JP4875541B2 - 方位検出方法、物体検出装置、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、探査波を送信し、探査波を反射した目標物体からの反射波を受信して、目標物体が存在する方位を検出する方位検出方法、その方法を適用した物体検出装置、及びプログラムに関する。

従来より、超音波等からなる探査波を送信して、その探査波を反射した目標物体からの反射波を、一定間隔で一列に受信素子を配置した素子アレーで受信し、各受信素子から得られる受信信号の位相差から、目標物体が存在する方位を検出する装置が知られている。

この種の装置では、探査波の波長をλとして、受信素子の素子間隔をλ／２より小さくすることが望ましい。これは、素子間隔がλ／２以上に設定されていると、方位の虚像が発生して方位を一意に特定することができないためである。

即ち、図１８に示すように、受信素子の素子間隔をｄ、受信素子の正面方向に対する反射波の到来方向の角度をα_O とすると、その到来方向から推定される推定方位の方位角αは（１）式で求められ、この（１）式を変形すると（２）式が得られる。

つまり、ｄ≧λ／２であれば、（２）式の右辺の値が−１〜１を取るようなｎが複数存在することにより、複数の方位角α（推定方位）が求められることになる。

例えば、ｄ＝１．０λ、α_O ＝６０°として（２）式からθを求めた場合、到来方向である６０°以外に、虚像となる−７．７°が算出されることになる。
しかし、実際には、受信素子の直径がλ／２以上のものしかなく、受信素子の素子間隔をλ／２より小さくすることが困難であった。

これに対して、素子間隔が異なる二組の素子アレーを用い、それぞれにて虚像を含めた方位検出を行い、両者の間で検出結果が一致するものを実像、一致しないものを虚像として認識する方法が開示されている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開平１１−２４８８２１号公報 特開２００１−３１８１４５号公報

しかし、これらの方法では、一方向の方位検出に対して二組の素子アレーが必要であり、特に、水平及び垂直の二方向の方位検出を行うには四組もの素子アレーが必要であるため、装置が大型化してしまうという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するために、装置構成を大型化することなく、虚像による方位の誤検出を防止可能な方位検出方法、物体検出装置、及びプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の方位検出方法では、探査波を送信し、該探査波を反射した目標物体からの反射波を、四つの受信素子からなる受信素子群により受信し、その受信信号に基づいて、目標物体が存在する方位を検出する。なお、受信素子群としては、四つの受信素子が、一辺が探査波の半波長以上の長さを有する正方形の各頂点に位置するように配置されたものを使用する。

そして、第１ステップでは、前記正方形の互いに直交する辺上に位置する二組の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づき、目標物体の存在が推定される水平及び垂直方位を示す複数の方位候補を求める。

続く、第２ステップでは、方位候補の算出に使用されたものとは異なる受信素子対を少なくとも含んだ複数の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づいて、方位候補の中の一つを抽出する。

そして、第３ステップでは、第２ステップでの抽出結果に基づいて、目標物体が存在する水平及び垂直方位を求める。
つまり、第１ステップでは、受信素子の配置に依存して、複数の方位候補が求められることになるが、第２ステップでは、第１ステップで方位候補の算出に用いた受信素子対とは、異なった受信素子対から得られる情報（受信信号の位相差）に基づいて、方位候補の絞り込み（即ち、虚像の除去）を行い、その絞り込んだ結果に基づいて、第３ステップでは、目標物体が存在する水平及び垂直方位を求めている。

従って、本発明の方位検出方法によれば、必要最小限の受信素子により、水平及び垂直の二方向の方位検出、及び虚像による誤検出防止を実現することができる。
更に、本発明の方位検出方法では、第２ステップは、次のように構成されている。

まず、第２１ステップにて、前記正方形の各対角線上に位置する二組の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づき、目標物体の存在が推定される水平及び垂直方位を示す複数の方位候補を求める。

続く、第２２ステップでは、第１ステップで算出された方位候補のいずれか一つと、第２１ステップで算出された方位候補のいずれか一つとからなる複数の方位候補対のそれぞれについて、該方位候補対を構成する二つの方位候補が示す方位差を求める。

そして、第２３ステップでは、第２２ステップにて求められた方位差が最小となる方位候補対を抽出することにより、第１ステップにて求められた方位候補の中の一つを抽出する。

即ち、四つの受信素子を正方形の頂点に位置するように配置した場合、正方形の各辺上に位置する受信素子対（以下「同一辺素子対」という）と、正方形の各対角線上に位置する受信素子対（以下「対角線素子対」という）とでは、素子間隔が異なったものとなる。

このため、同一辺素子対からの受信信号の位相差に基づく方位候補（第１ステップで算出，以下第１方位候補ともいう）と、対角線素子対からの受信信号の位相差に基づく方位候補（第２１ステップで算出，以下第２方位候補ともいう）とでは、虚像の現れる方位が異なったものとなり、その結果、第１方位候補のいずれか一つと第２方位候補のいずれか一つとからなる複数の方位候補対のうち、方位候補対を構成する二つの方位候補が示す方位が一致するものを実像同士の組合せ、一致しないものを虚像同士の組合せ、又は実像と虚像との組合せとみなすことができる。但し、ここでは、方位差が最小となる方位候補対を、方位が一致するものとみなしている。

このように、本発明の方位検出方法では、素子間隔や配列方向が異なるように設けられた複数の素子アレーからの受信信号を用いるのではなく、正方形に配置された四つの受信素子からの受信信号を用い、その四つの受信素子の組合せを適宜変えることにより、素子間隔の異なる２種類の素子対（同一辺素子対、対角線素子対）や、その２種類の素子対のそれぞれについて、配列方向が互いに直交する二組の素子対が実現されるものとして、方位検出を行っている。

従って、本発明の方位検出方法によれば、必要最小限の受信素子により、水平及び垂直の二方向の方位検出、及び虚像による誤検出防止を実現することができる。
なお、請求項１に記載の方位検出方法において、第３ステップでは、請求項２に記載のように、第２２ステップにて求められた方位差が予め設定された抽出閾値以下となる方位候補対の数が０又は複数である場合に、方位未検出としてもよい。この場合、より確実に誤検出を防止することができる。

次に、請求項３に記載の方位検出方法では、四つの受信素子からなり、且つ、該受光素子のうち三つが、一辺が探査波の半波長以上の長さを有する正方形の各頂点に位置するように配置されると共に、受光素子の一つが、特異受信素子として、正方形と同一面内で正方形の辺及びその延長線上から外れた位置に配置された受光素子群を使用する。そして、第２ステップは、次のように構成されている。

まず、第２１ステップにて、反射波の到来方向を示す水平及び垂直方位から、前記正方形の頂点のうち受信素子が未配置の頂点である空き頂点での反射波の位相と特異受信素子での反射波の位相との差である仮想位相差を算出するための式を判定式として、第１ステップで算出された方位候補を判定式にそれぞれ代入することで、方位候補毎に候補判定値を算出する。

続く、第２２ステップにて、特異受信素子を用いて形成される受信素子対を少なくとも含んだ複数の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づいて、仮想位相差を算出する。

そして、第２３ステップにて、第２１ステップで求めた候補判定値と第２２ステップで求めた仮想位相差との差が最小となる方位候補を抽出する。
つまり、正方形の各頂点に４個の受信素子を配置する場合は、平行する二つの辺上に位置する二組の受信素子対から得られる位相差情報が同じものとなってしまうのに対して、正方形の頂点からずれた位置に配置される特異受信素子を設けたことにより、４個の受信素子からより多くの位相差情報を得ることになる。

そして、本発明の方位検出方法では、正方形の互いに直交する辺上に位置する二組の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づき、目標物体の存在が推定される水平及び垂直方位を示す複数の方位候補を求め、その方位候補を判定式にそれぞれ代入することによって、方位候補毎に候補判定値を求める。

但し、判定式は、反射波の到来方向を示す水平及び垂直方位から、正方形の頂点のうち受信素子が未配置の頂点である空き頂点での反射波の位相と特異受信素子での反射波の位相との差である仮想位相差を算出するための式である。

具体的には、図１１に示すように、ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸からなる３次元座標系でｚ＝０のｘ−ｙ平面上に受信素子を配置するものとして、ｘ−ｙ平面上の位置Ｐ_i の座標を（ｄｘ_i ，ｄｙ_i ）、探査波の波長をλとし、反射波の到来方向がｘ−ｚ平面に対する仰角（垂直方位）θとｘ−ｚ平面内での水平角（水平方位）φとで表されるものとし、原点での反射波の位相を基準位相とした場合の位置Ｐ_i での反射波の位相ｒ_i は、（３）式で表される。また、任意の二つの位置Ｐ_i ，Ｐ_j で受信される反射波の位相差ΔΦ_ijは、（４）式で表される。

また、図１３（ａ）に示すように、３個の受信素子が配置される正方形の各辺がｘ軸及びｙ軸に沿って配置され、且つその正方形の中心を座標の原点として、空き頂点の位置に対する特異受信素子の位置のｘ軸方向へのオフセット量をＤ_x ，ｙ軸方向へのオフセット量をＤ_y とし、反射波が方位（φ_k ，θ_k ）から到来するものとすると、空き頂点での反射波の位相と特異受信素子での反射波の位相との差（即ち候補判定値）ΔΦ_k （φ_k ，θ_k ）を求めるための式（即ち、判定式）は、（５）式で表されることになる。

更に、本発明の方位検出方法では、このような判定式を用いて算出される候補判定値とは別に、特異受信素子を用いて形成される受信素子対を少なくとも含んだ複数の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づいて仮想位相差を算出し、候補判定値と仮想位相差との差が最小となる方位候補を、目標物体の検出方位として抽出する。

具体的には、図１３（ａ）に示すように、４個の受信素子Ｅ１〜Ｅ４の位置（素子の中心位置）をそれぞれＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４とし、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ４が正方形の各頂点に位置し、Ｐ３が空き頂点から外れて位置する（即ち特異受信素子の配置位置）ものすると、各受信素子対で検出される反射波の位相差ΔΦ_ijは、（６）〜（１１）式で表される。

そして、（５）式の右辺と一致するように（６）〜（１１）式を組み合わせた式を予め設定しておき、その式（例えば（１２）式参照）に従って、位相差ΔΦijを加減算することで仮想位相差ΔΦ_exp が算出される。

つまり、実像に対応した方位候補の候補判定値ΔΦ_k は、実測値から求められた仮想位相差ΔΦ_exp と一致するはずであるため、そのような候補判定値ΔΦ_k を有する方位候補を、目標物体の検出方位として抽出するのである。

このように、本発明の方位検出方法によれば、請求項１の場合と同様に、必要最小限の受信素子により、水平及び垂直の二方向の方位検出、及び虚像による誤検出防止を実現することができる
なお、請求項３に記載の方位検出方法において、第３ステップでは、請求項４に記載のように、第２１ステップで求めた候補判定値と第２２ステップで求めた仮想位相差との差が予め設定された抽出閾値以下となる方位候補の数が０又は複数である場合に、方位未検出としてもよい。この場合、より確実に誤検出を防止することができる。

次に、請求項５に記載の物体検出装置では、送信手段が、探査波を送信し、受信手段が、一辺が探査波の半波長以上の長さを有する正方形の各頂点に位置するように配置された四つの受信素子からなる受信素子群を使用して、探査波を反射した目標物体からの反射波を受信する。

そして、第１方位候補群算出手段が、正方形の互いに直交する辺上に位置する二組の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づき、目標物体の存在が推定される水平及び垂直方位を示す複数の方位候補（総称する場合は「第１方位候補群」という）を求める。

すると、候補絞込手段が、第１方位候補群算出手段にて方位候補の算出に使用されたものとは異なる受信素子対を少なくとも含んだ複数の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づいて前記方位候補の一つを抽出し、その抽出結果に基づいて、方位決定手段が、目標物体が存在する水平及び垂直方位を求める。

更に、候補絞込手段では、第２方位候補群算出手段が、正方形の各対角線上に位置する二組の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づき、目標物体の存在が推定される水平及び垂直方位を示す複数の方位候補（総称する場合は「第２方位候補群」という）を求める。すると、方位差算出手段が、第１方位候補算出手段で算出された方位候補のいずれか一つと、第２方位候補群算出手段で算出された方位候補のいずれか一つとからなる複数の方位候補対のそれぞれについて、該方位候補対を構成する二つの方位候補が示す方位差を求める。そして、方位候補対抽出手段が、方位差算出手段にて求められた方位差が最小となる方位候補対を抽出する。

つまり、請求項５に記載の物体検出装置は、請求項１に記載の方位検出方法を実現する装置であり、従って、本発明の物体検出装置によれば、請求項１に記載の方位検出方法による効果と同様の効果を得ることができる。

なお、方位決定手段は、請求項６に記載のように、方位差算出手段にて算出された方位差が予め設定された抽出閾値以下となる方位候補対の数が０又は複数である場合に、方位未検出とするように構成されていてもよい。

つまり、請求項６に記載の物体検出装置は、請求項２に記載の方位検出方法を実現する装置であり、従って、請求項６に記載の物体検出装置によれば、請求項２に記載の方位検出方法による効果と同様の効果を得ることができる。

ところで、請求項５又は請求項６に記載の物体検出装置において、第１方位候補群算出手段は、請求項７に記載のように、第１方位候補を求める際に、正方形の平行する二つの辺上に位置する二組の受信素子対から得られる受信信号の位相差の平均値を用いるように構成してもよい。

これにより、第１方位候補から特定される方位の精度を向上させることができる。
また、この場合、請求項８に記載のように、方位決定手段は、抽出した方位候補対のうち第１方位候補の情報を用いて方位を求めることが望ましい。

即ち、正方形には互いに直交する２本の対角線しか存在せず、対角線上の受信素子対は、その配列方向の等しいものが存在しない。このため、第２方位候補を求める際に、受信信号の位相差の平均値を用いることができず、位相差の平均値を用いて求められる第１方位候補の方が、より精度や信頼性が高いためである。

次に、請求項５乃至請求項８のいずれかに記載の物体検出装置において、方位差算出手段は、請求項９に記載のように、第１及び第２方位候補のうち、これら方位候補から求められる水平及び垂直方位のいずれかが、受信素子の半値角内の方位から外れているものを、方位候補対の対象から除外するように構成されていてもよい。

つまり、受信素子のビームから外れた方位を示す方位候補は、虚像である可能性が高いため、これを除外することにより、方位差算出手段での処理量を大幅に削減することができる。

なお、方位差算出手段を上述のように構成する代わりに、請求項１４に記載のように、方位決定手段を、求めた水平及び垂直方位の絶対値のいずれかが、受信素子の半値角内の方位から外れている場合に、方位未検出とするように構成してもよい。

次に、請求項１０に記載の物体検出装置では、四つの受信素子からなり、且つ、該受光素子のうち三つが、一辺が探査波の半波長以上の長さを有する正方形の各頂点に位置するように配置されると共に、受光素子の一つが、特異受信素子として、前記正方形と同一面内で前記正方形の辺及びその延長線上から外れた位置に配置された受光素子群を使用する。そして、候補絞込手段を次のように構成されている。

即ち、候補判定値算出手段が、第１方位候補群算出手段で算出された方位候補を判定式にそれぞれ代入することで、方位候補毎に候補判定値を算出する。但し、判定式としては、反射波の到来方向を示す水平及び垂直方位から、正方形の頂点のうち前記受信素子が未配置の頂点である空き頂点での反射波の位相と特異受信素子での反射波の位相との差である仮想位相差を算出するための式を用いる。

これと共に、仮想位相差算出手段が、特異受信素子を用いて形成される受信素子対を少なくとも含んだ複数の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づいて、仮想位相差を算出する。

すると、方位候補抽出手段が、候補判定値算出手段で求めた候補判定値と仮想位相差算出手段で求めた仮想位相差との差が最小となる方位候補を抽出する。
なお、方位決定手段は、請求項１１に記載のように、候補判定値算出手段で求めた候補判定値と仮想位相差算出手段で求めた仮想位相差との差が予め設定された抽出閾値以下となる方位候補の数が０又は複数である場合に、方位未検出とするように構成されていてもよい。

つまり、請求項１０及び請求項１１に記載の物体検出装置は、請求項３及び請求項４に記載の方位検出方法を実現する装置であり、従って、請求項１０及び請求項１１に記載の物体検出装置によれば、請求項３及び請求項４に記載の方位検出方法による効果と同様の効果を得ることができる。

ところで、請求項１０又は請求項１１に記載の物体検出装置では、請求項１２に記載のように、正方形の辺に沿った直交する二つの方向をｘ軸方向及びｙ軸方向、空き頂点の位置に対する特異受信素子の位置のｘ軸方向へのオフセット量をＤｘ，ｙ軸方向へのオフセット量をＤｙとして、オフセット量Ｄｘ，Ｄｙは、互いに異なる値に設定されていることが望ましい。この場合、四つの受信素子からより多くの位相情報が得られることになるため、方位検出精度を向上させることができる。

また、候補判定値算出手段は、請求項１３に記載のように、方位候補のうち、該方位候補から求められる水平及び垂直方位のいずれかが、受信素子の半値角内の方位から外れるものを、候補判定値の算出対象から除外するように構成されていてもよい。

つまり、受信素子のビームから外れた方位を示す方位候補は、虚像である可能性が高いため、これを除外することにより、候補判定値算出手段での処理量を大幅に削減することができる。

なお、候補判定値算出手段を上述のように構成する代わりに、請求項１４に記載のように、方位決定手段を、求めた水平及び垂直方位の絶対値のいずれかが、受信素子の半値角内の方位から外れている場合に、方位未検出とするように構成してもよい。

ところで、本発明の物体検出装置は、請求項１５に記載のように、距離算出手段が、送信手段による前記探査波の送信開始タイミングと受信手段による目標物体からの反射波の受信タイミングとの差から、目標物体までの距離を求めるように構成されていてもよい。

この場合、方位決定手段にて求められる方位と、距離算出手段で求められる距離とにより、目標物体の三次元位置を求めることができる。
そして、送信手段により送信される探査波としては、例えば、請求項１６に記載のように、超音波を用いることができる。

なお、探査波は、超音波に限るものではなく、電磁波等であってもよいが、比較的波長の長い超音波を用いることにより、受信素子の製造を容易に行うことができる。
また、送信手段は、請求項１７に記載のように、受信手段を構成する四つの受信素子のうち少なくとも一つを送信素子として共用するように構成されていてもよい。

この場合、装置の部品点数を削減することができる。また、複数の受信素子を送信素子として共用する場合には、送信出力が増大するため、検知範囲を広げることができる。
ところで、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の方位検出方法を実現する各ステップは、請求項１８に記載のように、コンピュータに実行させるためのプログラムとして構成されていてもよい。

この場合、そのプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記憶させ、その記憶させたプログラムを必要に応じてコンピュータシステムにロードして起動することにより用いることができる。なお、記録媒体は、持ち運び可能なものであってもよいし、コンピュータシステムに予め組み込まれたものであってもよい。また、プログラムは、ネットワークを介してコンピュータシステムにロードされるものであってもよい。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明が適用された物体検出装置１の全体構成を示すブロック図である。この物体検出装置１は、超音波パルスを送信して、その超音波パルスを反射した目標物体からの反射波を受信することにより、その受信信号から目標物体の三次元位置を示す位置データを生成するものである。

＜全体構成＞
図１に示すように、物体検出装置１は、超音波を発生する送信素子３と、送信素子３にパルス状の超音波（以下「超音波パルス」という）送信させる送信部５と、超音波を受信する四つの受信素子Ｅ１〜Ｅ４からなる受信素子アレー７と、受信素子アレー７からの受信信号、及び送信部５からのタイミング信号（後述する）に基づいて、送信素子３から送出された超音波パルスを反射した目標物体の三次元位置を示す位置データを生成する受信部９とを備えている。

このうち、送信部５は、超音波パルスの送出タイミングを示すタイミング信号を発生させる送信タイミング制御部１１と、送信タイミング制御部１１からのタイミング信号に従って、所定周波数（本実施形態では４０ｋＨｚ），所定パルス幅（本実施形態では２５０μｓ）の超音波パルスを送信素子３から送信させるための送信信号を生成する送信信号生成部１３とからなる。

受信素子アレー７を構成する四つの受信素子Ｅ１〜Ｅ４は、図２（ａ）に示すように、正方形の各頂点に位置するように配置されており、その正方形の一辺の長さ（即ち、正方形の辺に沿った方向に隣接する受信素子の素子間隔）ｄは、送信素子３から送出される超音波パルスの波長をλとして、ｄ≧λ／２に設定されている。また、各受信素子Ｅ１〜Ｅ４は、正方形の面の法線方向が正面となり、しかも、正方形の各辺が、水平方向及び垂直方向と一致するように配置されている。なお、本実施形態では、受信素子アレー７を正面から見て、左上の受信素子をＥ１，右上の受信素子をＥ２，左下の受信素子をＥ３，右下の受信素子をＥ４としている。

また、以下では、図２（ｂ）に示すように、受信素子Ｅ１，Ｅ２からなる素子対ＥＰ１２、受信素子Ｅ３，Ｅ４からなる素子対ＥＰ３４、受信素子Ｅ１，Ｅ３からなる素子対ＥＰ１３、受信素子Ｅ２，Ｅ４からなる素子対ＥＰ２４を、同一辺素子対と呼び、受信素子Ｅ１，Ｅ４からなる素子対ＥＰ１４、受信素子Ｅ２，Ｅ３からなる素子対ＥＰ２３を、対角線素子対と呼ぶものとする。

＜受信部の構成＞
図１に戻り、受信部９は、受信素子Ｅ１〜Ｅ４のそれぞれに設けられ、受信素子Ｅｉ（ｉ＝１，２，３，４）からの受信信号を直交復調してＩ信号，Ｑ信号からなる復調信号Ｒｉを生成する復調部２１と、送信タイミング制御部１１からのタイミング信号と、各復調部２１からの復調信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に基づいて、目標物体までの距離Ｌを算出する距離算出部２３と、復調信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に基づき、同一辺素子対ＥＰ１２，ＥＰ１３での位相差から、目標物体が存在すると推定される水平方位φ_k1及び垂直方位θ_k1（ｋ１＝１，２，…）を示す複数の第１方位候補（φ_k1，θ_k1）を生成する第１方位候補群生成部２５と、復調信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に基づき、対角線素子対ＥＰ１４，ＥＰ２３での位相差から、目標物体が存在すると推定される水平方位φ_k2及び垂直方位θ_k2（ｋ２＝１，２，…）を示す複数の第２方位候補（φ_k2，θ_k2）を生成する第２方位候補群生成部２６と、第１方位候補群生成部２５にて生成された第１方位候補群、及び第２方位候補群生成部２６にて生成された第２方位候補群に基づいて、目標物体が存在する水平方位φおよび垂直方位θを決定する方位決定部２７と、距離算出部２３にて算出された距離Ｌ、及び方位決定部２７にて決定された方位（φ，θ）に基づき、図１１に示すように、目標物体の位置データ（ｘ_T ，ｙ_T ，ｚ_T ）を生成する位置変換部２９とを備えている。

なお、距離算出部２３は、タイミング信号から特定される送信タイミングから、復調信号Ｒ１〜Ｒ４から特定される受信タイミングまでの時間と、超音波の伝搬速度とに基づいて距離を算出するように構成されている。

また、復調部２１は、受信信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器、直交復調を実行する直交復調器、直交復調器にて復調された信号から高周波成分を除去するＬＰＦ（ローパスフィルタ）などで構成された周知のものである。

＜第１及び第２方位候補群生成部の詳細＞
ここで、図３は、（ａ）が第１方位候補群生成部２５の構成を示すブロック図、（ｂ）が第２方位候補群生成部２６の構成を示すブロック図である。

第１方位候補群生成部２５は、図３（ａ）に示すように、復調信号Ｒ１，Ｒ２の位相差ΔΦ_1,2 を算出する位相差算出部３１と、復調信号Ｒ１，Ｒ３の位相差ΔΦ_1,3 を算出する位相差算出部３３と、位相差ΔΦ_1,2 から１又は複数の水平方位を、位相差ΔΦ_1,3 から１又は複数の垂直方位を求め、これら水平方位と垂直方位とを全てのパターンで組み合わせることで複数の方位対を生成する方位推定部３５とを備え、方位推定部３５にて生成された方位対を第１方位候補（φ_k1，θ_k1）として出力するように構成されている。

なお、方位推定部３５では、（１）式の右辺をΔΦとして変形した（１３）式を使用し、αを水平方位φ又は垂直方位θとし、位相差算出部３１，３３で求めたΔΦ_1,2 ，ΔΦ_1,3 をΔΦに代入して、−９０°〜９０°の範囲でα（φ又はθ）を算出する。

例えば、同一辺素子対の素子間隔ｄ＝λ，位相差ΔΦ＝０の場合、（１３）式によって、水平方位φ，垂直方位θとして、それぞれ−９０°，０°，＋９０°が求められ、図４（ａ）のグラフ上の点で示される９個の第１方位候補が設定されることになる。

一方、第２方位候補群生成部２６は、図３（ｂ）に示すように、復調信号Ｒ１，Ｒ４の位相差ΔΦ_1,4 を算出する位相差算出部４１と、復調信号Ｒ２，Ｒ３の位相差ΔΦ_2,3 を算出する位相差算出部４３と、位相差ΔΦ_1,4 から受信素子Ｅ１，Ｅ４の配列方向の方位（以下「第１対角方位」という）を、位相差ΔΦ_2,3 から受信素子Ｅ２，Ｅ３の配列方向の方位（以下「第２対角方位」という）を推定し、推定された第１対角方位と第２対角方位とを全てのパターンで組み合わせることで複数の方位対を生成する方位推定部４５と、方位推定部４５にて生成された方位対を、対角線方向の座標系から水平，垂直方向の座標系に変換する座標変換部４７とを備え、座標変換部４７にて座標変換された方位対を、第２方位候補（φ_k2，θ_k2）として出力するように構成されている。

なお、方位推定部４５では、（１４）式を使用し、位相差ΔΦ_1,4 ，ΔΦ_2,3 をΔΦに代入して、−９０°〜９０°の範囲で方位候補α’（第１対角方位，第２対角方位）を算出する。

例えば、同一辺素子対の素子間隔ｄ＝λ，位相差ΔΦ＝０の場合、（１４）式によって、第１対角方位，第２対角方位として、それぞれ−４５°，０°，＋４５°が求められ、更に、座標変換部４７にて、水平方位φ，垂直方位θで表される座標系に座標変換（４５°回転）されると、図４（ｂ）のグラフ上の点で示される９個の第２方位候補が設定されることになる。

＜方位決定部の詳細＞
次に、これら第１方位候補、及び第２方位候補に基づいて、目標物体の方位を決定する方位決定部２７での処理を、図５に示すフローチャートに沿って説明する。なお、本処理は、超音波パルスの送信が行われ、第１及び第２方位候補群が生成される毎に起動される。

本処理が起動すると、図５に示すように、まず、Ｓ１００では、第１方位候補（φ_k1，θ_k1）及び第２方位候補（φ_k2，θ_k2）の中から、φ_k1，φ_k2又はθ_k1，θ_k2のいずれか一方でも、受信素子Ｅ１〜Ｅ４の半値角内の方位から外れるものを排除して、受信素子Ｅ１〜Ｅ４の受信ビーム内の方位を示す方位候補のみを抽出する。

続くＳ１１０では、Ｓ１００で抽出された第１方位候補群の中のいずれか一つの第１方位候補（φ_k1，θ_k1）と、同じくＳ１００で抽出された第２方位候補群の中のいずれか一つの第２方位候補（φ_k2，θ_k2）とを、全てのパターンで組み合わせることで複数の方位候補対を設定し、各方位候補対について、その方位候補対を構成する二つの方位候補間の方位差を算出する。

例えば、第１及び第２方位候補群にそれぞれ９個の方位候補対がある場合には、９×９＝８１個の方位候補対が設定される。そして、方位差として、具体的には、水平方位φ＝０°，垂直方位θ＝０°を座標軸とする座標上での両方位候補間の距離を求める。

次に、Ｓ１２０では、Ｓ１１０にて求められた方位差が最小となる方位候補対を抽出し、Ｓ１３０では、その抽出した方位候補対を構成する第１方位候補が示す方位を、検出方位（φ，θ）として決定し、Ｓ１４０では、その決定した検出方位（φ，θ）を位置変換部２９に出力して、処理を終了する。

なお、Ｓ１３０では、必ずしも第１方位候補が示す方位を検出方位とする必要はなく、例えば、第２方位候補が示す方位、又は両方位候補の平均が示す方位を検出方位としてもよい。

つまり、本処理では、図６に示すように、第１方位候補群と第２方位候補群とを、水平方位、垂直方位を座標軸とする座標面上で重ね合わせて、両者間の距離が最も近い（理想的には一致する）方位候補が実像、それ以外のものは虚像であるとして、検出方位を決定するようにされている。

＜効果＞
以上説明したように、物体検出装置１では、正方形に配置された四つの受信素子Ｅ１〜Ｅ４からなる受信素子アレー７を用い、その四つの受信素子の組合せを適宜変えることにより、素子間隔の異なる２種類の素子対（同一辺素子対、対角線素子対）や、その２種類の素子対のそれぞれについて、配列方向が互いに直交する二組の素子対を実現している。

従って、物体検出装置１によれば、必要最小限の受信素子により、水平及び垂直の二方向の方位検出、及び虚像による誤検出防止を実現することができる。
また、物体検出装置１では、受信信号の位相を利用して方位を推定するため、受信レベルにより推定する場合と比較して、外乱の影響を受けにくく、信頼性の高い検出を行うことができる。

なお、本実施形態は、請求項１及び請求項５に対応するものであり、送信素子３，送信部５が送信手段、受信素子アレー７が受信手段、第１方位候補群生成部２５が第１ステップ及び第１方位候補群算出手段、第２方位候補群生成部２６が第２１ステップ及び第２方位候補群算出手段、Ｓ１００〜Ｓ１１０が第２２ステップ及び方位差算出手段、Ｓ１２０が第２３ステップ及び方位候補対抽出手段、Ｓ１３０が第３ステップ及び方位決定手段、距離算出部２３が距離算出手段に相当する。
［第２実施形態］
次に第２実施形態について説明する。

本実施形態では、第１方位候補群生成部２５ａの構成が、第１実施形態のものとは異なるだけであるため、この相違する部分を中心に説明する。
図７は、本実施形態における第１方位候補群生成部２５ａの構成を示すブロック図である。

図７に示すように、第１方位候補群生成部２５ａは、復調信号Ｒ１，Ｒ２の位相差ΔΦ_1,2 を算出する位相差算出部３１と、復調信号Ｒ３，Ｒ４の位相差ΔΦ_3,4 を算出する位相差算出部３２と、復調信号Ｒ１，Ｒ３の位相差ΔΦ_1,3 を算出する位相差算出部３３と、復調信号Ｒ２，Ｒ４の位相差ΔΦ_2,4 を算出する位相差算出部３４と、位相差算出部３１，３２で算出された位相差ΔΦ_1,2 ，ΔΦ_3,4 の平均を算出する平均位相差算出部３７と、位相差算出部３３，３４で算出された位相差ΔΦ_1,3 ，ΔΦ_2,4 の平均を算出する平均位相差算出部３８とを備えている。

また、第１方位候補群生成部２５ａは、上述の（１３）式を使用し、平均位相差算出部３７で算出された平均位相差をΔΦに代入することで、１又は複数のα（この場合、水平方位φ）を求めると共に、上述の（１４）式を使用し、平均位相差算出部３８で算出された平均位相差をΔΦに代入することで、１又は複数のα（この場合、垂直方位θ）を求め、これら水平方位φと垂直方位θとを全てのパターンで組み合わせることで複数の方位対を生成する方位推定部３５を備えており、この方位推定部３５にて生成された方位対を第１方位候補として出力するように構成されている。

つまり、同一辺素子対では、配列方向が等しいものが二組ずつ存在するため、同じ配列方向の素子対で得られる位相差の平均を、同一辺素子対の位相差としている。
従って、本実施形態によれば、第１方位候補が示す方位の精度を向上させることができ、その結果、Ｓ１３０では第１方位候補に基づいて検出方位を決定するように構成することで、方位決定部２７が出力する検出方位の精度、更には、受信部９が出力する位置データの精度を向上させることができる。

なお、本実施形態において、第１方位候補群生成部２５ａが請求項７における第１方位候補群算出手段に相当する。
［第３実施形態］
次に第３実施形態について説明する。

本実施形態では、方位決定部２７での処理の一部が、第１実施形態のものとは異なるだけであるため、この相違する部分を中心に説明する。
図８は、本実施形態における方位決定部２７が実行する処理の内容を示すフローチャートである。

図８に示すように、本処理では、第１実施形態のものと比較して、Ｓ１００が省略され、Ｓ１３５，Ｓ１５０が追加されている。
即ち、本処理が起動すると、まず、Ｓ１１０では、第１方位候補群の中のいずれか一つの第１方位候補と、第２方位候補群の中のいずれか一つの第２方位候補とを、全てのパターンで組み合わせることで複数の方位候補対を設定し、各方位候補対について、その方位候補対を構成する二つの方位候補間の方位差を算出する。

次に、Ｓ１２０では、Ｓ１１０にて求められた方位差が最小となる方位候補対を抽出し、Ｓ１３０では、その抽出した方位候補対を構成する第１方位候補が示す方位を、検出方位として決定する。

続くＳ１３５では、Ｓ１３０にて決定した検出方位が、受信素子Ｅ１〜Ｅ４の半値角内の方位、即ち、受信ビーム内の方位であるか否かを判断し、検出方位が受信ビーム内の方位であれば、Ｓ１４０に進んで、その決定した検出方位を位置変換部２９に出力して、本処理を終了する。

一方、Ｓ１３０にて、検出方位が受信ビーム外の方位であると判断された場合は、Ｓ１５０に進み、方位が未検出であることを位置変換部２９に出力して、本処理を終了する。
つまり、本実施形態では、受信ビーム内の方位を示すものであるか否かの判断を、第１実施形態のように方位候補に対して行うのではなく、検出方位に対して行っており、これにより、常に検出方位が出力されるのではなく、方位未検出となる場合があるようにされている。

このように構成された本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができるだけでなく、検出方位の信頼性をより向上させることができる。
なお、本実施形態において、Ｓ１３０〜Ｓ１５０が請求項１４における方位決定手段に相当する。
［第４実施形態］
次に第４実施形態について説明する。

本実施形態では、方位決定部２７での処理が、第１実施形態のものとは異なるだけであるため、この相違する部分を中心に説明する。
図９は、本実施形態における方位決定部２７が実行する処理の内容を示すフローチャートである。

本処理が起動すると、図９に示すように、まず、Ｓ２００では、第１方位候補群及び第２方位候補群の中から、水平方位又は垂直方位のいずれか一方でも、受信素子Ｅ１〜Ｅ４の半値角内の方位から外れるものを除外して、受信素子Ｅ１〜Ｅ４の受信ビーム内の方位を示す方位候補のみを抽出する。

続くＳ２１０では、Ｓ２００で抽出された第１方位候補群の中のいずれか一つの第１方位候補と、同じくＳ２００で抽出された第２方位候補群の中のいずれか一つの第２方位候補とを、全てのパターンで組み合わせることで複数の方位候補対を設定し、各方位候補対について、その方位候補対を構成する二つの方位候補間の方位差を算出する。

そして、Ｓ２２０では、Ｓ２１０で算出された方位差が、予め設定された閾値以下となる方位候補対が一つだけ存在するか否かを判断し、方位差が閾値以下となる方位候補対が一つだけ存在する場合には、Ｓ２３０に進んで、その方位候補対を、検出方位として決定し、続くＳ２４０にて、その決定した検出方位を位置変換部２９に出力して、本処理を終了する。

先のＳ２２０にて、方位差が閾値以下となる方位候補対が０又は複数存在すると判断された場合には、Ｓ２５０に進み、方位が未検出であることを位置変換部２９に出力して、本処理を終了する。

つまり、本実施形態では、上記実施形態のように方位差が最小となる方位候補対に基づいて検出方位を決定するのではなく、方位差が閾値以下となる方位候補対に基づき、しかもそのような方位候補対が一つだけ存在する場合に、検出方位を決定している。

従って、本実施形態によれば、虚像同士からなる方位候補対が偶然同じ位置に現れてしまったとしても、そのような方位候補対によって方位を誤検出してしまうことがなく、検出方位の信頼性をより一層向上させることができる。

なお、本実施形態において、Ｓ２２０〜Ｓ２５０が請求項２における第３ステップ及び請求項６における方位決定手段に相当する。
［第５実施形態］
次に第５実施形態について説明する。

本実施形態では、方位決定部２７での処理の一部が、第４実施形態のものとは異なるだけであるため、この相違する部分を中心に説明する。
図１０は、本実施形態における方位決定部２７が実行する処理の内容を示すフローチャートである。

図１０に示すように、本処理では、第４実施形態のものと比較して、Ｓ２００が省略され、Ｓ２３５が追加されている。
即ち、本処理が起動すると、まず、Ｓ２１０では、第１方位候補群の中のいずれか一つの第１方位候補と、第２方位候補群の中のいずれか一つの第２方位候補とを、全てのパターンで組み合わせることで複数の方位候補対を設定し、各方位候補対について、その方位候補対を構成する二つの方位候補間の方位差を算出する。

そして、Ｓ２２０では、Ｓ２１０で算出された方位差が、予め設定された閾値以下となる方位候補対が一つだけ存在するか否かを判断し、方位差が閾値以下となる方位候補対が一つだけ存在する場合には、Ｓ２３０に進んで、その方位候補対を、検出方位として決定する。

続くＳ２３５では、Ｓ２３０にて決定した検出方位が、受信素子Ｅ１〜Ｅ４の半値角内の方位、即ち、受信ビーム内の方位であるか否かを判断し、検出方位が受信ビーム内の方位であれば、Ｓ２４０に進んで、その決定した検出方位を位置変換部２９に出力して、本処理を終了する。

また、先のＳ２２０にて、方位差が閾値以下となる方位候補対が０又は複数存在すると判断された場合、或いはＳ２３５にて、検出方位が受信ビーム外の方位であると判断された場合には、Ｓ２５０に進み、方位が未検出であることを位置変換部２９に出力して、本処理を終了する。

つまり、本実施形態では、第３実施形態の特徴（Ｓ２３５）と第４実施形態の特徴（Ｓ２２０）を兼ね備えている。
従って、本実施形態によれば、これらの相乗効果により、方位検出の精度や信頼性をより一層向上させることができる。
［第６実施形態］
次に第６実施形態について説明する。

図１２は、本実施形態の物体検出装置１ａの全体構成を示すブロック図である。
なお、本実施形態では、受信素子アレー７ａ、及び受信部９ａの構成の一部が、第１実施形態のものとは異なるため、この相違する部分を中心に説明する。

＜受信素子アレーの構成＞
まず、受信素子アレー７ａを構成する四つの受信素子Ｅ１〜Ｅ４は、図１３（ａ）に示すように、そのうちの三つの受信素子Ｅ１，Ｅ２，Ｅ４が正方形の各頂点に位置するように配置されており、残りの受信素子Ｅ３が正方形の頂点から外れた地点に位置するように配置されている。

以下では、受信素子Ｅ１，Ｅ２，Ｅ４が配置されていない正方形の頂点を空き頂点、空き頂点から外れた地点に配置された受信素子Ｅ３を特異受信素子とも呼ぶものとする。
また、説明の便宜のため、受信素子アレー７ａが配置される三次元空間の座標系を、以下のように定義する。

即ち、上記正方形の中心を原点とし、正方形の辺に沿った直交する二つの方向を、ｘ軸方向，及びｙ軸方向とする。つまり、受信素子アレー７ａは、図１１に示すように、ｚ＝０のｘ−ｙ平面上に、ｚ軸方向を正面にして配置されていることになる。

また、受信素子アレー７ａを構成する各受信素子Ｅ１〜Ｅ４は、図１３（ａ）に示すように、正面方向から見て、左上の受信素子をＥ１，右上の受信素子をＥ２，左下の受信素子をＥ３，右下の受信素子をＥ４とする。但し、ｘ軸座標は左方向が正、ｙ軸座標は上方向が正であるものとする。

そして、上記正方形の一辺の長さ（即ち、正方形の辺に沿った方向に隣接する受信素子の素子間隔）ｄは、送信素子３から送出される超音波パルスの波長をλとして、ｄ≧λ／２に設定され、また、特異受信素子Ｅ３の空き頂点からのｘ軸方向へのオフセット量（ずれ量）をＤｘ、ｙ軸方向へのオフセット量をＤｙとし、これらオフセット量Ｄｘ，Ｄｙは、互いに異なった大きさとなるように設定されている。

＜受信部の構成＞
図１２に戻り、受信部９ａは、第１実施形態のものと同様に構成された、復調部２１，距離算出部２３，位置変換部２９を備えている。

これに加えて、受信部９ａは、復調信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ４に基づき、同一辺素子対ＥＰ１２，ＥＰ２４での位相差から、目標物体が存在すると推定される水平方位θ_k 及び垂直方位φ_k （ｋ＝１，２，…）を示す複数の方位候補（θ_k ，φ_k ）を生成する方位候補群生成部５１と、復調信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に基づき、対角線素子対ＥＰ１２，ＥＰ２３，ＥＰ２４での位相差から目標物体の仮想位相差ΔΦ_exp を生成する仮想位相差生成部５３と、方位候補群生成部５１にて生成された方位候補（θ_k ，φ_k ）、及び仮想位相差生成部５３にて生成された仮想位相差ΔΦ_exp に基づいて、目標物体が存在する方位（θ，φ）を決定する方位決定部５５とを備えている。

なお、方位候補群生成部５１は、第１方位候補群生成部２５とは使用する復調信号が一つだけ異なっているが、それ以外は、第１方位候補群生成部２５と全く同様に構成されているため、ここでは説明を省略する。

＜仮想位相差生成部の詳細＞
図１４は、仮想位相差生成部５３の構成を示すブロック図である。
仮想位相差生成部５３は、図１４に示すように、復調信号Ｒ１，Ｒ２の位相差ΔΦ_1,2 （上述の（４）式参照）を算出する位相差算出部６１と、復調信号Ｒ２，Ｒ３の位相差ΔΦ_3,2 を算出する位相差算出部６２と、復調信号Ｒ２，Ｒ４から位相差ΔΦ_4,2 を算出する位相差算出部６３と、各位相差算出部６１，６２，６３にて算出された位相差ΔΦ_1,2 ，ΔΦ_3,2 ，ΔΦ_4,2 を、次の（１５）式に従って加算することにより、仮想位相差ΔΦ_exp を算出する仮想位相差算出部６４とからなる。

＜方位決定部の詳細＞
次に、方位候補（θ_k ，φ_k ）、及び仮想位相差ΔΦ_exp に基づいて、目標物体の方位（θ，φ）を決定する方位決定部５５での処理を、図１５に示すフローチャートに沿って説明する。なお、本処理は、超音波パルスの送信が行われ、方位候補（θ_k ，φ_k ）、仮想位相差ΔΦ_exp が生成される毎に起動される。

本処理が起動すると、図１５に示すように、まず、Ｓ３００では、方位候補（θ_k ，φ_k ）の中から、水平方位θ_k 又は垂直方位φ_k のいずれか一方でも、受信素子Ｅ１〜Ｅ４の半値角内の方位から外れるものを排除して、受信素子Ｅ１〜Ｅ４の受信ビーム内の方位を示す方位候補のみを抽出する。

続くＳ３１０では、Ｓ３００で抽出された方位候補（θ_k ，φ_k ）のそれぞれについて、その水平方位θ_k 又は垂直方位φ_k を、次の（１６）式に代入することにより、候補判定値ΔΦ_k を算出し、Ｓ３２０に進む。

Ｓ３２０では、方位候補（θ_k ，φ_k ）のそれぞれについて、候補判定値ΔΦ_k と仮想位相差ΔΦ_exp との差の絶対値｜ΔΦ_k −ΔΦ_exp ｜を算出し、続くＳ３３０では、その算出値｜ΔΦ_k −ΔΦ_exp ｜が最小となる方位候補が示す方位を、検出方位として抽出する。

続くＳ３４０では、Ｓ３３０にて抽出された検出方位を位置変換部２９に出力して、処理を終了する。
つまり、本処理では、特異受信素子Ｅ３以外の受信素子Ｅ１，Ｅ２，Ｅ４に基づく復調信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ４から求めた方位候補（θ_k ，φ_k ）のそれぞれについて、空き頂点での反射波の位相と特異受信素子Ｅ３での反射波の位相との差（仮想位相差）を表す判定値ΔΦ_k を求め、その判定値ΔΦ_k が、特異受信素子Ｅ３を含む複数の受信素子Ｅ１〜Ｅ４に基づく復調信号Ｒ１〜Ｒ４から算出した仮想位相差ΔΦ_exp と最も近い（理想的には一致する）方位候補が実像、それ以外の方位候補は虚像であるとして、検出方位を決定するようにされている。

＜効果＞
以上説明したように、物体検出装置１ａでは、正方形の頂点に位置するように配置された三つの受信素子Ｅ１，Ｅ２，Ｅ４と正方形の空き頂点からオフセット量Ｄｘ，Ｄｙだけ外れた位置に配置された一つの受信素子（特異受信素子）Ｅ３とからなる受信素子アレー７ａを用い、特異受信素子Ｅ３以外の受信素子Ｅ１，Ｅ２，Ｅ４を利用して方位候補（θ_k ，φ_k ）を求め、更に、特異受信素子Ｅ３を利用して、方位候補の中から実像を特定するようにされている。

従って、物体検出装置１ａによれば、物体検出装置１と同様に、必要最小限の受信素子により、水平及び垂直の二方向の方位検出、及び虚像による誤検出防止を実現することができる。

また、物体検出装置１ａでは、物体検出装置１と同様に、受信信号の位相を利用して方位を推定するため、受信レベルにより推定する場合と比較して、外乱の影響を受けにくく、信頼性の高い検出を行うことができる。

なお、本実施形態は、請求項３及び請求項１０に対応するものであり、送信素子３，送信部５が送信手段、受信素子アレー７が受信手段、方位候補群生成部５１が第１ステップ及び第１方位候補群算出手段、Ｓ３００〜Ｓ３１０が第２１ステップ及び候補判定値算出手段、仮想位相差生成部５３が第２２ステップ及び仮想位相差算出手段、Ｓ３２０〜Ｓ３３０が第２３ステップ及び方位候補抽出手段、Ｓ３３０が第３ステップ及び方位決定手段に相当する。
［第７実施形態］
次に第７実施形態について説明する。

本実施形態では、第６実施形態の物体検出装置１ａとは、方位決定部５５での処理の一部が異なるだけであるため、この相違する部分を中心に説明する。
図１６は、本実施形態における方位決定部５５が実行する処理の内容を示すフローチャートである。

図１６に示すように、本処理では、第６実施形態のものと比較して、Ｓ３００が省略され、Ｓ３３５，Ｓ３５０が追加されている。
即ち、本処理が起動すると、まず、Ｓ３１０では、方位候補（θ_k ，φ_k ）のそれぞれについて、候補判定値ΔΦ_k を算出してＳ３２０に進む。

Ｓ３２０では、方位候補（θ_k ，φ_k ）のそれぞれについて、判定値差｜ΔΦ_k −ΔΦ_exp ｜を算出し、続くＳ３３０では、その算出値｜ΔΦ_k −ΔΦ_exp ｜が最小となる方位候補が示す方位を、検出方位として抽出して、Ｓ３３５に進む。

Ｓ３３５では、Ｓ３３０にて抽出した検出方位が、受信素子Ｅ１〜Ｅ４の半値角内の方位、即ち、受信ビーム内の方位であるか否かを判断し、検出方位が受信ビーム内の方位であれば、Ｓ３４０に進んで、その決定した検出方位を位置変換部２９に出力して、本処理を終了する。

一方、Ｓ３３５にて、検出方位が受信ビーム外の方位であると判断された場合は、Ｓ３５０に進み、方位が未検出であることを位置変換部２９に出力して、本処理を終了する。
つまり、本実施形態では、受信ビーム内の方位を示すものであるか否かの判断を、第６実施形態のように方位候補に対して行うのではなく、検出方位に対して行っており、これにより、常に検出方位が出力されるのではなく、方位未検出となる場合があるようにされている。

このように構成された本実施形態によれば、第６実施形態と同様の効果を得ることができるだけでなく、検出方位の信頼性をより向上させることができる。
なお、本実施形態において、Ｓ３３０〜Ｓ３５０が請求項１４における方位決定手段に相当する。
［第８実施形態］
次に第８実施形態について説明する。

本実施形態では、方位決定部５５での処理が、第６実施形態のものとは異なるだけであるため、この相違する部分を中心に説明する。
図１９は、本実施形態における方位決定部５５が実行する処理の内容を示すフローチャートである。

本処理が起動すると、図１９に示すように、まず、Ｓ４００では、方位候補（θ_k ，φ_k ）の中から、水平方位θ_k 又は垂直方位φ_k のいずれか一方でも、受信素子Ｅ１〜Ｅ４の半値角内の方位から外れるものを排除して、受信素子Ｅ１〜Ｅ４の受信ビーム内の方位を示す方位候補のみを抽出して、Ｓ４１０に進む。

Ｓ４１０では、Ｓ４００にて抽出された方位候補（θ_k ，φ_k ）のそれぞれについて、候補判定値ΔΦ_k を算出し、続くＳ４２０では、Ｓ４００にて抽出された方位候補（θ_k ，φ_k ）のそれぞれについて、判定値差｜ΔΦ_k −ΔΦ_exp ｜を算出して、Ｓ４３０に進む。 Ｓ４３０では、Ｓ４２０で算出された判定値差｜ΔΦ_k −ΔΦ_exp ｜が、予め設定された閾値以下となる方位候補が一つだけ存在するか否かを判断し、判定値差が閾値以下となる方位候補が一つだけ存在する場合には、Ｓ４４０に進んで、その方位候補を、検出方位として決定し、続くＳ４５０にて、その決定した検出方位を位置変換部２９に出力して、本処理を終了する。

先のＳ４３０にて、判定値差が閾値以下となる方位候補が０又は複数存在すると判断された場合には、Ｓ４６０に進み、方位が未検出であることを位置変換部２９に出力して、本処理を終了する。

つまり、本実施形態では、第７実施形態のように判定値差が最小となる方位候補に基づいて検出方位を決定するのではなく、判定値差が閾値以下となる方位候補に基づき、しかもそのような方位候補が一つだけ存在する場合に、検出方位を決定している。

従って、本実施形態によれば、虚像を表す方位候補によって方位を誤検出してしまうことがなく、検出方位の信頼性をより一層向上させることができる。
なお、本実施形態において、Ｓ４３０〜Ｓ４６０が請求項４における第３ステップ及び請求項１１における方位決定手段に相当する。
［第９実施形態］
次に第９実施形態について説明する。

本実施形態では、方位決定部５５での処理の一部が、第８実施形態のものとは異なるだけであるため、この相違する部分を中心に説明する。
図２０は、本実施形態における方位決定部５５が実行する処理の内容を示すフローチャートである。

図２０に示すように、本処理では、第８実施形態のものと比較して、Ｓ４００が省略され、Ｓ４４５が追加されている。
即ち、本処理が起動すると、まず、Ｓ４１０では、Ｓ４００にて抽出された方位候補（θ_k ，φ_k ）のそれぞれについて、候補判定値ΔΦ_k を算出し、続くＳ４２０では、Ｓ４００にて抽出された方位候補（θ_k ，φ_k ）のそれぞれについて、判定値差｜ΔΦ_k −ΔΦ_exp ｜を算出して、Ｓ４３０に進む。

Ｓ４３０では、Ｓ４２０で算出された判定値差｜ΔΦ_k −ΔΦ_exp ｜が、予め設定された閾値以下となる方位候補が一つだけ存在するか否かを判断し、判定値差が閾値以下となる方位候補が一つだけ存在する場合には、Ｓ４４０に進んで、その方位候補を、検出方位として決定する。

続くＳ４４５では、Ｓ４４０にて決定した検出方位が、受信素子Ｅ１〜Ｅ４の半値角内の方位、即ち、受信ビーム内の方位であるか否かを判断し、検出方位が受信ビーム内の方位であれば、Ｓ４５０に進んで、その決定した検出方位を位置変換部２９に出力して、本処理を終了する。

また、先のＳ４３０にて、判定値差が閾値以下となる方位候補が０又は複数存在すると判断された場合、或いはＳ４４５にて、検出方位が受信ビーム外の方位であると判断された場合には、Ｓ４６０に進み、方位が未検出であることを位置変換部２９に出力して、本処理を終了する。

つまり、本実施形態では、第７実施形態の特徴（Ｓ４４５）と第８実施形態の特徴（Ｓ４３０）を兼ね備えている。
従って、本実施形態によれば、これらの相乗効果により、方位検出の精度や信頼性をより一層向上させることができる。
［他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、送信素子３を受信素子Ｅ１〜Ｅ４とは別に設けているが、図１７（ａ）に示す物体検出装置１ｂのように、受信素子Ｅ１〜Ｅ４のいずれか一つ（図では受信素子Ｅ１）に送信部５が生成する送信信号を供給するように構成して、この受信素子Ｅ１を送信素子として共用してもよい。この場合、送信信号を受信部９（又は９ａ）にて処理してしまうことがないように、送信部５がパルス状の探査波の送信を完了後に、受信部９（又は９ａ）を動作させることが望ましい。

また、図１７（ｂ）に示す物体検出装置１ｃのように、送信部５が各受信素子Ｅ１〜Ｅ４のそれぞれに送信信号を供給するように構成して、全ての受信素子Ｅ１〜Ｅ４を送信素子として共用してもよい。そして、特に受信素子アレー７が用いられる場合、排他的に組み分けされる二組の受信素子対で、逆位相の超音波を送信するように構成してもよい。

更に、図１７に示したものに限らず、受信素子Ｅ１〜Ｅ４のうちのいずれか二つ又は三つを送信素子として共用してもよい。
また、図１７では、送信信号を受信信号と直接合流させているが、この合流部分に切換スイッチやサーキュレータ（探査波が電磁波である場合）を設けてもよい。

上記実施形態では、正方形に配置された受信素子Ｅ１〜Ｅ４を、正方形の辺が水平及び垂直方向と一致するように配置したが、正方形の対角線が水平及び垂直方向と一致するように配置してもよい。この場合、受信部９の座標変換部４７は、第２方位候補群生成部２６ではなく第１方位候補群生成部２５に設ければよい。

上記実施形態において、距離算出部２３、第１方位候補群生成部２５、第２方位候補群生成部２６、方位候補群生成部５１、仮想位相差生成部５３、方位決定部２７，５５、位置変換部２９での処理は、論理回路の組合せにより実現してもよいし、マイクロコンピュータが実行する処理として構成してもよい。

上記実施形態において、仮想位相差算出部６４は（１５）式を用いて仮想位相差ΔΦ_exp を求めるように構成されているが、その算出式は（１５）式に限定されるものではなく、（６）〜（１１）式の関係を利用して（１５）式の右辺を導くことができ、且つ変数として位相差ΔΦ_i,j だけを用いた演算式であればよい。但し、この場合、その採用する式に応じて、位相差算出部６１，６２，６３が生成する位相差ΔΦ_i,j を適宜設定する必要がある。

また、仮想位相差生成部５３を構成する位相差算出部には、方位候補群生成部５１を構成する位相差算出部と重複するものがあるため、両者で共通の位相差算出部を用いるように構成してもよい。

本発明が適用された物体検出装置の全体構成を示すブロック図。 受信素子の配置、及び素子対の組合せを示す説明図。 第１実施形態における第１及び第２方位候補群生成部の構成を示すブロック図。 第１及び第２方位候補群が生成する方位候補群の例を示すグラフ。 第１実施形態における方位決定部での処理内容を示すフローチャート。 方位候補群から方位が決定される原理を示す説明図。 第２実施形態における第１方位候補群生成部の構成を示すブロック図。 第３実施形態における方位決定部での処理内容を示すフローチャート。 第４実施形態における方位決定部での処理内容を示すフローチャート。 第５実施形態における方位決定部での処理内容を示すフローチャート。 方位の定義、及び位置変換部での動作を示す説明図。 第６実施形態の物体検出装置の全体構成を示すブロック図。 受信素子の配置を示す説明図。 第６実施形態における仮想位相差生成部の構成を示すブロック図。 第６実施形態における方位決定部での処理内容を示すフローチャート。 第７実施形態における方位決定部での処理内容を示すフローチャート。 他の実施形態での物体検出装置の全体構成を示すブロック図。 方位検出の原理を示す説明図。 第８実施形態における方位決定部での処理内容を示すフローチャート。 第９実施形態における方位決定部での処理内容を示すフローチャート。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…物体検出装置 ３…送信素子 ５…送信部 ７，７ａ…受信素子アレー ９，９ａ…受信部 １１…送信タイミング制御部 １３…送信信号生成部 ２１…復調部 ２３…距離算出部 ２５，２５ａ…第１方位候補群生成部 ２６…第２方位候補群生成部 ２７，５５…方位決定部 ２９…位置変換部 ３１〜３４，４１，４３，６１〜６３…位相差算出部 ３５，４５…方位推定部 ３７，３８…平均位相差算出部 ４７…座標変換部 ５１…方位候補群生成部 ５３…仮想位相差生成部 ６４…仮想位相差算出部 Ｅ１〜Ｅ４…受信素子

Claims (18)

1. 一辺が探査波の半波長以上の長さを有する正方形の各頂点に位置するように配置された四つの受信素子からなる受信素子群を使用し、
   探査波を反射した目標物体からの反射波を前記受信素子部にて受信し、その受信信号に基づいて前記目標物体が存在する方位を検出する方位検出方法であって、
   前記正方形の互いに直交する辺上に位置する二組の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づき、前記目標物体の存在が推定される水平及び垂直方位を示す複数の方位候補を求める第１ステップと、
   前記方位候補の算出に使用されたものとは異なる受信素子対を少なくとも含んだ複数の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づいて、前記方位候補の中の一つを抽出する第２ステップと、
   前記第２ステップでの抽出結果に基づいて、前記目標物体が存在する水平及び垂直方位を求める第３ステップと、
   からなり、
   更に、前記第２ステップは、
   前記正方形の各対角線上に位置する二組の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づき、前記目標物体の存在が推定される水平及び垂直方位を示す複数の方位候補を求める第２１ステップと、
   前記第１ステップで算出された方位候補のいずれか一つと、前記第２１ステップで算出された方位候補のいずれか一つとからなる複数の方位候補対のそれぞれについて、該方位候補対を構成する二つの方位候補が示す方位差を求める第２２ステップと、
   前記第２２ステップにて求められた方位差が最小となる方位候補対を抽出する第２３ステップと、
   からなることを特徴とする方位検出方法。
2. 前記第３ステップでは、前記第２２ステップにて求められた方位差が、予め設定された抽出閾値以下となる方位候補対の数が０又は複数である場合に、方位未検出とすることを特徴とする請求項１に記載の方位検出方法。
3. 四つの受信素子からなり、且つ、該受信素子のうち三つが、一辺が探査波の半波長以上の長さを有する正方形の各頂点に位置するように配置されると共に、前記受信素子のうち一つが、特異受信素子として、前記正方形と同一面内で前記正方形の辺及びその延長線上から外れた位置に配置された受信素子群を使用し、
   探査波を反射した目標物体からの反射波を前記受信素子部にて受信し、その受信信号に基づいて前記目標物体が存在する方位を検出する方位検出方法であって、
   前記正方形の互いに直交する辺上に位置する二組の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づき、前記目標物体の存在が推定される水平及び垂直方位を示す複数の方位候補を求める第１ステップと、
   前記方位候補の算出に使用されたものとは異なる受信素子対を少なくとも含んだ複数の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づいて、前記方位候補の中の一つを抽出する第２ステップと、
   前記第２ステップでの抽出結果に基づいて、前記目標物体が存在する水平及び垂直方位を求める第３ステップと、
   からなり、
   更に、前記第２ステップは、
   前記反射波の到来方向を示す水平及び垂直方位から、前記正方形の頂点のうち前記受信素子が未配置の頂点である空き頂点での前記反射波の位相と前記特異受信素子での前記反射波の位相との差である仮想位相差を算出するための式を判定式として、前記第１ステップで算出された方位候補を前記判定式にそれぞれ代入することで、前記方位候補毎に候補判定値を算出する第２１ステップと、
   前記特異受信素子を用いて形成される受信素子対を少なくとも含んだ複数の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づいて、前記仮想位相差を算出する第２２ステップと、
   前記第２１ステップで求めた前記候補判定値と前記第２２ステップで求めた前記仮想位相差との差が最小となる方位候補を抽出する第２３ステップと、
   からなることを特徴とする方位検出方法。
4. 前記第３ステップでは、前記第２１ステップで求めた前記候補判定値と前記第２２ステップで求めた前記仮想位相差との差が予め設定された抽出閾値以下となる方位候補の数が０又は複数である場合に、方位未検出とすることを特徴とする請求項３に記載の方位検出方法。
5. 探査波を送信する送信手段と、
   一辺が探査波の半波長以上の長さを有する正方形の各頂点に位置するように配置された四つの受信素子からなる受信素子群を使用して、前記探査波を反射した目標物体からの反射波を受信する受信手段と、
   前記正方形の互いに直交する辺上に位置する二組の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づき、前記目標物体の存在が推定される水平及び垂直方位を示す複数の方位候補を求める第１方位候補群算出手段と、
   前記第１方位候補群算出手段にて前記方位候補の算出に使用されたものとは異なる受信素子対を少なくとも含んだ複数の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づいて前記方位候補の一つを抽出する候補絞込手段と、
   前記候補絞込手段での抽出結果に基づいて前記目標物体が存在する水平及び垂直方位を求める方位決定手段と、
   を備え、
   前記候補絞込手段は、
   前記正方形の各対角線上に位置する二組の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づき、前記目標物体の存在が推定される水平及び垂直方位を示す複数の方位候補を求める第２方位候補群算出手段と、
   前記第１方位候補算出手段で算出された方位候補のいずれか一つと、前記第２方位候補群算出手段で算出された方位候補のいずれか一つとからなる複数の方位候補対のそれぞれについて、該方位候補対を構成する二つの方位候補が示す方位差を求める方位差算出手段と、
   該方位差算出手段にて求められた方位差が最小となる方位候補対を抽出する方位候補対抽出手段と、
   を備えることを特徴とする物体検出装置。
6. 前記方位決定手段は、前記方位差算出手段にて算出された方位差が予め設定された抽出閾値以下となる方位候補対の数が０又は複数である場合に、方位未検出とすることを特徴とする請求項５に記載の物体検出装置。
7. 前記第１方位候補群算出手段は、前記第１方位候補を求める際に、前記正方形の平行する二つの辺上に位置する二組の受信素子対から得られる受信信号の位相差の平均値を用いることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の物体検出装置。
8. 前記方位決定手段は、抽出した方位候補対のうち第１方位候補の情報を用いて方位を求めることを特徴とする請求項７に記載の物体検出装置。
9. 前記方位差算出手段は、前記第方位候補群算出手段及び前記第２方位候補群算出手段にて算出された方位候補のうち、該方位候補から求められる水平及び垂直方位のいずれかが、前記受信素子の半値角内の方位から外れるものを、前記方位候補対の対象から除外することを特徴とする請求項５乃至請求項８のいずれかに記載の物体検出装置。
10. 探査波を送信する送信手段と、
    四つの受信素子からなり、且つ、該受信素子のうち三つが、一辺が探査波の半波長以上の長さを有する正方形の各頂点に位置するように配置されると共に、前記受信素子のうち一つが、特異受信素子として、前記正方形と同一面内で前記正方形の辺及びその延長線上から外れた位置に配置された受信素子群を使用して、前記探査波を反射した目標物体からの反射波を受信する受信手段と、
    前記正方形の互いに直交する辺上に位置する二組の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づき、前記目標物体の存在が推定される水平及び垂直方位を示す複数の方位候補を求める第１方位候補群算出手段と、
    前記第１方位候補群算出手段にて前記方位候補の算出に使用されたものとは異なる受信素子対を少なくとも含んだ複数の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づいて前記方位候補の一つを抽出する候補絞込手段と、
    前記候補絞込手段での抽出結果に基づいて前記目標物体が存在する水平及び垂直方位を求める方位決定手段と、
    を備え、
    前記候補絞込手段は、
    前記反射波の到来方向を示す水平及び垂直方位から、前記正方形の頂点のうち前記受信素子が未配置の頂点である空き頂点での前記反射波の位相と前記特異受信素子での前記反射波の位相との差である仮想位相差を算出するための式を判定式として、前記第１方位候補群算出手段で算出された方位候補を前記判定式にそれぞれ代入することで、前記方位候補毎に候補判定値を算出する候補判定値算出手段と、
    前記特異受信素子を用いて形成される受信素子対を少なくとも含んだ複数の受信素子対のそれぞれから得られる受信信号の位相差に基づいて、前記仮想位相差を算出する仮想位相差算出手段と、
    前記候補判定値算出手段で求めた前記候補判定値と前記仮想位相差算出手段で求めた前記仮想位相差との差が最小となる方位候補を抽出する方位候補抽出手段と、
    を備えることを特徴とする物体検出装置。
11. 前記方位決定手段は、前記候補判定値算出手段で求めた前記候補判定値と前記仮想位相差算出手段で求めた前記仮想位相差との差が予め設定された抽出閾値以下となる方位候補の数が０又は複数である場合に、方位未検出とすることを特徴とする請求項１０に記載の物体検出装置。
12. 前記正方形の辺に沿った直交する二つの方向をｘ軸方向及びｙ軸方向、前記空き頂点の位置に対する前記特異受信素子の位置のｘ軸方向へのオフセット量をＤｘ，ｙ軸方向へのオフセット量をＤｙとして、前記オフセット量Ｄｘ，Ｄｙは、互いに異なる値に設定されていることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の物体検出装置。
13. 前記候補判定値算出手段は、前記方位候補のうち、該方位候補から求められる水平及び垂直方位のいずれかが、前記受信素子の半値角内の方位から外れるものを、前記候補判定値の算出対象から除外することを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のいずれかに記載の物体検出装置。
14. 前記方位決定手段は、求めた水平及び垂直方位の絶対値のいずれかが、前記受信素子の半値角内の方位から外れている場合に、方位未検出とすることを特徴とする請求項５乃至請求項１３のいずれかに記載の物体検出装置。
15. 前記送信手段による前記探査波の送信開始タイミングと前記受信手段による前記目標物体からの反射波の受信タイミングとの差から、前記目標物体までの距離を求める距離算出手段を備えることを特徴とする請求項５乃至請求項１４のいずれかに記載の物体検出装置。
16. 前記送信手段により送信される前記探査波が超音波であることを特徴とする請求項５乃至請求項１５のいずれかに記載の物体検出装置。
17. 前記送信手段は、前記受信手段を構成する四つの受信素子のうち少なくとも一つを送信素子として共用することを特徴とする請求項５乃至請求項１６のいずれかに記載の物体検出装置。
18. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の方位検出方法を構成する各ステップを、コンピュータに実行させるためのプログラム。