率也比得上的性能。另一方面，如前述，光学雷达等光学式传感器在夜间或恶劣天气时无法检测目标。与此相对，在毫米波雷达中，无论昼夜以及气候如何，都能够始终检测。由此，能够将与本阵列天线相关的毫米波雷达用于在利用以往的贴片天线的毫米波雷达中无法适用的多种用途中。
图34是示出基于毫米波雷达的监视系统1500的结构例的图。基于毫米波雷达的监视系统1500至少包括传感器部1010和主体部1100。传感器部1010至少包括：对准监视对象1015的天线1011；根据所收发的电磁波检测目标的毫米波雷达检测部1012；以及发送检测出的雷达信息的通信部(通信电路)1013。主体部1100至少包括：接收雷达信息的通信部(通信电路)1103；根据接收到的雷达信息进行规定的处理的处理部(处理电路)1101；以及存储过去的雷达信息以及规定的处理所需的其他信息等的数据存储部(记录介质)1102。在传感器部1010与主体部1100之间存在通信线路1300，经由该通信线路1300在传感器部1010与主体部1100之间进行信息以及指令的发送以及接收。在此，所谓通信线路，例如能够包含互联网等通用的通信网络、移动通信网络、专用的通信线路等中的任一种。另外，本监视系统1500也可以是不借助通信线路直接连接传感器部1010与主体部1100的结构。在传感器部1010除了设置毫米波雷达之外，还能够并列设置摄像头等光学传感器。由此，通过雷达信息和基于摄像头等的图像信息的融合处理进行目标的识别，由此能够更高度地检测监视对象1015等。
以下，对实现这些应用事例的监视系统的例进行具体说明。
[自然物监视系统]
第一监视系统是将自然物作为监视对象的系统(以下，称作“自然物监视系统”)。参照图34，对该自然物监视系统进行说明。该自然物监视系统1500中的监视对象1015例如能够是河川、海面、山丘、火山、地表等。例如，在河川为监视对象1015的情况下，固定在固定位置处的传感器部1010始终对河川1015的水面进行监视。该水面信息始终被发送至主体部1100中的处理部1101。而且，在水面成为规定以上的高度的情况下，处理部1101经由通信线路1300向与本监视系统分体地设置的例如气象观测监视系统等其他系统1200通知其状况。或者，处理部1101将用于自动封闭设置于河川1015的闸门等(未图示)的指示信息发送给管理闸门的系统(未图示)。
该自然物监视系统1500能够利用一个主体部1100监视多个传感器部1010、1020等。在该多个传感器部分散配置在固定地区的情况下，能够同时掌握该地区的河川的水位状况。由此，还能够评价该地区的降雨如何影响河川的水位以及是否有引发洪水等灾害的可能性。与此相关的信息能够经由通信线路1300通知给气象观测监视系统等其他系统1200。由此，气象观测监视系统等其他系统1200能够将被通知的信息活用在更广范围的气象观测或灾害预测。
该自然物监视系统1500同样也能够适用于河川以外的其他自然物。例如，在监视海啸或风暴潮的监视系统中，其监视对象是海面水位。并且，还能够对应海面水位的上升而自动开闭防潮堤的闸门。或者，在监视因降雨或地震等引起的山崩的监视系统中，其监视对象为山丘部的地表等。
[交通道路监视系统]
第二监视系统是监视交通道路的系统(以下，称作“交通道路监视系统”)。该交通道路监视系统中的监视对象例如能够是铁道道口、特定的线路、机场的跑道、道路的交叉点、特定的道路或停车场等。
例如，在监视对象为铁道道口的情况下，传感器部1010配置在能够监视道口内部的位置处。在该情况下，传感器部1010除了设置有毫米波雷达之外，也可以并列设置摄像头等光学传感器。在该情况下，通过雷达信息和图像信息的融合处理，能够以更多角度检测监视对象中的目标。由传感器部1010获得的目标信息经由通信线路1300被发送至主体部1100。主体部1100进行更高度的识别处理、控制中所需的其他信息(例如，电车的驾驶信息等)的收集以及基于这些信息的必要的控制指示等。在此，必要的控制指示是指，例如在封闭道口时确认到道口内部有人或车辆等的情况下使电车停止等的指示。
并且，例如在将监视对象设为机场的跑道的情况下，多个传感器部1010、1020等以能够在跑道上实现规定的分辨率的方式沿着跑道配置，该分辨率是能够检测例如跑道上的5平方厘米以上的异物的分辨率。监视系统1500无论是昼夜以及气候如何，都始终在跑道上监视。该功能是只有使用可对应uwb的本公开的实施方式中的毫米波雷达时才能够实现的功能。并且，由于本毫米波雷达装置能够实现小型、高分辨率以及低成本，因此即使在无死角地覆盖跑道整个面的情况下,也能够实际地对应。在该情况下，主体部1100统一管理多个传感器部1010、1020等。主体部1100在确认到跑道上有异物的情况下，向机场管制系统(未图示)发送与异物的位置和大小相关的信息。接收该信息的机场管制系统暂时禁止在该跑道上起降。在此期间，主体部1100例如对在另行设置的跑道上自动清扫的车辆等发送与异物的位置和大小相关的信息。接收该信息的清扫车辆自行移动至异物所在的位置，自动去除该异物。清扫车辆若完成异物的去除，则向主体部1100发送完成去除的信息。然后，主体部1100在使检测到该异物的传感器部1010等再次确认“没有异物”并确认安全之后，向机场管制系统传递该确认内容。接收到该确认内容的机场管制系统解除该跑道的起降禁止。
而且，例如在将监视对象设为停车场的情况下，能够自动识别停车场的哪个位置空着。与此相关的技术在美国专利第6943726号说明书中记载。将该公开内容全部引用于本说明书中。
[安全监视系统]
第三监视系统是监视非法入侵者侵入私人用地内或房屋内的系统(以下，称作“安全监视系统”)。由该安全监视系统监视的对象例如是私人用地内或房屋内等特定区域。
例如，在将监视对象设为私人用地内的情况下，传感器部1010配置在能够对此进行监视的一处或两处以上的位置处。在该情况下，作为传感器部1010，除了设置有毫米波雷达之外，也可以并列设置摄像头等光学传感器。在该情况下，通过雷达信息和图像信息的融合处理，能够以更多角度检测监视对象中的目标。由传感器部1010获得的目标信息经由通信线路1300被发送至主体部1100。在主体部1100中，进行更高度的识别处理、控制中所需的其他信息(例如，为了准确地识别侵入对象是人还是狗或鸟等动物而所需的参照数据等)的收集以及基于这些信息的必要的控制指示等。在此，所谓必要的控制指示，例如包含鸣笛设置在用地内的警报或者打开照明等指示之外，还包含通过便携通信线路等直接通知用地的管理人员等指示。主体部1100中的处理部1101也可以使采用深度学习等方法的内置的高度识别装置进行检测出的目标的识别。或者，该高度识别装置也可以配置在外部。在该情况下，高度识别装置能够通过通信线路1300连接。
与此相关的技术在美国专利第7425983号说明书中记载。将该公开内容全部引用于本说明书中。
作为这种安全监视系统的其他实施方式，在设置于机场的登机口、车站的检票口、建筑物的入口等的人监视系统中也能够应用。由该人监视系统监视的对象例如是机场的登机口、车站的检票口、建筑物的入口等。
例如，监视对象是机场的登机口的情况下，传感器部1010例如能够设置在登机口的行李检查装置。在该情况下，该检查方法有如下两种方法。一种方法是，通过毫米波雷达接收自身发送出去的电磁波被作为监视对象的乘客反射回来的电磁波来检查乘客的行李等。另一种方法是，通过利用天线接收从作为乘客自身的人体辐射的微弱的毫米波来检查乘客隐藏的异物。在后者的方法中，优选毫米波雷达具有对所接收的毫米波进行扫描的功能。该扫描功能可以通过利用数字波束成形来实现，也可以通过机械式扫描动作实现。另外，关于主体部1100的处理，还能够利用与前述的例相同的通信处理以及识别处理。
[建筑物检查系统(非破坏检查)]
第四监视系统是对道路或铁道的高架桥或建筑物等的混凝土的内部或者道路或地面的内部等进行监视或检查的系统(以下，称作“建筑物检查系统”)。由该建筑物检查系统监视的对象例如是高架桥或建筑物等的混凝土的内部或者道路或地面的内部等。
例如，在监视对象是混凝土建筑物的内部的情况下，传感器部1010具有能够使天线1011沿着混凝土建筑物的表面扫描的结构。在此，“扫描”可以手动实现，也可以通过另行设置扫描用固定轨道并利用马达等的驱动力使天线在该轨道上移动来实现。并且，在监视对象是道路或地面的情况下，也可以通过在车辆等的下方设置天线1011并使车辆以恒速行驶来实现“扫描”。在传感器部1010中使用的电磁波可以使用超过例如100ghz的所谓的太赫兹区域的毫米波。如前述，根据本公开的实施方式中的阵列天线，即使在超过例如100ghz的电磁波中，也能够构成损耗比以往的贴片天线等更少的天线。更高频的电磁波能够更加深入地渗透到混凝土等检查对象物中，从而能够实现更准确的非破坏检查。另外，关于主体部1100的处理，还能够利用与前述的其他监视系统等相同的通信处理和识别处理。
与此相关的技术在美国专利第6661367号说明书中记载。将该公开内容全部引用于本说明书中。
[人监视系统]
第五监视系统是对看护对象进行监护的系统(以下，称作“人监护系统”)。由该人监护系统监视的对象例如是看护人员或医院的患者等。
例如，在将监视对象设为看护设施的室内的看护人员的情况下，传感器部1010配置在该室内的可监视整个室内的一处或两处以上的位置处。在该情况下，在传感器部1010除了设置毫米波雷达之外，也可以并列设置摄像头等光学传感器。在该情况下，通过雷达信息和图像信息的融合处理，能够以更多角度对监视对象进行监视。另一方面，在将监视对象设为人的情况下，从保护个人隐私的观点来看，有时不适合通过摄像头等进行监视。考虑这一点，需要选择传感器。另外，在通过毫米波雷达检测目标时，并非利用图像，而是能够利用可以说是该图像的影子的信号获取作为监视对象的人。因而，从保护个人隐私的观点来看，毫米波雷达可以说是优选的传感器。
由传感器部1010获得的看护人员的信息经由通信线路1300被发送至主体部1100。传感器部1010进行更高度的识别处理、控制中所需的其他信息(例如，为了准确地识别看护人员的目标信息而所需的参照数据等)的收集以及基于这些信息的必要的控制指示等。在此，所谓必要的控制指示，例如包含根据检测结果直接通知管理人员等的指示。并且，主体部1100的处理部1101也可以使采用深度学习等方法的内置的高度识别装置识别所检测到的目标。该高度识别装置也可以配置在外部。在该情况下，高度识别装置能够通过通信线路1300连接。
在毫米波雷达中将人设为监视对象的情况下，能够追加至少以下两个功能。
第一功能是心率、呼吸次数的监视功能。在毫米波雷达中，电磁波能够穿透衣服而检测人体皮肤表面的位置以及心跳。处理部1101首先检测作为监视对象的人及其外形。接下来，例如在检测心率的情况下，确定容易检测心跳的体表面的位置，并使该位置的心跳时序化来进行检测。由此，能够检测例如每分钟的心率。在检测呼吸次数的情况下也相同。通过利用该功能，能够始终确认看护人员的健康状态，从而能够更高质量地对看护人员进行监护。
第二功能是跌倒检测功能。老人等看护人员有时因腰腿虚弱而跌倒。当人跌倒时，人体的特定部位、例如头部等的速度或加速度为固定以上。在毫米波雷达中将人设为监视对象的情况下，能够始终检测对象目标的相对速度或加速度。因而，通过例如将头部确定为监视对象并时序性地检测其相对速度或加速度，在检测到固定值以上的速度的情况下，能够识别为跌倒。在识别到跌倒的情况下，处理部1101例如能够下发与看护支援对应的可靠的指示等。
另外，在以上说明的监视系统等中，传感器部1010固定在固定的位置处。但是，还能够将传感器部1010设置在例如机器人、车辆、无人机等飞行体等移动体。在此，车辆等不仅例如包含汽车，而且还包含电动轮椅等小型移动体。在该情况下，该移动体也可以为了始终确认自己的当前位置而内置gps单元。此外，该移动体也可以具有利用地图信息以及关于前述的第五处理装置说明的地图更新信息进一步提高自身当前位置的准确性的功能。
而且，在类似于以上说明的第一至第三检测装置、第一至第六处理装置、第一至第五监视系统等的装置或系统中，通过利用与这些相同的结构，能够使用本公开的实施方式中的阵列天线或毫米波雷达。
＜应用例3：通信系统＞
[通信系统的第一例]
本公开中的传输线路装置以及阵列天线能够用于构成通信系统(telecommunicationsystem)的发送机(transmitter)和/或接收机(receiver)。本公开中的传输线路装置以及阵列天线由于使用层叠的导电部件构成，因此与使用中空波导管的情况相比，能够将发送机和/或接收机的尺寸抑制得较小。并且，由于不需要电介质，因此与使用微带线路的情况相比，能够将电磁波的介电损耗抑制得较小。由此，能够构筑包括小型且高效的发送机和/或接收机的通信系统。
这种通信系统能够是直接对模拟信号进行调制来收发的模拟式通信系统。但是，只要是数字式通信系统，则能够构筑更灵活且性能较高的通信系统。
以下，参照图35对使用本公开的实施方式中的传输线路装置以及阵列天线的数字式通信系统800a进行说明。
图35是示出数字式通信系统800a的结构的框图。通信系统800a包括发送机810a和接收机820a。发送机810a包括模拟/数字(a/d)转换器812、编码器813、调制器814以及发送天线815。接收机820a包括接收天线825、解调器824、解码器823以及数字/模拟(d/a)转换器822。发送天线815以及接收天线825中的至少一方能够通过本公开的实施方式中的阵列天线实现。在本应用例中，将包含与发送天线815连接的调制器814、编码器813以及a/d转换器812等的电路称作发送电路。将包含与接收天线825连接的解调器824、解码器823以及d/a转换器822等的电路称作接收电路。还有时将发送电路和接收电路统称为通信电路。
发送机810a通过模拟/数字(a/d)转换器812将从信号源811接收的模拟信号转换为数字信号。接下来，通过编码器813对数字信号进行编码。在此，编码是指操作应发送的数字信号并转换为适于通信的方式。这样的编码的例有cdm(code-divisionmultiplexing：码分多路复用)等。并且，用于进行tdm(time-divisionmultiplexing：时分多路复用)或fdm(frequencydivisionmultiplexing：频分多路复用)或ofdm(orthogonalfrequencydivisionmultiplexing：正交频分复用)的转换也是该编码的一个例。编码后的信号由调制器814转换为高频信号，并从发送天线815发送。
另外，在通信领域中，有时将表示重叠于载波的信号的波称作“信号波”，但是本说明书中的“信号波”这一术语并不以这样的含义使用。本说明书中的“信号波”泛指在波导路中传播的电磁波以及利用天线元件收发的电磁波。
接收机820a通过解调器824使由接收天线825接收的高频信号恢复成低频信号，并通过解码器823恢复成数字信号。被解码之后的数字信号通过数字/模拟(d/a)转换器822恢复成模拟信号，被送至数据接收机(数据接收装置)821。通过以上处理，完成一系列发送和接收的进程。
在进行通信的主体是计算机之类的数字设备的情况下，在上述处理中不需要进行发送信号的模拟/数字转换以及接收信号的数字/模拟转换。因而，能够省略图35中的模拟/数字转换器812以及数字/模拟转换器822。这样的结构的系统也包含于数字式通信系统。
在数字式通信系统中，为了确保信号强度或扩大通信容量而使用各种各样的方法。这样的方法大多在使用毫米波段或太赫兹频段的电波的通信系统中也有效。
毫米波段或太赫兹频段中的电波与更低频率的电波相比，直进性高，绕到障碍物的背面侧的衍射小。因此，接收机无法直接接收从发送机发送来的电波的情况也不少。即使在这样的状况下，虽然大多能够接收反射波，但是大多情况下反射波的电波信号的质量比直接波差，因此更加难以稳定地接收。并且，还存在多个反射波经过不同的路径入射的情况。在该情况下，不同路径长度的接收波的相位互不相同，引起多径衰落(multi-pathfading)。
作为用于改善这样的状况的技术，能够利用被称作天线分集(antennadiversity)的技术。在该技术中，发送机以及接收机中的至少一方包括多个天线。若这些多个天线之间的距离在波长程度以上不同，则接收波的状态就会不同。因此，选择使用能够进行质量最好的收发的天线。由此，能够提高通信的可靠性。并且，也可以合成从多个天线获得的信号来改善信号的质量。
在图35所示的通信系统800a中，例如接收机820a也可以包括多个接收天线825。在该情况下，在多个接收天线825与解调器824之间存在切换器。接收机820a通过切换器将从多个接收天线825中获得质量最好的信号的天线与解调器824连接起来。另外，在该例中，也可以使发送机810a包括多个发送天线815。
[通信系统的第二例]
图36是示出包含能够改变电波的辐射图案的发送机810b的通信系统800b的例的框图。在该应用例中，接收机与图35所示的接收机820a相同。因此，在图36中不图示接收机。发送机810b除了具有发送机810a的结构之外，还具有包含多个天线元件8151的天线阵列815b。天线阵列815b能够是本公开的实施方式中的阵列天线。发送机810b在多个天线元件8151与调制器814之间还具有彼此连接的多个相移器(ps)816。在该发送机810b中，调制器814的输出被送至多个相移器816，在该相移器816中获得相位差，且被向多个天线元件8151导出。在等间隔配置有多个天线元件8151的情况下，且在向各天线元件8151中的相邻的天线元件供给相位以固定量不同的高频信号的情况下，天线阵列815b的主波瓣817与该相位差相应地朝向从正面倾斜的方位。该方法有时被称作波束成形(beamforming)。
能够使各相移器816所赋予的相位差各不相同而改变主波瓣817的方位。该方法有时被称作波束转向(beamsteering)。能够通过找出收发状态最好的相位差来提高通信的可靠性。另外，在此说明了相移器816所赋予的相位差在相邻的天线元件8151之间固定的例，但是并不限定于这样的例。并且，也可以以向不仅直接波到达接收机而且反射波到达接收机的方位辐射电波的方式赋予相位差。
在发送机810b中，还能够利用被称作零转向(nullsteering)的方法。这是指通过调节相位差形成不向特定的方向辐射电波的状态的方法。通过进行零转向，能够抑制被向不希望发送电波的其他接收机辐射的电波。由此，能够避免干扰。使用毫米波或太赫兹波的数字通信虽然能够利用非常宽的频带，但还是优选尽可能高效地利用频带。由于只要利用零转向，就能够利用同一频带进行多个收发，因此能够提高频带的利用效率。使用波束成形、波束转向以及零转向等技术提高频带的利用效率的方法有时还被称作sdma(spatialdivisionmultipleaccess：空分多址)。
[通信系统的第三例]
为了增加特定频带的通信容量，还能够适用被称作mimo(multiple-inputandmultiple-output：多输入多输出)的方法。在mimo中，使用多个发送天线以及多个接收天线。从多个发送天线分别辐射电波。在某一例中，能够使各不相同的信号与被辐射的电波重叠。多个接收天线的每一个均接收被发送来的多个电波。但是，由于不同的接收天线接收经过不同的路径到达的电波，因此所接收的电波的相位产生差异。通过利用该差异，能够在接收机侧分离出多个电波中所包含的多个信号。
本公开所涉及的传输线路装置以及阵列天线还能够在利用mimo的通信系统中使用。以下，对这样的通信系统的例进行说明。
图37是示出装配有mimo功能的通信系统800c的例的框图。在该通信系统800c中，发送机830包括编码器832、tx-mimo处理器833以及两个发送天线8351、8352。接收机840包括两个接收天线8451、8452、rx-mimo处理器843以及解码器842。另外，发送天线以及接收天线的个数也可以分别大于两个。在此，为了简单说明，举出各天线为两个的例。一般来讲，mimo通信系统的通信容量与发送天线和接收天线中的较少的一方的个数成比例地增大。
从数据信号源831接收到信号的发送机830为了发送信号而通过编码器832进行编码。编码后的信号由tx-mimo处理器833分配至两个发送天线8351、8352。
在mimo方式的某一例中的处理方法中，tx-mimo处理器833将编码后的信号的列分割为与发送天线8352的数量相同的数量的两列，并且并列发送至发送天线8351、8352。发送天线8351、8352分别辐射包含被分割的多个信号列的信息的电波。在发送天线为n个的情况下，信号列被分割为n个。被辐射的电波同时由两个接收天线8451、8452这两者接收。即，分别由接收天线8451、8452接收的电波中混杂有发送时分割的两个信号。通过rx-mimo处理器843进行该混杂的信号的分离。
若例如关注电波的相位差，则能够分离混杂的两个信号。接收天线8451、8452接收了从发送天线8351到达的电波时的两个电波的相位差与接收天线8451、8452接收了从发送天线8352到达的电波时的两个电波的相位差是不同的。即，接收天线之间的相位差根据收发的路径而不同。并且，只要发送天线与接收天线的空间配置关系不变，则它们之间的相位差就不会变。因此，通过将由两个接收天线接收的接收信号错开由收发路径规定的相位差来建立关联，能够提取经过该收发路径接收的信号。rx-mimo处理器843例如通过该方法从接收信号中分离出两个信号列，恢复分割之前的信号列。由于恢复后的信号列尚处于编码后的状态，因此被送至解码器842，并在该解码器842中复原成原来的信号。复原后的信号被送至数据接收机841。
虽然该例中的mimo通信系统800c收发数字信号，但是也能够实现收发模拟信号的mimo通信系统。在该情况下，在图37的结构中追加了参照图35说明的模拟/数字转换器和数字/模拟转换器。另外，用于区分来自不同的发送天线的信号的信息并不限于相位差的信息。一般来讲，若发送天线和接收天线的组合不同，则被接收的电波除了相位不同以外，散射或衰落等的状况也有可能不同。这些统称为csi(channelstateinformation：信道状态信息)。csi在利用mimo的系统中用于区分不同的收发路径。
另外，多个发送天线辐射包含各自独立的信号的发送波并不是必要条件。只要能够在接收天线侧进行分离，则也可以是各发送天线辐射包含多个信号的电波的结构。并且，还能够如下构成：在发送天线侧进行波束成形，作为来自各发送天线的电波的合成波，在接收天线侧形成包含单一信号的发送波。该情况也成为各发送天线辐射包含多个信号的电波的结构。
在该第三例中也与第一以及第二例相同，能够将cdm、fdm、tdm、ofdm等各种各样的方法用作信号的编码方法。
在通信系统中，装设有用于处理信号的集成电路(称作信号处理电路或通信电路)的电路板能够层叠配置在本公开的实施方式中的传输线路装置以及阵列天线。由于本公开的实施方式中的传输线路装置以及阵列天线具有将板形状的导电部件层叠而成的结构，因此容易设成将电路板叠加在这些导电部件上的配置。通过设成这样的配置，能够实现容积比使用中空波导管等的情况小的发送机以及接收机。
在以上说明的通信系统的第一至第三例中，发送机或接收机的构成要素、即模拟/数字转换器、数字/模拟转换器、编码器、解码器、调制器、解调器、tx-mimo处理器、rx-mimo处理器等在图35、图36以及图37中作为独立的一个要素表示，但是并非必须独立。例如，也可以用一个集成电路实现这些所有要素。或者，也可以将一部分要素集中起来用一个集成电路实现。无论是哪一种情况，只要实现本公开中说明的功能，则都可以说是实施了本发明。
如以上，本公开包含以下的项目所述的传输线路装置、雷达系统以及无线通信系统。
[项目1]
一种传输线路装置，其包括：
多个导电部件，它们隔开间隙而层叠，并包含三个以上的导电部件；以及
多个人工磁导体，它们分别位于所述多个导电部件中的相邻的任意两个导电部件之间，
所述多个导电部件中的位于两端的两个导电部件之间的至少一个导电部件具有板形状，并具有至少一个缝隙，
所述多个人工磁导体的至少一部分位于所述至少一个缝隙的周围，抑制沿着所述至少一个缝隙传播的电磁波漏出。
[项目2]
根据项目1所述的传输线路装置，其中，
所述多个人工磁导体分别包含多个导电性杆，各导电性杆具有与位于所述人工磁导体的两侧的两个导电部件中的一个导电部件连接的基部和与所述两个导电部件中的另一导电部件相对的末端部。
[项目3]
根据项目2所述的传输线路装置，其中，
所述多个导电性杆的至少一部分与具有所述至少一个缝隙的所述至少一个导电部件连接，并配置于所述至少一个缝隙的周围。
[项目4]
根据项目1至3中任意一项所述的传输线路装置，其中，
所述传输线路装置还包括至少一个微波ic，所述至少一个微波ic安装于具有所述至少一个缝隙的所述至少一个导电部件，并具有分别与夹着所述至少一个缝隙的多个部位连接的多个信号端子。
[项目5]
根据项目4所述的传输线路装置，其中，
所述至少一个微波ic安装于所述至少一个导电部件的第一表面，
在所述至少一个导电部件的与所述第一表面相反一侧的第二表面上配置有构成所述多个人工磁导体的一部分的多个导电性杆。
[项目6]
根据项目1至5中任意一项所述的传输线路装置，其中，
所述至少一个缝隙的一端到达至所述至少一个导电部件的边缘，作为天线元件发挥功能。
[项目7]
根据项目1至6中任意一项所述的传输线路装置，其中，
所述至少一个导电部件具有多个缝隙，
所述多个缝隙各自的一端到达至所述至少一个导电部件的边缘，作为天线元件发挥功能。
[项目8]
根据项目7所述的传输线路装置，其中，
所述多个缝隙平行地延伸，
所述至少一个导电部件在所述边缘中的位于所述多个缝隙中所含的相邻的两个缝隙之间的部位具有槽，
设在所述多个缝隙中传播的电磁波的频带的中心频率处的自由空间波长为λo时，
所述槽的深度是λo/8以上且λo/2以下。
[项目9]
根据项目1至8中任意一项所述的传输线路装置，其中，
所述多个导电部件包含四个以上的导电部件，
所述多个导电部件中的位于所述两端的两个导电部件之间的至少两个导电部件分别具有板形状，并具有作为传输线路发挥功能的至少一个缝隙，
所述多个人工磁导体的至少一部分位于所述至少两个导电部件中的各缝隙的周围，抑制沿着各缝隙传播的电磁波漏出。
[项目10]
根据项目9所述的传输线路装置，其中，
所述至少两个导电部件中的各缝隙的一端到达至具有所述缝隙的导电部件的边缘，作为天线元件发挥功能。
[项目11]
根据项目10所述的传输线路装置，其中，
所述至少两个导电部件分别具有多个缝隙，
所述至少两个导电部件中的各缝隙的一端到达至具有所述缝隙的导电部件的边缘，作为天线元件发挥功能，
所述至少两个导电部件中的所述多个缝隙的所述一端二维地配置。
[项目12]
一种雷达系统，其包括：
项目1至11中任意一项所述的传输线路装置；以及
信号处理电路，其与所述传输线路装置连接。
[项目13]
一种无线通信系统，其包括：
项目1至11中任意一项所述的传输线路装置；以及
通信电路，其与所述传输线路装置连接。
产业上的可利用性
本公开的传输线路装置能够在利用电磁波的所有技术领域中利用。例如，能够用于进行千兆赫频带或太赫兹频带的电磁波的收发的各种用途。尤其能够用于要求小型化的车载雷达系统、各种监视系统、室内定位系统以及无线通信系统等。
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