JP2012220435A

JP2012220435A - 物体検知装置

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Publication number: JP2012220435A
Application number: JP2011089015A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Yamauchi; 一將山内; Itsushi Tadamasa; 逸志只政; Naoto Terada; 直人寺田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2012-11-12
Anticipated expiration: 2031-04-13
Also published as: JP5807197B2

Abstract

【課題】コストを増大することなく極近距離に存在する物体を検知することのできる物体検知装置を提供する。
【解決手段】超音波を送受波する超音波振動子１と、物体Ａ１からの反射波の受波に要する時間に基づいて近距離及び遠距離の物体Ａ１を検知する第１のゲート期間Ｇ１及び第２のゲート期間Ｇ２を設定する制御部４とを備え、制御部４は、両ゲート期間Ｇ１，Ｇ２で反射波を受波した状態から第２のゲート期間Ｇ２のみで反射波を受波する状態に移行すると、第１のゲート期間Ｇ１で検知する位置よりも近い位置に物体Ａ１が存在すると判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、物体の存在の検知や物体までの距離を求める物体検知装置に関する。

従来から、超音波を用いた車両用近接警報装置が知られており、例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１に記載の従来例は、超音波の周波数信号を発振する発振手段と、この発振手段からの信号を超音波に変換し出力する送信手段と、受信した超音波を電気信号に変換する受信手段とを備える。また、この従来例は、受信手段からの信号により反射波を検出する反射波検出手段と、反射波を検出するまでの時間から障害物までの距離を計測するとともにあらかじめ設定されている時間内に反射波を検出しなければ測定範囲を変更する制御手段とを備える。

制御手段は、反射波検出手段からの信号を定期的にチェックし、測定範囲に対応した測定時間内に検出信号を受信しない場合には、測定範囲を切り替える。一方、制御手段は、測定時間内に検出信号を受信すると、その検出時間が送信手段から直接入力される直接波の影響が無くなる時間以上であれば反射波によるものとみなし、障害物までの距離を計算する。したがって、この従来例では、遠く離れた障害物を検出できるように発振手段の発振時間を長くすると、近距離の障害物からの反射波が直接波と重なり検出できないという不都合を改善している。

特開平６−７６１９９号公報

しかしながら、上記従来例では、発振手段からの信号を送信手段（超音波振動子）で変換して超音波を送波する際に、超音波振動子は、発振手段からの信号が止まった後も残響振動による超音波を送波する。この残響振動による超音波は受信手段（超音波振動子）に回り込んで受波されるため、物体からの反射波の検出にあたり、物体までの距離が極近距離で反射波が残響振動に埋もれてしまうと物体の検知ができないという問題があった。この問題は、超音波の送受波を１つの超音波振動子で行うものにおいても同様に起こり得る。

ここで、物体からの反射波が残響振動に埋もれてしまうのを回避すべく、残響振動自体が小さい高性能な超音波振動子を用いることも考えられるが、この場合はコストが増大するという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、コストを増大することなく極近距離に存在する物体を検知することのできる物体検知装置を提供することを目的とする。

本発明の物体検知装置は、超音波を送受波する送受波部と、物体からの反射波の受波に要する時間に基づいて近距離及び遠距離の前記物体を検知する第１のゲート期間及び第２のゲート期間を設定する制御部とを備え、前記制御部は、前記両ゲート期間で反射波を受波した状態から前記第２のゲート期間のみで反射波を受波する状態に移行すると、前記第１のゲート期間で検知する位置よりも近い位置に前記物体が存在すると判定することを特徴とする。

本発明の物体検知装置は、超音波を送受波する送受波部と、物体からの反射波の受波に要する時間に基づいて前記物体を検知する制御部とを備え、前記制御部は、１つ目の反射波を受波してからその受波に要する時間の半分の時間が経過した時点で２つ目の反射波を受波すると、前記１つ目の反射波で検知する位置よりも近い位置に前記物体が存在すると判定することを特徴とする。

本発明の物体検知装置は、超音波を送受波する送受波部と、物体からの反射波の受波に要する時間に基づいて前記物体を検知する制御部とを備え、前記制御部は、３つの反射波を受波し、各反射波を受波する間隔が等しければ１つ目の反射波で検知する位置よりも近い位置に前記物体が存在すると判定することを特徴とする。

この物体検知装置は、前記送受波部は、一定の間隔を空けて設けられる複数の超音波振動子を備え、隣り合う前記超音波振動子のうち一方の超音波振動子が送波する超音波を他方の超音波振動子が受波し、前記制御部は、前記一方の超音波振動子の送波タイミングと前記他方の超音波振動子の受波タイミングとに基づいて前記物体を検知することが好ましい。

本発明は、コストを増大することなく極近距離に存在する物体を検知することができるという効果を奏する。

本発明に係る物体検知装置の実施形態１を示す図で、（ａ）はブロック図で、（ｂ），（ｃ）は動作を説明するための波形図である。本発明に係る物体検知装置の実施形態２における動作を説明するための波形図である。本発明に係る物体検知装置の実施形態３における動作を説明するための波形図である。本発明に係る物体検知装置の実施形態４を示す概略図である。

（実施形態１）
以下、本発明に係る物体検知装置の実施形態１について図面を用いて説明する。本実施形態は、図１（ａ）に示すように、超音波を送受波する超音波振動子１（送受波部）と、超音波振動子１を駆動して超音波振動子１から超音波を送波させる駆動部２と、超音波振動子１で受波した物体Ａ１からの反射波を処理する処理部３とを備える。また、本実施形態は、駆動部２を制御するとともに処理部３の処理結果から物体Ａ１を検知する制御部４を備える。

本実施形態は、例えば車両（図示せず）に装着されて、車両の周辺の障害物（物体Ａ１）の検知及び障害物までの距離を求めるものである。本実施形態を車両に装着する場合には、超音波振動子１は車両のバンパーに埋め込まれ、その他の部材は車室内に配置される。

超音波振動子１は、駆動部２から発振信号を入力されることによって振動し、当該発振信号の周波数の超音波を外部空間に送波する。また、超音波振動子１は、外部空間に存在する物体Ａ１からの反射波を受波して振動することにより、反射波の周波数に基づいた受波信号に変換して処理部３に出力する。

駆動部２は、所定の周波数の発振信号を発振する発振器（図示せず）と、発振器と超音波振動子１との接続を切り替えるスイッチ（図示せず）とを備える。当該スイッチは、制御部４から与えられる制御信号によってオン／オフが切り替えられる。したがって、駆動部２は、制御部４から与えられる制御信号に基づいて発振信号を超音波振動子１に入力し、超音波振動子１から所定の間隔で超音波を送波させる。

処理部３は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３０と、増幅回路３１と、包絡線検波回路３２と、コンパレータ３３と、ゲート回路３４とを備える。ローパスフィルタ３０は、超音波振動子１から出力される受波信号に含まれるノイズを除去する。増幅回路３１は、ローパスフィルタ３０を通過した受波信号を所定のレベルまで増幅する。包絡線検波回路３２は、増幅回路３１で増幅された受波信号を包絡線検波する。コンパレータ３３は、包絡線検波回路３２から出力される信号のレベルと所定レベルとを比較し、当該信号のレベルが所定レベルを上回ると、ハイレベルの検波信号を出力する。

ゲート回路３４は、コンパレータ３３から出力される検波信号のうち、所定期間範囲内に入力される検波信号のみを通過させる。具体的には、ゲート回路３４は、コンパレータ３３から出力される検波信号と、制御部４から与えられるゲート信号との論理積を演算する。そして、ゲート回路３４では、ゲート信号がハイレベルとなる所定期間のみ検波信号とゲート信号との論理積が１となり、制御部４に検波信号が入力される。

制御部４は、例えばマイコンから成り、上述のようにスイッチのオン／オフを切り替えるパルス状の制御信号を駆動部２に与えることで、超音波振動子１から所定の間隔で超音波を送波させる。このとき、制御部４は、制御信号を駆動部２に与えるタイミングを超音波振動子１の送波タイミングとして記憶する。また、制御部４は、上述のようにゲート回路３４にパルス状のゲート信号を与えることで、コンパレータ３３から出力される検波信号のうち、所定期間範囲内の検波信号のみを通過させる。

ここで、超音波振動子１はＱ値が高いために、駆動部２による駆動を停止しても直ぐには振動を止めることができず、振動は徐々に減衰していく。これが超音波振動子１の残響振動であり、この残響振動は一定時間継続するため、残響振動を物体Ａ１からの反射波と誤って検知する虞がある。そこで、制御部４は、図１（ｂ）に示すように、超音波を送波する時刻Ｔ０から、検波信号の出力値が所定の閾値を下回る時刻Ｔ１までの期間は、検波信号がゲート回路３４を通過しないようにマスク期間Ｇ０に設定している。すなわち、当該マスク期間Ｇ０では、ゲート信号はローレベルとなるため、コンパレータ３３から出力される検波信号との論理積が常に０となって制御部４に検波信号が入力されない。

また、制御部４は、図１（ｂ）に示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間を第１のゲート期間Ｇ１、時刻Ｔ２以降の期間を第２のゲート期間Ｇ２と設定している。これらのゲート期間Ｇ１，Ｇ２は上述の所定期間に相当し、各ゲート期間Ｇ１，Ｇ２ではゲート信号はハイレベルとなるため、コンパレータ３３から出力される検波信号との論理積が１となって制御部４に検波信号が入力される。

制御部４は、処理部３（コンパレータ３３）からのハイレベルの検波信号が入力されるタイミングを超音波の受波タイミングとして記憶する。そして、制御部４は、既に記憶してある送波タイミングと、処理部３から得た受波タイミングとから超音波の送受波に要する伝播時間を求め、この伝播時間に基づいて物体Ａ１までの距離を演算する。この演算結果は、例えばブザー等の装置に与えられる。ブザーに与えられる場合には、物体Ａ１までの距離が所定の閾値以下になると警告音を鳴動するように構成することが考えられる。また、演算結果をディスプレイに表示させ、運転者に物体Ａ１までの距離を知らせる構成も考えられる。

本実施形態では、時刻Ｔ２よりも前、すなわち第１のゲート期間Ｇ１において検波信号が制御部４に入力された場合、制御部４は物体Ａ１が近距離に存在すると判定して上述のブザー等に警告音を鳴動させ、外部に報知する。なお、時刻Ｔ２よりも後、すなわち第２のゲート期間Ｇ２において検波信号が制御部４に入力された場合、制御部４は物体Ａ１が遠距離に存在すると判定する。

以下、本実施形態における極近距離に存在する物体Ａ１の検知について説明する。なお、「極近距離」とは、「超音波振動子１の残響振動に反射波が埋もれる程物体Ａ１が接近している距離」を意味する。先ず、図１（ｂ）に示すように、時刻Ｔ０において超音波振動子１から超音波を送波し、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の間、すなわち第１のゲート期間Ｇ１において、物体Ａ１からの反射波を受波したものとする。ここで、物体Ａ１が超音波振動子１の近くに位置する場合には、図１（ａ）に示すように、物体Ａ１と超音波振動子１との間で超音波の反射を繰り返す多重反射が起こる。このため、図１（ｂ）に示すように、時刻Ｔ２以降、すなわち第２のゲート期間において、超音波振動子１は多重反射による反射波を受波する。以下の説明では、物体Ａ１からの１つ目の反射波を「第１の反射波Ｗ１」、多重反射による物体Ａ１からの２つ目の反射波を「第２の反射波Ｗ２」と呼ぶものとする。

図１（ｂ）に示す場合では、超音波を送波する時刻Ｔ０から第１の反射波Ｗ１を受波するまでに要する時間と、第１の反射波Ｗ１を受波してから第２の反射波Ｗ２を受波するまでに要する時間とが等しい。したがって、この場合では、制御部４は超音波振動子１の残響振動の中に物体Ａ１からの反射波が埋もれていないと判定する。また、第１のゲート期間Ｇ１において第１の反射波Ｗ１を受波しているので、制御部４は物体Ａ１が近距離に存在すると判定し、ブザー等を用いてその旨を外部に報知する。

次に、時刻Ｔ０に超音波を送波してから時間が経過して物体Ａ１が更に接近し、時刻Ｔ３に超音波振動子１から再び超音波を送波する場合について図１（ｃ）に示す。なお、同図において、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの期間は、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１までの期間と等しく、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの期間は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの期間と等しいものとする。すなわち、同図においては、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの期間がマスク期間Ｇ０、時刻Ｔ４から時刻Ｔ５までの期間が第１のゲート期間Ｇ１、時刻Ｔ５以降が第２のゲート期間Ｇ２となっている。

この場合では、超音波振動子１は、第１のゲート期間Ｇ１において超音波を受波せず、第２のゲート期間Ｇ２において第１の反射波Ｗ１を受波している。ここで、単に第１の反射波Ｗ１を受波しただけでは、当該第１の反射波Ｗ１が物体Ａ１からの最初の反射波か、或いは多重反射による反射波かは判定できず、物体Ａ１が遠距離に存在すると制御部４が誤って判定する虞がある。

そこで、本実施形態では、両ゲート期間Ｇ１，Ｇ２で反射波を受波した状態から第２のゲート期間Ｇ２のみで反射波を受波する状態に移行すると、制御部４は、超音波振動子１の残響振動の中に物体Ａ１からの反射波Ｗ０が埋もれていると判定する。これにより、制御部４は、第１のゲート期間Ｇ１で検知する位置よりも近い位置、すなわち極近距離に物体Ａ１が存在すると判定し、報知を継続させることができる。

上述のように、本実施形態では、制御部４によって超音波振動子１の残響振動の中に埋もれた反射波があることを判定し、極近距離に存在する物体Ａ１を検知することができる。したがって、本実施形態では、高性能の超音波振動子１を用いる必要がなく、残響振動の長い超音波振動子１を用いることも可能であることから、コストの増大を抑えることができる。

（実施形態２）
以下、本発明に係る物体検知装置の実施形態２について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の回路構成は実施形態１の図１（ａ）に示す回路構成と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。先ず、図２に示すように、超音波振動子１が１つ目の反射波である第１の反射波Ｗ１を受波したものとする。ここで、単に第１の反射波Ｗ１を受波しただけでは、当該第１の反射波Ｗ１が物体Ａ１からの最初の反射波か、或いは多重反射による反射波かは判定できない。また、図２に示すように、仮に多重反射による第２の反射波Ｗ２を受波していたとしても、物体Ａ１とは異なる他の物体（図示せず）からの反射波をほぼ同時に受波して反射波が重なる場合、第２の反射波Ｗ２と他の反射波とを区別することができない。

そこで、本実施形態の制御部４は、第１の反射波Ｗ１、すなわち１つ目の反射波を受波した時点で、超音波の送受波に要する伝播時間τ１を演算する。そして、制御部４は、１つ目の反射波を受波してから上記伝播時間τ１の半分の時間（τ１／２）が経過した時点における処理部３からの検波信号の有無を判定することで、当該時点における反射波の有無を判定する。

上記時点において反射波を受波していないと判定した場合には、制御部４は第１の反射波Ｗ１による多重反射が生じていないと判定し、第１の反射波Ｗ１に基づいて物体Ａ１の位置を検知する。一方、上記時点において反射波を受波したと判定した場合には、制御部４は当該反射波が第１の反射波Ｗ１の多重反射による第２の反射波Ｗ２であると判定する。そして、制御部４は、第１の反射波Ｗ１よりも伝播時間τ１の半分の時間だけ遡った時刻に反射波が存在する、すなわち、超音波振動子１の残響振動の中に物体Ａ１からの反射波Ｗ０が埋もれていると判定する。これにより、制御部４は、第１の反射波Ｗ１で検知する位置よりも近い位置、すなわち極近距離に物体Ａ１が存在すると判定することができる。

（実施形態３）
以下、本発明に係る物体検知装置の実施形態３について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の回路構成は実施形態１の図１（ａ）に示す回路構成と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。先ず、図３に示すように、超音波振動子１が３つの反射波Ｗ１〜Ｗ３を受波したものとする。ここで、単に３つの反射波Ｗ１〜Ｗ３を受波しただけでは、第１の反射波Ｗ１が物体Ａ１からの最初の反射波か、或いは多重反射による反射波かは判定できない。

そこで、本実施形態の制御部４は、第１の反射波Ｗ１を受波した時点から第２の反射波Ｗ２を受波した時点までに要する時間Ｐ１と、第２の反射波Ｗ２を受波した時点から第３の反射波Ｗ３を受波した時点までに要する時間Ｐ２とを演算する。そして、制御部４は時間Ｐ１，Ｐ２を比較し、これらの時間Ｐ１，Ｐ２が等しい場合には、第１の反射波Ｗ１よりも時間Ｐ１だけ遡った時刻に反射波が存在する、すなわち、超音波振動子１の残響振動の中に物体Ａ１からの反射波Ｗ０が埋もれていると判定する。これにより、制御部４は、第１の反射波Ｗ１で検知する位置よりも近い位置、すなわち極近距離に物体Ａ１が存在すると判定することができる。

（実施形態４）
以下、本発明に係る物体検知装置の実施形態４について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の回路構成は実施形態１の図１（ａ）に示す回路構成と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態では、図４に示すように、複数（図示では４つ）の超音波振動子１０〜１３から送受波部が構成されており、各超音波振動子１０〜１３は、車両Ｂ１の前部又は後部に一定の間隔Ｄ１を空けて配置されている。本実施形態では、車両Ｂ１の前部のバンパー（図示せず）に各超音波振動子１０〜１３が配置されているものとする。

ここで、各超音波振動子１０〜１３の前方の空間Ｃ１に物体Ａ１が存在する場合には、上記何れかの実施形態を採用することで物体Ａ１が車両Ｂ１の極近距離に存在することを検知することができる。一方、図４に示すように、隣り合う超音波振動子１０〜１３の間の空間Ｃ２に物体Ａ１が存在する場合には、以下の問題が生じる。

例えば、超音波振動子１０で物体Ａ１を検知する場合、この物体Ａ１は空間Ｃ１から離れた位置にあるため、物体Ａ１からの反射波は第２のゲート期間Ｇ２で受波することになり、制御部４は物体Ａ１が遠距離に存在すると判定する。しかしながら、この物体Ａ１は超音波振動子１０から見れば遠距離に存在するものの、車両Ｂ１から見ると極近距離に存在する。このため、１つの超音波振動子１０だけでは、空間Ｃ２に存在する物体Ａ１が車両Ｂ１の極近距離に存在することを制御部４で判定することができない。

本実施形態は、隣り合う２つの超音波振動子１０〜１３の間で超音波の送受波を行うことで、空間Ｃ２に存在する物体Ａ１が車両Ｂ１の極近距離に存在することを制御部４で判定可能としたことに特徴がある。

以下、本実施形態における車両Ｂ１の極近距離に存在する物体Ａ１の検知について説明する。なお、以下の説明では、超音波振動子１０を「第１の超音波振動子１０」、超音波振動子１１を「第２の超音波振動子１１」、超音波振動子１２を「第３の超音波振動子１２」、超音波振動子１３を「第４の超音波振動子１３」と呼ぶものとする。また、各超音波振動子１０〜１３には、それぞれ駆動部２及び処理部３が個別に設けられ、各駆動部２及び各処理部３との信号の授受は１つの制御部４で行うものとする。

先ず、制御部４は、第１の超音波振動子１０で超音波の送受波を行わせることで、第１の超音波振動子１０の前方の空間Ｃ１における物体Ａ１の存在の有無を検知する。この検知方法としては、上記実施形態１〜３のうちの何れかの実施形態を採用すればよい。

次に、制御部４は、第１の超音波振動子１０から超音波を送波させ、この送波タイミングを記憶する。その後、第１の超音波振動子１０から送波される超音波が物体Ａ１で反射し、反射波が第１の超音波振動子１０と隣り合う第２の超音波振動子１１で受波されると、制御部４はこの受波タイミングを記憶する。そして、制御部４は、第１の超音波振動子１０の送波タイミングと、第２の超音波振動子１１の受波タイミングとから超音波の送受波に要する伝播時間を求める。制御部４は、この伝播時間から物体Ａ１と第１の超音波振動子１０との間の距離と、物体Ａ１と第２の超音波振動子１１との間の距離との和を演算する。

ここで、各超音波振動子１０，１１と物体Ａ１との間の距離の和が一定であれば、物体Ａ１は、第１の超音波振動子１０及び第２の超音波振動子１１を焦点とした楕円上に位置することになる。このため、物体Ａ１が位置する楕円の円周を判定することで、物体Ａ１と車両Ｂ１のバンパーとの間の距離を概算することができる。したがって、制御部４は、各超音波振動子１０，１１と物体Ａ１との間の距離の和と所定の閾値とを比較し、当該距離の和が所定の閾値を下回ると、隣り合う超音波振動子１０，１１の間の空間Ｃ２における極近距離に物体Ａ１が存在すると判定することができる。そして、制御部４は、極近距離に物体Ａ１が存在すると判定した場合には、ブザー等を用いてその旨を外部に報知する。

その後、制御部４は、第２の超音波振動子１１、隣り合う第２の超音波振動子１１及び第３の超音波振動子１２、第３の超音波振動子１２と順々に超音波の送受波を行わせる。したがって、本実施形態では、各超音波振動子１０〜１３の前方の空間Ｃ１のみならず、隣り合う超音波振動子１０〜１３の間の空間Ｃ２においても極近距離に存在する物体Ａ１を検知することができる。

ところで、隣り合う超音波振動子１０〜１３の間で超音波の送受波を行う場合は、超音波の伝播時間が受波側の超音波振動子１０〜１３のマスク期間Ｇ０よりも長くなる。このため、受波側の超音波振動子１０〜１３は、マスク期間Ｇ０の後に物体Ａ１からの反射波を受波することになるので、残響振動の影響を受けずに極近距離に存在する物体Ａ１の検知を行うことができる。

なお、本実施形態では、全ての超音波振動子１０〜１３の各駆動部２及び各処理部３との信号の授受を１つの制御部４で行っているが、超音波振動子１０〜１３毎に制御部４を設けてもよい。

１超音波振動子（送受波部）
４制御部
Ａ１物体
Ｇ１第１のゲート期間
Ｇ２第２のゲート期間

Claims

超音波を送受波する送受波部と、物体からの反射波の受波に要する時間に基づいて近距離及び遠距離の前記物体を検知する第１のゲート期間及び第２のゲート期間を設定する制御部とを備え、前記制御部は、前記両ゲート期間で反射波を受波した状態から前記第２のゲート期間のみで反射波を受波する状態に移行すると、前記第１のゲート期間で検知する位置よりも近い位置に前記物体が存在すると判定することを特徴とする物体検知装置。
超音波を送受波する送受波部と、物体からの反射波の受波に要する時間に基づいて前記物体を検知する制御部とを備え、前記制御部は、１つ目の反射波を受波してからその受波に要する時間の半分の時間が経過した時点で２つ目の反射波を受波すると、前記１つ目の反射波で検知する位置よりも近い位置に前記物体が存在すると判定することを特徴とする物体検知装置。
超音波を送受波する送受波部と、物体からの反射波の受波に要する時間に基づいて前記物体を検知する制御部とを備え、前記制御部は、３つの反射波を受波し、各反射波を受波する間隔が等しければ１つ目の反射波で検知する位置よりも近い位置に前記物体が存在すると判定することを特徴とする物体検知装置。
前記送受波部は、一定の間隔を空けて設けられる複数の超音波振動子を備え、隣り合う前記超音波振動子のうち一方の超音波振動子が送波する超音波を他方の超音波振動子が受波し、前記制御部は、前記一方の超音波振動子の送波タイミングと前記他方の超音波振動子の受波タイミングとに基づいて前記物体を検知することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の物体検知装置。