(57)【要約】【課題】  物体検知装置に組み込まれた状態での各受波素子間の距離をより正確に知ることにより、被測定物体への方位を正確に測定することか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、検知領域にある被測定物体で反射された前記超音波の反射波を受波してその超音波を電気信号である受波信号に変換する複数の受波素子と、前記受波素子の受波信号に基づいて被測定物体までの距離と方位を算出することにより被測定物体を検知する検知部と、送波器と受波素子との間に配設されて高さが既知の壁と、を有してなり、あらかじめ、前記送波器から超音波を送波し、それぞれの受波素子で受波して、受波素子ごとの受波信号の校正用時間差を測定しておいて、被測定物体を検知するときには、前記検知部にて、壁の高さと前記校正用時間差を考慮して、それぞれの受波素子の受波信号における時間差から被測定物体の方位を算出する。【選択図】図１
2008082706.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、検知領域にある被測定物体で反射された前記超音波の反射波を受波してその超音波を電気信号である受波信号に変換する複数の受波素子と、前記受波素子の受波信号に基づいて被測定物体までの距離と方位を算出することにより被測定物体を検知する検知部と、送波器と受波素子との間に配設されて高さが既知の壁と、を有してなり、
あらかじめ、送波器から超音波を送波し、それぞれの受波素子で受波して、受波素子ごとの受波信号の校正用時間差を測定しておいて、
被測定物体を検知するときには、検知部にて、壁の高さと校正用時間差を考慮して、それぞれの受波素子の受波信号における時間差から被測定物体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】
前記校正用時間差を測定するときに、遅延加算法を用いることを特徴とする請求項１に記載の物体検知装置。
【請求項３】
前記校正用時間差を測定するときに、送波器から送波する超音波を１周期とすることを特徴とする請求項１又は２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３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６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６までの距離を検知することができる。一方、受波素子３と被検知物体６との方位角度φは、sinφ＝t・V／dという関係式から計算することができる。ここで、tは、受波素子３で超音波を受波する時間差であり、Vは超音波の速度、dは受波素子３間の距離である。
【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、いずれの方式であってもと被検知物体の方位は、前記関係式を用いて計算しているので、この関係式に用いられるパラメータに誤差があると、結果的に正しい方位を得ることはできなくなってしまう。
【０００６】
ここで、受波素子間の距離dは、原理的には正確な数値を計測することは可能である。しかし、物体検知装置の設計時と製造・出荷時とで、この数値が異なるおそれもあった。特に、受波素子間の距離dは、一般的には極短い距離であるために、物体検知装置に組み込まれた後に、dの正しい数値を測定することは容易でなかった。
【０００７】
このために、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ても、被検知物体の方位を得るための基本パラメータである受波素子間の距離dに誤差があると、結果的に被検知物体への方位を誤認するおそれがあった。また、受波素子をに組み込んだ後にはｄを実測することは容易でなく、このために、外力等の原因により、dの数値が変化した場合には、被検知物体への方位を誤認することになっていた。
【０００８】
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、物体検知装置に組み込まれた状態での各受波素子間の距離をより正確に知ることにより、被測定物体への方位を正確に測定することか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】
【０００９】
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、検知領域にある被測定物体で反射された前記超音波の反射波を受波してその超音波を電気信号である受波信号に変換する複数の受波素子と、前記受波素子の受波信号に基づいて被測定物体までの距離と方位を算出することにより被測定物体を検知する検知部と、送波器と受波素子との間に配設されて高さが既知の壁と、を有してなり、あらかじめ、前記送波器から超音波を送波し、それぞれの受波素子で受波して、受波素子ごとの受波信号の校正用時間差を測定しておいて、被測定物体を検知するときには、前記検知部にて、壁の高さと前記校正用時間差を考慮して、それぞれの受波素子の受波信号における時間差から被測定物体の方位を算出することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の物体検知装置は、送波器と受波素子との間に高さが既知の壁を配設していて、あらかじめ、送波器から超音波を送波し、それぞれの受波素子で受波して、受波素子ごとの受波信号の校正用時間差を測定して、被測定物体を検知するときには、検知部にて、壁の高さと校正用時間差を考慮しているので、物体検知装置に組み込まれた状態での各受波素子間の距離をより正確に知ることにより、被測定物体への方位を正確に測定することかできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本願発明の最良の実施形態を図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６で反射された反射波ＲＷを受波して電気信号に変換する２個の受波素子３と、送波器２と受波素子３との間に配設した壁４とが、基板５の上に取付けられている。また、受波素子３からの電気信号に基づいて被検知物体６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）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６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６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。
【００１２】
また、壁４は、基板５に対して垂直に固定されていて、その高さはhである。また、受波素子３の間の距離はdであり、壁４から受波素子３までの距離はDである。ここで、壁４からそれぞれの受波素子３までの距離は、厳密には受波素子３ごとによって異なるが、それぞれの距離はdに比べると極めて大きいので、被検知物体６の位置検知のための演算を実行する上で、Dを一定の数値として取り扱っても問題を生じない。
【００１３】
ここで、dは、物体検知装置１の設計時には正確な数値を決めることは可能である。しかし、受波素子３を物体検知装置１に組み込むために実装する時に、設計時の数値から変動するおそれがある。また、dは、hやD等の数値と比べて小さく、実装後にその正確な数値を計測することは容易でない。そこで、以下に説明する手順で、受波素子３を実装した後に、dの正確な数値を求める。
【００１４】
まず、被検知物体６が存在しない状態で、送波器２から超音波SWを送波する。超音波は、壁４によってさえぎられるが、この頂上を通過したものが、回折して回折波DWとして受波素子３に入る。このときの、受波素子３による超音波の行路差をΔとすると、dは以下の式1で示される。
【００１５】
【数１】
2008082706.tif 000003
【００１６】
さらに、超音波が検知されるときの時間差である校正用時間差をTとして、超音波の速度をVとすると、前述したように、D≫d、h≫dであるので、dは、近似的に以下の式２で示されることになる。
【００１７】
【数２】
2008082706.tif 000004
【００１８】
つまり、受波素子２を基板５に実装して物体検知装置１に組み込んだ後であっても、式２を用いることで、dを実測することができる。さらに、外力が加えられて、物体検知装置１の各種寸法パラメータが変化した場合であっても、dは短いので実測が容易でないのに対して、Dやhは比較的長くて、正確な数値を実測することが可能となるので、Dとhのみを実測することにより、式２を用いてdの数値を求めることができる。
【００１９】
次に、この物体検知装置１を用いて、被検知物体６の位置検知をする方法について説明する。送波器２から超音波ＳＷを被検知物体６に送波して、被検知物体６にらって反射した反射波ＲＷを２個の受波素子３にて受波する。受波された超音波は、電気信号に変換して、検知部(図示せず)に出力される。検知部では、送波器２が超音波を送波してから、受波素子３が受波するまでの時間によって被検知物体６までの距離を検知する。また、受波素子３による超音波の受波の時間差をtとすると、受波素子３と被検知物体６との方位角度φは、sinφ＝t・V／dの関係を用いて計算することができる。
【００２０】
ここで、dの数値は、既知のデータとして計算することもできる。また、被検知物体６を検知するごとに、あわせて壁４の頂上から回折される超音波を受波素子３によって受波する時の校正用時間差Tを計測して、式２を用いて計算された数値を用いてもよい。既知のデータとして固定された数値を用いれば、検知部での計算処理を簡易として計算時間を短くすることができる。また、式２を用いて、被検知物体６を測定するごとに実測される数値を用いれば、計算処理はやや複雑となるが、実際のdを考慮しているので、より正確な方位を得ることができる。
【００２１】
また、dの数値を既知のデータとして計算する場合には、物体検知装置１に外力が加えられて、dが変化したと考えられた時に、前述した方法により、dの数値を再測定して、検知部での計算のアルゴリズムを変更することで、被検知物体６の方位を正確に検知することができる。
【００２２】
上記の実施形態では、受波素子２が２個である場合を説明したが、受波素子の個数はこれに限られるものではなく、３個以上であってもよい。ここで、３個以上の受波素子を用いた場合には、受波素子間の距離dを前述した方法で校正するために遅延加算法を用いることができる。遅延加算法によって、dを求めることにより、時間差を確実に測定できるので、より正確なdを得ることができて、信頼性が向上する。
【００２３】
さらに、前記校正用時間差を測定するときに、送波器から送波する超音波を１周期とすることができる。こうすることにより、外部からのノイズの影響を少なくして時間差を確実に測定できるので、信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の物体検知装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の物体検知装置と被検知物体との幾何的配置を示す図である。
【図３】従来の物体検知装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１      物体検知装置
２      受波素子
３      送波器
４      壁
５      基板
６      被検知物体
【図１】
2008082706.tif 000005
【図２】
2008082706.tif 000006
【図３】
2008082706.tif 000007