JP2015172503A - 物体検知装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】遠距離及び近距離の物体をそれぞれ精度よく検知可能とする。【解決手段】本実施形態の物体検知装置において、制御部１０は、計測部１４が計測する距離に対応して、送波期間ＴＢ１，ＴＢ２を変更するように構成される。したがって、計測部１４が計測する距離に対応して、制御部１０が送波期間ＴＢ１，ＴＢ２を変更するので、遠距離及び近距離の物体をそれぞれ精度よく検知することが可能になる。【選択図】 図１

Description

本発明は、物体検知装置に関し、詳しくは、波動を利用して物体までの距離を計測する物体検知装置に関する。
従来例として特許文献１記載の超音波センサを例示する。特許文献１記載の超音波センサは、超音波を空間に送波し、且つ物体で反射した超音波(反射波)を受波し、送波から受波に至る経過時間に基づいて、当該物体までの距離を計測する。なお、超音波センサが検知対象とする物体は、静止していてもよいし、移動していてもよい。
また、特許文献１記載の超音波センサは、超音波を送波する圧電振動子と、圧電振動子に並列接続される複数のコンデンサと、圧電振動子と各コンデンサとの接続状態を入切する複数のスイッチとを備える。さらに、特許文献１記載の超音波センサは、圧電振動子からの受信信号に基づいて圧電振動子の出力の残響時間をセンシングする出力信号処理回路と、各スイッチをオンオフ制御するマイコンとを備える。マイコンは、出力信号処理回路でセンシングされる残響時間に応じたオンオフ制御信号を出力し、複数のスイッチのオンオフの組み合わせを変更する。これにより、圧電振動子の静電容量補償が的確に行え、残響時間が所望の長さとなるように調整される。
特開２００４−３４３４８２号公報
ところで、遠距離の物体を精度よく検知するため、１回当たりに送波する波の数を多く(送波期間を長く)することが考えられる。しかしながら、送波期間に比例して残響時間も長くなるので、検知可能な最短距離も長くなり、且つ１回の検知(計測)に要する時間(検知時間)も長くなってしまう。したがって、上述のように単純に送波期間を長くするだけでは、近距離の物体を検知する精度が低下してしまうことになる。
本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、遠距離及び近距離の物体をそれぞれ精度よく検知可能とすることを目的とする。
本発明の物体検知装置は、検知対象領域にエネルギー波を送波する送波部と、前記検知対象領域に存在する物体で反射した前記エネルギー波を受波し、受波した前記エネルギー波を電気信号からなる受波信号に変換する受波部とを備える。また、本発明の物体検知装置は、前記送波部が所定の送波期間に連続して前記エネルギー波を送波するように制御する制御部と、前記受波部から出力される受波信号に基づいて前記物体までの距離を計測する計測部とを備える。前記制御部は、前記計測部が計測する距離に対応して、前記送波期間を変更するように構成される。
この物体検知装置において、前記制御部は、前記距離が所定範囲内に収まっている場合は第１の送波期間で前記送波部から前記エネルギー波を送波させるように構成されることが好ましい。さらに、前記制御部は、前記距離が前記所定範囲よりも遠い場合は前記第１の送波期間よりも長い第２の送波期間で前記送波部から前記エネルギー波を送波させるように構成されることが好ましい。
この物体検知装置において、前記制御部は、前記第１の送波期間で前記送波部から前記エネルギー波を送波させている場合に、前記距離が前記所定範囲よりも遠くなったときに前記送波期間を前記第１の送波期間から前記第２の送波期間に変更するように構成されることが好ましい。あるいは、前記制御部は、前記距離が計測不能となったときに前記送波期間を前記第１の送波期間から前記第２の送波期間に変更するように構成されることが好ましい。
この物体検知装置において、前記制御部は、前記距離が増大している場合は前記送波期間を延長し、前記距離が減少している場合は前記送波期間を短縮するように構成されることが好ましい。
この物体検知装置において、前記制御部は、前記距離が計測不能となった場合は前記送波期間を延長するように構成されることが好ましい。
この物体検知装置において、複数の前記送波部と、前記各送波部と対になる複数の前記受波部と、複数の前記受波部から出力される各受波信号に基づいて、前記各受波部毎に前記物体までの距離を計測する前記計測部とを備えることが好ましい。また、前記制御部は、何れか１つの前記送波部の前記送波期間を変更した場合、他の１乃至複数の前記送波部のうちの少なくとも何れか１つの前記送波部の前記送波期間を連動して変更するように構成されることが好ましい。
この物体検知装置において、前記制御部は、前記計測部が全ての前記距離が計測不能となるか、あるいは全ての前記距離が前記所定範囲よりも遠くなれば、全ての前記送波部の前記送波期間を相対的に長くするように構成されることが好ましい。
本発明の物体検知装置は、制御部が、前記計測部が計測する距離に対応して、前記送波期間を変更するので、遠距離及び近距離の物体をそれぞれ精度よく検知することが可能になるという効果がある。
本発明に係る物体検知装置の実施形態を示すブロック図である。 同上の動作説明用のタイムチャートである。 同上の動作説明用のタイムチャートである。 同上の動作説明用のフローチャートである。 同上の動作説明図である。
以下、本発明に係る物体検知装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態の物体検知装置は、例えば、自動車の周囲に存在する障害物を検知する用途などに用いられるが、これに限定されず、他の用途に用いられても構わない。また、検知対象の物体は、静止物でもよいし、車や人などの移動する物体であっても構わない。
本実施形態の物体検知装置は、図１に示すように制御部１０、センサ部１１Ａ，１１Ｂ、計測部１４を備える。本実施形態の物体検知装置は、さらに、記憶部１５を備えていることが好ましい。
センサ部１１Ａ，１１Ｂは、自動車のボディ、例えば、バンパーの左右両端に取り付けられる。また、センサ部１１Ａ，１１Ｂは、それぞれ送波部１２と受波部１３を有している。
送波部１２は、例えば、圧電体からなる超音波振動子で構成されることが好ましい。送波部１２は、計測部１４から与えられる送波信号(電圧信号)で駆動されることにより、検知対象領域(自動車の周囲)にエネルギー波(超音波)を送波するように構成される。なお、送波信号は、一定周期の正弦波信号や方形波信号、三角波信号などであることが好ましい。
受波部１３は、圧電体からなる超音波トランスデューサ、増幅回路、検波回路などで構成されることが好ましい。受波部１３は、検知対象領域に存在する物体で反射した超音波(反射波)を超音波トランスデューサで電気信号に変換し、当該電気信号を増幅回路で増幅した後、検波回路で検波するように構成される。なお、受波部１３は、検波回路で検波された電気信号(受波信号)を計測部１４に出力する。
ここで、本実施形態におけるセンサ部１１Ａ，１１Ｂは、エネルギー波として超音波を使用しているが、超音波以外のエネルギー波、例えば、電磁波を使用することも可能である。また、センサ部１１Ａ，１１Ｂは、送波部１２と受波部１３とで超音波振動子(超音波トランスデューサ)を兼用しても構わない。さらに、本実施形態ではセンサ部１１Ａ，１１Ｂを２つしか備えていないが、例えば、前後のバンパーの四隅に１つずつで合計４つのセンサ部１１Ａ，…を備えても構わない。ただし、センサ部１１Ａ，…の個数は２つや４つに限定されるものではなく、１つや３つあるいは５つ以上でも構わない。
計測部１４は、各センサ部１１Ａ，１１Ｂに送波信号を出力し、それぞれの送波部１２を個別に駆動して超音波を送波させるように構成される。さらに詳しく説明すると、計測部１４は、図２及び図３に示すように、所定の計測周期ＴＡ１，ＴＡ２(ＴＡ１＜ＴＡ２)毎に送波信号Ｘ１を出力して送波部１２を駆動し、検知対象空間に超音波を送波する。また、計測部１４は、送波信号Ｘ１の信号長(波数)を増減することにより、送波部１２から連続して超音波が送波される期間(送波期間ＴＢ１，ＴＢ２)を調整することができる。例えば、図２に示す第１の送波期間ＴＢ１は、７個の波数(送波信号の周期×７)に対応する時間に設定され、第２の送波期間ＴＢ２は、８５個の波数(送波信号の周期×８５)に対応する時間に設定される。なお、図２及び図３における横軸は時間、縦軸は信号レベル(例えば、電圧値)を示している。
計測部１４は、送波信号Ｘ１の出力を停止した後、送波期間ＴＢ１，ＴＢ２に対応した残響期間ＴＣ１，ＴＣ２(ＴＣ１＜ＴＣ２)が経過するまで待機する。そして、計測部１４は、残響期間ＴＣ１，ＴＣ２が経過した後の期間、すなわち、計測周期(計測期間)ＴＡ１，ＴＡ２から送波期間ＴＢ１，ＴＢ２と残響期間ＴＣ１，ＴＣ２を除いた受波期間ＴＤ１，ＴＤ２に、受波部１３から出力される受波信号Ｘ２を取り込む。計測部１４は、送波信号Ｘ１を出力してから受波信号Ｘ２を取り込むまでの時間、つまり、センサ部１１Ａ(及びセンサ部１１Ｂ)と物体の間の空間を超音波が往復するのに要した時間(伝搬時間)を算出する。さらに、計測部１４は、伝搬時間と超音波の進行速度(音速)とに基づいて、各センサ部１１Ａ，１１Ｂから物体までの距離をそれぞれ計測(演算)し、計測した距離(計測値)を制御部１０に渡す。ただし、計測部１４は、各センサ部１１Ａ，１１Ｂを順番に制御して、各センサ部１１Ａ，１１Ｂ毎に物体までの距離を計測することが好ましい。
記憶部１５は、フラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭなどの電気的に書換可能な不揮発性の半導体メモリからなる。記憶部１５は、後述するように複数の送波期間ＴＢ１，ＴＢ２や送波期間ＴＢ１，ＴＢ２を切り替えるときのしきい値などを記憶している。
制御部１０は、例えば、マイクロコントローラからなり、計測部１４から渡される計測値に基づいて、検知対象空間における物体の異常接近の有無や、物体までの距離に応じた送波期間ＴＢ１，ＴＢ２の変更(切り替え)などの処理を行うように構成される。
次に、図４のフローチャートを参照して、本実施形態の物体検知装置の動作を説明する。まず、制御部１０は、計測部１４の送波期間を、相対的に長い方の第２の送波期間ＴＢ２に設定する(ステップＳ１)。計測部１４は、制御部１０によって設定される第２の送波期間ＴＢ２内で、各センサ部１１Ａ，１１Ｂの送波部１２へ連続して送波信号を出力する。故に、送波部１２から、第２の送波期間ＴＢ２内で連続する超音波が送波される(図３参照)。
また、計測部１４は、受波期間ＴＤ２内に受波部１３から渡される受波信号に基づいて物体までの距離を計測し、その計測値を制御部１０に渡す。
制御部１０は、計測部１４から渡される計測値を所定のしきい値と比較する(ステップＳ２)。なお、しきい値は、物体が異常接近していると判断する距離よりは遠く、且つ異常接近に至る可能性が高いと考えられる距離(例えば、０．５〜０．６メートル)に設定されることが好ましい。
制御部１０は、計測値がしきい値より大きい(遠い)若しくは有効な計測値が存在しない(物体が存在しない)場合、送波期間ＴＢ２を変更する必要が無いので、再度、送波期間を第２の送波期間ＴＢ２に設定する(ステップＳ１)。
一方、計測値がしきい値以下である場合、制御部１０は、送波期間を相対的に短い第１の送波期間ＴＢ１に設定(変更)する(ステップＳ３)。計測部１４は、制御部１０によって設定される第１の送波期間ＴＢ１内で、各センサ部１１Ａ，１１Ｂの送波部１２へ連続して送波信号を出力する。故に、送波部１２から、第１の送波期間ＴＢ１内で連続する超音波が送波される(図２参照)。そして、制御部１０及び計測部１４は、ステップＳ１〜ステップＳ３の処理を繰り返し実行する。
なお、制御部１０は、計測部１４から渡される計測値が所定の限界値以下になれば、異常接近している物体が存在すると判断して、例えば、自動車に搭載されている電子制御ユニットに警報信号を出力する。当該電子制御ユニットは、前記警報信号を受け取ると、音や光の少なくとも何れか一方で運転者に警告を行うことが好ましい。
ここで、遠距離に物体が存在する場合と、近距離に物体が存在する場合とでは、送波される超音波が前記物体に反射して受波部１３で受波される確率が大きく異なると考えられる。つまり、近距離の物体と比べて、遠距離の物体で反射する反射波が受波部１３で受波される確率はかなり低くなると予想される。したがって、遠距離に存在する物体の検知精度を高めるためには、送波期間を相対的に長くすることが好ましい。送波期間を長くした場合、必然的に残響期間及び受波期間も長くなるので、１回の計測に要する時間(計測期間)も長くならざるを得ない。
しかしながら、計測期間が長くなると、近距離に存在する物体の検知に遅れが生じ易くなる。そして、物体の検知に遅れが生じた場合、物体の異常接近の有無の判断にも遅れが生じてしまう虞がある。
一方、送波期間を相対的に短くした場合、計測期間は短縮されるものの、遠距離に存在する物体の検知精度が低下する虞がある。
本実施形態の物体検知装置は、上述のように検知対象領域にエネルギー波(超音波)を送波する送波部１２を備える。また、本実施形態の物体検知装置は、前記検知対象領域に存在する物体で反射した前記エネルギー波を受波し、受波した前記エネルギー波を電気信号からなる受波信号に変換する受波部１３を備える。さらに、本実施形態の物体検知装置は、送波部１２が所定の送波期間ＴＢ１，ＴＢ２に連続して前記エネルギー波を送波するように制御する制御部１０と、受波部１３から出力される受波信号に基づいて前記物体までの距離を計測する計測部１４とを備える。制御部１０は、計測部１４が計測する距離に対応して、送波期間ＴＢ１，ＴＢ２を変更するように構成される。
本実施形態の物体検知装置では、計測部１４が計測する距離に対応して、制御部１０が送波期間ＴＢ１，ＴＢ２を変更するので、遠距離及び近距離の物体をそれぞれ精度よく検知することが可能になる。
また、本実施形態の物体検知装置において、制御部１０は、前記距離が所定範囲内に収まっている場合(計測値がしきい値未満の場合)は第１の送波期間ＴＡ１で送波部１２から前記エネルギー波を送波させることが好ましい。さらに、制御部１０は、前記距離が前記所定範囲よりも遠い場合(計測値がしきい値以上の場合)は第１の送波期間ＴＡ１よりも長い第２の送波期間ＴＡ２で送波部１２から前記エネルギー波を送波させるように構成されることが好ましい。
さらに、制御部１０は、第１の送波期間ＴＡ１で送波部１２から前記エネルギー波を送波させている場合に、前記距離が前記所定範囲よりも遠くなったときに送波期間を第１の送波期間ＴＡ１から第２の送波期間ＴＡ２に変更することが好ましい。あるいは、制御部１０は、第１の送波期間ＴＡ１で送波部１２から前記エネルギー波を送波させている場合に、前記距離が計測不能となったときに送波期間を第１の送波期間ＴＡ１から第２の送波期間ＴＡ２に変更することが好ましい。
ところで、制御部１０は、距離(計測値)が増大している場合は送波期間ＴＡを延長し、前記距離が減少している場合は送波期間ＴＡを短縮するように構成されても構わない。例えば、図５に示すように、物体までの距離(計測値Ｄ)がＤn-2≦Ｄ＜Ｄn-1の範囲の場合、制御部10は、送波期間をＴＡn-2とする。また、制御部１０は、計測値ＤがＤn-1≦Ｄ＜Ｄnの範囲の場合に送波期間をＴＡn-1(＞ＴＡn-2)とし、計測値ＤがＤn≦Ｄ＜Ｄn+1の範囲の場合に送波期間をＴＡn(＞ＴＡn-1)とする。
本実施形態の物体検知装置が上述のように構成されれば、遠距離及び近距離の物体の検知精度をさらに向上することができる。なお、制御部１０は、前記距離(計測値)が計測不能となった場合は送波期間ＴＡを延長するように構成されることが好ましい。
また、本実施形態の物体検知装置は、複数の送波部１２と、各送波部１２と対になる複数の受波部１３と、複数の受波部１３から出力される各受波信号に基づいて、各受波部１３毎に前記物体までの距離を計測する計測部１４とを備えることが好ましい。そして、制御部１０は、何れか１つの送波部１２の送波期間ＴＡを変更した場合、他の１乃至複数の送波部１２のうちの少なくとも何れか１つの送波部１２の送波期間ＴＡを連動して変更するように構成されることが好ましい。例えば、制御部１０は、フロントバンパーに取り付けられている２つのセンサ部１１Ａ，１１Ｂの送波期間ＴＡを連動して変更し、リアバンパーに取り付けられている２つのセンサ部の送波期間ＴＡを連動して変更すればよい。つまり、同じパンパーに取り付けられている２つのセンサ部は、同一の物体を検知する可能性が高いので、これら２つのセンサ部の送波期間が連動して変更されることにより、物体の検知精度の向上を図ることができる。
ただし、制御部１０は、計測部１４が全ての前記距離が計測不能となるか、あるいは全ての前記距離が前記所定範囲よりも遠くなれば、全ての送波部１２の送波期間を相対的に長くするように構成されることが好ましい。
１０ 制御部
１２ 送波部
１３ 受波部
１４ 計測部

Claims (7)

  1. 検知対象領域にエネルギー波を送波する送波部と、前記検知対象領域に存在する物体で反射した前記エネルギー波を受波し、受波した前記エネルギー波を電気信号からなる受波信号に変換する受波部と、前記送波部が所定の送波期間に連続して前記エネルギー波を送波するように制御する制御部と、前記受波部から出力される受波信号に基づいて前記物体までの距離を計測する計測部とを備え、前記制御部は、前記計測部が計測する距離に対応して、前記送波期間を変更するように構成されることを特徴とする物体検知装置。
  2. 前記制御部は、前記距離が所定範囲内に収まっている場合は第１の送波期間で前記送波部から前記エネルギー波を送波させ、前記距離が前記所定範囲よりも遠い場合は前記第１の送波期間よりも長い第２の送波期間で前記送波部から前記エネルギー波を送波させるように構成されることを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
  3. 前記制御部は、前記第１の送波期間で前記送波部から前記エネルギー波を送波させている場合に、前記距離が前記所定範囲よりも遠くなるか、あるいは前記距離が計測不能となったときに前記送波期間を前記第１の送波期間から前記第２の送波期間に変更するように構成されることを特徴とする請求項２記載の物体検知装置。
  4. 前記制御部は、前記距離が増大している場合は前記送波期間を延長し、前記距離が減少している場合は前記送波期間を短縮するように構成されることを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
  5. 前記制御部は、前記距離が計測不能となった場合は前記送波期間を延長するように構成されることを特徴とする請求項４記載の物体検知装置。
  6. 複数の前記送波部と、前記各送波部と対になる複数の前記受波部と、複数の前記受波部から出力される各受波信号に基づいて、前記各受波部毎に前記物体までの距離を計測する前記計測部とを備え、
    前記制御部は、何れか１つの前記送波部の前記送波期間を変更した場合、他の１乃至複数の前記送波部のうちの少なくとも何れか１つの前記送波部の前記送波期間を連動して変更するように構成されることを特徴とする請求項１，２，４の何れかに記載の物体検知装置。
  7. 前記制御部は、前記計測部が全ての前記距離が計測不能となるか、あるいは全ての前記距離が前記所定範囲よりも遠くなれば、全ての前記送波部の前記送波期間を相対的に長くするように構成されることを特徴とする請求項６記載の物体検知装置。
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