(57)【要約】【課題】製造コストの増加を抑えつつ物体の誤検知を抑制する。【解決手段】メモリは、１セット目から４セット目の検知処理が終了したとき、４セット全てで検波信号が１であった格納領域Ｐｋのみが１となり、少なくとも何れか１つのセットで検波信号が０であった格納領域Ｐｋが０に書き換えられる。演算部３は、４セット目の検知処理が終了した時点で検波信号が１である格納領域Ｐｋを選出し、サンプリング周期×(ｋ＋１)＋経過時間の下限値から超音波パルスの往復時間を求め、この往復時間から物体までの距離を演算する。すなわち、１番目から４番目の全てのセットの検波信号をメモリに保存する場合は、ｎ＋１個の格納領域Ｐｋを有するメモリが４つ必要になる。これに対して本実施形態では、ｎ＋１個の格納領域Ｐｋを有するメモリが１つで済むため、製造コストの増加を抑えつつ物体の誤検知を抑制することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視空間に超音波パルスを送波するとともに、前記監視空間から戻ってくる前記超音波パルスを受波し、且つ受波した前記超音波パルスを電気信号からなる受波信号に変換し、さらに、前記受波信号の信号レベルを所定のしきい値と比較することで２値化した検波信号を出力する送受波手段と、前記送受波手段を制御し、前記超音波パルスを受波してから前記超音波パルスを送波するまでの待機時間を調整する制御手段と、前記検波信号が時系列に格納される複数の格納領域を有した記憶手段と、前記送受波手段が出力する前記検波信号を前記格納領域に順次格納するとともに、古い前記検波信号と新しい前記検波信号の論理積を演算し且つ前記論理積を前記格納領域に上書きして格納する処理を繰り返して行い、前記記憶手段の前記格納領域に格納される前記論理積に基づいて前記監視空間に存在する物体までの距離を演算する演算手段とを備えることを特徴とする物体検知装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記待機時間をランダムに変更するとともに同一の前記待機時間が２回以上続かないように調整することを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前回の前記待機時間と今回の前記待機時間との時間差を、前記超音波パルスの送波期間よりも長く、且つ前記今回の待機時間よりも短くするように構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の物体検知装置。
【請求項４】
前記送受波手段は、前記超音波パルスを受波している時間が所定の下限値以上の場合にのみ、前記受波信号に変換して出力することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の物体検知装置。
【請求項５】
前記送受波手段は、前記超音波パルスを受波している時間が所定の上限値以下の場合にのみ、前記受波信号に変換して出力することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項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、超音波を用いて物体を検知する物体検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の物体検知装置は、一定間隔で空間に超音波を送波するとともに、当該空間に存在する物体に反射した反射波を受波し、受波信号の信号レベルが複数回(例えば、４回)、連続して所定のしきい値を超えたときに物体の存在を確定するようにしている。
【０００３】
ところで、空間に複数の物体が存在し且つ各物体までの距離が異なっている場合、先に送波された超音波の反射波(遠方の物体に反射した反射波)が戻ってくる前に、後に送波された超音波の反射波(近くの物体に反射した反射波)が戻ってきてしまうことがある。このように反射波を受波する順番が入れ替わることによって、物体までの距離を誤検知する虞がある。
【０００４】
一方、特許文献１には、超音波センサによる物体の誤検知を防止する発明が開示されている。特許文献１記載のものは、複数の駐車スペースを有する駐車場において、各駐車スペース毎に超音波センサが設置され、各駐車スペースにおける駐車車両の有無を各超音波センサで検知するものである。
【０００５】
上述のような従来例では、隣接した駐車スペースの超音波センサ同士の間で超音波が相互干渉するため、実際は駐車車両が存在しないにも関わらず、隣接する他の駐車スペースの駐車車両を誤検知してしまう虞がある。そのために特許文献１記載の従来例では、各超音波センサ毎にその超音波の送波間隔を不規則(ランダム)とし、受波期間内に受波された反射波(受波信号)をフレームメモリに順次記憶し、記憶した複数の受波信号(データ)に基づいて物体の有無(距離)を検知する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１５３６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の従来例では、前回の受波信号(データ)、前々回の受波信号(データ)などの過去のデータを記憶するために、比較的に大きな容量のメモリが必要になる。特に、自動車に搭載されるＥＣＵ(Electronic Control Unit：電子制御装置)では、メモリの容量に余裕がないため、メモリの容量増やメモリの搭載数の増加などが必要になり、製造コストの増加を招いてしまう。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、製造コストの増加を抑えつつ物体の誤検知を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の物体検知装置は、監視空間に超音波パルスを送波するとともに、前記監視空間から戻ってくる前記超音波パルスを受波し、且つ受波した前記超音波パルスを電気信号からなる受波信号に変換し、さらに、前記受波信号の信号レベルを所定のしきい値と比較することで２値化した検波信号を出力する送受波手段と、前記送受波手段を制御し、前記超音波パルスを受波してから前記超音波パルスを送波するまでの待機時間を調整する制御手段と、前記検波信号が時系列に格納される複数の格納領域を有した記憶手段と、前記送受波手段が出力する前記検波信号を前記格納領域に順次格納するとともに、古い前記検波信号と新しい前記検波信号の論理積を演算し且つ前記論理積を前記格納領域に上書きして格納する処理を繰り返して行い、前記記憶手段の前記格納領域に格納される前記論理積に基づいて前記監視空間に存在する物体までの距離を演算する演算手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この物体検知装置において、前記制御手段は、前記待機時間をランダムに変更するとともに同一の前記待機時間が２回以上続かないように調整することが好ましい。
【００１１】
この物体検知装置において、前記制御手段は、前回の前記待機時間と今回の前記待機時間との時間差を、前記超音波パルスの送波期間よりも長く、且つ前記今回の待機時間よりも短くするように構成されることが好ましい。
【００１２】
この物体検知装置において、前記送受波手段は、前記超音波パルスを受波している時間が所定の下限値以上の場合にのみ、前記受波信号に変換して出力することが好ましい。
【００１３】
この物体検知装置において、前記送受波手段は、前記超音波パルスを受波している時間が所定の上限値以下の場合にのみ、前記受波信号に変換して出力することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の物体検知装置は、製造コストの増加を抑えつつ物体の誤検知を抑制することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】(ａ)，(ｂ)は本発明に係る物体検知装置の実施形態の動作を説明するための説明図である。
【図２】同上のブロック図である。
【図３】同上の動作説明用の波形図である。
【図４】(ａ)〜(ｃ)は同上の動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る物体検知装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態の物体検知装置は、自動車のバンパーやフロントグリルなどに取り付けられた送受波器から前方や後方に超音波を送波し、自動車の前方や後方(監視空間)に存在する障害物(物体)を検知して運転者に注意を喚起するような目的に使用される。
【００１７】
本実施形態の物体検知装置は、図２に示すように送受波器１、送受波部２、演算部３、検知部４、制御部５を備える。送受波部２は、図３(ａ)に示す方形パルスのパルス信号を送受波器１に出力する。送受波器１は、圧電振動子を利用したマイクロホンで構成され、送受波部２から与えられるパルス信号によって圧電振動子が駆動され、図３(ｂ)に示すようなパルス状の超音波(超音波パルス)を監視空間に送波する。なお、１回当たりにパルス信号を出力する時間(超音波パルスを送波する時間)を送波期間TXn(n=1,2,3,4)と呼ぶ。
【００１８】
また、送受波器１は、監視空間から到来する超音波パルスを圧電振動子により電気信号(受波信号)に変換して送受波部２に出力する。ただし、送受波器１の出力にはパルス信号の残響の影響が現れるので、パルス信号の停止から所定期間には超音波パルスを受波することができない。
【００１９】
送受波部２は、送受波器１から出力される受波信号(図３(ｃ)参照)の信号レベル(包絡線の振幅値)を所定のしきい値Thと比較し、信号レベルがしきい値Thを超えている間だけハイレベルとなる２値信号(検波信号)を生成して演算部３に出力する(図３(ｄ)参照)。ただし、送受波部２が受波信号を取得(検波)する方法は包絡線検波に限定されるものではなく、同期検波(位相検波)などの他の方法でも構わない。
【００２０】
演算部３は、送受波器１から超音波パルスが送波され始めた時点(図３における時刻ｔ＝t１)からタイマをスタートし、検波信号が立ち上がる時点(図３における時刻ｔ＝t２)までの時間(経過時間)を計時する。そして、演算部３は、経過時間と音速から物体までの距離を演算し、その演算結果(距離)を検知部４に出力する。ただし、演算部３は、経過時間が下限値以上且つ上限値以下の範囲(以下、受波期間と呼ぶ。)で立ち上がる検波信号のみを演算の対象とし、受波期間外で立ち上がる検波信号を演算の対象としない。なお、下限値は、上述した残響の影響が無くなるとみなせる経過時間から決定され、上限値は、検知すべき物体までの最大距離に対応した経過時間から決定される。
【００２１】
検知部４は、演算部３から受け取る距離に基づいて物体の存在を検知して検知信号を出力する。
【００２２】
制御部５は、送受波部２を制御し、パルス信号を間欠的に出力させるとともに、送受波部２が超音波パルスを受波してから次の超音波パルスを送波するまでの待機時間を調整する。また、制御部５は、送受波部２がパルス信号を出力するタイミングに同期して、タイマをスタートさせるためのトリガを演算部３に与える。
【００２３】
ここで、制御部５は、超音波パルスの４回の送波を１セットとし、１セット毎に物体を検知するようにしている。ただし、１セット当たりの送波回数は４回に限定されるものではなく、２回又は３回若しくは５回以上でも構わないが、検知の信頼性向上と検知時間とのバランスを考慮すれば、１セット当たりの送波回数を４回とすることが好ましい。
【００２４】
次に、図４を参照して本実施形態の検知動作を説明する。ただし、前記最大距離以下の位置に物体Ａが存在し、前記最大距離以上の位置に物体Ｂが存在しているものと仮定する。
【００２５】
まず、１回目の送波期間TX1の開始(時刻ｔ＝t１)から受波期間の終了時点(時刻ｔ＝t２)までの間に、近距離の物体Ａで反射した超音波パルス(反射波)RX1が送受波器１で受波される(図４(ａ)参照)。
【００２６】
制御部５は、１回目の受波期間の終了時点から所定の待機時間TW1が経過した時点(時刻ｔ＝t３)で、送受波部２を制御して２回目の送波を開始させる(図４(ａ)参照)。２回目の送波期間TX2の開始(時刻ｔ＝t３)から受波期間の終了時点(時刻ｔ＝t４)までの間に、近距離の物体Ａで反射した超音波パルス(反射波)RY1が送受波器１で受波される(図４(ａ)参照)。さらに、１回目の送波期間TX1で送波された超音波パルスが遠距離の物体Ｂで反射した超音波パルス(反射波)RX2が超音波パルス(反射波)RY1よりも先に送受波器１で受波される(図４(ａ)参照)。
【００２７】
制御部５は、２回目の受波期間の終了時点から所定の待機時間TW2(>TW1)が経過した時点(時刻ｔ＝t５)で、送受波部２を制御して３回目の送波を開始させる(図４(ａ)参照)。３回目の送波期間TX3の開始(時刻ｔ＝t５)から受波期間の終了時点(時刻ｔ＝t６)までの間に、近距離の物体Ａで反射した超音波パルス(反射波)RX3が送受波器１で受波される(図４(ａ)参照)。さらに、２回目の送波期間TX2で送波された超音波パルスが遠距離の物体Ｂで反射した超音波パルス(反射波)RY2が超音波パルス(反射波)RX3よりも先に送受波器１で受波される(図４(ａ)参照)。
【００２８】
制御部５は、３回目の受波期間の終了時点から所定の待機時間TW3(>TW2)が経過した時点(時刻ｔ＝t７)で、送受波部２を制御して４回目の送波を開始させる(図４(ａ)参照)。４回目の送波期間TX4の開始(時刻ｔ＝t７)から受波期間の終了時点(時刻ｔ＝t８)までの間に、近距離の物体Ａで反射した超音波パルス(反射波)RX4が送受波器１で受波される(図４(ａ)参照)。さらに、３回目の送波期間TX3で送波された超音波パルスが遠距離の物体Ｂで反射した超音波パルス(反射波)RY3が超音波パルス(反射波)RX4よりも先に送受波器１で受波される(図４(ａ)参照)。
【００２９】
ここで、１セットの検知処理中に２つの物体Ａ，Ｂまでの距離が変化しないとすれば、近距離の物体Ａに反射した反射波を受波するタイミングは全ての回で同一とみなせる(図４(ｂ)参照)。一方、遠距離の物体Ｂに反射した反射波を受波するタイミングは、各回毎の待機時間TWnが異なっているために各回毎に相違する(図４(ｂ)参照)。
【００３０】
従って、演算部３において、各回の受波期間における検波信号同士の論理積を演算すれば、遠距離の物体Ｂに反射した反射波の検波信号はゼロとなって消滅し、近距離の物体Ａに反射した反射波の検波信号のみが残る(図４(ｃ)参照)。
【００３１】
次に、本発明の要旨である演算部３の演算処理について、図１を参照して詳細に説明する。
【００３２】
演算部３は、記憶手段に相当するメモリ(半導体メモリ)を備えている。このメモリは、例えば、０〜ｎの番号が割り当てられたｎ＋１個の格納領域Ｐ０〜Ｐｎを有している。なお、各格納領域Ｐｋ(ｋ＝０〜ｎ)の記憶容量は１ビットで十分である。
【００３３】
演算部３は、１セット目の検知処理を開始する前に全ての格納領域Ｐ０〜Ｐｎに１をセットしてメモリを初期化する(図１(ａ)参照)。ここで、送受波部２は、受波期間における受波信号の信号レベルを一定のサンプリング周期でサンプリングしながらしきい値Thと比較している。そして、送受波部２は、サンプリング周期毎にサンプリングして２値化した検波信号を順番に演算部３に出力する。
【００３４】
演算部３は、送受波部２から出力されるｋ番目の検波信号をバッファメモリＢＭに保存し、バッファメモリＢＭに保存した検波信号とｋ番目の格納領域Ｐｋとの論理積を演算し、その演算結果を格納領域Ｐｋに上書き保存する。ここで、ｋ番目の検波信号が０とすると、格納領域Ｐｋのデータが１から０に書き換えられる(図１(ｂ)参照)。
【００３５】
続いて、演算部３は、送受波部２から出力されるｋ＋１番目の検波信号をバッファメモリＢＭに保存し、バッファメモリＢＭに保存した検波信号とｋ＋１番目の格納領域Ｐｋ＋１との論理積を演算し、その演算結果を格納領域Ｐｋ＋１に上書き保存する。ここで、ｋ＋１番目の検波信号が１とすると、格納領域Ｐｋ＋１のデータは１のままとなる(図１(ｂ)参照)。そして、演算部３が、ｋ＝０からｋ＝ｎまでの論理積の演算と各格納領域Ｐｋへの演算結果の上書き保存とを繰り返すことにより、１セット目の検知処理が終了する。このとき、メモリは、検波信号が１であった格納領域Ｐｋは１のままであるが、検波信号が０であった格納領域Ｐｋは０に書き換えられる。
【００３６】
続いて２セット目の検知処理が開始されると、演算部３は、１セット目と同様にｋ＝０からｋ＝ｎまでの論理積の演算と各格納領域Ｐｋへの演算結果の上書き保存とを繰り返す。そして、２セット目の検知処理が終了したとき、メモリは、１セット目と２セット目の双方で検波信号が１であった格納領域Ｐｋのみが１となり、１セット目と２セット目の少なくとも何れか一方で検波信号が０であった格納領域Ｐｋが０に書き換えられる。
【００３７】
そして、３セット目及び４セット目の検知処理が終了したとき、メモリは、４セット全てで検波信号が１であった格納領域Ｐｋのみが１となり、少なくとも何れか１つのセットで検波信号が０であった格納領域Ｐｋが０に書き換えられる。
【００３８】
演算部３は、４セット目の検知処理が終了した時点で検波信号が１である格納領域Ｐｋを選出し、サンプリング周期×(ｋ＋１)＋経過時間の下限値から超音波パルスの往復時間を求め、この往復時間を音速で除算し且つ２分の１することで物体までの距離を演算する。
【００３９】
すなわち、１番目から４番目の全てのセットの検波信号をメモリに保存する場合は、ｎ＋１個の格納領域Ｐｋを有するメモリが４つ必要になる。これに対して本実施形態では、ｎ＋１個の格納領域Ｐｋを有するメモリが１つで済むため、製造コストの増加を抑えつつ物体の誤検知を抑制することができる。
【００４０】
また、本実施形態における制御部５は、待機時間TW1〜TW3をランダムに変更するとともに同一の待機時間が２回以上続かないように調整しているので、遠距離の物体Ｂで反射した反射波による誤検知を抑制することができる。なお、本実施形態における制御部５は、前回の待機時間TWi-1と今回の待機時間TWiとの時間差を、超音波パルスの送波期間よりも長く、且つ今回の待機時間TWiよりも短くするように構成されることが好ましい。
【００４１】
さらに、本実施形態における送受波部２は、超音波パルスを受波している時間が所定の下限値以上の場合にのみ、前記受波信号に変換して出力するので、極めて短い時間だけ受波されるノイズを除去することができる。
【００４２】
また、本実施形態における送受波部２は、超音波パルスを受波している時間が所定の上限値以下の場合にのみ、受波信号に変換して出力するので、例えば、自動車のブレーキ音のように比較的に長時間受波されるノイズを除去することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  送受波器(送受波手段)
２  送受波部(送受波手段)
３  演算部(演算手段)
４  検知部
５  制御部(制御手段)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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