(57)【要約】【課題】物体が存在しない位置に物体が存在すると誤って検知する誤検知を抑制することができる物体検知装置を提供する。【解決手段】物体検知装置（１Ｂ）は、周囲の物体に音波を送信する指向性を有する送波器（１０Ｂ）と、音波を受信して、受信結果を示す受波信号（ＳＬ，ＳＲ）を生成する第１及び第２受波器（１１Ｌ，１１Ｒ）と、制御部１３とを備える。制御部は、送波器による音波の送信を制御して、各受波器から受波信号とを取得する。制御部は、送波器に第１の信号波を送信させ、応答する受波信号に基づき物体の位置を検知する。制御部は、第１の信号波に対する指向性とは異なった指向性において第２の信号波を送波器に送信させ、応答する受波信号に基づき物体の位置を検知する。制御部は、第１の信号波に応じて検知された物体の位置を示す第１検知情報と、第２の信号波に応じて検知された物体の位置を示す第２検知情報とに基づいて、物体が存在しない位置を検知する。【選択図】図１６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲の物体に音波を送信する指向性を有する送波器と、
音波を受信して、受信結果を示す第１受波信号を生成する第１受波器と、
前記第１受波器とは異なる位置において音波を受信して、受信結果を示す第２受波信号を生成する第２受波器と、
前記送波器による音波の送信を制御して、前記各受波器から前記第１受波信号と前記第２受波信号とを取得する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記送波器に第１の信号波を送信させ、応答する第１及び第２受波信号に基づき前記物体の位置を検知し、
前記第１の信号波に対する指向性とは異なった指向性において第２の信号波を前記送波器に送信させ、応答する第１及び第２受波信号に基づき前記物体の位置を検知し、
前記第１の信号波に応じて検知された物体の位置を示す第１検知情報と、前記第２の信号波に応じて検知された物体の位置を示す第２検知情報とに基づいて、前記物体が存在しない位置を検知する
物体検知装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記各検知情報から、前記第１検知情報において検知された物体の位置と、前記第２検知情報において検知された物体の位置とが合致しない位置を除去して、前記物体が存在しない位置を検知する
請求項１に記載の物体検知装置。
【請求項３】
前記第１の信号波に対する指向性のビームと、前記第２の信号波に対する指向性のビームとの内の一方が、他方よりも狭い範囲に設定され、
前記制御部は、前記第１の信号波のビームと、前記第２の信号波のビームとが重複して設定された範囲内で、前記第１検知情報において検知された物体の位置と、前記第２検知情報において検知された物体の位置とが合致しない位置を除去する
請求項２に記載の物体検知装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１の信号波に対する指向性のビームと、前記第２の信号波に対する指向性のビームとを互いに異なる向きに設定して、前記第１の信号波に対する指向性とは異なった指向性において前記第２の信号波を前記送波器に送信させる
請求項１〜３のいずれか１項に記載の物体検知装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記第１受波信号と前記第２受波信号とのそれぞれから、前記各信号波に応答する信号成分を抽出し、
前記第１受波信号から抽出された信号成分と、前記第２受波信号から抽出された信号成分との組毎に、前記物体の位置を検知する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の物体検知装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１受波信号から抽出された信号成分毎の楕円と、前記第２受波信号から抽出された信号成分毎の楕円とが交差する交点を算出して、前記物体の位置を検知し、
前記各楕円は、前記送波器の位置における焦点と、前記第１又は第２受波器の位置における焦点とによって規定される
請求項５に記載の物体検知装置。
【請求項７】
前記送波器は、１つ又は複数のサーモホンを含む
請求項６に記載の物体検知装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記第１の信号波の周波数と前記第２の信号波の周波数とを異ならせるように前記サーモホンを制御して、前記第１の信号波に対する指向性とは異なった指向性において前記第２の信号波を送信させる
請求項７に記載の物体検知装置。
【請求項９】
前記送波器は、アレイ状に配置された複数のサーモホンを含み、
前記制御部は、前記第１の信号波を送信するサーモホンの個数と、前記第２の信号波を送信するサーモホンの個数とを異ならせて、前記第１の信号波に対する指向性とは異なった指向性において前記第２の信号波を送信させる
請求項７又は８に記載の物体検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波等の送受信に基づき物体の位置を検知する物体検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、車両等の移動体に搭載され、複数の物体の位置を適性に算出することを目的とした物体検知装置を開示している。この物体検知装置は、車両に複数、取り付けられた超音波センサによる測距センサの検知情報を用いて、三角測量の演算を行うことにより、車両に対する物体の位置を算出する。このとき、実際には存在しない物体であるにもかかわらず、三角測量の演算が成立して位置が算出された物体を、ゴーストと呼んでいる。特許文献１は、ゴーストの位置が算出される場合、実在する物体であるのか、ゴーストであるのかの区別ができないという問題点を開示している。この問題点に対して、ゴーストの位置が算出される場合には、物体が近傍に存在する可能性が高いとの考察から、車両に対して最も近傍に算出される位置を検知結果として、接触回避の制御に用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−８０６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、物体が存在しない位置に物体が存在すると誤って検知する誤検知を抑制することができる物体検知装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る物体検知装置は、送波器と、第１受波器と、第２受波器と、制御部とを備える。送波器は、周囲の物体に音波を送信する指向性を有する。第１受波器は、音波を受信して、受信結果を示す第１受波信号を生成する。第２受波器は、第１受波器とは異なる位置において音波を受信して、受信結果を示す第２受波信号を生成する。制御部は、送波器による音波の送信を制御して、各受波器から第１受波信号と第２受波信号とを取得する。制御部は、送波器に第１の信号波を送信させ、応答する第１及び第２受波信号に基づき物体の位置を検知する。制御部は、第１の信号波に対する指向性とは異なった指向性において第２の信号波を送波器に送信させ、応答する第１及び第２受波信号に基づき物体の位置を検知する。制御部は、第１の信号波に応じて検知された物体の位置を示す第１検知情報と、第２の信号波に応じて検知された物体の位置を示す第２検知情報とに基づいて、物体が存在しない位置を検知する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る物体検知装置によると、物体が存在しない位置に物体が存在すると誤って検知する誤検知を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態１に係る物体検知装置の概要を説明するための図
【図２】実施形態１に係る物体検知装置の構成を示すブロック図
【図３】物体検知装置による物体の検知原理を説明するための図
【図４】物体像の定位において発生する虚像を説明するための図
【図５】実施形態１の物体検知装置による虚像の除去方法を説明するための図
【図６】実施形態１に係る物体検知装置の動作を例示するフローチャート
【図７】実施形態１に係る物体検知装置における各種信号を例示するタイミングチャート
【図８】実施形態１に係る物体検知装置の動作を説明するための図
【図９】物体検知装置の虚像除去処理を例示するフローチャート
【図１０】実施形態１の物体検知装置の動作についてのシミュレーション結果を示す図
【図１１】実施形態２に係る物体検知装置を説明するための図
【図１２】実施形態２に係る物体検知装置の動作を例示するフローチャート
【図１３】実施形態３に係る物体検知装置を説明するための図
【図１４】実施形態３の物体検知装置における送波器の構成例を示す図
【図１５】実施形態３の送波器による種々の周波数における指向性の変化を例示するグラフ
【図１６】実施形態３に係る物体検知装置の動作を例示するフローチャート
【図１７】実施形態４に係る物体検知装置における送波器を例示する図
【図１８】実施形態４の送波器による種々のサイズにおける指向性の変化を例示するグラフ
【図１９】物体検知装置の変形例を説明するための図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、添付の図面を参照して本発明に係る物体検知装置の実施の形態を説明する。
【０００９】
各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。実施形態２以降では実施形態１と共通の事項についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態毎には逐次言及しない。
【００１０】
（実施形態１）
実施形態１では、移動体に搭載される物体検知装置の一例を説明する。
【００１１】
１．構成
１−１．概要
本実施形態に係る物体検知装置の概要を、図１を用いて説明する。
【００１２】
図１（ａ）は、本実施形態に係る物体検知装置１が、移動体の一例として自走ロボット２に搭載された例を示す。本実施形態の物体検知装置１は、例えば超音波の送受信に基づいて、周囲に存在する物体を検知する装置である。物体検知装置１は、例えば、自律走行を行う自走ロボット２に適用可能である。
【００１３】
図１（ｂ）は、図１（ａ）の自走ロボット２が走行する進路を例示する。自走ロボット２は、自機が走行する進路を自律的に決定する。自走ロボット２において、物体検知装置１は、例えば図１（ｂ）に示すように、走行中の自機が周囲の物体３に接触しないように進路を決定するために用いられる。
【００１４】
自走ロボット２においては、実際には物体３が存在しない場所にあたかも物体が存在するような誤検知が生じると、誤検知された物体（即ちゴースト）の場所を避けて進路が決定されてしまう。このため、自走ロボット２において、本来は自機が通過可能な進路を取れない事態を招き、進路決定を効率良く行うことが困難になる。
【００１５】
本実施形態の物体検知装置１は、上記のような誤検知を抑制して、物体３が存在する位置と存在しない位置を精度良く検知する。これにより、自走ロボット２における進路決定を効率良く行うことができる。以下、物体検知装置１の構成の詳細を説明する。
【００１６】
１−２．装置構成
本実施形態の自走ロボット２における物体検知装置１の構成を、図１，２を用いて説明する。図２は、実施形態１に係る物体検知装置１の構成を示すブロック図である。
【００１７】
自走ロボット２は、例えば図２に示すように、物体検知装置１と、ロボット制御部２０と、駆動部２１とを備える。本実施形態に係る物体検知装置１は、１つの送波器１０と、２つの受波器１１Ｌ，１１Ｒと、制御部１３と、記憶部１４とを備える。物体検知装置１は、例えば図１（ａ）に示すように、自走ロボット２の進行方向における前方に向かって、自走ロボット２の水平方向に沿って取り付けられる。例えば、送波器１０は、物体検知装置１の中央に設けられる。
【００１８】
送波器１０は、例えば熱励起型の音波発生装置であるサーモホンで構成される。送波器１０は、例えば２０ｋＨｚ以上の周波数を有する超音波を発生させる。サーモホンによると、例えば単パルスのような短い音波を発声可能である。送波器１０は、サーモホン等の音源を駆動する駆動回路などを含んでもよい。送波器１０の駆動回路により、発生させる音波の周波数、強度、信号長および指向性等が設定されてもよい。送波器１０は必ずしも超音波に限らず、種々の周波数帯の音波を発生させてもよい。
【００１９】
本実施形態の送波器１０は、特に指向性を持たない各種の無指向性音源であってもよい。送波器１０は、可変又は固定の指向性音源であってもよい。送波器１０はサーモホンに限らず、例えば圧電共振型の超音波トランスデューサ等であってもよい。
【００２０】
２つの受波器１１Ｌ，１１Ｒは、例えばそれぞれマイクロホンで構成され、別々の位置に配置される。各受波器１１Ｌ，１１Ｒと送波器１０間の距離は、予め設定されている。図１（ａ）の例では自走ロボット２の前方に向かって、水平方向における送波器１０の左側に、一方の受波器１１Ｌが設けられ、他方の受波器１１Ｒは送波器１０の右側に設けられる。本実施形態の各受波器１１Ｌ，１１Ｒは、無指向性であってもよいし、種々の指向性を適宜、有してもよい。
【００２１】
制御部１３は、物体検知装置１の全体動作を制御する。制御部１３は、例えばマイクロコンピュータで構成され、ソフトウェアと協働して所定の機能を実現する。制御部１３は、記憶部１４に格納されたデータ及びプログラムを読み出して種々の演算処理を行い、各種の機能を実現する。制御部１３は、例えばロボット制御部２０及び駆動部２１に各種信号を出力可能な出力インタフェースを含む。制御部１３は、ロボット制御部２０及び駆動部２１から各種情報を取得する入力インタフェースを含んでもよい。
【００２２】
なお、制御部１３は、所定の機能を実現するように設計された専用の電子回路や再構成可能な電子回路などのハードウェア回路であってもよい。制御部１３は、ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等の種々の半導体集積回路で構成されてもよい。
【００２３】
記憶部１４は、制御部１３の機能を実現するために必要なプログラム及びデータを記憶する記憶媒体であり、例えばフラッシュメモリで構成される。例えば、記憶部１４は、所定領域分の二次元座標を記憶可能な記憶領域を有し、座標データ（後述）を記憶する。
【００２４】
ロボット制御部２０は、自走ロボット２の全体動作を制御する。ロボット制御部２０は、例えばソフトウェアと協働して所定の機能を実現するＣＰＵ等を含む。ロボット制御部２０は、例えば内部メモリに格納されたデータ及びプログラムを読み出して種々の演算処理を行い、各種の機能を実現する。ロボット制御部２０は、所定の機能を実現するように設計された専用の電子回路や再構成可能な電子回路などのハードウェア回路であってもよい。ロボット制御部２０は、ＣＰＵ、ＭＰＵ、マイコン、ＤＳＰ、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ等の種々の半導体集積回路で構成されてもよい。
【００２５】
本実施形態の駆動部２１は、自走ロボット２を移動させる各種のアクチュエータ及びモータ等を含む。駆動部２１は、例えば自走ロボット２を並進駆動する。駆動部２１は、自走ロボット２を回転駆動してもよい。本実施形態の物体検知装置１は、駆動部２１と一体的に提供されてもよい。また、駆動部２１は、ロボット制御部２０を経由して、制御部１３に制御されてもよい。
【００２６】
２．動作
以上のように構成される物体検知装置１の動作について、以下説明する。
【００２７】
２−１．検知原理について
物体検知装置１による物体３の検知原理について、図３を用いて説明する。図３では、物体３の検知が行われるＸ，Ｙ方向を例示している。例えば、Ｘ方向は物体検知装置１が取り付けられた自走ロボット２の水平方向に対応し、Ｙ方向は進行方向に対応する。
【００２８】
本実施形態の物体検知装置１において、送波器１０は、例えば単パルス状の超音波（以下「パルス波」という）を、特に指向性を持たせず放射する。例えば無指向性のパルス波は、送波器１０の送波位置Ｐ１０を中心として同心円状に広がるように伝搬し、物体３に到達すると反射される。各受波器１１Ｌ，１１Ｒは、各々の受波位置Ｐ１１Ｌ，Ｐ１１Ｒにおいて、パルス波が物体３で反射された反射波、即ちパルス波のエコーを受信する。
【００２９】
例えば物体検知装置１は、送波器１０がパルス波を放射してから、各受波器１１Ｌ，１１Ｒがパルス波のエコーを受信するまでの応答期間、即ちパルス波の伝搬期間をそれぞれ測定する。測定された各伝搬期間は、既知の音速を乗じることにより、パルス波が送波位置Ｐ１０から物体３を経由して、エコーとして各々の受波位置Ｐ１１Ｌ，Ｐ１１Ｒに伝搬する伝搬距離に対応する。
【００３０】
本実施形態の物体検知装置１による物体３の検知原理は、双方の受波器１１Ｌ，１１Ｒまでのパルス波の伝搬距離に応じた２種類の楕円Ｅ１，Ｅ２を用いる。楕円Ｅ１，Ｅ２は、２つの焦点を有する二次曲線である。なお、説明の便宜上、幾何学的に厳密ではない態様で、図３における楕円Ｅ１，Ｅ２の焦点等を図示している（以下同様）。
【００３１】
双方の楕円Ｅ１，Ｅ２における１つの焦点は共通して、送波器１０の送波位置Ｐ１０に位置する。左方の受波器１１Ｌに関する楕円Ｅ１における残りの焦点は、受波位置Ｐ１１Ｌに位置する。楕円Ｅ１は、楕円Ｅ１上の各点から送波位置Ｐ１０までの距離と、当該点から受波位置Ｐ１１Ｌまでの距離との和が、当該受波器１１Ｌまでのパルス波の伝搬距離となるように規定される。右方の受波器１１Ｒに関する楕円Ｅ２も同様に、残りの焦点が受波位置Ｐ１１Ｒに位置し、当該受波器１１Ｒまでのパルス波の伝搬距離に応じて規定される。このような楕円Ｅ１，Ｅ２によると、パルス波を反射した物体３が楕円Ｅ１，Ｅ２上に位置することが推定できる。
【００３２】
以上の検知原理より、本実施形態の物体検知装置１は、２種類の楕円Ｅ１，Ｅ２が交わる交点を演算することにより、物体３の検知結果を示す物体像Ｑを定位（位置算出）する。以下、上記の物体像Ｑのように実在する物体に対応する物体像を「実像」といい、実在する物体に対応していない物体像を「虚像」という。
【００３３】
２−１−１．虚像とその除去方法について
物体像Ｑの定位において発生する虚像について、図４を用いて説明する。図４は、２個の物体３１，３２がある場合に、パルス波の送受信を１回行って、得られる楕円Ｅ１１〜Ｅ２２及び物体像Ｑ１〜Ｑ４を例示している。この場合、各々の物体３１，３２からのエコーに対応して、左方の受波器１１Ｌの受信結果から２つの楕円Ｅ１１，Ｅ１２が求められる。同様に、右方の受波器１１Ｒの受信結果からも２つの楕円Ｅ２１，Ｅ２２が求められる。
【００３４】
図４の例において、楕円Ｅ１１と楕円Ｅ２１間の交点によって定位される物体像Ｑ１は、物体３１に対応する実像である。又、楕円Ｅ１２と楕円Ｅ２２間の交点による物体像Ｑ２は、物体３２に対応する実像である。一方、楕円Ｅ１１と楕円Ｅ２２間の交点による物体像Ｑ３、及び楕円Ｅ１２と楕円Ｅ２１間の交点による物体像Ｑ４は、物体３１，３２には対応していない虚像である。但し、図４の例の代わりに、各物体３１，３２が物体像Ｑ３，Ｑ４の位置にある場合、物体像Ｑ３，Ｑ４が実像となり、物体像Ｑ１，Ｑ２が虚像となる。
【００３５】
上記のような虚像は、物体３１，３２が実在していない位置にまで、物体像Ｑ３，Ｑ４が誤検知される事態を招く。例えば多数の物体の存在下で受信されるエコーが増えるほど、多数の虚像が発生して誤検知が多発してしまう。これに対して、本実施形態では、物体検知装置１の移動前後のパルス波の送受信を用いて、虚像の物体像Ｑ３，Ｑ４を除去する。
【００３６】
図５を用いて、本実施形態の物体検知装置１による虚像の除去方法を説明する。本実施形態の物体検知装置１は、１回目にパルス波の送受信を行った位置から微小に移動して、２回目のパルス波を送受信する。図５は、図４の後に２回目のパルス波の送受信を行って、得られる楕円Ｅ１１’〜２２’及び物体像Ｑ１’〜 Ｑ４’を例示している。なお、図４，５の例では、特に物体３１，３２は動かない場合を想定している。
【００３７】
物体検知装置１の微小移動によると、２回目のパルス波の伝搬距離に基づく楕円Ｅ１１’〜２２’の形状は、移動後の送波位置Ｐ１０’及び受波位置Ｐ１１Ｌ’，Ｐ１１Ｒ’に応じて、１回目の楕円Ｅ１１〜２２の形状（図４）から変化することとなる。これにより、移動後における虚像の物体像Ｑ３’，Ｑ４’の位置は、移動前における虚像の物体像Ｑ３，Ｑ４の位置からずれることとなる。一方、実像の物体像Ｑ１’，Ｑ２’は、実在する物体３１，３２の位置のままであり、１回目と２回目で合致することが推定される。
【００３８】
そこで、本実施形態の物体検知装置１は、１回目のパルス波の送受信から定位される物体像Ｑ１〜Ｑ４と２回目の定位による物体像Ｑ１’〜Ｑ４ ’との比較によって虚像を除去し、残った実像に対応する物体３１，３２の位置を検知する。以下、本実施形態の物体検知装置１の動作の詳細を説明する。
【００３９】
２−２．動作の詳細
実施形態１に係る物体検知装置１の動作の詳細について、図４〜９を用いて説明する。
【００４０】
図６は、本実施形態に係る物体検知装置１の動作を例示するフローチャートである。図７は、物体検知装置１における各種信号を例示するタイミングチャートである。図８は、物体検知装置１の動作を説明するための図である。図６のフローチャートに示す各処理は、物体検知装置１の制御部１３によって、例えば所定の周期で繰り返し実行される。
【００４１】
図７（ａ）〜（ｃ）は、図４，５の例に対応している。図７（ａ）は、送波器１０によるパルス波Ｗ１のタイミングを示す。図７（ｂ）は、図７（ａ）に応答する各受波器１１Ｌ，１１Ｒの受波信号ＳＬ，ＳＲの、実像としてのタイミングを示す。図７（ｃ）は、図７（ａ）に応答する各受波器１１Ｌ，１１Ｒの受波信号ＳＬ，ＳＲの、虚像としてのタイミングを示す。
【００４２】
図６のフローチャートにおいて、まず、物体検知装置１の制御部１３は、パルス波Ｗ１を送信するように送波器１０を制御する（Ｓ１）。図７（ａ）の例のパルス波Ｗ１は、時刻ｔ０において、送波器１０から外部に放射、即ち送信されている。
【００４３】
次に、制御部１３は、双方の受波器１１Ｌ，１１Ｒから、各々の受信結果を示す受波信号ＳＬ，ＳＲを取得する（Ｓ２）。図７（ｂ）において、図７（ａ）に応じた、左方の受波器１１Ｌによる受波信号ＳＬと、右方の受波器１１Ｒによる受波信号ＳＲとをそれぞれ示す。
【００４４】
制御部１３は、取得した各受波信号ＳＬ，ＳＲに基づいて、所定期間Ｔ１中に、双方の受波器１１Ｌ，１１Ｒがパルス波Ｗ１のエコーを受信したか否かを判断する（Ｓ３）。所定期間Ｔ１は、例えば物体検知装置１において物体を検知する範囲の上限とする距離に対応する伝搬期間を考慮して設定される。
【００４５】
ステップＳ３の判断は、例えば、左方の受波器１１Ｌの受波信号ＳＬが所定レベルを超えるエコー成分Ｗ２を少なくとも１つ含み、且つ右方の受波器１１Ｒの受波信号ＳＲも所定レベルを超えるエコー成分Ｗ２を少なくとも１つ含む場合に「ＹＥＳ」に進み、それ以外の場合には「ＮＯ」に進む。所定レベルは、パルス波Ｗ１のエコーが受信された場合に想定される受波信号ＳＬ，ＳＲの信号レベルと、雑音の信号レベル等を分別する観点から適宜、設定される。例えば、図７（ｂ）の例では、双方の受波信号ＳＬ，ＳＲがそれぞれ２つのエコー成分Ｗ２を含んでいることから、制御部１３はステップＳ３で「ＹＥＳ」に進む。
【００４６】
制御部１３は、双方の受波器１１Ｌ，１１Ｒがパルス波Ｗ１のエコーを受信したと判断すると（Ｓ３でＹＥＳ）、双方の受波信号ＳＬ，ＳＲから、個別にエコー成分Ｗ２を抽出する（Ｓ４）。例えば、制御部１３は、パルス波Ｗ１が送信された時刻ｔ０を基準として、受波器１１Ｌ，１１Ｒ毎に受波信号ＳＬ，ＳＲが上記の所定レベルを超えたタイミングを順次、測定する。
【００４７】
図７（ｂ）の例のステップＳ４では、左方の受波器１１Ｌの受波信号ＳＬにおいては、１つ目のエコー成分Ｗ２の時刻ｔ１１と、２つ目のエコー成分Ｗ２の時刻ｔ１２とが測定される。さらに、右方の受波器１１Ｒの受波信号ＳＲにおいて、１つ目のエコー成分Ｗ２の時刻ｔ２１と、２つ目のエコー成分Ｗ２の時刻ｔ２２とが測定される。この場合、各受波器１１Ｌ，１１Ｒにおけるエコー成分Ｗ２の個数が２個であることから、パルス波Ｗ１を反射した物体３１，３２の個数が２個であることが推定できる。ステップＳ４において、制御部１３は、上記のように推定される物体の個数を取得してもよい。
【００４８】
次に、制御部１３は、左方の受波器１１Ｌの受波信号ＳＬにおけるエコー成分Ｗ２と、右方の受波器１１Ｒの受波信号ＳＲにおけるエコー成分Ｗ２間の組合せに基づいて、物体像の座標データＤ１を生成する（Ｓ５）。図８（ａ）に、１回目のパルス波Ｗ１の送受信で得られる物体像の座標データＤ１を例示する。物体像の座標データＤ１は、例えば（Ｘ，Ｙ）座標上で、定位される各物体像Ｑ１〜Ｑ４の位置を示す。
【００４９】
例えば図７（ｂ）の例において、左方の受波器１１Ｌにおける１つ目のエコー成分Ｗ２は、時刻ｔ０から時刻ｔ１１までの伝搬期間（＝伝搬距離／音速）に基づいた、左方の受波位置Ｐ１１Ｌが焦点の楕円Ｅ１１に対応している（図４参照）。同様に、右方の受波器１１Ｒにおける１つ目のエコー成分Ｗ２は、時刻ｔ２１までの伝搬期間に基づいた、右方の受波位置Ｐ１１Ｒが焦点の楕円Ｅ２１に対応している。制御部１３は、上記２つのエコー成分Ｗ２の組合せに対応する物体像Ｑ１の位置として、楕円Ｅ１１，Ｅ１２間の交点を算出する（Ｓ５）。
【００５０】
ステップＳ５において、制御部１３は、左方の受波器１１Ｌのエコー成分Ｗ２と右方の受波器１１Ｒのエコー成分Ｗ２間の全ての組み合わせについて網羅的に、楕円Ｅ１１，Ｅ１２と楕円Ｅ２１，Ｅ２２間の交点を算出する。図７（ｃ）は、図７（ｂ）と同じ受波信号ＳＬ，ＳＲにおける図７（ｂ）とは別のエコー成分Ｗ２の組合せを示す。図７（ａ）〜（ｃ）の例では、左方の受波信号ＳＬにおける２つのエコー成分Ｗ２と、右方の受波信号ＳＲにおける２つのエコー成分Ｗ２との組による４つの交点が、各物体像Ｑ１〜Ｑ４の位置として算出される。制御部１３は、例えばステップＳ５の算出結果として、全ての物体像Ｑ１〜Ｑ４の位置を含む座標データＤ１を記憶部１４に記録する。
【００５１】
なお、制御部１３は、双方の受波器１１Ｌ，１１Ｒがパルス波Ｗ１のエコーを受信していないと判断すると（Ｓ３でＮＯ）、特にステップＳ４，Ｓ５の処理を行わず、ステップＳ１以降の処理を再度、実行する。
【００５２】
制御部１３は、パルス波Ｗ１の送受信が２回目か、又は２回目でなく１回目かを判断する（Ｓ６）。ステップＳ６の判断対象の回数は、双方の受波器１１Ｌ，１１Ｒがパルス波Ｗ１のエコーを受信したと判断された場合（Ｓ３でＹＥＳ）の回数に対応しており、ステップＳ３で「ＮＯ」に進んだ場合の回数は含まれない。
【００５３】
パルス波Ｗ１の送受信が１回目である場合（Ｓ６でＮＯ）、制御部１３は、所定の移動量の分、物体検知装置１と共に自走ロボット２を移動させるように、駆動部２１を制御する（Ｓ７）。所定の移動量は、虚像に対応する交点の位置ずれが生じることが想定され、且つ自走ロボット２の移動としては微小と考えられる程度の距離を示す。
【００５４】
次に、制御部１３は、ステップＳ１以降の処理を再度、行って、２回目のパルス波Ｗ１の送受信を実行する（Ｓ１〜Ｓ５）。図８（ｂ）に、２回目のパルス波Ｗ１の送受信で得られる物体像の座標データＤ２を例示する。制御部１３は、２回目のパルス波Ｗ１の送受信に基づき物体像の座標データＤ２を生成する際に（Ｓ５）、１回目の座標データＤ１からステップＳ７の移動量の分の補正を行う。
【００５５】
２回目のパルス波Ｗ１の送受信が行われると（Ｓ６でＹＥＳ）、制御部１３は、１回目の測定結果と２回目の測定結果との比較によって虚像を除去する虚像除去処理を実行する（Ｓ８）。本実施形態における虚像除去処理の一例を図９に示す。以下では、１つの物体像毎に虚像か実像かを判定する処理例を説明する。
【００５６】
例えば、制御部１３は、１回目の座標データＤ１の中から、判定対象とする１つの物体像を選択し（Ｓ２１）、選択した物体像が、２回目の座標データＤ２の中のいずれかの物体像と重畳するか否かを判断する（Ｓ２２）。ステップＳ２２の判断は、例えば、１回目の座標データＤ１おける判定対象の物体像の位置から所定の許容誤差の範囲内に、２回目の座標データＤ２における物体像があるか否かに基づき行われる。許容誤差は、虚像が１回目と２回目との間でずれると想定される距離よりも小さい距離に設定される。
【００５７】
例えば図８（ａ），（ｂ）の例において、１回目の物体像Ｑ３は、２回目の物体像Ｑ１’〜 Ｑ４’と重畳しておらず（Ｓ２２でＮＯ）、虚像であると判定できる。制御部１３は、１回目の座標データＤ１から選択した物体像が２回目の座標データＤ２中の物体像と重畳しないと判断すると（Ｓ２２でＮＯ）、例えば座標データＤ１において選択した物体像を消去して（図８（ａ），（ｃ）参照）、虚像を除去する（Ｓ２３）。
【００５８】
一方、図８（ａ）の例の物体像Ｑ１は、図８（ｂ）の例の物体像Ｑ１’と重畳しており（Ｓ２２でＹＥＳ）、実像であると判定できる。制御部１３は、１回目の座標データＤ１から選択した物体像が２回目の座標データＤ２中の物体像と重畳すると判断すると（Ｓ２２でＹＥＳ）、座標データＤ１において、選択した物体像を実像として保持する（Ｓ２４）。
【００５９】
制御部１３は、例えば１回目の座標データＤ１における全ての物体像Ｑ１〜Ｑ４について上記の判定が行われるまで（Ｓ２５でＮＯ）、順次、未選択の物体像を判定対象としてステップＳ２１以降の処理を繰り返す。全ての物体像が実像か虚像か判定されると（Ｓ２５でＹＥＳ）、制御部１３は、本フローチャートによる虚像除去処理を終了する。図８（ｃ）は、虚像除去処理によって処理された結果として得られる座標データＤ３を示す。
【００６０】
図６に戻り、制御部１３は、虚像除去処理（Ｓ８）の処理結果の座標データＤ３を、物体検知装置１による物体の検知結果として、例えばロボット制御部２０に出力する（Ｓ９）。例えば図８（ｃ）に示すように、出力される座標データＤ３は、実像と判定された物体像Ｑ１，Ｑ２の位置を含む。
【００６１】
制御部１３は、実像の座標データＤ３を出力すると（Ｓ９）、例えば記憶部１４における各座標データＤ１〜Ｄ３を消去して、本フローチャートによる処理を終了する。
【００６２】
以上の処理によると、物体検知装置１は、パルス波Ｗ１の送受信１回当たりでは虚像が含まれる、移動前後の２回分の座標データＤ１，Ｄ２を比較して、虚像の物体像Ｑ３，Ｑ４を判定して除去することで（Ｓ８）、同物体像Ｑ３，Ｑ４を除去した位置が、物体３１，３２が存在しない位置であることを検知する（Ｓ９）。これにより、物体３１，３２が存在しない位置に物体が存在すると誤検知することを抑制でき、例えば自走ロボット２による進路決定の効率化を図れる。
【００６３】
以上のステップＳ７において、物体検知装置１が、所定の移動量の分、駆動部２１に自走ロボット２を駆動させる例を説明した。これに代えて、物体検知装置１は、例えば自走ロボット２の移動中にステップＳ１〜Ｓ６の処理を繰り返してもよい。この場合、制御部１３は、連続した２回のパルス波Ｗ１の送信時の間の移動量を、駆動部２１又はロボット制御部２０から取得して、２回目の座標データＤ２の生成に用いることができる。
【００６４】
以上で説明した図９の虚像除去処理（Ｓ８）は一例であり、特に図９の例に限定されない。例えば、１回目の座標データＤ１と２回目の座標データＤ２とを入れ替えて図９と同様の処理が行われてもよい。また、制御部１３は、１回目の座標データＤ１と２回目の座標データＤ２と間の積を演算してもよい。例えば図８（ａ）の座標データＤ１と図８（ｂ）の座標データＤ２とを重畳して、所定の許容誤差の範囲内で一方の物体像Ｑ１〜Ｑ４と他方の物体像Ｑ１’〜Ｑ４’間の重なりの有無を判断し、重なっていない物体像Ｑ３，Ｑ４を消去する演算が行われてもよい。これによっても、上記の虚像除去処理（Ｓ８）と同様の効果を得ることができる。
【００６５】
図１０は、本実施形態の物体検知装置１の動作についてのシミュレーション結果を示す。図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）では、物体検知装置１の送波器１０と双方の受波器１１Ｌ，１１Ｒとの移動に伴う実像と虚像の変化を数値シミュレーションした。図１０の横軸はＸ方向を示し、縦軸はＹ方向を示す。図１０では無次元系を用いているが、例えばｃｍ単位で考えてもよい。
【００６６】
図１０（ａ）は、物体検知装置１の送波器１０と双方の受波器１１Ｌ，１１Ｒとがそれぞれ初期位置（０，０）、（−１，０）、（１，０）にある場合の実像と虚像を示す。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）から物体検知装置１がＹ方向に０．５移動した場合の実像と虚像を示し、図１０（ｃ）は、図１０（ｂ）からさらに物体検知装置１がＹ方向に０．５移動した場合の実像と虚像を示す。図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、物体検知装置１の移動が微小であっても、虚像は大幅に変位する。よって、本実施形態の物体検知装置１によると、移動前後の物体像を比較することにより、虚像を除去できることが確認された。
【００６７】
３．まとめ
以上のように、本実施形態の物体検知装置１は、少なくとも１つの送波器１０と、第１受波器の一例として左方の受波器１１Ｌと、第２受波器の一例として右方の受波器１１Ｒと、制御部１３とを備える。送波器１０は、周囲の物体３に音波を送信する。左方の受波器１１Ｌは、音波を受信して、受信結果を示す受波信号ＳＬ（第１受波信号）を生成する。右方の受波器１１Ｒは、左方の受波器１１Ｌとは異なる位置において音波を受信して、受信結果を示す受波信号ＳＲ（第２受波信号）を生成する。制御部１３は、送波器１０による音波の送信を制御して、各受波器１１Ｌ，１１Ｒから受波信号ＳＬ．ＳＲを取得する。制御部１３は、第１の信号波の一例のパルス波Ｗ１を送波器１０に送信させ（Ｓ１）、応答する受波信号ＳＬ，ＳＲに基づき物体３１，３２の位置を物体像Ｑ１〜Ｑ４として検知する（Ｓ５）。制御部１３は、１回目のパルス波Ｗ１が送信される送波器１０の送波位置Ｐ１１と左方の受波器１１Ｌの受波位置Ｐ１１Ｌと右方の受波器１１Ｒの受波位置Ｐ１１Ｒとの内の少なくとも１つが異なった状態で、第２の信号波の一例として２回目のパルス波Ｗ１を送波器１０に送信させ（Ｓ６，Ｓ７，Ｓ１）、応答する受波信号ＳＬ，ＳＲに基づき物体３１，３２の位置を物体像Ｑ１’〜Ｑ４’として検知する（Ｓ５）。制御部１３は、第１の信号波に応じて検知された物体像Ｑ１〜Ｑ４を示す第１検知情報の一例の座標データＤ１と、第２の信号波に応じて検知された物体像Ｑ１’〜Ｑ４’を示す第２検知情報の一例の座標データＤ２とに基づいて、物体３１，３２が存在しない位置である虚像の物体像Ｑ３，Ｑ４を検知する（Ｓ８）。
【００６８】
以上の物体検知装置１によると、１回目の検知結果の座標データＤ１と２回目の検知結果の座標データＤ２とに含まれる、虚像の物体像Ｑ３，Ｑ４が検知され、物体３１，３２が存在しない位置に物体が存在すると誤って検知する誤検知を抑制することができる。
【００６９】
本実施形態において、制御部１３は、第１検知情報の座標データＤ１において検知された物体の位置（Ｑ１〜Ｑ４）と、第２検知情報の座標データＤ２において検知された物体の位置（Ｑ１’〜Ｑ４’）とが合致しない位置（Ｑ３〜Ｑ４）を、座標データＤ１，Ｄ２から除去して、物体が存在しない位置を検知する（Ｓ２２でＮＯ，Ｓ２３）。これにより、虚像の物体像Ｑ３，Ｑ４を除去して、存在しない物体の誤検知を抑制することができる。
【００７０】
本実施形態において、制御部１３は、受波信号ＳＬ，ＳＲのそれぞれから、各回のパルス波Ｗ１に応答する信号成分としてエコー成分Ｗ２を抽出する（Ｓ４）。制御部１３は、各回のパルス波Ｗ１に応答して、受波信号ＳＬから抽出されたエコー成分Ｗ２と、受波信号ＳＲから抽出されたエコー成分Ｗ２との組毎に、物体３１，３２の位置として物体像Ｑ１〜Ｑ４を検知する（Ｓ５）。これにより、複数の物体３１，３２が存在する場合にも、各物体３１，３２の位置を漏れなく検知することができる。
【００７１】
本実施形態において、制御部１３は、受波信号ＳＬから抽出されたエコー成分Ｗ２毎の楕円Ｅ１１，Ｅ１２と、受波信号ＳＲから抽出されたエコー成分Ｗ２毎の楕円Ｅ２１，Ｅ２２とが交差する交点を算出して、物体像Ｑ１〜Ｑ４を検知する（Ｓ５，図４参照）。各楕円Ｅ１１〜Ｅ２２は、送波器１０の送波位置Ｐ１０における焦点と、左方又は右方の受波器１１Ｒ，１１Ｒの受波位置Ｐ１１Ｌ，Ｐ１１Ｒにおける焦点とによって規定される。楕円Ｅ１１〜Ｅ２２間の交点算出の検知原理により、２つの受波器１１Ｌ，１１Ｒによる簡単な構成で各物体３１，３２の位置を検知することができる。
【００７２】
本実施形態において、物体検知装置１は、駆動する駆動部２１をさらに備えてもよい。駆動部２１は、物体検知装置１と共に自走ロボット２を駆動して、送波器１０の送波位置Ｐ１０と左方の受波器１１Ｌの受波位置Ｐ１１Ｌと右方の受波器１１Ｒの受波位置Ｐ１１Ｒとを変更することができる。制御部１３は、１回目のパルス波Ｗ１が送信されてから駆動部２１が駆動した後に（Ｓ７）、２回目のパルス波Ｗ１を送波器１０に送信させる（Ｓ１）。送波位置Ｐ１０及び受波位置Ｐ１１Ｌ，Ｐ１１Ｒを異ならせたパルス波Ｗ１の送受信に基づいて、虚像の除去を行うことができる。
【００７３】
本実施形態において、駆動部２１は、物体検知装置１を並進させる。駆動部２１は、例えばステップＳ７において、物体検知装置１を回転させてもよい。この場合であっても、送波位置Ｐ１０と受波位置Ｐ１１Ｌ，Ｐ１１Ｒの少なくとも１つを回転前後で異ならせて、上記と同様に虚像の除去を行うことができる。
【００７４】
本実施形態において、送波器１０は、１つ又は複数のサーモホンを含んでもよい。サーモホンは、指向性、周波数の自由度が大きく、時間的に短いパルスを放射可能である。よって、送波器１０としてサーモホンを用いることで、空間分解能を高く取れ、虚像除去の効果を得やすい。
【００７５】
（実施形態２）
実施形態１では、１つの送波器１０を用いる物体検知装置１について説明した。実施形態２では、２つの送波器を用いる物体検知装置について説明する。
【００７６】
１．構成
実施形態２に係る物体検知装置の構成について、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態に係る物体検知装置１Ａを説明するための図である。
【００７７】
本実施形態の物体検知装置１Ａは、実施形態１の物体検知装置１と同様の構成において、図１１に示すように、別々の送波位置Ｐ１０ａ，Ｐ１０ｂから音波を送信する２つの送波器１０ａ，１０ｂを備える。本実施形態の物体検知装置１Ａは、各送波器１０ａ，１０ｂから送信される音波のエコーが、各受波器１１Ｌ，１１Ｒの受波信号ＳＬ，ＳＲ別々に識別可能に構成される。図１１では、図４と同様に２個の物体３１，３２がある場合に、各送波器１０ａ，１０ｂからの音波を用いて得られる楕円Ｅ１１ａ〜Ｅ２２ａ，Ｅ１１ｂ〜Ｅ２２ｂを例示している。
【００７８】
一方の送波器１０ａからの音波によって得られる楕円Ｅ１１ａ〜Ｅ２２ａは、当該送波器１０ａの送波位置Ｐ１０ａを焦点として有する。これに対して、他方の送波器１０ｂからの音波によって得られる楕円Ｅ１１ｂ〜Ｅ２２ｂは、当該送波器１０ｂの送波位置Ｐ１０ｂを焦点として有し、上記の楕円Ｅ１１ａ〜Ｅ２２ａとは異なる形状を有する。このため、一方の送波器１０ａからの楕円Ｅ１１ａ〜Ｅ２２ａの交点にある虚像の物体像Ｑ３ａ，Ｑ４ａの位置と、他方の送波器１０ｂからの楕円Ｅ１１ｂ〜Ｅ２２ｂの交点にある虚像の物体像Ｑ３ｂ，Ｑ４ｂの位置とは、合致せずにずれることとなる。一方、実像の物体像Ｑ１ａ，Ｑ２ａ，Ｑ１ｂ，Ｑ２ｂは、物体３１，３２の位置において合致すると推定できる。
【００７９】
以上のように、一方の送波器１０ａからの音波によって定位される物体像Ｑ１ａ〜Ｑ４ａと、他方の送波器１０ｂからの音波によって定位される物体像Ｑ１ｂ〜Ｑ４ｂとを比較することにより、実施形態１と同様に虚像を除去することができる。この際、本実施形態では特に物体検知装置１Ａを移動させなくても、物体３１，３２が実在する位置と実在しない位置を精度良く検知することができる。
【００８０】
本実施形態において、各々の送波器１０ａ，１０ｂは、実施形態１の送波器１０と同様に構成されてもよい。例えば、図６のステップＳ７の代わりに、２つの送波器１０ａ，１０ｂ間で、１回目のステップＳ１と２回目のステップＳ１とで音波を送信する送波器が切り替えられる。この場合、各送波器１０ａ，１０ｂからの音波は、時系列で識別可能であることから、同じパルス波など同種の信号波であってもよい。
【００８１】
また、本実施形態の各送波器１０ａ，１０ｂは、互いに別種の信号波を送信可能に構成されてもよい。例えば、一方の送波器１０ａが送信する第１の信号波と、他方の送波器１０ｂが送信する第２の信号波とは、互いに異なる周波数を有してもよい。波数を変えるほか、それぞれの音波を他と直交する符号で変調して受波後に、マッチドフィルタで復調する方法もとり得る。この場合、物体検知装置１Ａは、各信号波を同時に送信して動作可能である、以下、このような物体検知装置１Ａの動作例を説明する。
【００８２】
２．動作
実施形態２に係る物体検知装置１Ａの動作例を、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施形態に係る物体検知装置１Ａの動作を例示するフローチャートである。
【００８３】
実施形態１の物体検知装置１は、移動前後で２回のパルス波の送受信を行った（図６のＳ６，Ｓ７）。本実施形態において、物体検知装置１Ａの制御部１３は、実施形態１と同様の処理において（図６）、ステップＳ６，Ｓ７の代わりに、２つの送波器１１ａ，１１ｂからそれぞれ第１及び第２の信号波を送信させる（Ｓ１Ａ）。また、制御部１３は、双方の受波器１１Ｌ，１１Ｒが第１の信号波のエコーと第２の信号波のエコーとを受信したか否かを判断し（Ｓ３Ａ）、各信号波についてのエコー成分を識別して双方の受波信号ＳＬ，ＳＲから抽出する（Ｓ４Ａ）。
【００８４】
さらに、制御部１３は、第１の信号波と第２の信号波とのそれぞれに関して、図６のステップＳ５と同様に、物体像の座標データを生成する（Ｓ５ａ，Ｓ５ｂ）。これにより、第１の信号波に関する座標データにおいて一方の送波器１１ａによる物体像Ｑ１ａ〜Ｑ４ａが定位され（Ｓ５ａ）、第２の信号波に関する座標データにおいて他方の送波器１１ｂによる物体像Ｑ１ｂ〜Ｑ４ｂが定位される（Ｓ５ｂ）。
【００８５】
本実施形態の虚像除去処理（Ｓ８Ａ）は、上記の物体像Ｑ１ａ〜Ｑ４ａの座標データと物体像Ｑ１ｂ〜Ｑ４ｂの座標データ間の比較に関して、実施形態１と同様に行われる。これにより、実施形態１と同様に、信号波１回当たりで定位される物体像Ｑ１ａ〜Ｑ４ａに含まれる虚像を判定して除去し、物体３１，３２が存在しない位置が検知できる。
【００８６】
３．まとめ
以上のように、本実施形態の物体検知装置１Ａは、少なくとも１つの送波器として、互いに異なる送波位置Ｐ１０ａ，Ｐ１０ｂに配置された２つの送波器１０ａ，１０ｂを含む。２つの送波器１０ａ，１０ｂにおいて、一方の送波器１０ａは第１の信号波を送信し、他方の送波器１０ｂは第２の信号波を送信する。互いに異なる送波位置Ｐ１０ａ，Ｐ１０ｂから送信された各信号波に基づく２回分の検知情報を用いて、実施形態１と同様に、虚像の誤検知を抑制することができる。
【００８７】
本実施形態において、２つの送波器１０ａ，１０ｂは、第１の信号波と第２の信号波とを同時に送信する（Ｓ１Ａ）。制御部１３は、各受波信号ＳＬ，ＳＲにおいて、第１の信号波に応答する信号成分と第２の信号波に応答する信号成分とを識別する（Ｓ４Ａ）。２回分の信号波の同時送信により、誤検知を抑制した物体の検知を効率良く行うことができる。
【００８８】
本実施形態の物体検知装置１Ａは、２個の送波器１０ａ，１０ｂに限らず、３個以上の送波器を備えてもよい。また、物体検知装置１Ａは、２個の受波器１１Ｌ，１１Ｒに限らず、３個以上の受波器を備えてもよい。ｎ個の送波器とｍ個の受波器を備えた物体検知装置１Ａは、１個の物体に対してｎ×ｍ個の伝搬系を構成して、物体の検知することができる。複数ｋ個の物体が存在する場合、楕円の数は、ｋ×ｎ×ｍ個になる。ここで、実像ではｍ×ｎ本の楕円が交わる一方、虚像ではそうならない。そこで、例えばｎ個の座標データの比較により、虚像を除去することができる。
【００８９】
（実施形態３）
実施形態３では、指向性を制御して物体の誤検知を抑制する物体検知装置について説明する。
【００９０】
１．構成
実施形態３に係る物体検知装置の構成について、図１３を用いて説明する。図１３は、本実施形態に係る物体検知装置１Ｂを説明するための図である。
【００９１】
本実施形態の物体検知装置１Ｂは、実施形態１と同様の構成において、音波を発する指向性が可変である送波器１０Ｂを備える。図１３（ａ）は、送波器１０Ｂの指向性ビームＢ１が比較的に広い場合を例示する。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の例から比較的に狭い指向性ビームＢ２に変更された場合を例示する。
【００９２】
図１３（ａ）の例では、送波器１０Ｂの指向性ビームＢ１に応じた測定範囲内に、２つの物体３３，３４が位置する。この際の音波の送受信によると、４つの物体像Ｑ１〜Ｑ４が定位（位置算出）される。本例では、２つの物体像Ｑ３，Ｑ４が、それぞれ物体３，３４に対応する実像であり、残る２つの物体像Ｑ１，Ｑ２は、虚像である。このように、指向性が広い音波による定位では、虚像を伴うことが考えられる。
【００９３】
一方、図１３（ｂ）の例では、狭い指向性ビームＢ２に応じた測定範囲が、図１３（ａ）の例の一方の物体３３に対応する物体像Ｑ３の位置を含まずに、他の物体像Ｑ１，Ｑ２，Ｑ４の位置を含んでいる。この際の音波の送受信によると、物体３４からのエコーに基づき、図１３（ａ）の例の物体像Ｑ４と同じ物体像Ｑ４’のみが定位されることとなる。
【００９４】
図１３（ａ）の測定結果と図１３（ｂ）の測定結果とを比較すると、図１３（ａ）の一部の物体像Ｑ１，Ｑ２は、図１３（ｂ）の測定範囲に含まれているにも拘わらず、定位されなかったことから、虚像であることが判定できる。また、物体像Ｑ４は、図１３（ａ）の測定結果と図１３（ｂ）の測定結果とで合致することから、実像であることが判定できる。
【００９５】
さらに、上記の判定結果より、指向性を狭めた測定範囲に含まれていない物体像についても推定を行うことができる。例えば、４つの物体像Ｑ１〜Ｑ４のうちの２つの虚像が判定できたことで、残りの物体像Ｑ３が実像であることが推定できる。
【００９６】
１−１．送波器の構成例
実施形態３の物体検知装置１Ｂにおける送波器１０Ｂの構成例を、図１４〜１５を用いて説明する。
【００９７】
図１４（ａ）は、本構成例における送波器１０Ｂの平面図を示す。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ−Ａ’断面における送波器１０Ｂの断面図を示す。
【００９８】
本構成例の送波器１０Ｂは、空気を加熱して音波を発生させるサーモホンである。送波器１０Ｂは、図１４に示すように、発熱体４１と、基板４２と、一対の電極４３と、断熱層４４とを備える。送波器１０Ｂにおいて、発熱体４１と断熱層４４とは基板４２上に積層される。
【００９９】
発熱体４１は、電流を流すことによって発熱する抵抗体で構成される。発熱体４１は、例えば空気に接触する放音面４１ａを形成するように設けられる。発熱体４１の放音面４１ａ周囲の空気は、発熱体４１の温度変化によって膨張又は収縮する。これにより、放音面４１ａ近傍から空気の圧力波即ち音波が発生する。
【０１００】
送波器１０Ｂにおいて、放音面４１ａは、例えば図１４（ａ）に示すうように、幅ａを有する矩形状に設けられる。送波器１０Ｂは、例えば幅ａの方向が図１３のＸ方向に平行に配置される。
【０１０１】
発熱体４１は、銀パラジウム、銀、金、プラチナ、カーボンナノチューブなどで構成される。発熱体４１は、例えば５００［Ｊ／ｋｇ℃］以下の比熱、及び５０［Ｗ／ｍＫ］以上の熱伝導率を有する。発熱体４１は、例えば基板４２の主面上で種々の形状を有するようにパターン印刷されてもよい。
【０１０２】
断熱層４４は、発熱体４１と基板４２との間に設けられる。断熱層４４は、例えば、基板４２の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する。断熱層４４は、発熱体４１から放音面４１ａとは反対側への熱伝導を抑制する。断熱層４４は、ガラスグレース、ポーラスシリコン、二酸化ケイ素などで構成される。断熱層４４は、例えばガラス成分及び金属成分を含む厚膜導体として、発熱体４１と一体的に構成されてもよい。
【０１０３】
基板４２は、シリコン、酸化アルミニウムなどの絶縁性の材料で構成される。基板４２においては、断熱層４４で遮断しきれずに発熱体４１から伝導した熱を放熱することができる。基板４２は、プリント基板であってもよい。
【０１０４】
一対の電極４３は、送波器１０Ｂの駆動回路（不図示）から発熱体４１に電流を流すための電極である。一対の電極４３は、発熱体４１の両側に設けられる。各電極４３はＣｕ、Ａｕ、Ａｌなどの金属材料で構成される。
【０１０５】
以上のようなサーモホンの送波器１０Ｂによると、駆動周波数（音波の周波数）に応じて指向性を変更することができる。この点について、図１５を用いて説明する。
【０１０６】
図１５は、本実施形態の送波器１０Ｂによる種々の周波数における指向性の変化を例示するグラフである。図１５の横軸は、ＸＹ平面における偏角θを示し、縦軸は音波の強度を示す。図１５では、幅ａ＝１０ｍｍの場合における、周波数２０ｋＨｚ，４０ｋＨｚ，８０ｋＨｚの特性を例示している。
【０１０７】
送波器１０Ｂの指向性は、放音面４１ａが矩形である場合、次式のように表される。
ｓｉｎ（ｋ×ａ×ｓｉｎθ）／（ｋ×ａｓｉｎθ）
ここで、ｋは波数であり、周波数ｆと音速ｖと円周率πを用いて、ｋ＝２πｆ／ｖである。
【０１０８】
図１５に示すように、特定の幅ａを有する送波器１０Ｂによると、周波数を高くするほど主ビームのビーム幅が狭くなり、指向性が狭まる。また、周波数を低くするほど指向性（ビーム幅）が広がる。サーモホンの送波器１０Ｂによると、種々の周波数で駆動可能であり、周波数制御によってビーム幅のような指向性を変化させることができる。
【０１０９】
２．動作
以上のように構成される実施形態３の物体検知装置１Ｂの動作について、以下説明する。図１６は、本実施形態に係る物体検知装置１Ｂの動作を例示するフローチャートである。
【０１１０】
本実施形態の物体検知装置１Ｂの制御部１３は、例えば実施形態１と同様の処理において（図６）、駆動部２１の制御（Ｓ７）の代わりに、図１６に示すように送波器１０Ｂのビーム幅を制御する（Ｓ７Ｂ）。
【０１１１】
例えば、制御部１３は、送波器１０Ｂによる１回目の信号波の送信時（Ｓ１）には、図１３（ａ）に示すように比較的広い指向性ビームＢ１を設定する。これにより、広範囲に渡って物体検知を行うことができる。
【０１１２】
また、２回目の信号波の送信時（Ｓ６でＹＥＳ，Ｓ１）に、制御部１３は、図１３（ｂ）に示すように変更前よりも狭い指向性ビームＢ２を設定する（Ｓ７Ｂ）。変更後の指向性ビームＢ２による測定範囲は、例えば物体検知装置１Ｂにより重点的に検知すべき範囲に設定される。例えば自走ロボット２の場合、前方を重点的に検知することにより、前方に障害物がなければ直進するような進路を取り易いことが考えられる。
【０１１３】
なお、１回目と２回目のビーム幅は、逆順でもよい。指向性ビームに応じた測定範囲は、例えば主ビームのビーム幅に応じて設定される。このような測定範囲外に放射された信号波のエコー影響を抑制する観点から、例えばステップＳ５のエコー成分Ｗ２の抽出時の信号レベルが設定されてもよい。
【０１１４】
また、本実施形態の虚像除去処理（Ｓ８Ｂ）は、例えばビーム幅の変更前後で重畳する測定範囲内の座標データ間の比較に関して、実施形態１と同様に行われる。制御部１３は、さらに、重畳する測定範囲内の比較結果に基づき、重畳しない測定範囲について上述したような推定に基づく各種の判定処理を行ってもよい。
【０１１５】
以上の処理によっても、実施形態１，２と同様に、信号波１回当たりで定位される物体像Ｑ１〜Ｑ４に含まれる虚像を除去して、物体３３，３４が存在する位置と存在しない位置とが検知できる。
【０１１６】
３．まとめ
以上のように、本実施形態の物体検知装置１Ｂは、送波器１０Ｂと、２つの受波器１１Ｌ，１１Ｒと、制御部１３とを備える。送波器１０Ｂは、周囲の物体に音波を送信する指向性を有する。制御部１３は、第１の信号波を送波器１０に送信させ（Ｓ１）、応答する受波信号ＳＬ，ＳＲに基づき物体３３，３４の位置を検知する（Ｓ５）。制御部１３は、第１の信号波に対する指向性とは異なった指向性において第２の信号波を送波器１３Ｂに送信させ（Ｓ６，Ｓ７Ｂ，Ｓ１）、応答する受波信号ＳＬ，ＳＲに基づき物体３３，３４の位置を検知する（Ｓ５）。制御部１３は、第１の信号波に応じて検知された第１検知情報と、第２の信号波に応じて検知された第２検知情報に基づいて、物体３３，３４が存在しない位置である虚像の物体像Ｑ１，Ｑ２を検知する（Ｓ８）。
【０１１７】
以上の物体検知装置１によると、指向性が異なる第１及び第２の信号波を用いた検知結果の比較により、物体３３，３４が存在しない位置に物体が存在すると誤って検知する誤検知を抑制することができる。
【０１１８】
本実施形態の物体検知装置１Ｂにおいては、第１の信号波に対する指向性のビームと、第２の信号波に対する指向性のビームとの内の一方が、他方よりも狭い範囲に設定される（図１３参照）。制御部１３は、第１の信号波のビームと、第２の信号波のビームとが重複して設定された範囲内で、第１検知情報において検知された物体の位置と、第２検知情報において検知された物体の位置とが合致しない位置を除去する。これにより、指向性が広い範囲で生じた虚像を除去して、虚像による物体の誤検知を抑制できる。
【０１１９】
本実施形態において、制御部１３は、例えばサーモホンの送波器１０Ｂを、第１の信号波の周波数と第２の信号波の周波数とを異ならせるように制御して、第１の信号波に対する指向性とは異なった指向性において第２の信号波を送信させる。サーモホンの送波器１０Ｂにより、特に送波器を追加しなくても指向性の制御が実現でき、装置構成を簡単化することができる。
【０１２０】
（実施形態４）
実施形態３では、１つのサーモホンを用いた送波器１０Ｂの構成例を説明した。実施形態４では、複数のサーモホンを用いた送波器による物体検知装置について説明する。
【０１２１】
図１７は、実施形態４に係る物体検知装置１Ｃにおける送波器１０Ｃを例示する図である。本実施形態における送波器１０Ｃは、図１７に示すように、複数のサーモホン１０ｃがアレイ状に配置されたサーモホンアレイで構成される。各サーモホン１０ｃは、例えば実施形態３の送波器１０Ｂの構成例（図１４）と同様に構成される。
【０１２２】
図１７では、３行３列で配置された９個のサーモホン１０ｃによるサーモホンアレイを例示している。各サーモホン１０ｃは、例えば制御部１３により独立に制御可能である。本実施形態の送波器１０Ｃにおいて、サーモホンアレイ中のサーモホン１０ｃの個数は特に９個に限らず、例えば２行２列の４個であってもよいし、種々の個数であってもよい。
【０１２３】
本実施形態の物体検知装置１Ｃにおいては、送波器１０Ｃにおける実質的な放音面のサイズを変えるように、音波を発するサーモホン１０ｃの個数を変更することで、音波の指向性を変化させることができる。この点について、図１８を用いて説明する。
【０１２４】
図１８は、本実施形態の送波器１０Ｃによる種々のサイズにおける指向性の変化を例示するグラフである。図１８の横軸及び縦軸は、図１５と同様である。図１８では、周波数ｆ＝４０ｋＨｚにおける、幅ａ＝５ｍｍ，１０ｍｍ，２０ｍｍの特性を例示している。図１８では、送波器の放音面を矩形状に設定している。図１５に示すように、送波器の放音面の幅ａを大きくするほど、指向性が狭まる。これは、幅ａが大きいほど面音源に近似されることに対応している。また、幅ａを小さくするほど、点音源に近似され、指向性は広がる。
【０１２５】
以上より、本実施形態の物体検知装置１Ｃにおいて、制御部１３は、例えば実施形態３と同様の動作（図１６）のステップＳ７Ｂにおいて、信号波を送信させるサーモホン１０ｃの個数を変更することにより、ビーム幅を変更する。例えば、制御部１３は、図１７の例の送波器１０Ｃにおいて、中央の１個のサーモホン１０ｃのみから第１の信号波を送信させ、９個全てのサーモホン１０ｃから第２の信号波を送信させることにより、第１の信号波の指向性よりも第２の信号波を狭くすることができる。
【０１２６】
以上のように、本実施形態の物体検知装置１Ｃにおいて、送波器１０Ｃは、アレイ状に配置された複数のサーモホン１０ｃを含む。制御部１３は、第１の信号波を送信するサーモホン１０ｃの個数と、第２の信号波を送信するサーモホン１０ｃの個数とを異ならせて、第１の信号波に対する指向性とは異なった指向性において第２の信号波を送信させる。本実施形態の送波器１０Ｃによっても、実施形態３と同様に信号波の指向性を変化させて、虚像による物体の誤検知を抑制できる。
【０１２７】
また、本実施形態の送波器１０Ｃは、駆動するサーモホン１０の変更により、指向性に限らず、送波位置を変更することもできる。例えば、本実施形態の送波器１０Ｃを用いて、実施形態２と同様の動作（図１２）も実現できる。
【０１２８】
（他の実施形態）
上記の実施形態３では、指向性のビーム幅を変更する例を説明したが、指向性の制御はこれに限定されない。図１９を用いて、変形例に係る物体検知装置１Ｄについて説明する。
【０１２９】
本変形例の物体検知装置１Ｄは、例えば実施形態１と同様の構成において、図１９に示すように、送波器１０を回転させる駆動部１５をさらに備える。本変形例の送波器１０は、例えば、角度幅９０度以下などの狭い指向性を有する。本変形例の駆動部１５は、例えば、物体検知装置１が搭載される自走ロボット２とは独立して、送波器１０等を駆動可能な機構で構成される。本変形例の駆動部１５は、送波器１０と共に各受波器１１Ｌ，１１Ｒを回転させるように構成されてもよいし、送波器１０を単独で回転させるように構成されてもよい。
【０１３０】
本変形例の物体検知装置１Ｄは、例えば実施形態１と同様の動作（図６）において、ステップＳ７の代わりに、駆動部１５によって送波器１０等を回転駆動する。これにより、第１及び第２の信号波の間で、指向性ビームの向きを変更することができる。よって、第１及び第２の信号波の間で左方と右方というように測定範囲を分担することによって、虚像の発生を抑制することができる。このような虚像の除去方法は、上記の各実施形態と適宜、組み合わせることが可能である。なお、物体検知装置１Ｄの回転駆動は、自走ロボット２の駆動部２１によって行われてもよい。
【０１３１】
以上のように、本変形例の物体検知装置１Ｄにおいて、制御部１３は、第１の信号波に対する指向性のビームと、第２の信号波に対する指向性のビームとを互いに異なる向きに設定して、第１の信号波に対する指向性とは異なった指向性において第２の信号波を送波器に送信させる。これによっても、虚像を除去することができる。
【０１３２】
また、本変形例の物体検知装置１Ｄは、送波器１０の位置と左方の受波器１１Ｌの位置と右方の受波器１１Ｒの位置との内の少なくとも１つを変更するように物体検知装置を駆動する駆動部１５をさらに備える。制御部１３は、第１の信号波が送信されてから駆動部１５が駆動した後に、第２の信号波を送波器１０に送信させる。
【０１３３】
また、上記の各実施形態においては、送波器１０の指向性を制御する例を説明した。本実施形態はこれに限らず、各受波器１１Ｌ，１１Ｒの指向性を制御してもよい。これによっても、上記の各実施形態と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【０１３４】
１，１Ａ〜１Ｄ    物体検知装置
１０    送波器
１１Ｌ，１１Ｒ    受波器
１３    制御部
１５，２１    駆動部
【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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