JP7392436B2 - 障害物検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波センサを用いた障害物検知装置に関するものである。

従来より、超音波センサを用いた障害物検知装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、この障害物検知装置では、車両の所定高さの位置に超音波センサが備えられている。

そして、障害物検知装置は、超音波センサが探査波を送信した後に受信波を受信すると、受信波に含まれる極大ピークの個数に基づいて障害物の高さを判定している。詳しくは、障害物検知装置は、受信波に含まれる極大ピークが複数ある場合、障害物は超音波センサが備えられている位置以上の高さを有する高背物障害物（以下では、単に高背物障害物ともいう）と判定する。障害物検知装置は、受信波に含まれる極大ピークが１つである場合、障害物は超音波センサが備えられている位置未満の高さを有する低背物障害物（以下では、単に低背物障害物ともいう）であると判定する。なお、高背物障害物は、例えば、壁等であり、低背物障害物は、例えば、縁石や車止め等である。

また、障害物検知装置は、超音波センサが探査波を送信した後に受信波を受信すると、探査波を送信してから受信波を受信するまでの時間に基づいて障害物までの障害物距離を導出する。

特許６３４０７１３号公報

しかしながら、上記障害物検知装置について本発明者らが検討したところ、超音波センサから距離の異なる複数の低背物障害物が近接して配置されている場合、探査波が各低背物障害物で反射すると、受信波には複数の極大ピークが含まれることが確認された。このため、上記のような障害物検知装置は、複数の低背物障害物が近接して配置されている場合等は、高背物障害物が存在すると誤検知してしまう可能性がある。

本発明は上記点に鑑み、検知精度の向上を図ることができる障害物検知装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１では、車両（１）の周囲に存在する障害物（２００）を検知する障害物検知装置であって、車両のうちの路面（３００）からの高さが所定位置となる部分に備えられ、車両の外側に向けて探査波を送信すると共に、探査波が障害物で反射した反射波を受信波として受信する複数の超音波素子（２５）が形成された超音波センサ（２０）と、受信波に基づき、障害物までの距離である障害物距離（Ｌ、Ｌａ）および障害物の高さである障害物高さ（ｈ）を導出して所定の処理を行う制御部（１００）と、を備え、制御部は、障害物距離および障害物高さを導出する場合、複数の超音波素子が受信する受信波の強度、および複数の超音波素子が受信する受信波の位相差に基づいて障害物距離および障害物高さを導出するようにし、障害物高さを導出する場合、複数の超音波素子が受信した受信波に位相差がないと判定すると障害物高さが所定位置以上の高さであると判定し、複数の超音波素子が受信した受信波に位相差があると判定すると障害物高さが所定位置未満の高さであると判定し、さらに、障害物の高さが所定位置未満の高さであると判定した場合、障害物と路面との境界部（２０１）で反射した反射波を受信波として受信した際の位相差を第１位相差（φ１）とし、障害物の上端（２０２）で反射した反射波を受信波として受信した際の位相差を第２位相差（φ２）とし、第１位相差および第２位相差を用いて障害物距離および障害物高さを導出する。

ここで、複数の超音波素子が受信波を受信する場合、高背物障害物で反射した反射波を受信すると位相差が発生していない反射波も受信し、低背物障害物で反射した反射波を受信すると位相差が発生した反射波のみを受信する。このため、制御部が位相差に基づいて障害物高さを導出するようにすることにより、障害物として超音波センサから距離の異なる複数の低背物障害物が近接して存在する場合においても、障害物を高背物障害物であると誤検知してしまうことを抑制できる。したがって、検知精度の向上を図ることができる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

障害物検知装置の構成を示す模式図である。 超音波センサの構成を示す断面図である。 超音波センサと制御部との接続を示す模式図である。 超音波素子の数、指向角、音圧の関係を示す図である。 超音波センサから探査波を送信した状態を示す模式図である。 超音波センサから送信した探査波と、高背物障害物で反射した反射波の伝搬経路を示す模式図である。 反射波の伝搬距離と受信波の強度との関係を示す図である。 反射波の伝搬距離と受信波の位相差との関係を示す図である。 超音波センサから送信した探査波と、低背物障害物で反射した反射波の伝搬経路を示す模式図である。 低背物障害物で反射する探査波および反射した反射波の詳細な伝搬経路を示す模式図である。 反射波の伝搬距離と受信波の強度との関係を示す図である。 反射波の伝搬距離と受信波の位相差との関係を示す図である。 制御部が実行する処理を示すフローチャートである。 第２実施形態における制御部に記憶される障害物距離と位相差との関係を示す図である。 第４実施形態における制御部が実行する処理を示すフローチャートである。 第５実施形態における超音波センサから送信した探査波と、低背物障害物で反射した反射波の伝搬経路を示す模式図である。 第５実施形態における制御部が実行する処理を示すフローチャートである。 第５実施形態における反射波の伝搬距離と受信波の強度との関係を示す図である。 第５実施形態における反射波の伝搬距離と路面の高さとの関係を示す図である。 第６実施形態における反射波の伝搬距離と受信波の強度との関係を示す図である。 第６実施形態における反射波の伝搬距離と受信波の強度との関係を示す図である。 第６実施形態における反射波の伝搬距離と受信波の強度との関係を示す図である。 第６実施形態における反射波の伝搬距離と受信波の強度との関係を示す図である。 第６実施形態における反射波の伝搬距離と受信波の強度との関係を示す図である。 第６実施形態における反射波の伝搬距離と受信波の強度との関係を示す図である。 第６実施形態における超音波センサから探査波を送信した状態を示す模式図である。 第７実施形態における超音波センサのセンサ取付高さと、障害物で反射した反射波を受信した場合の位相差との関係を示す図である。 第７実施形態における超音波センサのセンサ取付高さと、路面で反射した反射波を受信した場合の位相差との関係を示す図である。 第８実施形態における超音波センサの構成を示す断面図である。 第９実施形態における超音波センサの構成を示す断面図である。 他の実施形態における障害物が溝部である場合の反射波の伝搬経路を示す模式図である。 図２５に対応する平面図である。 図２５に示す障害物が存在する場合の反射波の伝搬距離と受信波の強度との関係を示す図である。 図２５に示す障害物が存在する場合の反射波の伝搬距離と受信波の位相差との関係を示す図である。 他の実施形態における障害物が溝部である場合の反射波の伝搬経路を示す模式図である。 図２９に対応する平面図である。 図２９に示す障害物が存在する場合の反射波の伝搬距離と受信波の強度との関係を示す図である。 図２９に示す障害物が存在する場合の反射波の伝搬距離と受信波の位相差との関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態の障害物検知装置は、車両に搭載されて当該車両の周囲に存在する障害物を検知するのに利用される。以下では、本実施形態の障害物検知装置を駐車支援装置に利用した例について説明する。

本実施形態では、障害物検知装置は、図１に示されるように、車両１に備えられる超音波センサ１０と、超音波センサ１０と接続される制御部１００とを備えている。なお、本実施形態では、車両１は、例えば、いわゆる四輪自動車であり、平面視にて略矩形状の車体と、車体に備えられるタイヤとを備えた構成とされている。また、図１では、超音波センサ１０は、車両の右側方および左側方に備えられている図を示しているが、実際には、車両の前方および後方にも備えられている。

超音波センサ１０は、超音波である探査波を指向軸に沿って送信するように構成されている。なお、探査波は、超音波センサ１０から所定の広がり（すなわち、指向角）で送信される。また、指向軸とは、超音波センサ１０から送信される探査波に沿って伸びる仮想直線であって、指向角の基準となるものである。言い換えると、指向軸は、探査波の中心を通る軸である。また、超音波センサ１０は、探査波が周囲に存在する障害物で反射された反射波を含む受信波を受信し、受信結果に基づく検知信号を出力するように構成されている。なお、以下では、反射波を受信波として受信することを、単に反射波を受信するともいう。

以下、本実施形態の超音波センサ１０の構成について、具体的に説明する。超音波センサ１０は、図２に示されるように、トランデューサユニット２０、支持部材３０、筐体４０等を備えている。

トランデューサユニット２０は、本実施形態では、支持基板２１、埋込絶縁膜２２、半導体層２３が順に積層されたＳＯＩ基板で構成されるセンサ基板２４を用いて構成されたＭＥＭＳ型とされ、複数の超音波素子２５を有する構成とされている。なお、ＳＯＩは、Silicon on Insulatorの略であり、ＭＥＭＳは、Micro Electro Mechanical Systemsの略である。以下では、半導体層２３のうちの埋込絶縁膜２２と反対側の面をセンサ基板２４の一面２４ａとし、支持基板２１のうちの埋込絶縁膜２２と反対側の面をセンサ基板２４の他面２４ｂとして説明する。

センサ基板２４には、他面２４ｂ側から凹部２６が形成されることにより、複数のダイヤフラム部２７が形成されている。本実施形態では、センサ基板２４には、ダイヤフラム部２７が二次元的に配列されるように、凹部２６が形成されている。なお、本実施形態では、凹部２６は、埋込絶縁膜２２を貫通して半導体層２３に達するように形成されており、ダイヤフラム部２７は、半導体層２３で構成されている。但し、凹部２６は、埋込絶縁膜２２を残存させるように形成され、ダイヤフラム部２７は、埋込絶縁膜２２および半導体層２３で形成されるようにしてもよい。

そして、各ダイヤフラム部２７上には、裏面電極２８ａ、圧電膜２８ｂ、表面電極２８ｃが順に積層されて構成される圧電素子２８が形成されている。本実施形態では、このようにしてセンサ基板２４に複数の超音波素子２５が形成されている。つまり、本実施形態の超音波素子２５は、ＰＭＵＴとして構成されている。ＰＭＵＴはPiezoelectric Micro-machined Ultrasonic Transducersの略である。

なお、本実施形態では、各圧電素子２８の裏面電極２８ａは、一体化されて共通のグランド電位が印加されるようになっている。また、圧電膜２８ｂは、窒化スカンジウムアルミニウム（ＳｃＡｌＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の鉛を有しない圧電セラミックス、またはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の鉛を含むが汎用性の高い圧電セラミックスで構成されている。そして、圧電膜２８ｂは、ダイヤフラム部２７上に、ダイヤフラム部２７と同等の平面形状となるように形成されている。

各超音波素子２５は、上記のように、ダイヤフラム部２７が二次元的に形成されているため、二次元的に配置された状態となる。そして、各超音波素子２５は、後述するボンディングワイヤ３５や接続端子３６等を介し、図３に示されるように、それぞれが制御部１００と接続される。なお、図３は、超音波素子２５をセンサ基板２４の面方向における一方向に４個形成する共に、当該一方向と直交する方向に４個形成した例である。

この場合、超音波素子２５は、図２および図３に示されるように、隣合う超音波素子２５の中心の間隔を間隔ｄとすると、ある位相差に対して方位が２値化しないように、間隔ｄが探査波の波長の半分未満とされていることが好ましい。なお、隣合う超音波素子２５の中心の間隔とは、言い換えると、隣合うダイヤフラム部２７の中心の間隔のことである。

また、センサ基板２４の一面２４ａには、図２に示されるように、裏面電極２８ａや表面電極２８ｃと電気的に接続されるパッド部２９が形成されている。

このような超音波素子２５は、圧電素子２８に交流電圧である駆動電圧が印加されると、ダイヤフラム部２７が超音波振動して探査波を送信する。なお、本実施形態では、後述するように、探査波の指向軸がセンサ基板２４の一面２４ａに対する法線方向（以下では、単にセンサ基板２４の法線方向ともいう）と一致するように、各圧電素子２８に位相が等しい駆動電圧が印加される。また、超音波素子２５は、受信波を受信するとダイヤフラム部２７が振動し、当該振動に基づいて圧電素子２８に電荷が発生する。このため、超音波素子２５は、受信波を受信すると当該受信波に応じた検出信号を出力する。

支持部材３０は、トランデューサユニット２０を固定して支持する部材である。本実施形態では、支持部材３０は、多層基板やプリント基板等で構成され、特に図示しないが、信号処理のための各種回路部品が実装されていてもよい。

また、本実施形態の支持部材３０は、凹部３１と、当該凹部３１を囲むように形成された凸部３２とを有する形状とされている。そして、凹部３１には、センサ基板２４の他面２４ｂが凹部３１の底面と対向するように、上記センサ基板２４が接合部材３３を介して搭載されている。なお、接合部材３３は、シリコーン系等の接着剤等が用いられる。

支持部材３０の凸部３２には、パッド部３４が形成されている。そして、このパッド部３４は、センサ基板２４に形成されたパッド部２９とボンディングワイヤ３５を介して電気的に接続されている。

さらに、支持部材３０には、凸部３２およびパッド部３４を貫通するように、金属製の接続端子３６が配置されている。そして、接続端子３６は、はんだ等の接合部材３７が形成されることにより、支持部材３０に機械的に接続されると共に、パッド部３４と電気的に接続される。これにより、各超音波素子２５がパッド部２９、３４を介して接続端子３６と接続される。また、パッド部３４上には、ボンディングワイヤ３５と接続される部分と接合部材３７と接続される部分の間に、ソルダーレジスト３８が配置されている。

筐体４０は、金属等で構成されており、支持部材３０に備えられる接続端子３６の数に対応する複数の貫通孔４１が形成されている。そして、支持部材３０は、接続端子３６が貫通孔４１を貫通するように、筐体４０上に接合部材４２を介して配置されている。なお、貫通孔４１には、接続端子３６と筐体４０とを絶縁するための図示しない絶縁部材が充填されている。また、接合部材４２は、シリコーン系接着剤等が用いられ、絶縁部材は、エポキシ樹脂や封止ガラス等が用いられる。

以上が本実施形態における超音波センサ１０の構成である。ここで、上記のような超音波センサ１０は、図４に示されるように、超音波素子２５の数を変更することによって指向角を容易に変更できることが確認される。具体的には、超音波センサ１０は、超音波素子２５の数が多くなるほど指向角を狭くでき、超音波素子２５の数が少なくなるほど指向角を広くすることができる。また、超音波センサ１０は、超音波素子２５の数を増加するほど音圧を高くでき、遠方の障害物まで検出することができるようになる。

このため、超音波センサ１０は、取り付けられる高さや検出範囲等に基づき、形成される超音波素子２５の数が適宜変更されることが好ましい。この場合、超音波素子２５を多数形成しておき、通電する超音波素子２５の数を制御することにより、探査波の指向角が調整されるようにしてもよい。

そして、このような超音波センサ１０は、車両１に備えられる際、センサ基板２４の法線方向が水平方向と平行となるように備えられる。つまり、超音波センサ１０は、指向軸が法線方向と一致する場合、指向軸が水平方向と平行となるように備えられる。なお、水平方向とは、水平面と平行となる方向のことである。そして、超音波センサ１０は、車両１の外側に向けて探査波を送信する。

制御部１００は、図示しないＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等の記憶部を有しており、例えば、車載ＥＣＵで構成される。ＣＰＵは、Central Processing Unitの略であり、ＲＯＭは、Read Only Memoryの略であり、ＲＡＭは、Random Access Memoryの略であり、ＥＣＵは、Electronic Control Unitの略である。

そして、制御部１００は、ＣＰＵがＲＯＭ、または不揮発性ＲＡＭからプログラム（すなわち、後述の各ルーチン）を読み出して実行することで各種の制御作動を実現する。なお、ＲＯＭ、または不揮発性ＲＡＭ等の記憶部には、プログラムの実行の際に用いられる各種のデータ（例えば、初期値、ルックアップテーブル、マップ等）が予め格納されている。また、ＲＯＭ等の記憶媒体は、非遷移的実体的記憶媒体である。

具体的には、制御部１００は、超音波センサ１０と接続されている。そして、制御部１００は、超音波センサ１０を制御し、超音波センサ１０から探査波を送信させると共に、探査波を送信させた後の超音波センサ１０で受信した受信波に基づき、障害物までの障害物距離Ｌおよび障害物の障害物高さｈを導出して所定の処理を行う。

以下、本実施形態における制御部１００が実行する障害物距離Ｌおよび障害物高さｈの導出方法について、図５～図１２を参照しつつ説明する。なお、以下では、車両１の右側方に取り付けられた超音波センサ１０を用いた導出方法を例に挙げて説明するが、車両１の左側方、前方、後方に取り付けられた超音波センサ１０を用いた導出方法も同様である。また、以下では、障害物２００が水平面に対して平行な路面３００上に存在する例について説明する。つまり、本実施形態では、超音波センサ１０（すなわち、車両１）と障害物との水平方向に沿った距離をＬとすると、障害物距離ＬはＬと等しい。また、以下では、路面３００から超音波センサ１０までの高さ（すなわち、超音波センサ１０の取付高さ）をセンサ取付高さＨとして説明する。なお、センサ取付高さＨは、超音波センサ１０が車両１に取り付けられる際に調整される値であり、既知の値となる。

さらに、以下では、超音波センサ１０から送信された探査波が障害物で反射した反射波において、超音波センサ１０におけるセンサ基板２４の法線方向に沿った反射波を正反射波ともいい、当該法線方向に対して傾いた方向の反射波を多重反射波ともいう。なお、本実施形態では、超音波センサ１０は、指向軸がセンサ基板２４の法線方向に沿った方向となるように制御されるため、正反射波は、指向軸に沿った反射波であるともいえる。

まず、制御部１００は、超音波センサ１０に探査波を送信させる。本実施形態では、図５に示されるように、探査波は、指向軸Ｄが水平方向と平行となるように送信され、指向角は、例えば、±５０°程度に調整される。

そして、超音波センサ１０は、探査波が障害物２００で反射すると、探査波および反射波の伝搬距離が短い順に、反射波を受信する。この場合、図６に示されるように、正反射波が超音波センサ１０に達するまでの伝搬距離は、Ｌとなる。多重反射波として、例えば、障害物２００と路面３００との境界部で反射した多重反射波が超音波センサ１０に達するまでの伝搬距離は、（Ｈ^２＋Ｌ^２）^１／２となる。

このため、超音波センサ１０は、障害物２００が高背物障害物である場合、Ｌ＜（Ｈ^２＋Ｌ^２）^１／２であるため、図７に示されるように、正反射を受信した後に多重反射波を受信する。そして、受信波が正反射波である場合、図８に示されるように、各超音波素子２５で受信する受信波に位相差が発生しない。したがって、制御部１００は、超音波センサ１０が所定の閾値以上の強度を有する受信波を受信した際、各超音波素子２５で受信した受信波の位相差があるか否かを判定し、位相差がない場合には、障害物２００が高背物障害物であると判定する。つまり、障害物高さｈがセンサ取付高さＨ以上であると判定する。また、障害物２００が高背物障害物である場合には、探査波を送信してから受信波を受信するまでの時間に基づき、障害物までの障害物距離Ｌを導出する。

なお、図７中の閾値は、ノイズ等を除外する値に設定され、後述の図１１の閾値も同様である。また、図８に示されるように、超音波センサ１０が多重反射波を受信した場合には、各超音波素子２５で受信する受信波には、位相差が発生する。これについては、後述の低背物障害物での多重反射波と同様であるため、纏めて後述する。

障害物２００が低背物障害物である場合には、図９に示されるように、超音波センサ１０は、正反射波を受信することなく、多重反射波を受信する。この場合、超音波センサ１０は、多重反射波において、探査波および反射波の伝搬経路が短い順に、反射波を受信する。

ここで、図１０に示されるように、障害物２００と路面３００との境界部（以下では、単に境界部ともいう）２０１で反射する反射波を超音波センサ１０が受信する場合の伝搬経路を第１伝搬経路Ｒ１とする。また、第１伝搬経路Ｒ１と路面３００との間の角度をθ１とする。同様に、路面３００で反射した後に障害物２００の上端２０２で反射する反射波を超音波センサ１０が受信する場合の伝搬経路を第２伝搬経路Ｒ２とする。また、第２伝搬経路Ｒ２のうちの路面３００で反射する地点までの伝搬経路と、路面３００とのなす角度をθ２とする。さらに、障害物２００の上端２０２で反射した後に路面３００で反射する反射波を超音波センサ１０が受信する場合の伝搬経路を第３伝搬経路Ｒ３とする。なお、第２伝搬経路Ｒ２と第３伝搬経路Ｒ３との距離は、同じである。

そして、第２伝搬経路Ｒ２のうちの路面３００で反射する地点と、第２伝搬経路Ｒ２との間の角度が９０°となる仮想線を基準線Ｋとする。なお、基準線Ｋは、第１伝搬経路Ｒ１、第２伝搬経路Ｒ２、第３伝搬経路Ｒ３の距離が等しい部分と異なる部分とを区画する仮想線ということもできる。さらに、第３伝搬経路Ｒ３における基準線Ｋと障害物２００の上端２０２までの距離を距離ａとする。第２伝搬経路Ｒ２における基準線Ｋと障害物２００の上端２０２までの距離を距離ｂとする。第１伝搬経路Ｒ１における基準線Ｋと、境界部２０１までの距離を距離ｃとする。

この場合、第２伝搬経路Ｒ２は、仮想点Ｖ１で全反射した場合と同様の距離となり、第３伝搬経路Ｒ３は、仮想点Ｖ２で全反射した場合と同様の距離となる。そして、第１伝搬経路Ｒ１での反射波の伝搬距離は、下記数式１で示され、第２伝搬経路Ｒ２での反射波の伝搬距離は、下記数式２で示される。なお、第３伝搬経路Ｒ３での反射波の伝搬距離は、上位のように、第２伝搬経路Ｒ２での反射波の伝搬距離と同じである。

この場合、第２伝搬経路Ｒ２における｛－ｃ＋（ａ＋ｂ）／２｝の項は、負の値となる。このため、第１伝搬経路Ｒ１よりも第２伝搬経路Ｒ２および第３伝搬経路Ｒ３の方が短くなる。また、障害物２００の上端２０２と境界部２０１との間で反射する反射波を含む伝搬経路の距離は、第１伝搬経路Ｒ１と第２、第３伝搬経路Ｒ２、Ｒ３との間の距離となる。

したがって、超音波センサ１０は、図１１に示されるように、最初に第２伝搬経路Ｒ２および第３伝搬経路Ｒ３の反射波を受信し、最後に第１伝搬経路Ｒ１の反射波を受信する。そして、図１２に示されるように、多重反射波を受信した場合、多重反射波は、超音波センサ１０のセンサ基板２４の法線方向に対して傾いた方向からの反射波であるため、各超音波素子２５で受信する受信波に位相差が発生する。

この場合、第１伝搬経路Ｒ１での反射波を受信した場合の位相差をφ１とし、探査波の波長をλとすると、位相差φ１は、下記数式３で示される。同様に、第２伝搬経路Ｒ２または第３伝搬経路Ｒ３での反射波を受信した場合の位相差をφ２とすると、位相差φ２は、下記数式４で示される。なお、本実施形態では、位相差φ１が第１位相差に相当し、位相差φ２が第２位相差に相当する。また、下記数式３および数式４中のｄは、上記した隣合う超音波素子２５の中心の間隔である。

そして、境界部２０１での反射波と路面３００との間の角度がθ１であるため、障害物高さｈと障害物距離Ｌを用いると、角度θ１は、下記数式５にて示される。また、上端２０２を通る仮想水平面４００と、第２伝搬経路Ｒ２における上端２０２での反射波との間の角度がθ２で示されるため、角度θ２は、下記数式６にて示される。

したがって、制御部１００は、正反射波を受信せずに多重反射波を受信した場合、次のようにして障害物高さｈと障害物距離Ｌを導出する。すなわち、制御部１００は、多重反射波が閾値以上となった後の受信波の強度がピークとなる位相差φ２、一旦受信波の強度が減少した後に再び受信波の強度がピークとなる位相差φ１、上記数式３～６を用いて障害物高さｈと障害物距離Ｌを導出する。

具体的は、制御部１００は、受信波の位相差φ１を用い、上記数式３に基づいて角度θ１を導出する。そして、制御部１００は、導出した角度θ１と、既知のセンサ取付高さＨを用い、上記数式５に基づいて障害物距離Ｌを導出する。続いて、制御部１００は、受信波の位相差φ２を用い、上記数式４に基づいて角度θ２を導出する。そして、制御部１００は、導出した角度θ２および障害物距離Ｌ、既知のセンサ取付高さＨを用い、数式６に基づいて障害物高さｈを導出する。これにより、障害物距離Ｌおよび障害物高さｈが導出される。

そして、制御部１００は、導出された障害物距離Ｌと、障害物高さｈに基づいて、所定の処理を行う。

以上が本実施形態における障害物検知装置の構成である。次に、障害物検知装置における制御部１００が実行する処理について、図１３を参照しつつ説明する。なお、以下では、障害物検知装置を利用して駐車支援制御を行う例について説明する。また、制御部１００は、特に図示しないが、車両１に搭載されているブレーキ部、パワートレイン部、操舵部等の駐車支援制御を行うための各部と適宜接続されている。

そして、制御部１００は、例えば、車両１に搭載されている自動駐車スイッチ等が乗員に操作されると、障害物検知を行いつつ、ブレーキ部等を制御して所定の駐車支援制御を行う。所定の駐車支援制御とは、例えば、駐車スペースを検出する処理、検出した駐車スペースに車両を駐車するための車両の向きを変更する角度調整処理、検出した駐車スペースに車両を駐車する駐車処理等である。

まず、制御部１００は、ステップＳ１０１にて、超音波センサ１０を制御し、パルス状の探査波を送信させる。次に、制御部１００は、ステップＳ１０２にて、探査波を送信したことによる残響期間が経過したか否かを判定する。そして、制御部１００は、残響期間が経過していないと判定した場合には（すなわち、ステップＳ１０２：ＮＯ）、再びステップＳ１０２の処理を行う。つまり、制御部１００は、残響期間が経過するまで待機する。なお、残響期間とは、探査波を送信したことによって超音波素子２５の振動が残存する期間のことである。

制御部１００は、残響期間が経過したと判定した場合には（すなわち、ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、ステップＳ１０３にて、閾値以上の受信波を受信したか否かを判定する。そして、制御部１００は、閾値以上の受信波を受信していないと判定して場合には（すなわち、ステップＳ１０３：ＮＯ）、ステップＳ１０４にて、所定期間が経過したか否かを判定する。なお、この所定期間は、所望とする障害物２００の検知範囲等に応じて設定される。例えば、制御部１００は、検知範囲が５ｍとされる場合には、（５×２）／音速に基づき、３０ｍｓｅｃに設定される。

制御部１００は、所定期間が経過していないと判定した場合には（すなわち、ステップＳ１０４：ＮＯ）、再びステップＳ１０３以降の処理を行う。つまり、制御部１００は、閾値以上の受信波を受信していない場合、受信波を受信する可能性がある期間までステップＳ１０３以降の処理を繰り返し行う。一方、制御部１００は、所定期間が経過していると判定した場合には（すなわち、ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、処理を終了する。

制御部１００は、閾値以上の受信波を受信したと判定した場合には（すなわち、ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、ステップＳ１０５にて、各超音波素子２５で受信した受信波に位相差があるか否かを判定する。つまり、制御部１００は、受信した受信波が正反射波および多重反射波のいずれであるかを判定する。制御部１００は、受信した受信波に位相差がないと判定した場合には（すなわち、ステップＳ１０５：ＮＯ）、受信波は正反射波であるため、ステップＳ１０６にて、高背物障害物が存在すると判定する。

そして、制御部１００は、ステップＳ１０７にて、障害物距離Ｌを導出する。この場合、制御部１００は、探査波を送信してから受信波を受信波するまでの時間と、音速とに基づいて障害物距離Ｌを導出する。そして、制御部１００は、ステップＳ１０８にて、高背物障害物が障害物距離Ｌに存在すると判定して車両制御を継続する。

一方、制御部１００は、ステップＳ１０５にて、受信した受信波に位相差があると判定した場合（すなわち、ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、受信波は多重反射波であるため、ステップＳ１０９にて、低背物障害物が存在すると判定する。

なお、超音波センサ１０は、図７および図８に示されるように、障害物２００が高背物障害物である場合にも多重反射波を受信し得る。しかしながら、高背物障害物である場合、超音波センサ１０は、正反射波を多重反射波よりも先に受信する。そして、制御部１００は、高背物障害物である場合、ステップＳ１０３で受信波の閾値以上の信号を受信していると判定すると、ステップＳ１０５にて位相差がないと判定し、ステップＳ１０６以降の処理を行って本処理を終了する。このため、ステップＳ１０５にて位相差があると判定されるのは、低背物障害物の場合のみとなる。

そして、制御部１００は、ステップＳ１１０にて、障害物距離Ｌおよび障害物高さｈを導出する。本実施形態では、上記のように、受信波の位相差φ１、位相差φ２、上記数式３～６を用い、障害物距離Ｌおよび障害物高さｈを導出する。

続いて、制御部１００は、ステップＳ１１１にて、障害物高さｈが車両１の乗り越え可能な高さ未満であるか否かを判定する。そして、制御部１００は、乗り超え可能な高さ未満であると判定した場合（すなわち、ステップＳ１１１：ＹＥＳ）、ステップＳ１１２にて、低背物障害物が障害物距離Ｌに存在すると判定して車両制御を継続する。なお、乗り越え可能な高さは、車種等に応じて適宜設定され、例えば、５ｃｍとされている。また、５ｃｍの障害物とは、例えば、バンプ等が挙げられる。

制御部１００は、乗り越え可能な高さでないと判定した場合（すなわち、ステップＳ１１１：ＮＯ）、ステップＳ１１３にて、障害物高さｈが車体の底面が接触する高さか否かを判定する。例えば、制御部１００は、車体の底面が接触する高さか否かを判定するため、障害物高さｈが車体のバンパが接触する高さか否かを判定する。この場合、制御部１００は、例えば、障害物高さｈが２０ｃｍ未満であるか否かを判定する。

制御部１００は、車体の底面が接触しない高さであると判定した場合（すなわち、ステップＳ１１３：ＹＥＳ）、駐車態様に応じて駐車を行う。例えば、制御部１００は、ステップＳ１１４にて縦列駐車を行うか否かを判定し、縦列駐車を行うと判定した場合（すなわち、ステップＳ１１４：ＹＥＳ）、ステップＳ１１５にて、障害物２００に沿うように車両１を当該障害物２００に近接させて車両１を駐車させるための処理を行って処理を終了する。この場合、障害物２００は、例えば、縁石となる。

一方、制御部１００は、縦列駐車を行わないと判定した場合（すなわち、ステップＳ１１４：ＮＯ）、つまり、並列駐車を行うと判定した場合、ステップＳ１１６にて、障害物２００にタイヤを当てて車両１を駐車するための処理を行って処理を終了する。この場合、障害物２００は、例えば、車止めとなる。

なお、並列駐車とは、駐車車両と自車両とが自車両における車幅方向に沿って配列するように、自車両を駐車する駐車態様である。縦列駐車とは、駐車車両と自車両とが自車両の前後方向に沿って配列するように、自車両を駐車する駐車態様である。

また、制御部１００は、障害物高さｈが車体の底面が接触する高さであると判定した場合（すなわち、ステップＳ１１３：ＮＯ）、ステップＳ１０８と同様の処理を行い、処理を終了する。

以上説明した本実施形態では、制御部１００は、複数の超音波素子２５が受信する受信波の位相差φ１、φ２を用いて障害物距離Ｌおよび障害物高さｈを導出している。そして、障害物２００が高背物障害物である場合、複数の超音波素子２５が受信する受信波に位相差は発生しない。このため、制御部１００は、障害物２００として超音波センサ１０から距離の異なる複数の低背物障害物が近接して存在する場合においても、障害物２００を高背物障害物であると誤検知してしまうことを抑制できる。

また、制御部１００は、障害物２００が低背物障害物である場合、障害物高さｈに応じて車両制御を行うため、車両制御を好適に実行できる。

さらに、超音波センサ１０は、センサ基板２４を用いて構成されたＭＥＭＳ型とされている。このため、量産を容易にできる。

そして、超音波センサ１０における各超音波素子２５は、隣合う超音波素子２５の中心の間隔ｄが探査波の波長の半分未満とされている。このため、ある位相差に対して方位が２値化することを抑制でき、検知範囲が低下することを抑制できる。

さらに、超音波センサ１０は、所定の指向角となるように、超音波素子２５の数、または駆動電圧が印加される超音波素子２５の数が調整されている。このため、所望の指向角を実現した超音波センサ１０とできる。

そして、超音波センサ１０の圧電膜２８ｂとして、窒化スカンジウムアルミニウム、または窒化アルミニウム等の鉛を有しない圧電セラミックスを用いた場合には、環境への影響を低減した超音波センサ１０を実現できる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、低背物障害物までの障害物距離Ｌおよび障害物高さｈを別の方法で導出するようにしたものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、障害物２００が低背物障害物である場合に対し、予め、障害物距離Ｌ、位相差φ１、位相差φ２、障害物高さｈの関係についての測定等が行われ、これらの関係が把握されている。そして、制御部１００には、記憶部に、図１４に示されるように、障害物距離Ｌ、位相差、障害物高さｈの関係に関する情報が記憶されている。なお、図１４では、境界部２０１からの反射波、障害物高さｈが０．１ｍである場合の上端２０２からの反射波、障害物高さｈが０．２ｍである場合の上端２０２からの反射波のみを示しているが、実際には、さらに詳細に、センサ取付高さＨまでの情報が記憶されている。また、図１４は、センサ取付高さＨが０．５ｍの場合の結果である。

そして、制御部１００は、ステップＳ１１０にて障害物距離Ｌおよび障害物高さｈを導出する場合、各超音波素子２５で受信する受信波の位相差φ１およびφ２と、図１４のマップとを参照して障害物距離Ｌおよび障害物高さｈを導出する。

具体的には、位相差φ１は、境界部２０１からの反射波を受信した場合の位相差である。このため、制御部１００は、位相差φ１とマップとを用いて障害物距離Ｌを導出する。また、位相差φ２は、障害物２００の上端２０２で反射する反射波を受信した場合の位相差である。このため、制御部１００は、位相差φ２、マップ、導出した障害物距離Ｌを用いて障害物高さｈを導出する。

以上説明したように、位相差φ１、位相差φ２、およびマップを用いて障害物距離Ｌおよび障害物高さｈを導出するようにしても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、上記では、位相差φ１とマップを用いて障害物距離Ｌを導出する例について説明した。しかしながら、制御部１００は、位相差φ１から上記数式３および数式５を用いて障害物距離Ｌを導出し、この障害物距離Ｌ、位相差φ２、マップを用いて障害物高さｈを導出するようにしてもよい。つまり、上記第１実施形態と第２実施形態とを適宜組み合わせて障害物距離Ｌおよび障害物高さｈを導出するようにしてもよい。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、低背物障害物までの障害物距離Ｌを別の方法で導出するようにしたものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

まず、上記第１実施形態で説明した図１０において、距離ａ、距離ｂ、距離ｃは、下記数式７～９で示される。

そして、障害物距離Ｌは、下記数式１０でも示される。

したがって、本実施形態の制御部１００は、ステップＳ１１０の処理において、上記数式３～６を用いて角度θ１、角度θ２、障害物高さｈを導出した後、上記数式７～９を用いて距離ａ、距離ｂ、距離ｃを導出し、上記数式１０を用いて障害物距離Ｌを導出する。

以上説明したように、位相差φ１、位相差φ２、障害物高さｈ、距離ａ、距離ｂ、距離ｃを用いて障害物距離Ｌを導出するようにしても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、障害物距離Ｌを複数の方法で導出するようすると共に、導出したそれぞれの障害物距離Ｌの間に障害物２００が存在するとして所定の処理を行うようにしたものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態の制御部１００が実行する処理について、図１５を参照しつつ説明する。制御部１００は、図１５に示されるように、ステップＳ１０５にて受信波に位相差があると判定した場合（すなわち、ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、ステップＳ１１０にて、障害物距離Ｌおよび障害物高さｈを導出する。この場合、本実施形態では、制御部１００は、障害物距離Ｌを上記第３実施形態で説明した数式７～１０を用いて導出する。

次に、制御部１００は、ステップＳ１１７にて、探査波を送信してから位相差φ１の受信波を受信するまでの伝搬時間と、音速とを用いたＴｏＦ（Time of flightの略）法によって障害物距離Ｌを導出する。具体的には、制御部１００は、（伝搬時間／２）×音速×ｃｏｓθ１によって障害物距離Ｌを導出する。

そして、制御部１００は、ステップＳ１１８にて、ステップＳ１１０およびステップＳ１１７で導出した障害物距離Ｌの間に障害物２００が存在すると認定し、その後のステップＳ１１１以降の処理を実行する。

以上説明したように、本実施形態では、制御部１００は、障害物２００が低背物障害物である場合、ステップＳ１１０で位相差を用いて障害物距離Ｌを導出すると共に、ステップＳ１１７でＴｏＦ法によって障害物距離Ｌを導出する。そして、制御部１００は、これらの導出した２つの障害物距離Ｌの間に障害物２００が存在すると認定して車両１の制御を実行する。このため、安全性の向上をさらに図ることができる。

（第４実施形態の変形例）
第４実施形態の変形例について説明する。第４実施形態では、ステップＳ１１０にて上記第３実施形態で説明した方法によって障害物距離Ｌを導出する方法について説明した。しかしながら、ステップＳ１１０は、位相差を用いて障害物距離Ｌを導出するのであれば、他の方法で障害物距離Ｌを導出するようにしてもよい。例えば、制御部１００は、上記第１実施形態の方法で障害物距離Ｌを導出するようにしてもよいし、上記第２実施形態の方法で障害物距離Ｌを導出するようにしてもよい。

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、路面３００の傾斜を考慮するようにしたものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

まず、図１６に示されるように、路面３００が水平方向に対して傾斜している場合もある。この場合、車両１が実際に障害物２００まで走行する距離は、傾斜した路面３００に沿った距離Ｌａとなる。したがって、本実施形態では、路面３００の傾斜も加味した補正障害物距離Ｌａを導出する。

なお、本実施形態では、図１６に示されるように、超音波センサ１０を通る仮想水平面４０１と、路面３００のうちの障害物２００が配置されている部分との距離を距離Ｈａとする。また、超音波センサ１０から仮想水平面４０１に沿った障害物２００までの距離を水平距離Ｌとする。さらに、仮想水平面４０１と、境界部２０１で反射される探査波および反射波の伝搬経路との間の角度を角度θ１とする。そして、路面３００が水平面であると仮定した仮想路面４０２と、路面３００との間の角度を角度θ３とする。

この場合、制御部１００は、次のようにして補正障害物距離Ｌａを算出する。すなわち、制御部１００は、まず、上記数式３を用いて位相差φ１から角度θ１を導出する。また、制御部１００は、探査波を送信してから位相差φ１の受信波を受信するまでの伝搬時間と、音速とから超音波センサ１０と境界部２０１との間の距離である（Ｌ^２＋Ｈａ^２）^１／２を導出する。

そして、Ｈａ＝Ｌ×ｔａｎθ１で示されるため、制御部１００は、導出した角度θ１と、境界部２０１までの距離に基づき、障害物２００までの水平距離Ｌを導出する。

また、障害物２００が配置されている部分の路面３００と、仮想路面４０２との間の距離は、Ｈ－Ｈａで示される。このため、角度θ３は、下記数式１１で示される。

また、補正障害物距離Ｌａは、Ｌａ＝Ｌ／ｃｏｓθ３でも示される。このため、制御部１００は、Ｌａ＝Ｌ／ｃｏｓθ３を導出することにより、路面３００の傾斜も加味した補正障害物距離Ｌａを導出することができる。

次に、本実施形態の制御部１００が実行する処理について、図１７を参照しつつ説明する。

制御部１００は、ステップＳ１０５にて受信波に位相差があると判定した場合（すなわち、ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、ステップＳ１１９にて、上記のように、路面３００の傾斜を加味して補正障害物距離Ｌａを導出する。そして、制御部１００は、導出した補正障害物距離Ｌａと、上記数式７を用いて障害物高さｈを導出する。

以上説明したように、本実施形態では、路面３００の傾斜も加味して補正障害物距離Ｌａおよび障害物高さｈを導出しているため、さらに検知精度の向上を図ることができる。また、本実施形態では、路面３００の傾斜（すなわち、角度θ３）を導出しているため、当該傾斜を車両制御における他の装置（例えば、画像検知）等でも適用できるようにすることにより、さらに車両制御の効率化を図ることができる。

ここで、路面３００がアスファルト等で構成され、路面３００からの反射波がランダムであって強くなる場合、超音波センサ１０が当該反射波を受信したとすると、図１８に示されるように、受信波の強度は、ランダムなピークを有する分布となる。このため、例えば、反射波を受信するまでの時間のみで障害物距離Ｌを導出しようとした場合、誤検知してしまう可能性が高くなる。

これに対し、本実施形態では、受信波の位相差と共に、路面３００の傾斜を導出している。このため、路面３００の傾斜を加味（すなわち、路面３００の傾斜を差分）することにより、路面３００の高さ（位相差）は、図１９に示されるように、低背物障害物でピークを有する形状となる。したがって、本実施形態によれば、路面３００の反射波が強い場合においても、誤検知してしまうことを抑制できる。

（第６実施形態）
第６実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、超音波センサ１０に印加する駆動電圧を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

まず、受信波の強度と、障害物高さｈとの関係について、図２０Ａ～図２０Ｆを参照しつつ説明する。なお、図２０Ａ～図２０Ｆは、センサ取付高さＨを４５ｃｍとし、障害物距離Ｌを７５ｃｍとし、音源に１０ＫＨｚである駆動電圧を印加すると共に音源を低音源として指向性を無くした際のシミュレーション結果である。

図２０Ａ～図２０Ｆに示されるように、障害物高さｈが低いほど、障害物２００の上端２０２で反射した反射波を受信した場合の強度が低くなることが確認される。つまり、障害物高さｈが低いほど信号とノイズの比であるＳＮ比が小さくなり易く、感度が低下し易くなる。

このため、本実施形態では、制御部１００は、各超音波素子２５に印加される駆動電圧（すなわち、交流電圧）の位相を制御することにより、超音波センサ１０から送信される探査波の指向軸Ｄを変化させるようにしている。具体的には、制御部１００は、図２１に示されるように、指向軸Ｄが水平方向に対して路面３００側に傾いた方向とるように、探査波を送信する。

これによれば、障害物２００が低背物障害物である場合にも受信波の強度を強くでき、感度の向上を図ることができる。

（第７実施形態）
第７実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、超音波センサ１０のセンサ取付高さＨを規定したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

まず、センサ取付高さＨは、図２２Ａおよび図２２Ｂに示されるように、低いほど位相差が大きくなり易いため、感度の向上を図ることができる。しかしながら、反射波の時間のみで障害物距離Ｌを検出する従来の障害物検知装置では、路面３００からの反射波を考慮して超音波センサ１０が４５ｃｍ以上の高さに取り付けられており、十分な感度を発揮させることができない場合があった。なお、図２２Ａは、障害物距離Ｌが３ｍである障害物２００からの反射波を受信した場合のシミュレーション結果であり、図２２Ｂは、超音波センサ１０から５ｍの位置の路面３００からの反射波を受信した場合のシミュレーション結果である。

これに対し、本実施形態では、上記第１実施形態で説明したように、受信波の位相差を用いて障害物距離Ｌを導出している。そして、位相差は、図２２Ａに示されるように障害物２００で反射した反射波を受信した場合では、図２２Ｂに示されるように路面３００で反射した反射波を受信した場合よりも極めて大きくなる。

このため、本実施形態では、センサ取付高さＨを十分に低い位置に配置することができる。具体的には、センサ取付高さＨは、一般的な車体における最も路面３００側の部分となり得る２０ｃｍの部分に取り付けた際の高さとできる。また、センサ取付高さＨは、従来の障害物検知装置における超音波センサ１０よりも十分な感度を発揮させることができるようにするため、４０ｃｍ以下の位置とできる。つまり、本実施形態では、センサ取付高さＨは、２０ｃｍ以上であって、４０ｃｍ以下とされている。

そして、このような位置に超音波センサ１０を取り付ける場合には、例えば、制御部１００は、位相差を所定の閾値と比較して当該位相差が閾値よりも大きい（すなわち、路面３００からの反射波でない）と判定した場合に低背物障害物であると判定するようにしてもよい。

以上説明したように、本実施形態では、超音波センサ１０は、センサ取付高さＨが２０ｃｍ以上であって、４０ｃｍ以下とされている。このため、さらに感度の向上を図ることができる。

（第８実施形態）
第８実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、超音波センサ１０に感温抵抗体を追加したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態の超音波センサ１０は、図２３に示されるように、センサ基板２４の一面２４ａ上に、周囲の温度に応じて抵抗値が変化する感温抵抗体５０が形成されている。そして、制御部１００は、感温抵抗体５０とも接続され、感温抵抗体５０の抵抗値変化（すなわち、検出結果）も加味して障害物距離Ｌおよび障害物高さｈを導出する。つまり、制御部１００は、周囲の温度も加味して障害物距離Ｌおよび障害物高さｈを導出する。

具体的には、音速をｖ、探査波の周波数をｆ、探査波の波長をλとすると、ｖ＝ｆλとなる。そして、音速ｖは、温度をＴとすると、ｖ＝３３１．５＋０．６Ｔで示される。このため、制御部１００は、ステップＳ１０７にて、障害物２００としての高背物障害物までの障害物距離Ｌを導出する場合、温度を加味して障害物距離Ｌを導出する。また、制御部１００は、ステップＳ１１０にて、障害物２００としての低背物障害物までの障害物距離Ｌおよび障害物高さｈを導出する場合、温度を加味して上記数式３～６を演算することにより、障害物距離Ｌおよび障害物高さｈを導出する。

これによれば、温度も加味して障害物距離Ｌおよび障害物高さｈを導出しているため、さらに障害物２００の検知精度の向上を図ることができる。

（第９実施形態）
第９実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、超音波センサ１０の構成を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

本実施形態では、図２４に示されるように、超音波素子２５は、支持部材３０に形成された凹部３１上に、複数の圧電素子２８が二次元的に配置されることで構成されている。具体的には、本実施形態では、裏面電極２８ａは、支持部材３０の凹部３１上に直接形成されており、センサ基板２４が備えられていない。そして、圧電素子２８は、上記第１実施形態に対して圧電膜２８ｂが十分に厚くされたバルク状とされている。本実施形態では、このような圧電素子２８によって超音波素子２５が構成され、当該超音波素子２５が複数備えられることによってトランデューサユニット２０が構成されている。

そして、各超音波素子２５は、裏面電極２８ａおよび表面電極２８ｃが支持部材３０に形成されたパッド部３４とボンディングワイヤ３５を介して電気的に接続されている。

このような超音波センサ１０では、各圧電素子２８に交流電圧である駆動電圧が印加されると、圧電素子２８が超音波振動して探査波を送信する。また、超音波素子２５は、受信波を受信すると圧電素子２８が振動して当該圧電素子２８に電荷が発生する。このため、超音波素子２５は、受信波を受信すると当該受信波に応じた検出信号を出力する。

以上説明したように、超音波素子２５がバルク状の圧電素子２８で構成されていても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記各実施形態において、超音波素子２５は、隣合う超音波素子２５の間隔ｄが探査波の波長の半分以上とされていてもよい。

また、上記第１～第６、第８実施形態では、超音波センサ１０は、センサ取付高さＨが４０ｃｍ以上とされていてもよい。

そして、上記各実施形態を適宜組み合わせることもできる。例えば、上記第２実施形態を上記第３～第９実施形態に適用し、障害物距離Ｌおよび障害物高さｈをマップを用いて導出するようにしてもよい。上記第３実施形態を第４～第９実施形態に適用し、障害物距離Ｌを距離ａ、距離ｂ、距離ｃを用いて導出するようにしてもよい。上記第４実施形態を上記第５～第９実施形態に適用し、障害物距離Ｌを受信波の位相差と伝搬時間とを用いてそれぞれ導出し、導出した２つの障害物距離Ｌの間に障害物２００が存在すると認定するようにしてもよい。上記第５実施形態を上記第６～第９実施形態に適用し、路面３００の傾斜を加味して補正障害物距離Ｌａを導出するようにしてもよい。上記第６実施形態を上記第７～第９実施形態に適用し、超音波センサ１０から送信される探査波の指向軸Ｄが路面３００側に傾くようにしてもよい。上記第７実施形態を上記第８、第９実施形態に組み合わせ、センサ取付高さＨを２０ｃｍ以上であって、４５ｃｍ以下としてもよい。上記第８実施形態を上記第９実施形態に組み合わせ、超音波センサ１０に感温抵抗体５０を備えるようにしてもよい。そして、上記各実施形態を組み合わせたもの同士をさらに組み合わせてもよいし、組合せの仕方は適宜変更可能である。

また、上記各実施形態では、障害物２００が路面３００から突出した凸構造である場合について説明した。しかしながら、上記各実施形態は、障害物２００が溝部等の凹構造である場合においても適用可能である。

例えば、図２５に示されるように、路面３００に障害物２００として、凹構造の溝部が形成されているとする。なお、ここでは、溝部の深さが幅よりも浅い場合を例に挙げて説明する。但し、溝部の深さは、図２５中の紙面上下方向の長さとし、溝部の幅は、図２５中の紙面左右方向の長さとする。

そして、溝部における車両側の上端角部を地点Ｐ１とし、超音波センサ１０と地点Ｐ１とを結ぶ仮想線を仮想線Ｋ１とし、仮想線Ｋ１と溝部との交差点を地点Ｐ２とする。また、溝部における車両１と反対側の上端角部を地点Ｐ３とし、溝部における車両１と反対側の下端角部を地点Ｐ４とする。そして、超音波センサ１０が探査波を送信した場合、路面３００からの反射波も受信するとする。

この場合、超音波センサ１０は、探査波および反射波の伝搬経路の短い順に反射波を受信する。具体的には、超音波センサ１０は、図２６および図２７に示されるように、溝部が形成されている部分では、地点Ｐ１、地点Ｐ２、地点Ｐ３、地点Ｐ４で反射した反射波を順に受信する。なお、図２７中では、実線は、障害物２００としての溝部が形成されている場合の伝搬距離と受信波の強度との関係を示し、破線は、障害部２００が形成されていない場合の伝搬距離と受信波の強度との関係を示している。但し、ここでの障害物２００が形成されていない場合の伝搬距離と受信波の強度との関係とは、地点Ｐ１と地点Ｐ３を通る仮想水平面で反射した反射波を受信すると想定した場合の関係のことである。

受信波の強度は、障害物が存在しない場合には、距離が遠くなるにつれて小さくなる。この場合、溝部が形成されている部分では、溝部の側壁等によって反射波が阻害されるため、地点Ｐ１を境界として一旦急峻に低下する。なお、図２６に示されるように、超音波センサ１０は、溝部が形成されていない距離が等しい部分からの反射波も受信する。このため、受信波の強度は０とならない。

その後、受信波の強度は、地点Ｐ２にて障害物２００が存在しない場合と同じ値となり、地点Ｐ３の上端角部で大きくなった後、地点Ｐ４の下端角部では、多重反射波の影響でさらに大きくなる。

また、図２８に示されるように、受信波の位相差は、障害物が存在しない場合には、距離が遠くなるにつれて小さくなる。なお、図２８中では、実線は、障害物２００としての溝部が形成されている場合の伝搬距離と受信波の位相差との関係を示している。破線は、地点Ｐ１とＰ３とを通る仮想水平面で反射した反射波を受信すると想定した場合の伝搬距離と受信波の位相との関係を示している。一点鎖線は、地点Ｐ２と地点Ｐ４とを通る仮想水平面で反射した反射波を受信すると想定した場合の伝搬距離と受信波の位相差との関係を示している。

この場合、溝部が形成されている部分では、地点Ｐ１および地点Ｐ２からの反射波を受信した場合の位相差は、地点Ｐ１と地点Ｐ２とが共通の仮想線Ｋ１上に位置するため、同じとなる。また、地点Ｐ１および地点Ｐ３からの反射波を受信した場合の位相差は、地点Ｐ１と地点Ｐ３とを通る仮想水平面で反射した反射波を受信すると想定した場合の位相差と一致する（すなわち、図２８中の破線と一致する）。同様に、地点Ｐ２および地点Ｐ４からの反射波を受信した場合の位相差は、地点Ｐ２と地点Ｐ４とを通る仮想水平面で反射した反射波を受信すると想定した場合の位相差と一致する（すなわち、図２８中の一点鎖線と一致する）。つまり、溝部が形成されている場合、受信波の位相差は、地点Ｐ２および地点Ｐ４で急峻に増加する波形となる。

また、例えば、図２９に示されるように、路面３００に障害物２００として、深さが幅よりも深い溝部が形成されている場合もある。この場合、上記図２５と同様に、溝部における車両側の上端角部を地点Ｐ１とし、超音波センサ１０と地点Ｐ１とを結ぶ仮想線を仮想線Ｋ１とし、仮想線Ｋ１と溝部との交差点を地点Ｐ２とする。また、溝部における車両１と反対側の上端角部を地点Ｐ３とし、溝部における車両１と反対側の下端角部を地点Ｐ４とする。なお、図２９の例では、深さが幅よりも深くされているため、地点Ｐ２は、地点Ｐ３と地点Ｐ４との間の地点となる。そして、超音波センサ１０が探査波を送信した場合、路面３００からの反射波も受信するとする。

この場合、超音波センサ１０は、探査波および反射波の伝搬経路の短い順に反射波を受信する。具体的には、超音波センサ１０は、図３０および図３１に示されるように、溝部が形成されている部分では、地点Ｐ１、地点Ｐ３、地点Ｐ２、地点Ｐ４で反射した反射波を順に受信する。なお、図３１中では、実線は、障害物２００としての溝部が形成されている場合の伝搬距離と受信波の強度との関係を示し、破線は、障害部２００が形成されていない場合の伝搬距離と受信波の強度との関係を示している。但し、ここでの障害物２００が形成されていない場合の伝搬距離と受信波の強度との関係とは、地点Ｐ１と地点Ｐ３を通る仮想水平面で反射した反射波を受信すると想定した場合の関係のことである。

受信波の強度は、障害物が存在しない場合には、距離が遠くなるにつれて小さくなる。この場合、溝部が形成されている部分では、溝部の側壁等によって反射波が阻害されるため、地点Ｐ１を境界として一旦急峻に低下する。なお、図３０に示されるように、超音波センサ１０は、溝部が形成されていない距離が等しい部分からの反射波も受信する。このため、受信波の強度は０とならない。

その後、受信波の強度は、地点Ｔ３の上端角部で大きくなった後に地点Ｐ２で障害物２００が存在しない場合と同じ値となり、その後、地点Ｐ４の下端角部では、多重反射波の影響でさらに大きくなる。

また、図３２に示されるように、受信波の位相差は、障害物が存在しない場合には、距離が遠くなるにつれて小さくなる。なお、図３２中では、実線は、障害物２００としての溝部が形成されている場合の伝搬距離と受信波の位相との関係を示している。破線は、地点Ｐ１とＰ３とを通る仮想水平面で反射した反射波を受信すると想定した場合の伝搬距離と受信波の位相との関係を示している。一点鎖線は、地点Ｐ４を通り、地点Ｐ１と地点Ｐ３とを通る仮想水平面と平行な仮想水平面で反射した反射波を受信すると想定した場合の伝搬距離と受信波の位相との関係を示している。

この場合、溝部が形成されている部分では、地点Ｐ１および地点Ｐ２からの反射波を受信した場合の位相差は、地点Ｐ１と地点Ｐ２とが共通の仮想線Ｋ１上に位置するため、同じとなる。また、地点Ｐ１および地点Ｐ３からの反射波を受信した場合の位相差は、地点Ｐ１と地点Ｐ３とを通る仮想水平面で反射した反射波を受信すると想定した場合の位相差と一致する（すなわち、図３２中の破線と一致する）。同様に、地点Ｐ４からの反射波を受信した場合の位相差は、地点Ｐ４を通る仮想水平面で反射した反射波を受信すると想定した場合の位相差と一致する（すなわち、図３２中の一点鎖線と一致する）。つまり、溝部が形成されている場合、受信波の位相差は、地点Ｐ２および地点Ｐ４で急峻に増加する波形となる。

このように、障害物２００が凹構造である場合においても位相差が急峻に変化する。そして、位相差の変化の仕方は、凹構造の深さと幅の関係に関わらず、地点Ｐ２および地点Ｐ４で急峻に変化する。このため、このように障害物２００が溝部等の凹構造であっても、上記各実施形態を適用できる。

また、障害物２００が凹構造である場合、超音波センサ１０が受信する受信波の位相差は、図２８および図３２に示されるように、凹構造での反射波を受信するため、急峻に増加する部分を有する波形となる。一方、障害物２００が路面３００から突出している凸構造の場合、超音波センサ１０が受信する受信波の位相差は、凸構造での反射波を受信するため、位相差が急峻に低下する部分を有する波形となる。

つまり、障害物２００が凸構造である場合と凹構造である場合とでは、位相差の変動の仕方が反対となる。このため、制御部１００は、位相差の変動の仕方を加味することにより、障害物２００が凸構造であるのか、凹構造であるのかも容易に判定できる。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１ 車両
２０ 超音波センサ
１００ 制御部
２００ 障害物
３００ 路面

Claims (11)

1. 車両（１）の周囲に存在する障害物（２００）を検知する障害物検知装置であって、
   前記車両のうちの路面（３００）からの高さが所定位置となる部分に備えられ、前記車両の外側に向けて探査波を送信すると共に、前記探査波が前記障害物で反射した反射波を受信波として受信する複数の超音波素子（２５）が形成された超音波センサ（２０）と、
   前記受信波に基づき、前記障害物までの距離である障害物距離（Ｌ、Ｌａ）および前記障害物の高さである障害物高さ（ｈ）を導出して所定の処理を行う制御部（１００）と、を備え、
   前記制御部は、
   前記障害物距離および前記障害物高さを導出する場合、前記複数の超音波素子が受信する受信波の強度、および前記複数の超音波素子が受信する受信波の位相差に基づいて前記障害物距離および前記障害物高さを導出し、
   前記障害物高さを導出する場合、
   前記複数の超音波素子が受信した受信波に位相差がないと判定すると前記障害物高さが前記所定位置以上の高さであると判定し、
   前記複数の超音波素子が受信した受信波に位相差があると判定すると前記障害物高さが前記所定位置未満の高さであると判定し、
   さらに、前記障害物の高さが前記所定位置未満の高さであると判定した場合、前記障害物と前記路面との境界部（２０１）で反射した反射波を受信波として受信した際の前記位相差を第１位相差（φ１）とし、前記障害物の上端（２０２）で反射した反射波を受信波として受信した際の前記位相差を第２位相差（φ２）とし、前記第１位相差および前記第２位相差を用いて前記障害物距離および前記障害物高さを導出する障害物検知装置。
2. 前記制御部は、前記障害物距離を導出する場合、前記第１位相差および前記第２位相差に基づいて前記障害物距離を導出すると共に、前記超音波センサが前記探査波を送信してから前記受信波を受信するまでの時間に基づいて前記障害物距離を導出し、導出した２つの前記障害物距離の間に前記障害物が存在すると認定して前記所定の処理を行う請求項１に記載の障害物検知装置。
3. 前記制御部は、前記路面の傾斜を導出すると共に、導出した前記路面の傾斜を加味して、前記障害物距離としての前記路面に沿った補正障害物距離（Ｌａ）を導出する請求項１または２に記載の障害物検知装置。
4. 前記制御部は、前記障害物高さが前記所定位置未満の高さである場合、前記障害物高さに応じた所定の処理を行う請求項１ないし３のいずれか１つに記載の障害物検知装置。
5. 前記超音波センサは、前記所定位置として、前記路面からの高さが２０ｃｍ以上であって、４０ｃｍ以下の位置に備えられている請求項１ないし４のいずれか１つに記載の障害物検知装置。
6. 前記超音波センサは、
   圧電膜（２８ｂ）を有する圧電素子（２８）が複数配置されることで前記複数の超音波素子が形成され、
   前記複数の超音波素子における前記圧電素子に印加される駆動電圧が制御されることで前記探査波を送信する請求項１ないし５のいずれか１つに記載の障害物検知装置。
7. 前記複数の超音波素子は、隣合う前記超音波素子の中心の間隔（ｄ）が前記探査波の波長の半分未満とされている請求項６に記載の障害物検知装置。
8. 前記超音波センサは、所定の指向角となるように、前記複数の超音波素子の数、または前記駆動電圧が印加される前記超音波素子の数が調整されている請求項６または７に記載の障害物検知装置。
9. 前記超音波センサは、所定方向に沿った指向軸（Ｄ）となるように、前記複数の超音波素子に印加される駆動電圧の位相が調整されている請求項６または７に記載の障害物検知装置。
10. 前記超音波センサは、温度に応じて抵抗値が変化する感温抵抗体（５０）を有し、
    前記制御部は、前記感温抵抗体の検出結果を加味し、前記障害物距離および前記障害物高さを導出する請求項６ないし９のいずれか１つに記載の障害物検知装置。
11. 前記圧電膜は、窒化スカンジウムアルミニウム、または窒化アルミニウムで構成されている請求項６ないし１０のいずれか１つに記載の障害物検知装置。

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