JP4682771B2 - 物体検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、対象とする検知領域に疎密波を送波し当該疎密波を用いて検知領域における物体の位置を検知する物体検知装置に関するものである。

従来から、この種の物体検知装置として、疎密波を間欠的に送波する送波器と疎密波を受波する受波器とを互いに隣接して備え、検知領域に粗密波を送波し当該粗密波が検知領域内に存在する物体で反射されて戻ってくるまでの時間を、前記物体までの距離に換算するものが知られている（たとえば特許文献１参照）。

特許文献１に記載の発明は、それぞれ疎密波を電気信号である受波信号に変換する受波素子を複数個配列することによって受波器を構成しており、粗密波を受波する方位と受波素子間における受波信号の時間差とが対応することに着眼して、物体の存在する方位を識別する。すなわち、図１３に示すように、受波素子Ｍが一方向に等間隔で並んでおり、受波素子Ｍが配置された平面に直交する方向に対して角度θだけ傾いた方位からの疎密波を受ける場合に、隣接する受波素子Ｍ（間隔をｄとする）のそれぞれの受波信号の時間差Δｔは、Δｔ＝（ｄ・ｓｉｎθ）／ｃになる（ｃは音速）ことを利用して、物体２の方位を識別する。この種の物体検知装置は、受波器６が疎密波を受波した方位（つまり物体２の存在する方位）を識別するために、各受波素子Ｍからの受波信号をそれぞれ遅延時間だけ遅延させる遅延手段９と、遅延後の受波信号を全ての受波素子Ｍについて加算する加算手段１４とを有している。

以下に、物体までの距離および物体の方位を識別する処理の概要を、検知領域内に２つの物体２，２’が存在する場合を想定して説明する。ただし、ここでは、受波素子Ｍが５個配列されている場合について説明する。また、図１４（ｂ）および図１４（ｄ）では横軸を時間軸とし長方形の横方向の長さを遅延時間の大きさとして、受波素子の個数（５個）分の遅延時間の組み合わせ（以下、遅延時間パターンという）を表すとともに、各受波素子Ｍごとの遅延後の受波信号を表す。図１４（ｃ）および図１４（ｅ）には横軸を時間軸として加算後の受波信号を示す。

送波器から送波された疎密波が各物体２，２’でそれぞれ反射されることにより、各受波素子Ｍは、図１４（ａ）のように各物体２，２’の方位に対応する時間差を持つ疎密波を受波する。各受波素子Ｍからの受波信号を図１４（ｂ）に示す遅延時間パターンを用いて遅延させることにより、図１４（ｂ）に示すように一方の物体２で反射された疎密波に対応するすべての受波信号のタイミングを一致させることができる。一方、各受波素子Ｍからの受波信号を図１４（ｄ）に示す遅延時間パターンを用いて遅延させることにより、図１４（ｄ）に示すように他方の物体２’で反射された疎密波に対応するすべての受波信号のタイミングを一致させることができる。ここで、図１４（ｂ）の遅延時間パターンが一方の物体２の方位に対応し、図１４（ｄ）の遅延時間パターンが他方の物体２’の方位に対応するのである。

このとき、物体検知装置は、加算後の受波信号（図１４（ｃ）および図１４（ｅ）を参照）の強度をしきい値と比較することによって、各遅延時間パターンに対応する方位における物体の有無を判別しており、受波信号の強度がしきい値を超えると当該方位に物体が存在すると判断する。

また、一方の物体２の方位において疎密波の送受波に要した時間がこの物体２までの距離に換算されるとともに、他方の物体２’の方位において疎密波の送受波に要した時間がこの物体２’までの距離に換算される。このように、物体までの距離および物体の方位を識別することによって、検知領域内において物体が占有する領域（つまり、物体の大きさや形状）を識別することが可能である。
特開２００４−１８０２６２号公報（第８−９頁）

ところで、従来の物体検知装置では、図１３に示したように受波器６に入射する疎密波が全ての受波素子Ｍに対して同じ角度θで入射することを前提としている。しかし、厳密には、疎密波が全ての受波素子Ｍに同じ角度θで入射するのは、物体２と受波器６との距離が隣接する受波素子Ｍ間の間隔に比べて十分に大きい場合に限られており、物体２と受波器６との距離が比較的近い場合には、図１５に示すように物体２で反射された疎密波が全ての受波素子Ｍに対して同じ角度で入射することはない。

すなわち、図１５に示す例では受波素子Ｍが配置された平面に直交する方向に対して傾きが０度の方位に物体２が存在しているから、受波器６に入射する疎密波が全ての受波素子Ｍに対して同じ角度θ＝０度で入射することを前提とすれば、隣接する受波素子Ｍのそれぞれの受波信号の時間差ΔｔはΔｔ＝（ｄ・ｓｉｎ０）／ｃ＝０になるはずであるが、実際には、物体２に近い受波素子Ｍから順に疎密波を受波することになり、受波素子Ｍ間で受波信号に時間差が生じることになる。要するに、物体２までの距離が近い場合には、物体２が存在しているにもかかわらず、図１５（ｂ）のように遅延後の受波信号のタイミングが一致しないことにより、図１５（ｃ）のように加算後の受波信号の強度がしきい値Ｓｔｈを超えず、物体２の存在を検知できない可能性がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、物体までの距離が近い場合であっても正確に物体を検知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。

請求項１の発明では、検知領域に疎密波を間欠的に送波する送波器と、それぞれ疎密波を電気信号である受波信号に変換する複数個の受波素子を有し、検知領域内に存在する物体で反射された送波器からの疎密波を受波する受波器と、各受波素子から出力される受波信号に基づいて検知領域において物体が存在する位置を検知する検知部とを備え、検知部は、受波素子の個数分の遅延時間が組み合わされた遅延時間パターンであって検知領域を区画した各小領域に一対一に対応付けられた遅延時間パターンを用い、各受波素子からの受波信号を当該遅延時間パターンの各遅延時間だけそれぞれ遅延させる遅延手段と、遅延後の受波信号を全ての受波素子について加算し、加算結果に基づいて遅延後の受波信号が時間軸方向に重なるときの遅延時間パターンに対応した小領域に物体が存在すると判断する判断手段とを有し、遅延時間パターンは、受波器から物体までの距離が大きく物体で反射された疎密波が全ての受波素子に同一の入射角度で入射する場合と、受波器から物体までの距離が小さく物体で反射された疎密波が受波素子ごとに異なる入射角度で入射する場合とのいずれの場合でも遅延後の受波信号が時間軸方向に重なるように、各小領域の方位および各小領域までの距離に対応付けて設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、遅延手段において、受波素子の個数分の遅延時間が組み合わされてなり、かつ検知領域を区画した各小領域の方位および各小領域までの距離に一対一に対応付けられた遅延時間パターンを用いているから、遅延時間パターンには小領域の方位だけでなく当該小領域までの距離も反映されることになる。したがって、ある小領域で反射された疎密波が受波器で受波された場合に、遅延手段において当該小領域に対応する遅延時間パターンの遅延時間だけ各受波素子からの受波信号をそれぞれ遅延させると、この小領域の方位や小領域までの距離に関係なく、判断手段においては受波信号の重なりを確実に検出することができる。要するに、従来構成と比較して、物体までの距離が近い場合でもあっても正確に物体を検知することができるという利点がある。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記検知部が、各受波素子ごとに個別に求めた各小領域の方位および各小領域までの距離に基づいて導出される前記受波素子間の受波信号の時間差を埋めるように設定される前記遅延時間の組み合わせを前記遅延時間パターンとして前記遅延手段に適用する遅延時間設定手段を有することを特徴とする。

この構成によれば、遅延手段は遅延時間設定手段により設定される遅延時間パターンを用いて受波信号の遅延処理を行う構成であればよく、遅延手段の構成を簡単にできる。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記遅延時間設定手段が、前記小領域と前記遅延時間パターンとを予め対応付けてあるデータテーブルを備え、小領域ごとに対応する遅延時間パターンをデータテーブルから読み出して前記遅延手段に適用することを特徴とする。

この構成によれば、物体を検知する際に、遅延時間パターンを演算により求める必要はなく、データテーブルから遅延時間パターンを読み出すだけでよいので、物体を検知する際の処理を高速化することできる。

請求項４の発明は、請求項２の発明において、前記遅延時間設定手段が、前記遅延時間パターンを前記小領域ごとに算出して前記遅延手段に適用することを特徴とする。

この構成によれば、物体を検知する際に演算によって遅延時間パターンを求めており、遅延時間パターンを予め記憶しておく必要はないから、検知部に必要なメモリ容量を比較的小さく抑えることができる。

請求項５の発明は、請求項２ないし請求項４のいずれかの発明において、前記検知部が、疎密波が送波されてから受波されるまでに要した時間に対応する物体までの距離を識別する距離算出手段を有し、前記遅延時間設定手段が、距離算出手段で識別された距離に位置する前記小領域を対象とし、対象とする各小領域にそれぞれ対応する前記遅延時間パターンのみを前記遅延手段に適用することを特徴とする。

この構成によれば、物体が存在する距離にある小領域のみを検知することにより物体の位置を検知することが可能であるから、全ての小領域を検知する場合に比べて、検知部で用いる遅延時間パターンの組数を低減することができ、結果的に物体を検知する際の処理を高速化することができる。
請求項６の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記判断手段が、加算後の受波信号の強度が所定のしきい値を超えた前記小領域を仮検出点として選出し、仮検出点が選出されると、次に疎密波の送受波が行われた際に、仮検出点として選出されている各小領域付近の小領域に対応する前記遅延時間パターンのみを前記遅延手段に適用して物体の有無を判断する再検出処理を行う再検出手段としての機能を兼ねていることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかの発明において、前記小領域が、複数の前記受波素子の中心に位置する受波素子からみた方位と当該受波素子からの直線距離とで極座標表示されるように、前記検知領域が区画されて設定されていることを特徴とする。

本発明は、物体までの距離が近い場合でもあっても正確に物体を検知することができるという利点がある。

（実施形態１）
本実施形態では、対象とする検知領域内に存在する物体を検知する物体検知装置において、物体までの距離および物体の方位を識別する構成について説明する。

本実施形態の物体検知装置は、図２に示すように、対象とする検知領域（空気中）に間欠的に疎密波（ここでは超音波）を送波する送波手段１と、検知領域内に存在する物体２で反射された疎密波を受波する受波手段３とを備える。送波手段１は、電気信号である送波信号を疎密波に変換する送波器４と、疎密波が間欠的に送波されるように送波器４を駆動する駆動回路５とを有し、受波手段３は、疎密波を受波するとともに当該疎密波を電気信号である受波信号に変換する受波器６と、受波器６からの受波信号に基づいて物体２が存在する位置を判別する検知部７とを有する。送波器４と受波器６とは、互いに隣接して配置され、センサ部を構成している。さらに、疎密波が送波されたタイミングが検知部７に伝わるように、駆動回路５と検知部７とは互いに接続されている。

また、受波器６は、図３に示すように、素子配列用基板８上において一方向に等間隔で５個配列された受波素子Ｍ_Ｎ（Ｎは受波素子の配列方向の位置を表しており、以下ではＮを素子番号という）を有し、それぞれの受波素子Ｍ_Ｎにおいて疎密波を受波信号に変換することにより、検知部７において各受波素子Ｍ_Ｎのそれぞれの受波信号の時間差によって物体２の方位を識別できるようにしてある。ただし、本実施形態では、受波素子Ｍ_Ｎを水平面に沿った直線状に配列することにより、水平面上における方位を識別するものとする。

ここで、複数個の受波素子Ｍ_Ｎにおいては、中心に位置する受波素子Ｍ_ＮをＭ_０とするように、図３中左端の受波素子Ｍ_Ｎから順にＮ＝−２，−１，０，１，２の素子番号を付与してある。以下では、中心に位置する受波素子Ｍ_０を基準とし、当該受波素子Ｍ_０からみた方位（素子配列用基板８に直交する方向に対する角度）を方位θとし、当該受波素子Ｍ_０からの直線距離を距離Ｄとする。以下では、検知領域を区画してそれぞれ方位θと距離Ｄとで極座標表示される各小領域を想定し、各小領域の中心点を当該小領域の代表点Ｐとする。物体検知装置は各小領域について物体２の有無を検知することにより、検知領域内における物体２の位置を検知するものとする。さらに、隣接する受波素子Ｍ_Ｎ間の間隔をｄ（定数）とし、送波器４と受波素子Ｍ_０との間隔をＬ（定数）とする。つまり、受波素子Ｍ_０と受波素子Ｍ_２との間隔は（２−０）×ｄ＝２・ｄ、受波素子Ｍ_−２と受波素子Ｍ_２との間隔は（２−（−２））×ｄ＝４・ｄになる。

一方、検知部７は、図４に示すように、受波素子Ｍ_Ｎの個数（５個）分の遅延時間を組み合わせた遅延時間パターンを算出する遅延時間算出部１３と、各受波素子Ｍ_Ｎからの受波信号を前記遅延時間パターンの各遅延時間だけそれぞれ遅延させる遅延手段としての遅延回路９と、遅延後の受波信号を加算し加算結果から物体の存在する位置を判断する判断手段としての判断回路１０とを有したＣＰＵからなる。つまり、遅延時間算出部１３は、遅延回路９において適用する遅延時間パターンを遅延回路９に対して出力する遅延時間設定手段として機能する。

ところで、本実施形態では、遅延時間パターンが各小領域の方位θおよび各小領域までの距離Ｄに一対一に対応付けられており、遅延時間算出部１３は、外部から指定された小領域について遅延時間パターンを算出して遅延回路９に適用するように構成されている。ここでは、遅延時間算出部１３に対する小領域に指定は判断回路１０で行っており、判断回路１０は、加算後の受波信号の強度をしきい値と比較することによって、加算後の受波信号の強度がしきい値を超えると、このときに指定した小領域に物体２が存在すると判断する。そして、判断回路１０は、物体２が存在すると判断した小領域の情報（方位θ、距離Ｄ）を検知結果として出力する。ただし、複数個の小領域に物体２が存在する場合には、これらの小領域の情報に基づいて、検知領域内において物体２が占有する領域（つまり、物体２の大きさや形状）が識別可能な形態の検知結果を出力してもよい。

以下に、各小領域の方位θおよび各小領域までの距離Ｄに一対一に対応付けた遅延時間パターンを求める概要を説明する。

本実施形態では、所要時間を幾何学的な観点から各受波素子Ｍ_Ｎごとに個別に求め、このようにして求まる所要時間を用いて遅延時間を導出している。所要時間は、図３より幾何学的に次のように求めることができる。

まず、送波器４において疎密波が送波されてから物体２で反射されるまでに要する時間（以下、往路の所要時間という）Ｔは、送波器４と物体２との間の距離を音速ｃで除することにより求まり、次式で表される。

一方、疎密波が物体２で反射されてから各受波素子Ｍ_Ｎで受波されるまでに要する時間（以下、復路の所要時間という）Ｔ_Ｎは、各受波素子Ｍ_Ｎと物体２との間の距離を音速ｃで除することにより求まり、次式で表される。

つまり、往路の所要時間Ｔと復路の所要時間Ｔ_Ｎとはいずれも方位θと距離Ｄとの２つのパラメータを含んでいる。さらに、復路の所要時間Ｔ_Ｎにおいては個々の受波素子Ｍ_Ｎごとに異なるので、受波素子Ｍ_Ｎの素子番号Ｎも含んでいる。したがって、往路の所要時間Ｔと復路の所要時間Ｔ_Ｎとは、方位θと距離Ｄと素子番号Ｎとの３つのパラメータに所望の値を代入することにより、一義的に求まることになる。

そして、遅延時間は、送波器４において疎密波が送波されてから物体２で反射され各受波素子Ｍ_Ｎで受波されるまでに要する時間（以下、所定時間という）との関係が、（所要時間）＋（遅延時間）＝（一定時間Ｔｃ）となるように決定される。したがって、上述のように求まった所要時間（＝Ｔ＋Ｔ_Ｎ）を用いて、遅延時間Ｔｄ_Ｎは、Ｔｄ_Ｎ＝Ｔｃ−（Ｔ＋Ｔ_Ｎ）と表すことができ、方位θと距離Ｄと素子番号Ｎとの３つのパラメータに所望の値を代入することにより一義的に求まることになる。ここでは、一定時間Ｔｃを、所要時間（＝Ｔ＋Ｔ_Ｎ）の最大値に設定してある。

遅延時間パターンは受波素子Ｍ_Ｎの個数分の遅延時間Ｔｄ_Ｎの組み合わせであって、受波素子Ｍ_Ｎは素子番号Ｎ＝−２〜２までの５個設けられているので、方位θ＝θ１、距離Ｄ＝Ｄ１の小領域に対応する遅延時間パターンは、上述した遅延時間Ｔｄ_Ｎの式においてθ＝θ１、Ｄ＝Ｄ１を代入するとともに、Ｎ＝−２〜２を順に代入することによりそれぞれ求まる遅延時間Ｔｄ_−２〜Ｔｄ_２を組み合わせたものとなる。なお、本実施形態では、判断回路１０において、遅延後の受波信号を所定のタイミング（疎密波を送波してから前記一定時間Ｔｃ経過時）でのみ加算するようにしてある。

一方、本実施形態では、図５に示すように、方位θが受波素子Ｍ_０の正面方向（θ＝０度）を中心として右側（負の方向）に４５度、左側（正の方向）に４５度の範囲内であって、受波素子Ｍ_０からの距離Ｄが５〜３０００ｍｍの範囲を検知領域とする。ここで、水平面上において方位θが５度間隔、距離Ｄが５ｍｍ間隔となるように、各小領域の代表点Ｐを設定してある。すなわち、物体検知装置の分解能は、水平面上において方位θに関しては５度、距離Ｄに関しては５ｍｍになる。ここで、方位θに関しては−４５〜４５度で５度間隔であるから（９０／５）＋１＝１９個の値が存在し、距離Ｄに関しては５〜３０００ｍｍで５ｍｍ間隔であるから３０００／５＝６００個の値が存在し、結果的に、６００×１９＝１１４００個の小領域が存在することになる。なお、図５は方位および距離を正確に図示するものではない。

以下に、本実施形態の物体検知装置の動作を図６に示すフローチャートを参照して説明する。ここでは、検知領域の全域に亘って小領域を走査し、検知領域内において物体２が占有する領域（つまり、物体２の大きさや形状）を検出する例を示すが、これに限らず、たとえば任意の小領域について物体２の有無を検知するようにしてもよい。

まず、物体検知装置が始動され（Ｓ００）、物体検知装置が始動直後であれば（Ｓ０１：Ｙｅｓ）、送波手段１および受波手段３のキャリブレ−ションを行ってから（Ｓ０２）疎密波の送受信を行う（Ｓ０３）。続いて、検知部７の遅延時間算出部１３において、方位θ、距離Ｄ、受波素子Ｍ_Ｎの素子番号Ｎの初期値がそれぞれ与えられた状態で遅延時間Ｔｄ_Ｎ（＝Ｔｃ−（Ｔ＋Ｔ_Ｎ））を算出する（Ｓ０７）。ここで、遅延時間Ｔｄ_Ｎが全ての受波素子（Ｎ＝−２〜２）について算出されるように、素子番号Ｎを−２〜２の範囲でループさせており（Ｓ０６）、素子番号Ｎが最後まで回ると（Ｓ０６：ｅｎｄ）、算出された遅延時間Ｔｄ_Ｎの組み合わせである遅延時間パターンを用いて各受波素子Ｍ_Ｎからの受波信号を遅延回路９でそれぞれ遅延させ、遅延後の受波信号を判断回路１０で加算する。そして、判断回路１０において加算後の受波信号をしきい値と比較することによって、１つの小領域における物体２の有無を判断する（Ｓ０８）。その後、距離Ｄを５〜３０００ｍｍの範囲でループさせて（Ｓ０５）同様に各小領域における物体２の有無を検出し、さらに方位θを−４５〜４５度の範囲でループさせて（Ｓ０４）各小領域における物体２の有無を検出する。

全ての小領域について物体２の有無が検知されると（Ｓ０４：ｅｎｄ）、物体２が存在すると判断された小領域の情報（方位θ、距離Ｄ）を出力し（Ｓ０９）、ステップＳ０１に戻る。以降、疎密波を送受波するステップＳ０３から小領域の情報を出力するステップＳ０９までを繰り返す。

上述した物体検知装置を用いれば、以下に図１を参照して説明するように、近距離に存在する物体２であっても正確に検知することができる。ただし、図１（ｂ）では横軸を時間軸とし、長方形の横方向の長さを遅延時間Ｔｄ_Ｎの大きさとして遅延時間パターンを表すとともに、各受波素子Ｍ_Ｎ毎の遅延後の受波信号を表す。図１（ｃ）には横軸を時間軸として加算後の受波信号を示す。

すなわち、図１（ａ）に示すように、受波素子Ｍ_０の正面方向である方位θ＝０、距離Ｄ＝Ｄ１で表される小領域（代表点Ｐ＝Ｐ１）に物体２が存在する場合に、当該物体２で反射された疎密波は受波素子Ｍ_０で最初に受波され、その後、受波素子Ｍ_−１，Ｍ_１で受波され、最後に受波素子Ｍ_−２，Ｍ_２で受波されることになる。ここで、各受波素子Ｍ_Ｎから出力された受波信号をそれぞれ遅延回路９において図１（ｂ）に示す遅延時間パターンを用いて遅延させることにより、全ての受波素子Ｍ_Ｎに関して受波信号のタイミングを所定のタイミング（疎密波を送波してから前記一定時間Ｔｃ経過時）で一致させることができる。図１（ｂ）に示す遅延時間パターンは、上述した「数１」および「数２」において、方位θ＝０、距離Ｄ＝Ｄ１とし、かつ素子番号Ｎに−２〜２のそれぞれを代入することにより求まる所要時間（＝Ｔ＋Ｔ_Ｎ）を用いて、Ｔｄ_Ｎ＝Ｔｃ−（Ｔ＋Ｔ_Ｎ）の関係より求まる遅延時間Ｔｄ_Ｎの組み合わせである。

そして、遅延後の受波信号を前記所定のタイミングで加算すると、図１（ｃ）に示すようにしきい値Ｓｔｈを超える強度の受波信号が得られ、この小領域（代表点Ｐ＝Ｐ１）に物体２が存在すると判断される。ただし、物体２で反射される疎密波の強度は物体２までの距離が遠くなるほど小さくなるので、判断回路１０で用いるしきい値Ｓｔｈは一定の値とするのではなく、検知する小領域までの距離Ｄに応じて変化させるようにしている。

また、この物体検知装置を用いて、方位θ＝０、距離Ｄ＝Ｄ１の小領域以外の小領域（代表点Ｐ＝Ｐ２，Ｐ３）における物体２の有無を検出する例を図７および図８に示す。図７では、図１に示した例と同じ方位θ＝０であって図１に示した例よりも遠い距離Ｄ＝Ｄ２にある小領域（代表点Ｐ＝Ｐ２）における物体２を検知する例を示し、図８では、図１に示した例と同じ距離Ｄ＝Ｄ１であって正の方位θ＝θ１（＞０）にある小領域（代表点Ｐ＝Ｐ３）における物体２を検知する例を示す。

ところで、従来構成では、隣接する受波素子間の受波信号の時間差ΔｔをΔｔ＝ｄ・ｓｉｎθ／ｃと近似しているが、この時間差Δｔを用いて各受波素子における復路の所要時間Ｔ_Ｎ’を表すとＴ_Ｎ’＝（Ｄ＋ｄ・ｓｉｎθ）／ｃとなる。そして、この復路の所要時間Ｔ_Ｎ’を本実施形態で説明したように幾何学的な観点から求まる復路の所要時間Ｔ_Ｎと比較すると、次式のようになる。

すなわち、従来構成では、受波器６に入射する疎密波が全ての受波素子Ｍに対して同じ角度θで入射することを前提としているから、遅延時間パターンと物体の位置との間には上記Ｔ_Ｎ’−Ｔ_Ｎに依存する誤差が生じることになり、結果的に、従来構成はこの誤差の分だけ本実施形態に比べて精度が劣ることになる。上式からは距離Ｄが小さいほど、Ｔ_Ｎ’−Ｔ_Ｎが大きくなり従来構成における測定誤差が大きくなることが分かる。

ただし、距離Ｄが大きくなるほどＴ_Ｎ’−Ｔ_Ｎは小さくなるので、距離Ｄがある程度大きくなると、受波器６に入射する疎密波が全ての受波素子Ｍ_Ｎに略同じ角度で入射するものとみなし上記Ｔ_Ｎ’を用いて導出される従来の遅延時間Ｔｄ_Ｎ’＝Ｔｃ−（Ｔ＋Ｔ_Ｎ’）を用いたとしても、測定誤差を無視できる程度に小さく抑えることができる。そこで、たとえば距離Ｄ≦１０００ｍｍの小領域については上述した「数１」および「数２」に基づく遅延時間Ｔｄ_Ｎ＝Ｔｃ−（Ｔ＋Ｔ_Ｎ）を適用し、距離Ｄ＞１０００ｍｍの小領域については従来の遅延時間Ｔｄ_Ｎ’＝Ｔｃ−（Ｔ＋Ｔ_Ｎ’）を適用するように場合分けをしてもよい。従来の遅延時間Ｔｄ_Ｎ’＝Ｔｃ−（Ｔ＋Ｔ_Ｎ’）を求める演算は、「数１」および「数２」に基づく遅延時間Ｔｄ_Ｎ＝Ｔｃ−（Ｔ＋Ｔ_Ｎ）を求める演算に比べて簡単であるから、このように場合分けをすることにより、上述した実施形態よりも物体２を検知する際の処理を高速化することができる。

（実施形態２）
本実施形態の物体検知装置は、図９に示すように、遅延回路９で用いる遅延時間パターンを遅延回路９に出力する機能を有した遅延時間設定手段としてのデータ部１１が検知部７に設けられており、実施形態１において説明したようにして求まる遅延時間パターンを全ての小領域について予め算出し、データ部１１に設けたメモリに予め記憶するようにした点が実施形態１の物体検知装置と相違する。すなわち、本実施形態の遅延回路９は、予めデータ部１１に記憶された遅延時間Ｔｄ_Ｎを用いて受波信号を遅延させることになる。

データ部１１は、遅延時間パターンをデータテーブルに記憶しており、各遅延時間パターンが各小領域の情報（方位θ、距離Ｄ）と一対一に対応するようにしてある。そして、データ部１１は、判断回路１０から小領域を指定する指定信号を受けて、この指定信号で指定された小領域に対応する遅延時間パターンをデータテーブルから読み出し遅延回路９に適用する。ここで、実施形態１で説明したように１１４００個の小領域が存在する場合には、１１４００組の遅延時間パターンがデータ部１１内のメモリに記憶される。さらに、遅延時間パターンは受波素子Ｍ_Ｎの個数分の遅延時間Ｔｄ_Ｎの組み合わせであって、受波素子Ｍ_Ｎは５個設けられているので、結局、データ部１１内のメモリには１１４００×５＝５７０００個の遅延時間Ｔｄ_Ｎが記憶されることになる。

本実施形態の構成によれば、物体２を検知する際に実施形態１で説明したように遅延時間Ｔｄ_Ｎを算出するための演算を行う必要がなくなるので、物体２の有無を検知する際の処理を高速化することができる。

ところで、図９に示す検知部７には、疎密波が送波されてから基準となる受波素子Ｍ_０で受波されるまでに要する所要時間を検出し、当該所要時間を距離Ｄに換算する距離算出回路１２が設けられている。ここで、データ部１１は、距離算出回路１２の出力を受けて、距離算出回路１２で検出された距離Ｄに対応した遅延時間パターンのみを選択して遅延回路９に出力するようにしてもよい。つまり、たとえば距離算出回路１２で距離Ｄ＝Ｄ３が検出された場合には、データ部１１は、距離Ｄ＝Ｄ３に位置する各小領域に対応する遅延時間パターンのみを遅延回路９に出力するようにすればよい。ここで、ある距離Ｄに位置する小領域は方位θ＝−４５〜４５度の間に１９個存在するだけであるから、このようにデータ部１１が距離算出回路１２の出力を受ける場合には、遅延回路９で用いる遅延時間パターンを１９組にまで減少させることができ、物体２の有無を検知する際の処理速度を一層高速化することができる。なお、その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

（実施形態３）
本実施形態の物体検知装置は、図１０に示すように、実施形態２で説明した距離算出回路１２が検知部７に設けられている点が実施形態１の物体検知装置とは相違する。

遅延時間算出部１３は、距離算出回路１２の出力を受けるように構成されており、距離算出回路１２で算出された距離Ｄに対応した遅延時間パターンのみを演算により求めて遅延回路９に出力する。具体的に説明すると、たとえば距離算出回路１２で距離Ｄ＝Ｄ３が検出された場合には、遅延時間算出部１３は、距離Ｄ＝Ｄ３を遅延時間Ｔｄ_Ｎのパラメータに代入し、方位θ＝−４５〜４５度の範囲に存在する１９個の小領域について、１９組の遅延時間パターンを求める。

上述した構成によれば、１１４００組の遅延時間パターンを全て演算により求める構成に比べて、遅延時間パターンを求めるために演算を行う処理数を少なくすることができるから、物体２を検知する際の処理を高速化することができるという利点がある。

また、本実施形態の判断回路１０は、ある小領域に対応する遅延時間Ｔｄ_Ｎを遅延回路９に適用したときに、加算後の受波信号の強度がしきい値Ｓｔｈを超えると、このときの小領域を仮検出点として選出し一時記憶するように構成されている。そして、幾つかの仮検出点が選出された場合には、その直後に疎密波の送受波が行われた際に、仮検出点として一時記憶された各小領域付近の小領域に対応する遅延時間パターンのみを遅延時間算出部１３から遅延回路９に出力させて物体２の有無を判断する処理（以下、再検出処理という）を行う。ここで、加算後の受波信号の強度がしきい値Ｓｔｈを超えた小領域についてのみ物体２が存在すると判断する。

要するに、１回の検知によって物体２の有無を判断する構成では、物体２が存在していなくても、受波手段３が偶発的に生じるノイズ等の影響を受けることにより誤って物体２が存在すると判断される場合があるが、上述したように再検出処理を行う構成では、２回の検知によって得られた結果の論理積をとることにより、１回の検知でのみ偶発的に生じたノイズ等を除外して、実際に存在する物体２で反射された疎密波を検知することができるので、物体２を検知する精度が向上するという利点がある。このように、本実施形態の物体検知装置では、判断回路１０が再検出処理を行うための再検出手段としての機能を兼ねている。なお、再検出処理は疎密波が３回以上送受波される間に亘って行うようにしてもよい。その他の構成および機能は実施形態１と同様である。

（実施形態４）
上述した各実施形態では、水平面上において物体２が占有する領域（つまり、物体２の大きさや形状）を検出するために、素子配列用基板８上において一方向に受波素子Ｍ_−２〜Ｍ_２を配列することにより受波器６を構成しているが、本実施形態では、水平方向における方位θ（水平方位）と鉛直方向における方位φ（鉛直方位）と距離Ｄとを用い、３次元空間内において物体２が占有する領域を検出する例を示す。

本実施形態の物体検知装置では、図１１に示すように、複数個の受波素子Ｍ_{（Ｘ，Ｙ）}（Ｘは受波素子の水平方向の位置を表し、Ｙは受波素子の鉛直方向の位置を表す）が、素子配列用基板８の前面において、水平方向（図１１の左右方向）と鉛直方向（図１１の上下方向）との両方向に同じ個数となる十字状に配列されている。ここでは、受波素子Ｍ_{（０，０）}を中心として、水平方向に受波素子Ｍ_{（−２，０）}〜Ｍ_{（２，０）}の合計５個の受波素子が等間隔ｄで並び、かつ鉛直方向に受波素子Ｍ_{（０，−２）}〜Ｍ_{（０，２）}の合計５個の受波素子が等間隔ｄで並ぶように、合計９個の受波素子Ｍ_{（Ｘ，Ｙ）}が設けられている。図１１では、素子配列用基板８の後面側からみた受波素子Ｍ_{（Ｘ，Ｙ）}の配列を示す。

本実施形態では、所要時間を幾何学的な観点から各受波素子Ｍ_{（Ｘ，Ｙ）}ごとに個別に求め、このようにして求まる所要時間から導出される遅延時間を用いている。ここで、往路の所要時間Ｔと復路の所要時間Ｔ_{（Ｘ，Ｙ）}とはいずれも水平方位θと鉛直方位φと距離Ｄとの３つのパラメータを含むことになる。さらに、復路の所要時間Ｔ_{（Ｘ，Ｙ）}においては個々の受波素子Ｍ_{（Ｘ，Ｙ）}ごとに異なるので、受波素子Ｍ_{（Ｘ，Ｙ）}の素子番号（Ｘ，Ｙ）も含む。

所要時間と遅延時間とは、（所要時間）＋（遅延時間）＝（一定時間Ｔｃ）となる対応関係にあるので、所要時間（＝Ｔ＋Ｔ_{（Ｘ，Ｙ）}）を用いて、遅延時間Ｔｄ_{（Ｘ，Ｙ）}はＴｄ_{（Ｘ，Ｙ）}＝Ｔｃ−（Ｔ＋Ｔ_{（Ｘ，Ｙ）}）と表すことができる。ここでは、一定時間Ｔｃを、所要時間（＝Ｔ＋Ｔ_{（Ｘ，Ｙ）}）の最大値に設定してある。遅延時間パターンは受波素子Ｍ_{（Ｘ，Ｙ）}の個数分の遅延時間Ｔｄ_{（Ｘ，Ｙ）}の組み合わせであるから、各小領域についてそれぞれ求まる遅延時間Ｔｄ_{（−２，−２）}〜Ｔｄ_{（２，２）}を組み合わせたものとなる。

上述した構成により、本実施形態では、３次元空間を水平方位θと鉛直方位φと距離Ｄとで区画した各小領域についてそれぞれ物体２の有無を検知することが可能になる。ここでは、受波素子Ｍ_{（０，０）}の正面方向（水平方位θ＝０度、鉛直方位φ＝０度）を中心として水平方位θ＝−４５〜４５度（左側が正）、鉛直方位＝−４５〜４５度（上側が正）、距離Ｄ＝５〜３０００ｍｍの範囲を検知領域とし、水平方位θおよび鉛直方位φが５度間隔、距離Ｄが５ｍｍ間隔となるように小領域を設定する。ここで、水平方位θおよび鉛直方位φに関しては−４５〜４５度で５度間隔であるからそれぞれ（９０／５）＋１＝１９個の値が存在し、距離Ｄに関しては５〜３０００ｍｍで５ｍｍ間隔であるから３０００／５＝６００個の値が存在し、結果的に、６００×１９×１９＝２１６６００個の小領域が存在することになる。したがって、実施形態２のように、遅延時間パターンをデータ部１１に記憶する場合には、２１６６００組の遅延時間パターンがデータ部１１のメモリに記憶される。さらに、遅延時間パターンは受波素子Ｍ_{（Ｘ，Ｙ）}の個数分の遅延時間Ｔｄ_{（Ｘ，Ｙ）}の組み合わせであって、受波素子Ｍ_{（Ｘ，Ｙ）}は９個設けられているので、結局、データ部１１のメモリには２１６６００×９＝１９４９４００個の遅延時間Ｔｄ_Ｎが記憶されることになる。

なお、受波素子Ｍ_{（Ｘ，Ｙ）}の配置は、上述したものに限らず、たとえば図１２（ａ）に示すように十字状以外の形状（ここではＴ字状）に配列されていてもよい。また、図１２（ｂ）に示すように、合計１０個の受波素子Ｍを用いて水平方向と鉛直方向とのそれぞれに受波素子Ｍを５個ずつ配列したり、図１２（ｃ）に示すように合計２５個の受波素子Ｍを格子点上に配置したりすることもできる。さらにまた、水平方向および鉛直方向のそれぞれにおいて、６個以上（あるいは４個以下）の受波素子Ｍが並ぶようにしてもよい。

本発明の実施形態１の動作を示す説明図である。 同上の構成を示すブロック図である。 同上の受波器と送波器と各小領域の代表点との位置関係を示す説明図である。 同上の受波手段の構成を示すブロック図である。 同上の検知領域を示す説明図である。 同上の動作を示すフローチャートである。 同上の動作を示す説明図である。 同上の動作を示す説明図である。 本発明の実施形態２の受波手段の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態３の受波手段の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態４の受波器と送波器との位置関係を示す説明図である。 同上の他の構成を示す説明図である。 従来例の受波手段の動作を示す説明図である。 同上の動作を示す説明図である。 同上の動作を示す説明図である。

符号の説明

２ 物体
４ 送波器
６ 受波器
７ 検知部
９ 遅延回路（遅延手段）
１０ 判断回路（判断手段）
１１ データ部（遅延時間設定手段）
１３ 遅延時間算出部（遅延時間設定手段）
Ｄ 距離
Ｍ 受波素子
θ 方位

Claims (7)

1. 検知領域に疎密波を間欠的に送波する送波器と、それぞれ疎密波を電気信号である受波信号に変換する複数個の受波素子を有し、検知領域内に存在する物体で反射された送波器からの疎密波を受波する受波器と、各受波素子から出力される受波信号に基づいて検知領域において物体が存在する位置を検知する検知部とを備え、検知部は、受波素子の個数分の遅延時間が組み合わされた遅延時間パターンであって検知領域を区画した各小領域に一対一に対応付けられた遅延時間パターンを用い、各受波素子からの受波信号を当該遅延時間パターンの各遅延時間だけそれぞれ遅延させる遅延手段と、遅延後の受波信号を全ての受波素子について加算し、加算結果に基づいて遅延後の受波信号が時間軸方向に重なるときの遅延時間パターンに対応した小領域に物体が存在すると判断する判断手段とを有し、遅延時間パターンは、受波器から物体までの距離が大きく物体で反射された疎密波が全ての受波素子に同一の入射角度で入射する場合と、受波器から物体までの距離が小さく物体で反射された疎密波が受波素子ごとに異なる入射角度で入射する場合とのいずれの場合でも遅延後の受波信号が時間軸方向に重なるように、各小領域の方位および各小領域までの距離に対応付けて設定されていることを特徴とする物体検知装置。
2. 前記検知部は、各受波素子ごとに個別に求めた各小領域の方位および各小領域までの距離に基づいて導出される前記受波素子間の受波信号の時間差を埋めるように設定される前記遅延時間の組み合わせを前記遅延時間パターンとして前記遅延手段に適用する遅延時間設定手段を有することを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
3. 前記遅延時間設定手段は、前記小領域と前記遅延時間パターンとを予め対応付けてあるデータテーブルを備え、小領域ごとに対応する遅延時間パターンをデータテーブルから読み出して前記遅延手段に適用することを特徴とする請求項２記載の物体検知装置。
4. 前記遅延時間設定手段は、前記遅延時間パターンを前記小領域ごとに算出して前記遅延手段に適用することを特徴とする請求項２記載の物体検知装置。
5. 前記検知部は、疎密波が送波されてから受波されるまでに要した時間に対応する物体までの距離を識別する距離算出手段を有し、前記遅延時間設定手段は、距離算出手段で識別された距離に位置する前記小領域を対象とし、対象とする各小領域にそれぞれ対応する前記遅延時間パターンのみを前記遅延手段に適用することを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の物体検知装置。
6. 前記判断手段は、加算後の受波信号の強度が所定のしきい値を超えた前記小領域を仮検出点として選出し、仮検出点が選出されると、次に疎密波の送受波が行われた際に、仮検出点として選出されている各小領域付近の小領域に対応する前記遅延時間パターンのみを前記遅延手段に適用して物体の有無を判断する再検出処理を行う再検出手段としての機能を兼ねていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の物体検知装置。
7. 前記小領域は、複数の前記受波素子の中心に位置する受波素子からみた方位と当該受波素子からの直線距離とで極座標表示されるように、前記検知領域が区画されて設定されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の物体検知装置。

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