JP2018200277A - 超音波センサ及び物体検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】探査波の送信中に位相等を切り替えるうえで、切り替え後の探査波をより安定させることが可能な超音波センサを提供する。【解決手段】所定の送信機会毎に探査波を送信する超音波センサ１０であって、圧電素子を有し、その圧電素子へ電力が供給されることで共振して探査波の送信を行う送信部１４と、圧電素子へ電力を供給する送信回路１３と、１送信機会において、送信回路１３を駆動して送信部１４から探査波を送信させ、探査波の送信開始から所定時間経過後に、位相、周波数、周期及び振幅の少なくともひとつを含む送信特性を切り替えて送信回路１３を駆動する送信制御部１２と、を備え、送信制御部１２は、送信特性の切り替え時に、送信回路１３から圧電素子への電力の供給を中断するオフ期間を設ける。【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波センサ及び物体検知システムに関する。

従来、超音波を探査波として送信し、物体により反射された反射波を受信してその物体との距離や相対速度を検知する超音波センサが実現されている。

このような超音波センサとして、特許文献１に記載の超音波センサがある。特許文献１に記載の超音波センサでは、ある位相での探査波の送信に続いて、位相を変化させた探査波の送信を継続している。そして、反射波を含む受信波を受信した場合に、受信波の位相と探査波の位相とを比較することにより、その受信波が反射波であるか否かを判定している。

特許４２８３１７０号

特許文献１に記載の超音波センサのように、位相等の切り替えを行う場合には、切り替え前の位相での発振から、切り替え後の位相での発振へと遷移する際に、波形に乱れが生ずる。すなわち、位相等の制御の精度が低下した期間が生じ、これにより、受信波が反射波であるか否かの判定精度が低下する。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、探査波の送信中に位相等を切り替えるうえで、切り替え後の探査波をより安定させることが可能な超音波センサを提供することにある。

本発明は、所定の送信機会毎に探査波を送信する超音波センサであって、圧電素子を有し、その圧電素子へ電力が供給されることで共振して前記探査波の送信を行う送信部と、前記圧電素子へ電力を供給する送信回路と、１送信機会において、前記送信回路を駆動して前記送信部から前記探査波を送信させ、前記探査波の送信開始から所定時間経過後に、位相、周波数、周期及び振幅の少なくともひとつを含む送信特性を切り替えて前記送信回路を駆動する送信制御部と、を備え、前記送信制御部は、前記送信特性の切り替え時に、前記送信回路から前記圧電素子への電力の供給を中断するオフ期間を設ける。

上記構成では、送信特性の切り替え時にオフ期間を設けているため、そのオフ期間において、圧電素子における切り替え前の送信特性の振動が収縮に向かう。これにより、送信特性の切り替え後の探査波の送信を、より安定した状態で開始することができる。また、コンデンサからの電力供給により探査波の送信を行うのであれば、そのオフ期間を用いてコンデンサに充電を行うことができる。したがって、送信特性の切り替え後の探査波を送信するうえで、圧電素子に対して十分な電力の供給を行うことができ、送信特性の切り替え後の探査波の送信をより安定した状態で行うことができる。

物体検知システムの構成を示す図である。 送受信回路の構成を示す図である。 オフ期間を設けない場合の振幅及び位相を示す図である。 オフ期間を設ける場合の振幅及び位相を示す図である。 第２実施形態に係る物体検知システムの送信位相を示す図である。 第３実施形態に係る物体検知システムの送信位相を示す図である。 第４実施形態に係る物体検知システムの送信位相を示す図である。 第５実施形態に係る物体検知システムの送信位相を示す図である。 第６実施形態に係る物体検知システムの送信位相を示す図である。 第７実施形態に係る物体検知システムの送信位相を示す図である。 第８実施形態に係る物体検知システムの送信位相を示す図である。 第８実施形態に係る物体検知システムの変形例を示す図である。 第９実施形態に係る物体検知システムの送信周波数を示す図である。 第１０実施形態に係る物体検知システムの送信周波数を示す図である。 第１１実施形態に係る物体検知システムの送信周波数を示す図である。 第１２実施形態に係る物体検知システムの送信周波数を示す図である。

＜第１実施形態＞
本実施形態に係る物体検知システムは、移動体である車両に搭載されるものであり、超音波センサを備えている。超音波センサは、所定の送受信機会ごとに超音波である探査波を送信し、移動体の周囲に存在する物体により反射された反射波を受信波として受信し、探査波の送信から受信波の受信までの時間を測定することにより、車両と物体との距離を求める。そして、車両と物体との距離が所定距離よりも近い場合に、車両の運転者に対して物体との接近を報知したり、車両が備える制動装置を作動させたりする。

図１は、本実施形態に係る物体検知システムの構成図である。物体検知システムは、超音波センサ１０と、その超音波センサ１０と通信可能に接続されたＥＣＵ２１とを含んで構成されている。

超音波センサ１０は、間隔を開けて複数配置されており、且つ、一方の超音波センサ１０から探査波が送信され、周囲の物体によりその探査波が反射された場合、反射波はいずれの超音波センサ１０においても受信可能とされている。すなわち、超音波センサ１０は、自己が送信した探査波の反射波である直接波と、他のセンサが送信した探査波の反射波である間接波のいずれも受信可能である。

超音波センサ１０は、ＥＣＵ２１との通信を行う通信部１１、その通信部１１から探査波の送信制御の開始信号を受け取り、探査波の送信制御を行う送信制御部１２、及び、その送信制御部１２により駆動される送信回路１３を備えている。送信回路１３は、送信制御部１２からの駆動信号により駆動させられ、所定周波数の駆動電力が送受信部１４へと供給される。

この送信制御部１２は、変調部１７から変調信号を受け取り、その変調信号に基づく駆動信号を送信回路１３へ送信する。具体的には、変調部１７は、複数のパルスからなるパルス列を信号生成部１６から取得し、複数の符号の組合せで構成される符号系列に従って、パルス信号のパルス列ごとに位相を変更する。そして、位相が変更されたパルス列を変調信号として送信制御部１２へ入力する。

送受信部１４は、圧電素子を備える公知の構成となっている。送信回路１３から所定周波数の駆動電力が圧電素子へと供給され、圧電素子がその駆動電力により発振することで超音波を探査波として送信する。

探査波の送信後に周囲の物体により探査波が反射された場合、反射された超音波である反射波が送受信部１４へ入射する。また、周囲に他の超音波センサ等の超音波を発生させる装置が存在する場合には、その装置等から発せられた超音波等が送受信部１４へ入射する。この、他の装置等から発せられた超音波等を、混信波と称する。

送受信部１４が備える圧電素子は、受信波によって振動し、受信波の周波数と等しい周波数を有し、且つ、受信波の振幅に比例する電圧を有する電気信号を発生させる。圧電素子が発生させた電気信号は、受信回路１５へ入力される。

以上のように構成される送信回路１３、送受信部１４、及び受信回路１５について、図２を参照して詳述する。

送信回路１３は、センタータップを備える第１コイル１３１、その第１コイル１３１と磁気的に結合する第２コイル１３２とを備えている。第１コイル１３１の両端のそれぞれには、スイッチ１３３，１３４の一端が接続され、スイッチ１３３，１３４の他端は接地部位に接続されている。第１コイル１３１のセンタータップには、抵抗１３５を介して電源１３６が接続されている。第１コイル１３１のセンタータップと抵抗１３５との間には、コンデンサ１３７の一端が接続されており、コンデンサ１３７の他端は接地部位に接続されている。

送信回路１３の第２コイル１３２は、受信回路１５を介して送受信部１４に接続されている。具体的には、第２コイル１３２の一端が抵抗１５１を介して送受信部１４を構成する圧電素子１４１の一端に接続されており、第２コイル１３２の他端が圧電素子１４１の他端に接続されている。

第２コイル１３２と抵抗１５１との直列接続体と、圧電素子１４１との間には、圧電素子１４１側から順にコンデンサ１５２、抵抗１５３が並列接続されている。これらコンデンサ１５２、抵抗１５３によりノイズフィルタ回路が構成され、圧電素子１４１から出力される所定周波数帯域の電気信号を通過させ、その所定周波数帯域外の電気信号を除去する。このノイズフィルタ回路を通過した電気信号は、電圧出力部１５４から出力される。

図１の説明に戻り、受信回路１５から出力される電気信号は、位相算出部１８及び距離算出部２０へ入力される。位相算出部１８は、復調部１９から受信波の復調に用いる信号を取得し、受信波の復調を行う。具体的には、直交復調に用いる正弦波信号、及び、余弦波信号を取得し、受信波の信号に対して正弦波信号を乗算して同相成分を求め、受信波の信号に対して余弦波信号を乗算して直交位相成分を求める。そして、求められた同相成分及び直交位相成分に基づいて、受信波の位相を求める。

距離算出部２０は、探査波の送信時刻から、受信波の受信時刻までの時間を求め、その時間の半分に音速を乗算したものを、物体との距離とする。探査波の送信時刻に関する情報は、送信制御部１２から取得する。一方、受信波の受信時刻は、受信回路１５から取得した電圧の値が所定の閾値を超えた時刻としている。

位相算出部１８が算出した位相、及び、距離算出部２０が算出した距離は、通信部１１からＥＣＵ２１へと送信される。ＥＣＵ２１の通信部２２は、取得した位相及び距離を判定部２３へ送る。判定部２３では、取得した位相と探査波の位相とを比較し、取得した位相と探査波との位相との差が予め定められた所定値以内である場合に、受信波が探査波の反射波であると判定する。また、ＥＣＵ２１は、取得した距離を用いて、周囲の物体との接近を車両の運転者に報知したり、その物体との衝突を防ぐべく制動制御を行ったりする。

以上のように構成される超音波センサ１０により、周囲の物体との距離を求めるうえで、探査波の反射波ではない混信波を、受信波として受信する場合がある。そこで、本実施形態に係る超音波センサ１０の送信制御部１２は、探査波の送信開始から所定時間経過後に、探査波の位相を変化させる制御を行う。より具体的には、探査波の送信開始の位相を１８０°とすれば、所定時間経過後に位相を反転させて０°とした探査波を送信するものとしている。なお、探査波の位相は、送信特性と称することができ、受信波の位相は受信特性と称することができる。また、受信波の位相を算出する位相算出部１８は、特性取得部と称することができる。

このように位相を反転させる制御を行う場合、反転後の位相の探査波を送信するうえで、十分な電力が必要である。ところが、上述したとおり、探査波の送信を行う場合にはコンデンサ１５２に蓄積された電力を用いているため、探査波の送信に伴いコンデンサ１５２に蓄積された電力が減少する。この場合の探査波の振幅及び位相について、図３を参照して説明する。図３で示す振幅は、振幅の包絡線を表している。図３では、時刻ｔ１１で探査波の位相が１８０°となる制御を開始し、時刻ｔ１２で探査波の位相が０°となる制御へと切り替え、時刻ｔ１３で探査波の送信を終了するものとしている。

時刻ｔ１１で圧電素子１４１へ駆動電圧の印加が開始されれば、それに伴い振幅も増加し、位相が１８０°である探査波が送信される。続く時刻ｔ１２から位相が０°である探査波を送信すべく、送信回路１３の制御が行われる。この場合には、位相が１８０°となる送信回路１３の制御が終了するのは、圧電素子１４１への通電が終了してから半周期（１／２Ｔ）後であり、位相が０°となる送信回路１３の制御が開始してから半周期（１／２Ｔ）後に圧電素子１４１への通電が開始されるため、位相が１８０°である通電と、位相が０°である通電との間隔は、１周期（Ｔ）となる。このとき、圧電素子１４１は１８０°の位相で振動しており、その振動を停止させて０°の位相での振動を行わせる必要がある。上述したとおり、コンデンサ１５２に蓄積された電力は減少しているため、０°の位相での振動が安定するまでに時間を要し、これに伴い、振幅のピークも小さくなる。

そこで、本実施形態に係る超音波センサ１０では、送信制御部１２は、探査波を送信するうえで、探査波の送信開始から所定時間経過後に、圧電素子１４１への電力の供給を行わないオフ期間を設ける。なお、本実施形態では、オフ期間の長さを、１周期の４倍としている。

この場合の探査波の振幅及び位相について、図４を参照して説明する。図４で示す振幅は、振幅の包絡線を表している。図４では、時刻ｔ２１で探査波の位相が１８０°となる制御を開始し、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３までをオフ期間とし、時刻ｔ２３で探査波の位相が０°となる制御へと切り替え、時刻ｔ２４で探査波の送信を終了するものとしている。

時刻ｔ２１で圧電素子１４１へ駆動電圧の印加が開始されれば、それに伴い振幅も増加し、位相が１８０°である探査波が送信される。続く時刻ｔ２２でオフ期間が開始されて圧電素子１４１への通電を停止すれば、振幅が小さくなるとともに、コンデンサ１５２への充電が行われる。このオフ期間の長さは、位相が１８０°となる制御の終了から４周期（４Ｔ）としているため、位相が０°である探査波の送信制御の開始は、位相が１８０°となる制御の終了から４．５周期（４．５Ｔ）後である。

このようにオフ期間を設けているため、このオフ期間でコンデンサ１５２への充電が行われる。また、このオフ期間で振幅が減衰する。これにより、図４で示すように、時刻ｔ２３から時刻ｔ２４の範囲において位相は０°近傍で安定する。また、オフ期間後の振幅のピーク値は、オフ期間前の振幅のピーク値と概ね等しくなる。

なお、本実施形態では、オフ期間の長さを探査波の周期の４倍としているが、オフ期間の長さはこれに限られない。すなわち、オフ期間の長さは、探査波の周期の第１所定倍よりも長く且つ第２所定倍よりも短く設定すればよい。この場合、第１所定倍としては、コンデンサ１５２に対して圧電素子１４１の駆動に十分な電荷が蓄積されるまでの時間に基づいて設定されればよく、第２所定倍としては、コンデンサ１５２の電荷が飽和するまでの時間に基づいて設定されればよい。すなわち、オフ期間の長さは、コンデンサ１５２の容量や、電源１３６からコンデンサ１５２へ供給される電流等により定まる。

オフ期間の長さを探査波の周期の第１所定倍よりも長くすれば、送信特性の切り替え後の探査波の送信開始時には振幅が十分に小さくなっており、且つ、コンデンサ１５２への充電時間を十分に確保することができる。また、オフ期間の長さを探査波の周期の第２所定倍よりも短くすれば、１送信機会の長さを制限することができ、受信波を受信可能な期間を十分に確保することができる。

また、送信制御部１２は、送信機会毎にオフ期間の有無を切り替えるものとしてもよい。ひとつの送受信部１４で探査波の送信及び反射波の受信を行う場合、探査波の送信中は反射波の受信を行うことができない。すなわち、１送信機会の長さが長くなるほど、受信波を受信可能な期間の始期が遅くなり、これは近距離の物体の検知ができなくなることを意味する。特に、送信特性の切り替えを行ううえでオフ期間を設けているため、１送信機会の長さがより長くなり、近距離の物体の検知がより困難になる。この点、探査波の送信機会ごとにオフ期間を設けるか否かを切り替えることにより、ある送信機会ではオフ期間を設けることで近距離の物体の検知が困難となっていても、次の送信機会ではオフ期間を設けないため、近距離の物体の検知が可能である。したがって、送信特性の切り替えを行いつつ、近距離の物体を精度よく検知することができる。

上記構成により、本実施形態に係る超音波センサは、以下の効果を奏する。

・位相の切り替え時にオフ期間を設けているため、そのオフ期間を用いてコンデンサ１５２に充電を行うことができる。したがって、位相の切り替え後の探査波を送信するうえで、圧電素子１４１に対して十分な電力の供給を行うことができ、送信特性の切り替え後の探査波の送信をより安定した状態で行うことができる。

・位相の切り替え時にオフ期間を設けているため、そのオフ期間において、圧電素子１４１における切り替え前の位相の振動が収縮に向かう。これにより、送信特性の切り替え後の探査波の送信を、より安定した状態で開始することができる。

＜第２実施形態＞
本実施形態では、物体検知システムに含まれる超音波センサの配置について具体化している。図５を参照して、物体検知システムに含まれる超音波センサの配置について説明する。

図５に示すように、車両の前方には、左側から順に、第１〜第４前方センサ３１〜３４が互いに間隔を開けて（隣り合って）設けられている。車両の後方には、左側から順に、第１〜第４後方センサ４１〜４４が互いに間隔を開けて（隣り合って）設けられている。車両の左側方には、前側から順に、第１、２左側方センサ５１，５２が間隔を開けて（隣り合って）設けられており、車両の右側方には、前側から順に、第１、２右側方センサ６１，６２が間隔を開けて設けられている。また、第１前方センサ３１と第１左側方センサ５１とは隣り合って設けられている。第４前方センサ３４と第１右側方センサ６１とは隣り合って設けられている。第１後方センサ４１と第２左側方センサ５２とは隣り合って設けられている。第４後方センサ４４と第２右側方センサ６２とは隣り合って設けられている。

第１〜第４前方センサ３１〜３４、第１左側方センサ５１、及び第１右側方センサ６１は、車両のフロントバンパに取り付けられており、第１〜第４後方センサ４１〜４４、第２左側方センサ５２、及び第２右側方センサ６２は、車両のリアバンパに取り付けられている。これら第１〜第４前方センサ３１〜３４、第１〜第４後方センサ４１〜４４、第１、２左側方センサ５１，５２、第１、２右側方センサ６１，６２の具体的な構成は、第１実施形態における超音波センサ１０と同じ構成である。すなわち、各センサ３１〜３４，４１〜４４，５１，５２，６１，６２は、共通の構成である。

図５では、位相を変化させた探査波を送信するセンサを三角で図示しており、位相を変化させない探査波を送信するセンサを丸で図示している。すなわち、第１〜第４前方センサ３１〜３４及び第１〜第４後方センサ４１〜４４は位相を変化させた探査波を送信するものとして設定されており、第１、２左側方センサ５１，５２、及び第１、２右側方センサ６１，６２は位相を変化させない探査波を送信するものとして設定されている。

以上の構成の物体検知システムにおいて、間隔を開けて隣り合うセンサどうしでは、自己で送信した探査波の反射波に加えて、他のセンサが送信した探査波の反射波も受信可能である。

以下の説明において、車両の左前方のセンサ群、すなわち、第１前方センサ３１、第２前方センサ３２、及び第１左側方センサ５１について説明する。車両の右前方のセンサ群、左後方のセンサ群、及び、右後方のセンサ群については、車両の左前方のセンサ群と同等の機能を有するもので、具体的な説明は省略する。

車両の左前方のセンサ群において、第１前方センサ３１は、自己が送信した探査波の反射波に加えて、第２前方センサ３２の探査波に基づく反射波を受信可能であり、且つ、第１左側方センサ５１の探査波に基づく反射波を受信可能である。また、第１左側方センサ５１は、自己が送信した探査波の反射波に加えて、第１前方センサ３１の探査波の反射波を受信可能である。

上述した通り、第１前方センサ３１及び第２前方センサ３２は、位相を変化させた探査波を送信するものとして設定されており、第１左側方センサ５１は位相を変化させない探査波を送信するものとして設定されている。すなわち、車両において隣り合って設けられた第１前方センサ３１と第１左側方センサ５１とは、互いに位相（送信特性）が異なる探査波を送信する。

このように探査波の位相の変化の有無が設定されているため、第２前方センサ３２、及び第１左側方センサ５１が探査波を送信した場合には、第１前方センサ３１に入射した反射波がいずれのセンサから送信された探査波に基づくものであるのか判定することができる。

また、第１前方センサ３１及び第１左側方センサ５１が探査波を送信した場合には、第１前方センサ３１に入射した反射波がいずれのセンサから送信された探査波に基づくものであるのか判定することができ、且つ、第１左側方センサ５１に入射した反射波がいずれのセンサから送信された探査波に基づくものであるのか判定することができる。

＜第３実施形態＞
本実施形態では、物体検知システム全体の構成は第２実施形態と共通しており、各センサにおける送信位相の一部を第２実施形態と異ならせている。図６を参照して、本実施形態に係る物体検知システムについて説明する。

図６では、第２実施形態と同様に、位相を変化させた探査波を送信するセンサを三角で図示しており、位相を変化させない探査波を送信するセンサを丸で図示している。すなわち、第１〜第４前方センサ３１〜３４、第２左側方センサ５２、及び第２右側方センサ６２は位相を変化させた探査波を送信するものとして設定されており、第１〜第４後方センサ４１〜４４、第１左側方センサ５１、及び第１右側方センサ６１は位相を変化させない探査波を送信するものとして設定されている。

以上のように構成される物体検知システムにおいて、第１左側方センサ５１は隣り合う第２左側方センサ５２が送信した探査波の反射波を受信可能であり、第２左側方センサ５２は隣り合う第１左側方センサ５１が送信した探査波の反射波を受信可能である。第１右側方センサ６１は隣り合う第２右側方センサ６２が送信した探査波の反射波を受信可能であり、第２右側方センサ６２は隣り合う第１右側方センサ６１が送信した探査波の反射波を受信可能である。この点、第１左側方センサ５１から送信される探査波は位相が変化されず、第２左側方センサ５２から送信される探査波は位相が変化されるため、第１左側方センサ５１、及び第２左側方センサ５２のそれぞれにおいて、受信波がいずれのセンサの探査波の反射波であるかを判定することができる。同様に、第１右側方センサ６１から送信される探査波は位相が変化されず、第２右側方センサ６２から送信される探査波は位相が変化されるため、第１右側方センサ６１、及び第２右側方センサ６２のそれぞれにおいて、受信波がいずれのセンサの探査波の反射波であるかを判定することができる。

なお、車両の左前方のセンサ群、右前方のセンサ群、左後方のセンサ群、及び、右後方のセンサ群のそれぞれにおいては、第２実施形態と同等の機能であるため、具体的な説明を省略する。

上記構成により、本実施形態に係る物体検知システムは、第１実施形態に準ずる効果を奏する。

また、左側方センサが３つ以上設けられており、それらにおいて隣り合う探査波の送信位相（送信特性）が互いに異なっていてもよい。すなわち、車両の左側方に少なくとも２つのセンサ（物体検知装置）が隣り合って設けられており、前記少なくとも２つのセンサにおいて隣り合うセンサの送信特性が互いに異なっていてもよい。右側方センサについても同様である。

＜第４実施形態＞
本実施形態では、物体検知システム全体の構成は第２実施形態と共通しており、各センサにおける送信位相の一部を第２実施形態と異ならせている。図７を参照して、本実施形態に係る物体検知システムについて説明する。

図７では、第２実施形態と同様に、位相を変化させた探査波を送信するセンサを三角で図示しており、位相を変化させない探査波を送信するセンサを丸で図示している。すなわち、第１、２前方センサ３１，３２、第３、４後方センサ４３，４４、第２左側方センサ５２、及び第１右側方センサ６１は位相を変化させた探査波を送信するものとして設定されており、第３、４前方センサ３３，３４、第１、２後方センサ４１，４２、第１左側方センサ５１、及び第２右側方センサ６２は位相を変化させない探査波を送信するものとして設定されている。

以下の説明において、車両の前方のセンサ群、すなわち、第１〜４前方センサ３１〜３４について説明する。車両の後方のセンサ群、すなわち第１〜４後方センサ４１〜４４については、車両の前方のセンサ群と同等の機能を有するもので、具体的な説明は省略する。

以上のように構成される物体検知システムにおいて、第２前方センサ３２は、自己が送信した探査波の反射波に加えて、隣り合う第１前方センサ３１の探査波に基づく反射波を受信可能であり、且つ、隣り合う第３前方センサ３３の探査波に基づく反射波を受信可能である。また、第３前方センサ３３は、自己が送信した探査波の反射波に加えて、隣り合う第２前方センサ３２の探査波の反射波を受信可能であり、且つ、隣り合う第４前方センサ３４の探査波の反射波を受信可能である。

上述した通り、第１、２前方センサ３１，３２は、位相を変化させて探査波を送信するものとして設定されており、第３、４前方センサ３３，３４は位相を変化させず探査波を送信するものとして設定されている。

このように探査波の位相の変化の有無が設定されているため、第１前方センサ３１、及び第３前方センサ３３が探査波を送信した場合には、第２前方センサ３２に入射した反射波がいずれのセンサから送信された探査波に基づくものであるのか判定することができる。同様に、第２前方センサ３２、及び第４前方センサ３４が探査波を送信した場合には、第３前方センサ３３に入射した反射波がいずれのセンサから送信された探査波に基づくものであるのか判定することができる。

また、第２前方センサ３２及び第３前方センサ３３が探査波を送信した場合には、第２前方センサ３２、第３前方センサ３３のそれぞれにおいて、入射した反射波がいずれのセンサから送信された探査波に基づくものであるのか判定することができる。

なお、車両の左前方のセンサ群、右前方のセンサ群、左後方のセンサ群、及び、右後方のセンサ群のそれぞれにおいては、第２実施形態と同等の機能であるため、具体的な説明を省略する。

上記構成により、本実施形態に係る物体検知システムは、第１実施形態に準ずる効果を奏する。

また、第１〜４前方センサ３１〜３４の全てにおいて、隣り合う探査波の送信位相（送信特性）が互いに異なっていもよい。すなわち、車両の前端部に少なくとも２つのセンサ（物体検知装置）が隣り合って設けられており、前記少なくとも２つのセンサにおいて隣り合うセンサの送信特性が互いに異なっていてもよい。車両の後端部に設けられるセンサについても同様である。

＜第５実施形態＞
本実施形態では、物体検知システム全体の構成は第２実施形態と共通しており、処理の一部を第２実施形態と異ならせている。本実施形態における処理について、図８を参照して説明する。

本実施形態では、送信位相を第２実施形態と同様に設定した第１設定（図８（ａ）に図示）と、送信位相を第２実施形態と異ならせた第２設定（図８（ｂ）に図示）とを切り替えて用いる。

第２設定では、図８（ｂ）に図示するように、第１設定において位相を変化させた探査波を送信するセンサについては、位相を変化させない探査波を送信するものとし、第１設定において位相を変化させない探査波を送信するセンサについては、位相を変化させた探査波を送信するものとしている。すなわち、第１〜第４前方センサ３１〜３４及び第１〜第４後方センサ４１〜４４は位相を変化させず探査波を送信するものとして設定されており、第１、２左側方センサ５１，５２、及び第１、２右側方センサ６１，６２は位相を変化させて探査波を送信するものとして設定されている。

第１設定と第２設定との切り替えは、所定期間ごとに行われる。この場合には、各センサでそれぞれ１回ずつ送受信制御が行われることを所定期間として設定してもよいし、各センサでそれぞれ複数回の送受信制御が行われることを所定期間として設定してもよい。

上記構成により、本実施形態に係る物体検知システムは、以下の効果を奏する。

・物体検知システムの近傍に、位相の変化の有無が共通する探査波を送信する他の超音波センサが存在する場合、他の超音波センサから送信された探査波を受信し、自己の探査波の反射波であると誤認識する可能性がある。この点、本実施形態では、位相の変化の有無を所定期間ごとに切り替えるものとしているため、位相の変化の有無を、他の超音波センサの位相の変化の有無と異なるものとすることができ、混信を抑制することができる。

＜第６実施形態＞
本実施形態では、物体検知システム全体の構成は第２実施形態と共通しており、各センサにおける送信位相の一部を第２実施形態と異ならせている。図９を参照して、本実施形態に係る物体検知システムについて説明する。

本実施形態では、いずれのセンサについても位相の変更を行うものとしており、変更後の位相を、それぞれ、第１位相、第２位相、第３位相としている。

図９では、第１位相で探査波を送信するセンサを三角で図示しており、第２位相で探査波を送信するセンサを丸で図示しており、第３位相で探査波を送信するセンサを四角で図示している。すなわち、第１〜第４前方センサ３１〜３４及び第１〜第４後方センサ４１〜４４は第１位相で探査波を送信するものとして設定されており、第１、２左側方センサ５１，５２は第３位相で探査波を送信するものとして設定されており、第１、２右側方センサ６１，６２は第２位相で探査波を送信するものとして設定されている。

このように送信周波数を設定することで、本実施形態に係る物体検知システムは、第２実施形態に係る物体検知システムが奏する効果に加えて、以下の効果を奏する。

・本実施形態と同等の構成の物体検知システムを備える車両が並走する場合、一方の車両の左側方と他方の車両の右側方とが近接することとなる。このとき、車両どうしの距離が近いほど、他の車両のセンサから送信される探査波を受信しやすくなる。本実施形態では、第１、２左側方センサ５１，５２の位相と、第１、２右側方センサ６１，６２の位相を異なるものとしているため、車両が横並びとなり、他の車両に設けられた物体検知システムの探査波を受信した場合に、判定部１０３は、受信波が、他の物体検知システムの探査波等に起因するものであると判定し、自己の距離計測には用いないものとすることができる。したがって、本実施形態と同等の構成の物体検知システムを備える車両が横並びになった場合における混信を、抑制することができる。

また、第１〜第４前方センサ３１〜３４を省略したり、第１〜第４後方センサ４１〜４４を省略したり、第１〜第４前方センサ３１〜３４及び第１〜第４後方センサ４１〜４４を省略したりしてもよい。

＜第７実施形態＞
本実施形態では、物体検知システム全体の構成は第２実施形態と共通しており、各センサにおける送信位相の一部を第２実施形態と異ならせている。図１０を参照して、本実施形態に係る物体検知システムについて説明する。

本実施形態では、第６実施形態と同様に、第１位相、第２位相及び第３位相を用いるものとしている。

図１０では、第１位相で探査波を送信するセンサを三角で図示しており、第２位相で探査波を送信するセンサを丸で図示しており、第３位相で探査波を送信するセンサを四角で図示している。すなわち、第１〜第４前方センサ３１〜３４は第２位相で探査波を送信するものとして設定されており、第１〜第４後方センサ４１〜４４は第３位相で探査波を送信するものとして設定されており、第１、２左側方センサ５１，５２及び第１、２右側方センサ６１，６２は第１位相で探査波を送信するものとして設定されている。

このように送信周波数を設定することで、本実施形態に係る物体検知システムは、第２実施形態に係る物体検知システムが奏する効果に加えて、以下の効果を奏する。

・本実施形態と同等の構成の物体検知システムを備える車両が縦並びになった場合、例えば、渋滞している道路を走行している場合、一方の車両の前端部と他方の車両の後端部とが近接することとなる。このとき、車両どうしの距離が近いほど、他の車両の物体検知システムから送信される探査波を受信しやすくなる。本実施形態では、前方センサ３１〜３４の位相と、後方センサ４１〜４４の位相とを異なるものとしているため、車両が縦並びとなり、他の車両に設けられた物体検知システムの探査波を受信した場合に、判定部１０３は、受信波が、他の物体検知システムの探査波等に起因するものであると判定し、自己の距離計測には用いないものとすることができる。したがって、本実施形態と同等の構成の物体検知システムを備える車両が縦並びになった場合における混信を、抑制することができる。

＜第８実施形態＞
本実施形態では、物体検知システム全体の構成は第２実施形態と共通しており、各センサにおける送信位相の一部を第２実施形態と異ならせている。図１１を参照して、本実施形態に係る物体検知システムについて説明する。

本実施形態では、第６、７実施形態と同様に、第１位相、第２位相及び第３位相を用いるものとしている。

図１１では、第１位相で探査波を送信するセンサを三角で図示しており、第２位相で探査波を送信するセンサを丸で図示しており、第３位相で探査波を送信するセンサを四角で図示している。すなわち、第１前方センサ３１、第４前方センサ３４、第１後方センサ４１、第４後方センサ４４は第１位相で探査波を送信するものとして設定されており、第３前方センサ３３、第２後方センサ４２、第１左側方センサ５１、第２右側方センサ６２は第２位相で探査波を送信するものとして設定されており、第２前方センサ３２、第３後方センサ４３、第２左側方センサ５２、第１右側方センサ６１は第３位相で探査波を送信するものとしている。

このように位相を設定することで、いずれのセンサにおいても、自己の送信位相及び両隣の位相がいずれも異なるものとなる。したがって、いずれかのセンサ及びその両隣のセンサから探査波を送信した場合においても、受信波がいずれのセンサの探査波の反射波であるかを判定することができる。これは、仮にすべてのセンサから探査波をほぼ同時に送信したとしても、各センサにおいて受信波がいずれのセンサの探査波の反射波であるかを判定できることを意味している。

なお、図１２に示すように、第１前方センサ３１、第３前方センサ３３、第１右側方センサ６１、第２後方センサ４２、第４後方センサ４４、第２左側方センサ５２は第１位相（送信特性）で探査波を送信するものとして設定されており、第２前方センサ３２、第４前方センサ３４、第１後方センサ４１、第３後方センサ４３、第１左側方センサ５１、第２右側方センサ６２は第２位相（送信特性）で探査波を送信するものとして設定されていてもよい。その構成において、第２前方センサ３２、第３前方センサ３３、第２後方センサ４２、第３後方センサ４３を省略したり、第１左側方センサ５１、第２左側方センサ５２、第１右側方センサ６１、第２右側方センサ６２を省略したりしてもよい。すなわち、車両の外周縁部に少なくとも８つのセンサ（物体検知装置）が隣り合って設けられており、前記少なくとも８つのセンサにおいて隣り合うセンサの送信特性が互いに異なっていてもよい。

＜第９実施形態＞
本実施形態では、物体検知システム全体の構成は第２実施形態と共通しており、処理の一部を第２実施形態と異ならせている。本実施形態における処理について、図１３を参照して説明する。

本実施形態では、第１設定（図１３（ａ）に図示）と、第２設定（図１３（ｂ）に図示）とを切り替えて用いる。

第１設定では、図１３（ａ）に図示するように、第２前方センサ３２、第３後方センサ４３、第２左側方センサ５２、及び第１右側方センサ６１は第１位相で探査波を送信するものとして設定されており、第３前方センサ３３、第２後方センサ４２、第１左側方センサ５１、及び第２右側方センサ６２は第２位相で探査波を送信するものとして設定されている。破線で示した第１前方センサ３１、第４前方センサ３４、第１後方センサ４１、第４後方センサ４４は探査波を送信しない。

第２設定では、図１３（ｂ）に図示するように、第１設定において探査波を送信するセンサについては探査波を送信しないものとし、第１設定において探査波を送信しないセンサについては探査波を送信するものとしている。すなわち、第４前方センサ３４及び第１後方センサ４１は第１位相で探査波を送信するものとして設定されており、第１前方センサ３１及び第４後方センサ４４は第２位相で探査波を送信するものとして設定されている。破線で示した第２前方センサ３２、第３前方センサ３３、第２後方センサ４２、第３後方センサ４３、第１左側方センサ５１、第２左側方センサ５２、第１右側方センサ６１、及び第２右側方センサ６２は探査波を送信しない。

第１設定と第２設定との切り替えは、所定期間ごとに行われる。この場合には、各センサでそれぞれ１回ずつ送受信制御が行われることを所定期間として設定してもよいし、各センサでそれぞれ複数回の送受信制御が行われることを所定期間として設定してもよい。

上記構成により、本実施形態に係る物体検知システムは、以下の効果を奏する。

・例えば、車両の左前方のセンサ群では、互いに送信特性が異なる第２前方センサ３２及び第１左側方センサ５１が間隔を開けて設けられている。このため、第１前方センサ３１が取得した受信特性に基づいて、その受信波が第２前方センサ３２及び第１左側方センサ５１のうちいずれの送信特性の探査波の反射波であるかを判定することができる。なお、車両の右前方のセンサ群、左後方のセンサ群、及び右後方のセンサ群でも同様である。

・送信周波数を所定期間ごとに切り替えるものとしているため、探査波の送信周波数を、他の超音波センサの探査波の送信周波数と異なるものとすることができ、混信を抑制することができる。

・第１実施形態に準ずる効果を奏する。

＜第１０実施形態＞
本実施形態では、物体検知システム全体の構成は第２実施形態と共通しており、処理の一部を第２実施形態と異ならせている。本実施形態における処理について、図１４を参照して説明する。

本実施形態では、第１設定（図１４（ａ）に図示）と、第２設定（図１４（ｂ）に図示）とを切り替えて用いる。

第１設定では、図１４（ａ）に図示するように、第９実施形態の図１３（ａ）と同様の設定にしている。

第２設定では、図１４（ｂ）に図示するように、第９実施形態の図１３（ｂ）と同様の設定に加えて、第１右側方センサ６１は第２位相で探査波を送信するものとして設定されており、第２右側方センサ６２は第１位相で探査波を送信するものとして設定されている。すなわち、第１左側方センサ５１、第２左側方センサ５２、第１右側方センサ６１、及び第２右側方センサ６２は、常に探査を送信している。

上記構成により、本実施形態に係る物体検知システムは、第９実施形態に準ずる効果を奏する。さらに、第１左側方センサ５１、第２左側方センサ５２、第１右側方センサ６１、及び第２右側方センサ６２は、常に探査を送信しているため、側方の物体を常に検知することができる。

＜第１１実施形態＞
本実施形態では、物体検知システム全体の構成は第２実施形態と共通しており、処理の一部を第２実施形態と異ならせている。本実施形態における処理について、図１５を参照して説明する。

本実施形態では、第１設定（図１５（ａ）に図示）と、第２設定（図１５（ｂ）に図示）とを切り替えて用いる。

第１設定では、図１５（ａ）に図示するように、第１前方センサ３１、第４後方センサ４４、第２左側方センサ５２、及び第１右側方センサ６１は第１位相で探査波を送信するものとして設定されており、第３前方センサ３３、第２後方センサ４２は第２位相で探査波を送信するものとして設定されている。破線で示した第２前方センサ３２、第４前方センサ３４、第１後方センサ４１、第３後方センサ４３、第１左側方センサ５１、及び第２右側方センサ６２は探査波を送信しない。

第２設定では、図１５（ｂ）に図示するように、第１設定において探査波を送信するセンサについては探査波を送信しないものとし、第１設定において探査波を送信しないセンサについては探査波を送信するものとしている。すなわち、第２前方センサ３２及び第２右側方センサ６２は第１位相で探査波を送信するものとして設定されており、第４前方センサ３４及び第１左側方センサ５１は第２位相で探査波を送信するものとして設定されている。破線で示した第１前方センサ３１、第３前方センサ３３、第２後方センサ４２、第４後方センサ４４、第２左側方センサ５２、及び第１右側方センサ６１は探査波を送信しない。

第１設定と第２設定との切り替えは、所定期間ごとに行われる。この場合には、各センサでそれぞれ１回ずつ送受信制御が行われることを所定期間として設定してもよいし、各センサでそれぞれ複数回の送受信制御が行われることを所定期間として設定してもよい。

上記構成により、本実施形態に係る物体検知システムは、以下の効果を奏する。

・例えば、車両の前側のセンサ群では、互いに送信特性が異なる第２前方センサ３２及び第１左側方センサ５１が間隔を開けて設けられている。このため、第１前方センサ３１が取得した受信特性に基づいて、その受信波が第２前方センサ３２及び第１左側方センサ５１のうちいずれの送信特性の探査波の反射波であるかを判定することができる。第３前方センサ３３が取得した受信特性に基づいて、その受信波が第２前方センサ３２及び第４前方センサ３４のうちいずれの送信特性の探査波の反射波であるかを判定することができる。なお、車両の後側のセンサ群でも同様である。

・送信位相を所定期間ごとに切り替えるものとしているため、探査波の送信位相を、他の超音波センサの探査波の送信位相と異なるものとすることができ、混信を抑制することができる。

・第１実施形態に準ずる効果を奏する。

＜第１２実施形態＞
本実施形態では、物体検知システム全体の構成は第２実施形態と共通しており、処理の一部を第２実施形態と異ならせている。本実施形態における処理について、図１６を参照して説明する。

本実施形態では、第１設定（図１６（ａ）に図示）と、第２設定（図１６（ｂ）に図示）とを切り替えて用いる。

第１設定では、図１６（ａ）に図示するように、第１１実施形態の図１５（ａ）と同様の設定に加えて、第１左側方センサ５１及び第２右側方センサ６２は第２位相で探査波を送信するものとして設定されている。

第２設定では、図１６（ｂ）に図示するように、第１１実施形態の図１５（ｂ）と同様の設定に加えて、第２左側方センサ５２及び第１右側方センサ６１は第１位相で探査波を送信するものとして設定されている。すなわち、第１左側方センサ５１、第２左側方センサ５２、第１右側方センサ６１、及び第２右側方センサ６２は、常に探査を送信している。

上記構成により、本実施形態に係る物体検知システムは、第１１実施形態に準ずる効果を奏する。さらに、第１左側方センサ５１、第２左側方センサ５２、第１右側方センサ６１、及び第２右側方センサ６２は、常に探査を送信しているため、側方の物体を常に検知することができる。

＜変形例＞
・各実施形態において、探査波の位相を切り替えるものとしたが、探査波の位相を切り替える代わりに、探査波の周波数を切り替えるものとしてもよい。この場合、探査波の周波数についても、位相と同様に送信特性、受信特性と称することができる。

・各実施形態において、探査波の位相を切り替えるものとしたが、探査波の位相を切り替えず、オフ期間を設けるものとしてもよい。この場合には、オフ期間を設けることで、振幅の包絡線のピークが複数生ずることとなる。振幅の包絡線のピークが複数生ずれば、反射波の振幅の包絡線についても複数のピークが生ずることとなるため、受信波が探査波の反射波であるか否かを判定することができる。なお、振幅の包絡線のピークの数についても、位相と同様に送信特性、受信特性と称することができる。

・実施形態では、オフ期間の長さを周期の所定数倍とした。この点、オフ期間の長さを探査波の振幅が第１所定値を下回るまでの時間よりも長く、且つ、探査波の振幅が第１所定値よりも小さい第２所定値を下回るまでの時間よりも短くしてもよい。探査波の振幅が第１所定値を下回るまでの時間よりも長くすれば、送信特性の切り替え後の探査波の送信開始時には振幅が十分に小さくなっており、且つ、コンデンサへの充電時間を十分に確保することができる。オフ期間の長さを探査波の振幅が第２所定値を下回るまでの時間よりも短くすれば１送信機会の長さを制限することができ、受信波を受信可能な期間を十分に確保することができる。

・第２〜第５実施形態では、位相を変化させた探査波を送信するセンサと、位相の変化を行わず探査波を送信するセンサとを用いることで、受信波の区別を行うものとした。この点、いずれのセンサにおいても位相の変更を行い、且つ、変更後の位相として互いに異なる第１位相、第２位相を用いることにより区別を行うものとしてもよい。

・第６〜第８実施形態では、いずれのセンサにおいても位相の変更を行い、且つ、変更後の位相として互いに異なる第１〜第３位相を用いることにより区別を行うものとした。この点、変更後の位相として第１位相、第２位相を送信するものに加え、位相を変更しないセンサを用いることにより、区別を行うものとしてもよい。

１０…超音波センサ、１２…送信制御部、１３…送信回路、１４…送受信部、１８…位相算出部、２３…判定部、１０３…判定部、１３７…コンデンサ、１４１…圧電素子。

Claims (17)

1. 所定の送信機会毎に探査波を送信する超音波センサ（１０）であって、
   圧電素子（１４１）を有し、その圧電素子へ電力が供給されることで共振して前記探査波の送信を行う送信部（１４）と、
   前記圧電素子へ電力を供給する送信回路（１３）と、
   １送信機会において、前記送信回路を駆動して前記送信部から前記探査波を送信させ、前記探査波の送信開始から所定時間経過後に、位相、周波数、周期及び振幅の少なくともひとつを含む送信特性を切り替えて前記送信回路を駆動する送信制御部（１２）と、を備え、
   前記送信制御部は、前記送信特性の切り替え時に、前記送信回路から前記圧電素子への電力の供給を中断するオフ期間を設ける、超音波センサ。
2. 前記送信回路は、コンデンサ（１３７）を有し、そのコンデンサに蓄積された電力を前記圧電素子へ供給する、請求項１に記載の超音波センサ。
3. 前記オフ期間の長さは、前記探査波の周期の第１所定倍よりも長く、且つ、前記探査波の周期の第２所定倍よりも短い、請求項１又は２に記載の超音波センサ。
4. 前記第１所定倍は４倍である、請求項３に記載の超音波センサ。
5. 前記オフ期間の長さは、前記探査波の振幅が第１所定値を下回るまでの時間よりも長く、且つ、前記探査波の振幅が前記第１所定値よりも小さい第２所定値を下回るまでの時間よりも短い、請求項１又は２に記載の超音波センサ。
6. 前記送信制御部は、送信機会毎に前記オフ期間の有無を切り替える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の超音波センサ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の超音波センサを複数備える物体検知システムであって、
   前記送信部は、さらに、前記探査波の反射波を含む受信波を受信する送受信部として機能し、
   前記受信波の位相、周波数、周期及び振幅の少なくともひとつを含む受信特性を取得する特性取得部（１８）と、
   前記受信波がいずれの超音波センサから送信された探査波の反射波であるかを判定する判定部（２３）と、を備える、物体検知システム。
8. 少なくともひとつの前記超音波センサは、自己が送信した探査波の反射波である直接波と、他の前記超音波センサが送信した探査波の反射波である間接波とを受信可能に配置されており、
   自己が送信する探査波の前記送信特性と他の前記超音波センサが送信する探査波の前記送信特性とは異なっており、
   前記判定部は、前記受信特性に基づいて、前記超音波センサが受信した受信波が前記直接波及び前記間接波のいずれであるかを判定する、請求項７に記載の物体検知システム。
9. 少なくともひとつの前記超音波センサは、互いに前記送信特性が異なる他の複数の前記超音波センサが送信した探査波の反射波である間接波を受信可能に配置されており、
   前記判定部は、前記受信特性に基づいて、前記超音波センサが受信した受信波がいずれの前記超音波センサの間接波であるかを判定する、請求項７又は８に記載の物体検知システム。
10. 前記超音波センサは、前記送信特性を所定期間ごとに切り替える、請求項７〜９のいずれか１項に記載の物体検知システム。
11. 車両に搭載され、
    前記車両の右側方に設けられる前記超音波センサ（５１，５２）の前記送信特性と、前記車両の左側方に設けられる前記超音波センサ（６１，６２）の前記送信特性とが異なる、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の物体検知システム。
12. 車両に搭載され、
    前記車両の前端部に設けられる前記超音波センサ（３１〜３４）の前記送信特性と、前記車両の後端部に設けられる前記超音波センサ（４１〜４４）の前記送信特性とが互いに異なる、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の物体検知システム。
13. 車両に搭載され、
    前記車両において隣り合って設けられ、互いに前記送信特性が異なる前記超音波センサ（３１〜３４，５１，６１，４１〜４４，５２，６２）を含む、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の物体検知システム。
14. 前記車両の前端部に少なくとも２つの前記超音波センサ（３１〜３４）が隣り合って設けられており、前記少なくとも２つの前記超音波センサにおいて隣り合う前記超音波センサの前記送信特性が互いに異なり、
    前記車両の後端部に少なくとも２つの前記超音波センサ（４１〜４４）が隣り合って設けられており、前記少なくとも２つの前記超音波センサにおいて隣り合う前記超音波センサの前記送信特性が互いに異なる、請求項１３に記載の物体検知システム。
15. 前記車両の左側方に少なくとも２つの前記超音波センサ（５１，５２）が隣り合って設けられており、前記少なくとも２つの前記超音波センサにおいて隣り合う前記超音波センサの前記送信特性が互いに異なり、
    前記車両の右側方に少なくとも２つの前記超音波センサ（６１，６２）が隣り合って設けられており、前記少なくとも２つの前記超音波センサにおいて隣り合う前記超音波センサの前記送信特性が互いに異なる、請求項１３又は１４に記載の物体検知システム。
16. 前記車両の外周縁部に少なくとも８つの前記超音波センサ（３１〜３４，４１〜４４、５１，５２，６１，６２）が隣り合って設けられており、前記少なくとも８つの前記超音波センサにおいて隣り合う前記超音波センサの前記送信特性が互いに異なる、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の物体検知システム。
17. 車両に搭載され、
    前記車両において間隔を開けて複数設けられ、互いに前記送信特性が異なる前記超音波センサ（３１〜３４，５１，６１，４１〜４４，５２，６２）を含む、請求項７〜１０のいずれか１項に記載の物体検知システム。

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