(57)【要約】【課題】製造コストを低減しつつ、超音波センサが設置される部位の外観デザインを損なうことを抑制可能な超音波センサを提供する。【解決手段】薄板で形成された略長方形状の伝搬路と、前記伝搬路の長手方向の一端側に設けられ、パルス状の超音波を送信して前記伝搬路を励振させる超音波送信器と、前記伝搬路の長手方向の他端側に設けられ、前記パルス状の超音波により励振された前記伝搬路を伝搬する超音波のうち、前記伝搬路のみを伝搬する直接波と、外部に放射されて物体で反射された後に前記伝搬路に戻ってくる反射波とを受信する超音波受信器と、前記伝搬路の長手方向の両端部の間に設けられ、前記伝搬路から当該伝搬路の短手方向に突出した凸状部と、前記超音波受信器により前記直接波が受信された時間と、前記超音波受信器により前記反射波が受信された時間との差に基づいて、前記伝搬路の近傍に存在する物体を検知する検知部と、を備える。【選択図】図１
2020085789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板で形成された略長方形状の伝搬路と、
前記伝搬路の長手方向の一端側に設けられ、パルス状の超音波を送信して前記伝搬路を励振させる超音波送信器と、
前記伝搬路の長手方向の他端側に設けられ、前記パルス状の超音波により励振された前記伝搬路を伝搬する超音波のうち、前記伝搬路のみを伝搬する直接波と、外部に放射されて物体で反射された後に前記伝搬路に戻ってくる反射波とを受信する超音波受信器と、
前記伝搬路の長手方向の両端部の間に設けられ、前記伝搬路から当該伝搬路の短手方向に突出した凸状部と、
前記超音波受信器により前記直接波が受信された時間と、前記超音波受信器により前記反射波が受信された時間との差に基づいて、前記伝搬路の近傍に存在する物体を検知する検知部と、
を備える超音波センサ。
【請求項２】
前記凸状部は、前記伝搬路の長手方向に垂直な対向する二辺を有する請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項３】
前記二辺間の長さは、前記超音波送信器が送信する超音波の半波長の整数倍又は非整数倍である請求項２に記載の超音波センサ。
【請求項４】
前記凸状部は、前記伝搬路の長手方向に対し線対称又は非線対称に設けられる請求項１乃至３の何れか一項に記載の超音波センサ。
【請求項５】
前記検知部は、前記超音波受信器により前記直接波が受信された後、所定期間の間、前記超音波受信器の受信結果を無効化する請求項１乃至４の何れか一項に記載の超音波センサ。
【請求項６】
前記検知部は、前記凸状部での共振により発生した残響を受信する前記所定期間の間、前記超音波受信器の受信結果を無効化する請求項５に記載の超音波センサ。
【請求項７】
前記超音波送信器は、前記超音波の波長を所定の周期で変化させる請求項１乃至６の何れか一項に記載の超音波センサ。
【請求項８】
前記薄板は車両のドアである、
請求項１乃至７の何れか一項に記載の超音波センサ。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一項に記載の超音波センサと、
前記超音波センサによる検知結果を用いて、車両を制御する車両制御部と、を備える、
車両制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波センサ及び車両制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の安全性向上や自動運転に向けて、ミリ波レーダ、赤外線レーザ、カメラ、赤外線カメラや超音波センサなどの各種センサが自動車に搭載され、自動車周辺の障害物を検知・認識するシステムの実用化が進んでいる。特に、駐車支援システムなどに応用される至近距離の物体を検知するセンサとして超音波センサが用いられている（例えば特許文献１参照）。係る超音波センサでは、指向性の高い超音波を送信し、物体（障害物）からの反射波を検出して、超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間に基づいて物体を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２３６７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の超音波センサでは、指向性の高い超音波を利用する関係上、物体を検知可能な範囲も狭くなるという問題がある。例えば車両のドアの近傍の物体を検知する場合には、ドアの全面にわたって複数の超音波センサを２次元的に配列する必要がある。そのため、製造コストが大きい上、超音波センサが設置される部位の外観デザインが損なわれる可能性があった。
【０００５】
本発明は、製造コストを低減しつつ、超音波センサが設置される部位の外観デザインの向上を図ることが可能な超音波センサ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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、薄板で形成された略長方形状の伝搬路と、前記伝搬路の長手方向の一端側に設けられ、パルス状の超音波を送信して前記伝搬路を励振させる超音波送信器と、前記伝搬路の長手方向の他端側に設けられ、前記パルス状の超音波により励振された前記伝搬路を伝搬する超音波のうち、前記伝搬路のみを伝搬する直接波と、外部に放射されて物体で反射された後に前記伝搬路に戻ってくる反射波とを受信する超音波受信器と、前記伝搬路の長手方向の両端部の間に設けられ、前記伝搬路から当該伝搬路の短手方向に突出した凸状部と、前記超音波受信器により前記直接波が受信された時間と、前記超音波受信器により前記反射波が受信された時間との差に基づいて、前記伝搬路の近傍に存在する物体を検知する検知部と、を備える超音波センサである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、パルス状の超音波を送信して薄板を励振させ、その励振された薄板を伝搬する超音波のうち薄板のみを伝搬する直接波が受信された時間と、該励振された薄板を伝搬する超音波のうち、外部に放射されて物体で反射した後に薄板に戻ってくる反射波が受信された時間との差に基づいて、薄板の近傍に存在する物体を検知する。パルス状の超音波により励振された薄板から外部に放射される超音波は指向性が低く、薄板全面を覆うように放射されるので、薄板の全面にわたって、超音波送信器と超音波受信器との組をそれぞれ含む複数の超音波センサを２次元的に配列する必要は無い。したがって、物体検知に必要な超音波センサの数を少なくすることができる。これにより、製造コストを低減しつつ、超音波センサが設置される部位の外観デザインを損なうことを抑制可能な超音波センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態の超音波センサの概略構成を示す平面図である。
【図２】図２は、図１に示した超音波センサのＡ−Ａラインの断面を概略的に示す図である。
【図３】図３は、第１の実施形態の凸状部に流入する超音波（直接波）の状態を模式的に示す図である。
【図４】図４は、第１の実施形態の凸状部による信号レベルの増幅効果を説明するための図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係る超音波の送受信タイミングの一例を示す図である。
【図６】図６は、変形例に係る凸状部の配置の一例を示す図である。
【図７】図７は、変形例に係る凸状部の配置の一例を示す図である。
【図８】図８は、変形例に係る凸状部の配置の一例を示す図である。
【図９】図９は、変形例に係る凸状部の配置の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態の車両制御システムの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る超音波センサ及び車両制御システムの実施形態を詳細に説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の超音波センサの概略構成を示す平面図である。また、図２は、図１に示した超音波センサのＡ−Ａラインの断面を概略的に示す図である。なお、図２中に示した矢印は、超音波の伝搬方向を模式的に表すものであり、超音波の信号レベルの強度を表すものではない。
【００１１】
図１及び図２に示すように、本実施形態の超音波センサは、超音波送信器１と、超音波受信器２と、薄板３とを備える。また、超音波受信器２は、検知部４を含む。
【００１２】
超音波送信器１は、パルス状の超音波を送信して薄板３を励振させる。薄板３は、２次元的な広がりを持つ金属板である。薄板３は、例えば自動車等の車両の外装面であり、典型的には車両のドアが想定されるが、これに限定されるものではない。なお、薄板３は、必ずしも平面である必要は無く、厚さ方向（図２の上下方向）の縮尺と、横方向（図１、図２の左右方向）の縮尺とは異なっている。また、図２では、薄板３の上側の面を「表面３ａ」とし、下側の面を「裏面３ｂ」とする。ここで、「表面３ａ」は、薄板３のうち外部に露出する側の面を指し、「裏面３ｂ」は、外部に露出しない側の面を指す。
【００１３】
薄板３には、略長方形状の伝搬路３１が形成されている。伝搬路３１は、例えば、薄板３の裏面３ｂにおいて、伝搬路３１以外の他の領域に樹脂等の制振材を塗布することで形成される。なお、図１では、薄板３の裏面３ｂに伝搬路３１を形成した例を示しているが、薄板３の表面３ａに制振材を塗布することで、薄板３の表面３ａに伝搬路３１を形成する形態としてもよい。
【００１４】
超音波送信器１は、伝搬路３１の長手方向の一方の端部側に設けられる（貫通することなく設けられる）。また、超音波受信器２は、伝搬路３１の長手方向の他方の端部側に設けられる（貫通することなく設けられる）。超音波送信器１は、薄板３へ向けてパルス状の超音波を送信することで伝搬路３１を励振させる。
【００１５】
薄板３が十分に薄ければ、励振により伝搬路３１を伝搬する超音波は、振動方向が薄板３に垂直なラム波（屈曲波）となる。また、このとき、伝搬路３１を伝搬する超音波（ラム波）は、空間送信波Ｐ２として空気中にも放射される。具体的には、空間送信波Ｐ２は、薄板３（伝搬路３１）中の位相速度Ｖｐと、空気中の音速Ｖａとの関係式（ｃｏｓθ＝Ｖａ／Ｖｐ）から決まる放射角θで、伝搬路３１の表面（薄板３の表面３ａ）の全面を覆うように空気中に放射される。そして、伝搬路３１の表面の近傍に物体Ｏ（障害物）が存在する場合、空気中に放射された空間送信波Ｐ２は物体Ｏで反射されて再び薄板３に戻ってくる。
【００１６】
以下の説明では、パルス状の超音波により励振された薄板３を伝搬する超音波（ラム波）のうち、薄板３のみを伝搬する超音波を「直接波Ｐ１」と称し、外部に放射されて物体Ｏで反射した超音波を「反射波Ｐ３」と称する。薄板３に到達した反射波Ｐ３は薄板３を励振し、薄板３を伝搬する超音波（ラム波）となって薄板３全体に広がっていく。以下の説明では、この超音波（ラム波）を「反射波Ｐ４」と称する。つまり、パルス状の超音波により励振された薄板３を伝搬する超音波のうち、外部に放射されて物体Ｏで反射した後に薄板３に戻ってくる「反射波」とは、物体Ｏで反射して薄板３へ入力される反射波Ｐ３であってもよいし、反射波Ｐ３で励振された薄板３を伝搬する反射波Ｐ４であってもよい。
【００１７】
超音波受信器２は、薄板３を伝搬する超音波のうち、薄板３のみを伝搬する直接波Ｐ１と、外部に放射されて物体Ｏで反射した後に薄板３に戻ってくる反射波Ｐ４とを受信する。本実施形態では、超音波受信器２は反射波Ｐ４を受信する構成とするが、これに限らず、超音波受信器２が反射波Ｐ３を直接受信する形態もあり得る。
【００１８】
検知部４は、超音波受信器２により直接波Ｐ１が受信された時間と、超音波受信器２により反射波Ｐ４が受信された時間との差（時間差）に基づいて、薄板３の近傍に存在する物体Ｏを検知する。より具体的には、検知部４は、上記時間差に基づいて、薄板３と、薄板３の近傍に存在する物体Ｏとの間の距離を検知する。これは、「薄板３の近傍に存在する物体Ｏを検知する」という概念に含まれる。なお、本実施形態では、超音波受信器２と検知部４とは一体に構成されているが、これに限らず、検知部４が独立して（個別に）設けられる形態であってもよい。
【００１９】
ところで、上述した超音波センサの構成では、空間送信波Ｐ２の信号レベルが高いほど、より遠くの物体Ｏまで検知することができるため、物体Ｏを検知することが可能な範囲を拡大することができる。しかしながら、直接波Ｐ１の信号レベルは伝搬路３１を伝搬するにつれて減衰していくため、超音波送信器１から離れるほど、伝搬路３１から放射される空間送信波Ｐ２の信号レベルは低下することになる。そのため、検知範囲の拡大を図るためには、空間送信波Ｐ２の信号レベルの減衰量を抑えることが要求される。
【００２０】
そこで、本実施形態の超音波センサでは、超音波送信器１から送信された超音波の信号レベルの減衰量を抑えるため、伝搬路３１の長手方向の両端部の間、つまり超音波送信器１と超音波受信器２との間に、伝搬路３１から当該伝搬路３１の短手方向に突出した凸状部３２を設けている。
【００２１】
凸状部３２は、凸状部３２に流入した超音波を共振させることが可能な形状を有する。具体的には、凸状部３２は、直接波Ｐ１の伝搬方向となる伝搬路３１の長手方向に垂直な対向する二つの辺３２ａ、３２ｂを有して形成される。図１では、凸状部３２の形状を略矩形とした例を示している。また、図１では、伝搬路３１の長手方向に対して線対称となるように、上下一対の凸状部３２を設けた例を示している。なお、凸状部３２は、伝搬路３１と同様に、薄板３において制振材が塗布されていない非塗布領域によって形成される。
【００２２】
ここで、凸状部３２の幅、つまり辺３２ａ、３２ｂ間の長さは、超音波送信器１が送信する超音波の半波長の整数倍（例えば、１０倍等）となっている。また、凸状部３２の高さ、つまり辺３２ａ、３２ｂの高さは、特に問わないものとするが、超音波センサの使用環境等に応じて適切な長さを設定することが好ましい。以下、凸状部３２の作用・効果について説明する。
【００２３】
上述したように、超音波送信器１から送信された超音波は、直接波Ｐ１として伝搬路３１を伝搬するとともに、空間送信波Ｐ２として空気中に放射される。このとき、伝搬路３１を伝搬する直接波Ｐ１の一部は、図３に示すように、伝搬路３１上に設けられた凸状部３２に流入する。ここで、図３は、凸状部３２に流入する超音波（直接波Ｐ１）の状態を模式的に示す図である。
【００２４】
図３に示すように、凸状部３２に流入した直接波Ｐ１は、凸状部３２内で反射する。具体的には、凸状部３２に流入した直接波Ｐ１は、凸状部３２の対向する二つの辺３２ａ、３２ｂの間で反射（固定端反射）を繰り返す。つまり、辺３２ａ、３２ｂの間では、一方の辺で反射された直接波Ｐ１が再びもう一方の辺で反射される。そして、この繰り返し反射の過程で直接波Ｐ１が共振することで、直接波Ｐ１の信号レベルが増幅される。なお、凸状部３２の幅は超音波送信器１が送信する超音波の半波長の整数倍の長さとなっているため、共振により信号レベルが増幅した直接波Ｐ１は、元の直接波Ｐ１の波形を乱すことはなく同位相となる。
【００２５】
これにより、伝搬路３１上での凸状部３２からは、信号レベルが増幅された超音波が、空気中に放射される（図２参照）。より詳細には、凸状部３２の位置から放射される超音波は、凸状部３２内での反射により多方向に指向性を有するため、超音波送信器１の位置で空気中に放射される超音波と同様に空気中の四方に放射される。また、凸状部３２内で信号レベルが増幅された超音波が、伝搬路３１に戻り超音波受信器２の方向に伝搬していくことで、空間送信波Ｐ２として放射角θで空気中に放射される。
【００２６】
このように、凸状部３２は、平面的な共振器として機能することで、空間送信波Ｐ２の信号レベルを増幅させる。したがって、伝搬路３１上に凸状部３２を設けることで、凸状部３２の設置位置に新たな超音波送信器１を追加したのと同様の効果を奏することができる。
【００２７】
また、物体Ｏで反射され伝搬路３１に戻った反射波Ｐ４についても、当該反射波Ｐ４が凸状部３２に流入することで、上記した直接波Ｐ１と同様に信号レベルが増幅される。つまり、凸状部３２は、反射波Ｐ４の信号レベルを増幅させる増幅器としても機能する。これにより、超音波受信器２は、信号レベルが増幅された反射波Ｐ４を受信することができるため、反射波Ｐ４の受信感度を向上させることができる。
【００２８】
図４は、凸状部３２による信号レベルの増幅効果を説明するための図である。図４において、縦軸は超音波の信号レベル（ｍＶ）を示しており、横軸は超音波送信器１からの距離（ｍｍ）を示している。ここで、信号レベルは、薄板３の表面３ａから一定の離間距離を維持したまま、超音波送信器１が設けられた一端側から超音波受信器２が設けられた他端側に向けて計測装置を移動させた際の計測結果である。
【００２９】
また、実線で表したグラフＧ１は、本実施形態の超音波センサでの信号レベルの計測結果を示しており、破線で表したグラフＧ２は、伝搬路３１から凸状部３２を取り除いた構成（以下、比較例）での信号レベルの計測結果を示している。なお、超音波送信器１の駆動に係る条件は、グラフＧ１とグラフＧ２とで同一である。
【００３０】
グラフＧ２に示すように、凸状部３２を設けていない比較例の場合、伝搬路３１から放射された超音波（空間送信波Ｐ２）の信号レベルは、超音波送信器１の設置位置から離間するにつれて低下していく。
【００３１】
一方、グラフＧ１に示すように、本実施形態の超音波センサでは、伝搬路３１から放射された超音波（空間送信波Ｐ２）の信号レベルは、比較例と同様に超音波送信器１の設置位置から離間するにつれて低下していくが、凸状部３２による増幅効果により、凸状部３２の設置位置付近で信号レベルが上昇する。そして、凸状部３２で上昇したグラフＧ１の信号レベルは、グラフＧ２よりも高い信号レベルを維持したまま、凸状部３２から離間するにつれて低下していく。
【００３２】
このように、本実施形態の超音波センサでは、凸状部３２を設けていない比較例の構成と比較し、空間送信波Ｐ２の信号レベルの減衰量を抑えることができる。したがって、本実施形態の超音波センサでは、比較例の構成と比較し、より遠くの物体Ｏを検知することができるため、物体Ｏの検知範囲や検知感度を向上させることができる。
【００３３】
なお、本実施形態の超音波センサでは、凸状部３２内での超音波の繰り返し反射により残響が発生する可能性がある。繰り返し反射により発生した残響は物体Ｏの検知の妨げとなるため、検知精度を低下させる可能性がある。そこで、本実施形態の超音波センサでは、検知部４が凸状部３２で発生した残響を検知対象から除外するための動作（制御）を行う。以下、検知部４の動作について説明する。
【００３４】
図５は、超音波の送受信タイミングの一例を示す図である。図５では、超音波送信器１が送信する超音波（送信パルス）と、伝搬路３１から空気中に放射される超音波（空間送信波Ｐ２）と、超音波受信器２が受信する超音波（受信波）とのタイミングを示している。
【００３５】
まず、超音波送信器１は、タイミングＴ１で超音波を送信する。例えば、超音波送信器１は、５８Ｋｈｚ、８パルス分の超音波を一定の間隔（送信パルス間隔Ｂ１）毎に送信する。超音波送信器１から送信された超音波のうち、伝搬路３１を直接伝搬する直接波Ｐ１は、超音波受信器２に向かって伝搬していく。また、超音波送信器１から送信された超音波の一部は、伝搬路３１を伝搬しながら空間送信波Ｐ２として空気中に放射される。
【００３６】
伝搬路３１を伝搬する直接波Ｐ１の一部は、伝搬路３１に設けられた凸状部３２に流入する。そして、凸状部３２での共振により信号レベルが増幅した超音波は、直接波Ｐ１として伝搬路３１に戻ることで、信号レベルが増幅した空間送信波Ｐ２が空気中に放射（図中Ａ１参照）される。また、共振により発生した残響ＰＲも伝搬路３１を伝搬していく。
【００３７】
超音波受信器２は、伝搬路３１を伝搬する直接波Ｐ１のうち、凸状部３２に流入せずに到達した直接波Ｐ１をタイミングＴ２で受信する。次いで、超音波受信器２は、凸状部３２の共振で発生した残響ＰＲを受信する（タイミングＴ３からタイミングＴ４）。
【００３８】
一方、空気中に放射された空間送信波Ｐ２による物体Ｏからの反射波Ｐ４は、直接波Ｐ１や残響の後に、超音波受信器２に到達することになる。より詳細には、空気中を伝搬する超音波の速度（音速）は、金属の伝搬路３１を伝搬する超音波の速度（音速）よりも遅く、また、物体Ｏにより反射される反射波Ｐ４の伝搬に係る距離（伝搬距離）は、伝搬路３１を直接伝搬する直接波Ｐ１の伝搬距離よりも長くなる。そのため、超音波受信器２は、直接波Ｐ１や凸状部３２で発生した残響ＰＲを受信した後に、物体Ｏからの反射波Ｐ４を受信することになる。
【００３９】
例えば、超音波送信器１と超音波受信器２との間の距離が８００ｍｍ、伝搬路３１中での調音波の音速が１３００ｍ／ｓであるとすると、超音波送信器１から送信された超音波（直接波Ｐ１）が超音波受信器２に到達するまでの時間、つまりタイミングＴ１からタイミングＴ２までの時間は、８００／１３００＝０．６ｍｓとなる。また、超音波送信器１が送信する超音波の送信パルスが、５８ＫＨｚの８パルスであるとすると、超音波受信器２が直接波Ｐ１を受信する時間、つまりタイミングＴ２からタイミングＴ３までの時間は、１／（５８×８）＝０．１４ｍｓとなる。そして、凸状部３２内で発生する残響ＰＲの信号長、つまりタイミングＴ３からタイミングＴ４までの時間が０．８６ｍｓであるとすると、これらタイミングＴ１からタイミングＴ４までの時間１．６ｍｓが経過した後に、物体Ｏからの反射波Ｐ４を受信することになる。
【００４０】
なお、薄板３（伝搬路３１）と物体Ｏとの間の距離が微小となる場合には、超音波受信器２が残響ＰＲを受信するタイミングＴ３からタイミングＴ４までの間に、反射波Ｐ４が超音波受信器２に到達する可能性がある。例えば、超音波送信器１、物体Ｏ、超音波受信器２が同一面上に並んだような場合、つまり物体Ｏが伝搬路３１に接しているような場合に、直接波Ｐ１と反射波Ｐ４との時間差が最も短くなるため、残響ＰＲと反射波Ｐ４とを重複して受信する可能性がある。このような場合、残響ＰＲと反射波Ｐ４との識別が困難となるため、誤検知等が発生する可能性がある。
【００４１】
そこで、検知部４は、上述したタイミングＴ１からタイミングＴ４までの期間のうち、少なくとも残響ＰＲの受信に係るタイミングＴ３からタイミングＴ４までの期間を、反射波Ｐ４の検知を行わない無効期間に設定する。また、検知部４は、タイミングＴ４から、次に超音波送信器１から超音波の送信が行われるタイミングＴ１までの期間を、反射波Ｐ４の検知を行う有効期間に設定する。より詳細には、検知部４は、超音波送信器１の送信タイミングや、超音波受信器２が最初の直接波Ｐ１を受信したタイミングに同期することで、無効期間と有効期間とを切り替えながら反射波Ｐ４の検知を行う。なお、残響ＰＲを受信する無効期間の長さは、例えば、実測することで導出してもよいし、超音波送信器１の駆動に係る条件、伝搬路３１の素材や寸法、凸状部３２の形状に係る特性等を考慮したシミュレーションにより導出してもよい。
【００４２】
検知部４は、無効期間において、超音波受信器２が超音波（残響ＰＲ）を受信すると、その受信タイミングを物体検知に使用することなく、破棄等行うことで無効化する。一方、有効期間では、超音波受信器２が超音波（反射波Ｐ４）を受信すると、検知部４は、直接波Ｐ１が受信されたタイミングＴ２と、この反射波Ｐ４が受信されたタイミングとの差分（時間差）に基づき、薄板３の近傍に存在する物体Ｏを検知する。ここで、時間差は、薄板３の表面近傍の空気中に放射される空間送信波Ｐ２が物体Ｏに反射して戻ってくるまでの時間に相当する。空気中の超音波の音速は３４０ｍ／ｓであるので、これらを乗算することで、薄板３から物体Ｏまでの往復の距離を算出することができ、薄板３から物体Ｏまでの距離を検知できる。つまり、タイミングＴ２からの時間経過が短い反射波ほど、伝搬路３１と物体Ｏとの離間距離が近いことを意味する。なお、検知部４は、有効期間のうちで最先に受信された反射波Ｐ４の受信タイミングに基づき物体Ｏの検知を行うものとする。
【００４３】
例えば、タイミングＴ５で反射波Ｐ４を受信した場合の物体Ｏと、タイミングＴ７で反射波Ｐ４を受信した場合の物体Ｏとでは、タイミングＴ５で反射波Ｐ４受信した物体Ｏの方が伝搬路３１に近い場所に位置する。ここで、直接波Ｐ１と反射波Ｐ４との時間差は、薄板３から物体Ｏまでの距離を超音波が往復する時間となる。
【００４４】
なお、本実施形態の構成では、無効期間（実質的にはタイミングＴ１の直後からタイミングＴ４）の間は受信結果を無効化するため、無効期間の長さに応じて、物体Ｏを検知することが可能な最小の距離（最小検知距離）が決まる。具体的には、直接波Ｐ１が超音波受信器２に到達するタイミングＴ１からタイミングＴ２までの時間をｔ１、タイミングＴ１からタイミングＴ４までの時間をｔ２とすると、最小検知距離Ｘ（ｍ）は、下記式（１）から導出することができる。
ｔ１＋（Ｘ／３４０）×２＞ｔ２  …（１）
例えば、ｔ１＝０．６ｍｓ、ｔ２＝１．６ｍｓとすると、最小検知距離Ｘを大凡２０ｃｍ程度とすることができる。
【００４５】
また、物体Ｏから反射される反射波Ｐ４は、超音波送信器１から凸状部３２の間に空気中に放射された空間送信波Ｐ２に対応する反射波Ｐ４ａと、凸状部３２から空気中に放射された空間送信波Ｐ２に対応する反射波Ｐ４ｂと、凸状部３２を過ぎた後に空気中に放射された空間送信波Ｐ２に対応する反射波Ｐ４ｃとに大別される。これらの反射波Ｐ４ａ〜Ｐ４ｃは伝搬路３１に戻ることで、超音波受信器２で受信されるが、伝搬路３１と物体Ｏとの離間距離や物体Ｏの位置によっては、反射波Ｐ４ａ〜Ｐ４ｃの何れか又は全てが合成された反射波（合成反射波Ｐ４’）が超音波受信器２で受信される場合がある。より具体的には、伝搬路３１から空気中に放射される超音波（空間送信波Ｐ２）は一定の放射角θで空気中に放射されるため、伝搬路３１上での異なる位置から放射された空間送信波Ｐ２がほぼ同時に物体Ｏに当たると、反射波Ｐ４ａ〜Ｐ４ｃの何れか又は全てが合成されることになる。
【００４６】
図５の例では、タイミングＴ６で受信された反射波が、上記３つの反射波Ｐ４ａ〜Ｐ４ｃが合成された合成反射波Ｐ４’を示している。なお、合成反射波Ｐ４’が受信された場合であっても、通常の反射波Ｐ４が受信された時と同様に処理を行うことで、直接波Ｐ１が受信されたタイミングＴ２と、合成反射波Ｐ４’が受信されたタイミングＴ６との差分（時間差）から物体Ｏを検知することができる。
【００４７】
以上に説明したように、本実施形態では、パルス状の超音波を送信して伝搬路３１を励振させ、その励振された伝搬路３１を伝搬する超音波のうち、伝搬路３１のみを伝搬する直接波Ｐ１が受信された時間と、伝搬路３１を伝搬する超音波のうち、外部に放射されて物体Ｏで反射した後に伝搬路３１に戻ってくる反射波Ｐ４が受信された時間との差に基づいて、伝搬路３１の近傍に存在する物体Ｏを検知する。
【００４８】
これにより、伝搬路３１の表面の全面を覆うように超音波を放射することができるため、伝搬路３１の全面にわたって、超音波送信器１と超音波受信器２との組をそれぞれ含む複数の超音波センサを２次元的に配列する必要は無い。したがって、物体検知に必要な超音波センサの数を少なくすることができる。また、製造コストを低減しつつ、超音波センサが設置される部位の外観デザイン向上を図ることができる。特に、超音波センサが、車両のドアの近傍の物体を検知することを目的とする場合（要するに、上記薄板３が車両のドアである場合）、車両のドアの表面から超音波センサが露出していると、車両の外観デザインが大きく損なわれてしまう。そのため、以上に説明した本実施形態の超音波センサは、車両のドアの近傍の物体を検知する目的で利用される場合（上記薄板３が車両のドアである場合）において格別に有効である。
【００４９】
また、本実施形態では、超音波送信器１と超音波受信器２との間に設けられた凸状部３２により、外部に放射される空間送信波Ｐ２や、物体Ｏで反射した反射波Ｐ４の信号レベルを増幅する。これにより、本実施形態の超音波センサでは、空間送信波Ｐ２や反射波Ｐ４の信号レベルを上げることができるため、比較例の構成では検知できない範囲に存在する物体Ｏを検知することができる。したがって、本実施形態の超音波センサでは、物体の検知能力の向上を図ることができる。
【００５０】
また、検知部４は、超音波受信器２が受信した超音波のうち、凸状部３２での共振により発生した残響成分を除外して、伝搬路３１の近傍に存在する物体Ｏを検知する。これにより、検知部４は、不要なノイズが除去された信号に基づいて物体Ｏの検知を行うことができるため、物体Ｏの検知精度を向上させることができる。
【００５１】
（変形例１）
上記実施形態では、超音波送信器１と超音波受信器２との間に一組の凸状部３２を設置したが、例えば、図６に示すように、複数組の凸状部３２を設置してもよい。図６の構成とした場合、凸状部３２毎に超音波の信号レベルを増幅させることができるため、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００５２】
（変形例２）
上記実施形態では、伝搬路３１の長辺方向の中心線に対して線対称となる位置に凸状部３２を設置したが、例えば、図７に示すように、非線対称となる位置に凸状部３２を設置してもよい。図７の構成としても、伝搬路３１を伝搬する超音波の信号レベルを凸状部３２で増幅させることができるため、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００５３】
（変形例３）
上記実施形態では、凸状部３２を略矩形状としたが、当該凸状部３２内で超音波を共振させることが可能な形状であればこれに限らない。例えば、図８や図９に示すように、多角形や曲線を含んで凸状部３２を形成してもよい。図８、図９の構成としても、伝搬路３１を伝搬する超音波の信号レベルを凸状部３２で増幅させることができるため、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００５４】
（変形例４）
上記実施形態では、凸状部３２の幅の長さを、超音波送信器１が送信する超音波の半波長の整数倍としたが、これに限らず、非整数倍としてもよい。凸状部３２の幅の長さを半波長の非整数倍とした場合、凸状部３２の幅の長さを半波長の整数倍とした場合とは、凸状部３２内で反射する超音波間の干渉状態が相違する。そのため、凸状部３２で信号レベルが増幅された超音波を、半波長の整数倍としたときの放射角θとは異なる角度で、空気中に超音波を放射させることができる。これにより、例えば、一の放射角では検知が困難な位置に存在する物体Ｏを、他の放射角で放射された超音波により検知することができる。したがって、本変形例の構成を採用することで、検知範囲の拡大を図ることができる。
【００５５】
（変形例５）
上記実施形態では、超音波送信器１から送信される超音波の波長を固定値としたが、変化させる形態としてもよい。この場合、超音波送信器１は、予め定められた一定の周期で送信する超音波の波長を周期的に変化させることで、凸状部３２内で反射する超音波間の干渉状態を一定の周期で変化させる。したがって、本変形例の構成を採用することで、変形例４と同様の効果を奏することができる。
【００５６】
（変形例６）
上記実施形態では、反射波Ｐ４の検知を行わない無効期間を、タイミングＴ３からタイミングＴ４までの期間としたが、タイミングＴ２からタイミングＴ４までの期間又はタイミングＴ１の直後からタイミングＴ４までの期間とする形態としてもよい。この場合においても、不要なノイズ（残響）が除去された信号に基づいて物体Ｏの検知を行うことができるので、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００５７】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。本実施形態は、上述の各実施形態で説明した超音波センサを利用する車両制御システムの実施形態である。車両制御システムは、車両に搭載される制御システムである。図１０は、本実施形態の車両制御システムの概略構成の一例を示す図である。図１０に示すように、車両制御システムは、超音波センサ１００と、車両制御部１１０と、を備え、これらは、例えばＣＡＮ（Controller  Area  Network）などの車載ネットワークを介して接続される。ただし、これに限らず、例えば有線を介して接続される形態であっても構わない。超音波センサ１００は、上述の実施形態の超音波センサを適用することができる。超音波センサ１００は、上述の超音波送信器１、上述の超音波受信器２及び上述の検知部４を備えている。
【００５８】
車両制御部１１０は、例えばＥＣＵ（Engine  Control  Unit）であり、超音波センサ１００による検知結果を用いて、車両を制御する。この例では、車両制御部１１０は、超音波センサ１００による検知結果から、ドアから１０ｃｍの距離に障害物（物体Ｏ）が存在するか否かを判断する。ドアから１０ｃｍの距離に障害物が存在すると判断した場合、車両制御部１１０は、ドアの開放動作を停止させる制御（それ以上ドアが解放されることを防止するための制御）を行い、ドアが障害物に衝突することを回避する。
【００５９】
なお、車両制御部１１０による制御は上記の例に限られるものではない。例えば車両の前方の左右又は後方の左右のコーナーの外装面を上記薄板３として超音波センサ１００を設置する形態において、車両制御部１１０は、超音波センサ１００による検知結果から、コーナー（薄板３）から１０ｃｍの距離に障害物（物体Ｏ）が存在するか否かを判断する形態であってもよい。そして、コーナーから１０ｃｍの距離に障害物が存在すると判断した場合、車両制御部１１０は、車両が障害物に衝突することを回避するよう、車両の走行を制御する形態であってもよい。要するに、車両制御部１１０は、超音波センサ１００による検知結果を用いて車両を制御する形態であればよく、その制御の形態は任意に変更可能である。
【００６０】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【００６１】
また、上述の各実施形態及び変形例は、任意に組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００６２】
１  超音波送信器
２  超音波受信器
３  薄板
３１  伝搬路
３２  凸状部
４  検知部
１００  超音波センサ
１１０  車両制御部
Ｐ１  直接波
Ｐ２  空間送信波
Ｐ３  反射波
Ｐ４  反射波
【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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