JP2010038626A - 超音波式物体方位検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波を利用した物体位置検出装置において、受信素子に付着物が付着していたり受信系の温度特性にばらつきが発生していたりする条件下でも、物体の方位を適切に検出する。
【解決手段】超音波式物体位置検出装置１は、送信波の一部が回折してアレイ状に配置された受信マイク５ａ，５ｂに直接回り込んだ回り込み波の位相を算出し、基準温度の条件下で算出した回り込み波の位相を初期位相として記憶し、回り込み波の位相、初期位相及び現在の音速に基づいて位相補正量を算出し、反射波の位相を当該算出した位相補正量に基づいて補正し、受信マイク５ａが受信した反射波の位相を補正した補正後の反射波の位相と受信マイク５ｂが受信した反射波の位相を補正した補正後の反射波の位相との差である位相差、受信マイク５ａと受信マイク５ｂとの間隔及び現在の音速に対応する送信波の波長に基づいて物体の方位を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パルス状の超音波を送信波として送信し、送信波が物体で反射した反射波をアレイ状に配置されている複数の受信素子により受信し、複数の受信素子のうち一の受信素子が受信した反射波の位相と他の受信素子が受信した反射波の位相との差である位相差、一の受信素子と他の受信素子との間隔及び送信波の波長に基づいて物体の方位を検出する超音波式物体方位検出装置に関する。

パルス状の超音波を送信波として送信し、送信波が物体で反射した反射波をアレイ状に配置されている複数の受信素子により受信し、複数の受信素子のうち一の受信素子が受信した反射波の位相と他の受信素子が受信した反射波の位相との差である位相差、一の受信素子と他の受信素子との間隔及び送信波の波長に基づいて物体の方位を検出する超音波式物体方位検出装置が供されている。

ところで、このような超音波を利用する構成では、超音波を送受信する送信素子及び受信素子を外部に露出させる必要があるので、一の受信素子が受信した反射波の位相と他の受信素子が受信した反射波の位相との差である位相差（受信素子間の位相差）を用いて物体の方位を検出する方法では、受信素子に雨滴やゴミなどが付着物として付着していたり受信系の温度特性にばらつきが発生していたりすると、位相ずれが発生し、物体の方位を検出する検出精度が低下するという問題があった。

このような問題を解決するものではないが、関連技術として、複数の受信素子により受信した反射波を監視することで動作不良を検出する構成や（例えば特許文献１参照）、送信波として電波を用い、装置前面に配置されたレドームからの反射波を受信し、受信系の温度特性のばらつきに起因して発生する位相差を初期位相差として記憶しておき、運用時の位相差と初期位相差とに基づいて運用時の位相差を補正する構成（例えば特許文献２）が開示されている。
特開２００６−２４２６５０号公報 特開２００７−９３４８０号公報

しかしながら、特許文献１，２に開示されている技術では、受信素子が外部に露出した状態において、付着物が付着していることや受信系の温度特性にばらつきが発生していることに起因して物体の方位を検出する検出精度が低下するという問題を解決するには至っていない。

本発明は、上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、受信素子が外部に露出した状態において、受信素子に付着物が付着していたり受信系の温度特性にばらつきが発生していたりする条件下でも、物体の方位を検出する検出精度が低下することを未然に回避することができ、物体の方位を適切に検出することができる超音波式物体方位検出装置を提供することにある。

請求項１に記載した発明によれば、パルス状の超音波を送信素子から送信波として送信手段が送信し、その送信手段から送信された送信波が物体で反射した反射波を、アレイ状に配置されている複数の受信素子により受信すると、方位検出手段は、受信手段のうち一の受信素子が受信した反射波の位相と他の受信素子が受信した反射波の位相との差である位相差、一の受信素子と他の受信素子との間隔及び送信波の波長に基づいて物体の方位を検出する。

ここで、回り込み波位相算出手段は、送信手段から送信された送信波の一部が回折して複数の受信素子に直接回り込んだ回り込み波の位相を複数の受信素子毎に算出し、初期位相記憶手段は、音速が所定速度の条件下で過去に回り込み波位相算出手段が算出した回り込み波の位相を初期位相として記憶し、位相補正量算出手段は、音速推定手段が推定した音速に基づいて音速変化に起因する位相変化量を複数の受信素子毎に算出し、回り込み波位相算出手段が算出した回り込み波の位相、初期位相記憶手段に記憶されている初期位相及び当該算出した音速変化に起因する位相変化量に基づいて位相補正量を複数の受信素子毎に算出し、位相補正手段は、複数の受信素子が受信した反射波の位相を位相補正量算出手段が算出した位相補正量に基づいて複数の受信素子毎に補正する。そして、方位検出手段は、一の受信素子が受信した反射波の位相を位相補正手段により補正した補正後の反射波の位相と他の受信素子が受信した反射波の位相を位相補正手段により補正した補正後の反射波の位相との差である位相差、一の受信素子と他の受信素子との間隔及び音速推定手段が推定した音速に対応する送信波の波長に基づいて物体の方位を検出する。

すなわち、このものによれば、超音波が回折し易いという性質に着目し、送信波が送信手段から送信されると、その送信波の一部が回折して複数の受信素子に直接回り込んで回り込み波が発生するが、受信素子に付着物が付着していたり受信系の温度特性にばらつきが発生していたりして位相ずれが発生したとしても、送信波の一部が回折して複数の受信素子に直接回り込んだ回り込み波と、送信波が物体で反射して複数の受信素子により受信された反射波との位相関係は保持されるため、回り込み波の位相ずれから位相補正量を算出し反射波の位相を補正することで、反射波の位相ずれを補正することができる。これにより、受信素子に付着物が付着していたり、受信系の温度特性にばらつきが発生していたりする条件下でも、物体の方位を検出する検出精度が低下することを未然に回避することができ、物体の方位を適切に検出することができる。

請求項２に記載した発明によれば、音速推定手段は、温度計測手段により計測した温度を用いて音速を推定する。これにより、温度を計測する精度を高めることで音速を推定する精度を高めることができ、物体の方位を検出する精度を高めることができる。

請求項３に記載した発明によれば、音速推定手段は、送信手段が送信波を送信した送信タイミングと受信手段が回り込み波を受信した受信タイミングとの差である時間差及び送信手段と受信手段との間隔に基づいて音速を推定する。これにより、温度計測手段を用いることなく計算式を用いて音速を推定することができ、音速推定手段の構成を簡素化することができる。

請求項４に記載した発明によれば、位相補正量算出手段は、音速推定手段が推定した音速、送信素子と受信素子との間隔及び送信波の周波数に基づいて音速変化に起因する位相変化量を複数の受信素子毎に算出する。これにより、音速変化に起因する位相変化量を正しく推定することができる。

請求項５に記載した発明によれば、信号増幅手段は、送信手段から送信された送信波の一部が回折して複数の受信素子に直接回り込んだ回り込み波の位相を複数の受信素子毎に回り込み波位相算出手段が算出することが不可であると、これ以降に複数の受信素子が受信した回り込み波に対応する受信信号及び反射波に対応する受信信号を増幅する。これにより、回り込み波の受信強度が十分でなく回り込み波の位相を算出することが不可であると、これ以降に複数の受信素子が受信した回り込み波に対応する受信信号及び反射波に対応する受信信号を増幅することにより、回り込み波の位相ずれを適切に補正することができ、反射波の位相ずれをも適切に補正することができる。

請求項６に記載した発明によれば、報知手段は、送信手段から送信された送信波の一部が回折して複数の受信素子に直接回り込んだ回り込み波の位相を複数の受信素子毎に回り込み波位相算出手段が算出することが不可であると、報知動作を行う。これにより、回り込み波の受信強度が十分でなく回り込み波の位相を算出することが不可である旨をユーザに知らせることができ、受信素子に何らか（付着物が付着していたり故障していたりするなど）の不具合が発生している旨をユーザに知らせることができる。

以下、本発明を、物体の位置を検出する超音波式物体位置検出装置に適用した一実施形態について、図面を参照して説明する。尚、超音波式物体位置検出装置は、例えば車両周囲の障害物を検出することを目的して車両に搭載される車載用超音波ソナーとして適用される。図１は、超音波式物体位置検出装置の構成を機能ブロック図により示している。超音波式物体位置検出装置１は、送信波生成部２と、正弦波発生部３と、送信マイク４（本発明でいう送信手段、送信素子）と、受信マイク５ａ，５ｂ（本発明でいう受信手段、受信素子）と、信号処理部６とを備えて構成されている。

信号処理部６は、信号増幅部７ａ，７ｂ（本発明でいう信号増幅手段）と、Ａ／Ｄ変換部８ａ，８ｂと、直交復調部９と、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１０ａ〜１０ｄと、回り込み波閾値判定部１１と、回り込み波位相算出部１２（本発明でいう回り込み波位相算出手段）と、初期位相記憶部１３（本発明でいう初期位相記憶手段）と、音速推定部１４（本発明でいう音速推定手段）と、位相補正量算出部１５（本発明でいう位相補正量算出手段）と、反射波閾値判定部１６と、反射波位相検出部１７と、位相補正部１８（本発明でいう位相補正手段）と、方位検出部１９（本発明でいう方位検出手段）と、距離検出部２０と、位置検出部２１とを備えて構成されている。

送信波生成部２は、所定の角周波数及びパルス数（例えば１０パルス）の超音波を送信波として正弦波発生部３及び送信マイク４に出力する。正弦波発生部３は、送信波生成部２から送信波を入力すると、その入力した送信波の角周波数に同期した角周波数の正弦波を発生し、その発生した正弦波を直交復調部９（移相器２２及び乗算器２３ａ〜２３ｄ）に出力する。この場合、正弦波発生部３は、発生した正弦波を移相することなく乗算器２３ａ，２３ｃに出力すると共に、発生した正弦波を移相器２２で移相させて（位相をπ／２だけ変更させて）乗算器２３ｂ，２３ｄに出力する。

送信マイク４は、圧電素子がカバーに覆われる形状をなし、圧電素子が駆動することでカバーが共振する共振型マイクにより構成され、送信波生成部２から入力された送信波を圧電素子に供給し、圧電素子が駆動してカバーが共振することで送信波を外部に向けて送信する。ここで、超音波は回折し易いという性質を有しているので、送信マイク４から送信された送信波の一部は回折して受信マイク５ａ，５ｂに直接回り込んで回り込み波が発生する。

受信マイク５ａ，５ｂは、上記した送信マイク４と同様にして、圧電素子がカバーに覆われる形状をなし、圧電素子が駆動することでカバーが共振する共振型マイクにより構成され、送信マイク４から送信された送信波の一部が回折して直接回り込んだ回り込み波や送信マイク４から送信された送信波が物体で反射した反射波を受信すると、圧電素子が発生した電圧に対応する受信信号を信号増幅部７ａ，７ｂに出力する。この場合、送信マイク４と受信マイク５ａ，５ｂは、ケース２４内に近接して配置され、周囲をシリコンゴム等でポッティングすることにより固定されているが、送信マイク４が送信波を送信する際に発生する固体振動が回り込み波よりも大きくなってしまうと、受信マイク５ａ，５ｂが回り込み波を検出不可となってしまうので、送信マイク４が送信波を送信する際に発生する固体振動が受信マイク５ａ，５ｂに伝達されないように、送信マイク４と受信マイク５ａ，５ｂとの間には壁２５が設けられている。また、受信マイク５ａと受信マイク５ｂとの間隔は、送信波生成部２にて生成した送信波の所定の角周波数での波長の０．５倍であることが望ましい。

信号増幅部７ａ，７ｂは、回り込み波位相算出部１２から増幅率設定指令を入力し、その入力した増幅率設定指令に基づいて増幅率を設定しており、受信マイク５ａ，５ｂから受信信号を入力すると、その入力した受信信号を当該設定している増幅率にしたがって増幅してＡ／Ｄ変換部８ａ，８ｂに出力する。Ａ／Ｄ変換部８ａ，８ｂは、信号増幅部７ａ，７ｂから受信信号を入力すると、その入力した受信信号を所定のサンプリング周波数（サンプリング定理に基づく送信信号の周波数の２倍以上の周波数であり、例えば４倍の周波数）でサンプリングしてデジタル信号に変換し、そのデジタル信号に変換した受信信号を乗算器２３ａ〜２３ｄに出力する。

直交復調部９は、Ａ／Ｄ変換部８ａ，８ｂから受信信号を入力すると共に正弦波発生部３から正弦波を入力すると、それら入力した受信信号と正弦波とを乗算器２３ａ，２３ｃにより乗算し、Ａ／Ｄ変換部８ａ，８ｂから受信信号を入力すると共に正弦波発生部３から移相器２２で移相された正弦波を入力すると、それら入力した受信信号と正弦波とを乗算器２３ｂ，２３ｄにより乗算し、受信信号を同相成分（Ｉ成分）と直交成分（Ｑ成分）とに分離してＬＰＦ１０ａ〜１０ｄに出力する。

ＬＰＦ１０ａ〜１０ｄは、直交復調部９からＩ成分の受信信号及びＱ成分の受信信号を入力すると、それら入力した受信信号の高周波成分を除去し、その高周波成分を除去したＩ成分の受信信号及びＱ成分の受信信号を回り込み波閾値判定部１１及び反射波閾値判定部１６に出力する。

回り込み波閾値判定部１１は、ＬＰＦ１０ａ〜１０ｄからＩ成分の受信信号及びＱ成分の受信信号を入力すると、それら入力した複素信号から受信信号の振幅を計算し、その計算した受信信号の振幅が予め設定している閾値（振幅レベル）以上であるときに、その受信信号の振幅が閾値以上になったタイミングに基づいて受信マイク５ａ，５ｂが回り込み波を受信した受信タイミングを判定し、その判定した回り込み波の受信タイミングを回り込み波位相算出部１２に出力する。

回り込み波位相算出部１２は、回り込み波閾値判定部１１から回り込み波の受信タイミングを入力すると、その入力した回り込み波の受信タイミングに基づいて回り込み波の位相を算出し、その算出した回り込み波の位相を初期位相記憶部１３及び位相補正量算出部１５のいずれかに択一的に出力する。この場合、回り込み波位相算出部１２は、例えば超音波式物体位置検出装置１が製品出荷される前では算出した回り込み波の位相を初期位相記憶部１３に出力し、一方、超音波式物体位置検出装置１が製品出荷された後では算出した回り込み波の位相を位相補正量算出部１５に出力する。また、回り込み波位相算出部１２は、増幅率設定指令を信号増幅部７ａ，７ｂに出力することにより、信号増幅部７ａ，７ｂに増幅率を設定し、報知指令を報知部２６に出力することにより、報知部２６に報知動作を行わせる。

初期位相記憶部１３は、回り込み波位相算出部１２から回り込み波の位相を入力すると、その入力した回り込み波の位相を初期位相として記憶する。音速推定部１４は、温度計（本発明でいう温度計測手段、図示せず）が計測した温度を当該温度計から入力し、その入力した温度を用いて音速を推定し、その推定した音速を位相補正量算出部１５に出力する。具体的には、音速推定部１４は、温度計が計測した温度を「Ｔ（℃）」、音速を「Ｃ（ｍ／ｓ）」とすると、「Ｃ（ｍ／ｓ）」を、
Ｃ＝３３１．５＋０．６１×Ｔ
の計算式にしたがって推定する。

位相補正量算出部１５は、回り込み波位相算出部１２から回り込み波の位相を入力すると、初期位相記憶部１３に記憶されている回り込み波の初期位相を入力すると共に音速推定部１４から音速を入力し、音速推定部１４から入力した音速に基づいて音速変化に起因する位相変化量を算出し、回り込み波位相算出部１２から入力した回り込み波の位相、初期位相記憶部１３から入力した回り込み波の初期位相及び当該算出した音速変化に起因する位相変化量に基づいて位相補正量を算出し、その算出した位相補正量を位相補正部１８に出力する。

反射波閾値判定部１６は、ＬＰＦ１０ａ〜１０ｄからＩ成分の受信信号及びＱ成分の受信信号を入力すると、それら入力した複素信号から受信信号の振幅を計算し、その計算した受信信号の振幅が予め設定している閾値（振幅レベル）以上であるときに、その受信信号の振幅が閾値以上になったタイミングに基づいて受信マイク５ａ，５ｂが反射波を受信した受信タイミングを判定し、その判定した反射波の受信タイミングを反射波位相算出部１６及び距離検出部２０に出力する。この場合、反射波閾値判定部１６が予め設定している閾値と上記した回り込み波閾値判定部１１が予め設定している閾値とを比較すると、前者を後者よりも低く設定している。

反射波位相算出部１７は、反射波閾値判定部１６から反射波の受信タイミングを入力すると、その入力した反射波の受信タイミングに基づいて反射波の位相を算出し、その算出した反射波の位相を位相補正部１８に出力する。位相補正部１８は、反射波位相算出部１７から反射波の位相を入力すると共に位相補正量算出部１５から位相補正量を入力すると、その入力した反射波の位相を位相補正量に基づいて補正し、補正した反射波の位相を方位検出部１９に出力する。

方位検出部１９は、位相補正部１８が位相補正量に基づいて補正した反射波の位相を入力すると、受信マイク５ａが受信した反射波の位相と受信マイク５ｂが受信した反射波の位相との差である位相差、受信マイク５ａと受信マイク５ｂとの間隔及び、音速推定部１４にて推定された音速における送信波の波長に基づいて物体の方位を検出し、その検出した物体の方位を位置検出部２１に出力する。この場合、物体の方位は受信マイク５ａ，５ｂを結ぶ線分に直交する方向からのずれで表される。

距離検出部２０は、送信波生成部２から送信波の送信タイミングを入力すると共に反射波閾値判定部１６から反射波の受信タイミングを入力すると、それら入力した送信波の送信タイミングと反射波の受信タイミングとの差である時間差と、音速推定部１４にて推定された音速に基づいて物体までの距離を検出し、その検出した物体までの距離を位置検出部２１に出力する。

位置検出部２１は、方位検出部１９から物体の方位を入力すると共に距離検出部２０から物体までの距離を入力すると、それら入力した物体の方位及び物体までの距離に基づいて物体の位置を検出し、その検出した物体の位置を出力する。

次に、上記した構成の作用について、図２ないし図６を参照して説明する。最初に、超音波式物体方位検出装置１が製品出荷される前に回り込み波の初期位相を記憶する手順を説明する。超音波式物体方位検出装置１は、図２に示すように、基準温度（例えば２０℃）の条件下で送信波生成部２が生成した送信波を送信マイク４から送信し、送信マイク４から送信された送信波の一部が回折して受信マイク５ａ，５ｂに直接回り込んだ回り込み波の位相を回り込み波位相算出部１２により算出し、回り込み波の初期位相を初期位相記憶部１５に記憶する。そして、超音波式物体方位検出装置１は、受信マイク５ａ，５ｂにおける回り込み波の初期位相を初期位相記憶部１３に記憶した状態で製品出荷される。尚、超音波式物体方位検出装置１は、基準温度を「Ｔ_０（℃）」とし、基準温度の条件下での音速（本発明でいう所定速度）を「Ｃ_０（ｍ／ｓ）」とすると、「Ｃ_０（ｍ／ｓ）」を、
Ｃ_０＝３３１．５＋０．６１×Ｔ_０
の計算式にしたがって算出する。

次に、超音波式物体方位検出装置１が製品出荷された後で物体の位置を検出する手順を説明する。図３は、上記した超音波式物体位置検出装置１が物体の位置を検出する処理の流れをフローチャートとして示している。超音波式物体位置検出装置１は、送信波生成部２が生成した送信波を送信マイク４から送信する（ステップＳ１）。次いで、超音波式物体位置検出装置１は、送信マイク４から送信された送信波の一部が回折して受信マイク５ａ，５ｂに直接回り込んだ回り込み波に対応する受信信号の振幅が閾値以上であるか否かを判定し、回り込み波の位相を回り込み波位相算出部１２により算出することができたか否かを判定する（ステップＳ２）。

ここで、超音波式物体位置検出装置１は、送信マイク４から送信された送信波の一部が回折して受信マイク５ａ，５ｂに直接回り込んだ回り込み波に対応する受信信号の振幅が閾値以上である旨を判定し、回り込み波の位相を回り込み波位相算出部１２により算出することができた旨を判定すると（ステップＳ２にて「ＹＥＳ」）、その時点での（現在の）音速を音速推定部１４により推定する（ステップＳ３）。具体的には、超音波式物体位置検出装置１は、現在の温度を「Ｔ_１（℃）」とし、現在の音速を「Ｃ_１（ｍ／ｓ）」とすると、「Ｃ_１（ｍ／ｓ）」を、
Ｃ_１＝３３１．５＋０．６１×Ｔ_１
の計算式にしたがって推定する。

次いで、超音波式物体位置検出装置１は、このようにして推定した音速に基づいて音速変化に起因する位相変化量を位相補正量算出部１５により算出する（ステップＳ４）。具体的には、物体位置検出装置１は、送信マイク４と受信マイク５ａとの間隔を「ｄ_Ａ」とし、送信マイク４と受信マイク５ｂとの間隔を「ｄ_Ｂ」とし、送信波の周波数を「ｆ」とし、受信マイク５ａにおける音速変化に起因する位相変化量を「Δθ_Ａ０」とし、受信マイク５ｂにおける音速変化に起因する位相変化量を「Δθ_Ｂ０」とすると、「Δθ_Ａ０」及び「Δθ_Ｂ０」を、
Δθ_Ａ０＝｛ｄ_Ａ／（Ｃ_１／ｆ）−ｄ_Ａ／（Ｃ_０／ｆ）｝×２π
Δθ_Ｂ０＝｛ｄ_Ｂ／（Ｃ_１／ｆ）−ｄ_Ｂ／（Ｃ_０／ｆ）｝×２π
の計算式にしたがって算出する。

次いで、超音波式物体位置検出装置１は、初期位相記憶部１３に記憶されている回り込み波の初期位相、上記した計算式にしたがって算出した音速変化に起因する位相変化量、回り込み波位相算出部１２で算出した回り込み波の位相に基づいて位相補正量を位相補正量算出部１５により算出する（ステップＳ５）。具体的には、超音波式物体位置検出装置１は、受信マイク５ａにおける回り込み波位相算出部１２により算出した回り込み波の位相を「θ_Ａ１」とし、受信マイク５ａにおける回り込み波の初期位相を「θ_Ａ０」とし、受信マイク５ｂにおける回り込み波位相算出部１２により算出した回り込み波の位相を「θ_Ｂ１」とし、受信マイク６ｂにおける回り込み波の初期位相を「θ_Ｂ０」とし、受信マイク５ａにおける位相補正量を「Δθ_Ａ」とし、受信マイク５ｂにおける位相補正量を「Δθ_Ｂ」とすると、「Δθ_Ａ」及び「Δθ_Ｂ」を、
Δθ_Ａ＝θ_Ａ１−θ_Ａ０−Δθ_Ａ０
＝θ_Ａ１−θ_Ａ０−｛ｄ_Ａ／（Ｃ_１／ｆ）−ｄ_Ａ／（Ｃ_０／ｆ）｝×２π
Δθ_Ｂ＝θ_Ｂ１−θ_Ｂ０−Δθ_Ｂ０
＝θ_Ｂ１−θ_Ｂ０−｛ｄ_Ｂ／（Ｃ_１／ｆ）−ｄ_Ｂ／（Ｃ_０／ｆ）｝×２π
の計算式にしたがって算出する。

次いで、超音波式物体位置検出装置１は、送信マイク４から送信された送信波が物体で反射されて受信マイク５ａ，５ｂにより受信された反射波の位相を反射波位相算出部１７により算出し（ステップＳ６）、その算出した反射波の位相を位相補正量に基づいて補正する（ステップＳ７）。具体的には、超音波式物体位置検出装置１は、受信マイク５ａにおける補正前の反射波の位相を「θ_Ａ」とし、受信マイク５ｂにおける補正前の反射波の位相を「θ_Ｂ」とし、受信マイク５ａにおける補正後の反射波の位相を「θ´_Ａ」とし、受信マイク５ｂにおける補正後の反射波の位相「θ´_Ｂ」とすると、「θ´_Ａ」及び「θ´_Ｂ」を、
θ´_Ａ＝θ_Ａ−Δθ_Ａ
θ´_Ｂ＝θ_Ｂ−Δθ_Ｂ
の計算式にしたがって算出する。

次いで、超音波式物体位置検出装置１は、受信マイク５ａにおける補正後の反射波の位相「θ´_Ａ」と受信マイク５ｂにおける補正後の反射波の位相「θ´_Ｂ」との差である位相差、受信マイク５ａと受信マイク５ｂとの間隔及び、音速推定部１４にて推定された音速における送信波の波長に基づいて物体の方位を検出する（ステップＳ８）。具体的には、超音波式物体位置検出装置１は、受信マイク５ａと受信マイク５ｂとの間隔を「Ｄ」とし、送信波の波長を「λ_１」とし、物体の方位を「φ」とすると、「φ」を、
φ＝ａｒｃｓｉｎ（λ_１×（θ´_Ｂ−θ´_Ａ）／（２π×Ｄ））
λ_１＝Ｃ_１／ｆ
の計算式にしたがって検出する。

次いで、超音波式物体位置検出装置１は、送信波の送信タイミングと反射波の受信タイミングとの差である時間差と、音速推定部１４にて推定された音速に基づいて物体までの距離を距離検出部２０により検出する（ステップＳ９）。そして、超音波式物体位置検出装置１は、このようにして検出した物体の方位及び物体までの距離に基づいて物体の位置を位置検出部２１により検出する（ステップＳ１０）。

尚、超音波式物体位置検出装置１は、送信マイク４から送信された送信波の一部が回折して受信マイク５ａ，５ｂに直接回り込んだ回り込み波に対応する受信信号の振幅が閾値以上でない（閾値未満である）旨を判定し、回り込み波の位相を回り込み波位相算出部１２により算出することができなかった旨を判定すると（ステップＳ２にて「ＮＯ」）、現在の増幅率が予め設定している上限値に到達しているか否かを判定する（ステップＳ１１）。

そして、超音波式物体位置検出装置１は、現在の増幅率が予め設定している上限値に到達していない旨を判定すると（ステップＳ１１にて「ＮＯ」）、現在の増幅率を予め設定している上昇率にしたがって段階的に上昇させ（ステップＳ１２）、上記したステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降を繰返して行う。一方、超音波式物体位置検出装置１は、現在の増幅率が予め設定している上限値に到達している旨を判定すると（ステップＳ１１にて「ＹＥＳ」）、報知部２６に報知動作を行わせ（ステップＳ１３）、物体の方位を検出することなく一連の処理を終了する。

以上に説明したように、本発明は、図５及び図６に示すように、送信波の一部が回折して受信マイク５ａ，５ｂに直接回り込んだ回り込み波と送信波が物体で反射して受信マイク５ａ，５ｂにより受信された反射波との位相関係が通常時（付着物が付着されていない状態）であるか異常時（付着物が付着されている状態）であるかに拘らず保持される性質を利用し、回り込み波の位相ずれに基づき反射波の位相ずれを補正するものである。尚、図６は、超音波式物体位置検出装置１から物体（φ６０ｍｍのポール）までの距離を「０．５ｍ」に設定し、温度一定の条件下において、受信マイク５ａに水滴（１滴）を付着させていない場合と水滴を意図的に付着させた場合とで１０回ずつ、受信マイク５ａにおける回り込み波及び物体からの反射波の位相を測定した実証実験の結果を示している。

ところで、以上は、受信手段が受信マイク５ａ，５ｂの２個の受信マイクからなる構成を説明したが、３個の受信マイクを三角形状に配置して受信手段を構成したり４個の受信マイクを格子状に配置して受信手段を構成したりしても良く、水平方向に配置された受信マイク同士での位相差を算出し、その算出した水平方向に配置された受信マイク同士での位相差、当該受信マイク同士の間隔及び波長に基づいて物体の水平方向の方位を検出し、また、垂直方向に配置された受信マイク同士での位相差を算出し、その算出した垂直方向に配置された受信マイク同士での位相差、当該受信マイク同士の間隔及び波長に基づいて物体の垂直方向の方位を検出することにより、物体の３次元的な位置を検出するようにしても良い。

以上に説明したように本実施形態によれば、超音波式物体位置検出装置１において、送信波の一部が回折して受信マイク５ａ，５ｂに直接回り込んだ回り込み波の位相を算出し、基準温度の条件下で算出した回り込み波の位相を初期位相として記憶し、回り込み波の位相、初期位相及び現在の音速に基づいて位相補正量を算出し、反射波の位相を当該算出した位相補正量に基づいて補正し、受信マイク５ａが受信した反射波の位相を補正した補正後の反射波の位相と受信マイク５ｂが受信した反射波の位相を補正した補正後の反射波の位相との差である位相差、受信マイク５ａと受信マイク５ｂとの間隔及び現在の音速に対応する送信波の波長に基づいて物体の方位を検出するように構成した。

これにより、受信マイク５ａ，５ｂに付着物が付着していたり受信系の温度特性にばらつきが発生していたりして位相ずれが発生したとしても、回り込み波の位相ずれから位相補正量を算出し反射波の位相を補正することで、反射波の位相ずれを補正することができ、物体の方位を検出する検出精度が低下することを未然に回避することができ、物体の方位を適切に検出することができる。

本発明は、上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、以下のように変形または拡張することができる。
送信波を送信する毎に位相補正量を算出するように構成しても良いし、物体位置検出装置１が起動した直後（例えば車両後退時に起動する車載用超音波ソナーであればシフトギアが後退位置に移動した直後）にのみ位相補正量を算出するように構成しても良い。
ＬＰＦ１０ａ〜１０ｄから回り込み波閾値判定部１１に受信信号が出力される時間帯とＬＰＦ１０ａ〜１０ｄから反射波閾値判定部１６に受信信号が出力される時間帯とを択一的に切替えるようにしても良い。
信号増幅部７ａ，７ｂの現在の増幅率が予め設定している上限値に到達している旨を判定した場合に報知部２６に報知動作を行わせることに限らず、回り込み波の位相を回り込み波位相算出部１２により算出することができなかった旨を判定した場合に、信号増幅部７ａ，７ｂの現在の増幅率に拘らず報知部２６に報知動作を行わせるようにしても良い。

音速推定部１４は、温度計測手段として、白金抵抗温度計やサーミスタ、表面弾性波デバイス、２種類の抵抗の温度特性差を利用したセンサ、ダイオードの温度特性を利用したセンサなどを用いても良い。
位相補正量算出部１５において、音速推定部１４にて推定された音速、送信マイク４と受信マイク５ａ，５ｂとの間隔ｄＡ，ｄＢ及び送信波の周波数ｆに基づいて受信マイク５ａ，５ｂにおける音速変化に起因する位相変化量を推定する構成に限らず、受信マイク５ａ，５ｂにおける音速と位相変化量との関係を予め計測して記憶しておき、その予め計測して記憶した関係を用いて、音速推定部１４にて推定された音速に対応する位相変化量を推定するようにしても良い。

本発明の一実施形態を示す機能ブロック図 回り込み波の波形を概略的に示す図 フローチャート 回り込み波の波形及び反射波の波形を概略的に示す図 回り込み波と反射波との位相関係を概略的に示す図 実証実験の結果を示す図

符号の説明

図面中、１は超音波式物体位置検出装置（超音波式物体方位検出装置）、２は送信波生成部（送信波生成手段）、４は送信マイク（送信手段、送信素子）、５ａ，５ｂは受信マイク（受信手段、受信素子）、７ａ，７ｂは信号増幅部（信号増幅手段）と、１１は回り込み波閾値判定部（回り込み波閾値判定手段）、１２は回り込み波位相算出部（回り込み波位相算出手段）、１３は初期位相記憶部（初期位相記憶手段）、１４は音速推定部（音速推定手段）、１５は位相補正量算出部（位相補正量算出手段）、１８は位相補正部（位相補正手段）、１９は方位検出部（方位検出手段）、２６は報知部（報知手段）である。

Claims (6)

1. パルス状の超音波を少なくとも１つ以上の送信素子から送信波として送信する送信手段と、前記送信手段から送信された送信波が物体で反射した反射波をアレイ状に配置されている複数の受信素子により受信する受信手段と、前記受信手段のうち一の受信素子が受信した反射波の位相と他の受信素子が受信した反射波の位相との差である位相差、前記一の受信素子と前記他の受信素子との間隔及び送信波の波長に基づいて物体の方位を検出する方位検出手段とを備えた超音波式物体方位検出装置において、
   前記送信手段から送信された送信波の一部が回折して前記複数の受信素子に回り込んだ回り込み波の位相を前記複数の受信素子毎に算出する回り込み波位相算出手段と、
   音速が所定速度の条件下で過去に前記回り込み波位相算出手段が算出した回り込み波の位相を初期位相として記憶する初期位相記憶手段と、
   音速を推定する音速推定手段と、
   前記音速推定手段が推定した音速に基づいて音速変化に起因する位相変化量を前記複数の受信素子毎に算出し、前記回り込み波位相算出手段が算出した回り込み波の位相、前記初期位相記憶手段に記憶されている初期位相及び当該算出した音速変化に起因する位相変化量に基づいて位相補正量を前記複数の受信素子毎に算出する位相補正量算出手段と、
   前記複数の受信素子が受信した反射波の位相を前記位相補正量算出手段が算出した位相補正量に基づいて前記複数の受信素子毎に補正する位相補正手段とを備え、
   前記方位検出手段は、前記一の受信素子が受信した反射波の位相を前記位相補正手段により補正した補正後の反射波の位相と、前記他の受信素子が受信した反射波の位相を前記位相補正手段より補正した補正後の反射波の位相との差である位相差、前記一の受信素子と前記他の受信素子との間隔及び前記音速推定手段が推定した音速に対応する送信波の波長に基づいて物体の方位を検出することを特徴とする超音波式物体方位検出装置。
2. 請求項１に記載した超音波式物体方位検出装置において、
   前記音速推定手段は、温度を計測する温度計測手段を備え、前記温度計測手段により計測した温度に基づき音速を推定することを特徴とする超音波式物体方位検出装置。
3. 請求項１に記載した超音波式物体方位検出装置において、
   前記音速推定手段は、前記送信手段が送信波を送信した送信タイミングと前記受信手段が回り込み波を受信した受信タイミングとの差である時間差及び前記送信手段と前記受信手段との間隔に基づいて音速を推定することを特徴とする超音波式物体方位検出装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載した超音波式物体方位検出装置において、
   前記位相補正量算出手段は、前記音速推定手段が推定した音速、前記送信素子と前記受信素子との間隔及び送信波の周波数に基づいて音速変化に起因する位相変化量を前記複数の受信素子毎に算出することを特徴とする超音波式物体方位検出装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載した超音波式物体方位検出装置において、
   前記送信手段から送信された送信波の一部が回折して前記複数の受信素子に回り込んだ回り込み波の位相を前記複数の受信素子毎に前記回り込み波位相算出手段が算出することが不可である場合にこれ以降に前記複数の受信素子が受信した回り込み波に対応する受信信号及び反射波に対応する受信信号を増幅する信号増幅手段を備えたことを特徴とする超音波式物体方位検出装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載した超音波式物体方位検出装置において、
   前記送信手段から送信された送信波の一部が回折して前記複数の受信素子に回り込んだ回り込み波の位相を前記複数の受信素子毎に前記回り込み波位相算出手段が算出することが不可である場合に報知動作を行う報知手段を備えたことを特徴とする超音波式物体方位検出装置。

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