JP5483044B2 - 物体検出装置及び当該物体検出装置を用いた車両の開閉制御システム、並びに包絡線の立ち上がり検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、送信した超音波に対する物体からの反射波に基づいて当該物体の位置を検出する物体検出装置に関する。

この種の物体検出装置は、車両周辺の障害物検知を行い、その検知結果に基づいて車両の開閉体を開閉させる車両の開閉制御システムなどに用いられている。下記に出典を示す特許文献１には、物体からの反射波の振幅が変動した場合でも、反射波の受信時刻を正確に求める技術が開示されている。特許文献１では、反射波から得られる包絡線が異なる２つの閾値と交わる２交点から包絡線の立ち上がりを近似した近似直線を求め、この近似直線の値が電圧０ボルトとなる時刻を求める。この時刻は、反射波の振幅が変動し、近似直線の傾きが変化してもその位置の変動が少ないので、正確に物体の位置を検出することができる。

しかし、反射波には、複数物体からの反射波やノイズ成分が重畳されることがあり、包絡線の立ち上がり部分に盛り上がりが生じる場合がある。この場合、近似直線が正確に求められず、近似直線の値が電圧０ボルトとなる時刻もずれることになり、結果として、物体の位置の検出精度が低下することとなる。この問題に鑑みて、下記に出典を示す特許文献２には、さらに正確に包絡線の立ち上がりの近似直線を得る技術が提案されている。これによれば、包絡線の頂点を求め、この頂点を基準として近似直線を求める。例えば、頂点に達する前の所定期間の電圧値を用いて最小自乗法により近似直線が求められる。あるいは、頂点の電圧を基準として２０％〜８０％の範囲の電圧値を用いて最小自乗法により近似直線が求められる。

特開２００５−６９８６７号公報（第３７〜５６段落、図３〜５等） 特開２００７−３１５８９２号公報（第２０〜２２、４１段落、図６、１０等）

特許文献１及び特許文献２に記載された技術は、反射波の受信時刻を正確に求め、物体の位置を精度よく検出するための優れた技術である。しかし、上述したように、反射波には、しばしば複数物体からの反射波やノイズ成分が重畳されることがある。このため、包絡線の立ち上がりに複数の変曲点が生じる場合がある。特許文献２において直線近似の対象となる範囲においても、さらに複数の変曲点を含む可能性があり、最小自乗法の計算対象に不要な成分を多く含むこととなる。従って、近似直線の精度、受信時刻の精度、物体の位置の精度の向上に限界がある。

本発明は、上記課題に鑑みて創案されたもので、受信波の受信時刻をより正確に求め、物体の検出精度が向上された物体検出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の本発明に係る物体検出装置の特徴構成は、
送信した超音波に対する物体からの反射波に基づいて当該物体の位置を検出する物体検出装置であって、
所定の送信タイミングごとに送信器に超音波を送信させる送信部と、
それぞれ異なる位置に配置された複数の受信器に達した超音波を前記受信器ごとの受信信号として受信する受信部と、
前記各受信信号の包絡線をそれぞれ取得する検波部と、
前記各包絡線に対して、前記包絡線のピークを検出し、当該ピークへ向かう前記包絡線の所定の単位時間当たりの変化量が増加を続ける変化量増加期間における最大の変化量を傾きとして近似直線を取得し、当該近似直線の電圧値が所定の基準電圧となる時刻を前記反射波の受信時刻として取得すると共に、前記各包絡線に対して得られた前記各受信時刻に基づいて前記物体の位置を検出する演算部と、を備え、前記演算部は、前記ピークへ向かう１つの前記包絡線が複数の物体からの反射波が重畳されることにより複数の前記変化量増加期間を有している場合、当該各変化量増加期間に対応する前記近似直線を取得し、取得された当該各近似直線に基づいてそれぞれの物体に対する反射波の前記受信時刻を取得する点にある。ここで、ピークとは正負何れの方向においても基準電圧からの電位差、つまり、反射波の振幅が大きくなる方向を指すものである。振動する波形の波高、即ち、両方向への振幅の和を「ピーク・トゥ・ピーク（peak-to-peak）」と称するように、ピークは正負何れの方向であっても問題はない。

この特徴構成によれば、ピークへ向かう包絡線の変化量増加期間における最大の変化量を傾きとして近似直線を取得する。最小自乗法を用いて近似直線を取得すると、特許文献２のように同じ基準を用いて近似直線を求めても、包絡線の波形が歪んでいた場合に、得られる近似直線の誤差が大きくなる。しかし、本発明によれば、波形の歪みに拘わらず、変化量増加期間における最大の変化量を傾きとして近似直線が取得されるので、得られる近似直線の誤差が大きく抑制される。近似直線が精度良く求められるので、近似直線と基準電圧とに基づいて取得される受信時刻の精度も高くなる。その結果、受信波の受信時刻をより正確に求め、物体の検出精度が向上された物体検出装置を提供することが可能となる。また、変化量増加期間における最大の変化量を傾きとして近似直線が取得されるので、最小自乗法に比べて遙かに少ない演算量で近似直線を取得することができ、演算部の演算負荷が軽減される。

包絡線には、複数の物体からの反射波が重畳されている場合がある。この場合、ピークへと向かう包絡線に複数の変曲点が出現することがある。つまり、包絡線の単位時間当たりの変化量が増加を続ける変化量増加期間が、変化量が減少する期間を挟んで複数回出現することがある。１つの包絡線に複数の物体からの反射波が含まれている場合、それぞれの物体に対応する反射波の受信時刻が取得されることが望ましい。演算部が各変化量増加期間に対応する近似直線を取得し、取得された各近似直線に基づいて複数の受信時刻を取得すると、複数の物体からの反射波の受信時刻を取得することができる。その結果、複数の物体に対しても、それぞれの位置を精度良く検出することができる。また、上述したように、本発明によれば、最小自乗法に比べて遙かに少ない演算量で近似直線を取得することができる。従って、１つの包絡線に対して複数の近似直線を求め、受信時刻を求めても、演算負荷が著しく大きくなることはない。

また、本発明に係る物体検出装置の前記演算部は、前記包絡線の所定の方向を増加方向として、所定の増加時間に亘り増加して減少に転じた場合に前記ピークを検出すると好適である。

演算部は、包絡線が所定の増加時間に亘り増加して減少に転じた場合に、ピークの存在を検出する。従って、複数の物体からの反射波が重畳されて見かけ上１つの包絡線となり、当該包絡線に複数のピークが存在している場合であっても、それぞれのピークを検出することができる。

また、本発明に係る物体検出装置の前記演算部は、前記所定の単位時間としての所定のサンプリング時間ごとに設定されるサンプリング時刻における前記包絡線の前記電圧値が少なくとも２回連続して増加した後、減少に転じた場合に、当該減少に転じる前のサンプリング時刻をピーク時刻とし、当該ピーク時刻における前記電圧値をピーク電圧値とすると好適である。

所定のサンプリング時間ごとに設定されるサンプリング時刻に所得される電圧値に基づいて、ピーク電圧値を取得する信号処理は、離散データを用いたいわゆるデジタル信号処理である。近似直線の取得や、受信時刻の取得、物体の位置の演算などは、マイクロプロセッサや論理回路群を用いたデジタル演算による実行が好適である。従って、ピーク電圧値の取得もデジタル信号処理により実行されると、後段の処理との親和性がよい。また、少なくとも２回連続して電圧値が増加することを条件としてピーク時刻及びピーク電圧値が取得される。従って、ノイズなどの影響により生じる小さい振動に基づく受信信号から取得された包絡線から、ピークが検出される可能性を抑制することができる。

また、本発明に係る物体検出装置の前記演算部は、前記ピーク時刻以前の所定期間内の前記サンプリング時刻における前記電圧値に基づいて前記近似直線を取得すると好適である。

演算部は、ピークの存在を検出すると共に、当該ピークに対応する受信時刻を取得するので、精度良く受信時刻を取得することができる。

また、本発明に係る物体検出装置の前記演算部は、前記変化量として、連続する２回のサンプリング時刻における前記電圧値の差分を求め、当該差分が少なくとも２回続けて増加した後、減少に転じた場合に、当該減少に転じる前の前記差分を前記変化量増加期間における前記最大の変化量とすると好適である。

差分が同一の場合を含み、差分が続けて減少する時、あるいは差分が続けて増加する時、包絡線は変曲点を持たずに推移している。一方、差分が減少から増加に転じる時、あるいは増加から減少に転じる時には、包絡線は変曲点を有して推移する。差分が２回続けて増加し、減少に転じる時、包絡線には変曲点が生じているので、ここで近似直線を取得すると好適である。また、差分が減少に転じる前に、差分が２回続けて増加する期間は、変化量増加期間であり、さらに、差分が減少に転じる前に取得された差分は、その１回前に取得された差分よりも大きい。従って、所定の単位時間をサンプリング時間とすれば、変化量増加期間における最大の変化量は、差分が減少に転じる前に取得された差分となる。このように、デジタル信号処理により、変曲点の検出と同時に変化量増加期間における最大の変化量を良好に取得することができる。また、同時に近似直線の傾きもサンプリング時間を分母として簡単に求めることができる。

また、本発明に係る物体検出装置の前記演算部は、複数回の前記送信タイミングにおいて得られた前記受信時刻を所定回数分保持し、所定の平均化範囲内に含まれる前記受信時刻を平均化し、当該平均化された受信時刻に基づいて前記物体の位置を検出すると好適である。

同じ物体からの反射波であっても、受信部の受信波形は一定ではなく、受信時刻もばらつきを生じる。ばらつきの方向及び量は、複数の受信器のそれぞれによって異なるため、受信時刻に基づいて演算される物体の位置の精度に影響を与える。複数の送信タイミングにおいて得られた受信時刻が平均化されると、受信時刻のばらつきが抑制され、複数の受信器の相互の受信時刻の差のばらつきも抑制され、物体の位置が安定して求められる。また、包絡線に出現する変曲点にはノイズに起因するものもあるが、所定の平均化範囲内に含まれなければ、当該変曲点に対応して取得された受信時刻は物体の位置検出には利用されない。従って、ノイズを抑制して、精度よく物体の位置を検出できる物体検出装置を提供することが可能となる。

また、本発明に係る車両の開閉制御システムの特徴構成は、
揺動を伴って開閉する車両の開閉体を開閉駆動する駆動部と、前記駆動部を駆動させて前記開閉体を開閉制御する制御部とを備えた車両の開閉制御システムであって、
上記何れかの物体検出装置が前記開閉体の表面を検知範囲に含んで前記開閉体に配置され、前記制御部が、当該物体検出装置の検出結果に基づいて前記駆動部を駆動させて前記開閉体を開閉制御する点にある。

揺動型の開閉体が開閉する場合、開閉体の端部は大きく移動するため、移動方向に存在する物体に接触する可能性がある。車両の開閉体を開閉制御する開閉制御システムが、本発明の物体検出装置を備えることにより、開閉体が開閉する際に開閉体の近傍にある物体、即ち障害物を良好に検出することができる。また、物体検出装置は、開閉体の表面を検知範囲に含んで配置されるので、最も大きく移動する開閉体の端部も良好に検知範囲に含むことができる。制御部は、物体検出装置の検出結果に基づいて駆動部を駆動させるので、開閉体の近傍に物体が検出された場合には、開閉制御を停止させるなどの適切な制御を実施することができる。その結果、開閉体の開閉時に物体が開閉体に接触する可能性を抑制することができる。

また、本発明に係る包絡線の立ち上がり検出方法の特徴構成は、
送信した超音波に対する物体からの反射波に基づいて当該物体の位置を検出するために、前記反射波の包絡線を取得し、当該包絡線の所定の方向を増加方向として、前記増加方向へ向かう前記包絡線の立ち上がり時刻を検出する包絡線の立ち上がり検出方法であって、
前記包絡線の前記増加方向におけるピークを検出するピーク検出工程と、
当該ピークへ向かう前記包絡線の所定の単位時間当たりの変化量が増加を続ける変化量増加期間における最大の変化量を傾きとして近似直線を取得する近似直線取得工程と、
当該近似直線の値が所定の基準値となる時刻を立ち上がり時刻として取得する立ち上がり時刻取得工程と、を備え、前記ピークへ向かう１つの前記包絡線が複数の物体からの反射波が重畳されることにより複数の前記変化量増加期間を有している場合、前記近似直線取得工程において当該各変化量増加期間に対応する前記近似直線を取得し、前記時刻取得工程において取得された当該各近似直線に基づいてそれぞれの物体に対する反射波の前記受信時刻を取得する点にある。ここで、ピークとは正負何れの方向においても基準値からの差、つまり、反射波の振幅が大きくなる方向を指すものである。振動する波形の波高、即ち、両方向への振幅の和を「ピーク・トゥ・ピーク（peak-to-peak）」と称するように、ピークは、正負何れの方向であっても問題はない。

この特徴構成によれば、ピークへ向かう包絡線の変化量増加期間における最大の変化量を傾きとして近似直線を取得する。最小自乗法を用いて近似直線を取得すると、特許文献２のように同じ基準を用いて近似直線を求めても、包絡線の波形が歪んでいた場合に、得られる近似直線の誤差が大きくなる。しかし、本発明によれば、波形の歪みに拘わらず、変化量増加期間における最大の変化量を傾きとして近似直線が取得されるので、得られる近似直線の誤差が大きく抑制される。近似直線が精度良く求められるので、近似直線と基準値とに基づいて取得される立ち上がり時刻の精度も高くなる。つまり、反射波の受信時刻が正確に求められる。その結果、物体の位置の検出精度が向上する。また、変化量増加期間における最大の変化量を傾きとして近似直線が取得されるので、最小自乗法に比べて遙かに少ない演算量で近似直線を取得することができる。尚、当該包絡線の立ち上がり検出方法は、上述した物体検出装置に適用することができ、上述した物体検出装置における追加的特徴、並びにその作用効果を備えることができる。

以下、本発明の好適な実施形態を、開閉体として車両のバックドアを開閉する開閉制御システムを例として、図面に基づいて説明する。本発明の物体検出装置は、超音波センサとして開閉制御システムに組み込まれる。図１は、車両の開閉制御システムにおける超音波センサ（物体検出装置）２の検知範囲８を示す車両１の後面図であり、図２は、図１の検知範囲８を示す車両１の側面図である。なお、このバックドア１１は上下開閉式の揺動ドアである。

超音波センサ２からは、超音波が送信され、この超音波が物体に当たって反射波が生じ、この反射波を当該超音波センサ２が受信する。超音波センサ２は、この送信から受信までの時間により、超音波センサ２と物体との間の距離及び位置を検知する。後述する制御部（ドアＥＣＵ（electric control unit）３）は、その距離及び位置が一定の範囲内にあれば、物体（障害物）が存在すると判定する。制御部は、その判定結果に基づいて、物体の存在をブザーや警告表示などにより報知したり、駆動部（ドアアクチュエータ）４を制御したりする。例えば、物体があると判定した場合には、バックドア１１の開閉操作を停止させるなどの制御を行う。その結果、バックドア１１と物体との接触を回避することが可能になる。

図１に示すように、ヒンジ１３を揺動軸として揺動する車両のバックドア１１の中央部、一般に車両のエンブレム１５が設置される近傍に、超音波センサ２のセンサヘッド２０が配置されている。このセンサヘッド２０の送信方向の中心軸Ｃは、図２に示すように、バックドア１１の表面１２Ａに略沿って、下方に傾斜している。中心軸Ｃがバックドア１１の表面１２Ａに「略沿う」とは、具体的にはこの中心軸Ｃがバックドア１１の表面１２Ａと成す角度が４５°以内に収まることをいう。超音波センサ２の前方には検知範囲８が、超音波センサ２を含む平面上においては扇状、そして空間的には切頭円錐状に拡がっている。超音波センサ２は、その原理上、送信波の残響が受信波となり、物体を検知することができない不検知範囲９をセンサヘッド２０の近傍に有している。

尚、仰角αを６０°以下かつ０°以上に設定すれば、低出力の超音波センサでも適用が可能となる。さらに、仰角αを４５°以下かつ０°以上とすればさらに検知感度が向上する。もちろん、仰角αは９０°前後であってもよく、この場合には、バックドア１１の表面１２Ａの全体を検知対象とすることができる。また、本実施形態では、センサヘッド２０がエンブレム１５の近傍に設置される場合を例示したが、ライセンスプレート１７の近傍、例えばライセンスプレート１７を照明するライセンスプレートランプの近傍に設置されてもよい。

超音波センサ２のセンサヘッド２０は車両のバックドア１１に配置されているため、このバックドア１１の開閉の際に超音波センサ２はバックドア１１と共に動くことになる。その結果、図３に示すように、超音波センサ２の送信方向の中心軸Ｃは、常に車両のバックドア１１の表面に略沿った状態となり、バックドア１１の開扉と共に検知範囲８も動くことになる。したがって、バックドア１１の開扉方向に物体が存在する場合、これを容易に検知することができる。

さらに、図１〜図３に示すように、超音波センサ２の検知範囲８にはバックドア１１の開閉側の端部（表面１２Ａの先端部）１２ａが含まれている。バックドア１１の開閉側の端部１２ａは、バックドア１１の開扉時に最も動き出しの早い箇所、すなわち最も物体に接触し易い箇所である。従って、この端部１２ａを超音波センサ２の検知範囲８に含むことにより、バックドア１１の開扉時における物体検知をより確実なものとすることができる。

図４は、本発明に係る車両の開閉制御システムの構成例を超音波センサの原理ブロック図と共に模式的に示すブロック図である。図４に示すようにこの開閉制御システムは、超音波センサ２と、バックドア１１を開閉駆動するドアアクチュエータ４と、超音波センサ２の検知結果に基づいてドアアクチュエータ４を駆動させ、さらにガススプリング１６のアシストを受けてバックドア１１を開閉制御する制御部としてのドアＥＣＵ３とを備えて構成される。

超音波センサ２は、送信器２１と受信器２２とを有したセンサヘッド２０と、送信部２３と、受信部２４と、検波部２５と、演算部２６とを有している。送信部２３は、演算部２６から出力される送信指令に基づいて所定の送信タイミングごとに送信器２１に超音波（送信波）を送信させる機能部である。受信部２４は、送信された超音波に対する物体からの反射波を含み、受信器２２に達した超音波（受信波）を電気信号である受信信号として受信する機能部である。検波部２５は、受信信号から包絡線を取得し、受信波を検波する機能部である。演算部２６は、送信部２３を介して所定の送信タイミングごとに送信器２１から送信波を送信させると共に、検波結果から物体の有無や物体までの距離、物体の位置を演算する機能部である。

演算部２６は、マイクロプロセッサや論理回路群などを中核として構成される。本実施形態においては、演算部２６は、Ａ／Ｄコンバータを内蔵したマイクロコンピュータによって構成される。送信部２３は、バースト波発生回路、発振器、昇圧回路などを有して構成されており、演算部２６から出力される送信指令に基づいて、送信器２１を振動させて超音波を送信させる。受信部２４は、受信器２２から受け取る電気信号に対してインピーダンス変換や増幅を行うアンプや、所定周波数帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタを備えて構成される。検波部２５は、バンドパスフィルタの出力を整流し、積分して包絡線を取得する。本実施形態では、検波部２５はダイオードとコンデンサとを用いたアナログ回路により構成される。検波部２５の出力は、演算部２６を構成するマイクロコンピュータにより制御される不図示のサンプルホールド回路を介して、当該マイクロコンピュータに内蔵されるＡ／Ｄコンバータに入力され、デジタル変換される。勿論、この実施形態に限定されることはなく、受信部２４の出力をＡ／Ｄ変換し、デジタル信号処理によって整流及び包絡線処理を伴う検波を行ってもよい。

以下、超音波センサ２が物体を検知する原理、及び超音波センサ２の検知結果に基づいてバックドア１１が開閉制御される開閉制御システムの概要について説明する。尚、物体の位置を検出する場合には、公知の三角測量などの手法が用いられる。このため、受信器２２、受信部２４、検波部２５は、後述する図１７のように、それぞれの複数の機能部を有して構成される。ここでは、まず、超音波センサ２の原理について説明するので、理解を容易にするために図４に示すような簡略的なブロック図を用いて説明する。図５は、超音波センサ２による物体検知の基本的な動作を示すタイミングチャートである。図６は、検波部２５による検波を説明する波形図である。図５及び図６を用いて超音波センサ２の各機能部の機能を詳述する。

演算部２６は、図５（ａ）に示すように、上述した送信指令に相当するタイミング信号として、時刻ａ０において送信部２３に対してタイミングパルスＴＰを出力する。タイミングパルスＴＰは、所定の送信タイミングとしての設定間隔（例えば１０ｍｓ〜１００ｍｓ）で繰り返し出力される。演算部２６は、図５（ｂ）に示すように、タイミングパルスＴＰに同期してリセットされるメインカウンタを有している。メインカウンタは、タイミングパルスＴＰ間において、カウント数０〜（Ｎ−１）までのＮ回カウントされる。メインカウンタの値は、１回の送信タイミングにおける絶対時刻を示すものとなる。１カウントの周期は、超音波の波長やセンサヘッド２０における受信器２２の設置間隔などによって定まる超音波センサ２の分解能に応じて、マイクロコンピュータのクロックの分周比を考慮して設定される。

本実施形態においては、説明を容易にするために、所定の送信タイミングとしてのタイミングパルスＴＰの設定間隔は、１００ｍｓとする。また、メインカウンタの１カウントは、２５０ｎｓとする。従って、設定間隔において、Ｎ＝４０万となる。

送信部２３は、タイミングパルスＴＰを入力されると、バースト波発生回路が設定個数（例えば１０個）のパルス信号であるバースト波を発生し、バースト波に基づいて発振回路が所定周波数の発振信号を発生させる（図５（ｃ））。本実施形態においてこの所定周波数は４０ｋＨｚである。この４０ｋＨｚの発振信号は、例えばコイルなどを用いて構成された昇圧回路に入力され、当該昇圧回路で昇圧された後、送信器２１へ出力される。送信器２１は、共振器として機能するカバー部材などを備えた圧電素子等により構成され、昇圧された４０ｋＨｚの発振信号により発振して送信波Ｗ１としての超音波を出力する（図５（ｄ））。図５（ｄ）において、発振信号よりも多くのバースト波が出力されているのは、送信器２１の残響によるものである。

受信器２２は、送信器２１と同一構成であり、共振器として機能するカバー部材などを備えた圧電素子等により構成される。振動するカバー部材から応力が圧電素子に印加され、圧電素子による圧電効果に電気信号を出力する。

受信器２２と送信器２１とは、センサヘッド２０として近接して配置されている。従って、送信器２１の近傍に存在する受信器２２は、図５（ｅ）に示すように、送信器２１が送信する超音波を直接受信する。また、センサヘッド２０から比較的近い距離には、バックドア１１の開閉側の端部１２ａと対向し、この端部１２ａよりも車両１から突出して設けられる突出部としてのバンパー１４が存在する。このため、送信波はバンパー１４により反射し、その反射波が受信器２２に入力される。

図５（ｅ）に示す例では、送信器２１の残響が残る期間中にバンパー１４からの反射波が受信器２２に到達する場合を模擬しており、図５（ｄ）に示す送信波よりも図５（ｅ）に示す受信波Ｗ２の継続時間の方が長くなっている。尚、図５（ｅ）に示す受信波Ｗ３は、バンパー１４以外の別の物体からの反射波を模擬したものである。物体からの反射波としての受信波Ｗ３と区別するため、送信波Ｗ１及びバンパー１４からの反射波が含まれる受信波Ｗ２を適宜「初期受信波」と称する。

検波部２５や演算部２６は、送信波Ｗ１及びバンパー１４からの反射波が含まれる初期受信波Ｗ２を物体からの反射波として検波したり、位置検出したりする必要はない。従って、図５（ｆ）に示すように、検知範囲を定めると好適である。本実施形態では、時刻ａ１〜時刻ａ３に対応するメインカウンタのカウンタ値ＣｓｔからＣｅｎまでの期間を検知範囲としている。別途、演算部２６から受信部２４へマスク信号を出力して、受信信号をマスクしたり、サンプルホールド回路において信号を固定したりしてもよい。

図５（ｅ）において、受信波Ｗ３は物体からの反射波である。上述したように、検波部２５は、受信部２４から出力される受信信号を整流し、積分して包絡線を取得する。検波部２５は、例えば、図６（ａ）に示す受信波Ｗ３から取得される受信信号を、図６（ｂ）に波線で示すように全波整流し、全波整流後の波形Ｗ４を積分して包絡線Ｗ５を得る。演算部２６は、図５に示すように、包絡線Ｗ５の立ち上がりを近似直線Ｌにより近似し、この近似直線Ｌの値（電圧値）が所定の基準値（基準電圧）となる時刻ａ２を包絡線Ｗ５の立ち上がり時刻として取得する。図５（ｅ）では、模式的に受信波の振幅中心を基準値として作図しているが、基準値は、任意に設定可能である。尚、包絡線Ｗ５の立ち上がり時刻ａ２は、本発明における受信時刻ｔRに相当する。

図６においては、受信信号を全波整流する例を示したが、半波整流によって整流してもよい。また、図６及び図６においては、受信波Ｗ３の正側へ整流し、正側を包絡線Ｗ５の増加方向として包絡線Ｗ５の立ち上がりを求める例を示した。しかし、受信波Ｗ３の負側に整流し、負側を包絡線Ｗ５の増加方向として、包絡線Ｗ５の立ち下がりを求めてもよい。当然ながら、包絡線Ｗ５の立ち上がりを求めても、立ち下がりを求めても、受信波Ｗ３の振幅が増加する方向における近似直線を求める点において均等である。演算部２６が近似直線Ｌを取得する詳細な手順、及び受信時刻ｔRを取得する詳細な手順については後述する。

演算部２６は、タイミングパルスＴＰを出力した時刻ａ０と受信時刻ｔR（ａ２）との時間差に基づいて、具体的にはメインカウンタのカウンタ値に基づいて、センサヘッド２０と物体との距離を演算する。時刻ａ０と時刻ａ２との時間差は、センサヘッド２０と物体との間を、おおむね３４０ｍ／ｓの速度の超音波が往復する時間である。従って、往復時間の半分の時間、つまり片道の時間と音速との積を求めることにより、距離が求められる。演算部２６は、受信時刻ｔRにより物体の存在を判定することができ、また当該物体との距離を演算することができる。異なる位置に複数の受信器２２を備えれば、物体の位置、即ち３次元座標を求めることができる。

演算部２６による演算結果は、ドアＥＣＵ３に対して出力される。ドアＥＣＵ３は、バックドア１１の近傍に物体があると検出された場合には、例えばドアアクチュエータ４の作動を停止させる。これにより、バックドア１１が物体に接触する前に開扉を停止させることができる。

以下、演算部２６が受信時刻ｔRを取得する受信時刻取得方法について詳細に説明する。上述したように、超音波センサ２は、送信した超音波に対する物体からの反射波に基づいて当該物体の位置を検出する物体検出装置である。超音波センサ２の演算部２６は、包絡線Ｗ５のピークを検出するピーク検出工程と、近似直線Ｌを取得する近似直線取得工程と、近似直線Ｌと基準電圧とが交差する時刻を求める受信時刻取得工程（立ち上がり時刻取得工程）とを実行することにより、受信時刻ｔRを取得する。

〔ピーク検出工程〕
まず、ピーク検出工程について説明する。図７は、包絡線Ｗ５からピーク、即ち包絡線の頂点を検出する原理を示す説明図である。演算部２６は、包絡線Ｗ５の電圧値の所定の方向を正として、電圧値が所定の増加時間に亘り増加して減少に転じた場合にピークを検出する。これ以降、本実施形態では、受信信号を正側に整流した場合を例として説明するが、上述したように負側に整流した場合においても同様である。従って、「ピーク」は、正方向への頂点に限定されることなく、受信信号の振幅が大きくなる方向における最大値をいう。また、本実施形態では、正側に整流された包絡線Ｗ５を例として説明するので、包絡線Ｗ５がピークへ向かう場合、適宜「立ち上がり」と称して説明する。しかし、当然ながら包絡線Ｗ５が負側に整流された場合には、包絡線Ｗ５がピークへ向かう時に「立ち下がり」となることは自明であり、均等である。

図７に示すように、演算部２６は、所定のサンプリング時間ＴＳごとに設定されるサンプリング時刻に包絡線Ｗ５の電圧値を取得する。サンプリング時間ＴＳ及びサンプリング時刻は、メインカウンタのカウンタ値によって示される。本実施形態においては、サンプリング時間ＴＳは、カウンタ値で１００であり、サンプリング時刻は、カウンタ値の下２桁が０の１００ごととなる。上述したように、本実施形態においてカウンタ値１は２５０ｎｓであるから、サンプリング時間ＴＳは２５μｓとなる。

図７において、包絡線Ｗ５上の白丸は、サンプリング時刻においてサンプリングされたサンプルを示している。例えば、図７の時刻ｔPにおけるサンプルＳ0は、包絡線Ｗ５のピーク（頂点）Ｐである。上述したように、本実施形態において電圧値は、Ａ／Ｄ変換されている。本実施形態では、０〜５Ｖの間を分解能１６ビットのＡ／ＤコンバータでＡ／Ｄ変換したものとし、Ａ／Ｄ変換後の電圧値を電圧Ａ／Ｄ値と称して説明する。電圧Ａ／Ｄ値の１は、約７６μＶに対応する。図７に示すサンプルＳ0は、電圧Ａ／Ｄ値１９７４０（≒１．５Ｖ）、頂点時刻ｔPは、カウンタ値１８１００（タイミングパルスＴＰから約４．５ｍｓ）の受信信号である。

演算部２６は、図７に示すように、サンプリング時間ＴＳごとに取得された包絡線Ｗ５の電圧値が少なくとも２回連続して増加した後、減少に転じた場合に、ピークＰを検出する。図７において、サンプルＳ-2、Ｓ-1、Ｓ0の電圧値は
Ｓ-2 ＜ Ｓ-1 ＜ Ｓ0
の関係であり、さらに、
Ｓ0 ＞ Ｓ+1
である。従って、Ｓ-2からＳ-1、Ｓ-1からＳ0へと２回連続して増加した後、Ｓ0からＳ+1へと減少に転じているので、サンプルＳ0のサンプリング時刻ｔPはピーク時刻となり、ピーク時刻ｔPにおける電圧Ａ／Ｄ値（電圧値）はピーク電圧値ＶPとなる。

演算部２６は、ピーク時刻ｔP以前の所定期間Ｔ１内のサンプリング時刻に対応するサンプル、Ｓ0及びＳ-1〜Ｓ-20の２１個のサンプルの電圧値に基づいて近似直線Ｌを取得する。演算部２６は、図８の上段に示すようなリングバッファＭＡを有している。このリングバッファＭＡには、図７に示す一時記憶期間ＴＷ内のサンプリング時刻におけるサンプルＳ0及びＳ-1〜Ｓ-20、Ｓ+1、Ｓ+2の２３個のサンプルの電圧Ａ／Ｄ値及びカウンタ値が記憶される。サンプルＳ+1、Ｓ+2は、包絡線Ｗ５がピークＰを経て減少する際、即ち、ピーク時刻ｔP以降の所定期間Ｔ２内のサンプリング時刻に対応するサンプルである。これらは、ピークＰを明確に検出するために記憶される。

図８の中段には、上段よりもサンプリング時間ＴＳの１回分前にリングバッファＭＡに記憶された２３個のサンプルの電圧Ａ／Ｄ値及びカウンタ値を示している。また、図８の下段には、中段よりもさらにサンプリング時間ＴＳの１回分前、つまり上段からは２回分前にリングバッファＭＡに記憶された２３個のサンプルの電圧Ａ／Ｄ値及びカウンタ値を示している。このように、リングバッファＭＡは、新しいサンプルのデータが取得されると最先に取得された古いサンプルのデータを破棄し、サンプルＳ0及びＳ-1〜Ｓ-20、Ｓ+1、Ｓ+2の２３個のサンプルのデータセットを記憶する。リングバッファＭＡは、メモリやレジスタにより構成される。レジスタの場合には、シフトレジスタ構造とすると好適である。

演算部２６は、リングバッファＭＡに記憶されたデータセットを総覧することによってピークＰを検出してもよいし、順次取得されるサンプルの電圧値に基づいて２回連続して増加した後に減少に転じることを検出してピークＰを検出してもよい。データセットを総覧することによってピークＰを検出する場合、演算部２６は、例えば、図８の上段に示すように、隣接するサンプル間における電圧増分（差分）を演算する。つまり、各サンプルの電圧値が、それぞれサンプリング時間ＴＳの１回分前のサンプリング時刻の電圧値から増加した電圧増分（差分）が演算される。この電圧増分の値が正→正→負と並ぶ場合、負に転じる前のサンプルがピークＰとなる。

順次取得されるサンプルの電圧値に基づいてピークＰを検出する場合は、演算部２６は、例えば、常にサンプルＳ-1、Ｓ0、Ｓ+1の３サンプルのみこの電圧増分を算出する。そして、これが正→正→負と並ぶ場合に、演算部２６は、リングバッファＭＡのデータセットを、受信時刻ｔRを求める対象のデータセットし、当該データセットにおけるサンプルＳ0をピークＰとする。このように、ピークＰをどのタイミングで検出するかについては、種々の手法を適用することができる。

〔近似直線取得工程〕
このようにして、包絡線Ｗ５のピークＰが検出され、受信時刻ｔRを求める対象のデータセットが定まると、演算部２６は、ピークＰへ向かう包絡線Ｗ５の所定の単位時間当たりの変化量が増加を続ける変化量増加期間における最大の変化量を傾きとして近似直線Ｌを取得する。具体的には、演算部２６は、連続する２回のサンプリング時刻に取得された電圧値の差分（電圧増分）を求め、当該差分が少なくとも２回続けて増加した後、減少に転じた場合に、当該減少に転じる前までの期間を変化量増加期間とする。つまり、電圧軸に平行する直線に漸近するように増加する包絡線Ｗ５が変曲する変曲点までを変化量増加期間とする。そして、演算部２６は、減少に転じる前の差分、つまり変曲点直前の差分を変化量増加期間における最大の変化量として取得する。この最大の変化量は、近似直線Ｌの傾きとなる。即ち、演算部２６は、変曲点の直前の微分値を傾きとして近似直線Ｌを取得する。以下、具体的に説明する。

図９は、包絡線Ｗ５の変曲点の検出原理を示す説明図であり、図１０は、近似直線Ｌ及び受信時刻ｔRの取得原理を示す説明図である。図９において、サンプリング時刻ｓｔ0は最新のサンプリング時刻を示し、以下、ｓｔ-1〜ｓｔ-5は、ｓｔ0からサンプリング時間ＴＳ分ずつ前のサンプリング時刻を示す。また、サンプリング時刻ｓｔ-5〜ｓｔ0に取得されたサンプルの電圧値は、それぞれＶ-5〜Ｖ0である。また、電圧値Ｖ-5からＶ-4への差分をδ-4、電圧値Ｖ-4からＶ-3への差分をδ-3、電圧値Ｖ-3からＶ-2への差分をδ-2、電圧値Ｖ-2からＶ-1への差分をδ-1、電圧値Ｖ-1からＶ0への差分をδ0とする。

ｓｔ-5からｓｔ-1までは、時間の経過に伴って、単位時間（サンプリング時間ＴＳ）当たりの変化量に相当する差分δ（δ-4〜δ-1）が増加するので、この期間は、変化量増加期間に相当する。この期間における最大の変化量は、δ-1であるからこの差分が近似直線Ｌの傾きとして取得され、図１０に示すように近似直線Ｌが取得される。

演算部２６は、図９に示すように差分δ-3から差分δ-2、差分δ-2から差分δ-1へと、差分δが少なくとも２回続けて増加した後、差分δ-1から差分δ0へと減少に転じた場合に、減少に転じる前の差分δ-1を変化量増加期間における最大の変化量とする。ここで、具体的な数値を用いて説明する。再び図８を参照すると、図９のサンプリング時刻ｓｔ0におけるサンプルは、図８のサンプルＳ-15に対応する。図８における電圧増分は、図９における差分δに相当するので、δ0、δ-1、δ-2、δ-3、δ-4はそれぞれ、図８における電圧増分１４００、１６００、１４００、１３８０、１２６０に対応する。図８に示すように、差分δ-3（１３８０）から差分δ-2（１４００）、差分δ-2（１４００）から差分δ-1（１６００）へと、差分δが少なくとも２回続けて増加した後、差分δ-1（１６００）から差分δ0（１４００）へと減少に転じる。この場合に、減少に転じる前の差分δ-1（１６００）が変化量増加期間における最大の変化量となる。図１０に示すように、演算部２６において用いられる電圧Ａ／Ｄ値と、カウンタ値とを用いて表すと、傾きは「１６＝１６００／１００」となる。

尚、上記説明においては、変化量を求めるための単位時間を、サンプリング時間ＴＳとしたが、これに限定されることなく、例えば、サンプリング時間ＴＳの２倍の時間としてもよい。この場合、サンプリング時刻の２回ごとの電圧値の差分を、サンプリング時刻の２回ごとに判定してもよいし、常に２回前の電圧値との差分を求め、各サンプリング時刻において判定してもよい。また、サンプリング時間ＴＳごとの差分を移動平均してもよい。このように、変化量、及び変化量を求めるための単位時間は、本実施形態に限定されるものではない。

〔受信時刻取得工程（立ち上がり時刻取得工程）〕
近似直線Ｌ及び受信時刻ｔRの取得原理を示す図１０には、図８に示したバッファメモリＭＡに記憶されたデータセットに応じた数値が代入されている。図１０を利用して、近似直線Ｌから受信時刻ｔRを取得する方法について説明する。上述したように、近似直線Ｌの傾きは、「１６」である。電圧値をｖ、時刻をｔ、切片をＡとすると、この近似直線Ｌは下記式(1)で表される。

ｖ ＝ １６ｔ ＋ Ａ ・・・(1)

近似直線Ｌは、サンプルＳ-16を示す点（ｔ＝１６５００、ｖ＝９６８０）、及びサンプルＳ-17を示す点（ｔ＝１６４００、ｖ＝８０８０）を通るから、下記式(2)に示すように何れかの点の値を式（１）に代入すると、下記式(3)に示すように切片Ａが得られる。

９６８０ ＝ １６ × １６５００ ＋ Ａ ・・・(2)
Ａ ＝ −２５４３２０ ・・・(3)

演算部２６は、近似直線Ｌの電圧値が所定の基準電圧ＶＺとなる時刻を受信時刻ｔRとして取得する。つまり、図１０に示すように、近似直線Ｌが、時間軸と平行な所定の基準電圧ＶＺと交差するクロスポイントＸＰの時刻が受信時刻ｔRとして取得される。基準電圧ＶＺは、任意に設定可能であるが、演算を容易にするために０とすると好適である。つまり、クロスポイントＸＰが、近似直線Ｌと電圧０とのゼロクロスポイントであると好適である。式(1)に式(3)で求めた切片Ａの値を代入し、電圧ｖ＝０におけるｔの値を求めると、下記式(4)に示すように、受信時刻ｔRは、カウンタ値１５８９５となる。

ｔ ＝ ２５４３２０／１６ ＝ １５８９５ ・・・(4)

尚、上記ピーク検出工程の説明において、「演算部２６は、リングバッファＭＡに記憶されたデータセットを総覧することによってピークＰを検出してもよいし、順次取得されるサンプルの電圧値に基づいて２回連続して増加した後に減少に転じることを検出してピークＰを検出してもよい。」と述べた。近似直線Ｌの取得についても同様である。上記例においては、サンプルＳ-16に変極点が存在した。この場合、ピークＰの検出の有無を問わなければ、近似直線Ｌは、サンプルＳ-15までが取得されていれば算出可能である。つまり、図９の括弧内、及び図１１に示すように、サンプルＳ-15がサンプルＳ+2である時点において、変極点を検出することが可能である。

１つの実施形態として、リングバッファＭＡに、さらにフラグ格納領域ｍ１、電圧増分格納領域ｍ２を設ける。そして、これらの領域に逐次演算された結果を格納しておけば、リングバッファＭＡのデータセット内において変曲点の条件が満たされた時点で、近似直線Ｌを取得することが可能である。同様に、逐次計算を行い、データの格納領域を設けておけば、受信時刻ｔRについても同様に、近似直線Ｌが取得された時点で取得可能である。ただし、データセット内にピークＰがなければ、近似直線Ｌ及び受信時刻ｔRの取得に関する演算が無駄な演算となる。従って、リングバッファＭＡのデータセット内においてピークＰが検出された時点以降に近似直線Ｌを取得し、ピークＰが検出された時点以降に受信時刻ｔRを取得する方が好適である。このように、近似直線Ｌ及び受信時刻ｔRについての演算も、実施形態に応じて適宜選択可能である。

取得された受信時刻ｔRは、図１２に示すような候補点マップＭＢに記憶される。候補点マップＭＢには、包絡線の番号、ピーク時刻ｔP、ピーク電圧Ａ／Ｄ値ＶP、受信時刻ｔRが格納される。候補点マップＭＢへ格納される情報について、図１３〜図１５を利用して補足する。図１３は、複数の変曲点を有し、複数の受信時刻ｔRが検出される包絡線Ｗ５の一例を模式的に示す波形図である。図１４は、複数のピークを有し、複数の受信時刻ｔRが検出される包絡線Ｗ５の一例を模式的に示す波形図である。図１５は、１回の送信タイミング（タイミングパルスＴＰ）において複数の受信波Ｗ３を受信する例を模式的に示す波形図である。

上記実施形態の説明においては、説明を容易にするために、ピークＰに向かって増加する包絡線Ｗ５に変極点が１つの場合を例示した。しかし、現実には複数の物体からの反射波が重畳されたり、ノイズ成分が重畳されたりすることによって、ピークＰに向かって増加する包絡線Ｗ５に複数の変極点が存在する場合がある。図１３は、そのような複数の変曲点を有する包絡線Ｗ５を模擬した波形図である。上述した本発明の近似直線取得工程を実施すれば、このような場合に近似直線Ｌとして複数の近似直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を取得することが可能である。即ち、連続する２回のサンプリング時刻に取得された電圧値の差分δが少なくとも２回続けて増加した後、減少に転じた場合に、当該減少に転じる前の差分δを近似直線Ｌの傾きとするので、短い期間において複数の近似直線Ｌを取得することができる。近似直線Ｌが複数取得されるので、近似直線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３のそれぞれに対応する受信時刻ｔRとして複数の受信時刻ｔR1、ｔR2、ｔR3が取得される。

候補点マップＭＢは、図１２に示すように、１つのピークＰに対して、ピーク時刻ｔP、ピーク電圧Ａ／Ｄ値ＶP、及び３つの受信時刻ｔRが格納可能に構成されている。従って、上記複数の受信時刻ｔR1、ｔR2、ｔR3は全て候補点マップＭＢに格納される。尚、１つのピークＰに対して検出され、保持可能な受信時刻ｔRの個数は、３個に限定されるものではなく、システム構成に応じて増減可能である。

また、図１４に示すように、複数の物体からの反射派が重畳されたり、ノイズ成分が重畳されたりすることによって、包絡線Ｗ５が複数のピークＰを有する場合がある。この場合のピークＰとは、最大値ではなく、増加して減少する波形、いわゆる「山」を示す。上述したように本発明のピーク検出工程は、所定のサンプリング時間ＴＳごとに取得される包絡線Ｗ５の電圧値が少なくとも２回連続して増加した後、減少に転じた場合に、ピークＰがあったとするので、短い期間において複数のピークＰを検出することができる。そして、それぞれの「山」に対して近似直線Ｌが取得され、複数の受信時刻ｔR1、ｔR2、ｔR3が取得される。

図１４は、そのような複数の「山」を有する包絡線Ｗ５を模擬した波形図である。この例では、３つの山に対するピーク時刻ｔP1、ｔP2、ｔP3、及びピーク電圧Ａ／Ｄ値ＶP1、ＶP2、ＶP3が取得される。そして、各ピークＰに対応して、受信時刻ｔR1、ｔR2、ｔR3が取得される。当然ながら、１つのピークＰは、それぞれ３つの受信時刻ｔRを有することが可能である。

また、上述したように、１回のタイミングパルスＴＰによる送信タイミングにおいて複数の物体からの反射波を受信する可能性がある。図１５は、１回の送信タイミングにおいて８つの受信波を受信する例を模擬したものである。この場合、８つの山に対するピーク時刻ｔP1、ｔP2、ｔP3、ｔP4、ｔP5、ｔP6、ｔP7、ｔP8、及び、ピーク電圧Ａ／Ｄ値ＶP1、ＶP2、ＶP3、ＶP4、ＶP5、ＶP6、ＶP7、ＶP8が取得される。候補点マップＭＢは、図１２に示すように、Ｎｏ．１からＮｏ．８の８つのピークＰに対応する情報が格納可能に構成されている。図１２には、１回のタイミングパルスＴＰの送信においてＮｏ．１〜Ｎｏ．３の３つのピークＰが検出された場合を例示している。また、Ｎｏ．２のピークＰにおいて２つの受信時刻ｔRが検出された場合を例示している。尚、１回の送信タイミングにおいて検出され、保持可能なピークＰの個数は、８個に限定されるものではなく、システム構成に応じて増減可能である。

演算部２６は、候補点マップＭＢを複数有しており、複数回の送信タイミング（タイミングパルスＴＰ）において得られた候補点の情報を保持することが可能である。ここで候補点とは、検出対象の物体の位置であり、候補点の情報とは、ピーク時刻ｔP、ピーク電圧ＶP、受信時刻ｔRである。候補点マップＭＢはリング構造となっており、古い候補点の情報から順に、最新の候補点の情報が上書きされる。候補点マップＭＢは、例えば１０回の送信タイミングにおいて検出される候補点を格納することが可能である。最新の送信タイミングＴＰ0から９回前の送信タイミングＴＰ-9までの１０回分の送信タイミングにおいて検出された候補点が保持される。尚、保持可能な各送信タイミングにおける候補点情報は、１０回分に限定されるものではなく、システム構成に応じて増減可能である。

図１６は、受信時刻ｔRを平均化する原理を示す説明図であり、平均化テーブルＭＣを模式的に示している。平均化テーブルＭＣは、所定の範囲ごとに区分されており、区分された各範囲に該当する受信時刻ｔRがマッピングされる。図１６に示す例では、所定の範囲は、メインカウンタのカウンタ値の１００ごとに区分されている。図１６において、最新の送信タイミング（ＴＰ0）に検出された候補点の受信時刻ｔRは、図７〜図１０を利用して例示した１５８９５である。従って、カウンタ値１５８０００〜１５８９９の区分に分類されている。１回前の送信タイミング（ＴＰ-1）から９回前の送信タイミング（ＴＰ-9）までの候補点の受信時刻ｔRも同様にマッピングされている。

過去１０回の送信タイミングにおいて、カウンタ値１５８０００〜１５８９９の区分には、５つの候補点がマッピングされる。隣接する区分であるカウンタ値１５７０００〜１５７９９の区分には３つの候補点がマッピングされ、カウンタ値１５９０００〜１５９９９の区分には２つの候補点がマッピングされる。１つの区分において所定の回数以上、ここでは４つ以上の候補点が存在した場合、物体からの反射波であると判定される。４つ未満しか候補点が存在しない区分に含まれる候補点は、ノイズ又は物体からの反射波であっても誤差により受信時刻ｔRがずれているものであると判定される。

ここで、所定の回数以上の候補点が存在した区分を含む所定の範囲内を平均化範囲Ｅとする。図１６に示す例では、４つ以上の候補点が存在した区分と、当該区分に隣接する２つの区分との３つの区分が平均化範囲Ｅに相当する。本例では、平均化された受信時刻ｔRは１５８３９となり、この値に基づいて物体の位置が検出される。

平均化の手法については、中心となる区分に属する候補点の比重を高くする加重平均とするなど、他の演算方法を用いることも当然可能である。また、本実施形態では、説明を容易にするために、予め候補点がマッピングされる区分が設定される場合を例として説明したが、このような区分が予め設定される必要はない。取得された受信時刻ｔRを基準として、前後の所定期間（平均化範囲Ｅに相当）内に属する受信時刻ｔRを有する候補点を検索して、平均を演算してもよい。このような手法は、本発明と同一の発明者により提案され、特開２００７−３２２２２５号公報に開示された公知の手法であるので、詳細な説明は省略する。

受信時刻ｔRは、カウンタ値０で示される時刻において演算部２６から出力されたタイミングパルスＴＰに応じて送信器２１が超音波を送信し、その超音波が物体によって反射した反射波が受信器２２を介して受信部２４に受信された時刻である。従って、受信時刻ｔRとタイミングパルスＴＰの出力時刻との差は、センサヘッド２０と物体との間を超音波が往復した往復時間を示している。往復時間はカウンタ値でｔRであるから、図１６に示す例では、１５８３９となる。本実施形態において、カウンタ値の１は２５０ｎｓであるから、往復時間は約３．９８ｍｓ、片道の時間は１．９９ｍｓとなる。音速は、約３４０ｍ／ｓであるから、片道の距離は約６７．７ｃｍとなる。

以上、超音波センサ２が物体との距離を検出する原理を詳細に説明した。この原理説明の冒頭に述べたように、物体の位置を検出するためには、公知の三角測量などの手法が用いられる。従って、超音波センサ２と物体との距離は、異なる受信位置において複数個必要である。つまり、それぞれ異なる位置に配置された複数の受信器２２のそれぞれと、物体との距離が必要である。

図１７及び図１８は、物体の位置を検出するために好適な超音波センサ２の構成を例示するものである。図１７及び図１８に示すように、超音波センサ２は、１つの送信器２１と、３つの受信器２２ａ、２２ｂ、２２ｃとの４つの振動部を有している。超音波センサ２は、３つの受信器２２ａ、２２ｂ、２２ｃを備えることにより、３次元的に障害物の位置を検知することができる。

４つの振動部は、正方形の各頂点部に１つの振動部が対応する形態で配置される。この正方形の一辺の長さｄ、即ち隣接する振動部の間隔ｄが小さいほど、物体を検出する際の分解能が高くなる。但し、間隔ｄが狭いと、他の振動部の振動の影響を受け易くなるため、間隔ｄは適切に設定される。また、送信波の１／２波長は、振動部の間隔ｄよりも充分小さい値に設定される。一例として、間隔ｄは１０〜１２ｍｍ程度とすることができる。送信波の周波数が４０ｋＨｚの場合、その波長は８．５ｍｍとなり、１／２波長は４．２５ｍｍであるから、振動部の間隔ｄよりも充分小さい値となり、分解能が確保される。図１８においてｘ軸は車幅方向、ｚ軸は超音波センサ２の送信方向の中心軸Ｃに沿う方向、ｙ軸はｘ軸及びｚ軸に直交する方向の軸である。ｚ軸は、４つの振動部が配置される正方形の重心２０ｃを貫く軸である。

超音波センサ２は、図１７に示すように、３つの受信器２２ａ、２２ｂ、２２ｃに対応して３つの受信部２４ａ、２４ｂ、２４ｃを有している。また、３つの受信部２４ａ、２４ｂ、２４ｃに対応して３つの検波部２５ａ、２５ｂ、２５ｃを有している。３つの受信器２２ａ、２２ｂ、２２ｃの位置は、図１８に示すように異なっているため、１つの物体からの距離も異なっており、３つの受信部２４ａ、２４ｂ、２４ｃは、当該物体からの反射波を異なった時刻に受信する。従って、３つの検波部２５ａ、２５ｂ、２５ｃによって検波されて特定される受信時刻ｔRもそれぞれ異なった時刻となる。３つの受信器２２ａ、２２ｂ、２２ｃの幾何学的な関係は演算部２６にとって既知の情報である。従って、演算部２６は、それぞれの受信器２２ａ、２２ｂ、２２ｃと物体との距離と、３つの受信器２２ａ、２２ｂ、２２ｃの幾何学的な関係とに基づいて、公知の三角測量演算により、物体の方向を求めることができる。このような手法は、本発明と同一の発明者により提案され、特開２００８−８８５１号公報等にも開示された公知の手法であるので、詳細な説明は省略する。

演算部２６は、３つの受信器２２ａ、２２ｂ、２２ｃに到達した超音波に対して、それぞれピークＰを検出し、近似直線Ｌを求め、受信時刻ｔRを検出し、複数回の送信タイミングに対応して複数回検出された受信時刻ｔRを平均化する。従って、図１９に示すように、上述したリングバッファＭＡ、候補点マップＭＢ、平均化テーブルＭＣは、３つの受信器２２ａ、２２ｂ、２２ｃに対応して複数個ずつ設けられる。つまり、３つの受信器２２ａ、２２ｂ、２２ｃに対応して、リングバッファＭＡ１、ＭＡ２、ＭＡ３が設けられ、候補点マップＭＢ１、ＭＢ２、ＭＢ３が設けられ、平均化テーブルＭＣ１、ＭＣ２、ＭＣ３が設けられる。

本発明を適用して物体の候補点を取得すると、図１３及び図１４に示したように、従来は重畳により隠されていた反射波の受信時刻ｔRも検出される可能性が高くなる。つまり、従来よりも多くの候補点が挙がることになる。３つの受信器２２ａ、２２ｂ、２２ｃを介して取得された候補点が同一の物体に関するものであるか否かについては、ピーク時刻ｔPの差が所定の時間差以内であることなどを条件として判定することが可能である。つまり、ピーク時刻ｔPの差に基づいて、組み合わせを判定することが可能である。このような組み合わせの具体的な手法は、本発明と同一の発明者により提案され、特開２００７−３２２２２６号公報に開示された公知の手法であるので、詳細な説明は省略する。

以上、説明したように、本発明によって、受信波の受信時刻をより正確に求め、物体の検出精度が向上された物体検出装置を提供することが可能となる。

尚、本発明は、超音波センサに限定されることなく、振動する波形から包絡線を取得して、その包絡線の波形を解析することによって、物理現象を判定する際に適用することができる。例えば、圧電センサや加速度センサなどの振動波形から包絡線を取得し、当該包絡線の所定の方向を増加方向として、当該包絡線の立ち上がり時刻を検出する包絡線の立ち上がり検出方法にも適用することができる。

この立ち上がり検出方法は、包絡線の増加方向におけるピークを検出する工程を有し、この工程は上述したピーク検出工程と同様の工程である。また、この立ち上がり検出方法は、当該ピークへ向かう包絡線の所定の単位時間当たりの変化量が増加を続ける変化量増加期間における最大の変化量を傾きとして近似直線を取得する工程を有し、この工程は上述した近似直線取得工程と同様の工程である。また、この立ち上がり検出方法は、当該近似直線の値が所定の基準値となる時刻を立ち上がり時刻として取得する立ち上がり時刻取得工程を有する。ここで、「立ち上がり時刻」は上述した「受信時刻」に相当し、「立ち上がり時刻取得工程」は、上述した「受信時刻取得工程」と同様の工程である。

車両の開閉制御システムにおける物体検出装置の検知範囲を示す車両後面図 図１の検知範囲を示す車両側面図 図１の車両のバックドドアを開けた場合の検知範囲を示す車両側面図 車両の開閉制御システムの構成例を超音波センサの原理ブロック図と共に模式的に示すブロック図 超音波センサによる物体検知の基本的な動作を示すタイミングチャート 検波の波形図 包絡線からのピークの検出原理を示す説明図 リングバッファの説明図 変曲点の検出原理を示す説明図 近似直線及び受信時刻の取得原理を示す説明図 リングバッファのデータから変曲点を検出する他の例を示す説明図 候補点マップの一例を模式的に示すアドレスマップ 複数の変曲点を有し、複数の受信時刻が検出される包絡線の一例を模式的に示す波形図 複数のピークを有し、複数の受信時刻が検出される包絡線の一例を模式的に示す波形図 １回の送信タイミングにおいて複数の受信波を受信する例を模式的に示す波形図 受信時刻の平均化の原理を示す説明図 車両の開閉制御システムの構成例を模式的に示すブロック図 超音波センサのセンサヘッドの一例を模式的に示す説明図 リングバッファ、候補点マップ、平均化マップの構成例を模式的に示す説明図

１：車両
２：超音波センサ
２１：送信器
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ：受信器
２３：送信部
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ：受信部
２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ：検波部
２６：演算部
３：ドアＥＣＵ（制御部）
４：ドアアクチュエータ（駆動部）
８：検知範囲
１１：バックドア（開閉体）
１２Ａ：バックドアの表面（開閉体の表面）
１２ａ：後部ドアの表面の端部
Ｅ：平均化範囲
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３：近似直線
Ｐ：頂点、ピーク
ｓｔ0、ｓｔ-1、ｓｔ-2、ｓｔ-3、ｓｔ-4、ｓｔ-5：サンプリング時刻
ｔP、ｔP1、ｔP2、ｔP3、ｔP4、ｔP5、ｔP6、ｔP7、ｔP8：ピーク時刻
Ｔ１：ピーク時刻以前の所定期間
ＴＰ、ＴＰ0、ＴＰ-1、ＴＰ-2、ＴＰ-3、ＴＰ-4、ＴＰ-5：タイミングパルス
ＴＰ-6、ＴＰ-7、ＴＰ-8、ＴＰ-9：ｎ回前のタイミングパルス
ＴＳ：サンプリングタイム（単位時間）
ＴR、ＴR1、ＴR2、ＴR3：受信時刻、立ち上がり時刻
ＶP、ＶP1、ＶP2、ＶP3：ピーク電圧値
Ｖ0、Ｖ-1、Ｖ-2、Ｖ-3、Ｖ-4：電圧値
ＶＺ：基準電圧
Ｗ３：反射波
Ｗ５：包絡線
δ、δ0、δ-1、δ-2、δ-3、δ-4：電圧値の差分（単位時間当たりの変化量）

Claims (8)

1. 送信した超音波に対する物体からの反射波に基づいて当該物体の位置を検出する物体検出装置であって、
   所定の送信タイミングごとに送信器に超音波を送信させる送信部と、
   それぞれ異なる位置に配置された複数の受信器に達した超音波を前記受信器ごとの受信信号として受信する受信部と、
   前記各受信信号の包絡線をそれぞれ取得する検波部と、
   前記各包絡線に対して、前記包絡線のピークを検出し、当該ピークへ向かう前記包絡線の所定の単位時間当たりの変化量が増加を続ける変化量増加期間における最大の変化量を傾きとして近似直線を取得し、当該近似直線の電圧値が所定の基準電圧となる時刻を前記反射波の受信時刻として取得すると共に、前記各包絡線に対して得られた前記各受信時刻に基づいて前記物体の位置を検出する演算部と、を備え、
   前記演算部は、前記ピークへ向かう１つの前記包絡線が複数の物体からの反射波が重畳されることにより複数の前記変化量増加期間を有している場合、当該各変化量増加期間に対応する前記近似直線を取得し、取得された当該各近似直線に基づいてそれぞれの物体に対する反射波の前記受信時刻を取得する物体検出装置。
2. 前記演算部は、前記包絡線の所定の方向を増加方向として、所定の増加時間に亘り増加して減少に転じた場合に前記ピークを検出する請求項１に記載の物体検出装置。
3. 前記演算部は、前記所定の単位時間としての所定のサンプリング時間ごとに設定されるサンプリング時刻における前記包絡線の前記電圧値が少なくとも２回連続して増加した後、減少に転じた場合に、当該減少に転じる前のサンプリング時刻をピーク時刻とし、当該ピーク時刻における前記電圧値をピーク電圧値とする請求項１又は２に記載の物体検出装置。
4. 前記演算部は、前記ピーク時刻以前の所定期間内の前記サンプリング時刻における前記電圧値に基づいて前記近似直線を取得する請求項３に記載の物体検出装置。
5. 前記演算部は、前記変化量として、連続する２回のサンプリング時刻における前記電圧値の差分を求め、当該差分が少なくとも２回続けて増加した後、減少に転じた場合に、当該減少に転じる前の前記差分を前記変化量増加期間における前記最大の変化量とする請求項３又は４に記載の物体検出装置。
6. 前記演算部は、複数回の前記送信タイミングにおいて得られた前記受信時刻を所定回数分保持し、所定の平均化範囲内に含まれる前記受信時刻を平均化し、当該平均化された受信時刻に基づいて前記物体の位置を検出する請求項１〜５の何れか一項に記載の物体検出装置。
7. 揺動を伴って開閉する車両の開閉体を開閉駆動する駆動部と、前記駆動部を駆動させて前記開閉体を開閉制御する制御部とを備えた車両の開閉制御システムであって、
   請求項１〜６の何れか一項に記載の物体検出装置が前記開閉体の表面を検知範囲に含んで前記開閉体に配置され、
   前記制御部は、当該物体検出装置の検出結果に基づいて前記駆動部を駆動させて前記開閉体を開閉制御する車両の開閉制御システム。
8. 送信した超音波に対する物体からの反射波に基づいて当該物体の位置を検出するために、前記反射波の包絡線を取得し、当該包絡線の所定の方向を増加方向として、前記増加方向へ向かう前記包絡線の立ち上がり時刻を検出する包絡線の立ち上がり検出方法であって、
   前記包絡線の前記増加方向におけるピークを検出するピーク検出工程と、
   当該ピークへ向かう前記包絡線の所定の単位時間当たりの変化量が増加を続ける変化量増加期間における最大の変化量を傾きとして近似直線を取得する近似直線取得工程と、
   当該近似直線の値が所定の基準値となる時刻を立ち上がり時刻として取得する立ち上がり時刻取得工程と、を備え、
   前記ピークへ向かう１つの前記包絡線が複数の物体からの反射波が重畳されることにより複数の前記変化量増加期間を有している場合、前記近似直線取得工程において当該各変化量増加期間に対応する前記近似直線を取得し、前記時刻取得工程において取得された当該各近似直線に基づいてそれぞれの物体に対する反射波の前記受信時刻を取得する包絡線の立ち上がり検出方法。

Images