DE102007040347A1

DE102007040347A1 - Objektrichtungserfassungsverfahren und Vorrichtung zum bestimmen der Richtung eines Zielobjekts auf Grundlage von Phaseninformationen Gerichteter Wellen, die aus Mehrzahl von Paaren von Empfängerelementen erhalten werden

Info

Publication number: DE102007040347A1
Application number: DE102007040347A
Authority: DE
Inventors: Mitsuyasu Nishio Matsuura; Toshihiro Nishio Hattori; Mitsuru Kariya Fujita
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2007-08-27
Publication date: 2008-04-10
Also published as: JP4875541B2; JP2008083030A; US20080048907A1

Abstract

Ein Verfahren eines Erfassens einer Richtung eines Zielobjekts auf der Grundlage empfangener Signale aus einem Empfängerelementenabschnitt, der reflektierte Wellen, welche von dem Zielobjekt reflektierte Messwellen aufweisen, empfängt, wobei der Empfängerabschnitt eine Gruppierung von vier Empfängerelementen aufweist, wobei wenigstens drei der Empfängerelemente an jeweiligen Ecken eines Quadrats angeordnet sind, wobei das Quadrat eine Seitenlänge aufweist, die gleich oder größer als eine Hälfte einer Wellenlänge der Messwellen ist, weist auf: Auswählen eines spezifischen der Richtungskandidaten auf der Grundlage jeweiliger Phasendifferenzen einer Mehrzahl von Paaren der Empfängerelemente, wobei die Mehrzahl von Paaren wenigstens ein Paar aufweist, welches sich von jedem der Paare der Empfängerelemente, die beim Herleiten der Mehrzahl von Richtungskandidaten benutzt werden, unterscheidet, und Herleiten des Azimutwinkels und des Höhenwinkels des Zielobjekts.

Description

Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf sich die am 28. August 2006 hinterlegte japanische Patentanmeldung Nr. 2006-231084 und die am 01. Juni 2007 hinterlegte japanische Patentanmeldung Nr. 2007-147017 , die im Wege der Bezugnahme eingeschlossen sind.
Hintergrund der Erfindung
(Gebiet der Erfindung)
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen der Richtung eines Objekts durch Aussenden bzw. Übertragen von Messwellen und Empfangen resultierender, von einem Objekt reflektierter Wellen sowie auf eine Vorrichtung und ein Programm zum Anwenden des Erfassungsverfahrens.
(Beschreibung des Stands der Technik)
Im Stand der Technik sind Arten von Vorrichtungen bekannt zum Erfassen der Position eines Objekts durch Aussenden von Messwellen wie etwa Ultraschallwellen während eines feststehenden Zeitraums, Empfangen der resultierenden, von einem Objekt reflektierten Wellen an einer regelmäßigen Anordnung bzw. Gruppierung (Array) von Empfängerelementen und Ausnutzen der Phasen differenzen zwischen den durch jeweilige Empfängerelemente empfangenen Signalen, um die Richtung des Objekts zu erfassen.
Der Begriff „Empfängerelement" wird hierin mit der allgemeinen Bedeutung einer Vorrichtung zum Umwandeln einfallender Wellen (Ultraschallwellen oder elektromagnetischer Wellen) in ein entsprechendes elektrisches Signal verwendet.
Mit einer Vorrichtung dieser Art ist es, wenn die Wellenlänge der Messwellen mit λ bezeichnet wird, nach dem Stand der Technik erforderlich gewesen, dass, solange nicht spezielle Maßnahmen wie etwa die Verwendung multipler Arrays gemäß nachstehender Beschreibung ergriffen werden, der Abstand zwischen benachbarten Empfängerelementen (genauer gesagt, der Abstand zwischen jeweiligen Mitten benachbarter Empfängerelemente) kleiner als λ/2 sein muss. Der Grund hierfür besteht darin, dass, falls der Abstand nicht geringer als λ/2 ist, scheinbare Richtungen, d.h., solche von virtuellen Bildern, erhalten werden, sodass die tatsächliche Richtung eines Zielobjekts nicht eindeutig bestimmt werden kann.
Dies wird unter Bezugnahem auf 23 beschrieben werden. Wenn der Abstand zwischen benachbarten Empfängerelementen J1A und J1B mit d bezeichnet wird und der tatsächliche Einfallswinkel der empfangenen Wellen bezüglich der Geradeausrichtung der Gruppierung von Empfängerelementen mit α₀ bezeichnet wird, kann die Richtung α der einfallenden Wellen unter Verwendung der nachstehenden Gleichung (1) erhalten werden. Gleichung (1) kann in die Form der nachstehenden Gleichung (2) abgewandelt werden.
Falls d ≥ λ/2, kann die rechte Seite der Gleichung (2) eine Mehrzahl von Werten von –1 ~ 1 annehmen. So kann eine Mehrzahl geschätzter Richtungen α erhalten werden.
Falls z.B. die Werte d = λ, α₀ = 60° in die Gleichung (2) eingesetzt werden, wird bei Anwendung des Verfahrens nach dem Stand der Technik zusätzlich zu der wahren Richtung von 60° auch ein virtuelles Bild bei einer Richtung von –7,7° aus der Berechnung erhalten.
In der Praxis jedoch muss der Durchmesser jedes Empfängerelements größer als λ/2 sein, sodass es schwierig ist, den Abstand zwischen benachbarten Empfängerelementen kleiner als λ/2 zu machen.
Durch Verwenden eines Paars von Gruppierungen von Empfängerelementen mit jeweils unterschiedlichen Abständen der Empfängerelemente können jeweilige Sätze erfasster Richtungen aus denjenigen, welche Richtungen virtueller Bilder enthalten, erhalten werden. Falls diese zwei Sätze erfasster Richtungen miteinander abgeglichen werden, können die Richtungen virtueller Bilder als Richtungen erkannt werden, die zwischen den zwei Gruppierungen von Empfängerelementen nicht übereinstimmen. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der offengelegten japanischen Patentanmeldung H11-248821 von Umemi und der offengelegten japanischen Patentanmeldung 2001-318145 sowie der Veröffentlichung der US-Patentanmeldung US 2001/0043510 von Yanagida et al. beschrieben.
Mit einem Verfahren dieser Art ist es jedoch erforderlich, wenigstens zwei Paare von Empfängerelementen zur Erfassung des Höhenwinkels eines Objekts und zwei Paare von Empfängerelementen zur Erfassung des Azimutwinkels, d.h., insgesamt wenigstens acht Empfängerelemente zu verwenden. Daher wird die Vorrichtung in ihren Abmessungen groß.
Kurzfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das vorstehende Problem des Stands der Technik durch Angeben eines Verfahrens zur Erfassung einer Richtung zu überwinden, wobei das Verfahren zur Ausführung durch ein Computerprogramm geeignet ist, und einer Objekterfassungsvorrichtung zum Implementieren des Richtungserfassungsverfahrens, wodurch die Richtung eines Zielobjekts sowohl hinsichtlich des Azimutwinkels als auch des Höhenwinkels erfasst werden kann, während eine fehlerhafte Erfassung von Richtungen aufgrund virtueller Bilder verhindert werden kann, ohne zu erfordern, dass die Vorrichtung in ihren Abmessungen groß ist.
Genauer gesagt besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, die vorstehenden Wirkungen zu erzielen, während eine Gruppierung von Empfängerelementen zum Empfangen reflektierter Messwellen mit nicht mehr als vier Empfängerelementen verwendet wird und wobei der Abstand zwischen benachbarten Empfängerelementen gleich oder größer als die Hälfte der Wellenlänge der Messwellen hergestellt ist.
Um die vorstehenden Aufgaben zu lösen, sind wenigstens drei der vier Empfängerelemente an jeweiligen Spitzen bzw. Ecken eines Quadrats angeordnet, wobei das Quadrat eine Seitenlänge (d.h., einen Abstand zwischen jeweiligen Mitten eines Paars benachbarter Empfängerelemente auf einer Seite) aufweist, die gleich oder größer als die Hälfte der Wellenlänge der Messwellen ist.
Mit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Gruppierung so angeordnet, dass zwei parallele Seiten des Quadrats horizontal ausgerichtet sind und das verbleibende Seitenpaar vertikal ausgerichtet ist.
Im Wesentlichen weist das Verfahren auf:

(a) einen ersten Schritt eines Herleitens einer Mehrzahl von Kandidatenrichtungen bzw. Richtungskandidaten, die jeweils als eine Kombination eines geschätzten Azimutwinkels (einer einer Mehrzahl von Azimutwinkeln, die durch Berechnung auf der Grundlage der Phasendifferenz zwischen den empfangenen Signalen aus einem Paar auf einer ersten Seite des Quadrats angeordneter Empfängerelemente hergeleitet werden) und eines geschätzten Höhenwinkels (einer einer Mehrzahl von Azimutwinkeln, die durch Berechnung auf der Grundlage der Phasendifferenz zwischen den empfangenen Signalen aus einem Paar auf einer zweiten Seite des Quadrats unter rechten Winkeln zu der ersten Seite angeordneter Empfängerelemente hergeleitet werden) ausgedrückt werden,
(b) einen zweiten Schritt eines Prüfens aller möglichen Kombinationen eines Auswählens eines spezifischen der Richtungskandidaten auf der Grundlage jeweiliger Phasendifferenzen von empfangenen Signalen aus einer Mehrzahl von Paaren der Empfängerelemente, wobei die Mehrzahl von Paaren wenigstens ein Paar aufweist, welches sich von jedem der Paare der Empfängerelemente unterscheidet, die beim Herleiten der Mehrzahl der Richtungskandidaten benutzt werden, und
(c) einen dritten Schritt eines Herleitens des Azimutwinkels und Höhenwinkels des Zielobjekts auf der Grundlage von in in dem zweiten Schritt erhaltenen Ergebnissen.

Aufgrund der Tatsache, dass der Abstand zwischen einem Paar benachbarter Empfängerelemente (wie vorstehend definiert) nicht kleiner als die Wellenlänge der Messwellen ist, wird insbesondere eine Mehrzahl von Azimutwinkelwerten und eine Mehrzahl von Höhenwinkelwerten erhalten. Durch Kombinieren aller möglicher Kombinationen von Paaren derselben wird eine entsprechende Mehrzahl von Richtungskandidaten erhalten, wobei nur einer von diesen tatsächlich diejenige eines Zielobjekts ist. In dem zweiten Schritt werden jedoch Phasendifferenzeninformationen, die sich von denjenigen des ersten Schritts unterscheiden, d.h., Phasendifferenzen zwischen den Empfängerelementen in einem oder mehr Paaren von Empfängerelementen, die sich von denjenigen des ersten Schritts unterscheiden (genauer gesagt, die, im Vergleich mit denjenigen, die in dem ersten Schritt verwendet werden, einen unterschiedlichen Abstand zwischen den Empfängerelementen in einem Paar aufweisen) erhalten. Durch Verwenden dieser in dem zweiten Schritt erhaltenen Phasendifferenzeninformation wird es möglich, diejenigen Richtungskandidaten zu eliminieren, die sich aus virtuellen Bildern ergeben, wodurch ermöglicht wird, dass in dem dritten Schritt der Azimutwinkel und Höhenwinkel des Zielobjekts hergeleitet wird.
Mit diesem Verfahren wird somit nur die minimal erforderliche Anzahl von Empfängerelementen verwendet, während ermöglicht wird, dass die Richtung eines Zielobjekts sowohl in Azimut als auch in Höhe erhalten wird, und während auch eine fehlerhafte, durch virtuelle Bilder hervorgerufenen Richtungserfassung verhindert wird.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung sind die vier Empfängerelemente an jeweiligen Ecken des Quadrats angeordnet und wird, wenn die Mehrzahl der in dem vorstehend beschriebenen ersten Schritt hergeleiteten Richtungskandidaten als eine erste Richtungskandidatengruppe bezeichnet wird, der zweite Schritt ausgeführt als:

– ein erster Unterschritt eines Herleitens einer zweiten Richtungskandidatengruppe als einer Mehrzahl von Richtungskandidaten, von denen jeder eine Kombination eines geschätzten Azimutwinkels und eines geschätzten Höhenwinkels (wie vorstehend für den ersten Schritt beschrieben) ist, wobei jeweilige Mehrzahlen von Azimutwinkel- und Höhenwinkelwerten auf der Grundlage einer Phasendifferenz zwischen empfangenen Signalen aus einem ersten Paar diagonal gegenüberliegender Empfängerelemente und einer Phasendifferenz zwischen empfangenen Signalen aus einem zweiten Paar diagonal gegenüberliegender Empfängerelemente (d.h., rechtwinklig zu dem ersten Paar ausgerichtet) berechnet werden,
– ein zweiter Unterschritt, bei welchem eine Mehrzahl von Richtungspaarkandidaten hergeleitet werden, wobei jeder Richtungspaarkandidat eine Kombination zweier Richtungskandidaten ist, die jeweils aus der ersten und der zweiten Richtungskandidatengruppe ausgewählt sind (wobei alle möglichen Paarkombinationen erhalten werden), dann die jeweiligen Werte einer Richtungsdifferenz zwischen den Richtungskandidaten in jedem dieser Paare berechnet werden, und
– ein dritter Unterschritt eines Auswählens des Richtungspaarkandidaten mit der kleinsten Richtungsdifferenz (da idealerweise die Richtungen in den Richtungspaarkandidaten, die einem tatsächlichen Zielobjekt entsprechen, übereinstimmen sollten).

Eine Richtung dieses Paars kann dann willkürlich als dasjenige ausgewählt werden, welches die tatsächliche Richtung des Zielobjekts ist, oder es kann ersatzweise der Durchschnitt dieses Paars von Richtungskandidaten als die tatsächliche Richtung des Zielobjekts bestimmt werden.
Dieser Gesichtspunkt der Erfindung nutzt die Tatsache aus, dass der Abstand zwischen einem Paar eines Paars „gleicher Seite" von Empfängerelementen, d.h., gemessen entlang einer Seite des Quadrats, sich von dem Abstand zwischen einem Paar diagonal gegenüberliegender Empfängerelemente unterscheidet. Dies macht es möglich, einen ersten Satz von Richtungskandidaten (unter Verwendung empfangener Signale entsprechend Paaren gleicher Seite von Empfängerelementen) und einen zweiten Satz von Richtungskandidaten (unter Verwendung empfangener Signale entsprechend diagonal gegenüberliegenden Paaren von Empfängerelementen) herzuleiten, wobei die Richtungen virtueller Bilder, die aus dem ersten Satz von Richtungskandidaten erhalten werden, sich von denjenigen unterscheiden, die aus dem zweiten Satz von Richtungskandidaten erhalten werden. Somit können durch Vergleichen dieser zwei Sätze von Richtungs kandidaten gemäß vorstehender Beschreibung die Richtungen virtueller Bilder eliminiert werden.
Die Verwendung einer Mehrzahl von regelmäßigen Anordnungen bzw. Gruppierungen (Arrays) von Empfängerelementen zur Lösung dieser Aufgabe, wie es im Stand der Technik erforderlich ist, wird hierdurch unnötig, sodass die Erfindung es ermöglicht, die Anzahl von Empfängerelementen zu minimieren.
Um die Zuverlässigkeit einer Erfassung zu erhöhen, kann ein solches Verfahren abgewandelt werden, um sicherzustellen, dass in dem Fall, dass kein oder eine Mehrzahl von Richtungspaarkandidaten, für welche die vorstehend beschriebene Richtungsdifferenz unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, bestimmt wird, dass eine Richtungserfassung nicht erzielt worden ist.
Das grundlegende Merkmal eines solchen Verfahrens zur Richtungserfassung wird unter Bezugnahme auf das in 29 gezeigte, dreidimensionale (x, y, z)-Koordinatensystem, bei welchem eine Empfängerelementengruppierung in dem Ursprung des Koordinatensystems angeordnet ist und parallel zu der x-y- (vertikalen) Ebene ausgerichtet ist und wobei die Seiten des zuvor erwähnten Quadrats jeweils horizontal und vertikal ausgerichtet sind, zusammengefasst werden. Richtungen werden von dem Ursprung des Koordinatensystems aus gemessen. Wenn die Koordinaten einer Position P_i bezüglich der x-y-Ebene mit (dx_i, dy_i), die Wellenlänge der Messwellen mit λ, der Höhenwinkel der Richtung reflektierter Wellen, die auf der Position P_i einfallen, mit θ, der Azimutwinkel dieser Richtung (d.h., der Betrag einer Winkelabweichung von der z-Achsenrichtung innerhalb der horizontalen x-z-Ebene) mit ϕ und die Phase der einfallenden reflektierten Wellen, welche die Position P_i erreichen (gemessen bezüglich einer in dem Ursprung des Koordinatensystems definierten Bezugsphase) mit r_i bezeichnet werden, kann r_i aus der nachstehenden Gleichung (3) erhalten werden. Zusätzlich kann die Phasendifferenz ΔΦ_i,j zwischen jeweiligen einfallenden reflektierten Wellen, die auf einem be liebigen Paar von Positionen P_i, P_j einfallen, aus der nachstehenden Gleichung (4) erhalten werden.
Aus einem anderen Gesichtspunkt kann anstelle der Verwendung einer Gruppierung, bei welcher alle vier Empfängerelemente an jeweiligen Ecken eines Quadrats angeordnet sind, eine Empfangsgruppierung mit vier Elementen verwendet werden, bei welchem eines der Empfängerelemente an einer Position innerhalb der Ebene des Quadrats angeordnet ist, die sich von einer Ecke versetzt befindet (d.h., eine Ecke wird leer gelassen). Ein solches versetztes Empfängerelements wir hierin als ein singuläres Empfängerelement bezeichnet. In diesem Fall weist der zuvor beschriebene zweite Schritt auf:

– einen ersten Unterschritt eines Berechnens einer Mehrzahl von Kandidaten-Beurteilungswerten bzw. von Beurteilungswertekandidaten, die jeweils der Mehrzahl der in dem ersten Schritt hergeleiteten Richtungskandidaten entsprechen, durch sukzessives bzw. aufeinanderfolgendes Einsetzen jedes der Richtungskandidaten in eine spezifische Gleichung, wobei ein Beurteilungswert (in dem Fall, dass ein entsprechender Richtungskandidat eine Richtung eines tatsächlichen Objekts ist) als eine hypothetische Phasendifferenz hergeleitet wird, wobei der Begriff „hypothetische Phasendifferenz" die Bedeutung der Phasendifferenz zwischen hypothetischen reflektierten Wellen, die an der Position der leeren Ecke einfallen, und den reflektierten Wellen, die an dem singulären Empfängerelement einfallen, aufweist,
– einen zweiten Unterschritt eines Berechnens des Werts der hypothetischen Phasendifferenz auf der Grundlage jeweiliger Phasendifferenzen einer Mehrzahl von Paaren der Empfängerelementen, wobei wenigstens eines der Mehrzahl der Paare das singuläre Empfängerelement aufweist, und
– einen dritten Unterschritt eines Vergleichens jedes der Beurteilungswertekandidaten mit dem in dem zweiten Unterschritt berechneten hypothetischen Phasendifferenzenwert, und Auswählens des Richtungskandidaten, für welchen der entsprechende Beurteilungswert am nächsten an diesem berechneten hypothetischen Phasendifferenzenwert liegt.

Mit einem solchen Verfahren wird es durch Anordnen eines der Empfängerelemente an einer von einer Ecke des Quadrats entfernt liegenden Position, wobei die verbleibenden drei Empfängerelemente auf jeweiligen verbleibenden Ecken des Quadrats angeordnet sind, möglich, eine größere Menge an Phasendifferenzeninformationen aus den empfangenen Signalen der Empfängerelemente im Vergleich mit dem Verfahren zu erhalten, bei welchem alle vier der Empfängerelemente an jeweiligen Ecken angeordnet sind. Eine solche Anordnung von Empfängerelementen ist in 14A und 14B gezeigt. In diesem Beispiel ist ein Paar von Empfängerelementen (E1, E2) auf jeweiligen Ecken einer in der x-Richtung liegenden (d.h., horizontalen) Seite des Quadrats angeordnet, ist ein Paar von Empfängerelementen (E2, E4) auf jeweiligen Ecken einer in einer y-Richtung (d.h., vertikalen) Seite des Quadrats angeordnet und befindet sich das vierte (singuläre) Empfängerelement E3 an einer Position, die von der verbleibenden Ecke (im Folgenden als die leere Ecke bezeichnet) versetzt ist. Wenn die Mitte des Quadrats als der Ursprung des x, y, z-Koordinatensystems, der Betrag eines Versatzes des Empfängerelements E3 von der leeren Ecke entlang der x-Achsenrichtung mit Dx und entlang der y-Achse mit Dy bezeichnet wird, die Richtung einfallender reflektierter Wellen, welche die Empfängerelementengruppierung erreichen, mit (ϕ_k, θ_k) bezeichnet wird und die geschätzte Differenz zwischen der Phase der auf der leeren Ecke einfallenden Wellen und der Phase der auf dem singulären Empfängerelement einfallenden Wellen (wenn durch Verwendung der Werte ϕ_k, θ_k, die irgend eine spezifische Richtung ausdrücken, geschätzt) als der Beurteilungswertekandidat ΔΦ(ϕ_k, θ_k) entsprechend dieser spezifischen Richtung bezeichnet wird, können Beurteilungswertekandidaten entsprechend verschiedenen unterschiedlichen Richtungen jeweils aus der nachstehenden Gleichung (5) berechnet werden:
Wenn ein solcher Beurteilungswert auf der Grundlage einer erhaltenen Richtung, die sich aus einem virtuellen Bild ergibt, berechnet wird, dann wird dieser Beurteilungswert sich von der tatsächlichen Phasendifferenz (hierin als die hypothetische Phasendifferenz bezeichnet) zwischen Wellen, die auf die leere Ecke einfallen, und jenen, die auf das singuläre Empfängerelement einfallen, unterscheiden. Diese Tatsache wird verwendet, um zwischen einer tatsächlichen Richtung eines Zielobjekts und solchen falschen Richtungen von virtuellen Bildern zu unterscheiden.
Wenn speziell die jeweiligen Positionen der vier Empfängerelemente E1 bis E4, die wie vorstehend beschrieben und in 14A und 14B gezeigt angeordnet sind, mit P1, P2, P3, P4 bezeichnet werden, können die Werte der Phasendifferenz zwischen reflektierten Wellen, die auf jedes eines Paars von Empfängerelementen einfallen, für die sechs möglichen Paare von Empfängerelementen, d.h., als eine Phasendifferenz ΔΦ_i,j, durch Anwenden der nachstehenden Gleichungen (6) ~ (11) erhalten werden:
Die hypothetische Phasendifferenz wird im Folgenden als ΔΦ_exp bezeichnet werden und kann durch Kombinieren von Ergebnissen aus spezifischen der vorstehenden Gleichungen (6) ~ (11) erhalten werden, um einen Ausdruck der gleichen Form wie die rechte Seite der vorstehenden Gleichung (5) zu erhalten. D.h., wie aus Gleichung (5) verstanden werden kann, kann die hypothetische Phasendifferenz als (2π/λ) (–D_x sinϕ_k cosθ_k + D_y sinθ_k) ausgedrückt werden, wobei ϕ_k und θ_k der tatsächliche Azimutwinkel und Höhenwinkel der einfallenden reflektierten Wellen sind. So kann beispielsweise die hypothetische Phasendifferenz ΔΦ_exp aus der nachstehenden Gleichung (12) erhalten werden: ΔΦexp = ΔΦ3,2 + ΔΦ1,2 + ΔΦ4,2. (12)
Als ein Ergebnis kann dann, wenn das vorstehende Verfahren durch eine Vorrichtung implementiert wird, die hypothetische Phasendifferenz ΔΦ_exp auf der Grundlage jeweiliger gemessener Phasendifferenzen zwischen den empfangenen Signalen, die aus zwei Paaren von Empfängerelementen erzeugt werden, d.h., der Phasendifferenz zwischen den Signalen aus den Elementen E1, E2, der Phasendifferenz zwischen den Signalen aus den Elementen E2, E4 und der Phasendifferenz zwischen den Signalen aus den Elementen E2, E3, erhalten werden.
Somit kann die berechnete Richtung, deren entsprechender Beurteilungswertekandidat am nächsten zu (d.h., idealerweise identisch mit) der hypothetischen Phasendifferenz ΔΦ_exp ist, so ausgewählt werden, dass sie die Richtung des tatsächlichen Zielobjekts ist, wobei die verbleibenden geschätzten Richtungen eliminiert werden.
Die entsprechenden Abfolgen von Schritten und Unterschritten, die vorstehend verschiedentlich beschrieben sind, können in vorteilhafter Weise als Betriebsvorgänge implementiert sein, die durch einen Mikrocomputer in Übereinstimmung mit einem Computerprogramm durchgeführt werden, oder können durch eine Kombination logischer Schaltkreise durchgeführt werden. Die vorstehenden Merkmale und weitere Merkmale der Erfindung können durch Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen klar verstanden werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden genauen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform deutlicher ersichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen wird, in welchen:
1 ein Blockdiagramm ist, welches die Gesamtkonfiguration einer Objekterfassungsvorrichtung zeigt;
2 ein Diagramm zum Beschreiben einer Gruppierung von Empfängerelementen in der Vorrichtung von 1;
3A bis 3D Diagramme zum Beschreiben einer Gruppierung von Empfängerelementen in der Vorrichtung von 1 sind;
4A und 4B jeweilige Blockdiagramme eines ersten Richtungskandidatenerzeugungsabschnitts und eines zweiten Richtungskandidatenerzeugungsabschnitts einer ersten Ausführungsform sind;
5A und 5B Graphen sind, welche jeweils ein Beispiel einer ersten Richtungskandidatengruppe und einer zweiten Richtungskandidatengruppe zeigen, wobei die Richtungen als Punkte innerhalb eines zweidimensionalen Raums ausgedrückt sind;
6 ein Flussdiagramm einer durch einen Richtungsbestimmungsabschnitt in der ersten Ausführungsform ausgeführten Verarbeitung ist;
7 ein Graph zur Verwendung bei der Beschreibung einer durch den Richtungsbestimmungsabschnitt der ersten Ausführungsform eingesetzten Bestimmungslogik ist;
8 ein Blockdiagramm ist, welches einen ersten Richtungskandidatenerzeugungsabschnitt einer zweiten Ausführungsform zeigt;
9 ein Flussdiagramm einer durch einen Richtungsbestimmungsabschnitt in einer dritten Ausführungsform ausgeführten Verarbeitung ist;
10 ein Flussdiagramm einer durch einen Richtungsbestimmungsabschnitt in einer vierten Ausführungsform ausgeführten Verarbeitung ist;
11 ein Flussdiagramm einer durch einen Richtungsbestimmungsabschnitt in einer fünften Ausführungsform ausgeführten Verarbeitung ist;
12A und 12B Blockdiagramme sind, welche jeweils die Gesamtkonfigurationen zweier alternativer Ausführungsformen einer Objekterfassungsvorrichtung zeigen;
13 ein Blockdiagramm ist, welches die Gesamtkonfiguration einer sechsten Ausführungsform einer Objekterfassungsvorrichtung zeigt;
14A und 14B Diagramme sind, welche eine Anordnung von Elementen in einer Gruppierung von Empfängerelementen zeigen;
15 ein Blockdiagramm ist, welches einen Hypothetische-Phasendifferenz-Erzeugungsabschnitt der sechsten Ausführungsform zeigt;
16 ein Flussdiagramm einer durch den Hypothetische-Phasendifferenz-Erzeugungsabschnitt in der sechsten Ausführungsform ausgeführten Verarbeitung ist;
17 ein Flussdiagramm einer durch einen Richtungsbestimmungsabschnitt in einer siebenten Ausführungsform ausgeführten Verarbeitung ist;
18A und 18B Blockdiagramme sind, welche jeweils die Gesamtkonfigurationen zweier alternativer Ausführungsformen einer Objekterfassungsvorrichtung zeigen;
19 ein Flussdiagramm einer durch einen Richtungsbestimmungsabschnitt in einer achten Ausführungsform ausgeführten Verarbeitung ist;
20 ein Flussdiagramm einer durch einen Richtungsbestimmungsabschnitt in einer neunten Ausführungsform ausgeführten Verarbeitung ist;
21 ein Flussdiagramm ist, welches Einzelheiten einer Verarbeitung zum Herleiten einer ersten Richtungskandidatengruppe in einem einleitenden Schritt des Flussdiagramms von 5 zeigt;
22 ein Flussdiagramm ist, welches Einzelheiten einer Verarbeitung zum Herleiten einer zweiten Richtungskandidatengruppe in dem einleitenden Schritt des Flussdiagramms von 5 zeigt;
23 ein Diagramm zum Beschreiben des Triangulationsverfahrens zum Erfassen eines Zielobjekts ist;
24A ein Diagramm zum Beschreiben des Prinzips zum Schätzen der Richtung des Zielobjekts unter Verwendung einer Differenz in Ankunftszeiten durch Empfangsvorrichtungen ist;
24B ein Diagramm zum Beschreiben des Prinzips zum Schätzen der Richtung des Zielobjekts unter Verwendung einer Phasendifferenz durch Empfangsvorrichtungen ist;
25A ein Graph ist, welcher eine Beziehung zwischen einer Zielobjektrichtung θ und einer Phasendifferenz der reflektierten Welle Δϕ bei einem Elementenabstand d = 0,75 λ repräsentiert;
25B ein Graph ist, welcher eine Beziehung zwischen einer Zielobjektrichtung θ und einer Differenz in der Phase der reflektierten Welle Δϕ bei einem Elementenabstand d = 0,5 λ repräsentiert;
26A eine Frontalsicht ist, welche ein Ultraschallmikrophon zur Verwendung in einem Ultraschallsensor zeigt;
26B eine Seitenansicht ist, welche das Ultraschallmikrophon von rechts zeigt;
26C eine Rückansicht ist, welche das Ultraschallmikrophon zeigt;
27 eine entlang einer Linie A-A in 26A genommene vertikale Schnittansicht ist;
28A ein Graph ist, welcher eine Beziehung zwischen einer Resonanzfrequenz und einem Durchmesser eines Ultraschallsensors zeigt;
28B ein Graph ist, welcher eine Beziehung zwischen einer Resonanzfrequenz und einem Durchmesser eines Ultraschallsensors in Abhängigkeit von den Dicken eines Schwingungsabschnitts des Ultraschallsensors zeigt; und
29 ein Diagramm zum Beschreiben von Definitionen von Richtungen und zum Beschreiben des Betriebsvorgangs eines Positionsumwandlungsabschnitts ist.
Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf begleitende Zeichnungen beschrieben werden.
(Erste Ausführungsform)
1 ist ein Blockdiagramm, welches die Gesamtkonfiguration einer ersten Ausführungsform zeigt, die eine Objekterfassungsvorrichtung 1 ist. Die Objekterfassungsvorrichtung 1 überträgt Impulse von Ultraschallwellen und empfängt resultierende, von einem Objekt reflektierte Ultraschallwellenimpulse, um empfangene Signale zu erhalten, und erzeugt Positionsdaten, welche den Ort des Objekts innerhalb dreier Dimensionen ausdrücken, auf der Grundlage der empfangenen Signale.
Bei dieser Art der Richtungserfassungsvorrichtung verwendet ein Betriebsprinzip zum Erfassen der Richtung des Zielobjekts, bei welchem das Zielobjekt lokalisiert wird, das sogenannte Triangulationsverfahren, das schematisch in 23 beschrieben ist. Bei diesem Triangulationsverfahren zum Erfassen eines auf einer zweidimensionalen Ebene befindlichen Zielobjekts wird eine Übertragungswelle wie etwa eine Funkwelle, eine Ultraschallwelle und dergleichen in Richtung möglicher Richtungen, in welcher erwartet wird, dass sich das Zielobjekt befindet, von der Richtungserfassungsvorrichtung aus übertragen bzw. ausgesendet. Falls sich das Zielobjekt in einer Richtung befindet, kann eine von dem Zielobjekt reflektierte Welle durch zwei Empfangsvorrichtungen 1A und 1B in 23 empfangen werden. Die zwei Empfangsvorrichtungen sind so angeordnet, dass sie sich mit einem vorbestimmten Abstand d voneinander befinden. Somit liegt eine Differenz in Ankunftszeiten Δt vor, die als eine zeitliche Differenz zwischen einer Zeit, wenn die von dem Zielobjekt reflektierte Welle durch die Empfangsvorrichtung 1A erfasst werden kann, und einer weiteren Zeit, wenn die von dem Zielobjekt reflektierte Welle durch die Empfangsvorrichtung 1B in 23 erfasst werden kann, jeweils definiert ist. Die Differenz in Ankunftszeiten Δt hängt von der Richtung des Zielobjekts ab, in welcher das Zielobjekt vorliegt. Die Richtung des Zielobjekts wird durch einen Winkel θ ausgedrückt, der durch die Zielobjektrichtung mit einer Richtung senkrecht zu einer Linie, auf welcher sich die Empfangsvorrichtungen 1A und 1B befinden, ausgebildet wird. Nachstehend wird der Winkel θ aus Gründen der Vereinfachung manchmal als die Zielobjektrichtung bezeichnet. Falls die Differenz zwischen den Ankunftszeiten Δt gemessen werden kann, ist eine Differenz der Wege, die von dem Zielobjekt zu den Empfangsvorrichtungen 1A und 1B durchlaufen werden, gegeben durch
wobei c eine Geschwindigkeit einer Messwelle ist, d.h., falls eine Ultraschallwelle als die Messwelle verwendet wird, ist c die Schallgeschwindigkeit, und d der vorbestimmte Abstand zwischen den Empfängerelementen 1A und 1B ist. Daher ist die Zielobjektrichtung θ gegeben durch
Des Weiteren kann auch ein Abstand zu dem Zielobjekt gemessen werden, falls eine Laufzeit Δt zwischen einer Übertragungszeit, wenn die Messwelle ausgesendet wird, und einer Empfangszeit, wenn die reflektierte Welle durch wenigstens eine der Empfangsvorrichtungen erfasst wird, gemessen wird. Bei diesem Verfahren zum Erfassen der Zielobjektrichtung θ ist es jedoch erforderlich, die Zeiten zu messen, wenn die Front der reflektierten Welle von dem Zielobjekt aus genau gemessen wird. Aufgrund der industriellen Anforderung einer Verkleinerung der Vorrichtung zur Verwendung neigt der vorbestimmte Abstand d zwischen den Empfangsvorrichtungen dazu, klein zu werden. Da die Schallgeschwindigkeit c konstant ist, ist daher die Differenz zwischen den Ankunftszeiten Δt umso kleiner, je kleiner der vorbestimmte Abstand d ist. Falls des Weiteren eine Ultraschallwelle als die Messwelle verwendet wird, ist es schwierig, die Differenz zwischen den Ankunftszeiten Δt zu messen, da die Ultraschallwelle anfällig ist für Störungen und eine Nichtlinearität eines Mediums wie etwa Luft, in welchem sich die Ultraschallwelle ausbreitet. Dann wird es selbst in dem vorstehend erwähnten zweidimensionalen Fall schwierig, die Differenz zwischen den Ankunftszeiten Δt genau zu messen. In dem realistischen Fall ist es erforderlich, die Zielobjektrichtung in drei Dimensionen zu bestimmen, wobei die Zielobjektrichtung durch wenigstens zwei Parameter parametrisiert ist, wie in 26 gezeigt.
Es gibt ein anderes Verfahren zum Schätzen der Zielobjektrichtung θ. Gemäß der Darstellung in 24B wird die Zielobjektrichtung θ aus einer Differenz in der Phase der reflektierten Welle Δϕ zwischen einer Phase der reflektierten Welle an einer Position, an welcher sich die Empfangsvorrichtung 1A befindet, und einer weiteren Phase der reflektierten Welle an einer weiteren Position, an welcher sich die Empfangsvorrichtung 1B befindet, erhalten. Sei die Wellenlänge der reflektierten Welle, die gleich der Wellenlänge der Suchwelle bzw. Messwelle ist, λ, dann ist die Zielobjektrichtung θ gegeben durch
wobei Δϕ die Phasendifferenz der reflektierten Welle zwischen denjenigen, die durch die Empfangsvorrichtungen 1A und 1B erfasst werden, und d der vorbestimmte Abstand zwischen den Empfangsvorrichtungen 1A und 1B ist. Daher ist es auch dann, wenn die Differenz Δt zwischen den Ankunftszeiten, an welchen die Front der reflektierten Welle Positionen, an welchen sich die Empfangsvorrichtungen 1A und 1B befinden, erreicht, nicht gemessen werden kann und nur die Phasendifferenz der reflektierten Welle Δϕ zwischen jenen, die durch die Empfangsvorrichtungen 1A und 1B erfasst werden, gemessen werden kann, möglich, die Zielobjektrichtung θ mittels der vorstehenden mathematischen Formel (15) zu erhalten.
Bei den Verfahren zum Erfassen der Zielobjektrichtung auf der Grundlage der Phasendifferenz der reflektierten Welle Δϕ zwischen denjenigen, die durch die Empfangsvorrichtungen erfasst werden, ist es aufgetreten, dass es, um die Zielobjektrichtung θ eindeutig zu erhalten, erforderlich ist, den vorbestimmten Abstand d zwischen den Empfangsvorrichtungen so festzulegen, dass er kleiner als die Hälfte der Wellenlänge λ der Suchwelle ist.
25A stellt einen Graph dar, der eine Beziehung zwischen einer Zielobjektrichtung θ und einer Phasendifferenz der reflektierten Welle Δϕ zwischen denjenigen, die durch die Empfangsvorrichtungen empfangen werden, in dem Fall repräsentiert, in welchem der vorbestimmte Abstand d auf 0,75 λ festgelegt ist, was größer als die Hälfte der Wellenlänge λ ist. Es kann aus 25A ersehen werden, dass in einigen Gebieten der Phasendifferenz der reflektierten Welle Δϕ, konkret in dem Gebiet zwischen 90 Grad und 180 Grad, mehrere Zielobjektrichtungen θ einer Phasendifferenz der reflektierten Welle Δϕ entsprechen. D.h., die Zielobjektrichtung θ weist in dem Gebiet zwischen 90 Grad und 180 Grad keine eindeutige Abhängigkeit von der Differenz in den gemessenen Phasen der reflektierten Welle Δϕ auf. In 25A werden für eine gegebene Differenz Δϕ in den gemessenen Phasen der reflektierten Welle zwei mögliche Werte der Zielobjektrichtung θ₁ und θ₂ gefunden. Daher ist die Zielobjektrichtung θ nicht bestimmt.
25B stellt einen Graph dar, der eine Beziehung zwischen einer Zielobjektrichtung θ und einer Phasendifferenz der reflektierten Welle Δϕ zwischen denjenigen, die durch die Empfangsvorrichtungen erfasst werden, in dem Fall repräsentiert, in welchem der vorbestimmte Abstand d auf 0,5 λ festgelegt ist. Wie in 25B gesehen werden kann, ist die Zielobjektrichtung θ eine einwertige Funktion der Phase der reflektierten Welle Δϕ. Wenn daher ein Wert der Phase der reflektierten Welle Δϕ gemessen wird, ist die Zielobjektrichtung θ eindeutig bestimmt.
Im Einzelnen sei gemäß der Darstellung in 23 der vorbestimmte Abstand zwischen den Empfangsvorrichtungen d, eine gemessene Zielobjektrichtung, von welcher aus die reflektierte Welle der Suchwelle von dem Zielobjekt aus erreicht wird, θ und eine geschätzte Zielobjektrichtung, die durch die Zielobjektrichtung mit einer Richtung senkrecht zu einer Linie, auf welcher sich die Empfangsvorrichtungen 1A und 1B befinden, ausgebildet ist, θ, dann erfüllen diese Größen die nachstehende Gleichung:
wobei n eine ganze Zahl ist. Aus der Gleichung (16) wird der nachstehende mathematische Ausdruck erhalten:
Aus dem mathematischen Ausdruck (16) kann ersehen werden, dass dann, wenn der vorbestimmte Abstand zwischen den Empfangsvorrichtungen d und die Wellenlänge der Suchwelle λ eine Beziehung d ≥ 0,5 λ erfüllen, es eine Mehrzahl von ganzen Zahlen n derart gibt, dass die rechte Seite des mathematischen Ausdrucks (16) Werte von –1 bis +1 annehmen kann. Diese Tatsache führt zu einem Ergebnis, dass eine Mehrzahl erwarteter Werte der Zielobjektrichtung θ erhalten werden. Je größer der vorbestimmte Abstand zwischen den Empfangsvorrichtungen d ist, umso größer ist die Anzahl der erwarteten Werte der Zielobjektrichtung θ.
Sei z.B. d = 1,0 λ und θ = 60°, dann wird die Zielobjektrichtung θ aus dem mathematischen Ausdruck (16) als θ = 60° und θ = –7,7° erhalten. Der erstere Wert θ = 60° ist ein realistisches Ergebnis, welches eine Richtung ist, in welcher das Zielobjekt tatsächlich vorliegt, während der letztere Wert θ = –7,7° ein Bild, d.h., ein fiktives Ergebnis ist.
Daher sollte der vorbestimmte Abstand d zwischen den Empfangsvorrichtungen so festgelegt sein, dass er kleiner oder gleich 0,5 λ ist, um die Zielobjektrichtung θ eindeutig zu bestimmen.
Es lagen jedoch nur Empfangsvorrichtungen vor, deren Durchmesser größer als die Hälfte der Wellenlänge λ ist, und es ist schwierig, eine Empfangsvorrichtung herzustellen, deren Durchmesser kleiner als die Hälfte der Wellenlänge λ ist.
Als eine Empfangsvorrichtung wird häufig ein Ultraschallsensor eingesetzt. Einer der Gründe für die Schwierigkeit, einen Ultraschallsensor herzustellen, dessen Durchmesser kleiner als die Hälfte der Wellenlänge λ ist, wird nachstehend beschrieben.
26A ist eine Frontalsicht, welche ein Ultraschallmikrophon J10 zur Verwendung in einem Ultraschallsensor zeigt, 26B ist eine Seitenansicht, die das Ultraschallmikrophon J10 von rechts zeigt, und 26C ist eine Ansicht, die das Ultraschallmikrophon J10 von hinten zeigt. 27 ist eine entlang einer Linie A-A in 26A genommene Vertikalschnittansicht.
Das Ultraschallmikrophon J10 in 26A bis 27 ist in dem Ultraschallsensor enthalten, der in geeigneter Weise für die Zielobjektrichtungserfassungsvorrichtung verwendet werden kann.
Gemäß der Darstellung in 27 weist das Ultraschallmikrophon J10 ein piezoelektrisches Element J70 und ein hohles Gehäuse J30 auf. Das hohle Gehäuseelement J30 nimmt das piezoelektrische Element J70 und dergleichen in sich auf. Das hohle Gehäuseelement J30 ist durch ein Klemmelement J50 eingesetzt, wie es in 26C gezeigt ist. Das Klemmelement J50 ist beispielsweise aus Filz und Silikonkautschuk hergestellt. Das hohle Gehäuseelement J30 ist in dem in 26A bis 26C gezeigten Fall mit dem Klemmelement J50 versehen. 27 zeigt das Ultraschallmikrophon J10 in dem Fall, in welchem das Klemmelement J50 entfernt ist.
Gemäß der Darstellung in 27 weist das hohle Gehäuseelement J30 einen Innenraum J90 hierin mit einer abgerundet quaderförmigen Gestalt auf. In 24B kann gesehen werden, dass das hohle Gehäuseelement J30 mit einem Seitenwandabschnitt J40, der eine zylindrische Aussenoberfläche aufweist, und einem Schwingungsabschnitt J30a, der als eine Schwingungsplatte dient, versehen ist. Der Schwingungsabschnitt J30a ist an einem seitlichen Ende des Seitenwandabschnitts J40 angeordnet und weist eine rund geformte Aussenoberfläche J30b auf, die eine Schwingungsoberfläche J30b genannt wird. Nachstehend entspricht eine Vorderseite der Seite, an welcher die Schwingungsoberfläche J30 angeordnet ist, und entspricht eine Rückseite der der Vorderseite gegenüberliegenden Seite. Das piezoelektrische Element J70 ist an einer Innenoberfläche des Schwingungsabschnitts J30a durch Verkleben (Bonding) befestigt.
Die Innenoberfläche des Seitenwandabschnitts J40 des hohlen Gehäuseelements J30 ist eingekerbt, um einen Kerbabschnitt J130 auszubilden, wie es in 27 gezeigt ist. Zwei Enden eines Zuführungsdrahts J110 sind durch Löten elektrisch mit dem piezoelektrischen Element J70 bzw. dem Kerbabschnitt J110 verbunden. So wird das piezoelektrische Element J70 durch das hohle Gehäuseelement J30 hindurch durch einen Impuls eines elektrischen Stroms aktiviert.
Ein Betriebsprinzip des Ultraschallmikrophons J10 stellt sich so dar, dass dann, wenn dem piezoelektrischen Element J70 der Impuls eines elektrischen Stroms von einer elektrische Zuführung aus (nicht näher dargestellt) durch den Zuführungsdraht J110 hindurch zugeführt wird, um zu schwingen, der Schwingungsabschnitt J30a mit dem piezoelektrischen Element J70 in Resonanz kommt. So wird ein Impuls einer Ultraschallwelle erzeugt.
Eines von Verfahren zum Anordnen einer Mehrzahl der Mikrophone J10 derart, dass sie sich in Ausrichtung mit einem vorbestimmten Abstand d ≤ λ2 befinden, weist einen Schritt eines Festlegens der Wellenlänge λ der Ultraschallwelle so, dass sie so lang wie möglich ist, auf. Eine Resonanzfrequenz ist als ein Kehrwert einer Wellenlänge λ definiert. Somit ist es vorzuziehen, dass die Resonanzfrequenz so kurz wie möglich ist. 28A zeigt eine Tatsache, dass mit kleiner werdender Resonanzfrequenz, d.h., mit länger werdender Wellenlänge der Ultraschallwelle, der Durchmesser des Mikrophons J10 größer wird. Mit anderen Worten, der Durchmesser des Mikrophons J10 hängt im umgekehrten Verhältnis von der Resonanzfrequenz ab.
28B zeigt verschiedene Beziehungen zwischen dem Durchmesser des Mikrophons J10 und der Resonanzfrequenz, wobei jede Kurve dem Fall entspricht, in welchem eine gegebene Dicke des Schwingungsabschnitts J30a ausgewählt ist. In 28A und 28B kann gesehen werden, dass dann, wenn die Dicke des Schwingungsabschnitts J30a reduziert wird, während der Durchmesser des Mikrophons J10 konstant gehalten wird, eine Reduzierung der Frequenz des Impulses der Ultraschallwelle verwirklicht werden kann. So scheint es, dass eine Möglichkeit zum Anordnen der Ultraschallmikrophone derart, dass sie sich in Ausrichtung mit einem kürzeren Abstand als der Hälfte der Wellenlänge λ befinden, erscheint. Falls jedoch das Ultraschallmikrophon J10 derart hergestellt ist, dass der Schwingungsabschnitt J30 aus einer dünnen Platte hergestellt ist, wird es schwierig, die ausreichende Festigkeit des Schwingungsabschnitts J30a aufrechtzuerhalten.
Aus den vorstehend erwähnten Gründen muss der Durchmesser jedes Empfängerelements größer als λ/2 sein, sodass es schwierig ist, den Abstand zwischen benachbarten Empfängerelementen kleiner als λ/2 zu machen.
(Gesamtkonfiguration)
Gemäß der Darstellung in 1 ist die Objekterfassungsvorrichtung 1 gegliedert in ein Senderelement 3 zum Abstrahlen von Ultraschallwellen als Messwellen, einen Senderabschnitt 5 zum Treiben des Senderelements, um die als aufeinanderfolgende Impulse modulierten Ultraschallwellen (nachstehend als Ultraschallwellenimpulse bezeichnet) abzustrahlen, eine Empfängerelementengruppierung (Array) 7 mit vier Empfängerelementen E1 ~ E4 zum Empfangen von Ultraschallwellen und einen Empfängerabschnitt 9, der die den Ort des Objekts innerhalb von drei Dimensionen ausdrückenden Positionsdaten durch Demodulieren und Verarbeiten empfangener Ultraschallwellenimpulse, die von dem Senderelement 3 aus abgestrahlt worden sind, erzeugt. Die Betriebsweise des Empfängerabschnitts 9 basiert auf Zeitsignalen (nachstehend beschrieben), die von dem Senderabschnitt 5 aus gesendet werden.
Der Senderabschnitt 5 weist einen Sendezeitsteuerungsabschnitt 11, der Zeitsignale zum Bestimmen der Übertragungszeiten der Ultraschallwellenimpulse erzeugt, und einen Sendesignalerzeugungsabschnitt 13, der ein Sendesignal zum Treiben des Senderelements 3, um aufeinanderfolgende Ultraschallwellenimpulse abzustrahlen, erzeugt, auf. Das Sende- bzw. Übertragungssignal wird durch Impulsmodulieren eines Trägersignals mit einer Ultraschallfrequenz unter Verwendung einer vorbestimmten Impulsbreite (250 Mikrosekunden in dieser Ausführungsform) und einer vorbestimmten Impulsfrequenz (40 kHz in dieser Ausführungsform) erzeugt, wobei die Ultraschallwellenimpulse auf der Grundlage der Zeitsignale aus dem Sendezeitsteuerungsabschnitt 11 erzeugt werden.
Gemäß der Darstellung in 2 weist die Empfängerelementengruppierung 7 vier Empfängerelemente E1 ~ E4 auf, die jeweils an den vier Ecken eines Quadrats angeordnet sind. Wird die Länge jeder Seite des Quadrats (d.h., der Abstand zwischen jeweiligen Mitten benachbarter Empfängerelemente, gemessen entlang der Richtung einer Seite des Quadrats) mit d und die Wellenlänge der von dem Senderelement 3 aus abgestrahlten Ultraschallwellenimpulse mit λ bezeich net, ist die Beziehung d ≥ λ/2 hergestellt. Die Empfängerelemente E1 ~ E4 liegen einer Richtung, die normal zu der Ebene des Quadrats ist, gegenüber, während die Orientierungen der Seiten des Quadrats der horizontalen und der vertikalen Richtung entsprechen. Von der Vorderseite der Empfängerelementengruppierung 7 aus betrachtet, sind die Empfängerelemente mit dem Element E1 links oben, dem Element E2 rechts oben, dem Element E3 links unten und E4 rechts unten angeordnet.
Gemäß der Darstellung in 3A bis 3D wird das aus den Empfängerelementen E1, E2 ausgebildete Elementenpaar als EP12 bezeichnet werden, wird das aus den Empfängerelementen E3, E4 ausgebildete Elementenpaar als EP34 bezeichnet werden, wird das aus den Empfängerelementen E1, E3 ausgebildete Elementenpaar als EP13 bezeichnet werden, wird das aus den Empfängerelementen E2, E4 ausgebildete Elementenpaar als EP24 bezeichnet werden, wird das aus den Empfängerelementen E1, E4 ausgebildete Elementenpaar als EP14 bezeichnet werden und wird das aus den Elementen E2, E3 ausgebildete Elementenpaar als EP23 bezeichnet werden. Jedes der Elementenpaare EP12, EP34, EP123, EP24 wird als „Paar gleicher Seite" bezeichnet werden, während jedes der Elementenpaare EP14, EP23 als ein „diagonal gegenüberliegendes Paar" bezeichnet werden wird.
(Konfiguration des Empfangsabschnitts)
Zurück zu 1 weist der Empfängerabschnitt 9 eine Gruppe von Demodulatorabschnitten 21 auf, die eine Quadraturdemodulation der jeweiligen empfangenen Signale aus den Empfängerelementen E1 ~ E4 durchführen, um demodulierte Signale R_i (wobei i = 1, 2, 3, 4) zu erzeugen, die jeweils aus I-und Q-quadraturdemodulierten Signalen ausgebildet sind. Der Empfängerabschnitt 9 weist ferner einen Abstandsberechnungsabschnitt 23, der den Abstand L zu einem Objekt auf der Grundlage der demodulierten Signale R1, R2, R3, R4 aus den Demodulatorabschnitten 21 berechnet, und einen ersten Kandidatengruppener zeugungsabschnitt 25, der eine Mehrzahl von Richtungskandidaten erzeugt, auf, wobei jeder Richtungskandidat als eine Kombination eines geschätzten Azimutwinkels ϕ_k1 und eines geschätzten Höhenwinkels θ_k1 (wobei k1 = 1, 2, ...) ausgedrückt ist, wobei „Azimutwinkel" und „Höhenwinkel" die vorstehend unter Bezugnahme auf 29 definierten Bedeutungen aufweisen.
Der Satz von Richtungskandidaten, die durch den ersten Kandidatengruppenerzeugungsabschnitt 25 erzeugt werden, wird nachstehend als die erste Gruppe von Richtungskandidaten (ϕ_k1, θ_k1) bezeichnet werden, und diese werden durch den ersten Kandidatengruppenerzeugungsabschnitt 25 aus den demodulierten Signalen R1 bis R4 auf der Grundlage einer Phasendifferenz zwischen empfangenen Signalen aus dem Elementenpaar gleicher Seite EP12 und einer Phasendifferenz zwischen empfangenen Signalen aus dem Elementenpaar gleicher Seite EP13 hergeleitet.
Der Empfängerabschnitt 9 weist ferner einen zweiten Richtungskandidatengruppenerzeugungsabschnitt 26 auf, der eine zweite Mehrzahl von Richtungskandidaten erzeugt, die als die zweite Gruppe von Richtungskandidaten (ϕ_k2, θ_k2) bezeichnet werden (wobei k2 = 1, 2, ...). Diese werden durch den ersten Kandidatengruppenerzeugungsabschnitt 25 aus den demodulierten Signalen R1 bis R4 auf der Grundlage einer Phasendifferenz zwischen empfangenen Signalen aus dem diagonal gegenüberliegenden Elementenpaar EP14 und einer Phasendifferenz zwischen empfangenen Signalen aus dem diagonal gegenüberliegenden Elementenpaar EP23 hergeleitet.
Der Empfängerabschnitt 9 weist auch einen Richtungsbestimmungsabschnitt 27, der einen Azimutwinkel ϕ und einen Höhenwinkel θ der geschätzten Richtung eines Objekts auf der Grundlage der ersten Richtungskandidaten und der zweiten Richtungskandidaten bestimmt, und einen Positionsumwandlungsabschnitt 29 auf. Gemäß der Darstellung in 29 erzeugt der Positionsumwandlungsabschnitt 29 Positionsdaten (XT, VT, ZT) für das Objekt auf der Grundlage des Abstands L des Objekts, wie durch den Abstandsberechnungsabschnitt 23 berechnet, und des Azimutwinkels ϕ und des Höhenwinkels θ, die durch den Richtungsbestimmungsabschnitt 27 bestimmt werden.
Der Abstandsberechnungsabschnitt 23 berechnet die Abstandswerte auf der Grundlage der Zeit, die von einer Sendezeit (angegeben durch ein Zeitsignal) bis zu einer Empfangszeit (hergestellt aus den demodulierten Signalen R1 ~ R4) verstreicht, und der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Ultraschallwellen.
Jeder Demodulatorabschnitt 21 ist eine Schaltung bekannter Art mit einem A/D-Wandler, der ein empfangenes Signal in ein digitales Signal umwandelt, einem Quadraturdemodulator, der eine Quadraturdemodulation der digitalen Signale durchführt, und einem Tiefpassfilter zum Ausschließen hochfrequenter Komponenten aus den demodulierten Signalen, etc.
Erster und zweiter Richtungspaarkandidatengruppenerzeugungsabschnitt
4A ist ein Blockdiagramm, welches die Konfiguration des ersten Richtungskandidatengruppenerzeugungsabschnitts 25 zeigt, und 4B ist ein Blockdiagramm, welches die Konfiguration des zweiten Richtungskandidatengruppenerzeugungsabschnitts 26 zeigt. Gemäß der Darstellung in 4A weist der erste Kandidatengruppenerzeugungsabschnitt 25 einen Phasendifferenzenberechnungsabschnitt 31, der die Phasendifferenz ΔΦ_1,2 zwischen den demodulierten Signalen R1, R2 berechnet, einen Phasendifferenzenberechnungsabschnitt 33, der die Phasendifferenz ΔΦ_1,3 zwischen den demodulierten Signalen R1, R3 berechnet, und einen Richtungsschätzabschnitt 35 auf. Der Richtungsschätzabschnitt 35 leitet einen oder mehrere Azimutwinkel aus der Phasendifferenz ΔΦ_1,2 her und leitet einen oder mehrere Höhenwinkel aus der Phasendifferenz ΔΦ_1,3 her und kombiniert diese als alle der möglichen unterschiedlichen Paare, die jeweils aus einem Azimutwinkel und einem Höhenwinkel ausgebildet sind, um hierdurch eine Mehrzahl geschätzter Objektrichtungen zu erzeugen. Diese werden durch den Richtungsschätzabschnitt 35 als die ersten Richtungskandidaten (ϕ_k1, θ_k1) ausgegeben.
Der Richtungsschätzabschnitt 35 verwendet die nachstehende Gleichung (13), die durch Einsetzen von ΔΦ in die rechte Seite der Gleichung (1) erhalten wird, wobei der Azimutwinkel mit ϕ bezeichnet wird und der Höhenwinkel mit θ bezeichnet wird. Durch aufeinanderfolgendes Einsetzen jedes der Phasendifferenzenwerte ΔΦ_1,2 und ΔΦ_1,3 (wie vorstehend beschrieben hergeleitet) als ΔΦ in Gleichung (18) wird der entsprechende horizontale oder Höhenwinkel (ϕ oder θ) als ein Wert α, der innerhalb des Bereichs –90° ~ 90° liegt, berechnet wie folgt:
Falls z.B. der Empfängerelementenabstand d in jedem Elementenpaar gleicher Seite gleich λ ist und die Phasendifferenz ΔΦ = 0 ist, dann wird aus Gleichung (18) ein Satz von drei Azimutwinkelwerten ϕ erhalten (90°, 0°, +90°) und werden auch drei Höhenwinkelwerte θ (90°, 0°, +90°) erhalten. So wird, in dem Graph von 5A durch die Punkte angegeben, ein Satz von neun Richtungskandidaten hergeleitet.
Die vorgenannte Verarbeitung, die zum Herleiten der ersten Richtungskandidaten durch den ersten Richtungskandidatengruppenerzeugungsabschnitt ausgeführt wird, kann z.B. in der in dem Flussdiagramm von 21 gezeigten Abfolge durchgeführt werden.
In Schritt S500 empfangen die Empfängerelemente E1 ~ E3 die jeweiligen demodulierten Signale R1 ~ R3.
Als nächstes berechnet der Phasendifferenzenberechnungsabschnitt 31 in Schritt S510 die Phasendifferenz ΔΦ_1,2 zwischen den demodulierten Signalen R1 und R2.
Dann schätzt der Richtungsschätzabschnitt 35 in Schritt S520 aus der Phasendifferenz ΔΦ_1,2 unter Verwendung der Gleichung (18) durch Ersetzen von ΔΦ in Gleichung (18) durch ΔΦ_1,2 wenigstens einen Azimutwinkel. Gleichung (18) gibt manchmal eine Mehrzahl von Azimutwinkeln aus.
Als nächstes berechnet der Phasendifferenzenberechnungsabschnitt 33 in Schritt S530 die Phasendifferenz ΔΦ_1,3 zwischen den demodulierten Signalen R1 und R3. Dann schreitet die Prozedur zu Schritt S540 fort.
In Schritt S540 schätzt der Richtungsschätzabschnitt 35 aus der Phasendifferenz ΔΦ1,3 unter Verwendung der Gleichung (18) durch Ersetzen von ΔΦ in Gleichung (18) durch ΔΦ1,3 wenigstens einen Höhenwinkel. Gleichung (18) gibt manchmal eine Mehrzahl von Höhenwinkeln aus.
Als nächstes kombiniert der Richtungsschätzabschnitt 35 in Schritt S550 die geschätzten Azimutwinkel, die unter Verwendung der Gleichung (18) in Schritt S520 berechnet werden, und die geschätzten Höhenwinkel, die unter Verwendung der Gleichung (18) in Schritt S540 berechnet werden, durch Ausbilden aller möglichen unterschiedlichen Paare, wobei diese jeweils aus einem Azimutwinkel und einem Höhenwinkel ausgebildet werden, um eine Mehrzahl geschätzter Objektrichtungen zu erzeugen.
Schließlich gibt der Richtungsschätzabschnitt 35 in Schritt S560 die ersten Richtungskandidaten (ϕ_k1, θ_k1) aus.
Der zweite Richtungskandidatengruppenerzeugungsabschnitt 26, der in 4B gezeigt ist, weist eine Phasendifferenzenberechnungsabschnitt 41, der die Phasendifferenz ΔΦ_1,4 zwischen den demodulierten Signalen R1, R4 berechnet, einen Phasendifferenzenberechnungsabschnitt 43, der die Phasendifferenz ΔΦ_2,3 zwischen den demodulierten Signalen R2, R3 berechnet, und einen Richtungsschätzabschnitt 45 auf. Der Richtungsschätzabschnitt 45 leitet geschätzte Objektrichtungskomponenten bezüglich der Gruppierungsrichtung der Empfängerelemente E1, E4 (wobei diese Gruppierungsrichtung nachstehend als die erste Diagonalrichtung bezeichnet werden wird) auf der Grundlage der Phasendifferenz ΔΦ_1,4 her und leitet geschätzte Objektrichtungskomponenten bezüglich der Gruppierungsrichtung der Empfängerelemente E2, E3 (wobei diese Gruppierungsrichtung als die zweite Diagonalrichtung bezeichnet werden wird) auf der Grundlage der Phasendifferenz ΔΦ_2,3 her. Der Richtungsschätzabschnitt 45 leitet alle möglichen unterschiedlichen Paare, die jeweils aus einem Richtungskomponentenwinkel bezüglich der ersten Diagonalrichtung und einem Richtungskomponentenwinkel bezüglich der zweiten Diagonalrichtung ausgebildet sind, her, um hierdurch eine Mehrzahl geschätzter Objektrichtungen relativ zu einem um 45° bezüglich des Horizontalvertikal-Koordinatensystems gedrehten Koordinatensystem zu erhalten. Der zweite Richtungskandidatengruppenerzeugungsabschnitt 26 weist ferner einen Koordinatenumwandlungsabschnitt 47 auf, der geschätzte Objektrichtungen, die durch den Richtungsschätzabschnitt 45 erzeugt werden, in das Horizontal-Vertikal-Koordinatensystem (d.h., jenes des Richtungsschätzabschnitts 35) umwandelt. Die geschätzten Objektrichtungen, deren Koordinaten durch den Koordinatenumwandlungsabschnitt 47 umgewandelt worden sind, werden als die zweiten Richtungskandidaten (ϕ_k2, θ_k2) ausgegeben.
Der Richtungsschätzabschnitt 45 verwendet die nachstehende Gleichung (19), um Richtungswinkelkandidaten α' bezüglich der ersten Diagonalrichtung innerhalb des Bereichs –90° bis +90° durch Einsetzen der Phasendifferenzen ΔΦ_1,4 als ΔΦ in die Gleichung zu berechnen. Zur Verkürzung der Beschreibung werden diese Richtungswinkelkandidaten α', die bezüglich der ersten Diagonalrichtung erhalten werden, als die ersten Diagonalwinkel bezeichnet werden. Gleichermaßen berechnet der Richtungsschätzabschnitt 45 Richtungswinkelkandidaten α' bezüglich der zweiten Diagonalrichtung innerhalb des Bereichs –90° bis +90° durch Einsetzen der Phasendifferenz ΔΦ_2,3 als ΔΦ in die Gleichung. Diese Kandidatenrichtungswinkel α', die bezüglich der zweiten Diagonalrichtung erhalten werden, werden nachstehend als die zweiten Diagonalwinkel bezeichnet werden. Die Winkel α' werden aus dem nachstehenden mathematischen Ausdruck erhalten:
Falls z.B. der Elementenabstand d in jedem Elementenpaar gleicher Seite gleich λ ist und die Phasendifferenz ΔΦ 0 beträgt, dann werden aus Gleichung (19) ein Satz von drei ersten Diagonalwinkeln (–45°, 0°, +45°) und ein Satz von drei zweiten Diagonalwinkeln (–45°, 0°, +45°) erhalten werden.
Der Koordinatenumwandlungsabschnitt 47 wandelt diese drei ersten Diagonalwinkel und drei zweiten Diagonalwinkel in das Horizontal-Vertikal-Koordinatensystem um (d.h., Drehung um 45°), um drei entsprechende Azimutwinkel ϕ und drei entsprechende Höhenwinkel θ zu erhalten. Als ein Ergebnis in diesem Fall wird eine Gurppe von neun (3 × 3) Richtungskandidaten als die zweite Richtungskandidatengruppe erhalten werden, die als die neun Punkte repräsentiert werden, die in dem Graph von 5B gezeigt sind.
Die vorgenannte Verarbeitung, die durch den zweiten Richtungskandidatengruppenerzeugungsabschnitt zum Herleiten der zweiten Richtungskandidaten ausgeführt wird, kann beispielsweise in der in dem Flussdiagramm von 22 gezeigten Abfolge durchgeführt werden.
In Schritt S600 empfangen die Empfängerelemente E1 ~ E4 die jeweiligen demodulierten Signale R1 ~ R4.
Als Nächstes berechnet der Phasendifferenzenberechnungsabschnitt 41 in Schritt S610 die Phasendifferenz ΔΦ_1,4 zwischen den demodulierten Signalen R1 und R4. Hierbei wird diese Gruppierungsrichtung der Empfängerelemente E1 und E4 als EP14-Richtung bezeichnet, die gegenüber dem Horizontal-/Vertikal-Koordinatensystem um 45° gedreht ist, wie es in 3C gezeigt ist.
Dann schätzt der Richtungsschätzabschnitt 45 in Schritt S620 aus der Phasendifferenz ΔΦ_1,4 unter Verwendung der Gleichung (19) durch Ersetzen von ΔΦ in Gleichung (19) durch ΔΦ_1,4 wenigstens einen Azimutwinkel. Gleichung (19) gibt manchmal eine Mehrzahl von Azimutwinkeln aus.
Als Nächstes berechnet der Phasendifferenzenberechnungsabschnitt 43 in Schritt S630 die Phasendifferenz ΔΦ_2,3 zwischen den demodulierten Signalen R2 und R3. Im Folgenden wird diese Gruppierungsrichtung der Empfängerelemente E2 und E3 als EP23-Richtung bezeichnet, die gegenüber dem Horizontal-/Vertikal-Koordinatensystem um 45° gedreht ist, wie es in 3D gezeigt ist. Dann schreitet die Prozedur zu Schritt S640 fort.
In Schritt S640 schätzt der Richtungsschätzabschnitt 45 aus der Phasendifferenz ΔΦ_1,3 unter Verwendung der Gleichung (19) durch Ersetzen von ΔΦ in Gleichung (19) durch ΔΦ_1,3 wenigstens einen Höhenwinkel. Gleichung (19) gibt manchmal eine Mehrzahl von Höhenwinkeln aus.
Als nächstes kombiniert in Schritt S650 der Richtungsschätzabschnitt 45 die geschätzten Azimutwinkel, die durch Verwendung der Gleichung (19) in Schritt S620 berechnet werden, und die geschätzten Höhenwinkel, die durch Verwenden der Gleichung (19) in Schritt S640 berechnet werden, durch Ausbilden aller möglichen unterschiedlichen Paare, wobei jedes aus einem Azimutwinkel und einem Höhenwinkel ausgebildet ist, um eine Mehrzahl geschätzter Objektrichtungen (ϕ, θ) zu erzeugen. Dann schreitet die Prozedur zu Schritt S660 fort.
In Schritt S660 dreht der Koordinatenumwandlungsabschnitt 47 die Mehrzahl der geschätzten Objektrichtungen (ϕ, θ) um 45°, um Versatzwinkel aufgrund der Tatsachen, dass die EP14- und die EP23-Richtung um 45° gegenüber dem Horizontal-Nertikal-Koordinatensystem gedreht sind, zu korrigieren.
Schließlich gibt der Koordinatenumwandlungsabschnitt 47 in Schritt S670 die zweiten Richtungskandidaten (ϕ_k2, θ_k2) aus.
(Richtungsbestimmungsabschnitt)
Unter Bezugnahme auf das in 6 gezeigte Flussdiagramm wird nachstehend die durch den Richtungsbestimmungsabschnitt 27 ausgeführte Verarbeitung zur Bestimmung der Richtung eines Objekts auf der Grundlage der ersten Richtungskandidaten und der zweiten Richtungskandidaten, die durch den ersten Richtungskandidatengruppenerzeugungsabschnitt 25 und den zweiten Richtungskandidatengruppenerzeugungsabschnitt 26 erzeugt werden, beschrieben werden. Diese Verarbeitung wird jedes Mal ausgeführt, wenn ein Ultraschallwellenimpuls übertragen bzw. ausgesendet wird und dann eine erste Richtungskandidatengruppe und ein zweite Richtungskandidatengruppe erzeugt werden.
Ein Beispiel einer Verarbeitungsabfolge zum Herleiten der ersten Richtungskandidatengruppe, die durch den ersten Richtungskandidatengruppenerzeugungsabschnitt 25 ausgeführt wird, ist in dem Flussdiagramm von 21 gezeigt. Eine Verarbeitungsabfolge zum Herleiten der zweiten Richtungskandidatengruppe, die durch den ersten Richtungskandidatengruppenerzeugungsabschnitt 25 ausgeführt wird, ist in dem Flussdiagramm von 22 gezeigt.
Wenn die Verarbeitung durch den Richtungsbestimmungsabschnitt 27 beginnt, werden zuerst in Schritt S100 von 6 alle Richtungskandidaten, die aus dem Empfangsstrahl herausfallen, d.h., für welche einer oder beide des Azimut- Winkels und des Höhenwinkels ausserhalb des Halbwinkels der Gruppierung der Empfängerelemente E1 ~ E4 liegen, aus einer weiteren Verarbeitung entfernt.
Als Nächstes wird in Schritt S110 eine Mehrzahl von Richtungspaarkandidaten hergeleitet. Jeder von diesen ist eine Kombination eines aus der ersten Richtungskandidatengruppe extrahierten Richtungskandidaten und eines aus der zweiten Richtungskandidatengruppe extrahierten Richtungskandidaten, wobei alle möglichen unterschiedlichen Kombinationen ausgenutzt werden. Die Differenz zwischen den Richtungsbestandteilen in jedem dieser Richtungspaarkandidaten wird dann für alle der Richtungspaarkandidaten hergeleitet (wobei diese Differenz, die einem Richtungspaarkandidaten entspricht, im Folgenden einfach als die Richtungsdifferenz bezeichnet wird).
Falls somit z.B. jede der ausgewählten ersten und zweiten Richtungskandidatengruppen aus neun Richtungen besteht, werden in Schritt S110 insgesamt 9 × 9, d.h., 81 Richtungspaarkandidaten und ein entsprechender Satz von 81 Richtungsdifferenzen erhalten werden.
Jede Richtungsdifferenz eines Richtungspaarkandidaten kann als ein innerhalb einer durch Koordinaten einer horizontalen Richtung und einer vertikalen Richtung gemäß beispielsweise der Darstellung in 5A, 5B definierten Ebene gemessener Abstand ausgedrückt werden, d.h., ist der Abstand zwischen zwei Punkten, die jeweils den zwei den Richtungspaarkandidaten bildenden Richtungen entsprechen.
Als nächstes wird in S120 der Richtungspaarkandidat ausgewählt, für welchen die zuvor erwähnte Richtungsdifferenz am kleinsten ist (wobei diese Differenz idealerweise Null beträgt, wenn sie reflektierten Wellen von einem tatsächlichen Zielobjekt entspricht). Wie vorstehend beschrieben, besteht jeder Richtungspaarkandidat aus einer Richtung aus der ersten Richtungskandidatengruppe und einer Richtung aus der zweiten Richtungskandidatengruppe. Mit dieser Aus führungsform wird in Schritt S130 von den zwei Richtungen, welche den ausgewählten Richtungspaarkandidaten bilden, die eine, die aus der ersten Richtungskandidatengruppe stammt, willkürlich als die erfasste Richtung (ϕ, θ) bestimmt. In Schritt S140 wird diese erfasste Richtung (ϕ, θ) an den Positionsumwandlungsabschnitt 29 ausgegeben, und dann ist die Verarbeitung beendet.
In S130 ist es nicht wesentlich, als die ausgewählte Richtung (ϕ, θ) diejenige Richtung, die aus der ersten Richtungskandidatengruppe stammt, auszuwählen. Es wäre gleichermaßen möglich, die aus der zweiten Richtungskandidatengruppe stammende Richtung auszuwählen oder den Mittelwert der zwei den ausgewählten Richtungspaarkandidaten bildenden Richtungen zu berechnen und diese mittlere Richtung als die erfasste Richtung zu bestimmen. Somit werden mit der Verarbeitung von 6 gemäß der Darstellung in dem Beispiel von 7 die erste Richtungskandidatengruppe und die zweite Richtungskandidatengruppe (mit den als jeweilige Punkte ausgedrückten Richtungen) in einer durch die horizontale und die vertikale Koordinatenachse ausgebildeten Ebene einander überlagert und wird das Paar der Richtungskandidaten, die einander am nächsten sind (d.h., welche idealerweise übereinstimmen sollten), als ein tatsächliches Bild repräsentierend ausgewählt, während die verbleibenden Richtungskandidaten als virtuelle Bilder eliminiert werden.
Wirkungen
Wie vorstehend beschrieben, weist bei dieser Ausführungsform die Objekterfassungsvorrichtung 1 eine Gruppierung von vier Empfängerelementen E1 bis E4 in einer quadratischen Formation angeordnet auf und nutzt Kombinationen dieser als zwei unterschiedliche Arten von Paaren von Empfängerelementen (d.h., die Elementenpaare gleicher Seite und die diagonal gegenüberliegenden Elementenpaare) aus, die jeweils unterschiedliche Abstandswerte zwischen benachbarten Elementen aufweisen, und wobei die zwei unterschiedlichen Arten von Paaren von Empfängerelementen jeweils unterschiedliche Gruppierungsrichtungen aufweisen.
Als ein Ergebnis kann die Objekterfassungsvorrichtung 1 eine Richtungserfassung sowohl für Azimut- als auch Höhenwinkel durchführen, wobei Richtungen, die virtuellen Bildern entsprechen, zurückgewiesen werden, während es ermöglicht wird, dass eine minimale Anzahl von Empfängerelementen ausgenutzt wird, selbst wenn der Abstand zwischen Mitten benachbarter Empfängerelemente gleich oder größer als eine Hälfte der Wellenlänge der Messwellen hergestellt ist. Somit kann ein Empfängerelement geeigneter Größe eingesetzt werden.
Zusätzlich kann aufgrund der Tatsache, dass die Phase empfangener Signale bei der Richtungserfassung verwendet wird, eine verbesserte Zuverlässigkeit und verringerte Überlagerungseffekte erzielt werden im Vergleich mit Verfahren, welche eine Schätzung von Richtungen auf der Grundlage empfangener Signalpegel einsetzen.
(Zweite Ausführungsform)
Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform beschrieben werden. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur in Bezug auf die Konfiguration eines ersten Kandidatengruppenerzeugungsabschnitts 25a, welcher den ersten Kandidatengruppenerzeugungsabschnitt 25 der ersten Ausführungsform ersetzt, sodass die Beschreibung sich auf diese von der ersten Ausführungsform unterscheidenden Punkte konzentrieren wird.
8 ist ein Blockdiagramm der zweiten Ausführungsform. Wie gezeigt, weist der erste Kandidatengruppenerzeugungsabschnitt 25a einen Phasendifferenzenberechnungsabschnitt 31, der die Phasendifferenz ΔΦ_1,2 zwischen den demodulierten Signalen R1, R2 berechnet, einen Phasendifferenzenberechnungsabschnitt 32, der die Phasendifferenz ΔΦ_3,4 zwischen den demodulierten Signalen R3, R4 berechnet, einen Phasendifferenzenberechnungsabschnitt 33, der die Phasendifferenz ΔΦ_1,3 zwischen den demodulierten Signalen R1, R3 berechnet, und einen Phasendifferenzenberechnungsabschnitt 34, der die Phasendifferenz ΔΦ_2,4 zwischen den demodulierten Signalen R2, R4 berechnet, auf. Der erste Kandidatengruppenerzeugungsabschnitt 25a weist ferner einen Phasendifferenzendurchschnittsberechnungsabschnitt 37, der einen Durchschnitt bzw. Mittelwert der Phasendifferenzen ΔΦ_1,2 und ΔΦ_3,4 berechnet, und einen Phasendifferenzendurchschnittsberechnungsabschnitt 38, der den Durchschnitt der Phasendifferenz ΔΦ_1,3 und ΔΦ_2,4 berechnet, auf.
Der erste Kandidatengruppenerzeugungsabschnitt 25a weist ferner einen Richtungsschätzabschnitt 35 auf, der die vorstehend beschriebene Gleichung (18) verwendet, wobei er die durch den Phasendifferenzendurchschnittsberechnungsabschnitt 37 berechnete durchschnittliche Phasendifferenz als ΔΦ einsetzt, um einen oder mehrere Werte α (welche in diesem Fall jeweils einen Azimutwinkel ϕ bilden), und die vorstehend beschriebene Gleichung (19) verwendet, wobei er die durch den Phasendifferenzendurchschnittsberechnungsabschnitt 38 berechnete durchschnittliche Phasendifferenz als ΔΦ einsetzt, um einen oder mehrere Werte α (welche in diesem Fall jeweils einen Höhenwinkel θ bilden). Der Richtungsschätzabschnitt 35 erzeugt dann eine Mehrzahl von Richtungen, die jeweils durch eine Kombination eines der Azimutwinkel aus dem Phasendifferenzendurchschnittsberechnungsabschnitt 37 und eines der Höhenwinkel aus dem Phasendifferenzendurchschnittsberechnungsabschnitt 38 ausgedrückt werden (d.h., es werden alle möglichen unterschiedlichen Richtungen erzeugt), und gibt die resultierenden erzeugten Richtungen als die erste Richtungskandidatengruppe aus.
Somit werden mit dieser Ausführungsform die Phasendifferenzen zwischen den Signalen aus dem Elementenpaar gleicher Seite EP12 und den Signalen aus dem Elementenpaar gleicher Seite EP34 (zwei Elementenpaare gleicher Seite, welche die gleiche Gruppierungsrichtung aufweisen), die in 3A bis 3D gezeigt sind, einer Mittelwertbildung durch den Phasendifferenzendurchschnittsbe rechnungsabschnitt 37 unterzogen, während die Phasendifferenzen zwischen den Signalen aus dem Elementenpaar gleicher Seite EP13 und den Signalen aus dem Elementenpaar gleicher Seite EP24 (zwei Elementenpaare gleicher Seite, welche die gleiche Gruppierungsrichtung aufweisen) einer Mittelwertbildung durch den Phasendifferenzendurchschnittsberechnungsabschnitt 38 unterzogen werden.
Als ein Ergebnis kann mit dieser Ausführungsform die Genauigkeit einer Bestimmung der durch die erste Richtungskandidatengruppe ausgedrückten Richtungen im Vergleich mit der ersten Ausführungsform erhöht werden. So kann durch Auswählen der Richtung, die aus der ersten Richtungskandidatengruppe stammt, wenn vorstehend beschriebener Schritt S130 ausgeführt wird, die Genauigkeit der Position, welche durch den Richtungsbestimmungsabschnitt 27 bestimmt wird (d.h., der endgültigen erfassten Richtung) erhöht werden, sodass die Genauigkeit der resultierenden Positionsdaten, die von dem Positionsumwandlungsabschnitt 29 ausgegeben werden, erhöht werden kann.
(Dritte Ausführungsform)
Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform beschrieben werden. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur in Bezug auf einen Teil der durch den Richtungsbestimmungsabschnitt 27 ausgeführten Verarbeitung, sodass sich die Beschreibung auf diese sich von der ersten Ausführungsform unterscheidenden Punkte konzentrieren wird.
9 ist ein Flussdiagramm der durch den Richtungsbestimmungsabschnitt 27 dieser Ausführungsform ausgeführten Verarbeitung. Gemäß der Darstellung in 9 ist im Vergleich mit der ersten Ausführungsform S100 weggelassen und sind S135 und S150 hinzugefügt.
Wenn die Verarbeitung begonnen wird, wird zunächst in S110 eine Mehrzahl von Richtungspaarkandidaten hergeleitet. Jeder von diesen ist eine Kombination einer Richtung aus der ersten Richtungskandidatengruppe und einer Richtung aus der zweiten Richtungskandidatengruppe, d.h., es werden alle der möglichen unterschiedlichen Richtungspaare hergeleitet. Der Betrag einer Differenz in einer Richtung zwischen den Richtungsbestandteilen in jedem dieser Richtungspaarkandidaten wird dann für alle der Richtungspaarkandidaten hergeleitet.
Als Nächstes wird in S120 der Richtungspaarkandidat ausgewählt, für welchen die zuvor erwähnte Richtungsdifferenz aller der Richtungspaarkandidaten am kleinsten ist. Von den zwei Richtungen, welche den ausgewählten Richtungspaarkandidaten bilden, wird in Schritt S130 die Richtung, die aus der ersten Richtungskandidatengruppe stammt, als die erfasste Richtung (ϕ, θ) bestimmt.
Als Nächstes wird in S135 eine Entscheidung dahin vorgenommen, ob die so bestimmte erfasste Richtung innerhalb des Halbwinkels der Gruppierung der Empfängerelemente E1 ~ E4 liegt, d.h., innerhalb der Strahlbreite der Empfängerelementengruppierung 7 liegt. Falls die erfasste Richtung innerhalb der Strahlbreite liegt, wird dann in S140 diese bestimmte Richtung (ϕ, θ) an den Positionsumwandlungsabschnitt 29 ausgegeben und wird dann die Verarbeitung beendet.
Falls jedoch in S135 beurteilt wird, dass die erfasste Richtung ausserhalb der Strahlbreite liegt, wird dann eine Benachrichtigung an den Positionsumwandlungsabschnitt 29 gesendet, welche angibt, dass eine Richtungserfassung nicht erzielt worden ist, und wird die Verarbeitung dann beendet.
Somit wird mit dieser Ausführungsform eine Entscheidung dahin getroffen, ob die bestimmte erfasste Richtung innerhalb der Strahlbreite der Empfängerelementengruppierung 7 liegt, d.h., eine gültige Richtung ist. Somit ist es möglich, dass dann, wenn die Verarbeitung von 9 ausgeführt wird, keine endgültige bestimmte Richtung erhalten werden wird, während mit der ersten Ausführungsform stets eine endgültige bestimmte Richtung erhalten wird.
Somit kann mit dieser Ausführungsform zusätzlich zu den mit der ersten Ausführungsform erhaltenen Wirkungen eine erhöhte Zuverlässigkeit der Erfassung erzielt werden.
(Vierte Ausführungsform)
Nachstehend wird eine vierte Ausführungsform beschrieben werden. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur in Bezug auf die durch den Richtungsbestimmungsabschnitt 27 ausgeführte Verarbeitung, sodass sich die Beschreibung auf diese sich von der ersten Ausführungsform unterscheidenden Punkte konzentrieren wird.
10 ist ein Flussdiagramm der durch den Richtungsbestimmungsabschnitt 27 dieser Ausführungsform ausgeführten Verarbeitung. Zuerst werden in S200 nur diejenigen Richtungen innerhalb der ersten Richtungskandidatengruppe und der zweiten Richtungskandidatengruppe ausgewählt, die für sowohl für den Azimut- als auch den Höhenwinkel innerhalb des Halbwinkels der Empfängerelemente E1 ~ E4 liegen, um hierdurch nur Richtungskandidaten auszuwählen, die innerhalb der Strahlbreite der Empfängerelementengruppe 7 liegen.
Als nächstes wird in S210 eine Mehrzahl von Richtungspaarkandidaten hergeleitet. Jeder von diesen ist eine Kombination aus einer Richtung aus denjenigen der ersten Richtungskandidatengruppe, die durch Schritt S200 ausgewählt worden sind, und einer Richtung aus denjenigen der zweiten Richtungskandidatengruppe, die in Schritt S200 ausgewählt worden sind, d.h., es werden alle der möglichen unterschiedlichen Richtungspaare hergeleitet. Der Betrag einer Richtungsdifferenz zwischen den Richtungsbestandteilen in jedem dieser Richtungspaarkandidaten wird dann für alle Richtungspaarkandidaten hergeleitet.
Als nächstes wird in S220 eine Entscheidung dahin getroffen, ob es nur einen dieser Richtungspaarkandidaten gibt, für welchen die berechnete Richtungsdifferenz unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt. Falls es nur einen einzigen Richtungspaarkandidaten gibt, für welchen diese Bedingung erfüllt ist, schreitet der Betriebsablauf zu S230 fort.
In S230 wird bestimmt, dass von den zwei Richtungen, welche den ausgewählten Richtungspaarkandidaten ausbilden, die Richtung, die aus der ersten Richtungskandidatengruppe kommt, die erfasste Richtung ist. In Schritt S240 wird diese erfasste Richtung an den Positionsumwandlungsabschnitt 29 ausgegeben, und dann wird die Verarbeitung beendet.
Falls jedoch in S220 beurteilt wird, dass die Anzahl von Richtungspaarkandidaten, für welche die Richtungsdifferenz unterhalb des Schwellenwerts liegt, Null beträgt oder eine Mehrzahl ist, schreitet der Betriebsablauf zu Schritt S250 fort, in welchem eine Benachrichtigung an den Positionsumwandlungsabschnitt 29 gesendet wird, welche angibt, dass eine Richtungserfassung nicht erzielt worden ist, und wird die Verarbeitung dann beendet.
Mit dieser Ausführungsform wird somit, statt wie mit den vorherigen Ausführungsformen einfach die erfasste Richtung auf der Grundlage des Richtungspaarkandidaten mit der kleinsten Richtungsdifferenz zu bestimmen, die Bestimmung nur für einen Richtungspaarkandidaten vorgenommen, der eine kleinere Richtungsdifferenz als einen vorbestimmten Schwellenwert aufweist, und wird nur in dem Fall vorgenommen, dass es nur einen einzigen Richtungspaarkandidaten gibt, der diese Bedingung erfüllt.
Somit wird mit dieser Ausführungsform auch dann, wenn es zufällig Richtungspaarkandidaten gibt, bei welchen die Richtungsbestandteilen im Wesentlichen übereinstimmen, die aber durch virtuelle Bilder erzeugt werden, solch ein Richtungspaarkandidat nicht fälschlich als eine erfasste Richtung bestimmt. Somit wird die Zuverlässigkeit einer Erfassung weiter erhöht.
(Fünfte Ausführungsform)
Nachstehend wird eine fünfte Ausführungsform beschrieben werden. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform nur in Bezug auf einen Teil der durch den Richtungsbestimmungsabschnitt 27 ausgeführten Verarbeitung, sodass sich die Beschreibung auf diese bezüglich der vierten Ausführungsform unterschiedlichen Punkte konzentrieren wird.
11 ist ein Flussdiagramm der durch den Richtungsbestimmungsabschnitt 27 dieser Ausführungsform ausgeführten Verarbeitung. Im Vergleich mit der Verarbeitung der vierten Ausführungsform ist S200 weggelassen und ist ein Schritt S235 hinzugefügt.
Zuerst wird bei Beginn der Verarbeitung (S210) eine Mehrzahl von Richtungspaarkandidaten hergeleitet. Jeder von diesen ist eine Kombination einer Richtung aus der ersten Richtungskandidatengruppe und einer Richtung aus der zweiten Richtungskandidatengruppe, d.h., es werden alle möglichen Richtungspaare hergeleitet. Der Betrag einer Richtungsdifferenz zwischen den Richtungsbestandteilen in jedem dieser Richtungspaarkandidaten wird dann für alle der Richtungspaarkandidaten hergeleitet.
Als nächstes wird in S220 eine Entscheidung dahin getroffen, ob es nur einen dieser Richtungspaarkandidaten gibt, für welchen die berechnete Richtungsdifferenz unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt. Falls es nur einen einzigen Richtungspaarkandidaten gibt, für welchen diese Bedingung erfüllt ist, schreitet der Betriebsablauf zu Schritt S230 fort.
In S230 wird bestimmt, dass von den zwei Richtungen, welche den ausgewählten Richtungspaarkandidaten ausbilden, die Richtung, welche aus der ersten Richtungskandidatengruppe stammt, die erfasste Richtung ist.
Als nächstes wird in S235 eine Entscheidung dahin vorgenommen, ob die so bestimmte erfasste Richtung innerhalb des Halbwinkels der Gruppierung der Empfängerelemente E1 ~ E4 liegt, d.h., innerhalb der Strahlbreite der Empfänger elementengruppierung 7 liegt. Falls die erfasste Richtung innerhalb der Strahlbreite liegt, wird in S240 die erfasste Richtung an den Positionsumwandlungsabschnitt 29 ausgegeben und wird die Verarbeitung dann beendet.
Falls jedoch in S235 bestimmt wird, dass die erfasste Richtung ausserhalb der Strahlbreite liegt, oder falls in Schritt S220 befunden worden ist, dass die Anzahl der Richtungspaarkandidaten, für welche die Richtungsdifferenz unterhalb des Schwellenwerts liegt, Null beträgt oder eine Mehrzahl ist, schreitet der Betriebsablauf zu Schritt S250 fort, in welchem eine Benachrichtigung an den Positionsumwandlungsabschnitt 29 gesendet wird, welche angibt, dass eine Richtungserfassung nicht erzielt worden ist, und wird die Verarbeitung dann beendet.
So wird mit dieser Ausführungsform ein Merkmal der dritten Ausführungsform (S235) mit einem Merkmal (S220) der vierten Ausführungsform kombiniert. Somit verbessert diese Ausführungsform weiter die Zuverlässigkeit und Genauigkeit einer Richtungserfassung.
(Sechste Ausführungsform)
Nachstehend wird eine sechste Ausführungsform unter Bezugnahme auf 13, welche die Gesamtkonfiguration einer Objekterfassungsvorrichtung 1a zeigt, beschrieben werden. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur in Bezug auf einen Teil der Empfängerelementengruppierung 7a und eines Empfängerabschnitts 9a, sodass die Beschreibung sich auf diese bezüglich der ersten Ausführungsform unterschiedlichen Punkte konzentrieren wird.
Konfiguration der Empfängerelementengruppierung
Wie in 14A gezeigt, ist eine Empfängerelementengruppierung 7a dieser Ausführungsform in vier Elemente E1 bis E4 gegliedert, wobei die Elemente E1, E2, E4 jeweils an entsprechenden Ecken eines Quadrats angeordnet sind und wobei das dritte Element E3 an einer Position angeordnet ist, die von der verbleibenden Ecke des Quadrats versetzt ist. D.h., das Element E3 befindet sich an einer Position, die von jeder der Seiten des Quadrats abgesondert ist und von Verlängerungslinien dieser Seiten abgesondert ist.
Nachstehend wird das Quadrat, an welchem keines der Elemente E1 bis E4 angeordnet ist, als die „leere Ecke" bezeichnet werden, während das Empfängerelement E3, welches von einer Position einer Ecke aus versetzt ist, als das „singuläre Empfängerelement" bezeichnet werden wird.
Die Koordinaten des dreidimensionalen Raums, in welchem die Empfängerelementengruppierung 7a angeordnet ist, wird wie folgt definiert werden. Die Mitte des vorstehend erwähnten Quadrats wird als der Ursprung ausersehen und die jeweiligen Richtungen einer Orientierung zweier benachbarter Seiten des Quadrats, welche rechte Winkel zueinander aufweisen, werden als die Richtungen der x-Achse und der y-Achse (vertikal) ausersehen werden. D.h., gemäß der Darstellung in 11 befindet sich die Empfängerelementengruppierung 7a auf einer x-y-Ebene, wobei die Front der Gruppierung der Richtung der z-Achse (geradeaus) gegenüberliegt und wobei die x-z-Ebene horizontal liegt.
Unter erneuter Bezugnahme auf 14A sind die Empfängerelemente E1 E4 von vorne gesehen so angeordnet, dass sich das Empfängerelement E1 an der linken oberen Position, das Empfängerelement E2 an der rechten oberen Position, das Empfängerelement E3 an der linken unteren Position und das Empfängerelement E4 an der rechten unteren Position befinden. Die positive Richtung der x-Achsenkoordinate erstreckt sich nach links, während sich die positive Richtung der y-Achsenkoordinate nach oben erstreckt.
Bezeichnet man die Länge jeder Seite des Quadrats (d.h., den Abstand zwischen Mitten benachbarter Empfängerelemente mit Ausnahme des singulären Empfängerelements E3) mit d und die Wellenlänge der durch das Senderelement 3 ausgesendeten Ultraschallimpulse mit λ, ist der Wert von d zu ≥ λ/2 festgelegt.
Der Ausmaß eines Versatzes des singulären Empfängerelements E3 von der leeren Ecke aus entlang der x-Achsenrichtung wird mit Dx bezeichnet, während der Betrag eines Versatzes entlang der y-Achsenrichtung mit Dy bezeichnet wird, wie es in 14B dargestellt ist. Es wird dafür gesorgt, dass Dx und Dy jeweils unterschiedliche Längen aufweisen.
(Konfiguration des Empfängerabschnitts)
Zurück zu 13 weist der Empfängerabschnitt 9a einen Satz von Demodulatorabschnitten 21, einen Abstandsberechnungsabschnitt 23 und einen Positionsumwandlungsabschnitt 29 auf, wie es in der ersten Ausführungsform der Fall ist.
Auf der Grundlage der demodulierten Signale R1, R2, R3 leitet ein Richtungskandidatengruppenerzeugungsabschnitt 51 in dem Empfängerabschnitt 9a die Phasendifferenzen, die jeweils den Elementenpaaren gleicher Seite EP12 und EP24 entsprechen, her, um hierdurch eine Mehrzahl von Richtungskandidaten (Φ_k1, θ_k1) zu erzeugen, die jeweils als eine Kombination eines Azimutwinkels ϕ_k und eines Höhenwinkel θ_k ausgedrückt werden (wobei k = 1, 2, ...). Ebenfalls erzeugt in dem Empfängerabschnitt 9a ein Hypothetische-Phasendifferenz-Erzeugungsabschnitt 53 eine hypothetische Phasendifferenz ΔΦ_exp für das erfasste Objekt durch Ausnutzen demodulierter Signale R1, R2, R3, R4, um jeweilige Phasendifferenzen herzuleiten, die den Elementenpaaren EP12, EP24 und dem diagonal gegenüberliegenden Elementenpaar EP23 entsprechen.
Wie vorstehend beschrieben, ist die hypothetische Phasendifferenz die Differenz zwischen der Phase reflektierter Wellen, die auf die leere Ecke einfallen, und der Phase reflektierter Wellen, die auf das singuläre Empfängerelement E3 einfallen. Ebenso bestimmt in dem Empfängerabschnitt 9a ein Richtungsbestimmungsabschnitt 55 die Richtung (ϕ, θ) des Objekts auf der Grundlage der Richtungskandidaten (ϕ_k1, θ_k1) aus dem Richtungskandidatengruppenerzeugungsabschnitt 51 und der hypothetischen Phasendifferenz ΔΦ_exp aus dem Hypothetische-Phasendifferenz-Erzeugungsabschnitt 53.
Der Richtungskandidatengruppenerzeugungsabschnitt 51 unterscheidet sich von dem ersten Kandidatengruppenerzeugungsabschnitt 25 der ersten Ausführungsform nur darin, dass er bezüglich des demodulierten Signals des Empfängerelements E4 anstelle desjenigen des Empfängerelements E3 arbeitet; in andere Hinsicht sind jedoch die Konfiguration und die Betriebsweise identisch mit denjenigen des ersten Kandidatengruppenerzeugungsabschnitts 25, sodass eine ins Einzelne gehende Beschreibung weggelassen wird.
(Hypothetische-Phasendifferenz-Erzeugungsabschnitt)
15 ist ein Blockdiagramm des Hypothetische-Phasendifferenz-Erzeugungsabschnitts 53. Wie gezeigt, weist dieser einen Phasendifferenzberechnungsabschnitt 61, der die Phasendifferenz ΔΦ_1,2 zwischen den demodulierten Signalen R1 und R2 (siehe vorstehende Gleichung (4)) berechnet, einen Phasendifferenzberechnungsabschnitt 62, der die Phasendifferenz ΔΦ_2,3 zwischen den demodulierten Signalen R2 und R3 berechnet, und einen Phasendifferenzenberechnungsabschnitt 63, der die Phasendifferenz ΔΦ_4,2 zwischen den demodulierten Signalen R4 und R2 berechnet, auf. Der Hypothetische-Phasendifferenz-Erzeugungsabschnitt 53 weist auch einen Hypothetische-Phasendifferenz-Berechnungsabschnitt 64 auf, der diese jeweiligen, von den Phasendifferenzenberechnungsabschnitten 61, 62, 63 erzeugten Phasendifferenzen unter Verwendung der nachstehenden Gleichung (20) aufsummiert, um hierdurch die hypothetische Phasendifferenz ΔΦ_exp wie folgt zu berechnen: ΔΦexp = ΔΦ3,2 + ΔΦ1,2 + ΔΦ4,2. (20)
Gleichung (20) entspricht der Gleichung (12), deren Herleitung unter Bezugnahme auf Gleichungen (5) und (6) ~ (11) beschrieben worden ist. Wie aus dieser Beschreibung verstanden werden kann, wäre es, obschon diese Ausführungsform für den Fall beschrieben wird, dass die hypothetische Phasendifferenz als eine Kombination jeweiliger Phasendifferenzen empfangener Signale aus den Empfängerelementenpaaren (R1, R2), (R2, R3) und (R2, R4) berechnet wird, gleichermaßen möglich, andere Kombinationen von Phasendifferenzen von Empfängerelementenpaaren auszunutzen. Der wesentliche Punkt liegt darin, dass wenigstens einer der Phasendifferenzenwerte aus einem Empfängerelementenpaar erhalten werden muss, welches das singuläre Empfängerelement E3 enthält.
(Richtungsbestimmungsabschnitt)
Als nächstes wird die durch den Richtungsbestimmungsabschnitt 55 zum Bestimmen der Richtung des Objekts auf der Grundlage des Richtungskandidaten (ϕ_k, θ_k) und der hypothetischen Phasendifferenz ΔΦ_exp ausgeführte Verarbeitung unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 16 beschrieben werden. Diese Verarbeitung wird jedes Mal ausgeführt, wenn ein Ultraschallwellenimpuls übertragen wird und dann ein Satz von Richtungskandidaten (ϕ_k, θ_k) und eine hypothetische Phasendifferenz ΔΦ_exp durch den Richtungskandidatengruppenerzeugungsabschnitt 51 bzw. den Hypothetische-Phasendifferenz-Erzeugungsabschnitt 53 erzeugt werden.
Zuerst wird in S300 jeder der Richtungskandidaten (ϕ_k, θ_k), für welchen einer oder beide des Azimutwinkels ϕ_k und des Höhenwinkels θ_k ausserhalb der Empfangsstrahlbreite der Empfängerelemente E1 ~ E4 liegt, von der weiteren Verarbeitung ausgeschlossen, um nur diejenigen Richtungskandidaten auszuwählen, die innerhalb der Strahlbreite liegen.
Als nächstes wird in S310 für jeden der ausgewählten Richtungskandidaten ein Beurteilungswert ΔΦ_k berechnet, in dem der Azimutwinkel ϕ_k und der Höhenwinkel θ_k des Richtungskandidaten in die nachstehende Gleichung (21) eingesetzt werden. Diese entspricht der vorstehend beschriebenen Gleichung (5), sodass (in dem Fall, dass ein Richtungskandidat einem tatsächlichen Objekt entspricht) der entsprechende Beurteilungswert als die Phasendifferenz zwischen reflektierten Wellen, die auf die leere Ecke einfallen, und Wellen, die auf das singuläre Empfängerelement E3 einfallen, erhalten werden wird.
Der Betriebsablauf schreitet dann zu Schritt S320 fort.
In Schritt S320 wird für jeden ausgewählten Richtungskandidaten (ϕ_k, θ_k) der Absolutwert der Differenz |ΔΦ_k – ΔΦ_exp| zwischen den entsprechenden Beurteilungswertekandidaten ΔΦ_k und der hypothetischen Phasendifferenz ΔΦ_exp (zugeführt von dem Hypothetische-Phasendifferenz-Erzeugungsabschnitt 53) berechnet; dann schreitet der Betriebsablauf zu Schritt S330 fort. In S330 wird der Richtungskandidat, für welchen der Absolutwert |ΔΦ_k – ΔΦ_exp| ein Minimum ist, als die erfasste Richtung ausgewählt.
Als nächstes wird in S340 die erfasste Richtung an den Positionsumwandlungsabschnitt 29 ausgegeben und wird die Verarbeitung beendet.
Somit wird mit dieser Verarbeitung für jeden der aus den demodulierten Signalen R1, R2, R4 entsprechend den Empfängerelementen E1, E2, E4 erhaltenen Richtungskandidaten (ϕ_k, θ_k) ohne das Signal für das singuläre Empfängerelement E3 ein Beurteilungswert ΔΦ_k erhalten, welcher (falls der Richtungskandidat gültig ist) die Differenz (hypothetische Phasendifferenz ΔΦ_exp) zwischen der Phase der an der leeren Ecke empfangenen reflektierten Wellen und der Phase der an dem Ort des singulären Empfängerelements E3 empfangenen reflektierten Wellen ausdrückt.
Dann wird der dem Empfängerelement, für welches der Beurteilungswert ΔΦ_k am nächsten an der berechneten hypothetischen Phasendifferenz ΔΦ_exp liegt, entsprechende Richtungskandidat (ϕ_k, θ_k) gefunden, und dieser Richtungskandidat wird als eine tatsächliche Richtung eines Objekts beurteilt und wird so als die erfasste Richtung bestimmt, während die anderen Kandidaten als solche von virtuellen Bildern eliminiert werden.
(Erhaltene Wirkungen)
Mit dieser Ausführungsform nutzt die Objekterfassungsvorrichtung 1a ein einzelnes Empfängerelement (das singuläre Empfängerelement) E3, welches sich mit einem Versatzbetrag (Dx, Dy) von einer leeren Ecke eines Quadrats befindet, aus, während die Empfängerelemente E1, E2, E3 jeweils auf den verbleibenden drei Ecken des Quadrats angeordnet sind. Richtungskandidaten (ϕ_k, θ_k) werden unter Ausnutzung von Signalen von den Empfängerelementen E1, E2, E4 hergeleitet, wobei das singuläre Empfängerelement E3 ausgeschlossen wird. Unter Verwendung des Signals von dem singulären Empfängerelement E3 kann eine tatsächliche Bildrichtung (d.h., eine Richtung eines tatsächlichen Objekts) von innerhalb der Richtungskandidaten angegeben werden.
So können mit der Objekterfassungsvorrichtung 1a in gleicher Weise, wie es für die vorstehend beschriebene Objekterfassungsvorrichtung 1 der Fall ist, Richtungen sowohl für Azimut- als auch Höhenwinkel erfasst werden, kann eine fehlerhafte Erfassung von Scheinrichtungen, die durch virtuelle Bilder hervorgerufen werden, verhindert werden, während nur eine minimale Anzahl von Empfängerelementen erforderlich ist, selbst wenn der Abstand zwischen Mitten benachbarter Empfängerelemente gleich oder größer als eine Hälfte der Wellenlänge der Messwellen hergestellt ist. Somit kann ein Empfängerelement einer geeigneten Größe eingesetzt werden.
Des Weiteren kann mit der Objekterfassung 1a in gleicher Weise, wie es für die Objekterfassungsvorrichtung 1 der Fall ist, da eine Richtungserfassung unter Verwendung einer Phase empfangener Signale durchgeführt wird, eine verbesserte Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Richtungserfassung erzielt werden im Vergleich mit Verfahren, welche eine Richtungsschätzung auf der Grundlage eines Pegels empfangener Signale einsetzen.
(Siebente Ausführungsform)
Nachstehend wird eine siebente Ausführungsform beschrieben werden. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der sechsten Ausführungsform nur in Bezug auf einen Teil der durch den Richtungsbestimmungsabschnitt 55 der Objekterfassungsvorrichtung 1a ausgeführten Verarbeitung, sodass sich die Beschreibung auf diese bezüglich der sechsten Ausführungsform unterschiedlichen Punkte konzentrieren wird. 17 ist ein Flussdiagramm der durch den Richtungsbestimmungsabschnitt 55 dieser Ausführungsform ausgeführten Verarbeitung. Im Vergleich mit der Verarbeitung der sechsten Ausführungsform ist Schritt S300 weggelassen und sind S335, S350 hinzugefügt.
Wenn die Verarbeitung begonnen wird, wird zuerst in S310 (wie für die sechste Ausführungsform beschrieben) für jeden der von dem Richtungskandidatengruppenerzeugungsabschnitt 51 aus zugeführten Richtungskandidaten (ϕ_k, θ_k) ein Beurteilungswert ΔΦ_k berechnet. Der Betriebsablauf schreitet dann zu Schritt S320 fort.
In Schritt S320 wird für jeden der ausgewählten Richtungskandidaten (ϕ_k, θ_k) die absolute Differenz |ΔΦ_k – ΔΦ_exp| zwischen den entsprechenden Beurteilungswertekandidaten ΔΦ_k und der hypothetischen Phasendifferenz ΔΦ_exp (er zeugt von dem Hypothetische-Phasendifferenz-Erzeugungsabschnitt 53) berechnet; dann schreitet der Betriebsablauf zu Schritt S330 fort. In S330 wird der Richtungskandidat, für welchen der Absolutwert |ΔΦ_k – ΔΦ_exp| ein Minimum ist, als die erfasste Richtung ausgewählt. Dann schreitet der Betriebsablauf zu Schritt S335 fort.
In Schritt S335 wird eine Entscheidung dahin getroffen, ob der Richtungskandidat, der in S320 als die erfasste Richtung ausgewählt worden ist, innerhalb des Empfangsstrahls liegt. Falls er innerhalb des Empfangsstrahls liegt, schreitet der Betriebsablauf zu Schritt S340 fort, in welchem die erfasste Richtung an den Positionsumwandlungsabschnitt 29 ausgegeben wird, und wird die Verarbeitung dann beendet.
Falls jedoch in S335 beurteilt wird, dass die erfasste Richtung ausserhalb des Empfangsstrahls liegt, schreitet der Betriebsablauf zu Schritt S350 fort, in welchem eine Benachrichtigung an den Positionsumwandlungsabschnitt 29 gesendet wird, welche angibt, dass eine Richtungserfassung nicht erzielt worden ist, und wird die Verarbeitung dann beendet.
So wird mit dieser Ausführungsform die Beurteilung dahin, ob eine Richtung innerhalb des Empfangsstrahls liegt, nicht für jeden der Richtungskandidaten vorgenommen (wie es mit der sechsten Ausführungsform getan wird), sondern statt dessen wird die Beurteilung an der erfassten Richtung vorgenommen. Somit kann ein Versagen beim Erzielen einer Richtungserfassung auftreten.
Diese Ausführungsform stellt die gleichen Wirkungen wie für die sechste Ausführungsform bereit, während sie die Zuverlässigkeit der Richtungserfassung erhöht.
(Achte Ausführungsform)
Nachstehend wird eine achte Ausführungsform beschrieben werden. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der sechsten Ausführungsform nur in Bezug auf die durch den Richtungserfassungsabschnitt 55 der Objekterfassungsvorrichtung 1a ausgeführte Verarbeitung, sodass die Beschreibung sich auf diese in Bezug auf die sechste Ausführungsform unterschiedlichen Punkte konzentrieren wird.
19 ist ein Flussdiagramm der durch den Richtungsbestimmungsabschnitt 55 dieser Ausführungsform ausgeführten Verarbeitung. Zuerst wird in S400 jeder der Richtungskandidaten (ϕ_k θ_k), für welchen einer oder beide des Azimutwinkels ϕ_k und des Höhenwinkels θ_k ausserhalb des Halbwinkels der Empfängerelemente E1 ~ E4 liegt, von einer weiteren Verarbeitung ausgeschlossen, um nur diejenigen Richtungskandidaten auszuwählen, die innerhalb der Empfangsstrahlbreite liegen. Dann schreitet der Betriebsablauf zu Schritt S410 fort.
In Schritt S410 wird für jeden der Richtungskandidaten (ϕ_k, θ_k), die in Schritt S400 ausgewählt worden sind, ein Beurteilungswert ΔΦ_k berechnet (wie vorstehend beschrieben). Als nächstes wird in Schritt S420 die absolute Differenz |ΔΦ_k – ΔΦ_exp| zwischen einem Beurteilungswertekandidaten ΔΦ_k und einer hypothetischen Phasendifferenz ΔΦ_exp für jeden der Beurteilungswerte berechnet.
In dem anschließenden Schritt S430 wird eine Entscheidung dahin getroffen, ob es nur einen der ausgewählten Richtungskandidaten gibt, für welchen die absolute Differenz |ΔΦ_k – ΔΦ_exp| unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt. Falls es nur einen einzigen Richtungskandidaten gibt, für welchen diese Bedingung erfüllt ist, schreitet der Betriebsablauf zu Schritt S440 fort, in welchem bestimmt wird, dass dieser Richtungskandidat die erfasste Richtung ist. In Schritt S450 wird diese erfasste Richtung an den Positionsumwandlungsabschnitt 29 ausgegeben, und die Verarbeitung wird dann beendet.
Falls jedoch in S430 beurteilt wird, dass die Anzahl der Richtungskandidaten, für welche die Richtungsdifferenz unterhalb des Schwellenwerts liegt, Null beträgt oder eine Mehrzahl ist, schreitet der Betriebsablauf zu Schritt S460 fort, in welchem eine Benachrichtigung an den Positionsumwandlungsabschnitt 29 gesendet wird, welche angibt, dass eine Richtungserfassung nicht erzielt worden ist, und wird die Verarbeitung dann beendet.
So wird mit dieser Ausführungsform, anstatt die erfasste Richtung wie mit der siebenten Ausführungsform nur als den Richtungskandidaten, für welchen die Differenz bezüglich des Beurteilungswerts ein Minimum ist (d.h., für welchen |ΔΦ_k – ΔΦ_exp| ein Minimum ist), zu bestimmen, mit der achten Ausführungsform bestimmt, dass die erfasste Richtung ein Richtungskandidat ist, für welchen beide der Bedingungen erfüllt sind, dass:

(a) die Beurteilungswertedifferenz |ΔΦ_k – ΔΦ_exp| unterhalb eines vorbestimmten Werts liegt, und auch
(b) er der einzige Richtungskandidat ist, für welchen die Bedingung (a) erfüllt ist.

Demzufolge kann die Möglichkeit einer fehlerhaften Richtungserfassung aufgrund virtueller Bilder verringert werden und die Zuverlässigkeit einer Richtungserfassung hierdurch erhöht werden.
(Neunte Ausführungsform)
Nachstehend wird eine neunte Ausführungsform beschrieben werden. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der achten Ausführungsform nur in Bezug auf einen Teil der durch den Richtungsbestimmungsabschnitt 55 der Objekterfassungsvorrichtung 1a ausgeführten Verarbeitung, sodass sich die Be schreibung auf diese bezüglich der achten Ausführungsform unterschiedlichen Punkte konzentrieren wird.
20 ist ein Flussdiagramm der durch den Richtungsbestimmungsabschnitt 55 dieser Ausführungsform ausgeführten Verarbeitung. Im Vergleich mit derjenigen der achten Ausführungsform ist Schritt S400 weggelassen und ist S445 hinzugefügt. Zuerst wird in Schritt S410 für jeden der von dem Richtungskandidatengruppenerzeugungsabschnitt 51 aus zugeführten Richtungskandidaten (ϕ_k, θ_k,) ein Burteilungswert ΔΦ_k berechnet (wie vorstehend beschrieben). Als nächstes wird in S420 für jeden der Beurteilungswerte die absolute Differenz |ΔΦ_k – ΔΦ_exp| zwischen dem Beurteilungswert ΔΦ_k und einer hypothetischen Phasendifferenz ΔΦ_exp berechnet. Der Betriebsablauf schreitet dann zu Schritt S430 fort.
In S430 wird eine Entscheidung dahin getroffen, ob es nur einen der ausgewählten Richtungskandidaten gibt, für welchen die berechnete Differenz |ΔΦ_k – ΔΦ_exp| unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt. Falls es nur einen einzigen Richtungskandidaten gibt, für welchen diese Bedingung erfüllt ist, schreitet der Betriebsablauf zu Schritt S440 fort, in welchem dieser Richtungskandidat als die erfasste Richtung bestimmt wird.
Dann wird S445 ausgeführt, in welchem eine Entscheidung dahin getroffen wird, ob die bestimmte erfasste Richtung innerhalb des Empfangsstrahls der Empfängerelemente E1 ~ E4 liegt. Falls sie innerhalb des Empfangsstrahls liegt, wird dann Schritt S450 ausgeführt, in welchem die bestimmte erfasste Richtung an den Positionsumwandlungsabschnitt 29 ausgegeben wird, und wird dann die Verarbeitung beendet.
Falls jedoch in S430 beurteilt wird, dass die Anzahl von Richtungspaarkandidaten, für welche die Richtungsdifferenz unterhalb des Schwellenwerts liegt, Null beträgt oder eine Mehrzahl ist, oder falls in Schritt S445 befunden wird, dass die bestimmte erfasste Richtung ausserhalb des Empfangsstrahls liegt, wird Schritt S460 ausgeführt, in welchem eine Benachrichtigung an den Positionsumwandlungsabschnitt 29 gesendet wird, welche angibt, dass eine Richtungserfassung nicht erzielt worden ist, und wird die Verarbeitung dann beendet.
So kombiniert diese Ausführungsform ein Merkmal (S445) der siebenten Ausführungsform mit einem Merkmal (S430) der achten Ausführungsform, und als ein Ergebnis wird eine weitere Verbesserung bei der Genauigkeit und der Zuverlässigkeit der erfassten Richtung erzielt.
Es sollte erwähnt werden, dass, obschon die vorstehenden Ausführungsformen für den Fall von Ultraschallwellen, die durch das Senderelement 3 zum Abtasten eines Objekts abgestrahlt werden, beschrieben worden sind, die Erfindung gleichermaßen zur Verwendung mit elektromagnetischen Wellen als Messwellen anwendbar ist.
(Andere Ausführungsformen)
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt, und es sind vielfältige alternative Ausführungsformen vorstellbar, die in den für die Erfindung beanspruchten Bereich fallen. Z.B. sind mit den vorstehenden Ausführungsformen die Empfängerelemente E1 ~ E4 und das Senderelement 3 jeweils getrennte Einheiten. Die Vorrichtung könnte jedoch so wie die Objekterfassungsvorrichtunglb konfiguriert sein, wie sie in 18A gezeigt ist, wobei das Senderelement 3 weggelassen ist und wobei der Ausgang des Senderabschnitts 5 mit einem der Empfängerelemente E1 ~ E4 (in diesem Beispiel mit dem Empfängerelement E1) verbunden ist, um das Sendesignal diesem Empfängerelement zuzuführen. Somit fungiert das Empfängerelement E1 in diesem Fall sowohl als ein Sende- als auch Empfangselement. Mit einer solchen Konfiguration wird es, um zu vermeiden, dass das Sendesignal durch den Empfängerabschnitt 90 verarbeitet wird, erforderlich sein, den Empfängerabschnitt 90 so zu steuern, dass er einen Betriebsablauf anhält, bis eine Abstrahlung einer Abfolge von Ultraschallwellen fertiggestellt worden ist.
Ersatzweise könnte es gemäß der Darstellung in 18B möglich sein, jedem der Empfängerelemente E1 ~ E4 von dem Senderabschnitt 5 aus Sendesignale zuzuführen, sodass jedes der Empfängerelemente E1 ~ E4 sowohl als Sende- als auch als Empfangselement fungiert. Insbesondere dann, wenn die Empfängerelemente E1 ~ E4 mit der vorstehende beschriebenen Konfiguration der Empfängerelementengruppierung 7 verwendet werden, wäre es möglich, die Empfängerelemente in zwei Gruppen zu teilen, die jeweiligen Sendesignalen zur Abstrahlung von Ultraschallwellen, die von umgekehrter Phase sind, zugeordnet sind.
Darüber hinaus sind alternative Konfigurationen nicht auf diejenigen beschränkt, die in 18A, 18B gezeigt sind. Beispielsweise wäre es anstelle der Verwendung von vier Empfängerelementen E1 ~ E4 möglich, nur zwei Empfängerelemente oder nur drei Empfängerelemente zu verwenden.
Des Weiteren werden mit den in 18A, 18B gezeigten Konfigurationen die Sendesignale direkt entlang den gleichen Wegen wie die Empfangssignale zugeführt. Es könnte jedoch gleichermaßen möglich sein, Vorrichtungen wie etwa Umschalter oder (in dem Fall, dass elektromagnetische Wellen als die Abtastwellen ausgesendet werden) Zirkulatoren eingebunden werden, um die Sendesignale und die Empfangssignale zu trennen.
Darüber hinaus sind mit den vorstehenden Ausführungsformen die Empfängerelemente E1 ~ E4 entlang den Richtungen von Seiten eines Quadrats angeordnet, d.h., dass die horizontale und die vertikale Richtung, die als eine Grundlage zum Definieren einer erfassten Richtung verwendet werden, entlang diesen Seiten des Quadrats ausgerichtet sind. Es könnte jedoch gleichermaßen möglich sein, die Empfängerelemente derart zu orientieren, dass die horizontale und die vertikale Richtung mit den Diagonalen eines Quadrats übereinstimmen. In diesem Fall würde der Koordinatenumwandlungsabschnitt 47 in dem Empfängerabschnitt 9 in Verbindung mit dem ersten Kandidatengruppenerzeugungsabschnitt 25 anstelle des zweiten Richtungskandidatengruppenerzeugungsabschnitts 26 arbeiten.
Darüber hinaus können mit den vorstehenden Ausführungsformen die durch den Richtungsberechnungsabschnitt 23, den ersten Kandidatengruppenerzeugungsabschnitt 25, den zweiten Richtungskandidatengruppenerzeugungsabschnitt 26, den Richtungskandidatengruppenerzeugungsabschnitt 51, den Hypothetische-Phasendifferenz-Erzeugungsabschnitt 53, die Richtungsbestimmungsabschnitte 27, 55 und den Positionsumwandlungsabschnitt 29 durchgeführte Verarbeitung durch eine Kombination logischer Schaltkreise durchgeführt werden. Ersatzweise können die aufeinanderfolgenden Verarbeitungsvorgänge durch ein Programm durchgeführt werden, welches durch einen Mikrocomputer ausgeführt wird. Ein solches Programm kann auf einem Aufzeichnungsmedium wie etwa einem tragbaren Aufzeichnungsmedium gespeichert sein und von dem Aufzeichnungsmedium aus in dem Mikrocomputer geladen werden, wenn sein Gebrauch erforderlich ist, oder kann dadurch in den Mikrocomputer geladen werden, dass es über ein Datenkommunikationswerk übertragen wird.
Des Weiteren nutzt der Hypothetische-Phasendifferenz-Berechnungsabschnitt 64 die Gleichung (20) aus, um die hypothetische Phasendifferenz ΔΦ_exp herzuleiten, d.h., unter Verwendung einer Kombination der resultierenden Werte der Gleichungen (6), (7) und (11), oder genauer gesagt einer Kombination der jeweiligen Phasendifferenzen, die für die Empfängerelementenpaare [E1, E2], [E2, E4] und [E2, E3] durch die Phasendifferenzenberechnungsabschnitte 61, 62, 63 erhalten werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung der Gleichung (20) beschränkt, und es wäre möglich, andere Kombinationen resultierender Werte der Gleichungen (6) ~ (11) zu verwenden, um die hypothetische Phasendifferenz zu berechnen. Falls dies getan wird, wird es erforderlich sein, die Phasendifferenzenberechnungsabschnitte 61, 62, 63 in geeigneter Weise abzuwandeln, um die erforderlichen Phasendifferenzwerte ΔΦ_i,j aus diesen herzuleiten.
Während darüber hinaus sowohl der Richtungskandidatengruppenerzeugungsabschnitt als auch der Hypothetische-Phasendifferenz-Erzeugungsabschnitt 52 der vorstehenden Ausführungsform jeweils Phasendifferenzenberechnungsabschnitte involvieren, wäre es möglich, dass beide von diesen einen einzigen Satz von Phasendifferenzenberechnungsabschnitten gemeinsam verwenden.

Claims

Verfahren zum Erfassen einer Richtung eines Zielobjekts auf der Grundlage empfangener Signale aus einem Empfängerelementenabschnitt, der reflektierte Wellen, welche von dem Zielobjekt reflektierte Messwellen aufweisen, empfängt, wobei der Empfängerabschnitt eine Gruppierung von vier Empfängerelementen aufweist, wobei wenigstens drei der Empfängerelemente an jeweiligen Ecken eines Quadrats angeordnet sind, wobei das Quadrat eine Seitenlänge aufweist, die gleich oder größer als die Hälfte einer Wellenlänge der Messwellen ist, wobei das Verfahren aufweist: einen ersten Schritt (1a) eines Herleitens einer Mehrzahl von Richtungskandidaten, von denen jeder als eine Kombination eines geschätzten Azimutwinkels und eines geschätzten Höhenwinkels ausgedrückt wird, wobei jeder Richtungskandidat auf der Grundlage einer Phasendifferenz zwischen empfangenen Signalen aus einem ersten Paar der Empfängerelemente, die jeweils auf einer ersten Seite des Quadrats angeordnet sind, und einer Phasendifferenz zwischen empfangenen Signalen aus einem zweiten Paar der Empfängerelemente, die jeweils auf einer zweiten Seite des Quadrats unter rechten Winkeln zu der ersten Seite angeordnet sind, hergeleitet wird; einen zweiten Schritt (2a) eines Auswählens eines spezifischen der Richtungskandidaten auf der Grundlage jeweiliger Phasendifferenzen einer Mehrzahl von Paaren der Empfängerelemente, wobei die Mehrzahl von Paaren wenigstens ein Paar aufweist, welches sich von jedem der Paare von Empfängerelementen, die beim Herleiten der Mehrzahl der Richtungskandidaten verwendet werden, unterscheidet, und einen dritten Schritt (3a) eines Herleitens des Azimutwinkels und des Höhenwinkels des Zielobjekts auf der Grundlage von Ergebnissen der in dem zweiten Schritt (2a) durchgeführten Auswahl.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vier Empfängerelemente jeweils an entsprechenden Ecken des Quadrats angeordnet sind und die Mehrzahl der Richtungskandidaten, die in dem ersten Schritt (1a) hergeleitet werden, als eine erste Richtungskandidatengruppe ausersehen wird, wobei der zweite Schritt (2a) aufweist: einen ersten Unterschritt (21a) eines Herleitens einer zweiten Richtungskandidatengruppe als eine Mehrzahl von Richtungskandidaten, von denen jeder als eine Kombination eines geschätzten Azimutwinkels und eines geschätzten Höhenwinkels ausgedrückt wird, wobei jeder der Richtungskandidaten auf der Grundlage einer Phasendifferenz zwischen empfangenen Signalen aus einem ersten Paar diagonal gegenüberliegender der Empfängerelemente und einer Phasendifferenz zwischen empfangenen Signalen aus einem zweiten Paar diagonal gegenüberliegender Empfängerelemente hergeleitet wird, wobei das zweite Paar unter rechten Winkeln zu dem ersten Paar diagonal gegenüberliegender Empfängerelemente ausgerichtet ist, einen zweiten Unterschritt (22a) eines Herleitens einer Mehrzahl von Richtungspaarkandidaten, von denen jeder eine Kombination zweier Richtungskandidaten, die jeweils aus der ersten Richtungskandidatengruppe und aus der zweiten Richtungskandidatengruppe ausgewählt sind, aufweist, für alle möglichen der Kombinationen, und Berechnens jeweiliger Werte einer Richtungsdifferenz zwischen den Richtungskandidaten, die jeweils die Richtungspaarkandidaten bilden, und einen dritten Unterschritt (23a) eines Auswählens eines der Richtungspaarkandidaten, für welchen die Richtungsdifferenz ein Minimum ist.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Unterschritt (22a) ein Erfassen einer Bedingung, gemäß welcher es keinen oder einen Mehrzahl von Richtungspaarkandidaten gibt, für welchen die Richtungsdifferenz unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, und ein Bestimmen, dass ein Versagen im Erfassen einer Richtung aufgetreten ist, wenn die Bedingung erfasst wird, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eines der vier Empfängerelemente als ein singuläres Empfängerelement an einem Ort positioniert ist, der in einer Ebene mit dem Quadrat liegt und von jeder der jeweiligen Seiten des Quadrats und von jeweiligen Verlängerungslinien der Seiten abgesondert ist, und der zweite Schritt aufweist: einen ersten Unterschritt eines Berechnens einer Mehrzahl von Beurteilungswertekandidaten, die jeweils der Mehrzahl von in dem ersten Schritt hergeleiteten Richtungskandidaten entsprechen, durch sukzessives Einsetzen jedes der Richtungskandidaten in eine spezifische Gleichung, wobei die spezifische Gleichung angepasst ist zum Herleiten jedes der Beurteilungswertekandidaten als eine hypothetische Phasendifferenz, die eine Phasendifferenz zwischen hypothetischen reflektierten Wellen, die auf einer Position einer leeren der Ecken des Quadrats einfallen, und reflektierten Wellen, die auf dem singulären Empfängerelement einfallen, aufweist, einen zweiten Unterschritt eines Berechnens der hypothetischen Phasendifferenz auf der Grundlage jeweiliger Phasendifferenzen einer Mehrzahl von Paaren der Empfängerelemente, wobei wenigstens eines der Mehrzahl von Paaren das singuläre Empfängerelement enthält, und einen dritten Unterschritt eines Vergleichens jedes der Beurteilungswertekandidaten mit der hypothetischen Phasendifferenz und eines Auswählens eines der Richtungskandidaten, für welchen eine Differenz zwischen einem entsprechenden Beurteilungswertekandidaten, der in dem ersten Unterschritt erhalten wird, und der in dem zweiten Unterschritt erhaltenen hypothetischen Phasendifferenz ein Minimum ist.
Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Unterschritt ein Erfassen einer Bedingung, gemäß welcher es keinen oder eine Mehrzahl der Richtungspaarkandidaten gibt, für welchen die in dem ersten Unterschritt erhaltene Richtungsdifferenz unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, und ein Bestimmen, dass ein Versagen in der Erfassung einer Richtung aufgetreten ist, wenn die Bedingung erfasst wird, aufweist.
Objekterfassungsvorrichtung, welche aufweist: wenigstens ein Senderelement und einen Senderschaltkreis, der angepasst ist, das Senderelement zu treiben, um Messwellen abzustrahlen, eine Empfängerelementengruppierung, welche eine Mehrzahl von Empfängerelementen aufweist, und einen Empfängerschaltkreis, der gekoppelt ist, um jeweilige empfangene Signale aus den Empfängerelementen, die sich aus einer Reflexion der Messwelle durch ein Zielobjekt ergeben, zu empfangen, und angepasst ist, die empfangenen Signale zu verarbeiten, um eine Richtung des Zielobjekts zu schätzen, wobei: wenigstens drei der Empfängerelemente an jeweiligen Ecken eines Quadrats angeordnet sind, wobei das Quadrat eine Seitenlänge aufweist, die gleich oder größer als eine Hälfte einer Wellenlänge der Messwellen ist, und wobei der Empfängerschaltkreis aufweist: eine erste Richtungskandidatengruppenberechnungseinrichtung, die angepasst ist, eine Mehrzahl von Richtungskandidaten herzuleiten, von denen jeder als eine Kombination eines geschätzten Azimutwinkels und eines geschätzten Höhenwinkels ausgedrückt wird, wobei jeder der Richtungskandidaten auf der Grundlage einer Phasendifferenz zwischen empfangenen Signalen aus einem ersten Paar der Empfängerelemente, die jeweils auf einer ersten Seite des Quadrats angeordnet sind, und einer Phasendifferenz zwischen empfangenen Signalen aus einem zweiten Paar der Empfängerelemente, die jeweils auf einer zweiten Seite des Quadrats unter rechten Winkeln zu der ersten Seite angeordnet sind, hergeleitet wird; eine Kandidatenauswahleinrichtung, die angepasst ist, einen spezifischen der Richtungskandidaten auf der Grundlage jeweiliger Phasendifferenzen einer Mehrzahl von Paaren der Empfängerelemente auszuwählen, wobei die Mehrzahl der Paare wenigstens ein Paar aufweist, welches sich von jedem der Paare der Empfängerelemente, die durch die erste Richtungskandidatengruppenberechnung verwendet werden, um die Mehrzahl der Richtungskandidaten herzuleiten, unterscheidet, und eine Richtungsbestimmungseinrichtung, die angepasst ist, den Azimutwinkel und den Höhenwinkel der Zielobjektrichtung auf der Grundlage von Er gebnissen der durch die Kandidatenauswahleinrichtung durchgeführten Auswahl herzuleiten.
Objekterfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vier Empfängerelemente jeweils an entsprechenden der Ecken des Quadrats angeordnet sind und die Mehrzahl der Richtungskandidaten, die durch die erste Richtungskandidatengruppenberechnungseinrichtung hergeleitet werden, als eine erste Richtungskandidatengruppe ausersehen wird, wobei die Kandidatenauswahleinrichtung aufweist: eine zweite Richtungskandidatengruppenberechnungseinrichtung, die angepasst ist, eine zweite Richtungskandidatengruppe als eine Mehrzahl von Richtungskandidaten herzuleiten, von denen jeder als eine Kombination eines geschätzten Azimutwinkels und eines geschätzten Höhenwinkels ausgedrückt wird, wobei jeder Richtungskandidaten auf der Grundlage einer Phasendifferenz zwischen empfangenen Signalen aus einem ersten Paar diagonal gegenüberliegender der Empfängerelemente und einer Phasendifferenz zwischen empfangenen Signalen aus einem zweiten Paar diagonal gegenüberliegender der Empfängerelemente hergeleitet wird, wobei das zweite Paar unter rechten Winkeln zu dem ersten Paar diagonal gegenüberliegender Empfängerelemente ausgerichtet ist, eine Richtungsdifferenzenberechnungseinrichtung, die angepasst ist, eine Mehrzahl von Richtungspaarkandidaten, von denen jeder eine Kombination zweier Richtungskandidaten ist, die jeweils aus der ersten Richtungskandidatengruppe und aus der zweiten Richtungskandidatengruppe ausgewählt sind, für alle möglichen der Kombinationen herzuleiten und entsprechende Werte einer Richtungsdifferenz zwischen den Richtungskandidaten, welche die Richtungspaarkandidaten bilden, zu berechnen, und eine Richtungspaarkandidatenauswahleinrichtung, die angepasst ist, einen der Richtungspaarkandidaten, für welchen die Richtungsdifferenz ein Minimum ist, auszuwählen.
Objekterfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionserfassungseinrichtung angepasst ist, eine Bedingung, gemäß welcher es keinen oder eine Mehrzahl der Richtungspaarkandidaten gibt, für welche die Richtungsdifferenz unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, zu erfassen und zu bestimmen, dass ein Versagen in der Erfassung einer Richtung aufgetreten ist, wenn die Bedingung erfüllt ist.
Objekterfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Richtungskandidatengruppenberechnungseinrichtung angepasst ist, einen Durchschnittswert einer Phasendifferenz zwischen einem ersten Paar empfangener Signale und einer Phasendifferenz zwischen einem zweiten Paar empfangener Signale zu berechnen, wobei das erste Paar und das zweite Paar der empfangenen Signale jeweils Paaren der Empfängerelemente entspricht, welche auf parallelen Seiten des Quadrats angeordnet sind, und wobei die erste Richtungskandidatengruppenberechnungseinrichtung angepasst ist, den Durchschnittswert bei der Herleitung der Mehrzahl der Richtungskandidaten auszunutzen.
Objekterfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtungsbestimmungseinrichtung angepasst ist, einen Richtungskandidaten, der aus der ersten Richtungskandidatengruppe stammt, aus dem durch die Richtungspaarkandidatenauswahleinrichtung ausgewählten Richtungspaarkandidaten auszuwählen.
Objekterfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtungsdifferenzenberechnungseinrichtung angepasst ist, zu erfassen, wenn wenigstens einer eines Azimutwinkels und eines Höhenwinkels, welche einen durch entweder die erste Richtungskandidatengruppenberechnungseinrichtung und die zweite Richtungskandidatengruppenberechnungseinrichtung hergeleiteten Richtungskandidaten ausdrücken, ausserhalb eines Halbwinkels der Gruppierung der Empfängerelemente liegt, und den Richtungskandidaten aus den Richtungspaarkandidaten auszuschließen.
Objekterfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eines der vier Empfängerelemente als ein singuläres Empfängerelement an einem Ort positioniert ist, der in der gleichen Ebene wie das Quadrat liegt und von jeder jeweiliger Seiten des Quadrats und von jeweiligen Verlängerungslinien der Seiten abgesondert ist, und wobei die Vorrichtung aufweist: eine Beurteilungswertekandidatenberechnungseinrichtung, die angepasst ist, eine Mehrzahl von Beurteilungswertekandidaten, die jeweils der Mehrzahl der durch die erste Richtungskandidatengruppenberechnungseinrichtung hergeleiteten Richtungskandidaten entsprechen, durch sukzessives Einsetzen von Werten, die jeden der Richtungskandidaten ausdrücken, in eine vorbestimmte Gleichung zu berechnen und Berechnungen unter Ausnutzung der Gleichung zum Herleiten jedes der Beurteilungswertekandidaten als eine hypothetische Phasendifferenz, welche eine Differenz zwischen einer Phase hypothetischer reflektierter Wellen, die auf einer Position einer leeren der Ecken des Quadrats einfallen, und einer Phase reflektierter Wellen, die auf das singuläre Empfängerelement einfallen, aufweist, durchzuführen, eine Hypothetische-Phasendifferenz-Berechnungseinrichtung, die angepasst ist, die hypothetische Phasendifferenz auf der Grundlage jeweiliger Phasendifferenzen einer Mehrzahl von Paaren der Empfängerelemente zu berechnen, wobei wenigstens eines der Mehrzahl von Paaren das singuläre Empfängerelement aufweist, und eine Kandidatenrichtungsauswahleinrichtung, die angepasst ist, jeden der Beurteilungswertekandidaten mit der durch die Hypothetische-Phasendifferenz-Berechnungseinrichtung erhaltenen hypothetischen Phasendifferenz zu vergleichen und einen der Richtungspaarkandidaten, für welchen eine Differenz zwischen einem entsprechenden Beurteilungswertekandidaten und der durch die Hypothetische- Phasendifferenz-Berechnungseinrichtung erhaltenen hypothetischen Phasendifferenz ein Minimum ist, auszuwählen.
Objekterfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsbestimmungseinrichtung angepasst ist, eine Bedingung zu erfassen, gemäß welcher es keinen oder eine Mehrzahl der Richtungspaarkandidaten gibt, für welchen die in dem ersten Unterschritt erhaltene Richtungsdifferenz unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, und zu bestimmen, dass ein Versagen in der Erfassung einer Richtung aufgetreten ist, wenn die Bedingung erfüllt ist.
Objekterfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Position des singulären Empfängerelements in Beziehung zu der leeren Ecke des Quadrats, gemessen bezüglich einer x-Achsenrichtung und einer y-Achsenrichtung, welche jeweils parallel zu unter rechten Winkeln zueinander orientierten Seiten des Quadrats sind, als ein Versatzbe trag Dx entlang einer Richtung parallel zu der x-Achse und ein Versatzbetrag Dy parallel zu der y-Achse festgelegt ist, und wobei die Versatzbeträge Dx und Dy so vorbestimmt sind, dass sie jeweils unterschiedliche Werte sind.
Objekterfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beurteilungswertekandidatenberechnungseinrichtung angepasst ist, zu erfassen, wenn wenigstens einer eines Azimutwinkels und eines Höhenwinkels, welche einen Richtungskandidaten ausdrücken, ausserhalb eines Halbwinkels der Gruppierung der Empfängerelemente liegt, und den Richtungskandidaten davon auszuschließen, ein Objekt der Berechnung zu sein.
Objekterfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtungsbestimmungseinrichtung angepasst ist, eine Bedingung, gemäß welcher wenigstens einer des hergeleiteten Azimutwinkels und Höhenwinkels ausserhalb eines Halbwinkels der Gruppierung der Empfängerelemente liegt, zu erfassen und dann, wenn die Bedingung erfasst wird, eine Bestimmung dahin vorzunehmen, dass keine Zielobjektrichtung erfasst worden ist.
Objekterfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsberechnungseinrichtung angepasst ist, einen Abstand zwischen der Gruppierung der Empfängerelemente und dem Zielobjekt auf der Grundlage eines Zeitpunkts eines Aussendens der Messwellen und eines anschließenden Zeitpunkts eines Empfangens resultierender, von dem Zielobjekt reflektierter Wellen zu berechnen.
Objekterfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwellen Ultraschallwellen aufweisen.
Objekterfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der vier Empfängerelemente auch als ein Senderelement ausgenutzt wird.
Computerprogramm, welches durch einen Computer ausgeführt wird, zur Durchführung jedes der Schritte des Erfassungsverfahrens, welches in Anspruch 1 beansprucht wird.