JP7252756B2 - 超音波センサ及び車両制御システム - Google Patents

Description

本発明は、超音波センサ及び車両制御システムに関する。

自動車の安全性向上や自動運転に向けて、ミリ波レーダ、赤外線レーザ、カメラ、赤外線カメラや超音波センサなどの各種センサが自動車に搭載され、自動車周辺の障害物を検知・認識するシステムの実用化が進んでいる。特に、駐車支援システム等では物体を検知するセンサとして超音波センサが用いられている（例えば特許文献１参照）。従来の超音波センサでは、指向性の高い超音波を送信し、物体（障害物）からの反射波を検出して、超音波を送信してから反射波を受信するまでの時間に基づいて物体を検出している。

特開２００９－２３６７７６号公報

しかしながら、従来の超音波センサでは、指向性の高い超音波を利用する関係上、物体を検知可能な範囲も狭くなるため、例えば車両のドアの周辺の物体を検知する場合、ドアの全面にわたって複数の超音波センサを２次元的に配列する必要がある。そのため、製造コストが大きい上、超音波センサが設置される部位の外観デザインを損なうという問題がある。

本発明は、製造コストを低減しつつ、超音波センサが設置される部位の外観デザインを損なうことを抑制可能な超音波センサを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、パルス状の超音波を送信して薄板を励振させる超音波送信器と、前記超音波送信器の共振周波数とは異なる励振周波数のパルス信号を生成し、当該パルス信号に基づく前記超音波を前記超音波送信器に送信させるパルス生成部と、前記薄板を伝搬する超音波のうち、前記薄板のみを伝搬する直接波と、外部に放射されて物体で反射した後に前記薄板に戻ってくる反射波とに含まれる前記励振周波数の信号成分を選択的に受信するための選択受信部を有し、前記選択受信部を介して前記直接波及び前記反射波を受信する超音波受信器と、前記直接波が受信された時間と、前記反射波が受信された時間との差に基づいて、前記薄板の周辺に存在する物体を検知する検知部と、を備える超音波センサである。

本発明によれば、パルス状の超音波を送信して薄板を励振させ、その励振された薄板を伝搬する超音波のうち薄板のみを伝搬する直接波が受信された時間と、該励振された薄板を伝搬する超音波のうち、外部に放射されて物体で反射した後に薄板に戻ってくる反射波が受信された時間との差に基づいて、薄板の周辺に存在する物体を検知する。パルス状の超音波により励振された薄板から外部に放射される超音波は指向性が低く、薄板全面を覆うように放射されるので、薄板の全面にわたって、超音波送信器と超音波受信器との組をそれぞれ含む複数の超音波センサを２次元的に配列する必要は無い。したがって、物体検知に必要な超音波センサの数を少なくすることができる。これにより、製造コストを低減しつつ、超音波センサが設置される部位の外観デザインを損なうことを抑制可能な超音波センサを提供することができる。

図１は、第１の実施形態の超音波センサの概略構成図である。 図２は、超音波送信器の残響を説明するための図である。 図３は、第１の実施形態の超音波の送受信のタイミングを示す図である。 図４は、第１の実施形態の超音波送信器から送信される超音波の周波数遷移の一例を示す図である。 図５は、第２の実施形態の超音波センサの概略構成図である。 図６は、第３の実施形態の車両制御システムの概略構成図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る超音波センサ及び車両制御システムの実施形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る超音波センサの概略構成の一例を説明するための図である。図１に示すように、超音波センサは、パルス生成部１と、超音波送信器２と、超音波受信器３と、検知部４とを備える。

パルス生成部１は、超音波送信器２を動作させるためのパルス信号を生成する。具体的には、パルス生成部１は、予め設定された周波数及びパターンのパルス信号を生成することで、超音波送信器２から送信される超音波の周波数、パルス数及び送信間隔等を制御する。

超音波送信器２は、パルス生成部１で生成されたパルス信号に基づき超音波を送信することで薄板５を励振させる。ここでは、薄板５は、車両（例えば自動車）の外装面であり、典型的には車両のドアが想定されるが、これに限られるものではない。図１において、薄板５は、２次元的な広がりを持つ有限の大きさの面であり、その断面を示している。なお、図１は、薄板５の概念図であり、薄板５は必ずしも平面である必要は無く、厚さ方向（図１の上下方向）の縮尺と、横方向（図１の左右方向）の縮尺とは異なっている。また、図１の例では、薄板５の上側の面を「表面５ａ」とし、下側の面を「裏面５ｂ」とする。ここでは、表面５ａは、薄板５のうち外部に露出する側の面を指し、裏面５ｂは、外部に露出しない側の面を意味する。

図１に示すように、本実施形態では、超音波送信器２は薄板５の裏面５ｂに設けられ（貫通することなく設けられ）、超音波送信器２が薄板５へ向けてパルス状の超音波を送信することで薄板５を励振させる。薄板５が十分に薄ければ、励振された薄板５を伝搬する超音波は、振動方向が薄板５に垂直なラム波（屈曲波）となる。また、このとき、パルス状の超音波により励振された薄板５を伝搬する超音波（ラム波）の一部は、通常の超音波７として空気中に放射される。この超音波７（薄板５の表面５ａ周辺の空気中に放射される超音波）は、超音波送信器２から直接送信される超音波のように指向性が高い超音波ではなく、薄板５の表面５ａの全面を覆うように放射される（指向性が低い超音波である）。そして、薄板５（表面５ａ）の周辺に物体Ｏ（障害物）が存在した場合、空気中に放射された超音波７は物体Ｏで反射されて再び薄板５に戻ってくる。

以下の説明では、パルス状の超音波により励振された薄板５を伝搬する超音波（ラム波）のうち、薄板５のみを伝搬する超音波６を「直接波」と称し、外部に放射されて物体Ｏで反射した超音波８を「反射波」と称する。薄板５に到達した反射波（超音波８）は薄板５を励振し、薄板５を伝搬する超音波９（ラム波）となって薄板５全体に広がっていく。以下の説明では、この超音波９（ラム波）も「反射波」と称する。つまり、パルス状の超音波により励振された薄板５を伝搬する超音波のうち、外部に放射されて物体Ｏで反射した後に薄板５に戻ってくる「反射波」とは、物体Ｏで反射して薄板５へ入力される超音波８であってもよいし、超音波８で励振された薄板５を伝搬する超音波９であってもよい。

超音波受信器３は、パルス状の超音波により励振された薄板５を伝搬する超音波のうち、薄板５のみを伝搬する直接波と、外部に放射されて物体Ｏで反射した後に薄板５に戻ってくる反射波とを受信する。ここでは、超音波受信器３は反射波として超音波９を受信する構成であるが、これに限られるものではなく、超音波８を直接受信する形態もあり得る。また、超音波受信器３は、超音波送信器２と同様に、薄板５の裏面５ｂに設けられる。

検知部４は、超音波受信器３で直接波が受信された時間と、超音波受信器３で反射波が受信された時間との差（時間差）に基づいて、薄板５の周辺に存在する物体Ｏを検知する。より具体的には、検知部４は、上記時間差に基づいて、薄板５と、薄板５の周辺に存在する物体Ｏとの間の距離を検知する。なお、この例では、超音波受信器３と検知部４とを独立して（個別に）設けているが、これに限らず、超音波受信器３と検知部４とを一体に構成する形態であってもよい。

ところで、上述した超音波センサの構成では、超音波の送信動作に伴い発生した超音波送信器２自身の振動が残響として薄板５を伝搬する可能性がある。より具体的には、超音波送信器２は、共振周波数で振動し易いという構成上の特性を有するため、超音波を送信した後も共振周波数で振動し続けることで残響を発生させる。ここで、共振周波数は、超音波送信器２のインピーダンスが最小となる周波数を意味する。かかる残響は、超音波送信器２が発する超音波と同様に薄板５を励振させる。そのため、残響により発生した超音波（以下、残響波という）が反射波と混在すると、残響波と反射波との識別が困難となり、物体Ｏを検知することができない可能性がある。以下、図２を参照して、物体Ｏの検知に係る超音波送信器２の残響の影響について説明する。

図２は、超音波送信器２の残響を説明するための図である。ここでは、超音波送信器２に入力されるパルス信号と、薄板５を直接伝搬する超音波（送信器超音波信号）と、超音波受信器３が受信する超音波（受信器超音波信号）とのタイミングを示している。また、図２では、超音波送信器２の共振周波数ｆ１（例えば５８ＫＨｚ）で、所定パルス数（例えば２４パルス）分のパルス信号を所定の間隔毎に生成した例を示している。

超音波送信器２は、タイミングｔ１１からタイミングｔ１２にかけて生成された共振周波数ｆ１のパルス信号に基づき、共振周波数ｆ１の超音波を送信する。これにより、送信された超音波の一部が直接波Ｐ１１として薄板５を伝搬する。

タイミングｔ１２に達すると、超音波送信器２は超音波の送信を停止するが、超音波送信器２自身の振動により共振周波数ｆ１の残響（残響波）が発生する。そのため、超音波送信器２の振動が減衰するタイミングｔ１２からタイミングｔ１３までの間、共振周波数ｆ１の残響波Ｐ１２が薄板５を伝搬することになる。図２では、超音波送信器２で発生した残響波のうち、薄板５を直接伝搬する残響波Ｐ１２を示している。

そして、超音波受信器３は、薄板５を直接伝搬する直接波Ｐ１１及び残響波Ｐ１２を直接波Ｐ１として、タイミングｔ１４からタイミングｔ１６にかけて受信する。なお、図２では、直接波Ｐ１１と残響波Ｐ１２を識別可能に表しているが、実際には超音波の送信中も残響は発生するため、直接波Ｐ１１と残響波Ｐ１２との両波は混在した状態となる。

また、超音波送信器２から送信又は出力される超音波や残響波は、薄板５の外部にも放射される。外部に放射された超音波及び残響波は、物体Ｏ（図１参照）に反射した後、薄板５に戻ることで周波数ｆ１の反射波Ｐ２として伝搬される。図２では、反射波Ｐ２のうち、超音波送信器２が送信した超音波に由来する信号成分を反射波Ｐ２１で表し、残響波に由来する信号成分を残響波Ｐ２２で表している。

ここで、薄板５と物体Ｏとの離間距離又は位置関係によっては、直接波Ｐ１が超音波受信器３に到達するタイミングｔ１４からタイミングｔ１６の間に、反射波Ｐ２が超音波受信器３に到達するような場合がある。例えば、図２では、反射波Ｐ２が、タイミングｔ１５からタイミングｔ１７にかけて超音波受信器３に到達した場合を示している。

この場合、超音波受信器３は、直接波Ｐ１及び反射波Ｐ２を重畳（オーバーラップ）して受信することになる。より具体的には、直接波Ｐ１に含まれる残響波Ｐ１２と、反射波Ｐ２に含まれる直接波Ｐ１１とを同時期に受信することになる。また、直接波Ｐ１及び反射波Ｐ２は共に共振周波数ｆ１であるため、直接波Ｐ１と反射波Ｐ２との識別は困難となり、物体Ｏを検知できない可能性がある。

そこで、本実施形態の超音波センサでは、上述した超音波送信器２の残響による影響を低減させるため以下の構成を備える。

まず、パルス生成部１は、超音波送信器２の共振周波数ｆ１とは異なる周波数（以下、励振周波数）ｆ２でパルス信号を生成する。これにより、超音波送信器２は、自身の共振周波数ｆ１とは異なる励振周波数ｆ２で超音波を送信させる。なお、励振周波数ｆ２と共振周波数ｆ１との周波数差は、特に問わないものとするが、例えば数１０ＫＨｚの周波数差を設けることが好ましい。

また、超音波受信器３は、薄板５を伝搬する超音波の信号成分のうち、励振周波数ｆ２の信号成分を選択的に受信するための選択受信部３１を備える。選択受信部３１の構成は特に問わず、種々の構成を採用することが可能である。例えば、選択受信部３１は、励振周波数ｆ２の信号成分を透過し、共振周波数ｆ１近傍の信号成分を遮断するフィルタ回路であってもよい。また、例えば、選択受信部３１は、励振周波数ｆ２の信号成分のみを検出するホモダイン検出器（ロックインインアンプ）であってもよい。

図３は、本実施形態の超音波センサによる超音波の送受信のタイミングを示す図である。なお、図３では、図２と同様、超音波送信器２に入力されるパルス信号と、薄板５を直接伝搬する超音波（送信器超音波信号）と、超音波受信器３が受信する超音波（受信器超音波信号）とのタイミングを示している。また、図３では、超音波送信器２の共振周波数ｆ１とは異なる励振周波数ｆ２（例えば８７ＫＨｚ）で、所定パルス数（例えば２４パルス）分のパルス信号を所定の間隔毎に生成した例を示している。

図３において、パルス生成部１は、タイミングｔ２１からタイミングｔ２２にかけて励振周波数ｆ２のパルス信号を生成する。超音波送信器２は、生成されたパルス信号に基づき励振周波数ｆ２の超音波を送信する。これにより、送信された超音波の一部が直接波Ｐ３１として薄板５を伝搬する。

また、タイミングｔ２２に達すると超音波送信器２は超音波の送信を停止するが、超音波送信器２自身の振動により共振周波数ｆ１の残響（残響波）が発生する。そのため、超音波送信器２の振動が減衰するタイミングｔ２２からタイミングｔ２３までの間、共振周波数ｆ１の残響波Ｐ３２が薄板５を伝搬する。つまり、励振周波数ｆ２の直接波Ｐ３１及び共振周波数ｆ１の残響波Ｐ３２を成分とする直接波Ｐ３が、薄板５を伝搬することになる。

また、薄板５の外部に放射された超音波及び残響波のうち、物体Ｏ（図１参照）に反射し、薄板５に戻った超音波及び残響波は反射波Ｐ４として伝搬される。図３では、反射波Ｐ４のうち、超音波送信器２が送信した励振周波数ｆ２の超音波に由来する信号成分を反射波Ｐ４１で表し、共振周波数ｆ１の残響波に由来する信号成分を残響波Ｐ４２で表している。

一方、超音波受信器３は、薄板５を伝搬した直接波Ｐ３及び反射波Ｐ４を受信する。図３では、超音波受信器３は、タイミングｔ２４からタイミングｔ２６にかけて直接波Ｐ３を受信し、タイミングｔ２５からタイミングｔ２７にかけて反射波Ｐ４を受信した例を示している。

ここで、超音波受信器３は、励振周波数ｆ２の信号成分（超音波）を選択的に受信する選択受信部３１を具備しているため、共振周波数ｆ１の残響波Ｐ３２、Ｐ４２を除去し、励振周波数ｆ２の直接波Ｐ３１及び反射波Ｐ４１を受信する。そのため、例えば、残響波Ｐ３２の受信タイミングと、反射波Ｐ４１の受信タイミングとが重畳した場合であっても、励振周波数ｆ２の反射波Ｐ４１のみが受信されることになる。

これにより、検知部４は、選択受信部３１を介して受信された超音波、つまり直接波Ｐ３１及び反射波Ｐ４１を用いて物体Ｏの検知を行うことができるため、直接波Ｐ３１と反射波Ｐ４１との識別が容易となる。したがって、本実施形態の超音波センサでは、超音波送信器２に生じた共振周波数ｆ１の残響波Ｐ３２による影響を低減することができ、物体Ｏの検知精度を向上させることができる。

なお、励振周波数ｆ２で超音波を送信させた場合、実際には超音波送信器２は励振周波数ｆ２のモードでも振動するため、共振周波数ｆ１の残響波とともに、励振周波数ｆ２の残響波も生じる。そのため、励振周波数ｆ２の残響波の減衰時間が、物体Ｏを検知することが可能な距離に関係することになる。以下、図４を参照して、励振周波数ｆ２の残響波と、物体Ｏを検知可能な距離との関係について説明する。

図４は、超音波送信器２から送信される超音波の周波数遷移の一例を示す図である。縦軸は超音波の信号レベル（ｍＶ）を示しており、横軸は時間（時間経過）を示している。なお、超音波送信器２の共振周波数は５８ＫＨｚであるとする。

まず、パルス生成部１が、タイミングｔ３１からタイミングｔ３２にかけて、励振周波数が８７ＫＨｚの２４パルス分のパルス信号Ｐ５（図４上部参照）を生成したとする。超音波送信器２は、パルス信号Ｐ５に基づき動作することで、タイミングｔ３１からタイミングｔ３２にかけて超音波を送信する。また、上述したように、タイミングｔ３２で超音波の送信し停止した後、超音波送信器２からは残響波が出力される。

ここで、超音波送信器２から出力される超音波及び残響波は、実線で示す励振周波数ｆ２（８７ＫＨｚ）の信号成分Ｐ６と、破線で示す共振周波数ｆ１（５８ＫＨｚ）の信号成分Ｐ７とを含む。なお、タイミングｔ３１からタイミングｔ３２の超音波中に現れる信号成分Ｐ７は、超音波の送信中に発生した共振周波数ｆ１の残響波である。また、タイミングｔ３２以降の残響波中に現れる信号成分Ｐ６は、超音波の送信後に発生した励振周波数ｆ２の残響波である。このように、共振周波数ｆ１及び励振周波数ｆ２の信号成分は混合した状態にあり、各信号成分の信号レベルは時間経過とともに遷移する。

具体的には、信号成分Ｐ６は、超音波の送信開始（タイミングｔ３１）とともに上昇し、超音波送信器２から超音波が送信されているタイミングｔ３２までの間、高レベル（Ｌ１）の状態を維持する。一方、信号成分Ｐ７では、超音波の送信開始（タイミングｔ３１）時に信号レベルが一旦上昇し、タイミングｔ３２にかけて減衰していく。

また、信号成分Ｐ６は、タイミングｔ３２で超音波の送信が停止された後減衰していく。一方、信号成分Ｐ７は、超音波の送信が停止されたタイミングｔ３２で再び上昇し、その後減衰していく。

信号成分Ｐ６と信号成分Ｐ７とを比較すると、超音波送信器２から超音波が送信されているタイミングｔ３１からタイミングｔ３２の間は、信号成分Ｐ６が支配的となる。また、超音波送信器２から残響波が送信されるタイミングｔ３２以降では、信号成分Ｐ６及び信号成分Ｐ７の信号レベルは共に減衰する。

ここで、検知部４が反射波として検知する信号レベルの下限値がＬ２であるとすると、信号成分Ｐ６の信号レベルがＬ２未満に減衰するまでの時間、つまりタイミングｔ３１からタイミングｔ３３までの時間が、物体Ｏを検知可能な最小の距離に対応する。例えば、タイミングｔ３１からタイミングｔ３３までの時間が２５０μｓの場合、空気中の音速（３４０ｍ／ｓ）から距離を導出すると８．５ｃｍとなる。この場合、８．５ｃｍを往復分の２で除算した４．２５ｃｍ（約４ｃｍ）が、物体Ｏを検知することが可能な最小の距離となる。ここで、最小の距離は、薄板５からの離間距離を意味する。

なお、励振周波数ｆ２を高くするほど、信号成分Ｐ６の信号レベルがＬ２未満に減衰するまで時間を小さくすることができる。そのため、励振周波数ｆ２は、共振周波数ｆ１よりも高い周波数（高周波）とすることが好ましい。

以上に説明したように、本実施形態では、パルス状の超音波を送信して薄板５を励振させ、その励振された薄板５を伝搬する超音波のうち、薄板５のみを伝搬する直接波が受信された時間と、外部に放射されて物体Ｏで反射した後に薄板５に戻ってくる反射波が受信された時間との差に基づいて、薄板５の周辺に存在する物体Ｏを検知する。パルス状の超音波により励振された薄板５から外部に放射される超音波は指向性が低く、薄板５の表面５ａの全面を覆うように放射されるので、従来のように、薄板５の全面にわたって、超音波送信器２と超音波受信器３との組をそれぞれ含む複数の超音波センサを２次元的に配列する必要は無い。したがって、物体検知に必要な超音波センサの数を少なくすることができる。これにより、製造コストを低減しつつ、超音波センサが設置される部位の外観デザインを損なうことを抑制できる。

また、本実施形態では、超音波送信器２及び超音波受信器３は、薄板５の裏面５ｂに設置されるので、薄板５の表面５ａが観察されても超音波送信器２及び超音波受信器３が視認されることはない。したがって、この構成（超音波送信器２及び超音波受信器３が薄板５の裏面５ｂに設置される構成）は、超音波センサが設置される部位の外観デザインが損なわれることを抑制するという観点から格別に有効である。さらに、従来においては、指向性の高い超音波を外部に放射するために（超音波センサを露出させるために）、薄板５をくり抜いて超音波センサを設置するケースもあるが、本実施形態によれば、薄板５をくり抜いて超音波センサを設置する必要もないので、この点においても外観デザインを損なうことを抑制できる。

特に、超音波センサが、車両のドアの周辺の物体Ｏを検知することを目的とする場合（要するに、上記薄板５が車両のドアである場合）、車両のドアの表面から超音波センサが露出していると、車両の外観デザインが大きく損なわれてしまう。そのため、上記に説明した本実施形態の超音波センサは、車両のドアの周辺の物体Ｏを検知する目的で利用される場合（上記薄板５が車両のドアである場合）において格別に有効である。

また、本実施形態では、超音波送信器２の共振周波数ｆ１とは異なる周波数（励振周波数ｆ２）で超音波を送信させ、励振周波数ｆ２の超音波を選択的に受信する。したがって、超音波の送信後、超音波送信器２自身が振動することで発生する共振周波数ｆ１の残響波による影響を抑制することできる。これにより、直接波と反射波とを容易に識別することができるため、物体Ｏの検知精度を向上させることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、共振周波数ｆ１と励振周波数ｆ２とを切り替えながら超音波受信器３を動作させる形態について説明する。なお、上述の第１の実施形態と共通する部分については適宜に説明を省略する。また、薄板５における超音波送信器２及び超音波受信器３の各々の配置は上述の第１の実施形態と同様であるとするが、これに限定されるものではない。

図５は、第２の実施形態に係る超音波センサの概略構成の一例を説明するための図である。図５に示すように、本実施形態の超音波センサは、上述した第１の実施形態の超音波センサ（図１）の構成に加え、選択受信部３１ａと制御部１０とを備えている。ここで、選択受信部３１ａは、例えばフィルタ回路又はホモダイン検出器であり、第１の実施形態の選択受信部３１に対応するものである。

選択受信部３１ａは、選択受信部３１と同様の機能（以下、選択機能）を有する。また、選択受信部３１ａは、制御部１０の制御に応じて選択機能をオン（有効）又はオフ（無効）にすることが可能となっている。具体的には、選択受信部３１ａは、選択機能をオンとすることで、薄板５を伝搬する超音波の電気信号のうち、励振周波数ｆ２の信号成分のみを選択的に受信する。また、選択受信部３１ａは、選択機能をオフとすることで、薄板５を伝搬する超音波の電気信号をそのまま受信する。

制御部１０は、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサにより構成され、パルス生成部１、選択受信部３１ａ及び検知部４の動作を制御する。具体的には、制御部１０は、パルス生成部１を制御することで、共振周波数ｆ１のパルス信号（第１のパルス信号）と、励振周波数ｆ２のパルス信号（第２のパルス信号）とを切り替えながら生成させる。なお、第１のパルス信号と第２のパルス信号との間には、所定の時間間隔（インターバル）が設けられるものとする。

超音波送信器２は、パルス生成部１で第１のパルス信号が生成されると、図２で説明したように、共振周波数ｆ１の超音波を送信する。また、超音波送信器２は、パルス生成部１で第２のパルス信号が生成されると、図３で説明したように、励振周波数ｆ２の超音波を送信する。

また、制御部１０は、第１のパルス信号及び第２のパルス信号の切り替えに応じて、選択受信部３１ａの選択機能をオン又はオフに切り替える。具体的には、制御部１０は、第１のパルス信号を生成させてから、次の第２のパルス信号を生成させるまでの間、選択受信部３１ａの選択機能をオフとする。これにより、超音波受信器３では、薄板５を伝搬する超音波の電気信号の全て、つまり共振周波数ｆ１の信号成分を受信することになる。また、制御部１０は、第２のパルス信号を生成させてから、次の第１のパルス信号を生成させるまでの間、選択受信部３１ａの選択機能をオンとする。これにより、超音波受信器３では、薄板５を伝搬する超音波の電気信号のうち、励振周波数ｆ２の信号成分のみを受信することになる。

また、制御部１０は、第１のパルス信号及び第２のパルス信号の切り替えに応じて、検知部４が物体Ｏを検知可能な期間（以下、検知期間という）を制御する。以下、図２及び図３を参照して、検知部４に対する検知期間の制御について説明する。

例えば、制御部１０は、パルス生成部１に第１のパルス信号を生成させると、図２に示すタイミングｔ１４からタイミングｔ１７までの期間（時間長）を、反射波の受信タイミングを検知しない無効期間に設定する。これにより、検知部４は、タイミングｔ１４で共振周波数ｆ１の直接波Ｐ１１を検知した後、タイミングｔ１４からタイミングｔ１７までの無効期間の間は、超音波受信器３が超音波（反射波）を受信した場合であっても、その受信タイミングを物体Ｏの検知に用いることなく破棄する。したがって、共振周波数ｆ１の残響波による影響を防ぐことができ、無効期間の時間に応じた距離（以下、近距離）以上の距離にある物体Ｏを検知することができる。

また、例えば、第２のパルス信号をパルス生成部１に生成させた場合、図３に示すように、励振周波数ｆ２の信号成分が検知部４に入力される。この場合、共振周波数ｆ１の残響波による影響はなくなるため、制御部１０は、上述した無効期間を解除する。これにより、検知部４は、図３で説明したように、タイミングｔ２４で励振周波数ｆ２の直接波Ｐ３１を検知した後、タイミングｔ２５で受信された励振周波数ｆ２の反射波Ｐ４１を検知することができる。なお、この場合、薄板５から近距離にある物体Ｏとともに、薄板５から近距離以上の距離にある物体Ｏも検知することが可能であるが、タイミングｔ２４からタイミングｔ２６（又はタイミングｔ２７）までを、物体Ｏ（反射波）の検知を行う期間に制限することで、薄板５から近距離にある物体Ｏのみを検知対象としてもよい。

このように、第１のパルス信号と第２のパルス信号とを切り替えながら超音波送信器２から超音波を送信させ、第１のパルス信号と第２のパルス信号との切り替えに応じて、選択受信部３１ａ及び検知部４の動作を切り替えることで、残響による影響を抑えながら、物体Ｏの検知精度を向上させることができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。本実施形態は、上述の各実施形態で説明した超音波センサを利用する車両制御システムの実施形態である。車両制御システムは、車両に搭載される制御システムである。図６は、本実施形態の車両制御システムの概略構成の一例を示す図である。図６に示すように、車両制御システムは、超音波センサ１００と、車両制御部１１０と、を備え、これらは、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）などの車載ネットワークを介して接続される。ただし、これに限らず、例えば有線を介して接続される形態であっても構わない。超音波センサ１００は、上述の各実施形態のうちの何れかの実施形態の超音波センサを適用することができる。超音波センサ１００は、上述のパルス生成部１、超音波送信器２、超音波受信器３及び検知部４等を備えている。

車両制御部１１０は、例えばＥＣＵ（engine control unit）であり、超音波センサ１００による検知結果を用いて、車両を制御する。この例では、車両制御部１１０は、超音波センサ１００による検知結果から、ドアから１０ｃｍの距離に障害物（物体Ｏ）が存在するか否かを判断する。ドアから１０ｃｍの距離に障害物が存在すると判断した場合、車両制御部１１０は、ドアの開放動作を停止させる制御（それ以上ドアが解放されることを防止するための制御）を行い、ドアが障害物に衝突することを回避する。

なお、車両制御部１１０による制御は上記の例に限られるものではない。例えば車両の前方の左右又は後方の左右のコーナーの外装面を上記薄板５として超音波センサ１００を設置する形態において、車両制御部１１０は、超音波センサ１００による検知結果から、コーナー（薄板５）から１０ｃｍの距離に障害物（物体Ｏ）が存在するか否かを判断する形態であってもよい。そして、コーナーから１０ｃｍの距離に障害物が存在すると判断した場合、車両制御部１１０は、車両が障害物に衝突することを回避するよう、車両の走行を制御する形態であってもよい。要するに、車両制御部１１０は、超音波センサ１００による検知結果を用いて車両を制御する形態であればよく、その制御の形態は任意に変更可能である。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

また、上述の各実施形態及び変形例は、任意に組み合わせることができる。

１ パルス生成部
２ 超音波送信器
３ 超音波受信器
３１、３１ａ 選択受信部
４ 検知部
５ 薄板
１０ 制御部
１００ 超音波センサ
１１０ 車両制御部
Ｏ 物体

Claims (8)

1. パルス状の超音波を送信して薄板を励振させる超音波送信器と、
   前記超音波送信器の共振周波数とは異なる励振周波数のパルス信号を生成し、当該パルス信号に基づく前記超音波を前記超音波送信器に送信させるパルス生成部と、
   前記薄板を伝搬する超音波のうち、前記薄板のみを伝搬する直接波と、外部に放射されて物体で反射した後に前記薄板に戻ってくる反射波とに含まれる前記励振周波数の信号成分を選択的に受信するための選択受信部を有し、前記選択受信部を介して前記直接波及び前記反射波を受信する超音波受信器と、
   前記直接波が受信された時間と、前記反射波が受信された時間との差に基づいて、前記薄板の周辺に存在する物体を検知する検知部と、
   を備える超音波センサ。
2. 前記選択受信部は、前記励振周波数の信号成分を透過し、前記共振周波数の信号成分を遮断するフィルタ回路である、請求項１に記載の超音波センサ。
3. 前記選択受信部は、前記励振周波数の信号成分を検出するホモダイン検出器である、請求項１に記載の超音波センサ。
4. 前記共振周波数の第１のパルス信号と、前記励振周波数の第２のパルス信号とを切り替えながら前記パルス生成部に生成させるとともに、前記第１のパルス信号及び前記第２のパルス信号の切り替えに応じて、前記選択受信部の機能を有効又は無効に切り替える制御部を更に備える、請求項１～３の何れか一項に記載の超音波センサ。
5. 前記制御部は、前記第１のパルス信号及び前記第２のパルス信号の切り替えに応じて、前記検知部が前記物体を検知可能な期間を制御する、請求項４に記載の超音波センサ。
6. 前記励振周波数は、前記共振周波数よりも高周波である、請求項１～５の何れか一項に記載の超音波センサ。
7. 前記薄板は車両のドアである、請求項１～６の何れか一項に記載の超音波センサ。
8. 請求項１～７の何れか一項に記載の超音波センサと、
   前記超音波センサによる検知結果を用いて、車両を制御する車両制御部と、
   を備える車両制御システム。

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