(57)【要約】【課題】  外部超音波ノイズが存在する場合であっても、送波した超音波と外部ノイズとを区別することができ、結果的に被検知物体の位置を誤認することなく、障害物等の被検知物体までの距離と方位を検知することができる物体検知装置を提供する。【解決手段】  検知領域に超音波を送波する送波器と、検知領域にある被検知物体で反射された前記超音波の反射波を受波して電気信号に変換する複数個の受波素子と、前記受波素子からの電気信号に基づいて被検知物体までの距離と方位を算出することにより被検知物体を検知する検知部と、を有してなり、送波器が送波する超音波の強度が、最初の最大値となる点からゼロクロス点までの時間と、受波素子が反射波を受波して強度が最初の最大値となる点からゼロクロス点までの時間とが、同じ値である場合に、被測定物の方位を算出する。【選択図】図１
2008032426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知領域に超音波を送波する送波器と、検知領域にある被検知物体で反射された前記超音波の反射波を受波して電気信号に変換する複数個の受波素子と、前記受波素子からの電気信号に基づいて被検知物体までの距離と方位を算出することにより被検知物体を検知する検知部と、を有してなり、
送波器が送波する超音波の強度が、最初の最大値となる点からゼロクロス点までの時間と、受波素子が反射波を受波して強度が最初の最大値となる点からゼロクロス点までの時間とが、同じ値である場合に、被測定物の方位を算出することを特徴とする物体検知装置。
【請求項２】
検知領域に超音波を送波する送波器と、検知領域にある被検知物体で反射された前記超音波の反射波を受波して電気信号に変換する複数個の受波素子と、前記受波素子からの電気信号に基づいて被検知物体までの距離と方位を算出することにより被検知物体を検知する検知部と、を有してなり、
前記送波器は、送波を開始してから超音波の強度が最大値となるまでの時間と、最大値となってからゼロクロス点までの時間を任意に設定できる波形発生部を備えてなり、
送波器が送波する超音波の最初の最大値となる点からゼロクロス点までの時間、及びゼロクロス点から最初の最小値となる点までの時間と、受波素子が反射波を受波して強度が最初の最大値となる点からゼロクロス点までの時間、及びゼロクロス点から最初の最小値となる点までの時間とが、それぞれ同じ数値である場合に、被測定物の方位を算出することを特徴とする物体検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いて障害物等の被検知物体の位置(距離と方位)を検知する物体検知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、送波器から検知領域に超音波を送波し、検知領域にある被検知物体で反射された反射波を複数個の受波素子で受波して反射波を電気信号に変換し、受波素子からの電気信号に基づいて被検知物体までの距離と方位を検知する物体検知装置が知られている。
【０００３】
この物体検知装置を用いた物体検知の原理を図１に基づいて説明する。送波器２から送波された超音波ＳＷが被検知物体４によって反射され、この反射波ＲＷを複数の受波素子３にて受波して、電気信号に変換する。ここで、受波素子３が超音波を受波するまでの時間によって、被検知物体４までの距離を検知して、それぞれの受波素子３で受波する超音波の位相差によって、被検知物体４への方位を検知している。
【０００４】
この方式による物体検知装置において、検知精度を向上させるものとして特開２００５−６９８６７号公報（特許文献１）や特開平１１−２４８８２１号公報（特許文献２）が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−６９８６７号公報
【特許文献２】特開平１１−２４８８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１や特許文献２に開示されている物体検知装置を用いることにより、検知精度を向上させることは可能である。しかしながら、外部に超音波発生源があって、超音波が外部ノイズとして送波されている場合には、送波器から送波した超音波と外部ノイズとを区別することができなくなる。この結果として、被検知物体の位置を誤って検知してしまうおそれがあった。
【０００６】
つまり、外部の超音波発生源から発生する外部ノイズを被検知物体によって反射された反射波と誤認して受波素子で検知してしまい、このために被検知物体の距離や方位を誤認してしまうおそれがある。まず、外部ノイズの強度が、送波器から送波される超音波と同じ程度の強度である場合には、送波器から送波されて受波素子で受波するまでの時間を誤検知してしまい、この場合には被検知物体までの距離を誤認するおそれがあった。また、外部ノイズの強度が、送波器から送波される超音波の強度と比べて弱い場合であっても、複数の受波素子で検知される位相差を誤検知する可能性があり、この場合には被検知物体への方位を誤認するおそれがあった。
【０００７】
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、外部超音波ノイズが存在する場合であっても、送波器から送波した超音波と外部ノイズとを区別することができ、誤検知するおそれが小さく、結果的に被検知物体の位置を誤認することなく、障害物等の被検知物体までの距離と方位を正確に検知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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の物体検知装置は、検知領域に超音波を送波する送波器と、検知領域にある被検知物体で反射された前記超音波の反射波を受波して電気信号に変換する複数個の受波素子と、前記受波素子からの電気信号に基づいて被検知物体までの距離と方位を算出することにより被検知物体を検知する検知部と、を有してなり、送波器が送波する超音波の強度が、最初の最大値となる点からゼロクロス点までの時間と、受波素子が反射波を受波して強度が最初の最大値となる点からゼロクロス点までの時間とが、同じ値である場合に、被測定物の方位を算出することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の物体検知装置は、送波器が送波する超音波の最初の最大値となる点からゼロクロス点までの時間と、受波素子が反射波を受波した最初の最大値となる点からゼロクロス点までの時間とが同じ値である場合に、被測定物の方位を算出するので、外部超音波ノイズが存在する場合であっても、送波した超音波と外部ノイズとを区別することができ、結果的に被検知物体の位置を誤認することなく、障害物等の被検知物体までの距離と方位を正確に検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（実施形態１）
実施形態１の物体検知装置を図１及び図２に基づいて説明する。この物体検知装置１は、検知領域に超音波ＳＷを送波する送波器２と、検知領域にある被検知物体４で反射された反射波ＲＷを受波して電気信号に変換する複数個の受波素子３と、受波素子３からの電気信号に基づいて被検知物体４までの距離と方位を算出することにより被検知物体を検知する検知部（図示せず）とを有している。本願発明の検知部では、受波素子３が超音波を受波するまでの時間によって、被検知物体４までの距離を検知して、それぞれの受波素子３で受波する超音波の位相差によって、被検知物体４への方位を検知し、必要に応じて、この結果を表示部（図示せず）で表示している。
【００１１】
本実施形態の送波器２から送波される超音波の波形は、図２に示すように、半波長の正弦波形状のパルスであり、超音波の強度が最初の最大値となる点Ｐ1からゼロクロス点Ｚまでの時間がｔ1となっている。なお、このような半波長の超音波は、例えば、特開２００５−３４１５５４号公報に開示されているような、シリコン基板の厚さ方向の一表面に形成された多孔体の熱絶縁層と、熱絶縁層上に形成された薄膜の発熱体とを備える圧力波発生装置を用いることによって発生することができる。
【００１２】
ここで、送波器２において、送波する超音波の強度が最大値となる点Ｐ1は、超音波強度について比較回路等を用いることによって定めることができる。また、ゼロクロス点Ｚは、実際に超音波強度がゼロを最初にクロスする時間としてもよいが、予め決められている通常のノイズレベルの閾値以下となるまで時間としてもよい。そして、こうして定められたｔ1を検知部に記憶させておく。次に、受波素子３で検知された超音波を変換した電気信号を検知部で解析することにより、受波素子３が反射波を受波して最初の最大値からゼロクロス点までの時間ｔ1'を算出する。ここで、検知部においても、送波器２と同様に、受波素子３からの電気信号について比較回路等を用いることによって最大値Ｐ1を定めることができ、ゼロクロス点Ｚは、実際に超音波強度がゼロを最初にクロスする時間としてもよいし、予め決められている通常のノイズレベルの閾値以下となる時間としてもよい。なお、図１では、物体検知装置１には、３個の受波素子３が取り付けられているが、これに限定されるものではない。受波素子３は、２個であってもよく、４個以上であってもよい。
【００１３】
ここで、ｔ1とｔ1'とが同じ値である場合には、外部の超音波ノイズの影響はないものとして、このときの結果を用いて、被検知物体４までの距離と方位を検知部にて算出する。一方、ｔ1とｔ1'とが異なる値である場合には、外部の超音波ノイズからの超音波を検知していると判断する。そして、再度、送波器２から同じ波形の超音波ＳＷを送波して、被検知物体４で反射した超音波ＳＷを受波素子３で受波する。そして、再度、ｔ1と検知されたｔ1'とを比較する。さらに、ｔ1とｔ1'とが同じ値となるまで、このことを繰り返すことになる。なお、ｔ1とｔ1'とが同じ値であるかどうかを判断するには、完全に値が一致するのではなく、一定の誤差範囲内にある場合には、同じ値であると判断する。
【００１４】
本実施形態の物体検知装置では、送波器が送波する超音波の最初の最大値からゼロクロス点までの時間を誤検知の判断のパラメータとして、送波器から送波された超音波の当該パラメータの値と、受波素子で受波した超音波（反射波）の当該パラメータの値とが、同じ値となる場合に、被測定物の距離と方位を算出している。このために、外部ノイズとして超音波が送波されている場合には、送波器が送波する超音波の強度が最初の最大値となる点からゼロクロス点までの時間と、受波素子が反射波を受波して最初の最大値となる点からゼロクロス点までの時間とが異なる値となり、外部ノイズがあることを判断できるようになる。したがって、外部ノイズがあっても誤検知するおそれが少なくなり、外部ノイズとして超音波が送波されていない場合に、正しい被検知物体の位置を検知することができる。
（実施形態２）
本実施形態の物体検知装置を図１及び図３に基づいて説明する。本実施形態の物体検知装置の構成と動作原理は、実施形態１とほぼ同じである。ただし、送波器２は、送波する超音波の最大値までの時間と最大値からゼロクロス点までの時間を任意に設定できることと、誤検知の判断パラメータが異なっている。
【００１５】
つまり、図１に示した物体検知装置１の構成は、実施形態１とほぼ同じであるが、送波器２は、送波する超音波の強度が最大値となる点までの時間と最大値となる点からゼロクロス点までの時間を任意に設定できる波形発生部（図示せず）を有している。このような、送波器は、例えば、特開２００５−３４１５５４号公報に開示されているような、シリコン基板の厚さ方向の一表面に形成された多孔体の熱絶縁層と、熱絶縁層上に形成された薄膜の発熱体とを備える圧力波発生装置を用いることによって作成することができる。ここで、送波器２が送波する超音波の波形を図３に示す。本実施形態の送波器２から送波される超音波の波形は、図３に示すように、１波長のパルス状のものであり、超音波の最初の最大値Ｐ1からゼロクロス点Ｚまでの時間がｔ1で、ゼロクロス点Ｚから最初の最小値Ｐ2までの時間がｔ2となっている。
【００１６】
次に、受波素子３で検知された超音波を変換した電気信号を検知部で解析することにより、受波素子３が超音波（反射波）を受波して最初の最大値となる点Ｐ1からゼロクロス点Ｚまでの時間ｔ1'と、ゼロクロス点Ｚから最初の最小値となる点Ｐ2までの時間がｔ2'とを算出する。ここで、送波器２と同様に、受波素子３からの電気信号についての最大値となる点は、超音波強度について比較回路等を用いることによって定めることができる。また、ゼロクロス点Ｚは、実際に超音波強度が最初にゼロをクロスする時間として定めることができ、受波素子３からの電気信号についての最小値となる点は超音波強度について比較回路等を用いることによって定めることができる。ここで、本実施形態では、ゼロクロス点Ｚは、必ず超音波の強度はゼロをクロスするので、より明確にこれを定めることができるという利点がある。
【００１７】
そして、ｔ1とｔ1'とが同じ値であってかつｔ2とｔ2'とが同じ値である場合には、外部の超音波ノイズの影響はないものとして、このときの検知結果を用いて、被検知物体４までの距離と方位を検知部にて算出する。一方、ｔ1とｔ1'、あるいは、ｔ1とｔ1'のいずれが異なる値である場合には、外部の超音波ノイズからの超音波を検知していると判断する。こうすることによって、外部超音波ノイズの影響をさらに排除することができる。なお、ｔ1とｔ1'、 ｔ2とｔ2'とが同じ値であるかどうかを判断するには、完全に値が一致するのではなく、一定の誤差範囲内にある場合には、同じ値であると判断する。
【００１８】
本実施形態の物体検知装置では、送波器は、送波する超音波強度の最大値までの時間と最大値からゼロクロス点までの時間を任意に設定できる波形発生部を有しているので、送波器が送波する超音波の最初の最大値からゼロクロス点までの時間、及びゼロクロス点から最初の最小値までの時間とを、独立して定めることができる。したがって、これらの時間を誤検知の判断に関して２つの独立した判断のパラメータとして用いることができる。このため、外部ノイズがあっても誤検知するおそれがさらに少なくなり、外部ノイズとして超音波が送波されていない場合に、正しい被検知物体の位置を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の物体検知装置の構成と被検知物体との幾何的配置を示す図である。
【図２】実施形態１の物体検知装置の超音波波形を示す波形図である。
【図３】実施形態２の物体検知装置の超音波波形を示す波形図である。
【符号の説明】
【００２０】
１      物体検知装置
２      受波素子
３      送波器
４      被検知物体
【図１】
2008032426.tif 000003
【図２】
2008032426.tif 000004
【図３】
2008032426.tif 000005