JP2022154533A - 物体検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】物体の突出量の誤判定を抑制することができる物体検知装置を提供する。【解決手段】搬送波の送受信によって物体を検知する物体検知装置であって、波長が１ｍｍ以上の搬送波を探査波として送信するとともに、搬送波を受信して、受信結果に応じた受信信号を出力する送受信部４と、受信信号に基づいて、送受信部４と物体との距離である検知距離を算出する距離算出部６１と、探査波の波長、送受信部４の位置、および検知距離に基づいて、検知対象面からの物体の突出量の検知上限に対応する閾値を決定し、受信信号の強度と閾値とに基づいて、物体の突出量が検知可能であるか否かを判定する判定部７と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、搬送波の送受信によって物体を検知する物体検知装置に関するものである。

車両の自動駐車や無人走行について、この種の物体検知装置で物体を検知する技術が提案されている。例えば、車両の周囲に、車体と接触する可能性のある背の高い物体がある場合に、それを検知して衝突の回避等を図るため、背の高い物体であるか否かを判定する技術が提案されている。背の低い物体については、さらに、乗り越え可否判断や減速判断のために、物体の高さを高精度に推定する必要がある。

例えば特許文献１では、反射波の強度の絶対値に基づいて物体高さのレベル判定を行う技術が提案されている。具体的には、実際の反射強度と理論上の反射強度との誤差に基づいて、検知した物体が検知対象物であることの確からしさを判定している。

特開２０１６－８０６３９号公報

しかしながら、物体の高さによっては、物体の高さが変化しても反射波の強度がほとんど変化しない場合がある。このような場合を考慮せずに反射波の強度から物体の高さを判定すると、誤判定のおそれがある。また、通路の天井や壁から突出した物体の突出量について判定する場合にも、上記のような判定方法では、同様に誤判定のおそれがある。

本発明は上記点に鑑みて、物体の突出量の誤判定を抑制す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。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、搬送波の送受信によって物体を検知する物体検知装置であって、波長が１ｍｍ以上の搬送波を探査波として送信するとともに、搬送波を受信して、受信結果に応じた受信信号を出力する送受信部（４）と、受信信号に基づいて、送受信部と物体との距離である検知距離を算出する距離算出部（６１）と、探査波の波長、送受信部の位置、および検知距離に基づいて、検知対象面からの物体の突出量の検知上限に対応する閾値を決定し、受信信号の強度と閾値とに基づいて、物体の突出量が検知可能であるか否かを判定する判定部（７）と、を備える。

物体の突出量によっては、物体の突出量が変化しても受信信号の強度がほとんど変化しない場合がある。これに対して、探査波の波長、送受信部の位置、および検知距離に基づいて、検知対象面からの物体の突出量の検知上限に対応する閾値を決定し、受信信号の強度と閾値とに基づいて、物体の突出量が検知可能であるか否かを判定する。これにより、物体の突出量が、受信信号の強度がほとんど変化しない大きさである場合に、誤判定を抑制することができる。

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一例を示すものである。

第１実施形態にかかる物体検知装置のブロック図である。 物体の高さと受信信号の強度との関係を示す図である。 物体検知処理のフローチャートである。 超音波センサと物体との位置関係を示す図である。 超音波が伝播距離によって平面波から球面波に変化する様子を示す図である。 物体の高さを変化させて受信電圧を測定した結果を示す図である。 超音波センサと物体との水平距離を変化させて受信電圧を測定した結果を示す図である。 探査波の波長による検知高さ上限の変化を示す図である。 第３実施形態における物体検知処理のフローチャートである。 送信波の音圧変化による受信音圧の変化を示す図である。 第４実施形態にかかる物体検知装置のブロック図である。 トランスデューサの配置の一例を示す図である。 トランスデューサの配置の一例を示す図である。 方位の測定方法について説明するための図である。 第４実施形態における物体検知処理のフローチャートである。 第５実施形態における物体検知処理のフローチャートである。 物体の水平方位と受信信号の強度との関係を示す図である。 物体の手前の路面に凹みがある様子を示す図である。 第６実施形態における物体検知処理のフローチャートである。

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に示す本実施形態の物体検知装置１は、搬送波の送受信によって物体を検知するものである。物体検知装置１は、自動車等の車両に搭載されていて、当該車両の周囲の物体Ｂを検知するように構成されている。物体検知装置１を搭載する車両を、以下「自車両」と称する。物体検知装置１が用いる搬送波の波長は、１ｍｍ以上とされる。本実施形態では、波長が数ｍｍ、例えば波長２ｍｍの超音波を用いて物体を検知する場合について説明する。

物体検知装置１は、超音波センサ２と、超音波センサ２の動作を制御する制御部３とを備えている。超音波センサ２は、超音波である探査波を送信するとともに探査波の物体Ｂによる反射波を受信することで、物体Ｂを検知するように構成されている。超音波センサ２は、送受信部４と、駆動信号生成部５と、受信信号処理部６と、判定部７とを備えている。

送受信部４は、送信部４０Ａと、受信部４０Ｂとを有している。送信部４０Ａは、探査波を外部に向けて送信可能に設けられている。受信部４０Ｂは、送信部４０Ａから送信された探査波の物体Ｂによる反射波を含む超音波を受信可能に設けられている。

送受信部４は、トランスデューサ４１と、送信回路４２と、受信回路４３とを備えている。送受信部４は、探査波の送信用のトランスデューサ４１と、受信用のトランスデューサ４１とを備えている。送信用のトランスデューサ４１をトランスデューサ４１Ａとし、受信用のトランスデューサ４１をトランスデューサ４１Ｂとする。

トランスデューサ４１Ａは、探査波を外部に向けて送信する送信器としての機能を有していて、送信回路４２と電気接続されている。トランスデューサ４１Ｂは、反射波を受信する受信器としての機能を有していて、受信回路４３と電気接続されている。送信部４０Ａは、トランスデューサ４１Ａと送信回路４２とによって構成されている。受信部４０Ｂは、トランスデューサ４１Ｂと受信回路４３とによって構成されている。

トランスデューサ４１は、圧電素子等の電気－機械エネルギー変換素子を内蔵した、超音波マイクロフォンとして構成されている。トランスデューサ４１Ａは、探査波を自車両の外部に送信可能なように、自車両の外表面に面する位置に配置されている。トランスデューサ４１Ｂは、反射波を自車両の外部から受信可能なように、自車両の外表面に面する位置に配置されている。

送信回路４２は、入力された駆動信号に基づいてトランスデューサ４１Ａを駆動することで、トランスデューサ４１Ａにて探査波を発信させるように設けられている。具体的には、送信回路４２は、デジタル／アナログ変換回路等を有している。すなわち、送信回路４２は、駆動信号生成部５から出力された駆動信号に対してデジタル／アナログ変換等の信号処理を施すことで、素子入力信号を生成するように構成されている。素子入力信号は、トランスデューサ４１Ａを駆動するための交流電圧信号である。そして、送信回路４２は、生成した素子入力信号をトランスデューサ４１Ａに印加してトランスデューサ４１Ａにおける電気－機械エネルギー変換素子を励振することで、探査波を発生させるように構成されている。

受信回路４３は、トランスデューサ４１Ｂによる超音波の受信結果に対応する受信信号を生成して受信信号処理部６に出力するように設けられている。具体的には、受信回路４３は、増幅回路およびアナログ／デジタル変換回路等を有している。すなわち、受信回路４３は、トランスデューサ４１Ｂが出力した素子出力信号に対して、増幅およびアナログ／デジタル変換等の信号処理を施すことで、受信波の振幅および周波数に関する情報を含む受信信号を生成するように構成されている。素子出力信号は、超音波の受信により、トランスデューサ４１Ｂに設けられた電気－機械エネルギー変換素子が発生する交流電圧信号である。

駆動信号生成部５は、駆動信号を生成して送信回路４２に出力するように設けられている。駆動信号は、トランスデューサ４１Ａを駆動してトランスデューサ４１Ａから探査波を発信させるための信号である。

受信信号処理部６は、受信信号に対して増幅、フィルタリング等の処理を行うものである。受信信号処理部６には、受信回路４３から受信信号が入力される。

受信信号処理部６は、距離算出部６１を備えている。距離算出部６１は、受信回路４３が出力した受信信号に基づいて、送受信部４と物体との距離である検知距離を算出するものである。距離算出部６１は、例えばＴＯＦ方式で物体との距離を算出する。ＴＯＦはTime of Flightの略である。距離算出部６１による検知距離の算出結果は、判定部７に出力される。

判定部７は、受信信号処理部６から出力された信号に基づいて、検知対象面からの物体の突出量についての判定を行うものである。具体的には、判定部７は、探査波の波長、送受信部４の位置、および、距離算出部６１が算出した検知距離に基づいて、検知対象面からの物体の突出量の検知上限に対応する閾値（以下、単に閾値という）を決定する。そして、判定部７は、受信信号の強度（以下、受信強度という）と、この閾値とに基づいて、物体の突出量が検知可能であるか否かを判定する。受信強度は、例えば、受信信号の振幅である。

検知対象面は、物体を検知する範囲として選択された面であり、路面、通路の天井面、通路の壁面等である。本実施形態では、路面を検知対象面とし、路面にある物体の路面からの高さが検知可能であるか否かを判定する場合について説明する。

また、判定部７は、探査波の波長、送受信部４の位置、および検知距離に応じた、受信強度と物体の高さとの関係を記憶しており、受信強度と該関係から物体の高さを推定する。

具体的には、判定部７は、図２に示すような、物体の路面からの高さと、受信強度との関係を示す曲線（以下、高さ－受信強度曲線という）を記憶している。物体との距離が一定の場合、図２に示すように、ある程度の高さまでは、高さと受信強度とがほぼ比例の関係にあり、高さが増加するにつれて受信強度も増加する。そして、それ以上の高さになると、高さが増加しても受信強度がほとんど変化しなくなり、ほぼ一定となる。

判定部７は、受信強度が高さに応じて変化する範囲と、受信強度がほとんど変化しない範囲との境界における高さの値を検知高さ上限とし、検知高さ上限に対応する受信強度を閾値とする。そして、判定部７は、受信強度と閾値とを比較し、受信強度が閾値以下のときには物体の高さが検知可能であると判定する。一方、受信強度が閾値よりも大きいときには、判定部７は、物体の高さが検知可能でないと判定する。

なお、高さ－受信強度曲線は、探査波の波長、送受信部４の路面からの高さ、物体との距離によって変化する。これらのうち、探査波の波長は、本実施形態では一定とされる。さらに、送受信部４の路面からの高さも一定であるとすれば、高さ－受信強度曲線は、探査波の波長、送受信部４の路面からの高さ、物体との距離のうち、物体との距離のみによって変化する。

判定部７は、物体との距離に応じた複数の高さ－受信強度曲線を記憶しており、距離算出部６１によって算出された検知距離に応じて、記憶している複数の高さ－受信強度曲線から１つを選択し、選択した高さ－受信強度曲線を用いて判定を行う。

判定部７は、物体の高さが検知可能であると判定すると、高さ－受信強度曲線を用いて物体の高さを推定する。すなわち、高さ－受信強度曲線において受信強度に対応する高さが、物体の高さであると推定する。判定部７は、物体の高さが検知可能であるか否かの判定結果、および、物体の高さの推定結果等を制御部３に送信する。

駆動信号生成部５、受信信号処理部６、判定部７は、例えば、前述した駆動信号の生成、距離の算出、物体の高さが検知可能であるか否かの判定、物体の高さの推定等の機能がプログラムされたＤＳＰで構成されている。ＤＳＰはDigital Signal Processorの略である。

制御部３は、車載通信回線を介して超音波センサ２と情報通信可能に接続されており、超音波センサ２の送受信動作を制御するように構成されている。制御部３は、いわゆるソナーＥＣＵとして設けられていて、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性リライタブルメモリ、等を有する車載マイクロコンピュータを備えている。ＥＣＵはElectronic Control Unitの略である。ＣＰＵはCentral Processing Unitの略である。ＲＯＭはRead Only Memoryの略である。ＲＡＭはRandom Access Memoryの略である。不揮発性リライタブルメモリは、例えば、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＲＯＭ、等である。ＥＥＰＲＯＭはElectronically Erasable and Programmable Read Only Memoryの略である。

物体検知装置１の動作について説明する。物体検知装置１は、図３に示す処理を含む物体検知処理を繰り返し実行する。物体検知処理では、まず、制御部３から駆動信号生成部５に送信指示が出され、駆動信号生成部５が生成した駆動信号に基づいてトランスデューサ４１Ａから探査波が送信される。そして、送受信部４による超音波信号の受信が検出されると、物体検知装置１は、図３に示す処理を実行し、物体を検知する。

まず、ステップＳ１０１にて、距離算出部６１は、受信回路４３から出力された受信信号に基づいて物体との距離を算出し、算出結果を判定部７に送信する。

続くステップＳ１０２にて、判定部７は、距離算出部６１によって算出された距離に応じて、記憶している複数の高さ－受信強度曲線から１つを選択する。

続くステップＳ１０３にて、判定部７は、受信回路４３が出力した受信信号の強度と、ステップＳ１０２で選択した高さ－受信強度曲線における閾値とを比較し、受信強度が閾値以下であるか否かを判定する。受信強度が閾値以下であると判定されると、処理はステップＳ１０４に移行し、受信強度が閾値以下でないと判定されると、処理はステップＳ１０５に移行する。

ステップＳ１０４にて、判定部７は、ステップＳ１０２で選択した高さ－受信強度曲線において受信強度に対応する高さを取得し、この高さを物体の高さの推定値とする。判定部７は、ステップＳ１０３における判定結果と、ステップＳ１０４における高さの推定結果を制御部３に送信する。ステップＳ１０４の後、処理は終了する。

ステップＳ１０５にて、判定部７は、物体の高さが検知高さ上限であると判定し、判定結果を制御部３に送信する。ステップＳ１０５の後、処理は終了する。

超音波の伝播距離による強度変化について、図４、図５を用いて説明する。図４において、ｈ_１は超音波センサ２の路面からの高さであり、ｈ_２は物体Ｂの高さである。Ｌ_１は超音波センサ２と物体Ｂの根元との直線距離であり、Ｌ_２は超音波センサ２と物体Ｂとの水平方向の距離である。θ_１は物体Ｂの根元の垂直方位であり、超音波センサ２と物体Ｂの根元とを結ぶ線と、水平面との間の角度である。すなわち、θ_１＝ａｒｃｔａｎ（ｈ_１／Ｌ_２）である。Ｄは開口面の幅である。

開口面は、超音波の発生源のうち、超音波の進行方向に垂直な面である。探査波の物体Ｂの根元からの反射波について考える場合には、開口面は、物体Ｂの上端の一部と路面の一部とを外縁として含む面であって、超音波センサ２と物体Ｂの根元とを結ぶ線に垂直な面となる。開口面が円形状であると仮定すると、幅Ｄは開口面の直径であり、Ｄ＝ｈ_２／ｃｏｓθ_１となる。

超音波の伝播においては、ある距離を境に伝播原理が変化する。この距離をＬ_３とする。図５に示すように、開口面からの距離がＬ_３以下である近距離領域では、直進性の高い平面波が伝搬する。そのため、距離による強度の減衰が小さい。一方、開口面からの距離がＬ_３より大きい遠距離領域では、拡散性の高い球面波が伝搬する。そのため、距離による強度の減衰が大きい。なお、図５は断面図ではないが、図を見やすくするために、開口面にハッチングを施してある。

また、距離Ｌ_３は、物体Ｂの高さｈ_２によって変化する。具体的には、探査波の波長をλとすると、Ｌ_３＝πＤ^２／４λであり、λ、ｈ_１、Ｌ_２が一定のとき、Ｌ_３はｈ_２ ^２に比例する。すなわち、高さｈ_２が低いほど距離Ｌ_３が短くなり、球面波の範囲が広くなる。したがって、Ｌ_３＜Ｌ_２の場合、すなわち、超音波センサ２が球面波の伝播する領域にある場合には、高さｈ_２が低いほど、球面波の比率が大きくなり、受信信号の強度が減少する。

本実施形態では、このことを利用して、受信強度から物体Ｂの高さｈ_２が推定可能であるか否かを判定している。そして、高さｈ_２が推定可能と判定された場合には、受信強度から高さｈ_２を推定する。

図６は、超音波センサ２の高さｈ_１を０．２ｍとし、超音波センサ２と物体Ｂとの水平距離Ｌ_２を１．５ｍとして、物体Ｂの高さｈ_２を変化させて、受信強度、具体的には受信信号の電圧を測定した結果を示す。

図６に示すように、平面波では、高さｈ_２が変化しても受信強度はほとんど変化せず、ほぼ一定である。一方、球面波では、高さｈ_２が増加するにつれて受信強度が増加している。したがって、図６の破線で示すように、高さｈ_２に応じて受信強度が増減する部分と、受信強度がほぼ一定の部分とを区別するように閾値を設定すれば、この閾値を用いて、高さｈ_２が推定可能であるか否かを判定することができる。さらに、受信強度がこの閾値以下である場合には、受信強度に基づいて高さｈ_２を推定することができる。

図７は、高さｈ_２が１５ｍｍ、１０ｍｍの２つの物体について、水平距離Ｌ_２を変化させて受信強度を測定した結果を示す。図７において、黒丸は高さ１５ｍｍの物体についての測定結果であり、白丸はこの測定結果の平均値である。黒三角は高さ１０ｍｍの物体についての測定結果であり、白三角はこの測定結果の平均値である。

図７に示すように、水平距離Ｌ_２が１．５ｍ、２．０ｍ、２．５ｍのいずれの場合にも、２つの物体で受信強度の測定結果が異なっており、低ノイズ環境であれば２つの物体を区別して検出できることがわかる。

推定できる高さの上限は、例えば９λとされる。アスファルト等の路面の凹凸は数ｍｍであるため、波長１ｍｍ以上の探査波を用いれば、路面の凹凸よりも高さのある物体Ｂを、路面の凹凸と区別して検出することができる。

以上説明したように、本実施形態では、波長が１ｍｍ以上の搬送波を探査波として用い、探査波の波長、送受信部４の位置、および検知距離に基づいて、検知対象面からの物体の突出量の検知上限に対応する閾値を決定している。そして、受信強度と閾値とに基づいて、物体の突出量が検知可能であるか否かを判定している。これにより、物体の突出量が、受信信号の強度がほとんど変化しない大きさである場合に、誤判定を抑制することができる。

また、特許文献１に記載の方法では、高さ数ｍｍ～数十ｍｍの物体については、高精度に高さを判定することができない。これに対して、本実施形態では、数波長程度、例えば数ｍｍオーダーの背の低い物体についても高精度に高さを判定し、乗り越え可否の判断等が可能になる。

また、路面の凹凸により探査波が散乱し、これによって受信強度が高くなることがあるため、例えば受信強度のみに基づいて物体の高さを判定すると、誤判定のおそれがある。これに対して、本実施形態では、受信強度の他に、探査波の波長と送受信部４の位置とに基づいて高さ判定を行っているため、誤判定を抑制することができる。

また、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）判定部７は、探査波の波長、送受信部４の位置、および検知距離に応じた、受信強度と物体の突出量との関係を記憶しており、受信強度と該関係から物体の突出量を推定する。これによれば、数波長程度の高さの物体についても、受信強度の高さ依存性から、精度よく物体の高さを推定することができる。

（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実施形態に対して波長変更処理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。

本実施形態では、ステップＳ１０５によって物体の高さが検知高さ上限であると判定され、その判定結果が制御部３に送信されると、制御部３は、次に超音波センサ２に送信指示を出すとき、探査波の波長を前回よりも長くするように指示する。

超音波等の音波を探査波として用いる場合には、物体までの距離が同じであれば、空気吸収による減衰量の差で、波長が長いほど検知可能な高さ上限は高くなる。具体的には、高さ－受信強度曲線は、波長によって図８に示すように変化する。すなわち、長波長の探査波を用いると、短波長の探査波を用いる場合に比べて、受信強度が増加するとともに、検知高さ上限が大きくなる。なお、検知高さの下限は、ノイズ量によって変化する。

したがって、前述したように波長を変更し、検知したい物体の高さに応じて波長を選択することで、検知可能な高さの範囲が広くなる。

本実施形態は、第１実施形態と同様の構成および作動からは第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）判定部７によって物体の突出量が検知可能でないと判定されたとき、探査波の波長が長くされる。これにより、検知可能な突出量の範囲が広くなる。

（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２実施形態に対して残響に応じた補正処理を追加したものであり、その他については第２実施形態と同様であるため、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態では、図９に示すように、ステップＳ１０２の後、処理はステップＳ１１１に移行する。ステップＳ１１１にて、判定部７は、残響に応じた受信強度等の補正を行う。

具体的には、判定部７は、探査波の送信直後の受信強度から残響の強度を検出し、残響の強度に基づいて、送信波の強度（以下、送信強度という）の実際の値を推定する。そして、判定部７は、推定された送信強度に基づいて、高さ－受信強度曲線を補正するか、あるいは、判定に用いる受信強度を補正する。

例えば、送信強度の設計値をＡ１、実際の送信強度の推定値をＡ２として、判定部７は、高さ－受信強度曲線の受信強度の値、および、ステップＳ１０３で判定に用いる閾値に、Ａ２／Ａ１を乗算する。あるいは、判定部７は、受信強度にＡ１／Ａ２を乗算する。

ステップＳ１１１の後、処理はステップＳ１０３に移行し、上記のように補正された高さ－受信強度曲線または補正された受信強度を用いて判定が行われる。

送信強度は、環境の温度、湿度、材料特性等によって経時的に変化することがあり、これにより受信強度も変化する。例えば図１０に示すように、送信波の音圧の低下によって、受信波の音圧が低下する。図１０において、実線は送信波および受信波の音圧の設計値を示し、一点鎖線はこれらの実際の音圧を示す。そして、このような送信波と受信波の音圧の変化によって、物体の高さと受信強度との関係は、判定部７が記憶している高さ－受信強度曲線とは異なったものとなる。

これに対して、実際の送信強度を推定し、推定結果に応じて高さ－受信強度曲線または受信強度を補正することで、送信強度の変化の影響を低減し、判定精度を向上させることができる。

なお、図１０に示すように、送信波の音圧は、検知可能な受信音圧の上限よりも大きいことが多い。このように、送信強度を直接測定することができない場合にも、送信強度と相関のある残響の強度から送信強度を推定し、推定された送信強度に基づいて、高さ－受信強度曲線または受信強度を補正することができる。

本実施形態は、第１、第２実施形態と同様の構成および作動からは第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）送受信部４は、超音波を探査波として送信するとともに、超音波を受信して、受信結果に応じた受信信号を出力する。そして、判定部７は、受信信号から検出された残響に基づいて受信強度を補正し、該補正された受信強度と閾値とに基づいて、物体の突出量が検知可能であるか否かを判定する。これにより、送信強度の変化の影響を低減し、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３実施形態に対して物体の垂直方位を用いた判定を追加したものであり、その他については第３実施形態と同様であるため、第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１１に示すように、本実施形態の送受信部４は、複数の受信部４０Ｂを備えている。すなわち、送受信部４は、複数のトランスデューサ４１Ｂと、複数のトランスデューサ４１Ｂに対応する複数の受信回路４３とを備えている。図１１では、複数の受信部４０Ｂのうちの２つのみを図示している。複数のトランスデューサ４１Ｂが出力した素子出力信号は、別々の受信回路４３に入力されて、増幅等の処理が施される。

複数のトランスデューサ４１Ｂは、自車両の外表面に面して、２方向に並ぶように配置されている。例えば、送受信部４は４つのトランスデューサ４１Ｂを備えており、自車両の外表面に平行で互いに直交する一方向および他方向のそれぞれにおいて、２つのトランスデューサ４１Ｂが並ぶように配置されている。４つのトランスデューサ４１Ｂが車両前面に配置される場合には、例えば図１２に示すように、自車両の左右方向および上下方向それぞれにおいて、２つのトランスデューサ４１Ｂが並ぶように配置される。

また、例えば、送受信部４は３つのトランスデューサ４１Ｂを備え、２つのトランスデューサ４１Ｂが一方向に並ぶように配置され、他方向において該２つのトランスデューサ４１Ｂからずれた位置に１つのトランスデューサ４１Ｂが配置される。３つのトランスデューサ４１Ｂが車両前面に配置される場合には、例えば図１３に示すように、２つのトランスデューサ４１Ｂが自車両の左右方向に並び、上下方向において該２つのトランスデューサ４１Ｂからずれた位置に、１つのトランスデューサ４１Ｂが配置される。

また、図１１に示すように、本実施形態の受信信号処理部６は、方位算出部６２を備えている。方位算出部６２は、複数の受信部４０Ｂの受信信号に基づいて物体の方位を算出するものである。物体の方位は、例えば、受信波の位相差を用いて、次式で求められる。図１４に示すように、Φは反射波の位相差、ｄは２つのトランスデューサ４１Ｂ間の距離、θは反射波の入射角である。また、ｎは整数である。

（数１）
Φ＝（２ｎｄ／λ）ｓｉｎθ
方位算出部６２は、複数のトランスデューサ４１Ｂから２つを選択するすべての組み合わせについて、位相差Φ、距離ｄ、波長λから入射角θを算出し、算出結果を組み合わせて、３次元空間における物体Ｂの方位を求める。そして、方位算出部６２は、方位θから垂直方位θ_１を求める。方位算出部６２による方位の算出結果は、判定部７に出力される。なお、ここでは受信波の位相差を用いて方位を算出する場合について説明したが、受信波の時間差を用いて方位を算出してもよい。

判定部７は、方位算出部６２が算出した方位と、検知距離と、送受信部４の高さとに基づいて、物体が路面上に存在するか否かを判定する。具体的には、判定部７は、Ｌ_１ｓｉｎθ_１≒ｈ_１のとき、物体が路面上にあると判定する。例えば、Ｌ_１ｓｉｎθ_１とｈ_１との差が所定値以下である場合に、Ｌ_１ｓｉｎθ_１≒ｈ_１であると判定される。判定部７は、物体が路面上に存在すると判定した場合に、物体の高さについての判定を行う。

図１５に示すように、本実施形態の物体検知処理では、ステップＳ１０１の後、処理はステップＳ１２１に移行する。ステップＳ１２１にて、方位算出部６２は複数の受信信号に基づいて物体の方位を算出する。続くステップＳ１２２にて、判定部７は、Ｌ_１ｓｉｎθ_１≒ｈ_１であるか否かを判定する。Ｌ_１ｓｉｎθ_１≒ｈ_１であると判定されると、処理はステップＳ１２３に移行し、判定部７は、検知された物体が路面上の物体であると判定する。ステップＳ１２３の後、処理はステップＳ１０２に移行する。Ｌ_１ｓｉｎθ_１≒ｈ_１でないと判定されると、処理は終了する。

本実施形態は、第１～第３実施形態と同様の構成および作動からは第１～第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）判定部７は、物体の方位と、検知距離と、送受信部４の位置とに基づいて、物体が検知対象面の上にあるか否かを判定する。これにより、誤検知が抑制される。

（２）送受信部４は、超音波を探査波として送信する送信部４０Ａと、超音波を受信して、受信結果に応じた受信信号を出力する複数の受信部４０Ｂと、を備えている。そして、複数の受信部４０Ｂは、２方向に並ぶように配置されており、物体の方位は、複数の受信部４０Ｂの受信信号に基づいて算出される。これによれば、超音波センサ２で物体の高さと方位を検知することが可能であり、物体の方位を検知するために超音波センサ２とは別のセンサを配置する必要がないため、物体検知装置１の構成が簡素になる。

（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４実施形態に対して水平方位に応じた補正処理を追加したものであり、その他については第４実施形態と同様であるため、第４実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態では、方位算出部６２は、方位θから垂直方位θ_１に加えて水平方位θ_２を求める。水平方位θ_２は、超音波センサ２と物体Ｂとを結ぶ線と、探査波の送信方向に平行でかつ路面に垂直な面との間の角度である。方位算出部６２による水平方位θ_２の算出結果は、判定部７に出力される。判定部７は、水平方位θ_２に応じて受信強度等を補正し、補正された受信強度等を用いて物体の高さについての判定を行う。

図１６に示すように、本実施形態の物体検知処理では、ステップＳ１１１の後、処理はステップＳ１３１に移行する。ステップＳ１３１にて、判定部７は、物体の水平方位θ_２に応じた受信強度等の補正を行う。

具体的には、判定部７は、水平方位θ_２に応じて、送受信部４の方位を補正し、該補正された後の送受信部４が出力した受信信号の強度と閾値とに基づいて、物体の高さが検知可能であるか否かを判定する。例えば、判定部７は、物体の水平方位θ_２が０となるように、送受信部４の方位を補正する。送受信部４の方位の補正は、例えば、図示しないアクチュエータによって送受信部４の向きを変えることで行ってもよいし、車両の進行方向を変えることで行ってもよい。

あるいは、判定部７は、水平方位θ_２に応じて受信強度を補正し、該補正された受信強度と閾値とに基づいて、物体の高さが検知可能であるか否かを判定する。例えば、判定部７は、水平方位θ_２が大きいほど、受信強度を実際の値よりも大きくなるように補正する。

あるいは、判定部７は、水平方位θ_２に応じて高さ－受信強度曲線を補正する。例えば、判定部７は、水平方位θ_２が大きいほど、高さ－受信強度曲線の受信強度の値、および、ステップＳ１０３で判定に用いる閾値を小さくする。

ステップＳ１３１の後、処理はステップＳ１０３に移行する。ステップＳ１３１で送受信部４の方位を補正した場合には、次に探査波の送受信が行われた後のステップＳ１０３にて、判定部７は、該補正された後の送受信部４が出力した受信信号の強度と閾値とに基づいて、物体の高さが検知可能であるか否かを判定する。

ステップＳ１３１で受信強度を補正した場合には、ステップＳ１０３にて、判定部７は、該補正された受信強度と閾値とに基づいて、物体の高さが検知可能であるか否かを判定する。ステップＳ１３１で高さ－受信強度曲線を補正した場合には、ステップＳ１０３にて、判定部７は、受信強度と該補正された高さ－受信強度曲線の閾値とに基づいて、物体の高さが検知可能であるか否かを判定する。

図１７に示すように、物体の水平方位が大きいほど受信強度は低くなる。これに対して、上記のように送受信部４の方位、受信強度、または高さ－受信強度曲線を補正することで、物体の水平方位による影響を低減し、物体の高さ判定精度を向上させることができる。

本実施形態は、第１～第４実施形態と同様の構成および作動からは第１～第４実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）判定部７は、物体の方位に応じて送受信部４の方位を補正し、該補正された後の送受信部４が出力した受信強度と閾値とに基づいて、物体の突出量が検知可能であるか否かを判定する。あるいは、判定部７は、物体の方位に応じて受信強度を補正し、該補正された受信強度と閾値とに基づいて、物体の突出量が検知可能であるか否かを判定する。あるいは、判定部７は、物体の方位に応じて高さ－受信強度曲線を補正し、受信強度と該補正された高さ－受信強度曲線の閾値とに基づいて、物体の突出量が検知可能であるか否かを判定する。これにより、物体の方位による影響を低減し、突出量の判定精度を向上させることができる。

（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５実施形態に対して物体の手前にある路面の凹みに応じた補正処理を追加したものであり、その他については第５実施形態と同様であるため、第５実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態では、図１８に示すように、物体の手前の路面に凹みがある場合に、凹みの幅が検知され、検知結果に応じて受信強度等が補正される。凹みの幅の検知は、例えば、車両に搭載された図示しないカメラで路面を撮像し、図示しない画像処理装置によって撮像画像を処理することで行われる。凹みの幅の検知結果は、判定部７に送信される。

図１９に示すように、本実施形態の物体検知処理では、ステップＳ１２１の後、処理はステップＳ１４１に移行する。ステップＳ１４１にて、判定部７は、カメラ等によって検知された路面の凹みの幅を取得する。ステップＳ１４１の後、処理はステップＳ１２２に移行する。

また、ステップＳ１３１の後、処理はステップＳ１４２に移行し、ステップＳ１４１で取得された凹みの幅に応じた補正処理が行われる。具体的には、判定部７は、凹みの幅に応じて受信強度を補正する。例えば、判定部７は、凹みの幅が大きいほど、受信強度を実際の値よりも大きくなるように補正する。

あるいは、判定部７は、凹みの幅に応じて、高さ－受信強度曲線を補正する。例えば、判定部７は、凹みの幅が大きいほど、高さ－受信強度曲線の受信強度の値および閾値を小さくする。ステップＳ１４２の後、処理はステップＳ１０３に移行し、補正された受信強度または閾値を用いて判定が行われる。

図１８に示すように物体の手前の路面に凹みがあると、探査波が凹みに入り込むため、凹みがない場合に比べて受信強度が低くなる。また、凹みの幅が大きいほど、受信強度が大きく低下する。これに対して、上記のように凹みの幅に応じて受信強度または閾値を補正することで、凹みによる受信強度の低下の影響を低減し、物体の高さ判定精度を向上させることができる。

本実施形態は、第１～第５実施形態と同様の構成および作動からは第１～第５実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）物体の手前にある検知対象面の凹みの幅に応じて受信強度または閾値を補正する。これにより、凹みによる受信強度の低下の影響を低減し、物体の高さ判定精度を向上させることができる。

（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。

上記各実施形態では、探査波として超音波を用いたが、超音波以外の音波を用いてもよいし、音波以外の搬送波を用いてもよい。例えば、電磁波を用いてもよい。波長が１ｍｍ以上の搬送波であれば、上記各実施形態と同じ原理で高さ判定等を行うことができる。路面上の物体について乗り越え可否判定を行う場合には、探査波の波長は、乗り越え可否判定を行いたい物体の高さに合わせて選択すればよい。例えば、自動車よりも乗り越え可能な高さが低い自動走行ロボット等では、自動車の場合よりも探査波の波長を短くすればよい。

上記各実施形態では、物体の路面からの高さを調べる場合について説明したが、通路の天井や壁からの物体の突出量について、突出量が検知可能であるか否かの判定や、突出量の推定等を行ってもよい。

通路の天井から突出した物体については、図示しない距離センサを用いて送受信部４の天井からの距離を検出することで、第４実施形態と同様に物体が検知対象面にあるか否かを判定し、誤検知を抑制することができる。

壁から突出した物体については、図示しない距離センサを用いて送受信部４の壁からの距離を検出することで、物体の水平方位と、検知距離と、送受信部４の位置とに基づいて、第４実施形態と同様に物体が検知対象面にあるか否かを判定することができる。

壁から突出した物体については、物体の垂直方位に応じて受信強度等を補正することで、第５実施形態と同様に突出量の判定精度を向上させることができる。

第１実施形態において、第３実施形態のように残響に応じた補正を行ってもよい。第１、第２実施形態において、第４実施形態のように垂直方位を用いた判定を行ってもよい。第１～第３実施形態において、第５実施形態のように水平方位に応じた補正を行ってもよい。第１～第４実施形態において、第６実施形態のように物体の手前にある路面の凹みを検知し、凹みの幅に応じた補正処理を行ってもよい。

物体の水平方位に基づいて進行方向に物体があるか否かを判定し、進行方向に物体があると判定された場合にのみ高さ判定を行ってもよい。

上記各実施形態の物体検知処理に加えて、物体が車体に接触する可能性のある背の高い物体であるか否かの判定を行ってもよい。

物体が複数検知された場合には、検知されたすべての物体について高さ判定等を行ってもよいし、一部の物体についてのみ高さ判定等を行ってもよい。

本開示に記載の判定部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至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及びメモリー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、本開示に記載の判定部及びその手法は、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。もしくは、本開示に記載の判定部及びその手法は、一つ乃至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及びメモリー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。

４ 送受信部
６１ 距離算出部
７ 判定部

Claims (7)

1. 搬送波の送受信によって物体を検知する物体検知装置であって、
   波長が１ｍｍ以上の搬送波を探査波として送信するとともに、搬送波を受信して、受信結果に応じた受信信号を出力する送受信部（４）と、
   前記受信信号に基づいて、前記送受信部と物体との距離である検知距離を算出する距離算出部（６１）と、
   前記探査波の波長、前記送受信部の位置、および前記検知距離に基づいて、検知対象面からの物体の突出量の検知上限に対応する閾値を決定し、前記受信信号の強度と前記閾値とに基づいて、物体の突出量が検知可能であるか否かを判定する判定部（７）と、を備える物体検知装置。
2. 前記判定部は、前記探査波の波長、前記送受信部の位置、および前記検知距離に応じた、前記受信信号の強度と前記物体の突出量との関係を記憶しており、前記受信信号の強度と該関係から前記物体の突出量を推定する請求項１に記載の物体検知装置。
3. 前記判定部は、物体の方位と、前記検知距離と、前記送受信部の位置とに基づいて、物体が前記検知対象面の上にあるか否かを判定する請求項１または２に記載の物体検知装置。
4. 前記判定部は、
   物体の方位に応じて前記送受信部の方位を補正し、該補正された後の前記送受信部が出力した前記受信信号の強度と前記閾値とに基づいて、物体の突出量が検知可能であるか否かを判定するか、または、
   物体の方位に応じて前記受信信号の強度を補正し、該補正された前記受信信号の強度と前記閾値とに基づいて、物体の突出量が検知可能であるか否かを判定する請求項１ないし３のいずれか１つに記載の物体検知装置。
5. 前記送受信部は、超音波を前記探査波として送信する送信部（４０Ａ）と、超音波を受信して、受信結果に応じた受信信号を出力する複数の受信部（４０Ｂ）と、を備え、
   複数の前記受信部は、２方向に並ぶように配置されており、
   物体の方位は、複数の前記受信部の受信信号に基づいて算出される請求項３または４に記載の物体検知装置。
6. 前記判定部によって物体の突出量が検知可能でないと判定されたとき、前記探査波の波長が長くされる請求項１ないし５のいずれか１つに記載の物体検知装置。
7. 前記送受信部は、超音波を前記探査波として送信するとともに、超音波を受信して、受信結果に応じた前記受信信号を出力し、
   前記判定部は、前記受信信号から検出された残響に基づいて前記受信信号の強度を補正し、該補正された前記受信信号の強度と前記閾値とに基づいて、物体の突出量が検知可能であるか否かを判定する請求項１ないし６のいずれか１つに記載の物体検知装置。

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