(57)【要約】【課題】  送信波を送信してから物体が存在すると判定するまでの応答性を良くすることのできる物体検出装置を実現する。【解決手段】  送信素子Ａから送信され、受信素子Ｃ，Ｄにより受信された受信波は、それぞれ障害物以外からの反射波である不要波ＲＣ１〜ＲＣ３，ＲＤ１〜ＲＤ３と、障害物反射波ＲＣ４，ＲＤ４とから構成される。振幅（電圧）が閾値Ｖｔｈを超えており、かつ、その閾値Ｖｔｈを超えたときの受信時間の受信素子Ｃ，Ｄ間における受信時間差Δｔが規定時間ｔａ以下である障害物反射波ＲＣ４，ＲＤ４を検出したときに障害物が存在すると判定する。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信波を送信する少なくとも１つ以上の送信素子と、前記送信波の物体からの反射波を受信可能な少なくとも２つ以上の受信素子と、を備えており、各受信素子が受信した各反射波間の位相差に基づいて前記物体の存在を検出する物体検出装置であって、
前記各受信素子が受信した各反射波をそれぞれ構成する各波のうち、レベルが規定レベルを超えており、かつ、前記レベルが前記規定レベルを超えた時間の各受信素子間における時間差が規定時間以下となる波の組を検出する検出手段と、
前記検出手段により、前記レベルが前記規定レベルを超えており、かつ、前記時間差が前記規定時間以下となる波の組が検出された場合に前記物体が存在すると判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする物体検出装置。
【請求項２】
前記判定手段は、
前記検出手段が、前記各受信素子が受信した各反射波をそれぞれ構成する各波のうち、レベルが規定レベルを超えているが前記時間差が前記規定時間を超えている波の組を検出した場合に、前記物体は、前記送信波を乱反射する乱反射物であると判定することを特徴とする請求項１に記載の物体検出装置。
【請求項３】
前記乱反射物は地面、網状物および草木のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項２に記載の物体検出装置。
【請求項４】
前記検出手段は、
前記各受信素子が受信した各反射波のレベルを時間的に同期させて加算し、その加算値が閾値を超えた波の組を検出するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の物体検出装置。
【請求項５】
前記検出手段は、
前記各反射波をそれぞれ構成する各波のうち、相互に対応する波間の相関係数を規定時間間隔毎に算出し、その算出した相関係数が規定値を超えた波の組を検出するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の物体検出装置。
【請求項６】
前記検出手段は、
前記各受信素子が受信した各反射波をそれぞれ構成する各波のうち、レベルが第１の規定レベルを超えているが、前記レベルが前記第１の規定レベルを超えた時間の各受信素子間における時間差が規定時間を超えた波の組を検出した場合は、さらに、その検出した波の組のレベルが前記第１の規定レベルよりも大きい第２の規定レベルを超えており、かつ、レベルが前記第２の規定レベルを超えた時間の各受信素子間における時間差が規定時間以下であるか否かを検出し、
前記判定手段は、
前記検出手段により、前記検出した波の組のレベルが前記第２の規定レベルを超えており、かつ、レベルが前記第２の規定レベルを超えた時間の各受信素子間における時間差が前記規定時間以下であることが検出された場合に前記物体が存在すると判定することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の物体検出装置。
【請求項７】
前記検出手段は、
前記時間差が前記規定時間以下であり、かつ、前記加算値が前記閾値を超えている波の組を検出するものであることを特徴とする請求項４に記載の物体検出装置。
【請求項８】
前記検出手段は、
前記時間差が前記規定時間以下であり、かつ、前記相関係数が前記規定値を超えている波の組を検出するものであることを特徴とする請求項５に記載の物体検出装置。
【請求項９】
前記時間差が前記規定時間以下の波の組を検出した検出結果に対して、前記加算値が前記閾値を超えている波の組を検出した検出結果よりも大きく重み付けする重み付け手段を備えることを特徴とする請求項７に記載の物体検出装置。
【請求項１０】
前記時間差が前記規定時間以下の波の組を検出した検出結果に対して、前記相関係数が前記規定値を超えている波の組を検出した検出結果よりも大きく重み付けする重み付け手段を備えることを特徴とする請求項８に記載の物体検出装置。
【請求項１１】
前記時間差は、前記受信素子および物体間の距離に対して受信素子間で生じる距離差に対応することを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１つに記載の物体検出装置。
【請求項１２】
前記時間差および前記送信波の速度に基いて前記距離差を算出し、その算出した距離差および規定距離差を前記時間差および規定時間に代えて用いることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１つに記載の物体検出装置。
【請求項１３】
前記規定距離差は、前記受信素子間の間隔であることを特徴とする請求項１２に記載の物体検出装置。
【請求項１４】
前記送信波は超音波であり、
環境温度を測定する環境温度測定手段を備えており、
前記検出手段は、前記環境温度測定手段により測定された環境温度に応じて前記時間差を補正することを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１つに記載の物体検出装置。
【請求項１５】
前記送信波は超音波であり、
環境温度を測定する環境温度測定手段を備えており、
前記検出手段は、前記環境温度測定手段により測定された環境温度に応じて前記送信波の速度を補正することを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の物体検出装置。
【請求項１６】
前記少なくとも１つ以上の送信素子と、前記少なくとも２つ以上の受信素子と、前記検出手段と、前記物体が存在すると判定する判定手段とを車両に備えてなることを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか１つに記載の物体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、送信波を送信し、物体にて反射した送信波の反射波の位相差に基づいて物体の存在を検出する物体検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の物体検出装置として、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。このものは、障害物からの反射波を検出したときに障害物までの距離および角度を算出し、その算出したデータを記憶部に記憶する処理を計８回行う。そして、記憶部に記憶した距離の最大値および最小値の差分が５ｃｍ以上の場合は、検出した障害物は乱反射体であると判定する。また、角度の最大値および最小値の差分が４０°以上の場合も、検出した障害物は乱反射体であると判定する。
【０００３】
また、上記の計８回の処理を行った後に最新距離を調べ、その距離が乱反射判定用距離より遠い場合は、障害物を回避したと判定し、乱反射判定用距離以下の場合は、障害物に接触したと判定する。
さらに、上記距離の最大値および最小値の差分が５ｃｍ未満であり、かつ、角度の最大値および最小値の差分が４０°未満の場合は、上記の乱反射判定用距離との比較ではなく、検知した障害物の位置と接触判定線とを比較して接触か回避かの判定を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−７０９４３号公報（第３１〜３４段落、図４）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、前述した従来のものは、送信波の送信および反射波の受信を複数回行い、反射波を受信する毎に障害物までの距離および角度を算出しなければ、障害物が存在すると判定することができないため、送信波を送信してから障害物が存在すると判定するまでの応答性が悪いという問題がある。
【０００６】
そこでこの発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、送信波を送信してから物体が存在すると判定するまでの応答性を良くすることのできる物体検出装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の第１の特徴は、送信波を送信する少なくとも１つ以上の送信素子（Ａ）と、前記送信波の物体からの反射波（ＲＣ４，ＲＤ４）を受信可能な少なくとも２つ以上の受信素子（Ｂ，Ｃ，Ｄ）と、を備えており、各受信素子が受信した各反射波間の位相差に基づいて前記物体の存在を検出する物体検出装置（１０）であって、前記各受信素子が受信した各反射波をそれぞれ構成する各波（ＲＣ１〜ＲＣ４，ＲＤ１〜ＲＤ４）のうち、レベル（Ｖ）が規定レベル（Ｖｔｈ）を超えており、かつ、前記レベルが前記規定レベルを超えた時間の各受信素子間における時間差（Δｔ）が規定時間（ｔａ）以下となる波の組（ＲＣ４，ＲＤ４）を検出する検出手段（３３，３４，３５）と、前記検出手段により、前記レベルが前記規定レベルを超えており、かつ、前記時間差が前記規定時間以下となる波の組が検出された場合に前記物体が存在すると判定する判定手段（３６）と、を備えることにある。
【０００８】
上記の第１の特徴によれば、レベルが規定レベルを超えており、かつ、レベルが規定レベルを超えた時間の各受信素子間における時間差が、規定時間以下となる波の組が検出された時点で、物体が存在すると判定することができるため、送信波の送信および反射波の受信を複数回行う必要がない。
したがって、送信波を送信してから物体が存在すると判定するまでの応答性を良くすることができる。
【０００９】
この発明の第２の特徴は、前述の第１の特徴において、前記検出手段（３３，３４，３５）が、前記各受信素子（Ｂ，Ｃ，Ｄ）が受信した各反射波をそれぞれ構成する各波（ＲＣ１〜ＲＣ４，ＲＤ１〜ＲＤ４）のうち、レベル（Ｖ）が規定レベル（Ｖｔｈ）を超えているが前記各受信素子に受信された時間差（Δｔ）が前記規定時間（ｔａ）を超えている波の組（ＲＣ１〜ＲＣ３，ＲＤ１〜ＲＤ３）を検出した場合に、前記物体は、前記送信波を乱反射する乱反射物であると判定することにある。
なお、乱反射物とは、表面に凹凸を有し、送信波を乱反射する性質を有する物であり、例えば、アスファルト、コンクリート、砂利、土などにより形成された路面などである。
【００１０】
上記の第２の特徴によれば、各受信素子に受信された時間差が規定時間を超える波の組が検出された時点で、物体は乱反射物であると判定することができるため、送信波の送信および反射波の受信を複数回行う必要がないので、送信波を送信してから乱反射物が存在すると判定するまでの応答性を良くすることができる。
【００１１】
この発明の第３の特徴は、前述の第２の特徴において、前記乱反射物は地面、網状物および草木のうち少なくとも１つであることにある。
【００１２】
上記の第３の特徴によれば、地面、網状物および草木のうち少なくとも１つと障害物とを識別することができ、かつ、送信波を送信してから地面、網状物および草木のうち少なくとも１つが存在すると判定するまでの応答性を良くすることができる。
【００１３】
この発明の第４の特徴は、前述の第１ないし第３の特徴のいずれか１つにおいて、前記検出手段（３３，３４，３５）は、前記各受信素子（Ｂ，Ｃ，Ｄ）が受信した各反射波（ＲＣ１〜ＲＣ４，ＲＤ１〜ＲＤ４）のレベル（Ｖ）を時間的に同期させて加算し、その加算値が閾値（Ｖｔｈ）を超えた波の組を検出するものであることにある。
【００１４】
受信素子に受信された時間差が短い波の組ほど、レベルを加算したときの加算値が大きくなる。
そこで、上記の第４の特徴のように、上記の加算値が閾値を超えた波の組を検出すれば、上記の時間差が規定時間以下となる波の組を検出したことになる。
【００１５】
この発明の第５の特徴は、前述の第１ないし第３の特徴のいずれか１つにおいて、前記検出手段（３３，３４，３５）は、前記各反射波をそれぞれ構成する各波（ＲＣ１〜ＲＣ４，ＲＤ１〜ＲＤ４）のうち、相互に対応する波間の相関係数を規定時間間隔毎に算出し、その算出した相関係数が規定値を超えた波の組を検出するものであることにある。
【００１６】
受信素子に受信された時間差が短い波の組ほど、その波相互の相関係数が大きくなる。
そこで、上記の第５の特徴のように、上記の相関係数が規定値を超えた波の組を検出すれば、上記の時間差が規定時間以下となる波の組を検出したことになる。
【００１７】
この発明の第６の特徴は、前述の第１ないし第３の特徴のいずれか１つにおいて、前記検出手段（３３，３４，３５）は、前記各受信素子（Ｂ，Ｃ，Ｄ）が受信した各反射波をそれぞれ構成する各波（ＲＣ１〜ＲＣ４，ＲＤ１〜ＲＤ４）のうち、レベル（Ｖ）が第１の規定レベル（Ｖｔｈ１）を超えているが、前記レベルが前記第１の規定レベルを超えた時間の各受信素子間における時間差（Δｔ）が規定時間（ｔａ）を超えた波の組（ＲＣ３，ＲＤ３）を検出した場合は、さらに、その検出した波の組のレベルが前記第１の規定レベルよりも大きい第２の規定レベル（Ｖｔｈ２）を超えており、かつ、レベルが前記第２の規定レベルを超えた時間の各受信素子間における時間差が規定時間以下であるか否かを検出し、前記判定手段は、前記検出手段により、前記検出した波の組のレベルが前記第２の規定レベルを超えており、かつ、レベルが前記第２の規定レベルを超えた時間の各受信素子間における時間差が前記規定時間以下であることが検出された場合に前記物体が存在すると判定することにある。
【００１８】
受信素子と物体との距離が近い状態などの場合は、反射波を構成する波のうち、物体からの反射波と、物体以外からの反射波とが一部重複し、物体からの反射波のレベルを検出することができなくなり、物体が存在しないと判定するおそれがある。
例えば、図１２に示すように、受信素子Ｃにより受信された障害物反射波（物体からの反射波）ＲＣ４の後部と、不要波（物体以外からの反射波）ＲＣ３の前部とが重複することが起こり得る。この場合、障害物検出装置は、障害物反射波ＲＣ４と不要波ＲＣ３とを識別できないし、障害物反射波ＲＣ４の電圧Ｖ（レベル）が第１の閾値Ｖｔｈ１を超えたポイントＰ２は、不要波ＲＣ３の中に隠れているため、障害物反射波ＲＣ４が第１の閾値Ｖｔｈ１を超えたことを検出することができない。
【００１９】
このため、不要波ＲＣ３の電圧ＶがポイントＰ１において第１の閾値Ｖｔｈ１を超えているが、不要波ＲＣ３の電圧Ｖが第１の閾値Ｖｔｈ１を超えた時間の受信素子Ｃ，Ｄ間における時間差が規定時間を超えているとすると、障害物が存在しないと判定してしまう。
そこで、電圧Ｖが第１の閾値Ｖｔｈ１を超えているが、各受信素子における受信時間の時間差が規定時間を超えている波の組を検出した場合は、さらに、その検出した波の組の電圧Ｖが第１の閾値Ｖｔｈ１よりも大きい第２の閾値Ｖｔｈ２を超えており、かつ、電圧Ｖが第２の閾値Ｖｔｈ２を超えた時間の各受信素子間における時間差が規定時間以下であるか否かを検出し、それが検出された場合に物体が存在すると判定する。
したがって、障害物反射波および不要波が重複することによって、障害物が存在するにも拘わらず、障害物が存在しないと判定する可能性を低くすることができる。
【００２０】
この発明の第７の特徴は、前述の第４の特徴において、前記検出手段（３３，３４，３５）は、前記時間差（Δｔ）が前記規定時間（ｔａ）以下であり、かつ、前記加算値が前記閾値を超えている波の組を検出するものであることにある。
【００２１】
上記の第７の特徴によれば、時間差が規定時間以下であり、かつ、加算値が閾値を超えている波の組が検出された場合に物体が存在すると判定するため、時間差および加算値の一方のみに基いて物体の存在を判定する場合よりも判定の精度を高めることができる。
【００２２】
この発明の第８の特徴は、前述の第５の特徴において、前記検出手段（３３，３４，３５）は、前記時間差（Δｔ）が前記規定時間（ｔａ）以下であり、かつ、前記相関係数が前記規定値を超えている波の組を検出するものであることにある。
【００２３】
上記の第８の特徴によれば、時間差が規定時間以下であり、かつ、相関係数が規定値を超えている波の組が検出された場合に物体が存在すると判定するため、時間差および相関係数の一方のみに基いて物体の存在を判定する場合よりも判定の精度を高めることができる。
【００２４】
この発明の第９の特徴は、前述の第７の特徴において、前記時間差（Δｔ）が前記規定時間（ｔａ）以下の波の組を検出した検出結果に対して、前記加算値が前記閾値を超えている波の組を検出した検出結果よりも大きく重み付けする重み付け手段を備えることにある。
【００２５】
時間差が規定時間以下の波の組を検出した検出結果は、加算値が閾値を超えている波の組を検出した検出結果よりも判定の精度が高い。
そこで、上記の第９の特徴のように、時間差が規定時間以下の波の組を検出した検出結果に対して、加算値が閾値を超えている波の組を検出した検出結果よりも大きく重み付けすれば、判定の精度をより一層高めることができる。
【００２６】
この発明の第１０の特徴は、前述の第８の特徴において、前記時間差（Δｔ）が前記規定時間（ｔａ）以下の波の組を検出した検出結果に対して、前記相関係数が前記規定値を超えている波の組を検出した検出結果よりも大きく重み付けする重み付け手段を備えることにある。
【００２７】
時間差が規定時間以下の波の組を検出した検出結果は、相関係数が規定値を超えている波の組を検出した検出結果よりも判定の精度が高い。
そこで、上記の第１０の特徴のように、時間差が規定時間以下の波の組を検出した検出結果に対して、相関係数が規定値を超えている波の組を検出した検出結果よりも大きく重み付けすれば、判定の精度をより一層高めることができる。
【００２８】
この発明の第１１の特徴は、前述の第１ないし第１０の特徴のいずれか１つにおいて、前記時間差（Δｔ）は、前記受信素子（Ｂ，Ｃ，Ｄ）および物体間の距離に対して受信素子間で生じる距離差に対応することにある。
【００２９】
上記の第１１の特徴によれば、時間差に代えて距離差に基いて物体の存在を判定することができる。
【００３０】
この発明の第１２の特徴は、前述の第１ないし第１０の特徴のいずれか１つにおいて、前記時間差（Δｔ）および前記送信波の速度に基いて前記距離差を算出し、その算出した距離差および規定距離差を前記時間差および規定時間に代えて用いることにある。
【００３１】
上記の第１２の特徴によれば、時間差および規定時間に代えて距離差および規定距離差に基いて物体の存在を判定することができる。
【００３２】
この発明の第１３の特徴は、前述の第１２の特徴において、前記規定距離差は、前記受信素子間の間隔であることにある。
【００３３】
物体からの反射波を受信する場合、受信素子間での受信経路差が最も大きくなるのは、反射波が受信素子の配列方向から到来するときであり、そのときの受信素子間の受信経路差は、受信素子間の間隔である。
そこで、上記の第１３の特徴のように、規定距離差を受信素子間の間隔に設定し、その規定距離差以下となる波の組を検出することで物体の存在を判定することが可能になる。
【００３４】
この発明の第１４の特徴は、前述の第１ないし第１１の特徴のいずれか１つにおいて、前記送信波は超音波であり、環境温度を測定する環境温度測定手段（１５）を備えており、前記検出手段（３３，３４，３５）は、前記環境温度測定手段により測定された環境温度に応じて前記時間差を補正することにある。
【００３５】
超音波は空気を媒体にして伝搬するため、環境温度に応じて伝搬速度が変化する。そこで、上記の第１４の特徴のように、環境温度に応じて時間差を補正すれば、環境温度の変化による時間差の変動をなくすことができるため、物体の存在の判定精度を高めることができる。
【００３６】
この発明の第１５の特徴は、前述の第１２または第１３の特徴において、前記送信波は超音波であり、環境温度を測定する環境温度測定手段（１５）を備えており、前記検出手段（３３，３４，３５）は、前記環境温度測定手段により測定された環境温度に応じて前記送信波の速度を補正する補正手段を備えることにある。
【００３７】
超音波は空気を媒体にして伝搬するため、環境温度に応じて伝搬速度が変化する。そこで、上記の第１５の特徴のように、環境温度に応じて送信波の速度を補正すれば、環境温度の変化による送信波の速度の変動をなくすことができるため、物体の存在の判定精度を高めることができる。
【００３８】
この発明の第１６の特徴は、前述の第１ないし第１５の特徴のいずれか１つにおいて、前記少なくとも１つ以上の送信素子（Ａ）と、前記少なくとも２つ以上の受信素子（Ｂ，Ｃ，Ｄ）と、前記検出手段（３３，３４，３５）と、前記物体が存在すると判定する判定手段（３６）とを車両に備えてなることにある。
【００３９】
車両の周辺に存在する物体には、路上に配置された輪留め、ポール、壁、他の車両などの障害物が存在し、その大きさおよび形状などは様々であるが、第１ないし第１５の特徴のいずれか１つを用いれば、そのような障害物であっても検出することができるため、その検出結果を用いることにより、車両と障害物との接触を回避することが可能になる。
【００４０】
なお、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の第１実施形態に係る超音波センサの配置例を概略的に示した模式図である。
【図２】（ａ）は、リヤバンパ７の一部を示す正面図、（ｂ）は、超音波センサ１０の構造を示す正面図である。
【図３】各超音波センサの主な電気的構成をブロックで模式的に示す説明図である。
【図４】図３に示す送信制御部２０の構成をブロックで模式的に示す説明図である。
【図５】障害物の位置を検出する手法を示す説明図である。
【図６】図３に示す受信制御部３０の構成をブロックで模式的に示す説明図である。
【図７】受信素子Ｃ，Ｄの直交復調信号を複素平面（ＩＱ平面）上に表した図であり、位相差Δφを生じた直交復調信号を示す。
【図８】受信素子Ｂ，Ｄの受信波の一例を示す説明図である。
【図９】間隔ｄで配置された受信素子Ｂ，Ｄにθ方向から反射波が到来したことを示す説明図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、複数のサンプルポイントの位相差ベクトルを加算することで各素子の受信信号の位相差を算出することを説明するための図である。
【図１１】ＥＣＵ２に備えられたＣＰＵ２ａおよび各超音波センサ１０〜１３が実行する障害物検出処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】第２実施形態において反射波と２つの閾値との関係を示す説明図である。
【図１３】（ａ）は、第３実施形態において２つの受信素子により受信された反射波の説明図であり、（ｂ）は相関係数の変化を示すグラフである。
【図１４】第５実施形態に係る障害物検出装置の主な電気的構成をブロックで模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
＜第１実施形態＞
この発明に係る第１実施形態について図を参照しながら説明する。以下の各実施形態では、この発明に係る物体検出装置として、障害物を検出するために車両に備えられた超音波センサを例に挙げて説明する。
【００４３】
［超音波センサの配置例］
最初に、この実施形態に係る超音波センサの配置例について、それを概略的に示した模式図である図１を参照して説明する。
【００４４】
車両１のリヤバンパ４には、４個の超音波センサ１０〜１３が取付けられている。各超音波センサ１０〜１３は、それぞれ超音波を送信し、その反射波に基づいて車両１の後方および斜め後方に存在する障害物を検出する。各超音波センサ１０〜１３は、リヤバンパ４に沿って配置されている。この実施形態では、リヤバンパ４の直線部分に２個、リヤバンパの左右のコーナ部分にそれぞれ１個の超音波センサ１０〜１３が所定の間隔で配置されている。
【００４５】
車両１には、各超音波センサ１０〜１３と接続されたＥＣＵ（Electric Control Unit：電子制御ユニット）２が備えられている。ＥＣＵ２および各超音波センサ１０〜１３は、ＬＡＮ(Local Area Network：構内通信網)ケーブル４０を通じて双方向通信可能に接続されている。ＥＣＵ２には、障害物までの距離を音や表示などによって報知するための報知装置３が接続されている。
【００４６】
ＥＣＵ２は、ＬＡＮケーブル４０を通じて各超音波センサ１０〜１３に対して送信波（超音波）の送信指示および反射波（超音波）の受信指示などを行う。また、ＥＣＵ２は、ＬＡＮケーブル４０を通じて各超音波センサ１０〜１３から取得した、障害物の位置を示す情報に基づいて報知装置３を制御する。報知装置３は、リヤバンパ４から障害物までの距離をＬＣＤ，ＬＥＤなどで報知する表示装置３ａと、スピーカなどを用いて音で報知する警報装置３ｂを備える。
【００４７】
（超音波センサの構造）
次に、超音波センサ１０〜１３の構造について図２を参照して説明する。図２（ａ）は、リヤバンパ４の一部を示す正面図、（ｂ）は、超音波センサ１０の構造を示す正面図である。
【００４８】
図２（ａ）に示すように、各超音波センサ１０〜１３は、リヤバンパ４に間隔Ｌ１で配置されている。各超音波センサ１０〜１３の配列方向は、車両が存在する路面などの面と平行になっている。各超音波センサ１０〜１３の構成は同一であるため、ここでは、超音波センサ１１を代表にして説明する。図２（ｂ）に示すように、超音波センサ１１は、超音波を送信する送信素子Ａと、送信素子Ａから送信され、障害物などで反射した反射波を受信する受信素子Ｂ，Ｃ，Ｄとを備える。
【００４９】
送信素子Ａおよび受信素子Ｂは、送信波の波長λに対して半波長（λ／２）の間隔で水平（超音波センサの配置方向と同一方向）かつアレイ状に配置されており、受信素子Ｃ，Ｄも送信素子Ａおよび受信素子Ｂと同じ間隔で水平（超音波センサの配置方向と同一方向）かつアレイ状に配置されている。
【００５０】
送信素子Ａおよび受信素子Ｂの直下に受信素子Ｃ，Ｄが配置されており、送信素子Ａおよび受信素子Ｃも半波長（λ／２）の間隔で垂直（超音波センサの配置方向と直交する方向）かつアレイ状に配置されており、受信素子Ｂ，Ｄも送信素子Ａおよび受信素子Ｃと同じ間隔で垂直（超音波センサの配置方向と直交する方向）かつアレイ状に配置されている。素子Ａ，Ｂの中心間を結ぶ線と、素子Ｃ，Ｄの中心間を結ぶ線が平行になっている。また、素子Ａ，Ｃの中心間を結ぶ線と、素子Ｂ，Ｄの中心間を結ぶ線も平行になっている。換言すると、素子Ａ〜Ｄは、一辺が、車両の存在する面に対して平行になっている正方形状に配置されている。
【００５１】
この実施形態では、各素子Ａ〜Ｄは、ピエゾ式の圧電振動子および音響整合層を備えており、送信素子Ａは、いわゆる超音波スピーカであり、圧電振動子に電圧を印加して電歪効果によって圧電振動子を振動させる（歪ませる）ことにより、送信波を送信する。受信素子Ｂ，Ｃ，Ｄは、いわゆる超音波マイクであり、障害物などで反射した送信波の反射波は、受信素子の圧電振動子に伝達され、圧電振動子が歪んだときの圧電効果によって圧電振動子から得られる電圧に基づいて反射波が検出される。なお、容量式の圧電振動子を用いることもできる。
【００５２】
［主な電気的構成］
次に、超音波センサの主な電気的構成について図を参照して説明する。
図３は、各超音波センサの主な電気的構成をブロックで模式的に示す説明図である。各超音波センサ１０〜１３に搭載された各送信制御部２０および受信制御部３０は、ＬＡＮケーブル４０を通じてＥＣＵ２と接続されている。
【００５３】
（ＥＣＵ）
ＥＣＵ２はコンピュータであり、ＣＰＵ２ａ、ＲＯＭ２ｂ、ＲＡＭ２ｃ、Ｉ／Ｏ２ｄおよびこれらを接続するバス２ｅなどによって構成される。
この実施形態では、ＣＰＵ２ａは、各超音波センサの送信素子Ａに対して送信波の送信指示を行い、受信素子Ｂ，Ｃ，Ｄに対しては反射波の受信指示を行う。例えば、送信波の送信指示は、配列方向の一端の超音波センサ１０から配列順に行い、配列方向の他端の超音波センサ１３に対して送信指示を行うと、次は、超音波センサ１３から折り返して配列順に超音波センサ１０まで送信指示を行う。つまり、送信指示は、超音波センサの配列順に往復して行う。
【００５４】
また、送信指示は、配列方向の一端の超音波センサから開始して他端の超音波センサまで行った後、再度、一端の超音波センサから開始してもよい。つまり、送信指示を反復して行ってもよい。なお、最初に送信指示を行う超音波センサは、必ずしも配列方向の端部に配置された超音波センサでなくてもよい。
換言すると、ＣＰＵ２ａは、超音波で障害物を走査して検出するように各超音波センサに指示を行い、その走査方向は往復方向でもよいし、反復方向でもよい。さらには、送信指示の順序はランダムであってもよい。
また、反射波の受信指示は、送信波の送信指示と同時に行ってもよいし、常に受信状態となるように指示してもよい。
【００５５】
また、ＣＰＵ２ａは、各受信制御部３０に対して、検出した障害物の位置情報（障害物までの距離および障害物の方向を示す情報）を自身に送信するように指示する。そして、ＣＰＵ２ａは、受信した位置情報に基づいて報知装置３を駆動する。例えば、報知装置３は、表示装置３ａを用いて障害物の位置を表示したり、警報装置３ｂを用いて障害物までの距離に応じた音を発生させる。例えば、距離が短くなるに従って音を大きくしたり、音色を変化させる。
【００５６】
（送信制御部）
送信制御部２０は、ＥＣＵ２の送信指示に基づき送信信号を生成して送信素子Ａに出力する部分である。図４は、図３に示す送信制御部２０の構成をブロックで模式的に示す説明図である。送信制御部２０は、発振回路２０ａおよび駆動回路２０ｂを備える。
【００５７】
発振回路２０ａは、ＥＣＵ２からの送信タイミング信号を受け、予め設定された超音波領域の所定周波数の正弦波を生成し、それをパルス変調したパルス信号を駆動回路２０ｂに出力する。そして、駆動回路２０ｂは、送信素子Ａに入力される電源電圧の供給を受けて駆動し、発振回路２０ａからのパルス信号（駆動信号）により送信素子Ａの圧電振動子を駆動させる。これにより、送信素子Ａの圧電振動子が送信振動し、送信素子Ａから車両外部に送信波（超音波）が送信される。
【００５８】
なお、ＥＣＵ２から送信タイミング信号が送信制御部２０に対して出力されている間は、送信制御部２０と送信素子Ａとが電気的に接続され、送信素子Ａから車両外部に超音波が送信される。
【００５９】
（障害物の位置を検出する手法）
図５は、障害物の位置を検出する手法を示す説明図である。送信波が送信された時間と、反射波が受信された時間との時間差に基づいて障害物までの距離を求める。また、水平方向に配列された受信素子Ｃ，Ｄによってそれぞれ受信された反射波の位相差に基づいて障害物の水平方位を求める。さらに、垂直方向に配列された受信素子Ｂ，Ｄによってそれぞれ受信された反射波の位相差に基づいて障害物の垂直方位を求める。
【００６０】
（受信制御部）
図６は、図３に示す受信制御部３０の構成をブロックで模式的に示す説明図である。図８は、受信素子Ｃ，Ｄの受信波の一例を示す説明図である。受信制御部３０は、受信素子Ｂ，Ｃ，Ｄから送られてきた信号に基いて、その信号が障害物の反射波であるか否かを判定し、反射波であると判定したときは、その反射波に基づいて障害物の位置を算出する部分である。
【００６１】
受信制御部３０は、受信素子Ｂ，Ｃ，Ｄにそれぞれ接続されたアンプ３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、Ａ／Ｄ変換・直交復調部３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、振幅・位相算出部３３と、閾値判定部３４と、受信時間検出部３５と、障害物判定部３６と、位置算出部３７とを備える。
【００６２】
（アンプ、Ａ／Ｄ変換・直交復調部））
アンプ３１ａ〜３１ｃは、それぞれ受信素子Ｂ〜Ｄから出力された信号を所定の増幅率で増幅する。Ａ／Ｄ変換・直交復調部３２ａ〜３２ｃは、それぞれアンプ３１ａ〜３１ｃから出力された信号をデジタル信号に変換し、その変換されたデジタル信号を直交復調する。
【００６３】
つまり、Ａ／Ｄ変換・直交復調部３２ａは、変換されたデジタル信号に、所定の各周波数の正弦波ならびに余弦波を掛け合わせ、その中からローパスフィルタによって高周波成分を除去し、同相成分Ｉ１および直交成分Ｑ１を抽出する。また、Ａ／Ｄ変換・直交復調部３２ｂは、変換されたデジタル信号に、所定の各周波数の正弦波ならびに余弦波を掛け合わせ、その中からローパスフィルタによって高周波成分を除去し、同相成分Ｉ２および直交成分Ｑ２を抽出する。
【００６４】
さらに、Ａ／Ｄ変換・直交復調部３２ｃは、変換されたデジタル信号に、所定の各周波数の正弦波ならびに余弦波を掛け合わせ、その中からローパスフィルタによって高周波成分を除去し、同相成分Ｉ３および直交成分Ｑ３を抽出する。
【００６５】
図７は、受信素子Ｃ，Ｄの直交復調信号を複素平面（ＩＱ平面）上に表した図であり、位相差Δφを生じた直交復調信号を示す。受信素子Ｃ，Ｄで受信した受信信号を直交復調すると、その復調信号は、所定の各周波数の正弦波に対する同相成分（Ｉ）および直交成分（Ｑ）の信号に分離された形で得られる。
【００６６】
これを、同相成分（Ｉ）および直交成分（Ｑ）の信号からなるＩＱ平面（複素平面）に表すと、所定の大きさおよび位相のベクトルとして表すことができる。また、素子Ｃ，Ｄの復調信号は、障害物の方向によって、それぞれ位相が変わってくる。また、素子Ｃ，Ｄの復調信号（Ｒｘ＿Ｃ、Ｒｘ＿Ｄ）をそれぞれＩＱ平面上にベクトルとして表すと、図７に示すように、障害物の方向に応じて位相差Δφを生ずる。
【００６７】
（振幅・位相算出部）
振幅・位相算出部３３は、Ａ／Ｄ変換・直交復調部３２ａによって求めた同相成分Ｉ１および直交成分Ｑ１を用いて受信素子Ｂにおける反射波の振幅および位相を算出し、Ａ／Ｄ変換・直交復調部３２ｂによって求めた同相成分Ｉ２および直交成分Ｑ２を用いて受信素子Ｃにおける反射波の振幅および位相を算出し、Ａ／Ｄ変換・直交復調部３２ｃによって求めた同相成分Ｉ３および直交成分Ｑ３を用いて受信素子Ｄにおける反射波の振幅および位相を算出する。
【００６８】
（閾値判定部）
この出願の発明者らは、障害物からの反射波形は、各受信素子において略同一となるが、路面などの乱反射物では反射点が複数存在し、無数の反射波が合成、干渉するため、受信素子の位置によって反射波形が異なることに着目した。そして、各受信素子での反射波が閾値を超えたタイミングの各受信素子間で生じる時間差（受信時間差）が規定時間を超えている場合は、障害物が存在しないと判定し、上記の時間差が規定時間以下の場合に、障害物が存在すると判定することができることを開発した。
【００６９】
閾値判定部３４は、振幅・位相算出部３３において算出された各受信素子における振幅が閾値を超えているか否かを判定する。図８において縦軸は振幅に対応する電圧であり、横軸は受信時間である。図８に示す例では、受信素子Ｃの受信波は、障害物以外の物で反射した波（以下、不要波ともいう）ＲＣ１〜ＲＣ３と、障害物で反射した波（障害物反射波）ＲＣ４とで構成される。また、受信素子Ｄの受信波は、波（以下、不要波ともいう）ＲＤ１〜ＲＤ３と、波（障害物反射波）ＲＤ４とで構成される。
【００７０】
閾値判定部３４は、受信波を構成する各波の電圧（振幅）が閾値Ｖｔｈを超えたか否かを判定する。つまり、閾値Ｖｔｈを超える振幅を有する波は、障害物からの反射波である可能性が高く、逆に、閾値Ｖｔｈ以下の振幅を有する波は、障害物からの反射波である可能性が低いため、閾値Ｖｔｈを超えたか否かに基いて障害物からの反射波である可能性の有無を判定する。閾値判定部３４は、自身の判定結果を示す判定結果データを受信時間検出部３５に渡す。
【００７１】
（受信時間検出部）
受信時間検出部３５は、送信素子Ａが送信波を送信したタイミングから、受信素子Ｂ，Ｃ，Ｄが受信した受信波を構成する波のうち、所定の波の振幅が閾値Ｖｔｈを超えたタイミングになるまでに要した時間を検出する。そして、受信時間検出部３５は、検出した受信時間示す受信時間データを障害物判定部３６に渡す。この実施形態では、受信時間検出部３５が検出した時間を、受信素子が反射波を受信した受信時間として扱う。
【００７２】
（障害物判定部）
障害物判定部３６は、受信時間検出部３５から受け取った受信時間データに基づいて、障害物が存在するか否かを判定する。障害物判定部３６は、受け取った受信時間データのうち、受信素子Ｃ，Ｄの各受信波間で対応する波の組の各受信時間データを参照し、受信時間の時間差Δｔを各波の組毎に算出する。そして、その算出した時間差Δｔが規定時間ｔａ以下であるか否かを判定する。
【００７３】
この実施形態では、上記の規定時間ｔａは、受信素子Ｃ，Ｄの配置間隔、つまり送信波の半波長（λ／２）に音速を乗じて求まる時間に設定されている。つまり、受信時間の時間差Δｔが規定時間ｔａ以下の波の組は、障害物からの反射波である可能性が高く、規定時間Δｔが規定時間ｔａを超える波の組は、路面など、障害物以外の物からの反射波である可能性が高い。
従って、障害物判定部３６は、算出した時間差Δｔが規定時間ｔａ以下の波の組を検出したときに障害物が存在すると判定する。換言すると、時間差Δｔが規定時間ｔａを超える波を検出したときは障害物ではなく、送信波を乱反射する乱反射物であると判定する。
【００７４】
例えば、図８において、受信素子Ｃ，Ｄの受信波間で不要波ＲＣ１，ＲＤ１が対応関係にある。不要波ＲＣ１，ＲＤ１の受信時間は、それぞれｔＣ１，ｔＤ１であるが、受信時間の時間差Δｔ（＝ｔＤ１−ｔＣ１）は、規定時間ｔａを超えているため、不要波ＲＣ１，ＲＤ１の組に基いては障害物が存在すると判定しない。不要波ＲＣ２，ＲＤ２および不要波ＲＣ３，ＲＤ３の各組についても同様である。
【００７５】
一方、障害物反射波ＲＣ４，ＲＤ４の受信時間の時間差Δｔ（＝ｔＤ４−ｔＣ４）は、規定時間ｔａ以下であるため、障害物反射波ＲＣ４，ＲＤ４の組に基いて障害物が存在する判定する。
なお、受信時間差に音速（超音波の伝搬速度）を乗じて距離差Δｘを算出し、その距離差Δｘが規定距離差ｄ以下の場合に、障害物が存在すると判定することもできる。
【００７６】
（位置算出部）
位置算出部３７は、障害物の位置（超音波センサ１０から障害物までの距離および障害物の方位）を算出する。障害物の位置を算出する対象となるのは、障害物判定部３６において障害物が存在すると判定されたときの判定の対象となった波の組である。超音波センサ１０から障害物までの距離は、送信素子Ａが送信波を送信したときのタイミングから、基準とする受信素子、たとえば受信素子Ｃの受信波形において、障害物として判定された波の振幅が閾値Ｖｔｈを超えたタイミングまでに要した時間ｔｃ４に送信波の伝搬速度を乗じて算出する。
【００７７】
また、位置算出部３７は、基準素子とする受信素子Ｃの受信波形において、障害物として判定された波の振幅が閾値を超えたタイミングにおける受信素子Ｃ，Ｄの各復調信号の位相差に基づいて水平方位を算出する。また、位置算出部３７は、受信素子Ｃの受信波形において障害物と判定された波の振幅が閾値を超えたタイミング以降の複数のサンプルポイントにおいて、受信素子Ｃ，Ｄで受信する受信信号の位相差を、その受信信号の大きさを反映した位相差ベクトル（水平方位を示す位相差ベクトル）として算出する。
【００７８】
さらに、位置算出部３７は、障害物判定部３６の肯定判定の対象となった波の組に対してＡ／Ｄ変換・直交復調部３２ａ，３２ｃが算出した同相成分Ｉ１，Ｉ３および直交成分Ｑ１，Ｑ３に基いて障害物の垂直方位を算出する。つまり、位置算出部３７は、Ａ／Ｄ変換・直交復調部３２ａによって直交復調された同相成分Ｉ１および直交成分Ｑ１の位相と、直交復調部３２ｃによって直交復調された同相成分Ｉ３および直交成分Ｑ３の位相とを入力し、両位相の位相差を算出し、その位相差に基づいて垂直方位を算出する。
【００７９】
また、位置算出部３７は、受信素子Ｃの受信波形において障害物と判定された波の振幅が閾値を超えたタイミングにおける受信素子Ｂ，Ｄの各復調信号の位相差に基づいて垂直方位を算出する。さらに、位置算出部３７は、受信素子Ｃの受信波形において障害物と判定された波の振幅が閾値を超えたタイミング以降における複数のサンプルポイントにおいて、受信素子Ｂ，Ｄで受信する受信信号の位相差を、その受信信号の大きさを反映した位相差ベクトル（垂直方位を示す位相差ベクトル）として算出する。
【００８０】
図９は、間隔ｄで配置された受信素子Ｃ，Ｄにθ方向から反射波が到来したことを示す説明図である。受信素子Ｃ，Ｄ間の距離をｄ、各復調信号の位相差をΔφ、反射波の波長をλとすると、反射波の到来方向θは次の式（１）で表される。
【００８１】
θ＝ｓｉｎー１（Δφ＊λ／（２π＊ｄ））  ・・・（１）
【００８２】
上記式（１）に反射波の波長λ（送信波の波長λと同じ）と、２素子間の距離ｄ（λ／２）と、各復調信号の位相差Δφとを代入すれば、反射波の到来方向θを算出することができる。
ここで、各復調信号の位相差Δφを算出するために、先ず、基準素子とする受信素子Ｃの受信波形において障害物と判定された波の振幅が閾値を超えたタイミング以降の複数のサンプルポイントにおいて、各復調信号の位相差を示す位相差ベクトルＤｅｆを算出する。位相差ベクトルＤｅｆは、受信信号の大きさを反映したものであり、次の式（２）により算出する。
【００８３】
Ｄｅｆ＝Ｘ＊Ｙ＊ｅｘｐ（ｊ（φ１ーφ２））＝Ｘ＊Ｙ＊ｅｘｐ（ｊ（Δφ））  ・・・（２）
【００８４】
なお、Ｘ、Ｙは、各復調信号の強度を示し、φ１、φ２は各復調信号の位相を示す。ここで、各復調信号Ｒｘ＿Ｃ，Ｒｘ＿Ｄをそれぞれ次の式（３），（４）のように同相成分（Ｉ）および直交成分（Ｑ）の和で表す。図１０（ａ）〜（ｃ）は、複数のサンプルポイントの位相差ベクトルを加算することで各素子の受信信号の位相差を算出することを説明するための図である。
【００８５】
Ｒｘ＿Ｃ→Ｘ＊ｅｘｐ（ｊφ１）＝Ｘ＊（ａ＋ｊｂ）＝（Ｘ＊ａ）＋ｊ（Ｘ＊ｂ）  ・・・（３）
【００８６】
Ｒｘ＿Ｄ→Ｙ＊ｅｘｐ（ｊφ２）＝Ｙ＊（ｃ＋ｊｄ）＝（Ｙ＊ｃ）＋ｊ（Ｙ＊ｄ）  ・・・（４）
【００８７】
なお、上記式（３），（４）において、ａ＋ｊｂおよびｃ＋ｊｄは、それぞれ単位ベクトルである。上記式（３），（４）を式（２）に代入すると、位相差ベクトルＤｅｆの同相成分Ｄｅｆ＿Ｉと直交成分Ｄｅｆ＿Ｑは、それぞれ次式（５），（６）のように表される（図１０（ａ）参照）。
【００８８】
Ｄｅｆ＿Ｉ＝（Ｘ＊ａ）＊（Ｙ＊ｃ）＋（Ｘ＊ｂ）＊（Ｙ＊ｄ）  ・・・（５）
【００８９】
Ｄｅｆ＿Ｑ＝（Ｘ＊ｂ）＊（Ｙ＊ｃ）−（Ｘ＊ａ）＊（Ｙ＊ｄ）  ・・・（６）
【００９０】
したがって、各復調信号の成分を上記式（５），（６）に代入することにより、位相差ベクトルＤｅｆを算出することができる（図１０（ｂ）参照）。そして、各サンプルポイントにおいて算出した位相差ベクトルを加算して、合成位相差ベクトルＳｕｍ＿Ｄｅｆを算出し（図１０（ｃ）参照）、この合成位相差ベクトルＳｕｍ＿Ｄｅｆの位相から、障害物Ｐの方向を算出するための、各復調信号の位相差Δφを算出する。
【００９１】
このように、受信信号の大きさを反映した位相差ベクトルを合成することで、受信信号の大きさを重みとしてもつ位相差の平均が可能となり、正確に位相差Δφを算出することができる。このΔφに基づき式（１）から反射波の到来方向θを算出する。また、受信素子Ｂ，Ｄの各受信信号に基く反射波の到来方向も、上記と同様に算出することができる。
【００９２】
さらに、位置算出部３７は、算出した障害物までの距離と、水平方位を示す位相差ベクトルと、垂直方位を示す位相差ベクトルとから、障害物の位置を示す位置情報（３次元座標）を作成する。そして、位置算出部３７は、ＥＣＵ２からの位置情報要求指示に基づいて上記の３次元座標をＥＣＵ２へ送信する。
【００９３】
［障害物検出処理］
次に、ＥＣＵ２に備えられたＣＰＵ２ａおよび各超音波センサ１０〜１３が実行する障害物検出処理の流れについて、それを示す図１１のフローチャートを参照して説明する。例えば、ＣＰＵ２ａは、車両の変速機が後退（バック）に選択されたことをトリガーとして以下に示す障害物検出処理を実行する。
【００９４】
ＣＰＵ２ａは、予め設定されている送信タイミングになったか否かを判定し（ステップ（以下、Ｓと略す）１）、送信タイミングになったと判定すると（Ｓ１：Ｙｅｓ）、超音波センサ１０〜１３に対して送信波（超音波）を送信するように指示する（Ｓ２）。この指示は、所定の順序で各超音波センサに対して行う。
【００９５】
続いて、ＣＰＵ２ａからの送信指示を受けた超音波センサは、自身に備えられた送信制御部２０を駆動し、送信素子Ａから送信波を送信する。そして、送信波を送信した超音波センサは、自身に備えられた受信制御部３０により、受信レベルが閾値を超えたか否か、つまり、受信波を構成する波のうち、閾値Ｖｔｈを超えた電圧（振幅）を有する波が存在するか否かを判定する（Ｓ３）。
【００９６】
続いて、受信制御部３０は、肯定判定すると（Ｓ３：Ｙｅｓ）、その肯定判定の対象となった波の組に対する受信時間および位相を検出し、それらをＲＡＭなどの記憶内容書換可能な記憶媒体に記憶する（Ｓ４）。続いて、受信制御部３０は、先のＳ４において記憶媒体に記憶した受信時間に基いて、組となる波の受信時間差Δｔを算出する（Ｓ５）。
【００９７】
続いて、受信制御部３０は、先のＳ５において算出した受信時間差Δｔが規定時間差ｔａ以下であるか否かを判定し（Ｓ６）、肯定判定した場合は（Ｓ６：Ｙｅｓ）、障害物が存在すると判定する（Ｓ７）。続いて、受信制御部３０は、先のＳ４において検出した位相およびＳ５において算出した受信時間差Δｔに基いて障害物の位置を算出し（Ｓ８）、その算出した位置情報をＥＣＵ２へ送信する（Ｓ９）。
【００９８】
［第１実施形態による効果］
上述の第１実施形態に係る障害物検出装置１０を用いれば、振幅（電圧）が閾値Ｖｔｈを超えており、かつ、振幅が閾値Ｖｔｈを超えた時間の各受信素子間における時間差Δｔが規定時間ｔａ以下となる波の組が検出された場合に障害物が存在すると判定することができる。
したがって、送信波の送信および反射波の受信を複数回行う必要がないため、送信波を送信してから障害物が存在すると判定するまでの応答性を良くすることができる。
【００９９】
〈第２実施形態〉
次に、この発明の第２実施形態について図を参照して説明する。この実施形態に係る障害物検出装置は、反射波に対して複数の閾値を用いてレベル判定を行うことにより、障害物の判定精度を高めることを特徴とする。図１２は、反射波と２つの閾値との関係を示す説明図である。
【０１００】
障害物からの反射波と、障害物以外からの反射波とが一部重複する状態が起こり得る。そのような状態は、例えば、受信素子と障害物との距離が近い場合に起こり得る。図１２に示す例では、受信素子Ｃにより受信された反射波（障害物の反射波）ＲＣ４と、障害物以外からの反射波（不要波）ＲＣ３とが一部重複しており、反射波ＲＣ３，ＲＣ４が一体化して１つの波を形成している。同様に受信素子Ｄにより受信された反射波（障害物の反射波）ＲＤ４と、障害物以外からの反射波（不要波）ＲＤ３とが一部重複しており、反射波ＲＤ３，ＲＤ４が一体化して１つの波を形成している。
【０１０１】
反射波の重複がなく、反射波ＲＣ４，ＲＤ４が単独に発生している場合は、両反射波には、閾値Ｖｔｈ１を超えるポイントＰ２が共に存在するため、そのポイントＰ２における受信時間ｔの時間差Δｔが規定時間ｔａ以下であると、障害物が存在すると判定される。
しかし、反射波が重複しており、各ポイントＰ２は、反射波ＲＣ３，ＲＤ３の中に隠れているため、各ポイントＰ２は、閾値Ｖｔｈ１を超えたポイントとしては処理できない。
【０１０２】
従って、一体化した波のうち反射波ＲＣ３，ＲＤ３の部分が、共にポイントＰ１において閾値Ｖｔｈ１を超えているため、両反射波のポイントＰ１における受信時間ｔの時間差Δｔが規定時間ｔａを超えていると、障害物が存在しないと判定されることになる。
つまり、本来であれば、障害物が存在すると判定されるべきところ、反射波が重複しているために障害物が存在しないと判定されるという事態が起こり得る。
【０１０３】
そこで、この第２実施形態では、閾値Ｖｔｈ１に加えて、閾値Ｖｔｈ１よりも大きい閾値Ｖｔｈ２を設定する。そして、閾値Ｖｔｈ１を超える波の組が検出されたことに基づいて障害物が存在しないと判定された場合は、その判定の対象となった波の組が閾値Ｖｔｈ２を超えているか否かを判定し、肯定判定した場合に、障害物が存在すると判定する。
【０１０４】
図１２に示す例では、一体化した波の組の中で、反射波ＲＣ４，ＲＤ４の部分がポイントＰ３においてそれぞれ閾値Ｖｔｈ２を超えているため、そのポイントＰ３における受信時間ｔの時間差Δｔが規定時間ｔａ以下であれば、障害物が存在すると判定されることになる。
【０１０５】
以上のように、第２実施形態に係る障害物検出装置を用いれば、障害物反射波および不要波が重複していることが原因で、障害物が存在するにも拘わらず、障害物が存在しないと判定する可能性を低くすることができる。
【０１０６】
〈第３実施形態〉
次に、この発明の第３実施形態について図を参照して説明する。この実施形態に係る障害物検出装置は、２つの受信素子により受信された反射波間の相関係数に基づいて障害物の存在を判定することを特徴とする。図１３（ａ）は、２つの受信素子により受信された反射波の説明図であり、同図（ｂ）は相関係数の変化を示すグラフである。
【０１０７】
信号ｘ（ｔ），ｙ（ｔ）の離散データｘ（ｉ）｛ｉ＝１，２，・・・，ｎ｝、ｙ（ｉ）｛ｉ＝１，２，・・・，ｎ｝の相関係数は、次の式（７）を用いて求められることが知られている。
【０１０８】
【数１】
2010197342.tif 000003
【０１０９】
また、上記の式（７）によって求めた相関係数が正のときは両信号間には正の相関があり、相関係数が負のときは負の相関がある。また、相関係数が０のときは相関が無い。
したがって、正の相関があるときに一方の受信素子の受信波の振幅（電圧）が増加すると、他方の受信素子の受信波の振幅（電圧）も増加する。一方、負の相関があるときに一方の受信素子の受信波の振幅が増加すると、他方の受信素子の受信波の振幅は減少する。
【０１１０】
図１３（ａ）に示すように、同じ障害物からの反射波は、各受信素子において略同時間に略同一の波形で受信されるため、各受信素子における受信波の振幅の相関係数が大きくなる。一方、路面などの乱反射物からの反射波は、各受信素子における受信時間も異なり、受信される波形も異なる。
【０１１１】
したがって、図１３（ｂ）に示すように、各受信素子が同じ障害物からの反射波を受信したときの各受信波の相関係数は、乱反射物からの反射波を受信したときの各受信波の相関係数よりも大きくなる。換言すると、相関係数が大きくなる波の組は、各受信素子における反射波の受信時間の差が小さい波の組である。
【０１１２】
そこで、この第３実施形態では、各受信素子における反射波の受信時間の差が規定時間以下になる波の組を相関係数を用いて検出する。
つまり、各受信素子の受信波に対する規定時間間隔毎の相関係数を算出し、その算出した相関係数が規定値以上か否かを判定する。そして、その判定において肯定判定した場合に障害物が存在すると判定する。
【０１１３】
以上のように、第３実施形態に係る障害物検出装置を用いれば、各受信素子の受信波に対する規定時間間隔毎の相関係数を算出し、その算出した相関係数が規定値を超える波の組を検出することにより、障害物の存在を判定することができる。
【０１１４】
［第３実施形態の変更例］
各受信素子における受信波のうち、振幅が閾値を超えた波の組であって相互に対応する波の受信時間差Δｔが規定時間ｔａ以下であり、かつ、相関係数が規定値を超えた波の組を検出した場合に障害物が存在すると判定することもできる。
この判定手法を用いれば、受信時間差および相関係数の一方のみに基いて障害物の存在を判定する場合よりも判定の精度を高めることができる。
【０１１５】
また、相関係数が規定値を超えている波の組を検出することにより、障害物の存在を判定する手法は、受信素子間の受信時間差Δｔが規定時間ｔａ以下の波の組を検出することにより、障害物の存在を判定する手法に取って代わることができるものであるが、受信素子間の受信時間を直接測定し、受信時間差Δｔが規定時間ｔａ以下の波を検出する手法の方が障害物の判定精度が高い。
【０１１６】
そこで、各受信素子間の受信時間差Δｔが規定時間ｔａ以下の波の組を検出し、かつ、相関係数が規定値を超えている波の組を検出するようにし、前者の検出結果に対して後者の検出結果よりも大きく重み付けすることにより、障害物の判定精度をより一層高めることができる。例えば、前者の検出結果に対して後者の検出結果よりも大きい重み付け係数を乗じ、その結果得られた両者の数値を加算し、その加算値が閾値を超えた場合に障害物が存在すると判定する。
【０１１７】
〈第４実施形態〉
次に、この発明の第４実施形態について説明する。この実施形態に係る障害物検出装置は、各受信素子における受信波の振幅を時間的に同期させて加算し、その加算値が閾値を超えた波の組を検出した場合に障害物が存在すると判定する。
【０１１８】
同じ障害物からの反射波は、各受信素子における受信時間差が小さいため、各受信素子における受信波の振幅を加算した加算値が大きくなる。一方、路面などの乱反射物からの反射波は、各受信素子における受信時間差が異なるため、加算値も小さくなる。
【０１１９】
したがって、各受信素子が同じ障害物からの反射波を受信したときの受信波振幅の加算値は、乱反射物からの反射波を受信したときの受信波振幅の加算値よりも大きくなる。換言すると、振幅の加算値が大きくなる波の組は、各受信素子における反射波の受信時間の差が小さい波の組である。
【０１２０】
そこで、この第４実施形態では、各受信素子における反射波の受信時間の差が規定時間以下になる波の組を振幅の加算値を用いて検出する。
つまり、各受信素子における受信波の振幅を時間的に同期させて加算し、その加算値が閾値を超えたか否かを判定する。そして、その判定において肯定判定した場合に障害物が存在すると判定する。
【０１２１】
以上のように、第４実施形態に係る障害物検出装置を用いれば、各受信素子における受信波の振幅を時間的に同期させて加算し、その加算値が閾値を超えた波の組を検出することにより、障害物の存在を判定することができる。
【０１２２】
［第４実施形態の変更例］
各受信素子における受信波のうち、振幅が閾値を超えた波の組であって相互に対応する波の受信時間差Δｔが規定時間ｔａ以下であり、かつ、振幅の加算値が閾値を超えた波の組を検出した場合に障害物が存在すると判定することもできる。
この判定手法を用いれば、受信時間差および振幅の加算値の一方のみに基いて障害物の存在を判定する場合よりも判定の精度を高めることができる。
【０１２３】
また、振幅の加算値が閾値を超えている波の組を検出することにより、障害物の存在を判定する手法は、受信素子間の受信時間差Δｔが規定時間ｔａ以下の波の組を検出することにより、障害物の存在を判定する手法に取って代わることができるものであるが、受信素子間の受信時間差Δｔが規定時間ｔａ以下の波の組を直接検出する手法の方が障害物の判定精度が高い。
【０１２４】
そこで、各受信素子間の受信時間差Δｔが規定時間ｔａ以下の波の組を検出し、かつ、振幅の加算値が規定値を超えている波の組を検出するようにし、前者の検出結果に対して後者の検出結果よりも大きく重み付けすることにより、障害物の判定精度をより一層高めることができる。例えば、前者の検出結果に対して後者の検出結果よりも大きい重み付け係数を乗じ、その結果得られた両者の数値を加算し、その加算値が閾値を超えた場合に障害物が存在すると判定する。
【０１２５】
〈第５実施形態〉
次に、この発明の第５実施形態に図を参照して説明する。図１４は、この実施形態に係る障害物検出装置の主な電気的構成をブロックで模式的に示す説明図である。
この実施形態に係る障害物検出装置１０は、障害物検出装置１０の環境温度を測定する温度センサ１５を備える。
【０１２６】
送信素子Ａが送信する超音波は、伝搬の媒体である空気の温度によって速度が変化するため、環境温度が変化すると、受信素子Ｂ〜Ｄの受信時間に誤差が生じる。
そこで、受信時間検出部３５は、温度センサ１５によって測定された環境温度に応じて受信時間を補正するようにする。そして、障害物判定部３６は、補正された受信時間に基いて各受信素子間の受信時間差をΔｔを算出する。
【０１２７】
以上のように、第５実施形態に係る障害物検出装置１０を用いれば、環境温度の変化の影響を受けることなく、障害物の判定精度を高めることができる。また、受信時間差Δｔに代えて距離差Δｘを用いて障害物を判定する手法を用いる場合も、環境温度に応じて音速を補正して距離差Δｘを補正することにより、環境温度の影響を受けることなく、障害物の判定精度を高めることができる。
【０１２８】
＜他の実施形態＞
（１）前述の各実施形態では、素子Ａを送信用として用い、素子Ｂ，Ｃ，Ｄを受信用として用いたが、どの素子を送信用または受信用とするかは、使用状況に応じて変更することができる。また、素子Ａ〜Ｄを送受信兼用とすることもできる。例えば、素子Ａを送受信用として用い、素子Ｂ，Ｃ，Ｄを受信用として用いる。そして、素子Ａ，Ｂおよび素子Ｃ，Ｄにおける各位相差の平均値を求め、その平均値に基づいて障害物の水平方位を求める。また、素子Ａ，ＣおよびＢ，Ｄにおける各位相差の平均値を求め、その平均値に基づいて障害物の垂直方位を求める。この構成によれば、障害物の位置の検出精度をより一層高めることができる。
【０１２９】
（２）超音波センサを地表面に対して縦方向に配列することもできる。この構成によれば、障害物の検出範囲を縦方向に広げることができる。例えば、ワンボックスカー、バス、トラックなど、後部の車高が高い車両に適用する場合、車両の後方角部に沿って超音波センサを縦方向に配列する。
この構成によれば、障害物の検出範囲を縦方向に広げることができるため、地表面から離れた位置に存在する障害物を高精度で検出することができる。例えば、駐車場の壁面から前方へ突出した障害物や上方から下方へ突出した障害物などを検出することができる。
【０１３０】
（３）超音波に代えて電波や光などの電磁波を用いることもできる。
（４）超音波センサ１０〜１３が実行する処理の一部または前部をＥＣＵが実行するように構成することもできる。
【０１３１】
（５）前述の各実施形態にて説明した障害物検出装置は、車両を駐車するときにドライバーを支援するための駐車支援システムに用いることもできる。この駐車支援システムに備えられたＥＣＵ２には、超音波センサ取付位置記憶部および走行状態取得部が接続されている。超音波センサ取付位置記憶部は、各超音波センサ１０〜１３の車両に対する取り付け位置情報を記憶する超音波センサ取付位置記憶部を備える。
【０１３２】
この超音波センサ取付位置記憶部は、車両の中心点を原点としたときの３次元座標および姿勢を記憶している。走行状態取得部は、車速センサ、地磁気センサ、ジャイロスコープおよび操舵角センサなどから、車両の各時刻における車速および方位などを示す走行状態を取得する。
【０１３３】
ＥＣＵ２のＣＰＵ２ａは、障害物を検出する際には、走行状態取得部から取得する走行状態に基づき、車両の中心点の移動軌跡を時刻に対応付けてＲＡＭ２ｃに記憶して行く。また、各受信制御部３０から送られてきた障害物の位置情報を、車両の中心点を基準とした位置情報に変換し、時刻に対応付けてＲＡＭ２ｃに記憶しておく。このように、障害物の位置情報を車両の中心点を基準とした位置情報に変換しているのは、各超音波センサ１０〜１３から取得した複数の位置情報を統合して取り扱うためである。
【０１３４】
そして、ＲＡＭ２ｃに記憶した車両中心点の移動軌跡に基づいて、ＲＡＭ２ｃに記憶した各時刻に対応する障害物の位置情報を、現在地を基準とした位置に変換する。つまり、ＣＰＵ２ａは、各時刻で検出した障害物の位置情報を現在の時刻、位置を基準にして認識している。これによって、走行中において検出した複数の障害物の位置情報から障害物の形状を認識することができる。
【０１３５】
例えば、棒状の障害物の場合は、一点として算出し、棒状の障害物として認識でき、平面状の障害物の場合、移動に応じて異なる点を算出し、障害物が平面状であることを認識できる。例えば縦列駐車時のスペースを検索する用途で使用した場合、駐車車両の形状を検出し、駐車に使用できるスペースを検索することができる。同様に並列駐車スペース検索に適用した場合でも、駐車車両の形状を検出し、駐車に使用できるスペースを検索し、スペース有無の判定や、自動駐車の目標位置設定に使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３６】
前述の各実施形態では、この発明に係る物体検出装置として車両に備えた障害物検出装置を説明したが、この発明に係る物体検出装置は、ロボットなどにも用いることができる。例えば、ロボットの腕、足、頭部、胴体などに超音波センサを配列することにより、ロボットが動作するときに障害物を広範囲かつ高精度で検出することができる。なお、ロボットには、二足歩行ロボット、工業用ロボット、産業用ロボットなどを含む。
【符号の説明】
【０１３７】
１・・車両、４・・リヤバンパ、１０〜１３・・超音波センサ（物体検出装置）、
Ａ・・送信素子、Ｂ，Ｃ，Ｄ・・受信素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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