WO2008023714A1

WO2008023714A1 - Procédé et programme de mesure

Info

Publication number: WO2008023714A1
Application number: PCT/JP2007/066216
Authority: WO
Inventors: Masaaki Ohkita; Masaki Okugumo; Akihiko Kimura
Original assignee: National University Corporation Tottori University
Priority date: 2006-08-21
Filing date: 2007-08-21
Publication date: 2008-02-28
Also published as: JPWO2008023714A1; JP5137139B2

Description

明細書

測定方法および測定プログラム

技術分野

[0001] 本願発明は、物体の速度や物体までの距離等を測定するための測定方法および測定プログラムに係り、特に対象物体が斜めに向いた場合にも適用できる。単一の周波数または別個に送信される 2種類の異なる周波数を有する超音波に係る対象物体からの反射波の周波数スペクトルを算出することで対象物体までの距離等を測定する測定方法、及び測定プログラム、ならびに測定装置に関するものである。また、本測定方法等は、自動車の駐車支援に用いることができる。

背景技術

[0002] 超音波を利用して、物体との距離を測定する方法については、超音波の放射から反射波取得までの時間を測定して、それに音速を乗ずることによって距離を計測するという方法が従来一般的であった。これに対して、距離のみでなぐ物体の移動速度を測定する方法、また測定精度が高い方法が提案されてきた。例えば、特許文献 1に記載されるように、超音波を利用して、玩具および娯楽器具等の対象物体の速度を測定する速度測定装置が開発されている。この速度測定装置では、 40kHz の超音波周波数の電気信号を送信機の圧電素子を用いて変換することで、対象物体へ向けて超音波を送信する。対象物体から反射された超音波は、受信機の圧電素子により電気信号に変換される。送信機側で生成される 40kHzの超音波周波数の電気信号と、受信機側で変換された電気信号とを混合器に入力すると、 2つの信号の周波数の差分の周波数 (うなり周波数)を有する電気信号を得ることができる。この周波数の差分値は、対象物体の相対速度に一意に対応する。したがって、エッジ検出器やタイミング回路等を用いて、うなり周波数の電気信号の周波数を特定することで、対象物体の速度を算出することが可能となる。

[0003] また、特許文献 2には、電磁波を利用して、自動車等の対象物体の速度および対象物体までの距離を測定する測定方法について開示されている。この方法では、ァンテナから放射される電磁波の周波数を一定の割合で上昇および下降させる。対象物体に反射されてアンテナに受信された電磁波に係る受信信号と、送信された電磁波に係る送信信号とを混合することで、中間周波信号を生成する。放射される電磁波の周波数の上昇時における中間周波信号の周波数と、放射される電磁波の周波数の下降時における中間周波信号の周波数とを特定して、これらを係数とした連立一次方程式を解法することにより、対象物体の速度及び対象物体までの距離を算出すること力 S可倉となる。

[0004] 特許文献 3には、高精度な距離計測を目的として、ノイズから第 1反射パルスを抽出し、距離を算出するとともに、既知の距離にあるセンサまでの到来時間より音速を算出する方法が開示されている。この方法では、特定周波数の超音波を 8パルス放射し、受信波をノイズごとに大幅に増幅、フィルタを通したあと、放射超音波と同等のサイン波との相関をとり、抽出波形のゼロ交叉点の期間を算出し、特定期間が 8パルス分部続レ、た個所を反射波の到達した時点と見なしてレ、る。

[0005] 特許文献 1 :特表 2005— 524063号公報

特許文献 2：特許第 3457722号公報

特許文献 3：国際公開 WO2005/010552パンフレット

特許文献 4 :特開 2007— 98967号公報

特許文献 5 :特開 2005— 201637号公報

特許文献 6 :特開平 8— 324366号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 特許文献 1に記載された発明では、超音波を利用して、対象物体の速度を測定できるのみであるという課題があった。特許文献 3に記載された発明では、精度良く測定できるが、測定対象が物体との距離だけであるとレ、う課題があった。

また、従来の測定方法では、図 1 (a)のように測定装置 21中の超音波送信部 22からの放射方向に対して垂直に対象物体 24が位置している場合には、超音波送信部 22と隣接した位置にある超音波受信部 23で反射波を受信することによって対象物体までの距離や対象物体の速度を測ることができる。しかし、（b)のように斜めに対象物体が位置している場合には、超音波受信部 23の受ける反射波の強度が弱ぐ距離計測を行うことができなレ、とレ、う問題があった。

[0007] 斜めに位置した物体に対して測定が困難であることを説明する。図 2に示すように、送信部 22と受信部 23を備えた測定装置 21の斜めに位置した対象物体 24の測定においては、実際の送信部 22から放射した超音波の物体による反射波は、鏡像の送信部 32から放射された超音波と見なせる。

鏡像の送信部 32から放射された超音波が、実像の受信部 23まで到達した際の音圧、すなわち反射波の受信音圧 Pは、数式 1で与えられる。

國

P = = R _W expt jkz )

z '2 (l + cos 2 Θ ) ただし、 R は指向性関数であり、数式 2で与えられる。

( Θ )

[数 2]

ここで、 Pは放射音圧、 Zは測定装置一物体間距離、 Θは測定装置と物体とのな

0

す角度、 aは発振器の開口半径、 kは放射する超音波の波数である。

[0008] 数式 1において、波長え =0· 85cm (周波数 40kHzの超音波に対する空気中の波長）、 a= lcmとして、指向性関数 R が 0° ≤ Θ≤90° の範囲で 0となる角度を

( Θ )

計算すると Θ = 32° となる。すなわち、周波数 40kHzの超音波を放射する際、物体との角度が 32° 以下であれば、理論的には反射波がセンサに到達する。しかし、実際には、指向性の中心からのずれ、到来距離などにより、減衰が大きいので、測定が困難である。

[0009] 本願発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、比較的簡略な技術的構成を用いて、対象物体までの距離を測定することを可能とする測定方法、測定プログラム及び測定装置を提供することを目的とする。また、本願発明は、対象物体までの距離と対象物体の速度を測定することを可能とする測定方法、プログラム及び装置を提供することを目的とする。また、本願発明は、対象物体の表面形状を検出することを可能とする測定方法、測定プログラム及び測定装置を提供することを目的とする。さらに本願発明は、対象物体が斜めに位置している場合でも、対象物体の距離を検出する測定方法、プログラム及び測定装置を提供することを目的とする。さらに本願発明は、対象物体が斜めに位置している場合でも、対象物体の距離と表面形状とを検出する測定方法、プログラム及び測定装置を提供することを目的とする。また、該測定方法、プログラムを利用した自動車の車庫入れ方法を提供することを目的とする。さらに、該測定装置を自動車に取り付けて自動車の車庫入れ支援に利用可能とすることを目的とする。

課題を解決するための手段

上記の技術的課題を解決するために、本願発明に係る測定方法または測定プログラムは、第 1の周波数の超音波を所定の期間にわたって連続的に出力する工程 (ステツプ）と、第 1の周波数の超音波に係る対象物体からの反射波をサンプリングする工程 (ステップ）と、サンプリングされた第 1のサンプリングデータ列に基づいて対象物体の相対速度を算出する工程 (ステップ)と、所定の期間にわたって第 1の周波数の超音波を連続的に出力した後に、第 2の周波数の超音波をノルス状に出力するェ程 (ステップ）と、第 1の周波数の超音波および第 2の周波数の超音波に係る対象物体からの反射波をサンプリングする工程 (ステップ）と、サンプリングされた第 2のサンプリングデータ列に基づいて第 2の周波数の超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの 1または複数の反射時間を検出する工程 (ステップ)と、検出された 1または複数の反射時間に基づいて、対象物体までの距離、あるいは対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出する工程 (ステップ）とを有するようにしたものである。

これにより、比較的簡略な技術的構成を用いて、対象物体の相対速度および対象物体までの距離、さらには対象物体の表面形状までも測定することが可能となる。とくに、測定装置に対して斜めに位置する対象物体までの距離を精度良く測定することができる。

なお、上記のそれぞれの工程 (ステップ）は、必ずしも記載された順序で実行される必要はな!/、。前に記載された工程 (ステップ)を後に記載された工程 (ステップ)よりも後で実行するようにしてもよく、前に記載された工程 (ステップ）と後に記載された工程 (ステップ）とを並列的に実行するようにしてもよい。例えば、第 1のサンプリングデータ列に基づいて対象物体の相対速度を算出する工程は、第 2の周波数の超音波をパノレス状に出力する工程の後に実行してもよぐまたこれらの工程を並列的に実行するようにしてもよい。

また、本願発明に係る測定方法または測定プログラムは、第 1の周波数の超音波を所定の期間にわたって連続的に出力する工程 (ステップ）と、所定の期間にわたって第 1の周波数の超音波を連続的に出力した後に、第 2の周波数の超音波をパルス状に出力する工程 (ステップ）と、第 1の周波数の超音波および第 2の周波数の超音波に係る対象物体からの反射波をサンプリングする工程 (ステップ）と、サンプリングされたサンプリングデータ列に基づいて対象物体の相対速度を算出する工程 (ステップ）と、サンプリングされたサンプリングデータ列に基づいて第 2の周波数の超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの 1または複数の反射時間を検出する工程 (ステップ）と、検出された 1または複数の反射時間に基づいて、対象物体までの距離、あるいは対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出する工程 (ステツプ）とを有するようにしたものである。

これにより、比較的簡略な技術的構成を用いて、対象物体の相対速度および対象物体までの距離、さらには対象物体の表面形状までも測定することが可能となる。とくに、測定装置に対して斜めに位置する対象物体までの距離を精度良く測定することができる。また、対象物体の相対速度とともに対象物体までの距離並びに対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出するのに 1回のサンプリングを実施すれば足るように構成したので、サンプリングデータを記憶する記憶手段におけるサンプリングデータの記憶処理、転送処理等を単純化することが可能となり、測定装置のシステム構成を簡略化することができる。

なお、上記のそれぞれの工程 (ステップ）は、必ずしも記載された順序で実行される必要はな!/、。前に記載された工程 (ステップ)を後に記載された工程 (ステップ)よりも後で実行するようにしてもよく、前に記載された工程 (ステップ）と後に記載された工程 (ステップ）とを並列的に実行するようにしてもよい。例えば、サンプリングデータ列に基づいて対象物体の相対速度を算出する工程は、サンプリングデータ列に基づいて 1または複数の反射時間を検出する工程の後に実行してもよぐまたこれらの工程を並列的に実行するようにしてもよい。

[0012] また、本願発明に係る測定方法は、第 2の周波数の超音波を概ね 1波長分出力するようにしたものである。

これにより、対象物体の表面上において異なる高さを有する表面部から反射された複数の反射波の反射時間が超音波の概ね 1波長分に相当する時間だけずれていれば、超音波受信部において複数の反射波を重畳させることなく分離して受信することが可能となり、異なる表面部間の高さの差 (段差の深さ）の算出に係る分解能を向上すること力 Sでさる。

[0013] また、本願発明に係る測定方法は、第 2の周波数の超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの 1または複数の反射時間を検出するためにサンプリングされたサンプリングデータ列に含まれるサンプリングデータ全体から成る区間を微小区間に分割して、各微小区間の長さを第 2の周波数の超音波の概ね 1波長分に等しくするようにしたものである。

これにより、第 2の周波数の超音波に係る周波数スペクトルを検出することができる最小の時間幅を微小区間として設定したので、対象物体の表面上において異なる高さを有する表面部から反射された複数の反射波を異なる微小区間で受信することを可能とする段差の深さの下限値を小さくすることが可能となり、段差の深さの算出に係る分解能を向上することができる。

[0014] また、本願発明に係る測定方法は、対象物体の相対速度を用いて、対象物体までの距離あるいは対象物体の表面上の段差の深さを補正するようにしたものである。これにより、対象物体までの距離あるいは対象物体の表面上の段差の深さをより精度よく算出すること力でさる。

[0015] また、本願発明に係る測定方法は、対象物体の相対速度を算出するためにサンプリングされたサンプリングデータ列の後ろに複数のゼロを並べて得られるサンプリングデータ列に対して、高速フーリエ変換を適用することで、第 1の周波数の超音波に係る対象物体からの反射波の周波数スペクトルを算出するようにしたものである。

これにより、第 1の周波数の超音波に係る反射波について算出される周波数スぺクトルの周波数分解能が高められ、当該反射波に係るピーク周波数をより精度よく検出すること力 S可能となる力、ら、対象物体の相対速度の算出に係る速度分解能を向上すること力 Sでさる。

[0016] また、本願発明に係る測定方法は、対象物体の相対速度を算出するためにサンプリングされたサンプリングデータ列の後ろに複数のゼロを並べて得られるサンプリングデータ列に対して、窓関数をかけた後に、高速フーリエ変換を適用するようにしたものである。

これにより、第 1の周波数の超音波に係る反射波について算出される周波数スぺクトルの誤差を低減して、当該反射波に係るピーク周波数をさらに精度よく検出することが可能となるから、対象物体の相対速度の算出に係る誤差を低減することができる

[0017] また、本願発明に係る測定方法は、第 2の周波数の超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの 1または複数の反射時間を検出するためにサンプリングされたサンプリングデータ列に含まれるサンプリングデータ全体から成る区間を微小区間に分割して、それぞれの微小区間毎に、当該微小区間に存在するサンプリングデータから成るサンプリングデータ列を繰り返し並べて得られるサンプリングデータ列に対して、高速フーリエ変換を適用することで、当該微小区間において受信された反射波の周波数スペクトルを算出するようにしたものである。

これにより、対象物体からの反射波について算出される周波数スペクトルの周波数分解能が高められ、第 2の周波数の超音波に係る反射波が受信される微小区間をより精度よく検出することが可能となるから、対象物体までの距離等の算出に係る誤差を低減すること力 Sできる。

[0018] また、本願発明に係る測定方法は、微小区間に存在するサンプリングデータから成るサンプリングデータ列を繰り返し並べて得られるサンプリングデータ列に対して、窓関数をかけた後に、高速フーリエ変換を適用するようにしたものである。

これにより、対象物体からの反射波について算出される周波数スペクトルの誤差を低減して、第 2の周波数の超音波に係る反射波が受信される微小区間をさらに精度よく検出することが可能となるから、対象物体までの距離等の算出に係る誤差をさらに減少することができる。

[0019] また、本願発明に係る測定方法は、第 1の周波数の電磁波を所定の期間にわたつて連続的に出力する工程と、第 1の周波数の電磁波に係る対象物体からの反射波をサンプリングする工程と、サンプリングされた第 1のサンプリングデータ列に基づいて対象物体の相対速度を算出する工程と、所定の期間にわたって第 1の周波数の電磁波を連続的に出力した後に、第 2の周波数の電磁波をノルス状に出力する工程と、第 1の周波数の電磁波および第 2の周波数の電磁波に係る対象物体からの反射波をサンプリングする工程と、サンプリングされた第 2のサンプリングデータ列に基づいて第 2の周波数の電磁波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの 1 または複数の反射時間を検出する工程と、検出された 1または複数の反射時間に基づいて、対象物体までの距離、あるいは対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出する工程とを有するようにしたものである。

これにより、比較的簡略な技術的構成を用いて、対象物体の相対速度および対象物体までの距離、さらには対象物体の表面形状までも測定することが可能となる。なお、上記のそれぞれの工程は、必ずしも記載された順序で実行される必要はない。前に記載された工程を後に記載された工程よりも後で実行するようにしてもよぐ前に記載された工程と後に記載された工程とを並列的に実行するようにしてもよい。

[0020] また、本願発明に係る測定方法は、第 1の周波数の電磁波を所定の期間にわたつて連続的に出力する工程と、所定の期間にわたって第 1の周波数の電磁波を連続的に出力した後に、第 2の周波数の電磁波をパルス状に出力する工程と、第 1の周波数の電磁波および第 2の周波数の電磁波に係る対象物体からの反射波をサンプリングする工程と、サンプリングされたサンプリングデータ列に基づ!/、て対象物体の相対速度を算出する工程と、サンプリングされたサンプリングデータ列に基づいて第 2の周波数の電磁波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの 1または複数の反射時間を検出する工程と、検出された 1または複数の反射時間に基づいて、対象物体までの距離、あるいは対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出する工程とを有するようにしたものである。

これにより、比較的簡略な技術的構成を用いて、対象物体の相対速度および対象物体までの距離、さらには対象物体の表面形状までも測定することが可能となる。また、対象物体の相対速度とともに対象物体までの距離並びに対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出するのに 1回のサンプリングを実施すれば足るように構成したので、サンプリングデータを記憶する記憶手段におけるサンプリングデータの記憶処理、転送処理等を単純化することが可能となり、測定装置のシステム構成を簡略ィ匕すること力 Sでさる。

なお、上記のそれぞれの工程は、必ずしも記載された順序で実行される必要はない。前に記載された工程を後に記載された工程よりも後で実行するようにしてもよぐ前に記載された工程と後に記載された工程とを並列的に実行するようにしてもよい。

[0021] また、本願発明に係る測定方法または測定プログラムは、所定の周波数の超音波をパルス状に出力する工程と、該所定の周波数の超音波に係る対象物体からの反射波をサンプリングする工程と、サンプリングされたサンプリングデータ列に基づいて該所定の周波数の超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの反射時間を検出し、検出された反射時間に基づいて、対象物体までの距離を算出する工程とを有するようにしたものである。

これにより、比較的簡略な技術的構成を用いて、対象物体の対象物体までの距離を測定することが可能となる。とくに、測定装置に対して斜めに位置する対象物体までの距離を精度良く測定することができる。

[0022] また、本願発明に係る測定方法は、前記所定の周波数の超音波を概ね 1波長分出力するものである。

これにより、対象物体の表面上で反射された反射波の反射時間が超音波の概ね 1 波長分に相当する時間だけずれて!/、れば、超音波受信部にぉレ、て放射超音波の周波数帯のスペクトル強度を検索する場合の時間分解能を向上することができるので、対象物体の距離算出の際分解能を向上することができる。

[0023] また、本願発明に係る測定方法は、前記所定の周波数の超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの反射時間を検出するためにサンプリングされたサンプリングデータ列に含まれるサンプリングデータ全体から成る区間を微小区間に分割して、それぞれの微小区間毎に、当該微小区間に存在するサンプリングデータから成るサンプリングデータ列を繰り返し並べて得られるサンプリングデータ列に対して、高速フーリエ変換を適用することで、当該微小区間において受信された反射波の前記所定の周波数が属する周波数帯のスペクトル強度を算出するものである。これにより、反射波について算出される所定の周波数の属する周波数帯の強度を精度よく検出することが可能となり、ピーク位置を精度良く求めることができるから、対象物体への距離を精度良く測定することができる。さらに、ホワイトノイズの混入に対しても耐性を有する測定方法を提供する。

[0024] 一方、本願発明に係る測定装置は、第 1の周波数の超音波を所定の期間にわたつて連続的に出力する第 1の超音波発信部と、第 2の周波数の超音波をノルス状に出力する第 2の超音波発信部と、第 1及び第 2の超音波発信部から発信される超音波の受信部と、受信した第 1及び第 2の周波数の超音波に係る対象物体からの反射波をサンプリングするサンプリング部と、サンプリングされた第 1周波数の超音波に係わるサンプリングデータ列に基づいて対象物体の相対速度を算出する相対速度算出部と、サンプリングされた第 2周波数の超音波に係わるサンプリングデータ列に基づいて第 2の周波数の超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの 1または複数の反射時間を検出する反射時間算出部と、検出された 1または複数の反射時間に基づいて、対象物体までの距離、あるいは対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出する、距離及び段差算出部とを有するようにしたものである。これにより、比較的簡略な技術的構成を用いて、対象物体の相対速度および対象物体までの距離、さらには対象物体の表面形状までも測定することが可能となる。とくに、測定装置に対して斜めに位置する対象物体までの距離を精度良く測定することができる。

[0025] また、本願発明に係る測定装置は、第 2の超音波発信部が第 2の周波数の超音波を概ね 1波長分出力することとしたものである。

[0026] また、本願発明に係る測定装置は、前記距離及び段差算出部が、前記相対速度算出部で算出された相対速度を用いて対象物体までの距離あるいは対象物体の表面上の段差の深さを補正するものである。

これにより、対象物体までの距離あるいは対象物体の表面上の段差の深さをより精度よく算出すること力でさる。

[0027] また、本願発明に係る測定装置は、第 1または第 2の周波数の超音波に係る対象物体からのサンプリングデータ列を高速フーリエ変換処理する高速フーリエ変換処理部をさらに有し、前記高速フーリエ変換処理部の結果を前記相対速度算出部または前記距離及び段差算出部での処理にそれぞれ利用するものである。

これにより、第 1の周波数の超音波に係る反射波について算出される周波数スぺクトルの周波数分解能が高められ、当該反射波に係るピーク周波数をより精度よく検出すること力 S可能となる力、ら、対象物体の相対速度の算出に係る速度分解能を向上すること力 Sできる。また、対象物体からの反射波について算出される周波数スペクトルの周波数分解能が高められ、第 2の周波数の超音波に係る反射波が受信される微小区間をより精度よく検出することが可能となるから、対象物体までの距離等の算出に係る誤差を低減することができる。

[0028] また、本願発明に係る測定装置は、第 1または第 2の周波数の超音波に係る対象物体からのサンプリングデータ列に窓関数をかけるための窓関数処理部をさらに有し、前記窓関数処理部の出力結果を、前記高速フーリエ変換処理部入力するものであこれにより、第 1の周波数の超音波に係る反射波について算出される周波数スぺクトルの誤差を低減して、当該反射波に係るピーク周波数をさらに精度よく検出することが可能となるから、対象物体の相対速度の算出に係る誤差を低減することができる。また、対象物体からの反射波について算出される周波数スペクトルの誤差を低減して、第 2の周波数の超音波に係る反射波が受信される微小区間をさらに精度よく検出することが可能となるから、対象物体までの距離等の算出に係る誤差をさらに減少すること力 Sでさる。 [0029] また、本願発明に係る測定装置は、特定周波数の超音波をパルス状に出力する超音波発信部と、前記超音波発信部から発信される超音波の受信部と、受信した前記特定周波数の超音波に係る対象物体からの反射波をサンプリングするサンプリング部と、サンプリングされた前記特定周波数の超音波に係わるサンプリングデータ列に基づいて前記周波数の超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの反射時間を検出し、検出された反射時間に基づいて、対象物体までの距離を算出する距離算出部とを有するものである。

これにより、比較的簡略な技術的構成を用いて、対象物体までの距離を測定することが可能となる。とくに、測定装置に対して斜めに位置する対象物体までの距離を精度良く測定することができる。

[0030] また、本願発明に係る測定装置は、前記超音波発信部が前記特定周波数の超音波を概ね 1波長分出力するものである。これにより、対象物体の表面上で反射された反射波の反射時間が超音波の概ね 1波長分に相当する時間だけずれていれば、超音波受信部において放射超音波の周波数帯のスペクトル強度を検索する場合の時間分解能を向上することができるので、対象物体の距離算出の際分解能を向上すること力 Sでさる。

[0031] また、本願発明に係る測定装置は、前記特定周波数の超音波に係る対象物体からのサンプリングデータ列を高速フーリエ変換処理する高速フーリエ変換処理部をさらに有し、前記高速フーリエ変換処理部の結果を前記距離算出部での処理に利用するものである。これにより、反射波について算出される所定の周波数の属する周波数帯の強度を精度よく検出することが可能となり、ピーク位置を精度良く求めることができる力、対象物体への距離を精度良く測定することができる。さらに、ホワイトノイズの混入に対しても耐性を有する測定装置を提供する。

[0032] また、本願発明に係る自動車は、車体、及び前記測定装置を有し、前記車体の左側面及び/又は右側面の前端及び後端に前記測定装置が取り付けられたものであこれにより、前記測定装置を有しているので壁面までの距離等を測定でき、特に測定装置と壁面とが斜めになつた場合でも精度良く測定できるので、該自動車の車庫入れを容易にかつ安全に行うことができる。

[0033] また、本願発明に係る自動車は、前記測定装置の超音波放射方向が前記左側面または右側面に対して垂直方向であるように前記測定装置が取り付けられたものである。これにより、壁面との距離を精度良く測定でき、該自動車の車庫入れを容易にかつ安全に行うことができる。

[0034] また、本願発明に係る自動車の車庫入れ方法は、前記自動車を、入り口付近に段差を持つ壁面を有する車庫入れ方法であって、前記自動車が有する前記測定装置にて前記壁面までの距離及び段差を継続的に測定しておき、段差を検知しない状態力、ら段差を検知する状態に変化した場合にハンドルを操作するものである。

これにより、壁面までの距離及び段差を継続的に測定しておき、段差を検知しない状態から段差を検知する状態に変化した場合にハンドルを操作することから、該自動車の車庫入れを容易にかつ安全に行うことができる。

発明の効果

[0035] 本願発明によれば、比較的簡略な技術的構成を用いて、精度良く対象物体までの距離を測定することができるという効果を奏する。また、特に測定装置に対して斜めに位置する対象物体までの距離を精度良く測定することができるという効果を奏する図面の簡単な説明

[0036] [図 1]斜めに位置した物体に対する距離測定を示す図である。

[図 2]斜めに位置した物体に対する距離測定を説明する図である。

[図 3]実施の形態 1ないし 3による測定方法を実現する測定装置の構成を示すブロック図である。

[図 4]PWM信号発生器により超音波周波数の電気信号を生成する方法を示すタイミングチャートである。

[図 5]スピーカから出力される超音波の周波数の時間経過を示す図である。

[図 6]実施の形態 1による測定方法を示すフローチャートである。

[図 7]対象物体の相対速度の算出方法を示すフローチャートである。

[図 8]サンプリングデータ列におけるサンプリングデータの増加処理を示す図である。 [図 9]反射波の周波数スペクトルを示す図である。

[図 10]対象物体までの距離並びに対象物体の表面上の段差の個数および深さの算出方法を示すフローチャートである。

[図 11]サンプリングデータ列におけるサンプリングデータの増加処理を示す図である

[図 12]対象物体の表面上の段差の測定の態様を示す図である。

[図 13]受信される反射波に係る 20kHz帯のスペクトル強度の時間経過を示す図であ

[図 14]実施の形態 2による測定方法を示すフローチャートである。

[図 15]実施の形態 3による測定方法を実現する測定装置の構成を示すブロック図である。

[図 16]実施の形態 3による測定方法を示すフローチャートである。

[図 17]実施の形態 3による対象物体までの距離の算出方法を示すフローチャートである。

[図 18]実施の形態 3による距離算出方法を示す図である。

[図 19]傾斜した対象物体に対して本願発明による測定を実施した例を示す図である

[図 20]第 1及び第 2の実施形態による Θ 1 Θ 2の測定を示す図である。

[図 21] Θ 2測定値の 3つの方法による比較を示す図である。

[図 22]本願発明の方法による自動車の車庫入れを示す図である。

[図 23]自動車の車庫入れの際の反射波の検知状況を示す図である。

[図 24]車庫入れの手順を示すフローチャートである。

符号の説明

21 :測定装置

22 :超音波送信部

23 :超音波受信部

24：対象物体

25 :第 1の表面部 :第 2の表面部

：平板

:鏡像の超音波送信部

、 .150:測定装置

1: ：マイクロコンピュータ

: ：パーソナルコンピュータ : ： D/A変換器

: ： PWM信号発生器

, ^口

:

, 109:増幅器

: ：スピーカ

: ：マイクロホン

、 .160:サンプリング部

1、 .161:メモリ

: ：相対速度算出部

: ：反射時間算出部

: ：距離及び段差算出部

: ：距離算出部

: ：窓関数処理部

: ： FFT処理部

: ：超音波発信器

: :¾H曰波受信

: ：制御部

: ：車体

: ：道路

: ：測定装置を取り付けた自動車 : ：車庫

: ； eg 230 :段差

241：車体前端に取り付けられた装置

242：車体後端に取り付けられた装置

249 :超音波放射方向

発明を実施するための最良の形態

[0038] 以下、図面を参照して本願発明に係る実施の形態を説明する。

実施の形態 1.

図 3 (a)は、この実施形態による測定方法を実現する測定装置 100の構成を示すブロック図である。

マイクロコンピュータ 101は超音波周波数の電気信号の生成処理や対象物体からの反射波を圧電変換して得られる電気信号のサンプリング処理等を実施する。マイク口コンピュータ 101にはマイクロホン 108で受信した信号を A/D (アナログ/デジタノレ）変換し、サンプリング処理を実施するためのサンプリング部 110、サンプリングしたデータを蓄積するメモリ 111、 D/A (デジタル/アナログ）変換器 103, PWM (Puls e Width Modulation)信号発生器 104を有している。

[0039] マイクロコンピュータ 101の D/A変換器 103は、例えば 8ビットのデジタル信号をァナログ信号に変換する。乗算器 105は、 D/A変換器 103から出力される電気信号と PWM信号発生器 104から出力される電気信号とを乗算して得られる電気信号を出力する。増幅器 106は、乗算器 105から出力される電気信号を増幅する。スピーカ 1 07は、増幅器 106から出力される電気信号を圧電変換して超音波を出力する。

[0040] また、電気信号を出力するマイクロホン 108は、測定対象となる物体から反射された超音波（反射波）を受信するとともに圧電変換し、増幅器 109は、マイクロホン 108から出力される電気信号を増幅する。サンプリング部 110は、増幅器 109から出力されるアナログ信号を所定のサンプリング間隔で例えば 10ビットのデジタル信号値に変換する。メモリ 111は、サンプリング部 10でサンプリングされたデジタル信号値を逐次的に記憶する機能を有し、例えば 2kバイトの容量を備えた RAMである。

パーソナルコンピュータ 102はマイクロコンピュータ 101からサンプリングデータ列を入力して FFT (高速フーリエ変換)処理等を適用することにより対象物体の速度や対象物体までの距離等を算出する。パーソナルコンピュータ 102には、図 3 (b)に示すように、相対速度算出部 130、反射時間算出部 135、距離及び段差算出部 140を有している。また、パーソナルコンピュータ 102には相対速度算出部 130及び/または反射時間算出部 135での処理の際、 FFT処理を適用するための FFT処理部 155を有している。サンプリングデータ列に窓関数をかけてから FFT処理を適用するため、窓関数処理部 154を必要に応じて有する。マイクロコンピュータ 101のメモリ 111に蓄積されたサンプリングデータ列力パーソナルコンピュータ 102の相対速度算出部 130、反射時間算出部 135に送られ、 FFT処理部 155において FFT処理を適用して対象物体との相対速度や反射時間を算出する。また、必要な場合、窓関数処理部 154にて窓関数処理を行う。また、反射時間算出部 135で算出された結果からは、場合によっては、相対速度算出部 130の算出された結果も利用して、距離及び段差算出部 140にて対象物体までの距離並びに対象物体の表面上の段差の個数及び深さを算出する。

[0041] 図 4は、 PWM信号発生器 104により超音波周波数の電気信号を生成する方法を示すタイミングチャートである。マイクロコンピュータ 101には、図示されない、タイマ力ゥンタ、クロック信号発生器、及びレジスタ A, Bを備えている。タイマカウンタの計数値は、クロック信号発生器力発生されるクロック信号の立上りエッジまたは立下りェッジを検出する毎に 1ずつ増分される。 PWM信号発生器 4は、タイマカウンタの計数値がレジスタ Bに格納された数値に一致すると出力電圧値を 0Vに変更し、タイマカウンタの計数値がレジスタ Aに格納された数値に一致すると出力電圧値を例えば 5Vである所定の電圧値に変更する。

[0042] タイマカウンタは、その計数値がレジスタ Aに格納された数値に一致すると、計数処理をリセットするために計数値をゼロに戻すように構成されている。このような装置構成にぉレ、て、レジスタ Aに格納される数値をレジスタ Bに格納される数値の 2倍とすることで、 PWM信号発生器 104からデューティ比が 50パーセントである矩形波の電気信号を出力することができる。さらに、クロック信号発生器力発生されるクロック信号の周波数に応じて、レジスタ Aおよびレジスタ Bに格納される数値を適宜選定することで、所望の周波数を有する矩形波の電気信号を得ることができる。図 4に示されるように、レジスタ Aおよびレジスタ Bに適切な数値を格納することで、周期が 25 秒で周波数が 40kHzの超音波周波数の電気信号を生成することが可能である。また、レジスタ Aおよびレジスタ Bに格納される数値を、 40kHzの超音波周波数の電気信号を生成する際に格納された数値の 2倍とすることで、周期が 50 秒で周波数が 20k Hzの超音波周波数の電気信号を生成することが可能である。

[0043] 但し、スピーカ 107から矩形波の超音波を急激に出力すると、可聴域の音波が混在することになる。このような不具合を解消するために、 PWM信号発生器 104から超音波周波数の電気信号の出力を開始する際には、当該電気信号に同期するようにして、 D/A変換器 103からハーフサイン波を出力する。乗算器 105において、 PW M信号発生器 104から出力される矩形波の電気信号と、 D/A変換器 103から出力されるハーフサイン波状の電気信号とが掛け合わされることで、超音波周波数の矩形波の電気信号がハーフサイン波により AM変調される。これにより、超音波周波数の矩形波の電気信号の最初の部分が鈍らせられ、可聴域の音波出力を軽減することが可能となる。

[0044] 次に、本システムによる測定方法について説明する。図 5は、スピーカ 107から出力される超音波の周波数の時間経過を示す図でもある。図 5に示されるように、スピー力 107は、 2m秒の期間にわたって 40kHzの超音波を連続的に出力した後に、 20k Hzの超音波をパルス状に 50 秒の期間にわたって出力する。 50 秒は、 20kHz の超音波の 1波長分に相当する。本願発明では、連続的に出力される 40kHzの超音波に係る対象物体からの反射波の周波数スペクトルを求めることで、対象物体の相対速度を算出する。また、 20kHzの超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの時間として定義される反射時間を、対象物体の表面上の高さの異なる表面部毎に検出することで、対象物体までの距離並びに対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出する。

[0045] 図 6は、この発明の実施の形態 1による測定方法を示すフローチャートである。上述したように、 40kHzの超音波を約 2m秒の期間にわたって連続的に出力する（ステツプ Sl)。次に、送信された 40kHzの超音波に係る対象物体からの反射波を約 10m 秒の期間にわたってサンプリングする (ステップ S2)。超音波受信機 108は、受信した超音波を電気信号に変換する。サンプリング部 110は、増幅器 9で増幅された電気信号を、 10 秒のサンプリング間隔でサンプリングして、 1024個のデジタル信号値に変換して出力する。 10 秒のサンプリング間隔で 1024個のサンプリングデータを得るために、このサンプリング処理には約 10m秒の時間を要する。

[0046] メモリ 111は、 1024個のサンプリングデータを逐次的に記憶する。メモリ 111に 1回目のサンプリング処理に係るすべてのサンプリングデータが記憶された後に、メモリ 1 11に記憶されたすベてのサンプリングデータから成るサンプリングデータ列はパーソナルコンピュータ 102の相対速度算出部 130に転送される。相対速度算出部 130は、転送されたサンプリングデータ列を基にして、対象物体の相対速度を算出する（ステツプ S3)。

[0047] ここで、相対速度算出部 130により実施される対象物体の相対速度の算出について詳細に説明する。図 7は、対象物体の相対速度の算出方法を示すフローチャートである。この実施の形態 1では、反射波のピーク周波数を検出するために算出される周波数スペクトルの周波数分解能を上げるために、サンプリングデータ列に含まれるサンプリングデータの数を増加する（ステップ S 11)。図 8は、サンプリングデータ列におけるサンプリングデータの増加処理を示す図である。図 8に示されるように、 1024 個のサンプリングデータ力も成るサンプリングデータ列の後ろに 64512個の「0」を並ベることで、 65536個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列を生成する。 65536個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列が得られれば、当該サンプリングデータ列に対して、ハユング窓関数をかける（ステップ S12)。次に、ハニング窓関数がかけられたサンプリングデータ列に対して FFT (高速フーリエ変換)を適用して、反射波に係る周波数スペクトルを算出する（ステップ S13)。ピーク周波数が検出されれば、ピーク周波数に基づいて対象物体の相対速度を算出する（ステツプ S14)。

[0048] サンプリングデータ列に含まれるサンプリングデータの個数を 1024個から 65536 個に増加することで、周波数分解能は 100Hzから 1. 5Hzに向上する。また、周波数分解能が上がることで、これに応じて対象物体の相対速度に係る速度分解能も、 87 cm/秒から 1. 3cm/秒に向上する。図 9は、反射波の周波数スペクトルを示す図である。図 9に示されるように、対象物体の運動に起因するドップラー効果により、反射波のピーク周波数は、 40kHzからずれることになる。ここで、 Vsを対象物体の相対速度、 cを音速、 f をスピーカ 107から送信される超音波の周波数、 f をマイクロホン 1

0 1

08に受信された反射波のピーク周波数とすると、対象物体の相対速度 Vsは、以下の式（1)から与えられる。

Vs = c - (f -f ) / (f +f ) (1)

1 0 1 0

[0049] 図 5に示されるように、約 2m秒の期間にわたって 40kHzの超音波を連続的に出力した後には、 20kHzのパルス状の超音波を 50 秒の期間にわたって出力する（ステップ S4)。 20kHzのパルス状の超音波が出力されれば、その直後から対象物体からの反射波を 10m秒の期間にわたってサンプリングする（ステップ S5)。この際にも、反射波の周波数スペクトルを算出するために、 1回目のサンプリング処理と同様に、サンプリング部 110は、増幅器 109で増幅された電気信号を、 10 秒のサンプリング間隔でサンプリングして、 1024個のデジタル信号値に変換して出力する。すなわち、 2 OkHzの超音波を出力してから、約 10m秒の期間にわたって反射波のサンプリングを継続する。

[0050] メモリ 111は、 2回目のサンプリング処理に係る 1024個のサンプリングデータを逐次的に蓄積する。なお、対象物体の相対速度を算出するために 1回目のサンプリング処理によりメモリ 111に蓄積された 1024個のサンプリングデータは既にパーソナルコンピュータ 2の相対速度算出部 130に転送されているので、今回のサンプリングデータの蓄積は前回のサンプリングデータを蓄積したメモリ素子に上書きするような態様で実施してもよ!/、。メモリ 111に 2回目のサンプリング処理に係るすべてのサンプリングデータが蓄積された後に、メモリ 111に蓄積されたサンプリングデータから成るサンプリングデータ列をパーソナルコンピュータ 102の反射時間算出部 135へ転送する。反射時間算出部 135は転送されたサンプリングデータ列を基にして反射時間を算出し、さらに距離及び段差算出部 140にて対象物体までの距離並びに対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出する（ステップ S6)。

[0051] ここで、反射時間算出部 135及び距離及び段差算出部 140により実施される対象物体までの距離並びに対象物体の表面上の段差の個数および深さの算出について説明する。図 10は、対象物体までの距離並びに対象物体の表面上の段差の個数および深さの算出方法を示すフローチャートである。 1024個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列が得られれば、当該サンプリングデータ列から構成される観測区間を 5個のサンプリングデータから構成される微小区間に分割する（ステップ S 21)。上述したように、サンプリング間隔は 10 秒であるので、微小区間の長さは 50 秒となる。これは、 20kHzの超音波周波数の信号の 1波長分に相当する。すなわち、微小区間は、 FFTにより 20kHzの周波数スペクトルを検出することが可能な最小の時間幅を有する区間として設定されている。

[0052] 微小区間への分割が完了すれば、微小区間毎に順番に 20kHzの超音波に係る反射波が受信されたか否かを検出する。ここでも、それぞれの微小区間毎に、当該微小区間で受信された反射波について算出される周波数スペクトルの周波数分解能を上げるために、サンプリングデータ列に含まれるサンプリングデータの数を増加する（ステップ S22)。図 11は、サンプリングデータ列におけるサンプリングデータの増加処理を示す図である。図 11に示されるように、それぞれの微小区間毎に、 5個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列を繰り返し並べることで、 2048個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列を生成する。 2048個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列が得られれば、当該サンプリングデータ列に対して、ハユング窓関数をかける (ステップ S23)。ハユング窓関数がかけられたサンプリングデータ列に対して FFTを適用して、反射波に係る周波数スペクトルを算出する（ステップ S24)。

[0053] 周波数スペクトルが算出されれば、当該微小区間におけるピーク周波数が約 20k Hzであるか否かを判定する（ステップ S25)。ピーク周波数が約 20kHzであれば、ノノレス状に出力された 20kHzの超音波に係る反射波が当該微小区間において受信されたものと認められるから、当該微小区間の時間軸上の位置を特定して、 20kHzの超音波に係る反射時間を求める（ステップ S26)。これにより、 20kHzのノルス状の超音波が出力されてから対象物体に反射して受信されるまでに経過した時間（反射時間)を検出する。

[0054] 図 12は、対象物体の表面上の段差の測定の態様を示す図である。測定装置 21において、超音波送信部 22は例えばスピーカ 107として与えられ、超音波受信部 23は例えばマイクロホン 108として与えられる。また、測定対象となる対象物体 24は第 1の表面部 25及び第 1の表面部 25から段差をおいて位置する対象物体 24の第 2の表面部 26を有するものとする。。測定装置 21から第 1の表面部 25までの距離と第 2の表面部 26までの距離とは異なるために、超音波送信部 22から送信される超音波が第 1の表面部 25により反射されて超音波受信部 23に受信されるまでの反射時間 T と、超音波送信部 22から送信される超音波が第 2の表面部 26により反射されて超音波受信部 23に受信されるまでの反射時間 Tとには、時間的ずれが生じる。

2

[0055] 図 13は、受信される反射波に係る 20kHz帯のスペクトル強度の時間経過を示す図である。図 13では、それぞれの微小区間毎に、 20kHz帯のスペクトル強度が示されている。この実施の形態では、微小区間を 20kHzのピーク周波数を検出することができる最小の区間幅（50 秒）を有するように構成したので、対象物体 24の異なる表面部 25, 26から反射された超音波を異なる微小区間において受信することを可能にするために必要となる段差の深さの下限値を小さくすることができて、段差の深さの分解能を大幅に向上することが可能となる。

[0056] ステップ S25において、ピーク周波数が約 20kHzであると判定されなかった場合、並びにステップ S26の処理が完了した後は、 20kHzの超音波に係る反射波の検出を実施すべき微小区間が残存しているか否かを判定する (ステップ S27)。微小区間が残存していると判定された場合には、次の微小区間について 20kHzの超音波に係る反射波の検出を実施するために、処理をステップ S22へ移行する。すべての微小区間について、 20kHzの超音波に係る反射波の検出が完了したと判定されれば、 1または複数の反射時間 (T , T , · · · )を基にして、対象物体までの距離並びに対

1 2

象物体の表面上の段差の個数および深さを算出する（ステップ S28)。

[0057] 図 13に示されるように、反射時間算出部 135によって、 2つの微小区間においてピーク周波数が約 20kHzの反射波が検出された場合を例にとって、距離及び段差算出部 140による対象物体までの距離並びに対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出する方法について説明する。ここで、 Tを 20kHzの超音波が送信されて力も第 1の表面部 25に反射して受信されるまでの反射時間、 Tを 20kHzの超音波が送信されてから第 2の表面部 26に反射して受信されるまでの反射時間、 Rを対象物体までの距離とする。対象物体までの距離 Rは、相対速度算出部 130で算出される対象物体の相対速度 Vsの影響を補償して、以下の式（2)から与えられる。

R= (T /2) (c -Vs) (2)

式（2)に式（1)を代入することで、対象物体までの距離 Rは、以下の式（3)からも与 X_られる。

R=T -c -f / (f +f ) (3)

1 0 1 0

[0058] また、段差の深さ Hは、以下の式 (4)から与えられる。

H= (T -T ) -c -f / (f +f ) (4)

2 1 0 1 0

なお、上記の例では、 20kHzの超音波に係る反射波が検出される微小区間が 2つであるので、段差は 1個となる。本願発明により検出される段差の個数は 1個に限定されるものではなぐ例えば反射波が検出される微小区間が 3つであれば段差の個数は 2個となり、反射波が検出される微小区間が 4つであれば段差の個数は 3個となる。各段差の深さは、それぞれ上式 (4)を用いて同様に算出される。

[0059] 上記のような測定方法を用いることで、対象物体の相対速度については、 3. Ocm /秒を下限値として、約 1. 5cm/秒の速度分解能で測定することが可能となる。計測誤差は、約 15パーセントであった。また、段差の深さの測定については、約 2cmの計測精度を得ることができた。

[0060] 以上のように、この実施の形態 1による測定方法は、 40kHzの超音波を約 2m秒の期間にわたって連続的に出力する工程と、 40kHzの超音波に係る対象物体からの反射波を約 10m秒の期間にわたってサンプリングする工程と、 1回目にサンプリングされた 1024個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列に基づいて対象物体の相対速度を算出する工程と、 40kHzの周波数の超音波を連続的に出力した後に 20kHzの超音波をノレス状に出力する工程と、 1回目のサンプリング処理に係るサンプリングデータ列をパーソナルコンピュータ 2に転送した後において 20kHzの超音波をノルス状に出力した直後から 40kHzの超音波および 20kHzの超音波に係る対象物体からの反射波を約 10m秒の期間にわたってサンプリングする工程と、 2回目にサンプリングされた 1024個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列に基づいて 20kHzの超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの 1または複数の反射時間を検出する工程と、検出された 1または複数の反射時間に基づいて対象物体までの距離並びに対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出する工程とを有するように構成したので、比較的簡略な技術的構成を用いて、対象物体の相対速度および対象物体までの距離、さらには対象物体の表面形状までも測定することが可能となる。

また、特に測定装置に対して斜めに位置する対象物体までの距離を精度良く測定すること力 Sでさる。

[0061] また、 20kHzの超音波を 1波長分のみ出力するように構成したので、対象物体の表面上において異なる高さを有する表面部 25, 26から反射された複数の反射波に係る反射時間 Τ , Tが 20kHzの超音波の概ね 1波長分に相当する時間だけずれてい

1 2

れば、超音波受信部 23においてこれらの複数の反射波を重畳させることなく分離して受信することが可能となり、異なる表面部 25, 26間の高さの差 (段差の深さ H)の算出に係る分解能を向上することができる。

[0062] また、 2回目にサンプリングされた 1024個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列として与えられる観測区間を反射波の検出単位として与えられる微小区間に分割して、各微小区間の長さを 20kHzの超音波の概ね 1波長分（50 秒）に等しくするように構成したので、 20kHzの超音波に係る周波数スペクトルを検出することができる最小の時間幅を有する区間が微小区間として設定されるから、対象物体の表面上にお!/、て異なる高さを有する表面部 25, 26から反射された複数の反射波を異なる微小区間で受信することを可能とする段差の深さ Hの下限値を小さくすることが可能となり、段差の深さ Hの算出に係る分解能を向上することができる。

[0063] また、 1回目にサンプリングされた 1024個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列に基づいて算出された対象物体の相対速度を用いて、 2回目にサンプリングされた 1024個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列に基づいて算出された対象物体までの距離および対象物体の表面上の段差の深さを補正するように構成したので、対象物体までの距離および対象物体の表面上の段差の深さをより精度よく算出すること力できる。 [0064] また、 1回目にサンプリングされた 1024個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列の後ろに 64512個のゼロを並べて得られる 65536個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列に対して、高速フーリエ変換を適用することで、 40k Hzの超音波に係る対象物体からの反射波の周波数スペクトルを算出するように構成したので、当該反射波について算出される周波数スペクトルの周波数分解能が高められ、当該反射波に係るピーク周波数をより精度よく検出することが可能となるから、対象物体の相対速度の算出に係る速度分解能を向上することができる。

[0065] また、 1回目にサンプリングされた 1024個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列の後ろに 64512個のゼロを並べて得られる 65536個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列に対して、ハユング窓関数をかけた後に、高速フーリェ変換を適用するように構成したので、 40kHzの超音波に係る反射波について算出される周波数スペクトルの誤差を低減して、当該反射波に係るピーク周波数をさらに精度よく検出することが可能となるから、対象物体の相対速度の算出に係る誤差を低減すること力 Sでさる。

[0066] また、 2回目にサンプリングされた 1024個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列として与えられる観測区間を 5個のサンプリングデータ毎の微小区間に分割して、それぞれの微小区間毎に、当該微小区間に存在する 5個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列を繰り返し並べて得られる 2048個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列に対して、高速フーリエ変換を適用することで、当該微小区間において受信された反射波の周波数スペクトルを算出するように構成したので、 40kHzの超音波および 20kHzの超音波に係る反射波について算出される周波数スペクトルの周波数分解能が高められ、 20kHzの超音波に係る反射波が受信される微小区間をより精度よく検出することが可能となるから、対象物体までの距離等の算出に係る誤差を低減することができる。

[0067] また、微小区間に存在する 5個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列を繰り返し並べて得られる 2048個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列に対して、ハユング窓関数をかけた後に、高速フーリエ変換を適用するように構成したので、 40kHzの超音波および 20kHzの超音波に係る反射波について算出される周波数スペクトルの誤差を低減して、 20kHzの超音波に係る反射波が受信される微小区間をさらに精度よく検出することが可能となるから、対象物体までの距離等の算出に係る誤差をさらに低減することができる。

[0068] なお、上記の実施の形態 1では、対象物体の相対速度を算出してから、 20kHzのノルス状の超音波を出力する構成としている力 S、それぞれの工程を実行する順序は、図 6に示されるフローチャートに示される態様に限定されるものではない。例えばパ一ソナルコンピュータ 102内の記憶手段に転送されてきたサンプリングデータを格納しておくことで、すべてのサンプリング処理が完了してから対象物体の相対速度、対象物体までの距離並びに対象物体の表面上の段差の個数および深さを一括して算出するように構成してもよい。また、 20kHzのノルス状の超音波を出力する工程と、対象物体の相対速度を算出する工程とを、並列的に実行するように構成してもよい。

[0069] また、対象物体の相対速度を算出するために連続的に出力される超音波の周波数として 40kHzが使用され、対象物体までの距離並びに対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出するためにパルス状に出力される超音波の周波数として 20k Hzが使用されている力 S、使用される超音波の周波数はこれらの周波数に限定されるものではなぐ種々の周波数の超音波を使用可能であることは言うまでも無い。 40k Hzの超音波を連続的に出力する期間も 2m秒に限定されるものではなぐ 1回目および 2回目のサンプリング処理に要する期間もそれぞれ 10m秒に限定されるものではない。また、 1回目および 2回目のサンプリング処理において、サンプリングされるデ一タ数はそれぞれ 1024個に限定されるものではない。さらに、周波数分解能を向上させるために、 1回目のサンプリング処理に係るサンプリングデータ列に含まれるサンプリングデータの個数を増加して得られるサンプリングデータ列のデータの個数は 65 536個に限定されるものではなぐ微小区間に存在する 5個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列に含まれるサンプリングデータの個数を増加して得られるサンプリングデータ列のデータの個数は 2048個に限定されるものではない。使用される超音波の周波数、サンプリング間隔、サンプリング期間、サンプリングデータの個数、サンプリングデータの増加数等については、使用される測定装置に内蔵される C PU、メモリ、サンプリング部、 A/D変換器、 D/A変換器、発振器等のデバイスの性能に応じて、適宜変更可能であることが理解されよう。

[0070] また、上記の実施の形態 1では、連続的に出力する超音波の周波数 (40kHz)よりもノルス状に出力する超音波の周波数（20kHz)を低くする構成としているが、パルス状に出力する超音波の周波数を連続的に出力する超音波の周波数よりも高くする構成としてもよい。超音波の周波数が高くなるほど、周期は短くなるから、当該周波数の超音波を検出するための微小区間の時間幅を短くすることが可能となる。微小区間が短くなるほど、段差の深さ Hを算出する分解能は高くなるから、ノレス状に出力する超音波の周波数を高く設定するのが好適である。

[0071] さらに、上記の実施の形態 1では、図 3に示される測定装置を構成する形態とした

1S 測定装置はこのような装置形態に限定されるものではなぐ種々の形態により実現することが可能である。例えば、図 6に示されるフローチャートに記載されるそれぞれの工程を実現する手段を一体化して専用の測定装置を構成することも勿論可能である。

[0072] 実施の形態 2.

次に、この発明の実施の形態 2による測定方法について説明する。この実施の形態 2による測定方法は、実施の形態 1による測定方法と比較して、約 10m秒の期間にわたってサンプリングされた単一のサンプリングデータ列に基づいて、対象物体の相対速度とともに対象物体までの距離並びに対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出する点で差異を有する。なお、実施の形態 2による測定方法を実現する測定装置の構成等については、実施の形態 1と同様であるので、その説明を省略する

[0073] 図 14は、この発明の実施の形態 2による測定方法を示すフローチャートである。まず、超音波発信器 107から 40kHzの超音波を 2m秒の期間にわたって連続的に出力する（ステップ S31)。超音波の出力に係る時間経過については、実施の形態 1と同様に、図 5に示される態様を採るものとする。 40kHzの超音波を連続的に出力した後には、超音波発信器 107から 20kHzのノルス状の超音波を 50 秒の期間にわたつて出力する（ステップ S32)。上述したように、 50 秒の出力時間は、 20kHzの超音波の 1波長分に相当する。 [0074] 図 5に示されるような出力態様に基づいて、連続性を有する 40kHzの超音波およびパルス状の 20kHzの超音波が出力されるのに応じて、超音波受信器 108で受信した 40kHzの超音波および 20kHzの超音波に係る対象物体からの反射波を 10m 秒の期間にわたってサンプリング部 110にてサンプリングする（ステップ S33)。この 1 Om秒にわたるサンプリング期間については、連続的に出力される 40kHzの超音波の反射波に係る周波数スペクトルおよびパルス状に出力される 20kHzの超音波の反射波に係る周波数スペクトルを所定の精度以上の精度で検出できるように、サンプリングの始期ほたは終期）を適切に設定する必要がある。

[0075] 例えば、超音波の反射時間が 2m秒以上であるような場合には、実施の形態 1と同様に、 20kHzのノルス状の超音波が出力された直後から対象物体からの反射波のサンプリングを開始するように構成してもよい。また、超音波の反射時間が 2m秒未満である場合には、 20kHzのノルス状の超音波を出力する前からサンプリングを開始しないと、連続的に出力される 40kHzの超音波の多くの部分がサンプリングの開始以前に超音波受信部に到達して、周波数スペクトルの算出を十分な精度をもって実行できなくなる場合が生じ得る。但し、サンプリングの始期を 20kHzのパルス状の超音波を出力する前の任意の時刻に設定する場合には、サンプリングを開始してから 2 OkHzのノルス状の超音波が出力されるまでの時間を明確に特定できるように、装置を構成する必要がある。このような装置構成は、 20kHzのノルス状の超音波の反射時間を特定するために必要であり、例えば、マイクロコンピュータ 1内のタイマカウンタ等を利用することで実現できる。

[0076] サンプリング期間にわたっては、マイクロホン 108は、対象物体から反射された超音波を受信して、受信した超音波を電気信号に変換する。サンプリング部 110は、増幅器 109で増幅された電気信号を、 A/D変換したのち、 10 μ秒のサンプリング間隔でサンプリングして、 1024個のデジタル信号値に変換して出力する。 10 秒の間隔でサンプリングデータを得るために、このサンプリング処理には約 10m秒の時間を要する。メモリ 111は、 1024個のサンプリングデータを逐次的に記憶する。マイクロコンピュータ 1のメモリ 111にサンプリング処理に係るすべてのサンプリングデータが蓄積された後に、メモリ 111に蓄積されたすベてのサンプリングデータから成るサンプリングデータ列はパーソナルコンピュータ 102の相対速度算出部 130及び反射時間算出部 135に転送される。

[0077] 相対速度算出部 130は、転送されたサンプリングデータ列を基にして、対象物体の相対速度を算出する（ステップ S34)。上述したように、このサンプリングデータ列に基づいて、対象物体の相対速度とともに対象物体までの距離並びに対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出するので、転送されたサンプリングデータ列については、パーソナルコンピュータ 102に別途設けられたメモリ（図示せず）内の所定の記憶領域に格納して、相対速度算出部 130および反射時間算出部 135で算出される際にサンプリングデータ列に係るデータを適宜読み出すように構成するのが好適である。

[0078] 相対速度検出部 130により実施される対象物体の相対速度の算出方法については、図 7に示される実施の形態 1による相対速度の算出方法と同様のアルゴリズムを用いて実施される。ここでも、反射波のピーク周波数を検出するために算出される周波数スペクトルの周波数分解能を上げるために、図 8に示されるように、 1024個のサンプリングデータ力も成るサンプリングデータ列の後ろに 64512個の「0」を並べることで、 65536個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列を生成する。 6553 6個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列が得られれば、当該サンプリングデータ列に対して、ハユング窓関数をかける。次に、ハユング窓関数がかけられたサンプリングデータ列に対して FFTを適用して、反射波に係る周波数スペクトルを算出する。ピーク周波数が検出されれば、ピーク周波数に基づいて対象物体の相対速度を算出する。

[0079] 対象物体の相対速度を算出した後に、反射時間算出部 135が転送されたサンプリングデータ列を基にして、反射時間を算出し、距離及び段差算出部 140が対象物体までの距離並びに対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出する (ステップ S35)。距離及び段差算出部 140で実施される対象物体までの距離並びに対象物体の表面上の段差の個数および深さの算出方法については、図 10に示される実施の形態 1によるこれら数値の算出方法と同様のアルゴリズムを用いて実施される。ここでも、 1024個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列から構成される観測区間を 5個のサンプリングデータから構成される微小区間に分割する。上述したように、サンプリング間隔は 10 H秒であるから、微小区間の長さは 20kHzの超音波の概ね 1波長分（50 秒）に等しくなるように設定される。

[0080] また、それぞれの微小区間毎に、当該微小区間で受信された反射波について算出される周波数スペクトルの周波数分解能を上げるために、図 11に示されるように、サンプリングデータ列に含まれるサンプリングデータの数を増加する。すなわち、それぞれの微小区間毎に、 5個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列を繰り返し並べることで、 2048個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列を生成する。 2048個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列が得られれば、当該サンプリングデータ列に対して、ハユング窓関数をかける。ハユング窓関数がかけられたサンプリングデータ列に対して FFTを適用して、反射波に係る周波数スぺタトルを算出する。

[0081] それぞれの微小区間における周波数スペクトルが算出されれば、ピーク周波数が約 20kHzである微小区間の時間軸上の位置を特定して、 20kHzの超音波に係る反射時間を求める。上述したように、実施の形態 2による測定方法におけるサンプリングは 20kHzの超音波が送信された直後に開始されるものではない。その為に、 20kHz の超音波が送信された時間軸上の位置と、約 20kHzのピーク周波数を有する 1または複数の微小区間の時間軸上の位置とを特定して、 1または複数の反射時間を算出する。なお、 1または複数の反射時間を基にして、対象物体までの距離並びに対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出する方法については、実施の形態 1と同様であるので、その説明を省略する。

[0082] 以上のように、この実施の形態 2による測定方法によれば、 40kHzの超音波を約 2 m秒の期間にわたって連続的に出力する工程と、 40kHzの周波数の超音波を連続的に出力した後に 20kHzの超音波をノルス状に出力する工程と、 40kHzの周波数の超音波および 20kHzの周波数の超音波を出力するのに応じて、 40kHzの周波数の超音波および 20kHzの周波数の超音波に係る対象物体からの反射波を 10m秒の期間にわたってサンプリングする工程と、サンプリングされた 1024個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列に基づいて対象物体の相対速度を算出する工程と、サンプリングされた 1024個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列に基づいて 20kHzの超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの 1または複数の反射時間を検出する工程と、検出された 1または複数の反射時間に基づいて対象物体の距離並びに対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出する工程とを有するように構成したので、比較的簡略な技術的構成を用いて、対象物体の速度および対象物体までの距離、さらには対象物体の表面形状までも測定することが可能となる。また、対象物体の相対速度とともに対象物体までの距離並びに対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出するのに 1回のサンプリングを実施すれば足るように構成したので、マイクロコンピュータ 101内の RAM111におけるサンプリングデータの記憶処理、転送処理等を単純化することが可能となり、測定装置のシステム構成を簡略化することができる。また、特に測定装置に対して斜めに位置する対象物体までの距離を精度良く測定することができる。

なお、 20kHzの超音波を 1波長分のみ出力するようにしたこと、全体のサンプリングデータ列から成る観測区間を分割して得られる微小区間の長さを 20kHzの超音波の概ね 1波長分に等しくなるように設定すること、算出された対象物体の相対速度を用いて対象物体までの距離および対象物体の表面上の段差の深さを補正すること、全体のサンプリングデータ列から成る観測区間について周波数スペクトルを算出する際に 1024個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列の後ろに 64512個のゼロを並べて得られる 65536個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列に対して高速フーリエ変換を適用すること、上記の 65536個のサンプリングデータ力、ら成るサンプリングデータ列に対して窓関数をかけた後に高速フーリエ変換を適用すること、 5個のサンプリングデータ列から成る微小区間について周波数スペクトルを算出する際に 5個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列を繰り返し並べて得られる 2048個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列に対して高速フーリエ変換を適用すること、並びに上記の 2048個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列に対して窓関数をかけた後に高速フーリエ変換を適用することに基づくそれぞれの作用効果については、実施の形態 1と同様であるので、その説明を省略する。 [0084] また、上記の実施の形態 2による測定方法を実現するために当該測定方法を構成するそれぞれの工程を実行する順序は、図 14に示されるフローチャートに示される態様に限定されるものではない。例えば、サンプリングデータ列に基づいて対象物体の相対速度を算出する工程をサンプリングデータ列に基づいて 1または複数の反射時間を検出する工程の後に実行する構成としてもよぐまたこれらの工程を並列的に実行する構成としてもよい。また、実施の形態 2による測定方法において使用される超音波の周波数、サンプリング間隔、サンプリング期間、サンプリングデータの個数、サンプリングデータの増加数等については、実施の形態 1と同様に、使用される測定装置に内蔵される CPU、メモリ、 A/D変換器、 D/A変換器、発振器等のデバイスの性能に応じて、適宜変更可能であることが理解されよう。さらに、測定装置についても、図 14に示されるフローチャートに記載されるそれぞれの工程を実現する手段をすべて具備していれば、種々の装置形態を採ることが可能である。

[0085] 実施の形態 3.

次に、この発明の実施の形態 3による測定方法について説明する。この実施の形態 3による測定方法は、実施の形態 1及び 2による測定方法と比較して、単一周波数の超音波をノレス状に発信し、約 1 Om秒の期間にわたってサンプリングされたサンプリングデータ列に基づいて、対象物体までの距離のみを算出する。実施の形態 3による測定方法を実現する測定装置の構成等については図 3に示した第 1の実施形態及び第 2の実施形態に用いる装置を利用できる。ただし、本実施形態では、超音波の周波数が一つであり、かつ相対速度の算出や、対象物体の表面上の段差の個数及び深さの算出を行わないので、必要な機能のみを使用する。

[0086] また、本実施形態を実施する装置は、図 15のような構成をとることも可能である。この方が、構成が図 3の構成より簡単となる。本実施形態に用いられる装置 150は、対象物体に向けて所定の単一周波数で発射する超音波の発信源である超音波発信器 157、対象物体で反射した超音波を受信する超音波受信器 158、超音波受信器 1 58で受信した信号を A/D (アナログ/デジタル)変換しサンプリング処理を実施するためのサンプリング部 160、サンプリングしたデータを蓄積するメモリ 161、前記周波数の超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの反射時間を検出し、検出された反射時間に基づいて、対象物体までの距離を算出する、距離算出部 145、距離算出部 145における処理の際サンプリングデータ列を入力して FFT 処理等を適用する FFT処理部 155及び超音波発信器 157の発振を制御し、また装置全体を制御するための制御部 170とを有する。サンプリング部 160、メモリ 161 ,距離算出部 145、 FFT処理部 155、及び制御部 170は、コンピュータに一括して搭載し、ハードウェアまたはソフトウェアで構成することが可能である。

[0087] 超音波受信器 158は、測定対象となる物体から反射された超音波 (反射波）を受信するとともに圧電変換し電気信号を出力する。必要に応じて電気信号の増幅器が装備されている。サンプリング部 160は、超音波受信器 158から出力されるアナログ電気信号を所定のサンプリング間隔で例えば 10ビットのデジタル信号値に変換する。メモリ 161は、サンプリング部 160でサンプリングされたデジタル信号値を逐次的に記憶する機能を有し、例えば 2kバイトの容量を備えた RAMである。

[0088] 図 16は、この発明の実施の形態 3による測定方法を示すフローチャートである。超音波発信器 157から 20kHzのノレス状となる発射超音波が 50 秒の期間にわたつて出力する（ステップ S51)。 50 秒の出力時間は、 20kHzの超音波の 1波長分に相当する。これは、制御部 170から超音波発信器 157に対して該期間の間発信命令を送付することで実現可能である。出力時間は、 1波長分とするほか、例えば 4波長分とすることも可能である。出力期間を長くしたほうが、受信する超音波のエネルギーが強くなるため、より良好な結果が得られる。一方、出力期間を短く 1波長とすれば、測定分解能が向上する。

[0089] サンプリング部 160において放射超音波（20kHz)に係る対象物体からの反射波を 10m秒の期間にわたってサンプリングする（ステップ S52)。

[0090] サンプリング期間にわたっては、超音波受信器 158は、対象物体から反射された超音波を受信して、受信した超音波を電気信号に変換する。サンプリング部 160は、受信した電気信号を、 10 秒のサンプリング間隔でサンプリングして、 1024個のデジタル信号値に変換して出力する。 10 秒の間隔でサンプリングデータを得るために、このサンプリング処理には約 10m秒の時間を要する。メモリ 161は、 1024個のサンプリングデータを逐次的に記憶する。メモリ 161にサンプリング処理に係るすべてのサンプリングデータが蓄積された後に、メモリ 161に蓄積されたすベてのサンプリングデータから成るサンプリングデータ列は距離算出部 145に転送される。

[0091] 距離算出部 145に転送されたサンプリングデータ列を基にして、反射時間を算出し、この結果から対象物体までの距離を算出する (ステップ S 53)。

[0092] ここで、距離算出部 155により実施される対象物体までの距離の算出について説明する。図 17は、対象物体までの距離の算出方法を示すフローチャートである。また図 18は、この実施形態の距離算出方法を示す図である。図 18 (a)は、横軸に時間を縦軸に受信した超音波強度を示す。この状態では受信した反射波信号がノイズに埋もれているため、 FFT処理により反射波信号を抽出する。受信した超音波強度の値をサンプリング部 160にて 1024個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列を得る。さらに、当該サンプリングデータ列から構成される観測区間を 10個のサンプリングデータから構成される微小区間に分割する（ステップ S61)。上述したように、サンプリング間隔は 10 秒であるので、微小区間の長さは 100 秒となる。

[0093] 微小区間への分割が完了すれば、微小区間毎に受信した超音波について発射超音波の周波数が属する周波数帯のスペクトル強度を求める。それぞれの微小区間毎に、当該微小区間で受信された反射波について算出される周波数スペクトルの周波数分解能を上げるために、サンプリングデータ列に含まれるサンプリングデータの数を増加する（ステップ S62)。図 18 (b)は、サンプリングデータ列におけるサンプリングデータの増加処理を示す図である。この図に示されるように、それぞれの微小区間毎に、 10個のサンプリングデータ力、ら成るサンプリングデータ列 D〜Dを繰り返し並べ

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ることで、 2048個のサンプリングデータ力、ら成るサンプリングデータ列を生成する。 2 048個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列が得られれば、当該サンプリングデータ列に対して、 FFTを適用して、放射超音波の周波数が属する周波数帯のスペクトル強度を求める（ステップ S63)。さらに、すべての微少区間について該スペクトル強度を算出する（ステップ S64)。

[0094] すべての微少区間について放射超音波の周波数が属する周波数帯のスペクトル強度を求め終われば、図 18 (c)に示すように、該周波数帯のスペクトル強度の時間依存性が求まる。図 18 (c)では、それぞれの微小区間毎に、放射超音波の周波数が属する周波数帯のスペクトル強度が示されている。すなわち、横軸は時間を、縦軸には放射超音波の周波数が属する 20kHz帯のスペクトル強度を示す。次に、スぺタトル強度が最大となる位置、すなわちピーク位置を求める (ステップ S 65)。ピーク位置に対応する時間が反射超音波の受信時間となるので、超音波が出力されてから対象物体に反射して受信されるまでに経過した時間 T (反射時間）を算出し、さらに対象物体までの距離を算出する（ステップ S 66)。対象物体までの距離 Rは前述の T及び音速を cとして、以下の式（5)から与えられる。

R= (T/2) - c ( 5)

[0095] 以上のように、この実施の形態 3による測定方法は、 20kHzの超音波をノルス状に出力する工程と、 20kHzの超音波に係る対象物体からの反射波を約 10m秒の期間にわたつてサンプリングする工程と、サンプリングされた 1024個のサンプリングデータ力、ら成るサンプリングデータ列に基づいて 20kHzの超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの反射時間を検出し、検出された反射時間に基づいて対象物体までの距離を算出する工程とを有するように構成したので、比較的簡略な技術的構成を用いて、対象物体までの距離を測定することが可能となる。また、特に測定装置に対して斜めに位置する対象物体までの距離を精度良く測定することができる。とくに、測定装置に対して斜めに位置する対象物体までの距離を精度良く測定すること力 Sでさる。

[0096] また、サンプリングされた 1024個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ歹 IJとして与えられる観測区間を 10個のサンプリングデータ毎の微小区間に分割して、それぞれの微小区間毎に、当該微小区間に存在する 10個のサンプリングデータから成るサンプリングデータ列を繰り返し並べて得られる 2048個のサンプリングデータ力、ら成るサンプリングデータ列に対して、高速フーリエ変換を適用することで、当該微小区間において受信された反射波の周波数スペクトルを算出するように構成したので、 20kHzの超音波に係る反射波について算出される周波数スペクトルの周波数分解能が高められ、 20kHzの超音波に係る反射波が受信される微小区間をより精度よく検出することが可能となるから、対象物体までの距離の算出に係る誤差を低減すること力 Sでさる。さらに、ホワイトノイズの混入に対しても耐性を有する測定方法及び装置を提供する。

[0097] また、本実施形態を実施する装置においては、超音波周波数は一つしか用いず、対象物体の位置のみを測定する。したがって、所定の単一周波数の発信が可能な超音波発信素子を用いることができるので、第 1、第 2の実施形態よりも簡単な装置構成を採用することができ、また、計測速度も高速となる。さらに、本実施形態による方法は、ほとんどの超音波センサシステムに使用可能である。

[0098] 超音波の周波数として 20kHzが使用されている力 S、使用される超音波の周波数はこれに限定されるものではなぐ種々の周波数の超音波を使用可能であることは言うまでも無い。また、超音波を出力する期間についても、 1波長分とは限らず例えば 4 波長分としてもよい。サンプリング処理に要する期間もそれぞれ 10m秒に限定されるものではない。サンプリング処理において、サンプリングされるデータ数はそれぞれ 1 024個に限定されるものではない。また、微少区間に存在するサンプリングデータの数は 10個に限定されるものでない。微小区間に存在する 10個のサンプリングデータ力、ら成るサンプリングデータ列に含まれるサンプリングデータの個数を増加して得られるサンプリングデータ列のデータの個数は 2048個に限定されるものではない。使用される超音波の周波数、サンプリング間隔、サンプリング期間、サンプリングデータの個数、微少区間に存在するサンプリングデータの数、サンプリングデータの増加数等については、使用される測定装置に使用される、メモリ、サンプリング部、超音波発信器、及び超音波受信器等のデバイスの性能に応じて、適宜変更可能であることが理解されよう。

[0099] 図 6、図 7、図 10、図 14、図 16及び図 17に示されるフローチャートに記載された各工程を実行するプログラムコードから成る測定プログラムは、当該測定プログラムが記憶された CD— ROMや DVD— ROM等の記憶媒体を入手することで、あるいは当該測定プログラムが格納された外部のサーバからダウンロードすることで利用することが可能である。情報記憶媒体から読み出されるか、あるいは外部のサーバからダウンロードされた測定プログラムは、例えばマイクロコンピュータやパーソナルコンビユータ、あるいは測定用に一体化された専用端末の記憶手段にインストールされる。記憶手段にインストールされた測定プログラムを、例えば専用端末内の CPUにより実行することで、実施の形態 1ないし 3において説明した測定方法を実現することができる。

[0100] なお、上記の実施の形態 1ないし 3により説明される測定方法は、本願発明を限定するものではなぐ例示することを意図して開示されているものである。本願発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載により定められるものであり、特許請求の範囲に記載された発明の技術的範囲内において種々の設計的変更が可能である。例えば、上記の実施の形態 1または 2では、単一周波数または周波数の異なる 2種類の超音波を用いて対象物体の速度や対象物体までの距離等を測定する構成としてレ、る 1S 単一周波数または周波数の異なる 2種類の電磁波を用いて測定することも可能である。例えば、特定周波数のレーザ光線を発生する 1個のレーザ光線発生器または周波数の異なるレーザ光線をそれぞれ発生する 2個のレーザ光線発生器を設けて、電子スィッチ等を用いて出力されるレーザ光線を適宜変更するように構成すればよい。この場合でも、対象物体の速度や対象物体までの距離等については、式（1)から式（5)を用いて、超音波を使用した場合と同様に算出することが可能である。

[0101] また、上記の実施の形態 1または 2による説明される測定方法では、検出された 1または複数の反射時間に基づいて対象物体までの距離並びに対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出する構成としている力、検出された 1または複数の反射時間に基づいて対象物体までの距離のみを算出する構成、あるいは検出された 1または複数の反射時間に基づいて対象物体の表面上の段差の個数および深さのみを算出する構成を採ることも可能である。これらのすべての発明の態様が、本願発明に係る技術的範囲に含まれるものであることが理解されよう。

実験例.

[0102] 本願測定方法により、傾斜配置物体の距離及び段差の測定実験を行った。測定装置 21と対象物体 24との配置を図 19に示す。対象物体 24は 2cmの段差を持つように配置された 2個の幅 15cm、高さ 60cmの平板 29からなる。対象物体 24と測定装置 2 1とのなす角度 Θを増加させて測定を行った。放射超音波の周波数は 20kHzとした。測定装置 21と対象物体 24との距離 Zは 50cm〜； 150cmの範囲内で 5段階に変えた。

測定装置は図 3に示す構成のものである。超音波送信部に相当するスピーカ 107 は音響用のスピーカ FOSTEX FT17H、超音波受信部に相当するマイクロホン 10 8は音響用のマイク AV LEADER PHM903を用いた。

[0103] 本願発明の実施形態 1または 2 (2周波数型）の方法によって、各距離 Zに対する、「物体表面段差を正確に測定可能である最大の物体傾き角 Θ 1」及び「物体表面段差の測定はできな!/、が、物体の存在距離を正確に測定可能である最大の物体傾き角 Θ 2」を測定した。 θ 1の測定においては、各測定装置—対象物体間距離において物体の傾き角を 1° 単位で増加し、各傾き角において 10回測定を行い， 10回全ての結果から物体表面段差が読み取れると判断した最大の物体傾き角とした。「物体表面段差が読み取れる」ことの判断基準は、放射超音波の周波数 20KHzスペクトル強度に段差からの 2つのピークが明確に見られ，各ピーク間の距離が実際の段差の奥行きと一致していることとした。また、「物体表面段差を読み取れない」とは、一つのピークのみが明確に検出されるが他のピークは明確でない、またはピークが一つしか検出できない場合である。この場合は Θ 2の測定対象となり、「物体の存在距離を正確に測定可能」を、発信器の周波数と同じ周波数スペクトル強度のピークの S/N比力 ¾以上であり，ピークの距離が実際の測定物体の距離と一致していることとした。距離 Zに対する θ 1及び Θ 2を図 20 (a) (b)にそれぞれに示す。図 20及び後に出てくる図 21において横軸には、距離 Zを cmで、縦軸には θ 1または Θ 2を度数で表す。

[0104] また、本願発明の実施形態 3 (1周波数型）の方法及び従来型の測定方法においては、段差の測定はできないが、対象物体までの距離が測れるので、これらの方法によつて物体の存在距離を正確に測定可能である最大の物体傾き角を Θ 2として測定した。この場合も、 S/N比が 2以上の場合を「距離測定可能」とした。 2周波数型、 1周波数型及び従来型の測定よる Θ 2の比較を図 21に示す。なお、従来型とは、発信器から放射された超音波パルスを受信器で受信して反射波の強度を測定し、反射波強度のピーク位置から反射時間を求める距離測定方法である。従来型による測定においては、装置構成を図 3と同じ構成とし、本願発明実施形態 1の処理フローの一部を用いた。図 21においては、 Bが 2周波数型による測定、 Aが 1周波数型による測定であり、 Cが従来型による測定値である。図 21により、 2周波数型も 1周波数型も従来型に対して大きな傾き角に対しても距離の測定が可能であることが示される。したがつて、本願発明方法は、斜めに位置した物体の距離測定方法として有効である。また、特に 2周波数型は、対象物体が傾いていても段差の読み取りが可能である。

[0105] 自動車の駐車支援への応用.

本願発明による測定方法は、壁までの距離、ならびに場合によっては、相対速度及び段差を検出でき、とくに測定装置に対して壁が斜めに位置したときも精度良く測定できる力、自動車の車庫入れに用いることができる。また、本願発明による測定装置を自動車の車体に取り付けることにより、該自動車の車庫入れを容易にすることができる。取り付け位置は、左右一端または両端の前端及び後端に取り付ける。すなわち、（1)左前端及び左後端、（2)右前端及び右後端、（3)左前端、左後端、右前端及び右後端のいずれかであればよい。また、スピーカ 197,超音波発信器 157等である、超音波送信部 22から発射される超音波が車体左右側面に対し垂直に放射されるように測定装置 21を車体に取り付けることが好ましい。車体長手方向と平行に配置された壁面との距離を精度良く測定できるからである。

[0106] 本願発明による測定方法による車庫入れ、また本願発明による測定装置を車体に取り付けた自動車の車庫入れはつぎの手順となる。図 22は、図 3に示した測定装置 100を取り付けた自動車 210がバックしながら車庫 220にはいる状況を示したものであり、道路 205に沿って壁 225があるので該測定装置を利用して壁の位置等を検知することによって車庫入れを行うことが可能なものとする。壁 225には車庫 220の入り口に、直角にへこんだ窪みからなる段差 230がある。この実施例では、バックしながら左折して車庫へ入れるため、車体の左側に取り付けた装置を示し、車体 204の前端部に取り付けられた装置 241及び後端部に取り付けられた装置 242を有するものとする。さらに、この例では、実質的には後端部に取り付けられた装置 242のみが車庫入れに使用されるので、前端部に取り付けられた装置 241はなくてもよい。また、装置 241及び 242は、その超音波送信部から発射される超音波放射方向 249が車体左右側面に対し垂直に放射されるように車体に取り付けられていることが好ましい。

[0107] 自動車 210は、図22にぉける（1)→(2)→(3)→(4)の順で移動する。図 23は装置による検知結果を示し、（a)が装置 241、（b)が装置 242に対応する。また（1)〜（ 4)は図 22の自動車の位置（1)〜（4)にそれぞれ対応する。なお、図 23に示したそれぞれのグラフで横軸が時間を、縦軸が発射超音波の周波数が属する周波数帯のスペクトル強度を示す。図 24は、車庫入れの手順を示すフローチャートである。車庫入れ開始で、自動車はバックしながら直進開始し、（ステップ S81)、壁までの距離測定を開始する（ステップ S82)。測定は駐車終了まで継続して行う。 (1)の位置にお!/ヽては、 2つの装置 241 , 242とも平坦な壁 230を検知するので表面を 1個のみ検知する。これが図 23の（1) (b)である。自動車がバックして、（2)の位置に来ると後方の測定装置 242は、段差 230を検知する（ステップ S83)。すなわち、段差 230の存在により、表面を 2個所検知する。これが図 23の（2) (b)である。この時点でハンドルを切り（ステップ S84)、自動車は曲がりながらバックする。その過程で斜めの状態（3)になる。このとき、段差 230と後方の測定層値 242との角度の関係で、段差を検知しなくなる状態が発生する。これが図 23の（3) (b)に示した 1表面のみを検出する状態に対応する。さらに自動車は曲がりながらバックする。その後、自動車は初期状態から 9 0° 向きを変え、車体後方が車庫に入りはじめる（4)の状態になる力このとき再度、装置 242が段差 230により 2表面を検出することになる (ステップ S85)。これは図 23 の（4) (b)に対応する。このときハンドルを戻し (ステップ S86)、その後、直進でバックを進め、所定位置で停止し、装置による測定を終了して (ステップ S87)最終的に車庫入れを完了する。このように、車体端部に取り付けられた装置 241及び 242にて 2 表面の検出→1表面の検出→2表面の検出をとらえてハンドルの操作に対応させることにより、自動車の車庫入れを容易し力、も安全に進めることが可能となる。

産業上の利用可能性

本願発明は、周囲環境内で移動する物体に関する速度情報、距離情報、表面形状情報等の情報を取得するためのセンサ、例えば自律移動型ロボット用の外界センサ、自動車の車間情報センサ、自動車の自動駐車システム等におけるソナーシステム、生産ライン上のセンサ、防犯センサ等に広く適用できるものである。

Claims

請求の範囲

[1] 第 1の周波数の超音波を所定の期間にわたって連続的に出力する工程と、

第 1の周波数の超音波に係る対象物体からの反射波をサンプリングする工程と、サンプリングされた第 1のサンプリングデータ列に基づいて対象物体の相対速度を算出する工程と、

所定の期間にわたって第 1の周波数の超音波を連続的に出力した後に、第 2の周波数の超音波をノルス状に出力する工程と、

第 1の周波数の超音波および第 2の周波数の超音波に係る対象物体からの反射波をサンプリングする工程と、

サンプリングされた第 2のサンプリングデータ列に基づいて第 2の周波数の超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの 1または複数の反射時間を検出する工程と、

検出された 1または複数の反射時間に基づいて、対象物体までの距離、あるいは対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出する工程とを有することを特徴とする測定方法。

[2] 第 1の周波数の超音波を所定の期間にわたって連続的に出力する工程と、

サンプリングされたサンプリングデータ列に基づいて対象物体の相対速度を算出する工程と、

サンプリングされたサンプリングデータ列に基づいて第 2の周波数の超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの 1または複数の反射時間を検出する工程と、

[3] 第 2の周波数の超音波を概ね 1波長分出力することを特徴とする請求項 1または請求項 2に記載の測定方法。

[4] 第 2の周波数の超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの 1または複数の反射時間を検出するためにサンプリングされたサンプリングデータ列に含まれるサンプリングデータ全体から成る区間を微小区間に分割して、各微小区間の長さを第 2の周波数の超音波の概ね 1波長分に等しくすることを特徴とする請求項 1 または請求項 2に記載の測定方法。

[5] 対象物体の相対速度を用いて、対象物体までの距離あるいは対象物体の表面上の段差の深さを補正することを特徴とする請求項 1または請求項 2に記載の測定方法。

[6] 対象物体の相対速度を算出するためにサンプリングされたサンプリングデータ列の後ろに複数のゼロを並べて得られるサンプリングデータ列に対して、高速フーリエ変換を適用することで、第 1の周波数の超音波に係る対象物体からの反射波の周波数スペクトルを算出することを特徴とする請求項 1または請求項 2に記載の測定方法。

[7] 対象物体の相対速度を算出するためにサンプリングされたサンプリングデータ列の後ろに複数のゼロを並べて得られるサンプリングデータ列に対して、窓関数をかけた後に、高速フーリエ変換を適用することを特徴とする請求項 6に記載の測定方法。

[8] 第 2の周波数の超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの 1または複数の反射時間を検出するためにサンプリングされたサンプリングデータ列に含まれるサンプリングデータ全体から成る区間を微小区間に分割して、それぞれの微小区間毎に、当該微小区間に存在するサンプリングデータから成るサンプリングデータ列を繰り返し並べて得られるサンプリングデータ列に対して、高速フーリエ変換を適用することで、当該微小区間において受信された反射波の周波数スぺ外ルを算出することを特徴とする請求項 1または請求項 2に記載の測定方法。

[9] 微小区間に存在するサンプリングデータから成るサンプリングデータ列を繰り返し並ベて得られるサンプリングデータ列に対して、窓関数をかけた後に、高速フーリエ変換を適用することを特徴とする請求項 8に記載の測定方法。

[10] 第 1の周波数の超音波を所定の期間にわたって連続的に出力するステップと、第 1の周波数の超音波に係る対象物体からの反射波をサンプリングするステップとサンプリングされた第 1のサンプリングデータ列に基づいて対象物体の相対速度を所定の期間にわたって第 1の周波数の超音波を連続的に出力した後に、第 2の周波数の超音波をノルス状に出力するステップと、

第 1の周波数の超音波および第 2の周波数の超音波に係る対象物体からの反射波サンプリングされた第 2のサンプリングデータ列に基づいて第 2の周波数の超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの 1または複数の反射時間を検出された 1または複数の反射時間に基づいて、対象物体までの距離、あるいは対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出するステップとを有することを特徴とする測定プログラム。

[11] 第 1の周波数の超音波を所定の期間にわたって連続的に出力するステップと、所定の期間にわたって第 1の周波数の超音波を連続的に出力した後に、第 2の周波数の超音波をノルス状に出力するステップと、

第 1の周波数の超音波および第 2の周波数の超音波に係る対象物体からの反射波サンプリングされたサンプリングデータ列に基づいて対象物体の相対速度を算出すサンプリングされたサンプリングデータ列に基づいて第 2の周波数の超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの 1または複数の反射時間を検出す検出された 1または複数の反射時間に基づいて、対象物体までの距離、あるいは対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出するステップとを有することを特徴とする測定プログラム。

[12] 第 1の周波数の電磁波を所定の期間にわたって連続的に出力する工程と、

第 1の周波数の電磁波に係る対象物体からの反射波をサンプリングする工程と、サンプリングされた第 1のサンプリングデータ列に基づいて対象物体の相対速度を算出する工程と、

所定の期間にわたって第 1の周波数の電磁波を連続的に出力した後に、第 2の周波数の電磁波をノルス状に出力する工程と、

第 1の周波数の電磁波および第 2の周波数の電磁波に係る対象物体からの反射波をサンプリングする工程と、

サンプリングされた第 2のサンプリングデータ列に基づいて第 2の周波数の電磁波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの 1または複数の反射時間を検出する工程と、

[13] 第 1の周波数の電磁波を所定の期間にわたって連続的に出力する工程と、

サンプリングされたサンプリングデータ列に基づいて第 2の周波数の電磁波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの 1または複数の反射時間を検出する工程と、

[14] 所定の周波数の超音波をパルス状に出力する工程と、

該所定の周波数の超音波に係る対象物体からの反射波をサンプリングする工程とサンプリングされたサンプリングデータ列に基づいて前記所定の周波数の超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの反射時間を検出し、検出された反射時間に基づいて、対象物体までの距離を算出する工程とを有することを特徴とする測定方法。

[15] 前記所定の周波数の超音波を概ね 1波長分出力することを特徴とする請求項 14に記載の測定方法。

[16] 前記所定の周波数の超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの反射時間を検出するためにサンプリングされたサンプリングデータ列に含まれるサンプリングデータ全体力成る区間を微小区間に分割して、それぞれの微小区間毎に、当該微小区間に存在するサンプリングデータから成るサンプリングデータ列を繰り返し並べて得られるサンプリングデータ列に対して、高速フーリエ変換を適用することで、当該微小区間において受信された反射波の前記所定の周波数が属する周波数帯のスぺ外ル強度を算出することを特徴とする請求項 14に記載の測定方法。

[17] 所定の周波数の超音波をパルス状に出力するステップと、

前記所定周波数の超音波に係る対象物体からの反射波をサンプリングするステツプと、

サンプリングされたサンプリングデータ列に基づいて前記所定の周波数の超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの反射時間を検出し、検出された反射時間に基づいて、対象物体までの距離を算出するステップとを有することを特徴とする測定プログラム。

[18] 第 1の周波数の超音波を所定の期間にわたって連続的に出力する第 1の超音波発信部と、

第 2の周波数の超音波をパルス状に出力する第 2の超音波発信部と、

第 1及び第 2の超音波発信部から発信される超音波の受信部と、

受信した第 1及び第 2の周波数の超音波に係る対象物体からの反射波をサンプリングするサンプリング部と、

サンプリングされた第 1周波数の超音波に係わるサンプリングデータ列に基づいて対象物体の相対速度を算出する相対速度算出部と、サンプリングされた第 2周波数の超音波に係わるサンプリングデータ列に基づいて第 2の周波数の超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの 1または複数の反射時間を検出する反射時間算出部と、

検出された 1または複数の反射時間に基づいて、対象物体までの距離、あるいは対象物体の表面上の段差の個数および深さを算出する、距離及び段差算出部とを有することを特徴とする測定装置。

[19] 第 2の超音波発信部が第 2の周波数の超音波を概ね 1波長分出力することを特徴とする請求項 18に記載の測定装置。

[20] 前記距離及び段差算出部が、前記相対速度算出部で算出された相対速度を用いて対象物体までの距離あるいは対象物体の表面上の段差の深さを補正することを特徴とする請求項 18に記載の測定装置。

[21] 第 1または第 2の周波数の超音波に係る対象物体からのサンプリングデータ列を高速フーリエ変換処理する高速フーリエ変換処理部をさらに有し、前記高速フーリエ変換処理部の結果を前記相対速度算出部または前記距離及び段差算出部での処理での処理にそれぞれ利用することを特徴とする請求項 18に記載の測定装置。

[22] 第 1または第 2の周波数の超音波に係る対象物体からのサンプリングデータ列に窓関数をかけるための窓関数処理部をさらに有し、前記窓関数処理部の出力結果を、前記高速フーリエ変換処理部に入力することを特徴とする請求項 21に記載の測定装置。

[23] 特定周波数の超音波をパルス状に出力する超音波発信部と、

前記超音波発信部から発信される超音波の受信部と、

受信した前記特定周波数の超音波に係る対象物体からの反射波をサンプリングするサンプリング部と、

サンプリングされた前記特定周波数の超音波に係わるサンプリングデータ列に基づいて前記周波数の超音波が送信されてから対象物体に反射して受信されるまでの反射時間を検出し、検出された反射時間に基づいて、対象物体までの距離を算出する距離算出部とを有することを特徴とする測定装置。

[24] 前記超音波発信部が前記特定周波数の超音波を概ね 1波長分出力することを特徴とする請求項 23に記載の測定装置。

[25] 前記特定周波数の超音波に係る対象物体からのサンプリングデータ列を高速フーリェ変換処理する高速フーリエ変換処理部をさらに有し、前記高速フーリエ変換処理部の結果を前記距離算出部での処理に利用することを特徴とする請求項 23記載の測定装置。

[26] 車体、及び請求項 18に記載された測定装置を有し、前記車体の左側面及び/又は右側面の前端及び後端に前記測定装置が取り付けられた自動車。

[27] 車体、及び請求項 23に記載された測定装置を有し、前記車体の左側面及び/又は右側面の前端及び後端に前記測定装置が取り付けられた自動車。

[28] 前記測定装置の超音波放射方向が前記左側面または右側面に対して垂直方向であるように前記測定装置が取り付けられたことを特徴とする、請求項 26または 27に記載された自動車。

[29] 請求項 26に記載された自動車を、入り口付近に段差を持つ壁面を有する車庫入れ方法であって、

前記自動車が有する前記測定装置にて前記壁面までの距離及び段差を継続的に測定しておき、段差を検知しない状態から段差を検知する状態に変化した場合にハンドルを操作することを特徴とする車庫入れ方法。