JP2008292168A - 障害物近接判定装置および障害物近接判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接近する障害物を検知してその実体像および近接状態を判定すること。
【解決手段】障害物近接判定装置１００は、静電容量センサ１０と、超音波信号送受信器４１〜４Ｎと、制御回路８０とを備え、静電容量センサ１０の検知電極１１〜１Ｎは、自動車１０１の後方のバンパー１０２に配置された超音波信号送受信器４１〜４Ｎの間にそれぞれ配置されている。制御回路８０は、静電容量センサ１０および超音波信号送受信器４１〜４Ｎからの情報に基づいて、接近している障害物の材質的観点からの実体像および近接状態を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、障害物を検知してその接近を判定する障害物近接判定装置および障害物近接判定方法に関し、特に障害物の実体像および近接状態を判定することができる障害物近接判定装置および障害物近接判定方法に関する。

従来より、例えば近接距離にある障害物の検出を行う障害物検知装置として、例えば下記特許文献１に開示されている超音波ソナー式の障害物検知装置が知られている。この超音波ソナー式の障害物検知装置は、送受信器が超音波振動子を備え、送受信器から超音波信号を送信するとともに障害物により反射した超音波信号を超音波振動子にて受信して、障害物の存在検知と障害物までの距離の算出を行う構成となっている。

特開２００１−２２１８４８号公報

しかしながら、上述したような従来の超音波ソナー式の障害物検知装置では、障害物が近くにあることやその距離がどの程度であるかを判別しているに過ぎず、障害物が人体などの生命体であるのか壁などの非生命体であるのか等の実体像を判別することができないという問題があった。また、送受信される超音波信号は指向性が強いため、送受信器の近傍で送受信器に非常に近接した位置に障害物がある場合は検知できないという問題があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、接近する障害物を検知してその実体像および近接状態を判定することができる障害物近接判定装置および障害物近接判定方法を提供することを目的とする。

本発明に係る障害物近接判定装置は、障害物を検知してその接近を判定する障害物近接判定装置であって、超音波信号を送信するとともに前記障害物によって反射された超音波信号を受信する超音波信号送受信手段と、前記超音波信号送受信手段によって受信した超音波信号の振幅を示す振幅情報と、前記超音波信号の送信から受信までの時間に関する時間情報とに基づいて、前記障害物の想定硬度を算出する想定硬度算出手段と、前記超音波信号の送信から受信までの前記時間情報を用いて、前記障害物までの近接距離を算出する近接距離算出手段と、前記想定硬度算出手段によって算出された想定硬度と、前記近接距離算出手段によって算出された近接距離とに基づいて、前記障害物の実体像および近接状態を判定する近接判定手段とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る障害物近接判定装置は、以上のように構成することにより、超音波信号によって、接近する障害物の想定硬度および近接距離を算出してその実体像および近接状態を判定することができる。

複数の検知電極からの検知信号が示す前記障害物との間の静電容量を検知する静電容量検知手段をさらに備え、前記近接距離算出手段は、前記時間情報および前記静電容量検知手段によって検知された静電容量を示す静電容量値のうちの少なくとも一つを用いて前記近接距離を算出し、前記近接判定手段は、前記静電容量値に基づいて、前記障害物の実体像として該障害物の大きさおよび位置を判定する構成とされていてもよい。

前記超音波信号送受信手段を複数備え、前記複数の検知電極は、複数の超音波信号送受信手段の間にそれぞれ配置されている構成とされていてもよい。

前記想定硬度算出手段は、前記振幅情報と前記時間情報とに基づいて、あらかじめ記憶されている超音波信号の反射される材質ごとの距離に対する振幅の減衰量を示す振幅減衰量情報を読み出して、前記障害物の想定硬度を算出する構成とされていてもよい。

前記近接判定手段は、前記障害物の実体像として該障害物が生命体であるか否かを判定する構成とされていてもよい。そして、前記近接判定手段は、前記障害物の実体像として該障害物が生命体であると判定した場合に、当該生命体が人体あるいは人体に相当する大きさの生命体であるか否かを判定する構成とされていてもよい。

なお、前記超音波信号送受信手段および前記検知電極は、自動車の車体構造物に設けられているとよい。この場合、前記自動車の車体構造物は、バンパーであるとよい。

本発明に係る障害物近接判定方法は、障害物を検知してその接近を判定する障害物近接判定方法であって、超音波信号を送信するとともに前記障害物によって反射された超音波信号を受信する超音波信号送受信工程と、前記超音波信号送受信工程にて受信した超音波信号の振幅を示す振幅情報と、前記超音波信号の送信から受信までの時間に関する時間情報とに基づいて、前記障害物の想定硬度を算出する想定硬度算出工程と、前記超音波信号の送信から受信までの前記時間情報を用いて、前記障害物までの近接距離を算出する近接距離算出工程と、前記想定硬度算出工程にて算出された想定硬度と、前記近接距離算出工程にて算出された近接距離とに基づいて、前記障害物の実体像および近接状態を判定する近接判定工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、接近する障害物を検知してその実体像および近接状態を判定することができる障害物近接判定装置および障害物近接判定方法を提供することができる。

以下、添付の図面を参照して、本発明に係る障害物近接判定装置および障害物近接判定方法の好適な実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る障害物近接判定装置の全体構成の例を示すブロック図、図２は同障害物近接判定装置を自動車のバンパーに適用した例を示す外観図、図３は同障害物近接判定装置のＣ−Ｖ変換回路の内部構成の例を示すブロック図、図４は同障害物近接判定装置の超音波信号送受信器の動作を説明するための動作説明図、図５は同超音波送受信器による超音波信号の波形を示す説明図である。

図１に示すように、障害物近接判定装置１００は、接近する障害物を検知してその材質的観点からの実体像と近接状態を判定するための装置であり、主に次のように構成されている。すなわち、障害物近接判定装置１００は、図２に示すような自動車１０１の後方のバンパー１０２などに設けられた複数の超音波信号送受信器４１〜４Ｎと、同じくバンパー１０２などに設けられた複数の検知電極１１〜１Ｎを有する静電容量センサ１０とを備えている。

なお、各超音波信号送受信器４１〜４Ｎは、本例ではバンパー１０２の正面側２箇所とコーナー側２箇所に超音波信号が送受信可能な状態でそれぞれ設けられており、各検知電極１１〜１Ｎは、少なくともコーナー側２箇所に設けられた各超音波信号送受信器４１〜４Ｎの間に位置するように（好ましくは、各超音波信号送受信器４１〜４Ｎの間にそれぞれ位置するように）、バンパー１０２の所定箇所（表面、内部あるいは裏面）に設けられている。このように配置すれば、指向性が高く数を増やすと高価になる超音波信号送受信器４１〜４Ｎの不感帯において、この不感帯を補うように配置された検知電極１１〜１Ｎによって障害物を検知することができるため、安価な構成で不感帯を減少させることができる。

また、障害物近接判定装置１００は、複数の超音波信号送受信器４１〜４Ｎと接続された複数の切替スイッチ４１ａ〜４Ｎａと、各切替スイッチ４１ａ〜４Ｎａと接続された発振回路５１〜５Ｎおよび受信回路６１〜６Ｎと、各受信回路６１〜６Ｎと接続されたＡ／Ｄ変換器７１〜７Ｎとを備えている。

そして、障害物近接判定装置１００は、複数の検知電極１１〜１Ｎと接続された複数のＣ−Ｖ変換回路２１〜２Ｎと、各Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２Ｎと接続されたＡ／Ｄ変換器３１〜３Ｎとを静電容量センサ１０がさらに備え、各Ａ／Ｄ変換器３１〜３Ｎ，７１〜７Ｎが制御回路８０と接続された構成を備えている。

なお、制御回路８０は、例えば音声出力装置９１と表示装置９２にそれぞれ接続されている。音声出力装置９１は、制御回路８０からの制御信号によって、障害物の接近を検知した場合などに警報音を出力したり、所定のガイダンス音声を出力したりする。表示装置９２は、例えばＬＥＤやＬＣＤなどからなり、制御回路８０からの情報に基づき、障害物の接近に応じた警告画像やガイダンス画像などを表示する。

各超音波信号送受信器４１〜４Ｎは、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などからなる圧電振動子を有し、制御回路８０からの制御により切替スイッチ４１ａ〜４Ｎａによって発振回路５１〜５Ｎと受信回路６１〜６Ｎとの接続が切り替えられて、超音波信号を自動車１０１の後方に向けて送信したり、障害物などによって反射された超音波信号（以下、「反射信号」と呼ぶ。）を受信したりする。

各超音波信号送受信器４１〜４Ｎは、制御回路８０によって、あらかじめ設定された時間（例えば、数１００μ秒）だけ切替スイッチ４１ａ〜４Ｎａによって発振回路５１〜５Ｎ側と接続され、超音波信号が送信される。超音波信号を送信した後は、各超音波信号送受信器４１〜４Ｎは、切替スイッチ４１ａ〜４Ｎａによって受信回路６１〜６Ｎ側と接続され反射信号の受信待機状態となる。

なお、超音波信号の送受信にあたっては、通常、各超音波信号送受信器４１〜４Ｎにおいては、超音波信号の共振周波数が同じに設定されているため、互いが干渉しないように制御回路８０によって時分割されたタイミングにて超音波信号の送受信が行われ、同時には行われない設定となっている。

そして、障害物が近くに存在する場合は、送信された超音波信号が障害物によって反射し、各超音波信号送受信器４１〜４Ｎの圧電振動子により反射信号が受信され、受信された反射信号が受信回路６１〜６Ｎにて検出される。受信回路６１〜６Ｎにて検出された反射信号は、Ａ／Ｄ変換器７１〜７Ｎによってアナログ信号からディジタル信号に変換された後、制御回路８０に入力される。

バンパー１０２に設けられた静電容量センサ１０の各検知電極１１〜１Ｎは、人体などのグランドとみなせる物体との間の静電容量を検知する導体（あるいは半導体）である。これら検知電極１１〜１Ｎは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、エポキシ樹脂などの絶縁体を有するフレキシブルプリント基板、リジッド基板、リジッドフレキシブル基板上に銅、銅合金、アルミニウムなどをパターン化して形成される。

また、検知電極１１〜１Ｎは、電線や金属製プレートなどにより構成されたり、金属ペースト（例えば、銀ペースト）を印刷したシート（例えば、メンブレンシート）や金属メッキ、透明導電性材料（例えば、透過性導電膜フィルム）、射出成形回路部品などにより構成されてもよい。

各検知電極１１〜１Ｎは、透過性導電膜フィルムからなる場合、例えばプラスチックなどの材料からなるフィルム基板の表面に、ＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）系やＰＥＤＯＴ（ポリエチレンジオキシチオフェン）あるいはＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（導電性高分子）系、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛：登録商標）系の可視光透過率が高い透明導電膜を蒸着した構造からなる。

そして、各検知電極１１〜１Ｎにより検知された静電容量は、本例の静電容量検知回路である静電容量（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を電圧（Ｖｏｌｔａｇｅ）に変換する各Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２Ｎによって電圧に変換され、Ａ／Ｄ変換器３１〜３Ｎにて電圧を示すアナログ信号からディジタル信号に変換された後に、制御回路８０に入力される。

なお、各Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２Ｎは、図３に示すように、各検知電極１１〜１Ｎとグランドとみなされる接近した人体などとの間の静電容量Ｃに応じてデューティー比が変化するパルス信号を出力する。すなわち、各Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２Ｎは、抵抗１１０とコンデンサ１１１の時定数によって出力されるパルス信号のデューティー比が変化するタイマ回路１１２を備えた構造からなる。

このような構造のＣ−Ｖ変換回路２１〜２Ｎでは、検知電極１１〜１Ｎで検知された静電容量を示す静電容量値によって、静電容量Ｃと抵抗１１１との直列回路の充電時間が変化し、その充電時間を測定することによってパルス信号が出力される。この他、Ｃ−Ｖ変換回路２１〜２Ｎは、静電容量を検知するために正弦波信号を印加して静電容量値による電圧変化や電流値から直接インピーダンスを測定したり、測定する静電容量を含めて発振回路を構成して発振周波数を測定したり、既知の電圧で充電した電荷を既知の容量に移動させてその電圧を測定したり、未知の容量に既知の電圧で充電してその電荷を既知の容量に移動させることを複数回行って、既知の容量が所定電圧に充電されるまでの回数を測定したりすることでパルス信号を出力する構成としてもよい。

これらＣ−Ｖ変換回路２１〜２Ｎは、検出した静電容量値に閾値を設けてその閾値を超えた（あるいは下回った）ときにトリガとしたり、静電容量の信号波形を解析して該当する静電容量波形となったときにトリガとしたりする処理を行うことで、スイッチとして機能することができる。

なお、静電容量センサ１０は、各検知電極１１〜１Ｎの数に応じたＣ−Ｖ変換回路２１〜２Ｎを備えているが、Ｃ−Ｖ変換回路を一つのみ備え、各検知電極１１〜１Ｎにスイッチを介して接続し、スイッチを時分割で切り替えて各検知電極１１〜１Ｎからの静電容量を検出するように構成してもよい。

制御回路８０は、ＣＰＵなどを備え、各Ａ／Ｄ変換器３１〜３Ｎ，７１〜７Ｎからの入力信号などに基づいて、障害物近接判定処理などの各種処理を行う。通常、例えば面積Ｓの検知電極に面積Ｓの障害物（金属体）が距離ｄに近づいたときで、Ｓ＞＞ｄで検知電極と障害物とが無限の広さの平行平板とみなせる場合には、検出される静電容量Ｃは、Ｃ＝εＳ／ｄ（ε：空気中の誘電率（Ｆ／ｍ））の式で表すことができ、これにより障害物の距離ｄを算出することができる。なお、検知電極と障害物との間には、空気以外にεｒとなる物体が介在することがあるが、この場合はその物体の静電容量εｒＳ／ｄと空気の静電容量とを直列とすればよい。

そして、上述した静電容量センサ１０では、検知電極１１〜１Ｎによって、バンパー１０２に接近したグランドとみなせる物体（例えば、人体、動物、地面に接続された金属体、自動車などの大きな金属体、水分量の多いコンクリートや壁など）を検出することができる。また、複数の検知電極１１〜１Ｎからの静電容量によって、障害物の大きさや位置を検出することができる。

次に、このように構成された障害物近接判定装置１００の複数の超音波信号送受信器４１〜４Ｎにおける動作を説明する。まず、図４に示すように、制御回路８０によって、切替スイッチ４１ａ〜４Ｎａを発振回路５１〜５Ｎ側に切り替えて複数の超音波信号送受信器４１〜４Ｎを発振回路５１〜５Ｎと接続し、あらかじめ設定された時間ＳＴだけ共振周波数が数十ｋＨｚの図中矢印ｓｓで示す超音波波形の超音波信号を送信する。

超音波信号を送信した後は、切替スイッチ４１ａ〜４Ｎａを残留振動が消滅するまでの時間ｔだけＯＦＦ状態にし、その後受信回路６１〜６Ｎ側に切り替えて反射信号の受信待機状態とする。この受信待機状態のときに、障害物が存在しない場合、図中矢印ｒｓで示す超音波波形の反射信号は各超音波信号送受信器４１〜４Ｎによって検出されないが、障害物が存在する場合は、反射信号が検出される。

反射信号が検出されたら、例えば超音波信号の送信開始から受信開始までの時間を２Ｔとすると、障害物までの距離ＬはＬ＝Ｔ×ｖ（ｖ：空気中の音速）で表すことができる。このため、制御回路８０によってこの時間を測定することで、障害物の存在と障害物までの距離Ｌを検知することができる。

次に、制御回路８０は、受信した反射信号の振幅に着目して、障害物の想定される硬度（想定硬度）を判定する。通常、超音波信号は、障害物が金属やアスファルトなどの硬い（すなわち、音響インピーダンスが高い）物体である場合には、その反射量は多くなるため、受信回路６１〜６Ｎにて検出される反射信号の振幅は大きくなる。反対に、障害物が人体などのように柔らかい（すなわち、音響インピーダンスが低い）物体である場合には、その反射量は超音波信号の一部が吸収されてしまうため少なくなり、受信回路６１〜６Ｎにて検出される反射信号の振幅は小さくなる。

また、例えば音響インピーダンスが一定の障害物においては、各超音波信号送受信器４１〜４Ｎと障害物との距離によって超音波信号の減衰量が異なるため、この距離に依存した振幅が得られることとなる。このため、超音波信号の送受信の時間間隔により算出した距離に対して、実際の振幅がどの程度であるかを比較することによって、障害物が硬い物体であるか柔らかい物体であるかなどの材質的観点からの実体像を判定することができる。

すなわち、例えば障害物が硬い物体である場合において、距離が近い場合は、超音波信号の振幅は図５（ａ）に示すようなものとなり、距離が遠い場合は、振幅は図５（ｂ）に示すようなものとなる。また、例えば障害物が柔らかい物体である場合において、距離が近い場合は振幅は図５（ｃ）に示すようなものとなり、距離が遠い場合は振幅は図５（ｄ）に示すようなものとなる。

したがって、具体的には、障害物との距離が一定の場合に超音波信号の振幅を測定し、制御回路８０によってあらかじめ記憶しておいた障害物の材質ごとの距離に対する振幅の減衰量を示す振幅減衰量情報を読み出して比較することで、検出した障害物が硬い物体であるか柔らかい物体であるかを判定することができる。

この場合、距離に対して「硬い」あるいは「柔らかい」と判別する振幅の閾値（すなわち、振幅減衰量情報により表される閾値）をあらかじめ測定したうえで設定しておいて、障害物との距離が算出できた際に制御回路８０が有するＥＥＰＲＯＭなどの記憶装置から読み出して用いればよい。なお、判定基準は、超音波信号の振幅のみに限らず、受信した反射信号の超音波波形を包絡線検波して直流電流に変換したうえで判定するようにしたり、フーリエ変換して送信した超音波信号と同じ周波数成分のみを評価するようにしたりしてもよい。

こうして得られた障害物との距離および実体像とともに、制御回路８０は、障害物近接判定装置１００の静電容量センサ１０からの出力信号に着目し、各検知電極１１〜１１Ｎからの検出値を比較することで障害物の大きさを判定する。また、判定した障害物の大きさと各検出値とを比較することで障害物までの距離を算出する。

このような複数の超音波信号送受信器４１〜４Ｎおよび静電容量センサ１０を用いた処理によって、障害物近接判定装置１００は、障害物の大きさ、距離およびグランドとみなせる物体であるか否かを判定することが可能となる。例えば、障害物が人体である場合、制御回路８０によって、超音波信号送受信器４１〜４Ｎから得られる情報により、対象物が柔らかいために対応する距離に対して振幅が小さいことが判定される。

次に、人体が存在する範囲に配された検知電極１１〜１Ｎが静電容量を検知するため、対象物がグランドとみなせる物体であることと、人体に相当する大きさ（例えば、幅が約３０ｃｍ）の物体であることが判定される。これら超音波信号送受信器４１〜４Ｎおよび静電容量センサ１０からの情報に基づく結果から、対象物である障害物が「柔らかい」こと、「グランドとみなせる物体である」こと、および「幅が約３０ｃｍである」ことが判別でき、障害物は「人体である」ことが想定される。

また、例えば、障害物が自動車の場合、制御回路によって、超音波信号送受信器４１〜４Ｎから得られる情報により、対象物が硬く対応する距離に対して振幅が大きいことが判定される。そして、自動車が存在する範囲に配された検知電極１１〜１Ｎが静電容量を検知し、対象物がグランドとみなせる物体であることと、バンパー１０２全体に相当する大きさの物体であることが判定される。これにより、対象物である障害物が「硬い」こと、「グランドとみなせる物体である」こと、および「幅がバンパー全体におよぶ」ことが判別でき、障害物は「自動車である」ことが想定される。

なお、障害物が「柔らかい」ことと「グランドとみなせる物体である」ことが判定された場合で、超音波信号送受信器４１〜４Ｎにより検出された距離と、静電容量センサ１０により検出された距離とが異なる場合は、例えば「硬い材質の物体が超音波信号送受信器に対して斜めに配置されている（すなわち、人体ではない）」と判定するようにすればよい。

すなわち、障害物が斜めに配置されている場合は、超音波信号の反射が散乱してその反射量が減少し、「柔らかい」と判定されてしまうことが想定される。これを防止するために、超音波信号送受信器４１〜４Ｎにより検出された距離と、静電容量センサ１０により検出された距離とを比較して、その差があらかじめ設定された閾値よりも大きい場合（すなわち、両者が一致していない場合）には、硬い障害物が斜めに配置されていると判定するように設定しておけば、誤判定を少なくすることができる。

次に、上述した障害物近接判定装置１００による障害物近接判定処理手順について説明する。図６〜図８は、本発明の一実施形態に係る障害物近接判定装置による障害物近接判定処理の例を示すフローチャートである。図６に示すように、まず、制御回路８０の制御により、超音波信号送受信器４１〜４Ｎから超音波信号を送信し（ステップＳ１０１）、所定の閾値以上の反射信号を受信したかに基づいて、反射信号の受信があるか否か（すなわち、障害物があるか否か）を判断する（ステップＳ１０２）。

反射信号の受信がないと判断した場合（ステップＳ１０２のＮ）は、上記ステップＳ１０１に移行して超音波信号の送信を行う。反射信号の受信があると判断した場合（ステップＳ１０２のＹ）は、制御回路８０によって、超音波信号送受信器４１〜４Ｎによる超音波信号の送受信時間を表す時間情報に基づき障害物との距離Ｌ１を算出するとともに（ステップＳ１０３）、受信した反射信号の振幅Ａｍを測定し記憶装置に記憶する（ステップＳ１０４）。

そして、制御回路８０は、静電容量センサ１０の検知電極１１〜１Ｎからの検出信号に基づく静電容量値Ｃ１，Ｃ２，…，Ｃｎを測定し（ステップＳ１０５）、上記ステップＳ１０３にて算出した距離Ｌ１に対する反射信号の振幅の閾値Ａｔｈを記憶装置から読み込んで（ステップＳ１０６）、振幅Ａｍが閾値Ａｔｈより大きいか否かを判断する（ステップＳ１０７）。

振幅Ａｍが閾値Ａｔｈより大きいと判断した場合（ステップＳ１０７のＹ）は、制御回路８０は、障害物を硬い物体であると判定し（ステップＳ１０８）、上記ステップＳ１０５にて測定された静電容量値Ｃ１，Ｃ２，…，Ｃｎが、すべてそれぞれグランドとみなせる物体が接近していると判定するための閾値Ｃｔｈ以下であるか否かを判断する（ステップＳ１０９）。なお、このステップＳ１０９においては、検知電極１１〜１Ｎによる感度が異なっている場合には、検知電極１１〜１Ｎごとの閾値Ｃｔｈが設定されていることとする。

静電容量値Ｃ１，Ｃ２，…，Ｃｎがすべて閾値Ｃｔｈ以下であると判断した場合（ステップＳ１０９のＹ）は、制御回路８０は、接近している障害物が硬くてグランドとみなせない物体であり生命体ではない（すなわち、例えば水分量の少ない壁、木材、プラスチックなど）と判定し（ステップＳ１１０）、近接判定処理を終了するか否かを判断し（ステップＳ１１１）、終了すると判断した場合（ステップＳ１１１のＹ）は、本フローチャートによる一連の障害物近接判定処理を終了する。なお、終了しないと判断した場合（ステップＳ１１１のＮ）は、上記ステップＳ１０１に移行して処理を繰り返す。

一方、振幅Ａｍが閾値Ａｔｈより大きくないと判断した場合（ステップＳ１０７のＮ）は、制御回路８０は、障害物を柔らかい物体であると判定し（ステップＳ１１２）、上記ステップＳ１０５にて測定された静電容量値Ｃ１，Ｃ２，…，Ｃｎが、すべて上述した閾値Ｃｔｈ以下であるか否かを判断する（ステップＳ１１３）。

静電容量値Ｃ１，Ｃ２，…，Ｃｎがすべて閾値Ｃｔｈ以下であると判断した場合（ステップＳ１１３のＹ）は、制御回路８０は、接近している障害物がグランドとみなせない物体であり生命体ではないと判定する（ステップＳ１１４）。このとき、制御回路８０は、障害物が例えばスポンジのように柔らかいか、検知電極１１〜１Ｎに対して斜めに傾いており、例えば水分量の少ない壁にバンパー１０２が斜めに接近したときのように硬いかのいずれかであると判定する。

そして、制御回路８０は、近接判定処理を終了するか否かを判断し（ステップＳ１１１）、終了すると判断した場合（ステップＳ１１１のＹ）は、本フローチャートによる一連の障害物近接判定処理を終了し、終了しないと判断した場合（ステップＳ１１１のＮ）は、上記ステップＳ１０１に移行して処理を繰り返す。

また、上記ステップＳ１０９にて静電容量値Ｃ１，Ｃ２，…，Ｃｎが一つでも閾値Ｃｔｈを超えていると判断した場合（ステップＳ１０９のＮ）は、障害物はグランドとみなせる物体であるため、図７に示すように、静電容量値Ｃ１，Ｃ２，…，Ｃｎのうち、閾値Ｃｔｈより大きい値を示すものの検知電極１１〜１Ｎの数Ｘを計数し（ステップＳ１１５）、数Ｘにつき大きさＺを算出する（ステップＳ１１６）。

そして、制御回路８０は、算出した大きさＺがあらかじめ設定した大きさ判定用の幅判定値よりも大きいか否かを判断し（ステップＳ１１７）、幅判定値より大きいと判断した場合（ステップＳ１１７のＹ）は、接近している障害物がグランドとみなせて幅が広い物体であり生命体ではない（すなわち、例えば自動車、ガードレール、水分量の多い壁など）と判定し（ステップＳ１１８）、上記ステップＳ１１１の終了判断処理に移行する。

また、幅判定値より小さいと判断した場合（ステップＳ１１７のＮ）は、接近している障害物がグランドとみなせて幅が狭い物体であり生命体ではない（すなわち、例えば金属ポールや立木など）と判定し（ステップＳ１１９）、上記ステップＳ１１１の終了判断処理に移行する。なお、上記幅判定値は、任意に設定でき、判定したい対象物の大きさや静電容量センサ１０の検知電極１１〜１Ｎの配置位置、配置数量などに基づき決定することができる。

さらに、上記ステップＳ１１３にて静電容量値Ｃ１，Ｃ２，…，Ｃｎが一つでも閾値Ｃｔｈを超えていると判断した場合（ステップＳ１１３のＮ）は、障害物はグランドとみなせる物体であるため、図８に示すように、静電容量値Ｃ１，Ｃ２，…，Ｃｎのうち、閾値Ｃｔｈより大きい値を示すものの検知電極１１〜１Ｎの数Ｘを計数し（ステップＳ１２０）、数Ｘにつき大きさＺを算出する（ステップＳ１２１）。

そして、制御回路８０は、上記ステップＳ１２０にて計数した検知電極１１〜１Ｎの数Ｘと静電容量値Ｃ１，Ｃ２，…，Ｃｎとから障害物までの距離Ｌ２を算出し（ステップＳ１２２）、上記ステップＳ１０３にて算出した距離Ｌ１から距離Ｌ２を引いた値（すなわち、差分値）があらかじめ設定した距離誤差判定値よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ１２３）。なお、上記ステップＳ１２２にて距離Ｌ２を求めるに際しては、制御回路８０は、記憶装置にあらかじめ記憶された検知電極１１〜１Ｎの面積と形状から成立する数式（あるいは対応表）を用いて算出する。

差分値が距離誤差判定値よりも大きいと判断した場合（ステップＳ１２３のＹ）は、距離Ｌ１と距離Ｌ２が一致していないと判断し、接近している障害物が硬くてグランドとみなせる物体であり静電容量センサ１０に対して傾いており生命体ではない（すなわち、例えば自動車やガードレールなど）と判定し（ステップＳ１２４）、上記ステップＳ１１１の終了判断処理に移行する。

差分値が距離誤差判定値より小さいと判断した場合（ステップＳ１２３のＮ）は、距離Ｌ１と距離Ｌ２が一致していると判断し、制御回路８０は、上記ステップＳ１２１にて算出した大きさＺが、あらかじめ設定した人体に対応する大きさの範囲内に入っているか否かを判断する（ステップＳ１２５）。

範囲内に入っていると判断した場合（ステップＳ１２５のＹ）は、制御回路８０は、接近している障害物が人体もしくは人体に相当する大きさの生命体であると判定し（ステップＳ１２６）、上記ステップＳ１１１の終了判断処理に移行する。範囲内に入っていないと判断した場合（ステップＳ１２５のＮ）は、制御回路８０は、接近している障害物が人体以外の生命体であると判定し（ステップＳ１２７）、上記ステップＳ１１１の終了判断処理に移行する。このように障害物近接判定処理を行うことによって、本例の障害物近接判定装置１００は、障害物の材質的観点からの実体像や近接状態をほぼ正確に判定することができる。

なお、上述した実施形態においては、自動車１０１の後方のバンパー１０２に各超音波信号送受信器４１〜４Ｎおよび各検知電極１１〜１Ｎを配置した場合を例に挙げて説明したが、本例の障害物近接判定装置１００は、自動車１０１の後方のみならず、自動車１０１の周囲全体の障害物検知に適用したり、人体の侵入を検知するセキュリティ用途のセンサ類などに適用して、接近する物体が人体などの生命体であるか否かを判定する各種の用途に用いることもできる。

また、上述した実施形態では、静電容量センサ１０の各検知電極１１〜１Ｎを、バンパー１０２の幅方向に沿って１次元的に配置した場合を例に挙げて説明したが、さらに上下方向に沿って２次元的に配置すれば、障害物の高さ方向の判定も可能となるため、さらに障害物の実体像や近接状態の検知精度を向上させることが可能となる。

以上述べたように、本発明に係る障害物近接判定装置および障害物近接判定方法によれば、接近する障害物を検知してその実体像および近接状態をほぼ正確に判定することができる。

本発明によれば、障害物の接近を検知する障害物近接判定装置において、特に障害物の材質的観点からの実体像や近接状態をより詳しく判定するのに有用である。

本発明の一実施形態に係る障害物近接判定装置の全体構成の例を示すブロック図である。 同障害物近接判定装置を自動車のバンパーに適用した例を示す外観図である。 同障害物近接判定装置のＣ−Ｖ変換回路の内部構成の例を示すブロック図である。 同障害物近接判定装置の超音波信号送受信器の動作を説明するための動作説明図である。 同超音波送受信器による超音波信号の波形を示す説明図である。 本発明の一実施形態に係る障害物近接判定装置による障害物近接判定処理の例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る障害物近接判定装置による障害物近接判定処理の例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る障害物近接判定装置による障害物近接判定処理の例を示すフローチャートである。

符号の説明

１１〜１Ｎ…検知電極、２１〜２Ｎ…Ｃ−Ｖ変換回路、３１〜３Ｎ，７１〜７Ｎ…Ａ／Ｄ変換器、４１〜４Ｎ…超音波信号送受信器、４１ａ〜４Ｎａ…切替スイッチ、５１〜５Ｎ…発振回路、６１〜６Ｎ…受信回路、８０…制御回路、９１…音声出力装置、９２…表示装置、１００…障害物近接判定装置。

Claims (13)

1. 障害物を検知してその接近を判定する障害物近接判定装置であって、
   超音波信号を送信するとともに前記障害物によって反射された超音波信号を受信する超音波信号送受信手段と、
   前記超音波信号送受信手段によって受信した超音波信号の振幅を示す振幅情報と、前記超音波信号の送信から受信までの時間に関する時間情報とに基づいて、前記障害物の想定硬度を算出する想定硬度算出手段と、
   前記超音波信号の送信から受信までの前記時間情報を用いて、前記障害物までの近接距離を算出する近接距離算出手段と、
   前記想定硬度算出手段によって算出された想定硬度と、前記近接距離算出手段によって算出された近接距離とに基づいて、材質的観点からの前記障害物の実体像および近接状態を判定する近接判定手段とを備えた
   ことを特徴とする障害物近接判定装置。
2. 複数の検知電極からの検知信号が示す前記障害物との間の静電容量を検知する静電容量検知手段をさらに備え、
   前記近接距離算出手段は、前記時間情報および前記静電容量検知手段によって検知された静電容量を示す静電容量値のうちの少なくとも一つを用いて前記近接距離を算出し、
   前記近接判定手段は、前記静電容量値に基づいて、前記障害物の実体像として該障害物の大きさおよび位置を判定することを特徴とする請求項１記載の障害物近接判定装置。
3. 前記超音波信号送受信手段を複数備え、
   前記複数の検知電極は、複数の超音波信号送受信手段の間にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項２記載の障害物近接判定装置。
4. 前記想定硬度算出手段は、前記振幅情報と前記時間情報とに基づいて、あらかじめ記憶されている超音波信号の反射される材質ごとの距離に対する振幅の減衰量を示す振幅減衰量情報を読み出して、前記障害物の想定硬度を算出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の障害物近接判定装置。
5. 前記近接判定手段は、前記障害物の実体像として該障害物が生命体であるか否かを判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の障害物近接判定装置。
6. 前記近接判定手段は、前記障害物の実体像として該障害物が生命体であると判定した場合に、当該生命体が人体あるいは人体に相当する大きさの生命体であるか否かを判定することを特徴とする請求項５記載の障害物近接判定装置。
7. 前記超音波信号送受信手段および前記検知電極は、自動車の車体構造物に設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の障害物近接判定装置。
8. 前記自動車の車体構造物は、バンパーであることを特徴とする請求項７記載の障害物近接判定装置。
9. 障害物を検知してその接近を判定する障害物近接判定方法であって、
   超音波信号を送信するとともに前記障害物によって反射された超音波信号を受信する超音波信号送受信工程と、
   前記超音波信号送受信工程にて受信した超音波信号の振幅を示す振幅情報と、前記超音波信号の送信から受信までの時間に関する時間情報とに基づいて、前記障害物の想定硬度を算出する想定硬度算出工程と、
   前記超音波信号の送信から受信までの前記時間情報を用いて、前記障害物までの近接距離を算出する近接距離算出工程と、
   前記想定硬度算出工程にて算出された想定硬度と、前記近接距離算出工程にて算出された近接距離とに基づいて、材質的観点からの前記障害物の実体像および近接状態を判定する近接判定工程とを含む
   ことを特徴とする障害物近接判定方法。
10. 複数の検知電極からの検知信号が示す前記障害物との間の静電容量を検知する静電容量検知工程をさらに含み、
    前記近接距離算出工程では、前記時間情報および前記静電容量検知工程にて検知された静電容量を示す静電容量値のうちの少なくとも一つを用いて前記近接距離を算出し、
    前記近接判定工程では、前記静電容量値に基づいて、前記障害物の実体像として該障害物の大きさおよび位置を判定することを特徴とする請求項９記載の障害物近接判定方法。
11. 前記想定硬度算出工程では、前記振幅情報と前記時間情報とに基づいて、あらかじめ記憶されている超音波信号の反射される材質ごとの距離に対する振幅の減衰量を示す振幅減衰量情報を読み出して、前記障害物の想定硬度を算出することを特徴とする請求項９または１０記載の障害物近接判定方法。
12. 前記近接判定工程では、前記障害物の実体像として該障害物が生命体であるか否かを判定することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項記載の障害物近接判定方法。
13. 前記近接判定工程では、前記障害物の実体像として該障害物が生命体であると判定した場合に、当該生命体が人体あるいは人体に相当する大きさの生命体であるか否かを判定することを特徴とする請求項１２記載の障害物近接判定方法。

Images