JP2020098157A - 物体検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】物体の判定精度を向上させることができる物体検知装置を提供する。【解決手段】物体検知装置（１）は、駆動信号を生成する信号生成部（２０）と、入力された駆動信号に応じて探査波としての超音波を送信する送信部（１０）と、超音波を受信して受信信号を生成する受信部（５０）と、受信信号に基づいて物体の検知判定を行う判定部（７０）と、を備える。駆動信号は、少なくとも２つの周波数を有し、判定部（７０）は、受信信号から少なくとも２つの周波数に対応する少なくとも２つの振幅を抽出し、該少なくとも２つの振幅の間の関係に基づいて判定を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波の送受信により物体を検知する物体検知装置に関する。

この種の装置として、輪止め等の低い障害物と壁等の高い障害物とを判別することができるようにしたものが知られている（例えば特許文献１等参照）。特許文献１に記載の装置は、送受信機と、ピーク値検出部と、差分算出部と、対象物判定部とを備えている。

送受信機は、車両の所定高さの位置にて、外部に向けて配設されている。送受信機は、所定期間毎に探査波を繰り返し送信する送信手段と、検出エリア方向から入射する探査波の検出対象物による反射波を受信する受信手段とを備えている。ピーク値検出部は、送受信機の受信手段が受信した反射波のピーク値を検出するとともに、検出されたピーク値を記憶する。差分算出部は、車両の検出対象物へ接近する移動に伴い、ピーク値検出手段により検出されるピーク値の差分を算出する。

対象物判定部は、差分算出部により算出されるピーク値の差分の値が「負」の値である場合、検出対象物の種類が「路面付近障害物」であると判定する。「路面付近障害物」とは、路面付近に存在する障害物である。また、対象物判定部は、かかる差分の値が「正」の値である場合、検出対象物の種類が「その他の障害物」であると判定する。「その他の障害物」とは、路面付近よりも高い位置に存在する障害物である。

かかる構成を有する特許文献１に記載の装置においては、送受信機の送信手段は、所定期間毎に探査波を送信する。受信手段は、検出エリア方向から入射する反射波を受信する。ピーク値検出部は、受信手段が受信した反射波のピーク値を検出して、これを記憶する。差分算出部は、車両が検出対象物に接近する移動に伴い変化するピーク値の差分を算出する。そして、対象物判定部は、算出された差分の値が「負」の値である場合には、検出対象物の種類が路面付近障害物であると判定する。一方、対象物判定部は、算出された差分の値が「正」の値である場合には、検出対象物の種類がその他の障害物であると判定する。

特開２０１０−１９７３５１号公報

この種の装置において、物体の判定精度を、よりいっそう向上することが求められている。具体的には、例えば、車載の物体検知装置の場合を想定する。この場合、路面からの突出高さが比較的大きい、壁等の物体は、車体に接触する可能性が高い。このため、かかる物体は、障害物として適切に認識する必要がある。これに対し、路面からの突出高さが充分小さい、輪止め等の物体は、車体に接触する可能性がきわめて低い。このため、かかる物体は、実質的に障害物とは評価されない。天井から僅かに下方に突出する梁等も同様である。したがって、車載の物体検知装置の場合、車体に接触する可能性が高く障害物となる物体と他の物体とを、精度よく判別することが求められる。

本発明は、上記点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、物体の判定精度を向上させることができる物体検知装置を提供することを目的とする。

物体検知装置（１）は、駆動信号を生成する信号生成部（２０）と、入力された駆動信号に応じて探査波としての超音波を送信する送信部（１０）と、超音波を受信して受信信号を生成する受信部（５０）と、受信信号に基づいて物体の検知判定を行う判定部（７０）と、を備える。請求項１に記載の物体検知装置において、駆動信号は、少なくとも２つの周波数を有する。判定部は、受信信号から少なくとも２つの周波数に対応する少なくとも２つの振幅を抽出し、該少なくとも２つの振幅の間の関係に基づいて判定を行う。

超音波は周波数によって指向性が変化する。このため、指向性の異なる少なくとも２種類の超音波のそれぞれにおける、物体による反射波の受信信号の振幅は、指向性に対応する指向範囲と物体との位置関係によって変化する。具体的には、例えば、指向性の広い超音波の指向範囲内ではあるが、指向性の狭い超音波の指向範囲の外に物体が存在する場合がある。この場合、指向性の広い超音波の反射波と、指向性の狭い超音波の反射波とで、受信信号における振幅に大きな違いが生じる。これに対し、指向性の広い超音波の指向範囲と、指向性の狭い超音波の指向範囲とが重複する領域に物体が存在する場合がある。この場合、指向性の広い超音波の反射波と、指向性の狭い超音波の反射波とで、受信信号における振幅に大きな違いは生じない。

したがって、上記構成を有する物体検知装置は、少なくとも２つの周波数を有する超音波を探査波として送信し、受信信号から周波数ごとに振幅を抽出し、該少なくとも２つの振幅間の関係に基づいて物体の検知判定を行う。具体的には、例えば、判定部は、抽出された少なくとも２つの振幅を比較する。これにより、物体の検知判定を精度よく行うことが可能になる。具体的には、障害物となる物体と他の物体との識別を良好な精度で行うことが可能となる。例えば、車体に接触する可能性のある物体と他の物体とを判別することができる。また、複数の周波数に対応する受信信号における振幅に基づいて物体の検知判定を行うことで、空気揺らぎ等による振幅レベルの変化の影響を緩和することができる。したがって、上記構成によれば、物体の判定精度を、従来よりもよりいっそう向上させることができる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の、単なる一例を示すものである。よって、本発明は、上記の参照符号の記載によって、何ら限定されるものではない。

第１実施形態にかかる物体検知装置の構成を示す図である。 送受信子の指向性を示す図である。 送受信子の指向性を示す図である。 物体の位置と垂直方位との関係を説明するための図である。 駆動信号の振幅および周波数を示す図である。 探査波が届く範囲を示す図である。 指向性の広い探査波を送信したときの反射波の振幅を示す図である。 指向性の狭い探査波を送信したときの反射波の振幅を示す図である。 送受信子からの水平距離と垂直方位との関係を示す図である。 送受信子からの水平距離と振幅比との関係を示す図である。 判定の基準値と検知範囲とを示す図である。 受信処理のフローチャートである。 解析範囲および振幅の抽出方法について説明するための図である。 送受信子からの直線距離と振幅レベルの減衰量との関係を示す図である。 周波数差が小さいときの振幅レベルの差を示す図である。 周波数差が大きいときの振幅レベルの差を示す図である。 送受信子の周波数特性を示す図である。 送受信子の周波数特性を示す図である。 物体の送受信子からの直線距離と振幅比との関係を示す図である。 第２実施形態における検知範囲を示す図である。 第３実施形態にかかる物体検知装置の構成を示す図である。 送受信子の温度特性を示す図である。 温度と振幅比との関係を示す図である。 温度による距離減衰の変化を示す図である。 第４実施形態における周波数分離部と信号判定部の構成を示す図である。 第５実施形態にかかる物体検知装置の構成を示す図である。 ＦＦＴ解析の結果を示す図である。 ドップラーシフトがあるときのＦＦＴ解析の結果を示す図である。 第６実施形態にかかる物体検知装置の構成を示す図である。 第６実施形態における解析範囲の設定方法について説明するための図である。 他の実施形態にかかる物体検知装置の構成を示す図である。 他の実施形態における駆動信号を示す図である。 他の実施形態における駆動信号を示す図である。 他の実施形態における駆動信号を示す図である。 他の実施形態における駆動信号を示す図である。 図３５の駆動信号を用いた場合のＦＦＴ解析の結果を示す図である。 他の実施形態における駆動信号を示す図である。 他の実施形態における駆動信号を示す図である。 他の実施形態における駆動信号を示す図である。 図３９の駆動信号を用いた場合のＦＦＴ解析の結果を示す図である。 他の実施形態における駆動信号を示す図である。 図４１の駆動信号を用いた場合のＦＦＴ解析の結果を示す図である。 探査波が壁で反射した場合の伝播経路を示す図である。 ２つの反射波が重なって受信された場合の受信波の振幅を示す図である。 ２つの反射波が間隔を空けて受信された場合の受信波の振幅を示す図である。 経路による伝播距離差を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態の物体検知装置１は、送信部１０と、信号生成部２０と、送受信子３０と、制御部４０と、受信部５０と、周波数分離部６０と、信号判定部７０とを備えている。物体検知装置１は、超音波ソナー装置であって、車両に搭載されて、車両の外部の物体を検知するものである。

送信部１０は、超音波を探査波として送信するものである。送信部１０には信号生成部２０の出力信号が入力されるようになっており、送信部１０は信号生成部２０から入力された駆動信号に応じて探査波を送信する。駆動信号は、送受信子３０を駆動するための電気信号であって、探査波の周波数に対応する周波数を有している。

具体的には、信号生成部２０は、駆動信号として、超音波帯域の周波数を有するパルス信号を生成する。図１に示すように、送信部１０は、送受信子３０と送信回路１１とで構成されている。信号生成部２０が生成した駆動信号は送信回路１１に入力される。送信回路１１は、入力された駆動信号に昇圧等の処理を施し、これにより生成された信号を出力する。送信回路１１の出力信号は、送受信子３０に入力される。すると、送受信子３０は、入力された信号に応じて、車両の外側に向けて探査波を送信する。送受信子３０は、例えば、駆動信号により駆動されることで励振される電気機械変換素子（例えば圧電素子等）を備えるマイクロホンで構成される。

信号生成部２０には、制御部４０から、送信指示、駆動信号の設定情報、等が送信される。制御部４０、信号判定部７０等は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等を備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムに従って各種演算等の処理を実行する。ＲＯＭ等にはＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能な不揮発性メモリも含まれる。ＲＯＭおよびＲＡＭは、非遷移的実体的記憶媒体である。

受信部５０は、超音波を受信し、受信波の音圧に応じて受信信号を生成するものである。受信部５０が生成した受信信号は、周波数分離部６０で処理された後に信号判定部７０に入力されて、信号判定部７０における物体の検出処理に用いられる。

具体的には、受信部５０は、送受信子３０と、受信回路５１とで構成されている。送受信子３０は、受信波の音圧に応じた電圧を出力するようになっており、受信回路５１は送受信子３０の出力電圧に増幅等の処理を施すことで受信信号を生成し、出力する。受信回路５１が生成した受信信号は、周波数分離部６０に入力される。周波数分離部６０は、受信信号にフィルタリング等の処理を施し、これにより生成された信号を出力する。信号判定部７０は、受信信号に基づいて物体の検知判定を行うものである。信号判定部７０の判定結果は、制御部４０に送信される。

このような構成の物体検知装置１では、例えば次のように物体検知処理が行われる。すなわち、制御部４０から信号生成部２０に送信指示が出されると、信号生成部２０によって駆動信号が生成され、送信部１０は駆動信号に応じて探査波を送信する。探査波が車両の外部の物体で反射すると、受信部５０が反射波を受信して受信信号を生成する。信号判定部７０は、受信信号に基づいて物体を検出し、探査波が送信されてから反射波を受信するまでの時間すなわちＴＯＦに基づいて、物体との距離を測定し、検出結果等を制御部４０に送信する。ＴＯＦはTime of Flightの略である。

このようにＴＯＦに基づいて物体を検出する方法では、探査波を反射した物体と車両との直線距離が測定されるのみであるため、物体の正確な位置を調べることが困難である。例えば、検出された物体が、車体に衝突する可能性のある壁等の障害物であるか、車体に衝突する可能性の少ない、低い段差等であるかの判定が困難である。これについて、筆頭発明者を含む本発明の複数人の発明者は、超音波である探査波の周波数と指向性との関係に着目し、障害物となる物体と他の物体との識別を可能にする構成を考案した。

まず、探査波の周波数と指向性との関係について説明する。マイクロホン等で構成される送受信子３０は、例えば図２あるいは図３に示すように、垂直方位および水平方位が大きくなるにつれて探査波の振幅レベルが小さくなる指向性特性を持っている。なお、図２および図３では、方位が０°のときの振幅レベルを破線で示している。また、図４において、「路面段差」は、輪止め等の、通路の路面からの突出高さが充分小さい段差を指す。また、「天井段差」は、通路の天井から僅かに下方に突出する梁等の、天井からの突出高さが充分小さい段差を指す。これらは、車体に衝突する可能性のある「障害物」として認識あるいは検知する必要性の低い物体である。

垂直方位は、図４に示すように、送受信子３０を通る水平面と、送受信子３０と物体とを結ぶ直線との角度で定められている。送受信子３０の正面から反射波を返す物体、例えば、送受信子３０の正面にある壁等の物体の垂直方位は０°とされている。送受信子３０とは異なる高さにある路面の段差、および、通路の天井にある梁等の段差については、これらの垂直方位は、０°よりも大きくなる。

送受信子３０から水平面に平行な方向に進む探査波に比べて、送受信子３０とは異なる高さに向かって進む探査波の振幅レベルは小さい。したがって、送受信子３０の正面に位置する物体からの反射波の振幅レベルに比べて、送受信子３０とは異なる高さにある物体からの反射波の振幅レベルは小さくなる。

指向性特性は、送受信子３０の送信面の大きさ、送信波の波長、送信面の振動モード、等により変わることが知られている。すなわち、送信面の大きさを一定とすると、送信信号の周波数を変えることにより、指向性を変えることができる。振動モードが同じである場合、一般的には、周波数が高いほど、指向性は狭くなる。周波数差が小さいと、振動モードは同じである場合が多い。これに対し、周波数差が大きいと、振動モードが変わる場合がある。この場合、周波数の高低と指向性の狭広との関係は逆転することがある。

具体的には、送受信子３０の構成によっては、例えば図２に示すように、周波数ｆ_Ｈの指向性に比べて、ｆ_Ｈよりも低い周波数ｆ_Ｌの指向性が広くなる。また、送受信子３０の構成によっては、例えば図３に示すように、周波数ｆ_Ｈの指向性に比べて、周波数ｆ_Ｌの指向性が狭くなる。

そして、垂直方位が大きいほど、周波数の違いによる指向性の差が大きくなり、垂直方位が小さいほど、周波数の違いによる指向性の差が小さくなる。すなわち、物体の垂直方位が大きいほど、周波数の違いによる反射波の振幅レベルの差が大きくなり、物体の垂直方位が小さいほど、周波数の違いによる反射波の振幅レベルの差が小さくなる。

車両に取り付けられたソナーによる、車載型の物体検知装置１の場合、垂直側の指向性が狭くなる一方で水平側の指向性は広くなるように設定されている。この場合、図２および図３に示されているように、周波数の違いによる指向性の違いは、垂直方向に表れ、水平方向では違いは小さい。

つぎに、障害物となる物体と他の物体との識別を可能にする構成について説明する。本実施形態の信号生成部２０は、少なくとも２つの周波数を有する駆動信号を生成する。具体的には、信号生成部２０は、例えば、図５に示すように、周波数ｆ_Ｈの信号と周波数ｆ_Ｌの信号とを間欠的に生成する。

また、図１に示すように、本実施形態の周波数分離部６０は、ＢＰＦ６１ａ、６１ｂと、振幅生成部６２ａ、６２ｂとを備えている。ＢＰＦはバンドパスフィルタを指す。ＢＰＦ６１ａ、６１ｂは、所定の周波数帯域の信号を通過させ、他の周波数帯域の信号を遮断するものである。ＢＰＦ６１ａ、６１ｂの帯域は、制御部４０からの入力信号によって設定され、ＢＰＦ６１ａ、６１ｂの通過周波数帯域の中心周波数は、それぞれ、ｆ_Ｌ、ｆ_Ｈとされている。受信回路５１が生成した受信信号のうち、ＢＰＦ６１ａ、６１ｂを通過した信号が、振幅生成部６２ａ、６２ｂに入力される。

振幅生成部６２ａ、６２ｂは、入力された信号の振幅値を算出する。振幅値は、例えば、以下に列挙した値のうちのいずれかが用いられ得る。入力信号のゼロｔｏピークの測定値、入力信号のピークｔｏピークの測定値、入力信号の実効値、入力信号をエンベロープ処理した値、入力信号を平均パワーへ変換した値。

このようにして、２つの周波数ｆ_Ｌ、ｆ_Ｈに対応する２つの振幅が受信信号から抽出される。周波数ｆ_Ｌ、ｆ_Ｈに対応する振幅をそれぞれＡ_Ｌ、Ａ_Ｈとする。

また、本実施形態の信号判定部７０は、周波数分離部６０が抽出した振幅Ａ_Ｌと振幅Ａ_Ｈとの間の関係に基づいて、物体の検知判定を行う。具体的には、例えば、信号判定部７０は、振幅Ａ_Ｌと振幅Ａ_Ｈとの比較に基づいて、検出された物体が所定の検知範囲にあるか否かを判定する。「所定の検知範囲」とは、送受信子３０の指向軸を中心として、所定の高さおよび幅を有する領域である。「指向軸」は、送受信子３０からの直線距離を変化させたときの、探査波強度が最高となる点の軌跡と略一致する直線である。「指向軸」は、典型的には、送受信子３０の中心軸と略一致する。また、「所定の高さおよび幅」は、送受信子３０からの直線距離に応じて変化し得る。「所定の検知範囲」の、指向軸と直交する仮想平面による断面形状は、典型的には円形である。

前述したことから明らかなように、本実施形態の構成において、探査波の周波数の違いに伴う、反射波の受信信号の振幅レベルの違いの発生態様は、物体の垂直方位によって変化する。例えば、送受信子３０が図２に示す特性を有する場合には、周波数の違いに伴う指向性の違いによって、図６に示すように探査波がよく届く範囲が変化する。なお、図６において、領域Ｒ１は、指向性が広い低周波数ｆ_Ｌの探査波がよく届く範囲を示している。また、領域Ｒ２は、指向性が狭い高周波数ｆ_Ｈの探査波がよく届く範囲を示している。すなわち、指向性の広い探査波は、送受信子３０の正面の壁等の他、路面および通路の天井によく届く。これに対し、指向性の狭い探査波は、送受信子３０の正面の壁等には届くが、路面や通路の天井には届きにくい。

そのため、指向性の広い探査波を送信した場合には、図７に示すように、送受信子３０の正面の壁からの反射波と、路面の段差等からの反射波との間で、振幅に大きな違いは生じない。一方、指向性の狭い探査波を送信した場合には、図８に示すように、送受信子３０の正面の壁からの反射波と、路面の段差等からの反射波との間で、振幅に大きな違いが生じる。具体的には、送受信子３０の正面の壁からの反射波に比べて、路面の段差等からの反射波の振幅が、格段に小さくなる。

本実施形態の信号判定部７０は、このことを利用して、検出された物体が検知範囲にあるか否かを判定する。具体的には、図１に示すように、信号判定部７０は振幅比判定部７１を備えており、信号判定部７０は、振幅Ａ_Ｌと振幅Ａ_Ｈとの比に基づいて判定を行う。

振幅比判定部７１は、例えば、振幅比としてＡｒ＝Ａ_Ｈ／Ａ_Ｌを算出し、次のように判定を行う。すなわち、例えば、図２に示すように、周波数ｆ_Ｌについての指向性が周波数ｆ_Ｈについての指向性よりも広い特性を、送受信子３０が有する場合を想定する。この場合には、振幅比判定部７１は、振幅比Ａｒが所定の基準値以上であるときに、物体が検知範囲の中にあると判定する。そして、振幅比判定部７１は、振幅比Ａｒが基準値よりも小さいときに、物体が検知範囲の外にあると判定する。

また、図３に示すように、周波数ｆ_Ｌについての指向性が周波数ｆ_Ｈについての指向性よりも狭い特性を、送受信子３０が有する場合を想定する。この場合には、振幅比判定部７１は、振幅比Ａｒが基準値以下であるときに、物体が検知範囲の中にあると判定する。そして、振幅比判定部７１は、振幅比Ａｒが基準値よりも大きいときに、物体が検知範囲の外にあると判定する。

振幅比判定部７１は、振幅比としてＡｒ＝Ａ_Ｌ／Ａ_Ｈを算出し、次のように判定を行ってもよい。すなわち、送受信子３０が図２に示す特性を有する場合には、振幅比判定部７１は、振幅比Ａｒが基準値以下であるときに、物体が検知範囲の中にあると判定する。また、振幅比判定部７１は、振幅比Ａｒが基準値よりも大きいときに、物体が検知範囲の外にあると判定する。一方、送受信子３０が図３に示す特性を有する場合には、振幅比判定部７１は、振幅比Ａｒが基準値以上であるときに、物体が検知範囲の中にあると判定する。また、振幅比判定部７１は、振幅比Ａｒが基準値よりも小さいときに、物体が検知範囲の外にあると判定する。

なお、振幅比としてＡＲ＝Ｋ×ｌｏｇ（Ａ_Ｈ／Ａ_Ｌ）＝Ｋ×ｌｏｇ（Ａ_Ｈ）−Ｋ×ｌｏｇ（Ａ_Ｌ）を用いてもよい。振幅比ＡＲは、対数振幅比ＡＲとも称され得る。定数Ｋは、典型的には２０である。定数Ｋが２０である場合、対数振幅比ＡＲは、デシベル差とも称され得る。すなわち、「振幅比」は、２つの振幅同士の算術的な除算値には限定されず、デシベル差をも含む概念である。

図１０は、送受信子３０からの水平距離と振幅比との関係を、壁と路面段差との双方について示す。図中、破線は壁の場合の理論値すなわち計算値を示し、一点鎖線は路面段差の場合の理論値を示す。

図９に示すように、路面段差および天井段差の垂直方位は、送受信子３０からの水平距離が短いほど大きい。そのため、図１０に示すように、送受信子３０の正面の壁からの反射波についての振幅比は、送受信子３０からの水平距離によらずほぼ一定である。これに対し、路面等からの反射波についての振幅比は、送受信子３０からの水平距離が短いほど小さくなる。

このことを考慮して、振幅比Ａｒと比較する基準値は、例えば図１１に示すように、送受信子３０からの直線距離が短いほど小さくなるように設定される。なお、物体の送受信子３０からの直線距離Ｌは、音速をｃとして、Ｌ＝ｃ×ＴＯＦ／２で求められる。そして、送受信子３０が図２に示す特性を有する場合には、振幅比ＡｒすなわちＡ_Ｈ／Ａ_Ｌが所定の基準値以上であるときに、物体が検知範囲の中にあると判定される。一方、振幅比Ａｒが基準値よりも小さいときに、物体が検知範囲の外にあると判定される。

なお、図１１において、破線は、Ａ_Ｈ＝Ａ_Ｌのときの振幅比を示している。また、図１１に示す残響範囲は、探査波の送信による送受信子３０の残響が検出される範囲である。ＴＯＦから測定した直線距離が所定値よりも短い場合には、信号判定部７０は、受信信号が残響によるものと判定し、物体の検知判定を行わない。

本実施形態では、このような構成で図１２に示す受信処理を行うことにより、障害物となる物体と他の物体とを識別する。これにより、不要な衝突回避動作等が行われることを抑制することが可能となる。

すなわち、受信部５０が生成する受信信号の振幅が所定の振幅閾値よりも大きくなると、ステップＳ１にて、周波数分離部６０によって受信信号が２つの周波数ｆ_Ｌ、ｆ_Ｈに対応する周波数成分に分離される。また、分離された２つの周波数ｆ_Ｌ、ｆ_Ｈに対応する周波数成分のそれぞれにおける振幅Ａ_Ｌ、Ａ_Ｈが抽出される。

所定の時間範囲を解析範囲として、周波数分離部６０および信号判定部７０は、受信信号のうち解析範囲に含まれる部分から振幅Ａ_Ｌ、Ａ_Ｈの抽出および判定を行う。解析範囲は、例えば図１３に示すように、受信信号の振幅が振幅閾値を超えた時刻を基準として設定される。また、解析範囲を、受信信号の振幅がピークをとる時刻、あるいは、受信信号の立ち上がり開始時刻を基準として設定してもよい。また、解析範囲を、基準とされた時刻から一定時間としてもよいし、基準とされた時刻の前後の一定時間としてもよい。解析範囲の基準時刻を、受信信号の振幅ではなく、受信信号の立ち上がり開始時刻等の所定時刻とすることで、判定精度がよりいっそう向上し得る。

図１３に示すように、周波数分離部６０では、ＢＰＦ６１ａを通過した受信信号の振幅波形のうち解析範囲に含まれる部分から、振幅生成部６２ａによって、周波数ｆ_Ｌに対応する振幅Ａ_Ｌが抽出される。また、ＢＰＦ６１ｂを通過した受信信号の振幅波形のうち解析範囲に含まれる部分から、振幅生成部６２ｂによって、周波数ｆ_Ｈに対応する振幅Ａ_Ｈが抽出される。

ステップＳ１の後、ステップＳ２では、振幅比判定部７１によって振幅比Ａｒが算出される。そして、ステップＳ３では、前述したように振幅比Ａｒと基準値との比較が行われる。振幅比Ａｒと基準値との比較の結果、物体が検知範囲内にあると判定されると、ステップＳ４にて、信号判定部７０は、ステップＳ１で抽出された振幅Ａ_Ｌ、Ａ_Ｈと振幅閾値とを比較する。信号判定部７０は、振幅Ａ_Ｌ、Ａ_Ｈが振幅閾値以上であると判定すると、ステップＳ５にて制御部４０に反射波情報を送信して、受信処理を終了する。反射波情報として、例えば、反射波に含まれる周波数のパターン、ＴＯＦ、波高値等が送信される。制御部４０は、送信された反射波情報に応じて、衝突回避動作等を行う。

ステップＳ３にて物体が検知範囲の外にあると判定されたとき、または、ステップＳ４にて振幅Ａ_Ｌ、Ａ_Ｈが振幅閾値未満であると判定されたときには、ステップＳ５が実行されずに受信処理が終了する。すなわち、振幅比Ａｒと基準値との比較結果、または、受信信号の振幅と振幅閾値との比較結果によって、物体が検知範囲の外にあると判定された場合には、衝突回避動作等が行われずに、受信処理が終了する。

以上説明したように、本実施形態の物体検知装置１は、は、２つの周波数を有する探査波を送信し、受信信号から周波数ごとに振幅を抽出し、抽出した２つの振幅間の関係に基づいて物体の検知判定を行う。具体的には、例えば、信号判定部７０は、抽出された少なくとも２つの振幅を比較する。これにより、車体に接触する可能性のある物体と他の物体とを判別することができる。

超音波は、空気中を伝播中に、風および温度ムラ等による空気の揺らぎの影響を受けることで、振幅が変動する。この振幅の変動量は、同じ伝播経路を同じ時刻に伝播した超音波に対しては同じように作用する。一方、互いに周波数の異なる２つの超音波の発信開始からこれらの同じ物体による反射波の受信終了までの時間は、空気の揺らぎの変化速度に対して極めて短い。このため、互いに周波数の異なる２つの超音波の発信は、空気の揺らぎの変化速度に対しては、ほぼ同じタイミングであるものと取り扱うことが可能である。反射波の受信についても同様である。よって、ほぼ同じタイミングで送信され同じ物体から反射してきた２つ周波数の超音波における、反射波が受けた振幅変動量は、ほぼ同じとなる。したがって、２つの周波数の反射波について、振幅の比を取ることにより、空気の揺らぎの影響をキャンセルすることができる。

以上の定性的な説明に対して、以下、理論式を用いた検証を試みる。距離ｒ［ｍ］での音圧ｐ［Ｐａ］は、下記の式（１）で示される。下記式（１）中、Ｅ_０は減衰がない場合のエネルギ密度［Ｊ／ｍ^３］である。ｃは超音波が伝播する媒質中の音速［ｍ／ｓ］である。ρは媒質の密度［ｋｇ／ｍ^３］である。Ｄ（θ）は指向性利得である。θは方位角である。方位角θは、物体と送受信子３０とを結ぶ仮想直線と指向軸とのなす角である。βは減衰定数である。

Ｅ_０＝ｐ_０ ^２／（ρｃ^２）であり、ｐ_０は距離ｒ＝０のときの音圧である。減衰定数βは周波数によって変化する。

距離ｒで反射率Ｒの物体から反射してきた超音波である反射波の音圧は、下記の式（２）で示される。下記式（２）の前提として、説明の簡略化のため、送信と受信とで指向性利得が同一であるものとしている。

周波数ｆ_Ｌの場合、上記式（２）は下記式（３）の通りとなり、周波数ｆ_Ｈの場合、上記式（２）は下記式（４）の通りとなる。

実際の装置使用環境においては、温度および空気密度が変動するため、ρおよびｃの値は時間経過とともに変動する。しかしながら、上述したように、同一の物体検知装置１における、２つの周波数ｆ_Ｌ、ｆ_Ｈの送受信は、ほぼ同じタイミングであると評価できる。このため、上記式（３）と上記式（４）とで、ｒ，ρ，ｃ，およびＲは同じであるとみなすことができる。

よって、上記式（３）の右辺を上記式（４）の右辺で除算すると、ｒ，ρ，ｃ，およびＲが消える。すなわち、上記式（３）および上記式（４）から下記式（５）が得られる。また、下記式（５）から下記式（６）が得られる。

マイク感度すなわち送受信子３０の感度をＭ_ｒ［Ｖ／Ｐａ］とすると、振幅すなわち受信電圧Ｖ_ｒは、マイク感度Ｍ_ｒと音圧ｐとの積で示される。すなわち、Ｖ_ｒ＝Ｍ_ｒｐである。以上のことから、下記式（７）が得られる。

上記式（７）において、ｐ_０Ｌは周波数ｆ_Ｌの超音波の送信音圧であり、ｐ_０Ｈは周波数ｆ_Ｈの超音波の送信音圧である。上記の通り、受信電圧の比を示す上記式（７）には、ｐ_０Ｌ／ｐ_０ＨとＭ_ｒＬ／Ｍ_ｒＨとＤ_Ｌ（θ）／Ｄ_Ｈ（θ）とｅｘｐ{２ｒ（−β_Ｌ＋β_Ｈ）}とが残る。ｐ_０Ｌ／ｐ_０Ｈは送信音圧比と称される。Ｍ_ｒＬ／Ｍ_ｒＨはマイク感度比と称される。Ｄ_Ｌ（θ）／Ｄ_Ｈ（θ）は指向性利得比と称される。ｅｘｐ{２ｒ（−β_Ｌ＋β_Ｈ）}は周波数減衰量比と称される。

送信音圧比およびマイク感度比は、物体検知装置１の構造と周波数とが決まれば固定となる。このため、標準条件での測定により送信音圧比およびマイク感度比を算出することで、上記式（７）における送信音圧およびマイク感度の影響を打ち消すことができる。

周波数減衰量比は、周波数の違いによる減衰量の違いである。周波数減衰量比は、周波数差が小さければ無視できる。すなわち、周波数減衰量比は１となる。一方、周波数減衰量比が無視できない程度に周波数差がある場合は、実測あるいは理論的に補正値を算出することが可能である。かかる補正値をｋとすると、上記式（７）から下記式（８）が得られる。

このように、２つの周波数に対応する２つの振幅を比較する方法では、空気揺らぎ等による振幅レベルの変化の影響を緩和し、物体の判定精度を向上させることができる。

図１４は、送受信子３０からの直線距離と振幅レベルの減衰量との関係を示す。図中、「ｆ_Ｌ」は周波数ｆ_Ｌにおける振幅すなわち受信電圧Ｖ_ｒＬを示す。また、「ｆ_Ｈ」は周波数ｆ_Ｈにおける振幅すなわち受信電圧Ｖ_ｒＨを示す。図１４に示すように、反射波の振幅は物体との距離が大きいほど減衰が大きく、また減衰量は周波数が高いほど大きくなる。これに対して、本実施形態のように振幅比を用いる方法では、距離によって発生する減衰量の影響を低減し、物体の判定精度を向上させることができる。

周波数の違いにより発生する距離に応じて発生する減衰量の差は、周波数から理論的に導くこともできる。信号判定部７０において、ＴＯＦから算出された物体との直線距離に応じて、振幅の比較に用いる基準値を理論的に求めた減衰量差で補正することで、周波数の差が大きく減衰量の差が大きいときにも、判定精度を向上させることができる。また、信号判定部７０において、２つの振幅を該直線距離に応じて補正した後に比較することでも、同様に判定精度を向上させることができる。図１４に示すような距離減衰特性は、実測または理論式によって求めることができ、基準値や振幅の補正量は、この距離減衰特性に基づいて設定することができる。

なお、図１５、図１６に示すように、周波数ｆ_Ｌとｆ_Ｈとの差が大きいほど、指向性の差が大きくなるため、反射波の振幅レベルの差が大きくなり、物体が検知範囲にあるか否かの判定精度が向上する。しかしながら、周波数ｆ_Ｌ、ｆ_Ｈが送受信子３０の共振帯域から外れると、探査波の振幅および受信感度が低下して、長距離検知性能が低下する。したがって、検知性能を維持しつつ判定精度を向上させるためには、これら２つの周波数のうちの一方を共振周波数よりも高く設定し、他方を共振周波数よりも低く設定することが望ましい。さらには、送受信子３０の共振帯域の上限値と下限値とをそれぞれｆ_Ｈ、ｆ_Ｌとして選定することがより望ましい。

例えば、送受信子３０の共振周波数をｆ_０とし、ｆ_０を中心周波数として、中心周波数±３％の範囲を共振帯域とする場合には、中心周波数＋３％をｆ_Ｈとし、中心周波数−３％をｆ_Ｌとすることが望ましい。

また、本実施形態のように周波数ｆ_Ｈの探査波と周波数ｆ_Ｌの探査波とを間欠的に送信する場合には、２つの探査波の間隔が長いと、空気揺らぎ等による振幅Ａ_Ｈ、Ａ_Ｌの変動量に差が生じやすい。そのため、２つの探査波の間隔を短くすることが望ましい。

また、長距離検知性能は、２つの周波数の探査波のうち振幅が小さい方がボトルネックとなって決まる。そのため、送受信子３０の正面にある物体からの反射波の振幅が、図１７に示すように周波数ｆ_Ｌとｆ_Ｈとで等しくなるように、２つの周波数を設定することが望ましい。

例えば、送受信子３０の正面において、周波数ｆ_Ｌ、ｆ_Ｈに対応する探査波の振幅レベルが等しくなるように、または、送受信子３０の正面に位置する物体からの反射波の振幅レベルが等しくなるように駆動信号を生成することが望ましい。なお、ここでの振幅レベルが等しいことには、振幅レベルが完全に等しいことだけでなく、振幅レベルが略等しいことも含まれる。

送受信子３０の正面に位置する物体からの反射波の振幅レベルが異なる場合、例えば振幅比をＡＲ＝２０ｌｏｇ（Ａ_Ｈ／Ａ_Ｌ）として、ＡＲ≠０となる場合には、この振幅比ＡＲに基づいて計測結果の振幅比を補正すればよい。あるいは、振幅比の判定に用いる基準値を振幅比ＡＲだけオフセットすればよい。

また、高い周波数ｆ_Ｈの超音波は、低い周波数ｆ_Ｌの超音波よりも距離減衰が大きいので、長距離検知の場合には、図１８に示すように、周波数ｆ_Ｈの探査波の振幅が周波数ｆ_Ｌの探査波の振幅より大きくなるように、周波数ｆ_Ｌ、ｆ_Ｈを選定してもよい。

また、物体の高さを判定する性能を重視する場合には、指向性の差が最大となるように周波数ｆ_Ｌ、ｆ_Ｈを選定することが望ましい。ただし、周波数ｆ_Ｌ、ｆ_Ｈが送受信子３０の帯域から外れると長距離検知性能が低下するため、この場合にも送受信子３０の帯域に含まれるように周波数ｆ_Ｌ、ｆ_Ｈを選定することが望ましい。

このように、本実施形態の物体検知装置１は、互いに周波数が異なることで互いに指向性が異なる、少なくとも２つの周波数を有する駆動信号を用いる。そして、かかる物体検知装置１は、少なくとも２つの周波数に対応する少なくとも２つの振幅を抽出し、これら少なくとも２つの振幅間の関係に基づいて物体の検知判定を行う。これにより、障害物となる物体と他の物体との識別を良好な精度で行うことが可能となる。また、複数の周波数に対応する受信信号における振幅に基づいて物体の検知判定を行うことで、空気揺らぎ等による振幅レベルの変化の影響を緩和することができる。したがって、かかる構成によれば、物体の検知判定を、従来よりも精度よく行うことが可能になる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して物体の判定方法を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態の信号判定部７０は、送受信子３０の搭載高さを基準に検知範囲を設定し、次のようにして物体の判定を行う。すなわち、信号判定部７０には、図１９に示すような、振幅比と、物体の送受信子３０からの直線距離との関係を示すマップが記憶されている。なお、図１９では、送受信子３０の搭載高さが０．５ｍの場合について示しており、高さ０．５ｍの物体からの反射波については、ｒ＝１、すなわち、Ｒ＝０となる。

振幅比と直線距離との関係は、実測等によって調べられる。そして、信号判定部７０は、振幅比判定部７１が算出した振幅比と、ＴＯＦから算出された直線距離Ｌとに基づいて、図１９に示すマップから物体の高さｈ_０を求める。

図２０に示すように、検知範囲は、送受信子３０の搭載高さをｈ_Ｓとして、高さｈ_Ｓを基準に設定されている。そして、信号判定部７０は、検知範囲の下限の高さをｈ_ｄとして、高さｈ_０と高さｈ_ｄとを比較し、ｈ_０≧ｈ_ｄのときには、物体が検知範囲の中にあると判定し、ｈ_０＜ｈ_ｄのときには、物体が検知範囲の外にあると判定する。

このようにして物体の判定を行う本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して温度計測部を追加したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図２１に示すように、本実施形態の物体検知装置１は、温度計測部８０を備えている。温度計測部８０は、環境温度を計測するように配置されており、温度計測部８０が計測した環境温度は、制御部４０を介して信号判定部７０に送信される。そして、信号判定部７０は、振幅Ａ_Ｌ、Ａ_Ｈの比較に用いる基準値を環境温度に応じて補正する。あるいは、信号判定部７０は、振幅Ａ_Ｌ、Ａ_Ｈを環境温度に応じて補正した後に比較する。

送受信子３０の共振周波数および共振帯域は温度によって変化し、例えば図２２に示すように、温度が低いほど共振周波数が高くなり、温度が高いほど共振周波数が低くなる。このような特性の変化により、図２３に示すように振幅比が変化するため、物体の判定精度が低下するおそれがある。

これに対して、環境温度に応じて基準値等を補正することにより、温度変化の影響を低減し、物体の判定精度を向上させることができる。

なお、第１実施形態で説明したように反射波の振幅は距離によって減衰するが、この距離減衰は、探査波の周波数の他、図２４に示すように温度によっても変化する。そして、温度変化による距離減衰の変動量は、周波数によって差がある。本実施形態のように温度計測部８０を備えた構成では、環境温度に基づいて反射波の距離減衰の周波数による差を補正することにより、判定精度を向上させることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して周波数分離部６０の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図２５に示すように、本実施形態の周波数分離部６０は、ＢＰＦ６１ａ、６１ｂの他に、４つのＢＰＦを備えている。４つのＢＰＦをそれぞれＢＰＦ６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ、６１ｆとする。

本実施形態では、信号判定部７０がドップラーシフト検出部７２を備えており、ドップラーシフト検出部７２は、検出された物体の位置の履歴、受信信号の周波数解析結果、車速等に基づいて、探査波に対する反射波のドップラーシフト量の範囲を推定する。そして、ＢＰＦ６１ｃ〜６１ｆの帯域は、推定されたドップラーシフト量の範囲を考慮して設定される。

具体的には、ドップラーシフト量の範囲を±ｆ_{ＳＨＩＦＴ}として、ＢＰＦ６１ｃは、帯域の中心周波数がＢＰＦ６１ａよりもｆ_{ＳＨＩＦＴ}だけ低くされており、ＢＰＦ６１ｄは、帯域の中心周波数がＢＰＦ６１ａよりもｆ_{ＳＨＩＦＴ}だけ高くされている。また、ＢＰＦ６１ｅは、帯域の中心周波数がＢＰＦ６１ｂよりもｆ_{ＳＨＩＦＴ}だけ低くされており、ＢＰＦ６１ｆは、帯域の中心周波数がＢＰＦ６１ｂよりもｆ_{ＳＨＩＦＴ}だけ高くされている。

そして、振幅生成部６２ａ、６２ｂと同様に、ＢＰＦ６１ｃ〜６１ｆに対応して振幅生成部６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ、６２ｆが配置されており、振幅生成部６２ｃ〜６２ｆによって、ＢＰＦ６１ｃ〜６１ｆを通過した受信信号から振幅が抽出される。振幅比判定部７１は、現在のドップラーシフト量の推定値に基づいて、振幅生成部６２ａ〜６２ｆが抽出した振幅から２つを選択し、振幅比を算出する。

このような構成により、探査波に対する反射波のドップラーシフトの影響による判定精度の低下を抑制することができる。

なお、本実施形態では周波数分離部６０にＢＰＦを追加しているが、他の方法でドップラーシフトに対応してもよい。

例えば、受信信号を周波数分離部６０に入力するとともに図示しないバッファに格納しておき、周波数分離部６０の出力信号からドップラーシフトが検出された場合に、ＢＰＦ６１ａ、６１ｂの帯域の中心周波数をドップラーシフト量ｆ_{ＳＨＩＦＴ}の分だけ変化させた後に、バッファ内の受信信号を周波数分離部６０で処理してもよい。

また、探査波の送信前に、車速等からドップラーシフト量ｆ_{ＳＨＩＦＴ}を推定し、ＢＰＦ６１ａ、６１ｂの帯域の中心周波数を、推定されたドップラーシフト量ｆ_{ＳＨＩＦＴ}の分だけ変化させておいてもよい。

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して周波数分離部６０の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図２６に示すように、本実施形態の周波数分離部６０は、ＦＦＴ回路６３を備えている。ＦＦＴは高速フーリエ変換の略である。ＦＦＴ回路６３は、受信回路５１が生成した受信信号に対してＦＦＴ解析を行い、受信信号から周波数ｆ_Ｌ、ｆ_Ｈに対応する成分の振幅Ａ_Ｌ、Ａ_Ｈを抽出するものである。ＦＦＴ解析の時間窓としては、第１実施形態と同様に設定された解析範囲が用いられる。ＦＦＴ回路６３は、ＦＦＴ解析によって抽出した振幅Ａ_Ｌ、Ａ_Ｈを信号判定部７０に出力する。

ＦＦＴ解析によって振幅Ａ_Ｌ、Ａ_Ｈを抽出する本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

なお、本実施形態では、ドップラーシフトがない場合、ＦＦＴ解析により図２７に示すように周波数ごとの振幅が抽出される。これに対して、例えば車両が物体に近づいて反射波の周波数が増加した場合には、図２８に示すように、周波数ｆ_Ｌに対応する反射波は、周波数が送受信子３０の帯域の中心に近づくため、振幅が増加する。一方、周波数ｆ_Ｈに対応する反射波は、送受信子３０の帯域の中心から遠ざかるため、振幅が減少する。なお、図２８において、ｆ_Ｌ’、ｆ_Ｈ’は、周波数ｆ_Ｌ、ｆ_Ｈにドップラーシフト量が加わったものである。

このような振幅の変化と、送受信子３０の周波数特性から、ドップラーシフト量を検出し、ドップラーシフト量に基づいて振幅比または振幅と比較する基準値を補正することにより、ドップラーシフトの影響による判定精度の低下を抑制することができる。

また、車速や、所定回数前からの計測結果の履歴においてドップラーシフトが検出されている回数等から、ドップラーシフトが発生することが計測開始前に予想される場合がある。このような場合には、ドップラーシフト量に応じて駆動信号の周波数を補正することにより、反射波の振幅の減衰を抑制してもよい。これにより、判定精度の低下を抑制するとともに、長距離性能の低下を抑制することができる。

なお、ＦＦＴ解析の時間窓をＴ_Ｗとすると、周波数ステップサイズｆ_Ｓｔｅｐは、ｆ_Ｓｔｅｐ＝１／Ｔ_Ｗとなる。ドップラーシフトに対応して周波数を補正する場合には、補正する周波数精度に対して、ｆ_Ｓｔｅｐが十分に小さくなるようにＴ_Ｗを設定することが望ましい。

（第６実施形態）
第６実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して反射波を識別するための構成を追加したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図２９に示すように、本実施形態の物体検知装置１は、ＢＰＦ９０を備えており、受信回路５１が生成した受信信号は、周波数分離部６０およびＢＰＦ９０に入力される。

信号判定部７０は、振幅比判定部７１に加えて振幅判定部７３、周波数判定部７４を備えており、ＢＰＦ９０を通過した受信信号は、振幅判定部７３、周波数判定部７４に入力される。振幅判定部７３、周波数判定部７４は、駆動信号と受信信号との比較によって、送受信子３０が送信した探査波の反射波と、他の車両等から送信された超音波とを識別するものである。

振幅判定部７３は、受信信号の振幅が所定の閾値以上であるか否かを判定する。振幅判定部７３によって受信信号の振幅が閾値以上であると判定されると、周波数判定部７４は、受信信号の周波数に基づいて、受信波を識別する。

具体的には、周波数判定部７４は、駆動信号と受信信号とのミキシングを行って、受信信号から位相差情報を抽出し、駆動信号の周波数と抽出した位相差情報とに基づいて、受信波の周波数を算出し、周波数波形を生成する。そして、周波数判定部７４は、生成した周波数波形と駆動信号の周波数波形との残差平方和を算出し、残差平方和が所定の閾値未満である場合に、受信波が送受信子３０から送信された探査波の反射波であると判定する。一方、残差平方和が閾値以上である場合には、周波数判定部７４は、受信波が送受信子３０から送信された探査波の反射波でないと判定する。

信号判定部７０は、周波数判定部７４によって、受信波が探査波の反射波であると判定された場合に、物体の検知判定を行う。このように、受信波を識別して検知判定を行うことにより、物体の判定精度をさらに向上させることができる。

駆動信号と受信信号の周波数を比較する場合には、図３０に示すように、受信信号の周波数から駆動信号と同じパターンが検出された時刻を基準として、解析範囲を設定してもよい。なお、図３０では、破線で囲まれた部分において駆動信号と同じパターンが検出されており、このパターンが検出された時刻の前後の一定時間が解析範囲とされている。このように解析範囲を設定することで、物体の判定精度が向上する。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

例えば、図３１に示すように、物体検知装置１が送信子３１、受信子３２を備え、送信子３１と送信回路１１とで送信部１０が構成され、受信子３２と受信回路５１とで受信部５０が構成されていてもよい。

また、上記第１実施形態とは異なる駆動信号を用いてもよい。例えば、図３４に示すように、周波数ｆ_Ｈの信号と周波数ｆ_Ｌの信号が連続的に含まれるように駆動信号を生成してもよい。この場合に、周波数ｆ_Ｈの駆動信号を先に生成してもよいし、周波数ｆ_Ｌの駆動信号を先に生成してもよい。また、周波数ｆ_Ｈ、ｆ_Ｌの駆動信号を交互に生成してもよいし、一方の周波数の駆動信号を２回以上連続して生成してもよい。また、周波数によって信号長が異なっていてもよい。

また、図３２のように駆動信号を生成する場合、２つの周波数を有する駆動信号を、図３３に示すように連続的に生成してもよいし、図３４に示すように間欠的に生成してもよい。

また、図３５に示すように周波数が掃引されるチャープ信号を含むように駆動信号を生成してもよい。この場合、ＦＦＴ解析の結果は例えば図３６に示すようになる。図３５では時間の経過とともに周波数が減少する下りチャープ信号を示しているが、時間の経過とともに周波数が増加する上りチャープ信号を用いてもよい。チャープ信号を用いる場合には、送受信子３０の帯域の上限と下限のうち一方から他方まで周波数を掃引し、一方の周波数と他方の周波数を判定に用いる周波数として選択することで、指向性の差が大きくなり、物体の判定精度が向上する。なお、探査波の振幅の低下を許容できる場合には、送受信子３０の帯域の外の周波数を用いてもよい。また、図３５では周波数が線形に変化しているが、周波数が非線形に変化してもよい。

また、図３７に示すように、上りチャープ信号と下りチャープ信号が交互に連なるように駆動信号を生成してもよい。また、図３８に示すように、一方のチャープ信号を生成した後に、間を空けて他方のチャープ信号を生成してもよい。また、上りチャープ信号と下りチャープ信号を交互に生成してもよいし、これらのうち一方のみを２回以上連続して生成してもよい。

送受信子３０の入力信号に対する追従性が高く、かつ、帯域が広い場合には、駆動信号として、ブロードバンドに周波数成分を含む信号、例えば、図３９〜図４４に示すようなホワイトノイズ信号やインパルス信号を用いることができる。また、図５、図３２〜図３８に示す駆動信号に、ホワイトノイズ信号やインパルス信号をミックスしてもよい。また、駆動信号として、２つの周波数を互いに干渉するようにミックスした信号を用いてもよい。

また、上記第１〜第７実施形態、および、図３２〜図３４に示す例において、３つ以上の周波数を組み合わせて駆動信号を生成し、受信信号から３つ以上の周波数に対応する振幅を抽出して比較してもよい。３つ以上の周波数を用いる場合にも、駆動信号を連続的に生成してもよいし、間欠的に生成してもよい。また、図３５〜図４２に示す例において、受信信号から３つ以上の周波数に対応する振幅を抽出して比較してもよい。

なお、空気ゆらぎ等の環境要因による振幅の変動の影響を低減するためには、駆動信号を連続的に生成することが望ましい。一方、図４３に示すように壁のような物体に向かって探査波を送信すると、送受信子３０の正面部分からの反射波と、壁の根元部分からの反射波が生じ、駆動信号の信号長が長いと、図４４に示すように２つの反射波が重なって、判定精度が低下するおそれがある。これに対して、駆動信号を間欠的に生成し、信号長を短くすることによって、図４５に示すように２つの反射波が別々に受信されるようになり、反射波の重なりによる判定精度の低下を抑制することができる。なお、図４６に示すように、送受信子３０からの水平距離が近いほど、２つの反射波の伝播距離の差は大きくなる。そして、送受信子３０の搭載高さが高いほど、この伝播距離の差が大きくなるため、送受信子３０の搭載高さを高くすることによっても、反射波の重なりを抑制することができる。

また、上記第４、第５実施形態では、ドップラーシフト量に基づいて、駆動信号の周波数、物体検知の判定に用いる周波数成分、振幅の比較に用いる基準値を設定したが、送信部１０の速度に基づいてこれらを設定してもよい。

制御部４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等を備えた周知のマイクロコンピュータに限定されない。すなわち、制御部４０は、上記のような動作を可能に構成されたデジタル回路、例えばゲートアレイ等のＡＳＩＣであってもよい。ＡＳＩＣはAPPLICATION SPECIFIC INTEGRATED CIRCUITの略である。信号判定部７０等についても同様である。

信号判定部７０は、検出された物体が所定の検知範囲にあるか否かを判定するものに限定されない。すなわち、例えば、信号判定部７０は、検出された物体の垂直方位を特定するようになっていてもよい。あるいは、信号判定部７０は、検出された物体の垂直方位を特定するとともに、当該物体が所定の検知範囲にあるか否かを判定するようになっていてもよい。

上記の各機能構成および方法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つあるいは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、上記の各機能構成および方法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、上記の各機能構成および方法は、一つあるいは複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサおよびメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１ 物体検知装置
１０ 送信部
２０ 信号生成部
５０ 受信部
７０ 判定部

Claims (12)

1. 駆動信号を生成する信号生成部（２０）と、
   入力された前記駆動信号に応じて超音波を探査波として送信する送信部（１０）と、
   超音波を受信して受信信号を生成する受信部（５０）と、
   前記受信信号に基づいて物体の検知判定を行う判定部（７０）と、を備える物体検知装置（１）であって、
   前記駆動信号は、少なくとも２つの周波数を有し、
   前記判定部は、前記受信信号から前記少なくとも２つの周波数に対応する少なくとも２つの振幅を抽出し、該少なくとも２つの振幅の間の関係に基づいて判定を行う物体検知装置。
2. 前記信号生成部は、前記駆動信号を間欠的に生成する請求項１に記載の物体検知装置。
3. 前記信号生成部は、前記少なくとも２つの周波数の信号が連続的に含まれるように前記駆動信号を生成する請求項１または２に記載の物体検知装置。
4. 前記判定部は、前記少なくとも２つの振幅の比に基づいて判定を行う請求項１ないし３のいずれか１つに記載の物体検知装置。
5. 前記２つの周波数をそれぞれｆ_Ｌ、ｆ_Ｈとし、
   前記周波数ｆ_Ｌ、ｆ_Ｈに対応する前記２つの振幅をそれぞれＡ_Ｌ、Ａ_Ｈとして、
   前記判定部は、
   前記送信部および前記受信部の前記周波数ｆ_Ｌについての指向性が、前記周波数ｆ_Ｈについての指向性よりも広い場合には、Ａ_Ｈ／Ａ_Ｌが基準値よりも小さいとき、または、Ａ_Ｌ／Ａ_Ｈが基準値よりも大きいときに、物体が所定の検知範囲の外にあると判定し、
   前記送信部および前記受信部の前記周波数ｆ_Ｌについての指向性が、前記周波数ｆ_Ｈについての指向性よりも狭い場合には、Ａ_Ｈ／Ａ_Ｌが基準値よりも大きいとき、または、Ａ_Ｌ／Ａ_Ｈが基準値よりも小さいときに、物体が前記検知範囲の外にあると判定する請求項４に記載の物体検知装置。
6. 前記判定部は、前記受信信号のうち所定の時間範囲に含まれる部分から、前記２つの周波数に対応する成分の振幅を抽出し、
   該時間範囲は、前記駆動信号に含まれるパターンが前記受信信号から検出された時刻を基準として設定される請求項１ないし５のいずれか１つに記載の物体検知装置。
7. 前記判定部は、超音波の伝播時間から算出された物体との距離に応じて振幅の比較に用いる基準値を補正するか、または、前記２つの振幅を該距離に応じて補正した後に比較する請求項１ないし６のいずれか１つに記載の物体検知装置。
8. 前記判定部は、前記２つの振幅の比較に用いる基準値を環境温度に応じて補正するか、または、前記２つの振幅を環境温度に応じて補正した後に比較する請求項１ないし７のいずれか１つに記載の物体検知装置。
9. 前記判定部は、前記送信部の速度、または、前記探査波に対する受信波のドップラーシフト量に基づいて、前記駆動信号の周波数、判定に用いる周波数成分、または、振幅の比較に用いる基準値を設定する請求項１ないし８のいずれか１つに記載の物体検知装置。
10. 前記送信部および前記受信部の共振周波数をｆ_０として、
    前記２つの周波数のうち一方は前記共振周波数ｆ_０よりも高くされており、他方は前記共振周波数ｆ_０よりも低くされている請求項１ないし９のいずれか１つに記載の物体検知装置。
11. 前記判定部は、前記受信信号のうち所定の時間範囲に含まれる部分から、前記２つの周波数に対応する成分の振幅を抽出し、
    該時間範囲は、前記受信信号の振幅が所定の振幅閾値を超えた時刻、前記受信信号の振幅がピークをとる時刻、または前記受信信号の立ち上がり開始時刻を基準として設定される請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の物体検知装置。
12. 前記信号生成部は、前記送信部の正面において、前記２つの周波数に対応する前記探査波の振幅レベルが等しくなるように、または、前記送信部の正面に位置する物体からの反射波の振幅レベルが等しくなるように前記駆動信号を生成する請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の物体検知装置。

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