JP2007048246A - 後方監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両後方確認に際し、ドライバーの目視による認識性を向上させる。
【解決手段】車両後方の所定の高さにある超音波振動子から超音波が車両の上部位置から水平方向に拡散されるから、受波超音波用振動子より低い物について障害物として照射せず、送波用超音波振動子ユニットで撮像する車両後方に受波用超音波振動子の位置より高い障害物があると、超音波が照射され、これを受波用振動子での入力超音波信号を映像信号に変換して、所定以上の超音波反射信号がある場合にその画像部分に所定の色をあたえるから、ドライバーにたいして障害物の位置を明確にモニタ上に示すことができ、さらに、その画像部分の位置に基づいて車両から超音波照射対象物までの距離を得るから、モニタに示された障害物までの距離を知ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は車両等の後方安全確認の為に後方障害物等の存在を映像モニタに表示したり、安全確保や衝突を未然に防止する装置に関するものであろ。

従来、車両の交代動作時にドライバーからの死角を少なくして後方確認をし易くする為、車両後方に撮像カメラを搭載し、この撮像カメラで車両後方の視界を撮像し、車両後退時にモニタ画面により後方確認させ、さらに距離検出手段を用いて、障害物までの超音波あるいは赤外線の反射往復時間を測定することにより距離検出して、これを運転者に音声通知するものがある。

しかし、運転者がモニタ画面上で認識した障害物と、距離検出手段により検出された障害物とは必ずしも一致しない場合があり、また、距離検出手段が検出する障害物は直接車両に接触するほどの高さにないものまでも対象とされ、障害物検知の信頼性を不明瞭にしてしまう恐れがあった。

本発明が解決しようとする課題は運転者の目視による認識性の向上と聴覚器官への安全への喚起告知および衝突障害物管理者への警報による安全確保を形成することである。

請求項１に係る後方監視装置は、車両後方の所定範囲を超音波で感知して、後方視界を映像モニタし障害物衝突の危険回避を目的とする映像モニタ色別表示と警告音発信（外部者への告知も含む）制御機能を有して安全を確保するものである。
本発明の特徴としては、車両の後方視界における死角範囲全域を一個の振動子でカバーする為送波用超音波を発信振動子の面積以上に拡大しかつ送波出力を増幅した平行反射波や拡散反射波を後方死角範囲に照射して障害物があるかどうか超音波で認識するに当たって、球体反射体あるいは音波用回折板と送波用振動子との距離の長短調整及び角度調整をすれば、前記平行反射波や拡散反射波の送波伝播面積の増加減出来るので障害物対象物体の検知までの距離と認識空間の大小が自由設定できる特徴がある。また、一個の振動子の表面と裏面を利用するので、送受波用超音波振動子の効率的利用が出来るのも大きな特徴である。

請求項２に係る後方監視装置は、車両後方の衝突安全確保の限界距離の計測点をあらかじめ自由に設定することで、後方障害物体までの距離の計測手段である反射波の往復時間を計測する必要をせずに後方障害物体までの距離を認識でき、後方障害物への衝突を安価な方法で未然に防ぐことが出来る特徴を有する。

請求項３に係る後方監視装置は、車両後方の衝突安全確保の後方視界の空間範囲を自由に設定することで、後方障害物の認識すべき空間範囲を拡大したり出来る自由度を有した特徴がある。

請求項４に係る後方監視装置は、請求項１、請求項２、請求項３、のいずれにおいても夫々の衝突計測手段により得られた車両等から夫々の超音波照射対象物までの距離に応じた警報音や音声メッセージや被障害車両等から後方衝突物体管理者に光点灯する等の手段で障害の発生を未然に防止する安全告知手段を備えたことを特徴とする。

請求項１に係る後方監視装置によれば車両後方の所定の高さに設置した送波用超音波振動子から回折反射した超音波が車両後方に超音波源となる振動子面積より、拡大した水平方向の超音波で障害物に照射するから、一個の振動子で複数個の振動子効果あるいは振動子を走査したのと同じ効果を発揮するものである。請求項２に係る後方監視装置によれば、障害物照射対象物までの距離を得る距離計算部手段を不要とすることが出来るので、簡素で安価な安全確保のシステムが構築できる。
さらに、請求項３に係る後方監視装置によれば一個の送波用超音波振動子だけではカバー出来ない後方視界の死角に対して、送波超音波の外周回りで回折して、超音波発信領域を拡大することで広範囲の後方視界を認識できるので、予期せぬ後方からの障害対象物との衝突事故も含めて、一個の送波用超音波振動子だけで効率良い障害物回避ができる効果がある。

図１は、本発明に係る後方監視装置の一実施例を説明する図であり、図１（ａ）は車両と超音波照射範囲を説明する図、図１（ｂ）は一実施例の機能ブロック図である。図１において、１０１は車両、１０２は前記車両１０１の後方の所定の高さに設置して、後方の所定範位を送波用超音波照射範囲１０２ａとして超音波照射する送受波用超音波振動子、１０３は、前記車両１０１の後方の所定高さ、例えば、車体の最下部にあるリアバンパあるいはナンバープレートの底部に設置して、車両１０１の後方の衝突危険領域からの反射超音波を集波し、受波信号として検知する超音波振動子、１０４は前記車両１０１の室内のドライバーから見やすい場所に配置される映像モニタ、１０４ａは送受波用超音波振動子からの反射波信号から変換した映像信号データの１画面分を映像モニタ１０４の画面位置の１画素部分と１対１に対応して１時的に記憶するフレームメモリ、１０５は距離計算部、１０６は前記車両１０１の室内に設置されるスピーカ、１０７は警報恩発生手段、１０９は警告等（ハザードランプ）、１１０は装置全体を制御する演算処理装置、１１１は送信用振動子ユニットと受波用振動子ユニットを一体化した送受波用超音波振動子駆動部である。

送波用振動子ユニット１０２は、例えば圧電素子を用い、受波用振動子ユニット１０３も前記圧電素子を用いて衝突障害物からの反射波を前記送波用の使用方法と逆の使用設計して所望の超音波信号を感知するものである。超音波照射範囲は、左右は送波用振動子ユニット１０２が搭載される車両１０１の車幅あるいはそれより若干広くとり、下側は車両１０１の最後尾、上側は車両１０１より例えば約２メートルとする。
受波用超音波振動子は、圧電素子を用い、球面集波体を用いて所定の拡散角での反射超音波をキャッチする。（図７を参照）。図４、図５に示すように、受波用超音波振動子は、車両１０１における水平方向の反射超音波３０１をＭＡＸ値で検知するための制御サーボ機能を有した送受波用超音波振動子ユニット１０２で監視されている。前記反射超音波３０１のＭＡＸ値は車両１０１の衝突障害物を検知する最低下限値に調整される。
距離計算部１０５は、角度テーブル１０５ａ，あるいは距離テーブル１０５ｂを備える。警報音発生手段１０７は、音声合成手段により構成される。

次に、この後方監視装置の動作を説明する。
車両１０１の例えばギアがリバースに入ると演算処理装置１０８は、送波用超音波振動子１０３ｊを作動して所定周波数の超音波を発生させるとともに前記送波用超音波振動子ユニット１０３内蔵の超音波拡散照射照準サーボ機能が前記受波用超音波振動子ユニット１０３ｊへの反射超音波の入力が最大値となるように制御されて、障害物への超音波照射による最適システムの駆動走査が行われる。車両１０１の後方に障害物が存在しない場合は、超追音波は反射されず、受波用超音波振動子１０３は障害物を感知せず、映像モニタ１０４に障害物は写し出されない。石のように地面から突出している場合であっても、受波用振動子１０３ｊが設置される位置より低いものであれば、超音波を反射せず、車両１０１の車体に衝突しないから、送波用超音波の拡散方向は、上述のような車両についての水平方向であるから、障害物として超音波が照射される物の高さ基準は変化しない。
障害物が存在する場合は、送波用からの超音波は障害物で反射し、感知範囲内にある障害物を検知した受波用超音波振動子１０３ｊにより認識される。
送波用超音波振動子１０２は、超音波を用い、回折版を用いて所定の広がりで超音波を拡散する。（図２の（１）、及び図７参照）
前記図２の（１）、と図７及び図３に示すように超音波１０２ａの拡散方向は、車両１０１の上部方向から障害物を反射ターゲットにした超音波照射制御サーボにより、適正拡散照射角度が設定される。受波用超音波振動子１０３ｊの受信信号変換映像信号データはフレームメモリ１０４ａに送られるとともに映像モニタ１０４に送られる。フレームメモリ１０４ａの映像信号データは、演算処理装置１０８により所定レベル以上があるかを検出され、その部分について例えば赤色を与えられて、映像モニタ１０４に表示される。このとき、距離計算部１０５はフレームメモリ１０４ａについて前記所定レベル以上の映像信号データが格納されている個所を検索し、その個所に対応する図面上の位置に基づいて車両１０１から障害物すなわち超音波照射対象物までの距離を得る。
映像モニタ１０４の画面は、３０分の１秒に１画面更新することができるから、距離測定も、この画面変化に同期して順次測定される。得られた距離が所定以内になった場合は、」映像モニタ１０４の画面上の障害物の超音波が照射されている部分の色を赤と白を交互に変化させ、距離が近づくに従いその変化を早くする。警報音発生手段１０７は、前記距離テーブル１０５ａからの距離データにより、合成音声を読み出し、例えば「障害物です。２メートル後方にあります。」、「障害物です。１ｍ半の後方にあります。注意してください」、「障害物です。１ｍ後方にあります。きけんです。」とのメッセージと、距離に応じたメッセージに対応した警報音を電子音によりスピーカから出力させる。

車両１０１から障害物までの距離データの取得について説明する。
（１．角度テーブル）
図４のように、障害物４０１が、送波用超音波振動子１０２からの垂線から角度θにしているものとすると、車両１０１から障害物４０１までの距離Ｌは、送波用超音波振動子１０２の地面からの取り付け位置の高さをＨ，受波用超音波振動子１０３の地面からの取り付け位置の高さをｄとすると、
Ｌ＝（Ｈ−ｄ）ｔａｎθ （１）
である。従って、角度θが分かれば式（１）より距離が分かる。
送波用超音波振動子１０２から角度θで延ばした線を障害物４０１上の法線とする回折拡散超音波の反射波の最大値とする制御コントロール機能により、測定する個所とその個所を映した図１における映像モニタ１０４の画面上の個所は、対応するから、映像モニタ１０４の画面上の個所は角度θに対応付けることができる。そこで、予めサンプル点についてその点が表示される画面位置と角度θとを求め、さらにサンプル点以外についてはサンプル点を参考にして、例えば補間法により角度θを計算して、それらの点に対応する画面位置のフレームメモリをアドレスとして角度θを角度テーブルに記録しておく。（図８（ａ）参照）
前述のように、演算処理装置１０８が検出した所定レベル以上の映像信号データの部分の画面位置をフレームメモリ１０４ａから得て、そのフレームメモリ１０４ａのアドレスから角度テーブルを引いて対応する角度θを得て、その角度θに基づいて上記式（１）の計算より距離を得る。
（２．１角度テーブルに代わる距離テーブル）
距離テーブル１０５ａの距離データについて説明する。
フレームメモリ１０４ａは映像モニタ１０４の画素毎に対応したアドレスに映像信号データが記録され、距離テーブル１０５ａは、フレームメモリ１０４ａの各アドレスに対応して距離データが予め記録されている。
図４のように、車両１０１から障害物に照射する超音波が反射波となり、受波用超音波振動子ユニット１０３ｊに至るまでの距離は、画面位置によって異なり、超音波照射範囲として超音波が拡散して、障害物に当たり、反射波となって受波用超音波振動子がその強度の最大値で検知する高さが一定であるから、画面位置が同じならば被写体である背景（地面、道路等）が異なっても同じである。そこで、予めサンプル点についてその点が表示される画面位置と距離とを求め、さらにサンプル点以外については、サンプル点を参考にして例えば補間法により距離を計算して、それらの点に対応する画面位置のフレームメモリをアドレスとして距離を記録しておく。（図８（ｂ）参照）
前述のように、演算処理装置１０８が検出した所定レベル以上の映像信号データの部分の画面位置をフレームメモリ１０４ａから得て、そのフレームメモリ１０４ａのアドレスから距離テーブルを引いて対応する距離を得る。（２．２角度テーブルとともに用いる距離テーブル）
距離テーブルには、前記（１）式により予め角度θにおうじて計算された距離のデータが格納され、角度θをアドレスとして参照することができるようにする。（図５（ｃ）参照）
前述のように、演算処理装置１０８が検出した所定レベル以上の映像信号データの部分の画面位置をフレームメモリ１０４ａから得て、ソノフレームメモリ１０４ａのアドレスから角度テーブルを引いて対応する角度θを得て、さらにこの角度θをアドレスとする距離テーブルを引いて対応する距離を

上述例では、フレームメモリ１０４ａの映像信号データに、所定レベル以上の部分がある場合、その部分について赤色を与えて、映像モニタ１０４に表示したが、赤色を与えられた障害物相当個所は、赤と青の交互に変化するようにしてもよく、さらには、色を与える他に予め作成した障害物を表示するマークをデータ格納装置から読み出し障害物が位置する画面部分に貼り付けるようにしても良い。

また、受波用超音波振動子ユニット１０３をリアバンパに１個設置するものを説明したが、例えば２個の受波用超音波振動子を同一の高さで適当な間隔を開けて設置して、拡散照射超音波からの反射波を互いに補い感度アップ及び障害物照射範囲からの反射波を補うようにしても良い。

後方監視装置の一実施例の使用実態図と機能ブロック図である。 本発明に用いる超音波振動子の機能と発生構成及び拡散を説明する図であり、また特許請求項１および２の原理図を説明する図である。 本発明の特許請求項１の実施説明図である。 本発明の特許請求項２の実施説明図である。 本発明の特許請求項３の実施実態図である。 本発明の特許請求項３の実施実態の説明図である。（撮影画面と距離との関係を説明する。） 本発明の特許請求項３の原理図である。 本発明に用いる距離取得のための角度テーブル、距離テーブルを説明する図である。

符号の説明

１０１・・・車両、１０１ａ・・・リアバンパ、１０２・・・送波用超音波振動子ユニット、１０２ａ・・・超音波照射範囲、１０３・・・受波用超音波振動子ユニット、１０４・・・映像モニタ、１０５・・・距離計算部、１０６・・・スピーカ、１０７・・・警報発生手段、１０８・・・演算処理装置。

Claims (4)

1. 車両後方の衝突安全確保の限界距離を計測点にして、制御管理する、後方監視装置の少なくとも一つの送受波用振動子は以下を含む要素で構成され、前記受波用超音波振動子から得る反射超音波振動信号により車両後方の障害物画像を表示する映像モニター、と前記超音波の交差点近傍地点に存在した障害物から反射した超音波を映像信号に変換して映像モニター上で障害物画像を形成し、衝突危険照射対象物としての距離を認識する受波用超音波振動子、とからなることを特徴とする後方監視装置。
   （１）緩衝材を真中にはさんだ両端を送波用超音波振動子と受波用超音波振動子。
   （２）送波用超音波振動子からの発信超音波を少なくとも一つ以上の回折波として形成する回折板。
   （３）送波用超音波振動子からの発信超音波と該発信超音波から得る少なくとも一つの回折超音波を反射波に変える半球形状の反射体。
   （４）送波用超音波振動子からの発信超音波の反射波の戻り波で前記（２）の回折波を増幅させる超音波増幅用整流子。
   （５）前記（１）の送波用超音波振動子と受波用超音波振動子を制御する送受波用パルス電圧発生器とパルスコントローラー。
2. 車両後方の衝突安全確保の限界距離を収束計測点にして、制御管理する、少なくとも三つのそれぞれが異なる周波数の超音波を前記計測点で交差させて送波するＸＹ軸面での送受波用超音波振動子λ１、（θｘｙ１）とλ２（θ＝０）及びλ３（θｘｙ２）をＺ軸方向における前記車両後方の下部点でプラス角度θｚ１に合わせて設定するか、または、前記送受波用超音波振動子該λ１（θｘｙ１）とλ２（θ＝０）及びλ３（θｘｙ２）をＺ軸方向における前記車両後方の上部点でマイナス角度θｚ２のどちらか一方を、前記計測点で収束交差させる調整設定を行い、障害対象物への反射用の超音波の発生を最大効率で形成して計測システムとする少なくとも３個の送受波用超音波振動子と、又障害物体から得る反射超音波振動信号により車両後方の障害物画像を表示する映像モニター、と前記超音波の交差点に存在した障害物から反射した超音波を基準映像信号として変換した映像モニターとの比較照査することで障害物画像の位置を測定し、衝突危険照射対象物の位置を目標とする自動照準制御機能が作動して調整を実行し、該照射対象物の相対位置の危険度合いにより、映像モニタ上で識別し、色表示をすることを特徴とする後方監視装置。
3. 車両後方の衝突安全確保の限界距離を計測点にして、制御管理する、少なくとも三つの同一波長の超音波を発生する送波用超音波回折板を付設した１個の送波用超音波振動素子、と障害物からの拡散反射波を集波する球面集波体を付設し、前記集波した反射超音波を感知する少なくとも１個の受波用超音波振動子、と前記受波用超音波振動子で得る反射超音波振動信号により車両後方の障害物画像を表示する映像モニター、と前記超音波の交差点以遠からの超音波の反射映像信号によるモニター画像における衝突危険照射対象物までの距離を計る危険距離計算部、とからなることを特徴とする後方監視装置。
4. 車両後方の衝突安全確保の限界距離を計測点にして得る後方障害物の位置が、前記計測点以内の時に制御信号を発生する手段を備え、以下のような警報、警告機能を有することを特徴とする後方監視装置。
   （１）前記請求項２と同３記載の映像モニターの画像上に表示する後方障害物からの反射波の画像部分に画像基色と異なる色に発色変化させる告知手段。
   （２）前記危険距離計算部で得る前期計測点を基準とする距離に応じた異常音を出力する警報音発生手段。
   （３）前記（２）の警報音発生手段の警報音が運転者等への音声メッセージであったり、外部者への喚起の警告音であったり又ハザードランプの点灯による警報であったりする安全手段。

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