(57)【要約】【課題】物体の３次元における位置を検知することのできる物体検知システムを提供することを目的とする。【解決手段】物体検知システム１００は、送信部１２と、第１受信部１１と、第２受信部２１と、第３受信部３１と、検知部４とを備える。送信部１２は、検知対象となる空間に超音波を送信する。第１受信部１１、第２受信部２１、及び第３受信部３１は、空間内の物体Ａ１からの反射波を受信する。検知部４は、物体Ａ１の位置を検知する位置検知処理を実行する。検知部４は、位置検知処理において、第１長さＤ１と、第２長さＤ２と、第３長さＤ３とを求める処理を実行する。検知部４は、第１長さＤ１で規定される球面Ｆ１、第２長さＤ２で規定される回転楕円面Ｆ２、第３長さＤ３で規定される回転楕円面Ｆ３の交点を求める処理を実行する。【選択図】図１
2017146164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知対象となる空間に超音波を送信する送信部と、
前記送信部と同じ位置に配置され、前記空間内の物体からの前記超音波の反射波を受信する第１受信部と、
前記第１受信部とは異なる位置に配置され、前記反射波を受信する第２受信部と、
前記第１受信部及び前記第２受信部とは異なる位置に配置され、前記反射波を受信する第３受信部と、
前記物体の位置を検知する位置検知処理を実行する検知部とを備え、
前記検知部は、前記位置検知処理において、
前記超音波を送信してから前記反射波を前記第１受信部で受信するまでに要する時間に基づいて第１長さを求める処理と、
前記超音波を送信してから前記反射波を前記第２受信部で受信するまでに要する時間に基づいて第２長さを求める処理と、
前記超音波を送信してから前記反射波を前記第３受信部で受信するまでに要する時間に基づいて第３長さを求める処理と、
前記第１受信部を中心とし、前記第１受信部からの長さが前記第１長さとなる球面と、前記第１受信部及び前記第２受信部の各々を焦点として、これら２つの焦点からの長さの和が前記第２長さとなる回転楕円面と、前記第１受信部及び前記第３受信部の各々を焦点として、これら２つの焦点からの長さの和が前記第３長さとなる回転楕円面との交点を求める処理とを実行することを特徴とする物体検知システム。
【請求項２】
前記第１受信部及び前記第２受信部と、前記第３受信部とでは、鉛直方向における位置が異なることを特徴とする請求項１記載の物体検知システム。
【請求項３】
１つの超音波トランスデューサが、前記送信部及び前記第１受信部として兼用されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の物体検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波を用いて物体を検知する物体検知装置が知られており、たとえば特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の物体検知装置は、超音波を送受波する超音波振動子と、超音波振動子を駆動して超音波振動子から超音波を送波させる駆動部と、超音波振動子で受波した物体からの反射波を処理する処理部とを備える。また、この物体検知装置は、駆動部を制御するとともに処理部の処理結果から物体を検知する制御部を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２２０４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記従来例のような物体検知装置（物体検知システム）は、超音波振動子（超音波センサ）から物体までの距離だけではなく、物体の３次元における位置を検知することが望まれている。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされており、物体の３次元における位置を検知することのできる物体検知システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の形態の物体検知システムは、送信部と、第１受信部と、第２受信部と、第３受信部と、検知部とを備える。前記送信部は、検知対象となる空間に超音波を送信する。前記第１受信部は、前記送信部と同じ位置に配置され、前記空間内の物体からの前記超音波の反射波を受信する。前記第２受信部は、前記第１受信部とは異なる位置に配置され、前記反射波を受信する。前記第３受信部は、前記第１受信部及び前記第２受信部とは異なる位置に配置され、前記反射波を受信する。前記検知部は、前記物体の位置を検知する位置検知処理を実行する。前記検知部は、前記位置検知処理において、前記超音波を送信してから前記反射波を前記第１受信部で受信するまでに要する時間に基づいて第１長さを求める処理を実行する。前記検知部は、前記位置検知処理において、前記超音波を送信してから前記反射波を前記第２受信部で受信するまでに要する時間に基づいて第２長さを求める処理を実行する。前記検知部は、前記位置検知処理において、前記超音波を送信してから前記反射波を前記第３受信部で受信するまでに要する時間に基づいて第３長さを求める処理を実行する。そして、前記検知部は、前記位置検知処理において、球面と、２つの回転楕円面との交点を求める処理を実行する。前記球面は、前記第１受信部を中心とし、前記第１受信部からの長さが前記第１長さとなる面である。前記２つの回転楕円面のうちの１つは、前記第１受信部及び前記第２受信部の各々を焦点として、これら２つの焦点からの長さの和が前記第２長さとなる面である。前記２つの回転楕円面のうちの残り１つは、前記第１受信部及び前記第３受信部の各々を焦点として、これら２つの焦点からの長さの和が前記第３長さとなる面である。
【０００７】
本発明の第２の形態の物体検知システムは、第１の形態において、前記第１受信部及び前記第２受信部と、前記第３受信部とでは、鉛直方向における位置が異なることが好ましい。
【０００８】
本発明の第３の形態の物体検知システムは、第１又は第２の形態において、１つの超音波トランスデューサが、前記送信部及び前記第１受信部として兼用されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、検知部は、位置検知処理において、第１受信部、第２受信部、及び第３受信部の各々における反射波の受信結果に基づいて演算することで、物体のグローバル座標を求める。したがって、本発明は、物体の３次元における位置を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る物体検知システムのブロック図である。
【図２】図２は、同上の物体検知システムが用いられる車両の一部と、検知対象の物体とを示す斜視図である。
【図３】図３Ａは、同上の物体検知システムにおいて、第１ローカル座標系での第１受信部及び第２受信部の位置関係を示す説明図である。図３Ｂは、同上の物体検知システムにおいて、第２ローカル座標系での第１受信部及び第３受信部の位置関係を示す説明図である。
【図４】図４は、同上の物体検知システムにおいて、グローバル座標系での第１受信部及び物体の位置関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の実施形態は、物体検知システムに関し、より詳細には、超音波を用いて物体を検知する物体検知システムに関する。
【００１２】
本実施形態の物体検知システム１００は、図１、図２に示すように、送信部１２と、第１受信部１１と、第２受信部２１と、第３受信部３１と、検知部４とを備えている。送信部１２は、検知対象となる空間に超音波を送信する。第１受信部１１は、送信部１２と同じ位置に配置され、空間内の物体Ａ１からの超音波の反射波を受信する。第２受信部２１は、第１受信部１１とは異なる位置に配置され、反射波を受信する。第３受信部３１は、第１受信部１１及び第２受信部２１とは異なる位置に配置され、反射波を受信する。検知部４は、物体Ａ１の位置を検知する位置検知処理を実行する。
【００１３】
検知部４は、位置検知処理において、超音波を送信してから反射波を第１受信部１１で受信するまでに要する時間に基づいて第１長さＤ１を求める処理を実行する。また、検知部４は、超音波を送信してから反射波を第２受信部２１で受信するまでに要する時間に基づいて第２長さＤ２を求める処理を実行する。また、検知部４は、超音波を送信してから反射波を第３受信部３１で受信するまでに要する時間に基づいて第３長さＤ３を求める処理を実行する。
【００１４】
そして、検知部４は、球面Ｆ１と、回転楕円面Ｆ２と、回転楕円面Ｆ３との交点を求める処理を実行する。球面Ｆ１は、第１受信部１１を中心とし、第１受信部１１からの長さが第１長さＤ１となる面である。回転楕円面Ｆ２は、第１受信部１１及び第２受信部２１の各々を焦点として、これら２つの焦点からの長さの和が第２長さＤ２となる面である。回転楕円面Ｆ３は、第１受信部１１及び第３受信部３１の各々を焦点として、これら２つの焦点からの長さの和が第３長さＤ３となる面である。
【００１５】
以下、本実施形態に係る物体検知システム１００について詳細に説明する。ただし、以下に説明する構成は、本発明の一例に過ぎず、本発明は下記の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
【００１６】
本実施形態の物体検知システム１００は、たとえば自動車のような車両に搭載されて用いられる。以下では、車両を自動車として説明する。本実施形態の物体検知システム１００は、検知対象となる空間における物体Ａ１の有無を検知するシステムである。とくに、本実施形態の物体検知システム１００は、物体Ａ１の３次元における位置を検知するシステムである。物体Ａ１は、たとえば人や動物のような生体の他に、車止めや電柱、ガードレール、壁のような障害物も含む。以下では、物体Ａ１を車止めとして説明する。本実施形態の物体検知システム１００は、たとえば車両の駐車支援システムや、車両の自動運転支援システムに用いられる。なお、本実施形態の物体検知システム１００は、車両以外に用いられてもよい。
【００１７】
本実施形態の物体検知システム１００は、図１に示すように、複数（ここでは、３つ）の超音波センサ（第１センサ１、第２センサ２、第３センサ３）と、検知部４と、判定部５とを備えている。本実施形態では、第１センサ１、第２センサ２、及び第３センサ３は、車両のリアバンパーＢ１に取り付けられている（図２参照）。もちろん、第１センサ１、第２センサ２、及び第３センサ３は、それぞれ物体検知システム１００の用途に応じて適宜配置されてよい。
【００１８】
第１センサ１は、第１受信部１１と、送信部１２と、駆動部１３とを備えている。第２センサ２は、第２受信部２１を備えている。第３センサ３は、第３受信部３１を備えている。
【００１９】
第１受信部１１は、機械的な振動を電気信号に変換するように構成されている。本実施形態では、第１受信部１１は、送信部１２から送信された超音波のうち物体Ａ１で反射した反射波を受信（受波）し、受信した反射波を電気信号に変換する。また、第１受信部１１は、変換した電気信号を検知部４に出力する。
【００２０】
送信部１２は、電気信号を機械的な振動に変換するように構成されている。本実施形態では、送信部１２は、駆動部１３から出力される所定の駆動信号によって振動し、空気を振動させることで超音波を検知対象となる空間に向けて送信（送波）する。本実施形態では、送信部１２は、駆動部１３からの駆動信号に従って一定間隔で超音波を送信する。すなわち、送信部１２は、超音波を間欠的に送信する。
【００２１】
駆動部１３は、検知部４から超音波の送信を開始させる開始指令を受け取ると、開始指令に基づいて所定の駆動信号を出力し、送信部１２に超音波の送信を開始させる。また、駆動部１３は、検知部４から超音波の送信を停止させる停止指令を受け取ると、停止指令に基づいて駆動信号の出力を停止し、送信部１２に超音波の送信を停止させる。
【００２２】
第２受信部２１及び第３受信部３１は、それぞれ第１受信部１１と同様に、送信部１２から送信された超音波のうち物体Ａ１で反射した反射波を受信し、受信した反射波を電気信号に変換する。また、第２受信部２１及び第３受信部３１は、それぞれ変換した電気信号を検知部４に出力する。
【００２３】
本実施形態では、第１受信部１１及び送信部１２は、たとえば超音波トランスデューサで一体に構成されている。つまり、送信部１２は、第１受信部１１と殆ど同じ位置にある。ここで、「同じ位置」とは、送信部１２の物理的な位置と第１受信部１１の物理的な位置とが完全に一致するという意味ではなく、検知部４での位置検知処理（後述する）において、送信部１２と第１受信部１１とが同じ位置にあるとみなすことが可能な位置である。また、駆動部１３は、超音波トランスデューサと共に１つの筐体に収納されている。もちろん、第１受信部１１、送信部１２、及び駆動部１３は、それぞれ別体に構成されていてもよい。第２受信部２１及び第３受信部３１は、それぞれ第１受信部１１と同様に、たとえば超音波トランスデューサで構成されている。
【００２４】
本実施形態では、図２に示すように、第２センサ２は、第１センサ１と同じ高さに配置されている。つまり、第２受信部２１は、第１受信部１１（送信部１２）と鉛直方向における位置が同じとなるように配置されている。また、第３センサ３は、第１センサ１及び第２センサ２とは異なる高さに配置されている。つまり、第３受信部３１は、第１受信部１１（送信部１２）及び第２受信部２１とは鉛直方向における位置が異なるように配置されている。
【００２５】
検知部４は、たとえばマイコン（マイクロコンピュータ）を主構成として備えている。マイコンは、そのメモリに記録されているプログラムをＣＰＵ（Central Processing Unit）で実行することにより、検知部４としての機能を実現する。プログラムは、予めマイコンのメモリに記録されていてもよいし、メモリカードのような記録媒体に記録されて提供されたり、電気通信回線を通して提供されたりしてもよい。
【００２６】
検知部４は、第１受信部１１、第２受信部２１、及び第３受信部３１の少なくとも１つの出力波形に基づいて、検知対象となる空間における物体Ａ１の有無を検知する。また、検知部４は、位置検知処理を実行することにより、物体Ａ１の３次元における位置を求める。そして、検知部４は、位置検知処理により求めた物体Ａ１の位置を表す位置情報を、判定部５に出力する。位置検知処理の詳細については後述する。
【００２７】
判定部５は、たとえばマイコンを主構成として備えている。マイコンは、そのメモリに記録されているプログラムをＣＰＵで実行することにより、判定部５としての機能を実現する。プログラムは、予めマイコンのメモリに記録されていてもよいし、メモリカードのような記録媒体に記録されて提供されたり、電気通信回線を通して提供されたりしてもよい。
【００２８】
判定部５は、検知部４からの位置情報に基づいて、物体Ａ１が回避すべき障害物であるか否かを判定する。具体的には、判定部５は、位置情報から得られる物体Ａ１の高さ（鉛直方向における位置）が所定の範囲内にあるか否かを判定する。ここで、所定の範囲は、回避する必要のない地面側の障害物（たとえば、縁石や車止めなど）の高さの最大値と、回避する必要のない天井側の障害物（たとえば、照明器具など）の高さの最小値とで規定される。所定の範囲は、利用者によって適宜設定されてよい。
【００２９】
判定部５は、物体Ａ１の高さが所定の範囲外であれば、物体Ａ１が回避の必要のない障害物であると判定する。一方、判定部５は、物体Ａ１の高さが所定の範囲内であれば、物体Ａ１が回避の必要がある障害物（たとえば、壁など）であると判定する。この場合、判定部５は、たとえば車両に搭載されている電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）に、障害物がある旨を通知する。したがって、電子制御ユニットは、たとえばスピーカを制御して警報音を鳴動させたり、車載のディスプレイに障害物がある旨を表示させたり等、種々の対応を実行することが可能である。
【００３０】
なお、本実施形態では、検知部４と判定部５とは、互いに異なるマイコンで構成されているが、他の構成であってもよい。たとえば、検知部４と判定部５とは、同一のマイコンで構成されていてもよい。
【００３１】
以下、本実施形態の物体検知システム１００において、検知部４の実行する位置検知処理について説明する。検知部４は、位置検知処理により物体Ａ１のグローバル座標を求めることで、物体Ａ１の３次元における位置を検知する。本実施形態では、検知部４は、たとえば車両のリアバンパーＢ１の中心をグローバル座標の原点として記憶している。また、検知部４は、第１受信部１１、送信部１２、第２受信部２１、及び第３受信部３１の各々の位置を記憶している。たとえば、検知部４は、第１受信部１１及び送信部１２を１つの点とみなし、第１受信部１１及び送信部１２のグローバル座標を記憶している。また、検知部４は、第２受信部２１、第３受信部３１をそれぞれ１つの点とみなし、第２受信部２１のグローバル座標と、第３受信部３１のグローバル座標とを記憶している。なお、上記のグローバル座標は、たとえば施工者が適宜設定することが可能である。
【００３２】
位置検知処理において、検知部４は、第１受信時間に基づいて第１長さＤ１を求める処理を実行する。第１受信時間は、送信部１２が超音波を送信してから、第１受信部１１が物体Ａ１からの反射波を受信するまでに要する時間である。そして、第１長さＤ１は、第１受信時間と超音波の速度との積で求まる長さの半分である。つまり、第１長さＤ１は、第１受信部１１から物体Ａ１までの長さに相当する。
【００３３】
また、検知部４は、第２受信時間に基づいて第２長さＤ２を求める処理を実行する。第２受信時間は、送信部１２が超音波を送信してから、第２受信部２１が物体Ａ１からの反射波を受信するまでに要する時間である。そして、第２長さＤ２は、第２受信時間と超音波の速度との積で求まる長さである。つまり、第２長さＤ２は、第１長さＤ１と、第２受信部２１から物体Ａ１までの長さＤ２１との和に相当する。
【００３４】
また、検知部４は、第３受信時間に基づいて第３長さＤ３を求める処理を実行する。第３受信時間は、送信部１２が超音波を送信してから、第３受信部３１が物体Ａ１からの反射波を受信するまでに要する時間である。そして、第３長さＤ３は、第３受信時間と超音波の速度との積で求まる長さである。つまり、第３長さＤ３は、第１長さＤ１と、第３受信部３１から物体Ａ１までの長さＤ３１との和に相当する。
【００３５】
ここで、図２に示すように、物体Ａ１は、第１受信部１１（送信部１２）を中心とし、第１受信部１１（送信部１２）からの長さが第１長さＤ１となる球面Ｆ１上に位置すると考えられる。また、物体Ａ１は、第１受信部１１（送信部１２）及び第２受信部２１の各々を焦点とし、これら２つの焦点からの長さの和が第２長さＤ２となる回転楕円面Ｆ２上に位置すると考えられる。また、物体Ａ１は、第１受信部１１（送信部１２）及び第３受信部３１の各々を焦点とし、これら２つの焦点からの長さの和が第３長さＤ３となる回転楕円面Ｆ３上に位置すると考えられる。そして、物体Ａ１は、球面Ｆ１と、２つの回転楕円面Ｆ２，Ｆ３との交点に位置すると考えられる。
【００３６】
そこで、検知部４は、位置検知処理において、第１長さＤ１で規定される球面Ｆ１、第２長さＤ２で規定される回転楕円面Ｆ２、第３長さＤ３で規定される回転楕円面Ｆ３の交点を求める処理を実行することにより、物体Ａ１の位置を求める。
【００３７】
本実施形態では、位置検知処理により求まる物体Ａ１の位置は、およそ物体Ａ１において第１受信部１１（送信部１２）との距離が最短となる一点の位置である。検知部４が、第１受信部１１、第２受信部２１、第３受信部３１の各々で、送信部１２が超音波を送信してから最初に反射波を受信するまでの時間を第１受信時間、第２受信時間、第３受信時間として、物体Ａ１の位置を求めるからである。
【００３８】
以下、球面Ｆ１と、２つの回転楕円面Ｆ２，Ｆ３との交点を求める処理の一例について説明する。以下では、グローバル座標系における第１受信部１１（送信部１２）の位置を点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）で表す。また、グローバル座標系における第２受信部２１の位置を点Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、第３受信部３１の位置を点Ｐ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）で表す。また、グローバル座標系における物体Ａ１の位置を点Ｐ０（ｘ０，ｙ０，ｚ０）で表す。
【００３９】
まず、検知部４は、球面Ｆ１と、回転楕円面Ｆ２との交点を求める処理を実行する。ここで、計算を簡略化するために、検知部４は、第１変換行列を用いて演算することにより、第１受信部１１（送信部１２）及び第２受信部２１のグローバル座標を、第１ローカル座標系で規定されるローカル座標に変換する。図３Ａに示すように、第１ローカル座標系において、第１受信部１１（送信部１２）の位置は、原点である点Ｑ１（０，０，０）で表される。また、第１ローカル座標系において、第２受信部２１の位置は、点Ｑ２（Ｘ２，０，０）で表される。
【００４０】
なお、第１ローカル座標系は、点Ｑ１、点Ｑ２を通る直線をｘ軸とする直交座標系である。また、図３Ａには、第１ローカル座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を表す矢印を示すが、この矢印は、単に説明を補助する目的で記載しているに過ぎず、実体を伴わない。
【００４１】
ここで、球面Ｆ１と回転楕円面Ｆ２とは、ｘｙ平面において、点Ｑ３（Ｘ１１，Ｙ１１）、点Ｑ４（Ｘ１２，Ｙ１２）の２点を結ぶ第１線分Ｌ１で交わる。そこで、検知部４は、点Ｑ３のｘ座標、ｙ座標、及び点Ｑ４のｘ座標、ｙ座標を求めることで、ｘｙ平面における球面Ｆ１と回転楕円面Ｆ２との交点を求める処理を実行する。
【００４２】
以下、ｘｙ平面における点Ｑ３（Ｘ１１，Ｙ１１）、点Ｑ４（Ｘ１２，Ｙ１２）の２点を求める演算の一例を示す。第１ローカル座標系において、点Ｑ１を中心とする球面Ｆ１は、以下の式（１）で表される。
【００４３】
【数１】
2017146164.tif 000003
【００４４】
また、第１ローカル座標系において、点Ｑ１及び点Ｑ２を焦点とする回転楕円面Ｆ２は、以下の式（２）で表される。
【００４５】
【数２】
2017146164.tif 000004
【００４６】
式（２）を変形することにより、次の式（３）が導出される。
【００４７】
【数３】
2017146164.tif 000005
【００４８】
そして、式（１）、式（３）よりｙ、ｚを消去することで、以下の式（４）が導出される。
【００４９】
【数４】
2017146164.tif 000006
【００５０】
式（４）を解くことにより、点Ｑ３のｘ座標であるＸ１１と、点Ｑ４のｘ座標であるＸ１２とを求めることができる。そして、点Ｑ３、点Ｑ４は球面Ｆ１上の点であることから、三平方の定理を用いて、点Ｑ３のｙ座標であるＹ１１と、点Ｑ４のｙ座標であるＹ１２とを求めることができる。上述の演算により、検知部４は、ｘｙ平面における球面Ｆ１と回転楕円面Ｆ２との交点として、点Ｑ３（Ｘ１１，Ｙ１１）、点Ｑ４（Ｘ１２，Ｙ１２）の２点を求める。
【００５１】
次に、検知部４は、球面Ｆ１と、回転楕円面Ｆ３との交点を求める処理を実行する。ここで、計算を簡略化するために、検知部４は、第２変換行列を用いて演算することにより、第１受信部（送信部１２）及び第３受信部３１のグローバル座標を、第２ローカル座標系で規定されるローカル座標に変換する。図３Ｂに示すように、第２ローカル座標系において、第１受信部１１（送信部１２）の位置は、原点である点Ｒ１（０，０，０）で表される。また、第２ローカル座標系において、第３受信部３１の位置は、点Ｒ２（Ｘ３，０，０）で表される。
【００５２】
なお、第２ローカル座標系は、点Ｒ１、点Ｒ２を通る直線をｘ軸とする直交座標系である。また、図３Ｂには、第２ローカル座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を表す矢印を示すが、この矢印は、単に説明を補助する目的で記載しているに過ぎず、実体を伴わない。
【００５３】
ここで、球面Ｆ１と回転楕円面Ｆ３とは、ｘｙ平面において、点Ｒ３（Ｘ２１，Ｙ２１）、点Ｒ４（Ｘ２２，Ｙ２２）の２点を結ぶ第２線分Ｌ２で交わる。そこで、検知部４は、点Ｒ３のｘ座標、ｙ座標、及び点Ｒ４のｘ座標、ｙ座標を求めることで、ｘｙ平面における球面Ｆ１と回転楕円面Ｆ３との交点を求める処理を実行する。
【００５４】
検知部４は、式（１）〜式（４）を用いた演算により、ｘｙ平面における球面Ｆ１と回転楕円面Ｆ３との交点として、点Ｒ３（Ｘ２１，Ｙ２１）、点Ｒ４（Ｘ２２，Ｙ２２）の２点を求める。ここでは、検知部４は、「Ｄ２」を「Ｄ３」、「Ｘ２」を「Ｘ３」に置き換えて、式（１）〜式（４）を用いた演算を実行する。
【００５５】
次に、検知部４は、第１変換行列の逆行列を用いて演算することにより、第１ローカル座標系で規定される２つの点Ｑ３，Ｑ４のローカル座標（Ｘ１１，Ｙ１１）、（Ｘ１２，Ｙ１２）を、それぞれグローバル座標（ｘ１１，ｙ１１）、（ｘ１２，ｙ１２）に変換する。同様に、検知部４は、第２変換行列の逆行列を用いて演算することにより、第２ローカル座標系で規定される２つの点Ｒ３，Ｒ４のローカル座標（Ｘ２１，Ｙ２１）、（Ｘ２２，Ｙ２２）を、それぞれグローバル座標（ｘ２１，ｙ２１）、（ｘ２２，ｙ２２）に変換する。
【００５６】
ここで、ｘｙ平面に投影した物体Ａ１の位置は、第１線分Ｌ１と第２線分Ｌ２との交点で表される。そこで、検知部４は、以下のようにして第１線分Ｌ１と第２線分Ｌ２との交点を求める演算を実行することにより、ｘｙ平面に投影した物体Ａ１のグローバル座標（ｘ０，ｙ０）を求める。
【００５７】
第１線分Ｌ１及び第２線分Ｌ２は、それぞれ媒介変数ｓ（０≦ｓ≦１）、媒介変数ｔ（０≦ｔ≦１）を用いて、以下の式（５）、式（６）で表される。
【００５８】
【数５】
2017146164.tif 000007
【００５９】
そして、第１線分Ｌ１及び第２線分Ｌ２の交点では、以下の式（７）、式（８）の連立方程式が成立する。
【００６０】
【数６】
2017146164.tif 000008
【００６１】
したがって、式（７）、式（８）を解くことにより、ｘｙ平面に投影した物体Ａ１のｘ座標、ｙ座標を求めることができる。そして、物体Ａ１は、図４に示すように、第１受信部１１の位置を表す点Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を中心とする球面Ｆ１上に位置することから、三平方の定理を用いて、物体Ａ１のｚ座標を求めることができる。上述の演算により、検知部４は、物体Ａ１のグローバル座標（ｘ０、ｙ０、ｚ０）を求めることができる。つまり、検知部４は、物体Ａ１の３次元における位置を検知することができる。
【００６２】
上述のように、本実施形態の物体検知システム１００では、検知部４は、位置検知処理において、第１受信部１１、第２受信部２１、及び第３受信部３１の各々における反射波の受信結果に基づいて演算することで、物体Ａ１のグローバル座標を求める。したがって、本実施形態の物体検知システム１００は、物体Ａ１の３次元における位置を検知することができる。このため、本実施形態の物体検知システム１００は、物体Ａ１の３次元における位置、とくに物体Ａ１の高さ（鉛直方向における位置）を検知できるので、たとえば判定部５により、物体Ａ１が回避すべき障害物であるか否かを判定させることが可能である。なお、物体検知システム１００が判定部５を備えるか否かは任意である。
【００６３】
また、本実施形態の物体検知システム１００では、第１受信部１１（送信部１２）及び第２受信部２１と、第３受信部３１とでは、高さ（鉛直方向における位置）が異なっている（図２参照）。このため、本実施形態の物体検知システム１００は、第１受信部１１、第２受信部２１、及び第３受信部３１がいずれも同じ高さに配置される場合と比較して、物体Ａ１の３次元における位置の検知精度を向上させることができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。つまり、第１受信部１１、第２受信部２１、及び第３受信部３１は、いずれも同じ高さに配置されていてもよい。
【００６４】
また、本実施形態の物体検知システム１００では、第１受信部１１及び送信部１２は、超音波トランスデューサで一体に構成されている。つまり、本実施形態の物体検知システム１００では、１つの超音波トランスデューサが、送信部１２及び第１受信部１１として兼用されている。このため、本実施形態では、送信部１２が第１受信部１１と殆ど同じ位置にある。したがって、検知部４は、送信部１２及び第１受信部１１を１つの点とみなして、位置検知処理を実行することができる。なお、当該構成を採用するか否かは任意である。つまり、送信部１２と第１受信部１１とは、別々の装置で構成されていてもよい。この場合、送信部１２と第１受信部１１とは、可能な限り互いに近付けて配置されるのが好ましい。もちろん、この場合でも、検知部４は、送信部１２及び第１受信部１１を１つの点とみなして位置検知処理を実行してよい。
【００６５】
ところで、本実施形態の物体検知システム１００は、３つの受信部（第１受信部１１、第２受信部２１、第３受信部３１）を備えているが、さらに多くの受信部を備えていてもよい。たとえば、物体検知システム１００が第４受信部をさらに備えている場合、検知部４は、位置検知処理において、第１長さＤ１と、物体Ａ１から第４受信部までの長さの和である第４長さを求める処理を実行してもよい。第４長さは、送信部１２が超音波を送信してから反射波を第４受信部が受信するまでに要する時間と、超音波の速度との積で求まる長さである。
【００６６】
そして、検知部４は、第１長さＤ１で規定される球面Ｆ１と、第２長さＤ２で規定される回転楕円面Ｆ２と、第４長さで規定される回転楕円面との交点を求める処理を実行してもよい。その他、検知部４は、第１長さＤ１で規定される球面Ｆ１と、第３長さＤ３で規定される回転楕円面Ｆ３と、第４長さで規定される回転楕円面との交点を求める処理を実行してもよい。
【００６７】
この構成では、検知部４は、上記の各々の処理で求めた物体Ａ１のグローバル座標の平均を求めることで、物体Ａ１の３次元における位置の検知精度をさらに向上させることが可能である。また、この構成では、仮にいずれかの受信部が故障した場合にも、検知部４は、残りの３つの受信部での受信結果に基づいて位置検知処理を実行することができる。
【００６８】
また、本実施形態の物体検知システム１００では、第１センサ１が送信部１２を備えているが、第２センサ２及び第３センサ３も送信部を備えていてもよい。そして、第１センサ１の送信部１２、第２センサ２の送信部、及び第３センサ３の送信部は、予め設定された順番で、又はランダムで検知対象となる空間に超音波を送信してもよい。
【００６９】
たとえば、第２センサ２の送信部が検知対象となる空間に超音波を送信する場合、第２センサ２の第２受信部２１が「第１受信部１１」として機能する。また、この場合、第１センサ１の第１受信部１１及び第３センサ３の第３受信部３１がそれぞれ「第２受信部２１」、「第３受信部３１」として機能する。また、たとえば、第３センサ３の送信部が検知対象となる空間に超音波を送信する場合、第３センサ３の第３受信部３１が「第１受信部１１」として機能する。また、この場合、第１センサ１の第１受信部１１及び第３センサ３の第３受信部３１がそれぞれ「第２受信部２１」、「第３受信部３１」として機能する。
【符号の説明】
【００７０】
１１  第１受信部
１２  送信部
２１  第２受信部
３１  第３受信部
４  検知部
１００  物体検知システム
Ａ１  物体
Ｄ１  第１長さ
Ｄ２  第２長さ
Ｄ３  第３長さ
Ｆ１  球面
Ｆ２，Ｆ３  回転楕円面
【図１】
2017146164.tif 000009
【図２】
2017146164.tif 000010
【図３】
2017146164.tif 000011
【図４】
2017146164.tif 000012