超音波センサ装置
【課題】自身の異常有無を診断できる超音波センサ装置を提供する。
【解決手段】超音波センサ装置を、複数の導波管と、導波管の一方の端部にそれぞれ配置された超音波素子としての、導波管を介して超音波を送信する少なくとも１つの送信用超音波素子、及び、超音波を受信して、超音波の強度に応じた受信信号を出力する少なくとも１つの受信用超音波素子と、送信用超音波素子が配置された導波管の素子配置側とは逆の端部から、近傍の受信用超音波素子が配置された導波管内へ直接的に回り込んで伝播される回り込み波の受信信号に基づいて、超音波素子及び導波管の少なくとも一方の異常有無を判定する判定手段と、を備える構成とした。
【解決手段】超音波センサ装置を、複数の導波管と、導波管の一方の端部にそれぞれ配置された超音波素子としての、導波管を介して超音波を送信する少なくとも１つの送信用超音波素子、及び、超音波を受信して、超音波の強度に応じた受信信号を出力する少なくとも１つの受信用超音波素子と、送信用超音波素子が配置された導波管の素子配置側とは逆の端部から、近傍の受信用超音波素子が配置された導波管内へ直接的に回り込んで伝播される回り込み波の受信信号に基づいて、超音波素子及び導波管の少なくとも一方の異常有無を判定する判定手段と、を備える構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波素子と導波管を備える超音波センサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１，２に示されるように、複数の導波管を有し、それぞれの導波管の一端に超音波素子（送波器、受波器、超音波振動子）が配置され、導波管を介して超音波が伝達される構成の超音波センサ装置が知られている。
【特許文献１】特開昭６３−２４３７８３号公報
【特許文献２】特開平１０−２２４８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述したように、導波管の一端に超音波素子が配置される構成の超音波センサ装置においては、導波管の超音波素子配置側の他端が開口しているため、例えば車両などの移動体に取り付けた場合、石や水、砂、泥などの異物が導波管内に侵入する恐れがある。そして、異物の衝突によって超音波素子がダメージを受けたり、導波管内に存在する異物が超音波の伝播に影響を及ぼすことも考えられる。しかしながら、超音波センサ装置外部の障害物などの反射物による反射波は、反射物の有無、反射物との距離、反射物の種類（表面凹凸など）などによって変化する。例えば反射物が無い場合だけでなく、反射物が存在しても反射波を検出できないこともある。したがって、反射波による受信信号が通常とは異なる状態（例えばピーク値が小さい状態）や検出されない状態であっても、その原因が、反射物によるものなのか、超音波センサ装置自身の異常であるのかを判別することが困難である。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑み、自身の異常有無を診断できる超音波センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成する為に請求項１に記載の超音波センサ装置は、複数の導波管と、導波管の一方の端部にそれぞれ配置された超音波素子としての、導波管を介して超音波を送信する少なくとも１つの送信用超音波素子、及び、超音波を受信して、超音波の強度に応じた受信信号を出力する少なくとも１つの受信用超音波素子と、送信用超音波素子が配置された導波管の素子配置側とは逆の端部から、近傍の受信用超音波素子が配置された導波管内へ直接的に回り込んで伝播される回り込み波の受信信号に基づいて、超音波素子及び導波管の少なくとも一方の異常有無を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
このように本発明によれば、送信用超音波素子から送信された送信波のうち、超音波センサ装置外部の反射物による反射波ではなく、送信用超音波素子が端部に配置された導波管から、その近傍に位置する受信用超音波素子が端部に配置された導波管に、直接的に回り込んで伝播される回り込み波を利用して、超音波センサ装置の異常を自己診断するようにしている。このような回り込み波による受信信号は、超音波センサ装置外部の反射物の影響（反射物の有無、反射物との距離、反射物の種類）を受けないので、回り込み波による受信信号に基づいて、超音波センサ装置の異常の有無を自己診断することができる。
【０００７】
具体的には、請求項２に記載のように、回り込み波が伝播される導波管に異常がない状態の、回り込み波による受信信号のピーク値が第１基準値として記憶された記憶手段を備え、判定手段が、回り込み波が検出されない場合、又は、回り込み波が検出されてその受信信号のピーク値が記憶手段の第１基準値と異なる場合に、異常であると判定する構成としても良い。
【０００８】
上述したように回り込み波は、反射物の影響を受けない。したがって、回り込み波が検出されない場合には、例えば超音波素子の故障や導波管の閉塞による異常と判定することができる。また、受信信号のピーク値が記憶手段の第１基準値と異なる場合には、例えば超音波素子の故障や導波管内に侵入した異物による異常と判定することができる。
【０００９】
請求項１又は請求項２に記載の発明においては、請求項３に記載のように、判定手段が、送信用超音波素子の出力信号の減衰波形に基づいて、異常である位置を判定する構成としても良い。
【００１０】
送信用超音波素子の配置された導波管に異物などの異常があり、送信用超音波素子から出力された送信波の少なくとも一部が導波管の異常部位で反射される場合、送信用超音波素子自身が反射波を受信することとなる。すなわち、その出力信号の減衰波形は、導波管に異常がない場合と異なるものとなる。したがって、送信用超音波素子の出力信号の減衰波形に基づいて、異常である位置を判定することができる。
【００１１】
具体的には、請求項４に記載のように、記憶手段には、送信用超音波素子が配置された導波管に異常がない状態の、送信用超音波素子の出力信号の残響時間が第２基準値として記憶され、受信信号のピーク値が記憶手段の第１基準値と異なる場合、判定手段は、送信用超音波素子の出力信号の残響時間が記憶手段の第２基準値よりも長い場合に、この送信用超音波素子が配置された導波管が異常であると判定する構成としても良い。また請求項５に記載のように、送信用超音波素子を複数有し、受信信号のピーク値が記憶手段の第１基準値と異なる場合、判定手段は、複数の送信用超音波素子の出力信号の残響時間を互いに比較して、少なくとも１つの残響時間が他の残響時間よりも長い場合に、残響時間が長い導波管が異常であると判定する構成としても良い。
【００１２】
請求項４に記載の発明の場合、全ての送信用超音波素子に対応する導波管に異常があっても、それぞれに異常があると判定することが可能である。また、請求項５に記載の発明の場合、複数の送信用超音波素子の出力信号の残響時間を互いに比較するので、測定条件の変化の影響（例えば温度による残響時間の変化）を相殺することができる。
【００１３】
次に、請求項６に記載の超音波センサ装置は、導波管と、導波管の一方の端部に配置された超音波素子としての、導波管を介して超音波を送信する少なくとも１つの送信用超音波素子、及び、超音波を受信して、超音波の強度に応じた受信信号を出力する少なくとも１つの受信用超音波素子と、送信用超音波素子の出力信号の減衰波形に基づいて、導波管の異常常有を少なくとも判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
送信用超音波素子の配置された導波管に異物などの異常があり、送信用超音波素子から出力された送信波の少なくとも一部が導波管の異常部位で反射される場合、送信用超音波素子自身が反射波を受信することとなる。すなわち、その出力信号の減衰波形は、導波管に異常がない場合と異なるものとなる。したがって、本発明によれば、送信用超音波素子の出力信号の減衰波形に基づいて、導波管の異常常有を少なくとも判定することができる。
【００１５】
なお、請求項７及び請求項８に記載の発明の作用効果は、請求項４及び請求項５に記載の発明の作用効果とそれぞれ同じであるので、その記載を省略する。
【００１６】
請求項１〜８いずれか１項に記載の発明においては、請求項９に記載のように、判定手段による判定結果に基づいて、少なくとも異常状態であることを乗員に報知する報知手段を備える構成とすると良い。
【００１７】
請求項１〜９いずれか１項に記載の発明は、請求項１０に記載のように、導波管の素子配置側とは逆の端部が、移動体の被取り付け部に形成された貫通孔を介して外部に露出され、超音波素子が移動体の内部に配置された構成に対して好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波センサ装置の全体構成を示す構成図である。図２は、超音波センサ装置のうち、超音波センサの概略構成を示す断面図である。図３は、図２を移動体の外面側から見た平面図である。図４は、図２における筐体周囲の拡大断面図である。なお、図２及び図３においては、超音波センサを移動体の被取り付け部に取り付けた状態を図示している。
【００１９】
本実施形態においては、超音波センサ装置が、移動体としての車両に用いられる例について説明する。具体的には、車両の周囲に存在する障害物を検出できるように、超音波センサが、例えば車両の前方、後方、或いは四隅側のバンパに取り付けられている。
【００２０】
図１に示すように、超音波センサ装置１０は、要部として、超音波センサ１００、ＥＣＵ（Electric Control Unit）２０、駆動信号生成部３０、受信信号処理部４０、及び報知部５０を有している。
【００２１】
超音波センサ１００は、図２に示すように、要部として、圧電振動子１１０、圧電振動子１１０などを収容する筐体１２０、車両の外部と圧電振動子１１０との間で超音波を誘導する導波管としての管部１３２を有する２つの超音波センサ１００ａ，１００ｂを含んでいる。なお、圧電振動子１１０を含む筐体１２０が、特許請求の範囲の超音波素子に相当する。このような超音波センサ１００としては、例えば本出願人による特願２００７−９６７０４号に記載のされた種々の構成を採用することができる。特願２００７−９６７０４号には各構成及び効果が詳細に記載されているので、本実施形態における詳細な説明は割愛する。
【００２２】
圧電振動子１１０は、チタン酸バリウムやＰＺＴ等の圧電セラミックスを焼結体とし、電圧を印加して振動を発生させるものであり、例えば円板状に形成されている。本実施形態においては、圧電振動子１００として、路面に対して水平方向（図３に示すｘ方向）に並んで配置された２個の圧電振動子１１０ａ，１００ｂを有している。なお、圧電振動子１１０ａが超音波を車両の外部に送信する役割を果たし、圧電振動子１００ｂが超音波を受信する役割を果たすようになっている。
【００２３】
圧電振動子１１０の表面には電極（図示略）が形成され、当該電極にリード１１１が電気的に接続されている。本実施形態においては、図４に示すように、一方のリード１１１が電極と電気的に接続された筐体１２０の内面に接続されている。そして、リード１１１は、圧電振動子１１０を振動させて超音波を発生するための駆動信号を出力したり、圧電振動子１１０に超音波が伝達されて、圧電振動子１１０に歪みが生じた場合に、圧電効果によって生じる電圧信号を入力する処理回路が形成された回路基板（図示略）と電気的に接続されている。したがって、超音波センサ装置１０は、超音波の送信から受信までの時間に基づいて、車両の周囲に存在する障害物までの距離を算出することができる。
【００２４】
筐体１２０は、それぞれ１つの圧電振動子１１０（１１０ａ，１１０ｂ）を収容すべく、例えばアルミニウムや合成樹脂（本実施形態においてはアルミニウム）を構成材料として、有底筒状に設けられている。そして、図４に示すように、底面部１２１の内面１２２に圧電振動子１１０が設置（例えば固着）されている。すなわち、圧電振動子１１０の配置された底面部１２１が振動板としての役割を果たし、底面部１２１の外面１２３（内面１２２の裏面）が振動面となっている。
【００２５】
また、圧電振動子１１０の周囲には、図４に示すように、内面１２２に面する面を除いて吸音材１１２が配置されている。この吸音材１１２は、圧電振動子１１０が伸縮し、筐体１２０の底面部１２１が振動することによって筐体１２０内に放射される超音波を吸収するためのものであり、例えばシリコンスポンジ等の吸音性能に優れた材質よって構成されている。そして、吸音材１１２上に封止材１１３が配置され、この封止材１１３によって筐体１２０内が気密に封止されている。
【００２６】
導波管ユニット１３０は、図２に示すように、車両外部と車両内部（バンパ２の内面３側）に配置された圧電振動子１１０（振動面としての外面１２３）との間で超音波を誘導する（本実施形態においては、圧電振動子１１０ａが配置された筐体１２０の外面１２３から車両外部へ超音波を導くとともに、車両外部からの超音波を圧電振動子１００ｂが配置された筐体１２０の外面１２３まで導く）ように構成されている。本実施形態に係る導波管ユニット１３０は、例えば樹脂材料からなる基材１３１に対して、導波管としての２つの管部１３２が形成されている。なお、２つの管部１３２のうち、管部１３２ａの開口端１３５ａには、圧電振動子１１０ａを含む筐体１２０が固定されており、管部１３２ｂの開口端１３５ｂには、圧電振動子１１０ｂを含む筐体１２０が固定されている。このように、超音波センサ１００ａは、圧電振動子１１０ａを含む筐体１２０と管部１３２ａを有し、超音波センサ１００ｂは、圧電振動子１１０ｂを含む筐体１２０と管部１３２ｂを有する構成となっている。
【００２７】
管部１３２ａ，１３２ｂの、バンパ２側の開口端１３３ａ，１３３ｂは、図２に示すように、基材１３１の同一面に互いに近接して開口しており、バンパ２に取り付けられた状態で、バンパ２の貫通孔５を介して車両外部に露出されている。また、他方の開口端１３５ａ，１３５ｂは、基材１３１の開口端形成面の対向面側に形成された固定用溝１３４にそれぞれ連結されている。この固定用溝１３４は、圧電振動子１１０を含む筐体１２０が固定される溝である。
【００２８】
また、管部１３２ａ，１３２ｂは、図２に示すように、それぞれの開口端１３３ａ，１３３ｂの開口面積が、対応する振動面としての外面１２３の面積よりも小さくなるように設定されている。本実施形態においては、上述の条件を満たしつつ、開口端１３３ａ，１３３ｂが、ともに形状及び大きさの等しい円形状とされており、対応する複数の外面１２３も、形状及び大きさが等しく設定されている。また、それぞれの管部１３２ａ，１３２ｂは、バンパ２側の開口端１３３ａ，１３３ｂと振動面側の開口端１３５ａ，１３５ｂとの間で、断面形状（本実施形態においては円断面）及び断面積がそれぞれ一定となっている。
【００２９】
また、図２に示すように、隣接する開口端１３３ａ，１３３ｂ間の開口間隔が、隣接する外面１２３間の対応する間隔よりも狭く、且つ、超音波の波長に対して半波長以下（本実施形態においては半波長）とされている。さらには、複数の管部１３２ａ，１３２ｂの長さが等しく設定されている。
【００３０】
このように構成される導波管ユニット１３０は、圧電振動子１１０を含む筐体１２０が固定用溝１３４に固定された状態で、バンパ２に固定されている。本実施形態においては、開口部１３３ａ，１３３ｂを含む基材１３１の一部がバンパ２の貫通孔５に挿入され、バンパ２の内面３と対向する基材１３１の部位が内面２に対して接着固定されている。そして、この固定状態で、開口端１３３ａ，１３３ｂがバンパ２の外面４と面一とされている。なお、圧電振動子１１０を含む筐体１２０は、振動面としての外面１２３が開口端１３３ａ，１３３ｂ側となるように、対応する固定用溝１３４に、振動吸収部材１２４を介してそれぞれ固定されている。また、固定用溝１３４に筐体１２０が固定された状態で、管部１３２ａ，１３２ｂの開口端１３５ａ，１３５ｂは、外面１２３との間に若干の隙間をもって開口端１３３ａ，１３３ｂ側に配置された状態となっている。すなわち、振動板としての底面部１２１は、導波管ユニット１３０を構成する基材１３１とは直接接触しておらず、基材１３１が底面部１２１の振動を抑制しないようになっている。
【００３１】
ＥＣＵ２０は、通常のコンピュータであり、図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及びこれらを接続するバスによって構成される。ＥＣＵ２０は、駆動信号生成部３０に対して、所定のタイミングで圧電振動子１１０ａの駆動指示信号及び自己診断用駆動指示信号を出力する。また、ＥＣＵ２０は、圧電振動子１００ｂの受信信号に基づいて、後述する回り込み波及び反射波を検出するとともに、回り込み波のピーク値を検出する。そして、回り込み波が検出されない場合、又は、回り込み波のピーク値が予め設定されている第１基準値と異なるときに、超音波センサ１００に異常が生じていると判定する。そして、その判定結果を報知部５０が報知するように報知部５０の出力を制御する。このように、本実施形態に係るＥＣＵ２０は、記憶、判定、演算、制御の各機能を有している。
【００３２】
駆動信号生成部３０は、発振回路３１と駆動回路３２を含んでいる。発振回路３１は、ＥＣＵ２０からの駆動指示信号又は自己診断用駆動指示信号を受けて、予め設定された所定周波数のパルス信号を駆動回路３２に出力する。そして、駆動回路３２は、圧電振動子１１０ａに入力される電源電圧の供給を受けて駆動し、発振回路３１からのパルス信号（駆動信号）により圧電振動子１１０ａを駆動させる。これにより、圧電振動子１１０ａが送信振動し、図２に示した筐体１２０の底面部１２１を介して車両外部に送信波（超音波）が送信される。
【００３３】
検出信号処理部４０は、増幅回路４１と、振動を電気信号に変換する圧電振動子１１０ｂから出力された信号のうち、所定の周波数域のみを選択的に出力するフィルタ回路４２とを含んでいる。したがって、増幅され、フィルタリングされた信号が、ＥＣＵ２０に入力される。
【００３４】
報知部５０は、上述したように、ＥＣＵ２０の判定結果、演算結果に応じた報知を乗員にするものである。本実施形態においては、警報音出力装置と表示装置を採用している。
【００３５】
次に、回り込み波に基づいて、超音波センサ装置１０の異常有無を判定する原理を、図５及び図６を用いて説明する。図５は、反射波と回り込み波を説明するための図である。図６は、異常有無に伴う受信信号の変化を示す図であり、（ａ）は異常なし及び障害物ありの状態、（ｂ）は異常なし及び障害物なしの状態、（ｃ）は異常あり及び障害物ありの状態を示す図である。
【００３６】
従来から、音波が、遮蔽物などがある場合に裏側に回り込む性質を有し、この性質が、周波数が高い（波長が短い）ほど弱くなり、周波数が低い（波長が長い）ほど強くなることが知られている。本実施形態に示すように、車両用障害物検出装置に適用される超音波センサ装置１０の周波数は、一般的に４０〜７０ｋＨｚ程度と低周波であり、本実施形態においてもこの範囲内の周波数（例えば４０ｋＨｚ）となっている。したがって、本実施形態に示す構成において、車両外部に障害物１が存在する場合には、圧電振動子１００ａを送信振動によって発せられた超音波に基づいて、図５に示すように、障害物１による反射波Ｗ１と回り込み波Ｗ２が受信用の管部１３２ｂ内に伝播されることとなる。
【００３７】
この回り込み波Ｗ２は、上述した超音波の回り込みの性質により、送信用の圧電振動子１００ａが配置された管部１３２ａの開口端１３３ａから、近傍の開口端１３３ｂを介して、受信用の圧電振動子１００ｂが配置された管部１３２ｂに直接的に回り込んで伝播されるものである。このように、回り込み波Ｗ２は、反射波Ｗ１よりも超音波の伝播経路が短く、伝播経路に障害物１が含まれないので、障害物１の有無、障害物１との距離、障害物１の種類（表面凹凸や音響インピーダンスなど）といった障害物１の影響を受けない。したがって、回り込み波Ｗ２は、反射波Ｗ１とは異なり、超音波センサ装置１０（超音波センサ１００）の変化が色濃く反映される。本実施形態においては、この回り込み波Ｗ２による受信信号に基づいて、超音波センサ装置１０の異常有無を自己診断するようにしている。
【００３８】
例えば超音波センサ装置１０（圧電振動子１１０及び管部１３２）に異常がなく、且つ、障害物１が存在する場合、圧電振動子１１０ｂによって検出される受信信号は、図６（ａ）に示すようなる。図６（ａ）に示すように、伝播経路の短い回り込み波Ｗ１が先に検出され、次いで反射波Ｗ１が検出される。
【００３９】
これに対し、図６（ａ）に示す状態から障害物１を除去した場合（超音波センサ装置１０に異常がなく、且つ、障害物１が存在しない場合）、圧電振動子１１０ｂによって検出される受信信号は、図６（ｂ）に示すように、回り込み波Ｗ２によるもののみとなる。このとき、回り込み波Ｗ２による受信信号は、障害物１の影響がないので、図６（ａ）とほとんど変化がない。
【００４０】
また、図６（ａ）に示す状態から異物を管部１３２（例えば図５に示すように異物６を受信用の管部１３２ｂ）内に配置した場合（超音波センサ装置１０に異常があり、且つ、障害物１が存在する場合）、回り込み波Ｗ２及び反射波Ｗ１が、ともに圧電振動子１１０（１１０ａ，１１０ｂ）及び管部１３２（１３２ａ，１３２ｂ）の少なくとも１つの異常の影響を受ける。したがって、その受信信号は、図６（ｃ）に示すように図６（ａ）の状態から変化する。詳しくは、管部１３２ｂ内に、石など異物６が侵入して管部１３２が異常となっている場合、管部１３２ｂ内の媒体（本実施形態においては空気）と異物６との音響インピーダンスの差によって超音波の反射が生じる。したがって、図６（ｃ）に示すように、回り込み波Ｗ２及び反射波Ｗ１による受信信号は、図６（ａ）の状態に比べて振幅（ピーク値）が小さくなる。
【００４１】
このように、回り込み波Ｗ２は、反射波Ｗ１とは異なり、障害物１による影響を受けないので、回り込み波Ｗ２による受信信号に基づいて、超音波センサ装置１０の異常の有無を自己診断することができる。なお、反射波Ｗ１は、障害物１による反射波であるので、障害物１によって変化する。例えば障害物１が無い場合だけでなく、障害物１が存在しても反射波を検出できないこともあるし、障害物１との距離や障害物１の種類によって受信信号の強度も変化する。したがって、反射波Ｗ２による受信信号に基づいて自己診断するのは困難である。
【００４２】
回り込み波Ｗ２による受信信号に基づいて、超音波センサ装置１０の異常の有無を判定する（自己診断する）判定方法は種々考えられるが、その一例を、図７を用いて説明する。図７は、超音波センサ装置の異常有無を判定する処理の一例を示すフロー図である。例えば本処理は、ＩＧキーがオンされた時点で実行される。
【００４３】
先ず、ＩＧキーがオンされると、ＥＣＵ２０は、駆動信号生成部３０の発振回路３１に自己診断用駆動信号生成指示を出し、これを受けた駆動信号生成部３０が、自己診断用駆動信号を送信用の圧電振動子１１０ａに出力する。そして、圧電振動子１１０ａが送信振動し、筐体１２０の底面部１２１を介して送信波（超音波）が出力される。この送信波は、管部１３２ａ内を誘導されて、開口端１３３ａから外部に出力される。
【００４４】
開口端１３３ａから外部に出力された送信波のうち、回り込み波Ｗ２が、開口端１３３ａの近傍に位置する開口端１３３ｂから受信用の管部１３２ｂ内に伝播される。そして、管部１３２ｂ内を誘導されて、開口端１３５ｂから筐体１２０の底面部１２１に伝達されると、底面部１２１の振動を受信用の圧電振動子１１０ｂが電気的な受信信号に変換する。
【００４５】
特に異常がなければ、ＥＣＵ２０が駆動信号生成部３０に駆動信号生成指示を出してからほぼ一定の時間で回り込み波Ｗ２が圧電振動子１１０ｂに到達するはずである。したがって、ＥＣＵ２０が駆動信号生成部３０に駆動信号生成指示を出してから所定時間の間、圧電振動子１１０ｂが回り込み波Ｗ２の検出を行い（Ｓ１０）、その結果に基づいて、ＥＣＵ２０が回り込み波Ｗ２の有無を判定する（Ｓ２０）。なお、上述の所定時間とは、駆動信号生成指示を出してから回り込み波Ｗ２の検出が終了するまでを含み、且つ、反射波Ｗ１の検出が始まるまでの間で設定される。
【００４６】
回り込み波Ｗ２が検出されない場合、圧電振動子１１０ａ，１１０ｂの少なくとも一方の故障か、管部１３２ａ，１３２ｂの少なくとも一方の閉塞が生じているものと推測される。したがって、ＥＣＵ２０は、超音波センサ装置１０が異常状態にあると判定し、報知部５０に報知指示信号を出力する。そして、報知部５０は、警報音とモニターへの表示で乗員に報知し（Ｓ５０）、自己診断処理は終了となる。
【００４７】
回り込み波Ｗ２が検出された場合、ＥＣＵ２０は、回り込み波Ｗ２の受信信号に基づいて回り込み波Ｗ２のピーク値（振幅）を検出する（Ｓ３０）。そして、検出されたピーク値が、メモリに予め記憶された基準値（特許請求の範囲に記載の第１基準値）と一致するか否かを判定する（Ｓ４０）。
【００４８】
検出されたピーク値が基準値とほぼ一致する場合、ＥＣＵ２０は圧電振動子１１０（１１０ａ，１１０ｂ）及び管部１３２（１３２ａ，１３２ｂ）に異常が無いものと判定し、自己診断処理は終了となる。
【００４９】
検出されたピーク値が基準値と異なる場合、圧電振動子１１０ａ，１１０ｂの少なくとも一方の故障か、管部１３２ａ，１３２ｂの少なくとも一方に異物侵入が生じているものと推測される。したがって、ＥＣＵ２０は、超音波センサ装置１０が異常状態にあると判定し、報知部５０に報知指示信号を出力する。そして、報知部５０は、警報音とモニターへの表示で乗員に報知し（Ｓ５０）、自己診断処理は終了となる。
【００５０】
なお、本実施形態においては、誤検出を防止するため、異常判定後においては、リセット処理されない限り、ＥＣＵ２０から駆動信号生成部３０に駆動信号生成指示を出力しないように構成されている。換言すれば、点検、修理、乃至取替えされない限り、超音波センサ装置１０が障害物検出装置として機能しないように構成されている。なお、報知は、判定処理終了とともにオフとなるようにしても良いし、警報音のみをオフとし、表示はリセット処理されるまで残るようにしても良い。
【００５１】
このように本実施形態に示す超音波センサ装置１０によれば、送信用の管部１３２ａから、その近傍に位置する受信用の管部１３２ｂに、直接的に回り込んで伝播される回り込み波Ｗ２の受信信号を用いるので、障害物１による影響を受けることなく、超音波センサ装置１０（超音波センサ１００）の異常の有無を自己診断することができる。特に、送信用及び受信用に関わらず、異常の有無を判定することができる。
【００５２】
なお、本実施形態においては、異常を知らせる報知が警報音とモニターへの表示である例を示した。しかしながら、報知部５０は上記例に限定されるものではない。それ以外にも車両のインパネに取り付けられた表示装置などを採用することができる。
【００５３】
また、本実施形態においては、ＩＧキーのオンにより、判定処理が実行される例を示した。しかしながら、シフト位置に応じて、判定処理が実行される構成としても良い。例えば、超音波センサ１００がリア側のバンパ２に配置されている場合、シフト位置がＲ（リバース）とされた時点で、図８に示す判定処理が実行されても良い。この場合、障害物検出処理の前段階として判定処理が実行される。図８に示すように、異常有無の判定処理が上述した処理（Ｓ１０〜Ｓ５０）と同様に実行される。Ｓ４０において、ＥＣＵ２０がピーク値と基準値が一致すると判定した場合、検出用の圧電振動子１１０ｂによって反射波検出（Ｓ６０）が検出される。そして、反射波の受信信号に基づいて、ＥＣＵ２０が所定の演算処理（Ｓ７０）を実行し、演算結果に基づいて障害物有無を判定する（Ｓ８０）。ＥＣＵ２０は、障害物があると判定した場合にのみ、報知部５０に報知指示信号を出力し、報知部５０は、例えば警報音で乗員に報知する（Ｓ９０）。このＳ６０〜Ｓ９０の処理は、シフト位置の変更（ＤおやＰ）があるまで繰り返し実行され、シフト位置の変更（Ｓ１００）によって、判定処理は終了となる。図８は、変形例を示すフロー図である。なお、図８においては、Ｓ６０において反射波の検出がなされる例を示したが、反射波の検出は、Ｓ１０よりも後であってＳ７０までに実行されれば良い。
【００５４】
なお、本実施形態においては、最も簡素な例として、超音波センサ１００が、圧電振動子１１０として、送信専用の１つの圧電振動子１１０ａと、受信専用の１つの圧電振動子１１０ｂを有する例を示した。しかしながら、超音波センサ１００の構成は上記例に限定されるものでは無い。少なくとも２つの圧電振動子１１０（２つの管部１３２）を有し、そのうち、少なくとも１つが送信機能を有し、少なくとも１つが受信機能を有する構成であれば良い。例えば送受信機能を有する複数の圧電振動子１１０を有する構成としても良い。
【００５５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図９〜図１１に基づいて説明する。図９は、残響を説明するための図である。図１０は、送信波の変化を示す図であり、（ａ）は受信側に異常がある場合、（ｂ）は送信側に異常がある場合を示す図である。図１１は、第２実施形態において、超音波センサ装置の異常有無を判定する処理を示すフロー図である。
【００５６】
第２実施形態に係る超音波センサ装置は、第１実施形態に示した超音波センサ装置と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第１実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。
【００５７】
第１実施形態においては、超音波センサ装置１０（超音波センサ１００）の異常有無を判定できるものの、送信側と受信側にどちらに異常があるのかまでは判定できなかった。これに対し、本実施形態においては、送信用の圧電振動子１１０ａの出力信号（送信波）の減衰波形（換言すれば、送信波の残響）に基づいて、ＥＣＵ２０が異常である位置（送信側と受信側にどちらに異常があるのか）を判定する点を特徴とする。
【００５８】
先ず、送信用の圧電振動子１１０ａの出力信号（送信波）の減衰波形（残響）について説明する。図９に示すように、駆動信号生成部３０から例えば自己診断用駆動信号が送信用の圧電振動子１１０ａに入力されると、圧電振動子１１０ａは送信振動し、筐体１２０の底面部１２１を介して車両外部に送信波が出力される。自己診断用駆動信号を停止（すなわち圧電振動子１１０ａの送信振動を停止）しても、しばらくの間は振動板である底面部１２１が振動する。これを残響といい、送信波の出力は、図２に示すように自己診断用駆動信号に対して残響時間分長くなる。なお、以下においては、図９に示す送信波の出力信号を、送信側の超音波センサ１００ａに異常がない状態のものとする。
【００５９】
次に、残響を利用した異常位置を判定する原理を、図１０を用いて説明する。例えば受信側の超音波センサ１００ｂ（圧電振動子１１０ｂ及び管部１３２ｂ）に異常がある場合、送信波の出力信号には異常による影響が無いので、送信波の出力信号は図１０（ａ）に示すようになる。すなわち、送信波の出力信号の減衰波形は、図９に示す基準状態とほぼ同じとなり、例えばその残響時間も基準状態の残響時間（特許請求の範囲に記載の第２基準値に相当）とほぼ等しい値となる。
【００６０】
これに対し、受信側の超音波センサ１００ｂにおいて、管部１３２ａに異常（例えば異物６の侵入や管部１３２ａの破損）がある場合、異常部位で反射された超音波を圧電振動子１１０ａが受信することとなる。したがって、送信波の出力信号の減衰波形は、図９に示す基準状態と異なるものとなり、例えばその残響時間は基準状態の残響時間（特許請求の範囲に記載の第２基準値に相当）よりも長くなる。このように、送信波の出力信号の減衰波形に基づいて、異常である位置を判定することができる。
【００６１】
なお、送信波の出力信号の減衰波形に基づいて、超音波センサ装置１０の異常である位置を判定する方法は種々考えられるが、その一例を、図１１を用いて説明する。例えば本処理は、第１実施形態に示した異常有無の判定処理（図７参照）に続いて実行される。Ｓ１０〜Ｓ４０までは、第１実施形態に示した図７の判定処理と同様である。なお、Ｓ２０において、回り込み波Ｗ２が検出されない場合、圧電振動子１１０ａ，１１０ｂの少なくとも一方の故障か、管部１３２ａ，１３２ｂの少なくとも一方の閉塞が生じているものと推測される。したがって、ＥＣＵ２０は、超音波センサ装置１０が異常状態にあると判定し、報知部５０に報知指示信号を出力する。そして、報知部５０は、警報音とモニターへの表示で乗員に報知し（Ｓ１１０）、自己診断処理は終了となる。
【００６２】
Ｓ４０において、検出されたピーク値が基準値とほぼ一致する場合、ＥＣＵ２０は圧電振動子１１０（１１０ａ，１１０ｂ）及び管部１３２（１３２ａ，１３２ｂ）に異常が無いものと判定し、自己診断処理は終了となる。
【００６３】
Ｓ４０において、検出されたピーク値が基準値と異なる場合、ＥＣＵ２０は、超音波センサ装置１０が異常状態にあると判定し、駆動信号生成部３０の発振回路３１に再度自己診断用駆動信号生成指示を出す。これを受けた駆動信号生成部３０は、自己診断用駆動信号を送信用の圧電振動子１１０ａに出力し、圧電振動子１１０ａが送信振動されて送信波（超音波）が出力される。
【００６４】
このときの送信波の出力信号を圧電振動子１１０ａが検出し（Ｓ１２０）、ＥＣＵ２０は、送信波の出力信号に基づいて残響時間を検出する（Ｓ１３０）。そして、ＥＣＵ２０は、検出された残響時間が、メモリに予め記憶された基準値（第２基準値）よりも長いか否かを判定する（Ｓ１４０）。
【００６５】
検出された残響時間が基準値以下の場合、ＥＣＵ２０は送信側の超音波センサ１００ａに異常が無く、これによって受信側の超音波センサ１００ｂに異常があるものと判定する（Ｓ１５０）。そして、報知部５０に報知指示信号を出力し、報知部５０は、警報音とモニターへの表示で乗員に報知して（Ｓ１６０）、自己診断処理は終了となる。
【００６６】
検出された残響時間が基準値よりも長い場合、ＥＣＵ２０は送信側の超音波センサ１００ａ（管部１３２ａ）に異常があるものと判定する（Ｓ１７０）。そして、報知部５０に報知指示信号を出力し、報知部５０は、警報音とモニターへの表示で乗員に報知して（Ｓ１８０）、自己診断処理は終了となる。例えば、Ｓ１１０，Ｓ１６０，Ｓ１８０における報知において、それぞれの報知音や表示を変えるようにしても良い。Ｓ１６０，Ｓ１８０の場合、異常である位置も判定されているので、その情報も盛り込むようにしても良い。
【００６７】
このように本実施形態に示す超音波センサ装置１０によれば、送信波の出力信号の減衰波形（残響時間）に基づいて、超音波センサ装置１０（超音波センサ１００）の異常の位置を判定することができる。
【００６８】
なお、本実施形態においては、Ｓ４０の比較判定終了後、検出されたピーク値が基準値と異なる場合に、再度自己診断用駆動信号生成指示を出して送信用の圧電振動子１１０ａを送信振動させ、Ｓ１２０において送信波の出力信号を検出する例を示した。しかしながら、Ｓ１０において回り込み波Ｗ１を検出する前に、回り込み波Ｗ１を生じさせるための送信波の出力信号を検出するようにしても良い。
【００６９】
また、本実施形態に示す判定処理は、第１実施形態の図７に示す判定処理との組合せに限定されるものではない。例えば第１実施形態の図８に示す判定処理と組合せることもできる。また、第１実施形態に示した回り込み波Ｗ２による判定処理を経ることなく、送信波の出力信号の減衰波形に基づいて、超音波センサ装置１０の異常有無の判定と異常位置の判定とを併せて実行することできる。この場合、例えば図１１に示したＳ１１０〜Ｓ１８０の処理を実行すれば良い。なお、送信波の出力信号が検出されない場合にも、異常であると判定するようにすると良い。ただし、このような構成とすると、圧電振動子１１０が送信機能を有する側の異常有無と異常位置の判定のみは可能であるが、圧電振動子１１０が受信機能のみを有する側の異常有無と異常位置の判定ができない。したがって、全ての圧電振動子１１０が送信機能を有する場合に、送信波の出力信号の減衰波形に基づいて、超音波センサ装置１０の異常有無の判定と異常位置の判定を実行するようにすると良い。
【００７０】
また、本実施形態においても、最も簡素な例として、超音波センサ１００が、圧電振動子１１０として、送信専用の１つの圧電振動子１１０ａと、受信専用の１つの圧電振動子１１０ｂを有する例を示した。しかしながら、超音波センサ１００の構成は上記例に限定されるものでは無い。例えば送信機能を有する複数の圧電振動子１１０（送信専用又は送受信兼用）を有する構成としても良い。この場合、例えば図１２に示すように、Ｓ１２０において、ＥＣＵ２０は、送信機能を有する複数の圧電振動子１１０のうち、１つを選択して送信振動させ、送信波の出力信号を検出させる。そして、ＥＣＵ２０は、送信波の出力信号に基づいて残響時間を検出し（Ｓ１３０）、検出された残響時間が、メモリに予め記憶された基準値（第２基準値）よりも長いか否かを判定する（Ｓ１４０）。その結果、検出された残響時間が基準値以下である場合には、選択された圧電振動子１１０の配置された管部１３２に異常が無いと判定し、送信機能を有する別の圧電振動子１１０を送信振動させるように切り替える。このＳ１２０〜１４５は、Ｓ１４０において、残響時間が基準値よりも長いとの判定がなされるまで、順次圧電振動子１１０を切り替えて繰り返し実行される。このように、送信機能を有する圧電振動子１１０を複数有する構成においても、異常である位置を判定することができる。図１２は、変形例を示すフロー図である。
【００７１】
なお、Ｓ１２０において、送信機能を有する全ての圧電振動子１１０を送信振動させ、Ｓ１３０において、それぞれの送信波の残響時間を検出し、Ｓ１４０において、各残響時間を基準値とそれぞれ比較するようにしても良い。この場合、送信機能を有する圧電振動子１１０が配置された管部１３２全てに異常があっても、異常があると判定することができる。それ以外にも、例えば図１３に示すように、Ｓ１２０において、送信機能を有する全ての圧電振動子１１０を送信振動させ、Ｓ１３０において、ＥＣＵ２０が、それぞれの送信波の残響時間を検出し、Ｓ１４１において、各残響時間を互いに比較するようにしても良い。この場合、他の少なくとも１つよりも残響時間が長いものがあれば、Ｓ１７１において、その残響時間の長い圧電振動子１１０が配置された管部１３２に異常があるものと判定し、例えばその位置情報を載せた報知をＳ１８０において実行する。なお、全ての残響時間が等しい場合には、全ての管部１３２に異常があるか、又は、管部１３２とは別の部位で異常（例えば送信機能を有する全ての圧電振動子１１０の故障）があるものとして、Ｓ１８０において報知すれば良い。この場合、送信機能を有する複数の圧電振動子１１０の出力信号の残響時間を互いに比較するので、測定条件の変化の影響（例えば温度による残響時間の変化）を相殺することができる。図１３は、変形例を示すフロー図である。
【００７２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００７３】
本実施形態においては、移動体としての車両のバンパ２に、超音波センサ１００が取り付けられる例を示した。しかしながら、移動体は車両に限定されるものではなく、被取り付け部もバンパ２に限定されるものではない。車両であっても、例えばボディに取り付けることができる。
【００７４】
また、超音波センサ１００の構成は、本実施形態に示した構成（圧電振動子１１０及び管部１３２の個数、配置、形状、送受信機能）に限定されるものではない。少なくとも２つの圧電振動子１１０（２つの管部１３２）を有し、そのうち、少なくとも１つが送信機能を有し、少なくとも１つが受信機能を有していれば良い。また、送信及び受信の少なくとも一方が可能なように、管部１３２（導波管）の一方の端部に圧電振動子１１０が１つずつ固定され、各管部１３２が、反射波及び回り込み波を検出可能に配置された構成であれば良い。また、管部１３２を、導波管としてそれぞれ独立した構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波センサ装置の全体構成を示す構成図である。
【図２】超音波センサ装置のうち、超音波センサの概略構成を示す断面図である。
【図３】図２を移動体の外面側から見た平面図である。
【図４】図２における筐体周囲の拡大断面図である。
【図５】反射波と回り込み波を説明するための図である。
【図６】異常有無に伴う受信信号の変化を示す図であり、（ａ）は異常なし及び障害物ありの状態、（ｂ）は異常なし及び障害物なしの状態、（ｃ）は異常あり及び障害物ありの状態を示す図である。
【図７】超音波センサ装置の異常有無を判定する処理の一例を示すフロー図である。
【図８】変形例を示すフロー図である。
【図９】残響を説明するための図である。
【図１０】送信波の変化を示す図であり、（ａ）は受信側に異常がある場合、（ｂ）は送信側に異常がある場合を示す図である。
【図１１】第２実施形態において、超音波センサ装置の異常有無を判定する処理を示すフロー図である。
【図１２】変形例を示すフロー図である。
【図１３】変形例を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００７６】
１・・・障害物（反射物）
６・・・異物
１０・・・超音波センサ装置
２０・・・ＥＣＵ
１００・・・超音波センサ
１００ａ・・・送信用の超音波センサ
１００ｂ・・・受信用の超音波センサ
１１０・・・圧電振動子
１１０ａ・・・送信用の圧電振動子
１１０ｂ・・・受信用の圧電振動子
１３２・・・管部（導波管）
１３２ａ・・・送信用の管部
１３２ｂ・・・受信用の管部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波素子と導波管を備える超音波センサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１，２に示されるように、複数の導波管を有し、それぞれの導波管の一端に超音波素子（送波器、受波器、超音波振動子）が配置され、導波管を介して超音波が伝達される構成の超音波センサ装置が知られている。
【特許文献１】特開昭６３−２４３７８３号公報
【特許文献２】特開平１０−２２４８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述したように、導波管の一端に超音波素子が配置される構成の超音波センサ装置においては、導波管の超音波素子配置側の他端が開口しているため、例えば車両などの移動体に取り付けた場合、石や水、砂、泥などの異物が導波管内に侵入する恐れがある。そして、異物の衝突によって超音波素子がダメージを受けたり、導波管内に存在する異物が超音波の伝播に影響を及ぼすことも考えられる。しかしながら、超音波センサ装置外部の障害物などの反射物による反射波は、反射物の有無、反射物との距離、反射物の種類（表面凹凸など）などによって変化する。例えば反射物が無い場合だけでなく、反射物が存在しても反射波を検出できないこともある。したがって、反射波による受信信号が通常とは異なる状態（例えばピーク値が小さい状態）や検出されない状態であっても、その原因が、反射物によるものなのか、超音波センサ装置自身の異常であるのかを判別することが困難である。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑み、自身の異常有無を診断できる超音波センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成する為に請求項１に記載の超音波センサ装置は、複数の導波管と、導波管の一方の端部にそれぞれ配置された超音波素子としての、導波管を介して超音波を送信する少なくとも１つの送信用超音波素子、及び、超音波を受信して、超音波の強度に応じた受信信号を出力する少なくとも１つの受信用超音波素子と、送信用超音波素子が配置された導波管の素子配置側とは逆の端部から、近傍の受信用超音波素子が配置された導波管内へ直接的に回り込んで伝播される回り込み波の受信信号に基づいて、超音波素子及び導波管の少なくとも一方の異常有無を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
このように本発明によれば、送信用超音波素子から送信された送信波のうち、超音波センサ装置外部の反射物による反射波ではなく、送信用超音波素子が端部に配置された導波管から、その近傍に位置する受信用超音波素子が端部に配置された導波管に、直接的に回り込んで伝播される回り込み波を利用して、超音波センサ装置の異常を自己診断するようにしている。このような回り込み波による受信信号は、超音波センサ装置外部の反射物の影響（反射物の有無、反射物との距離、反射物の種類）を受けないので、回り込み波による受信信号に基づいて、超音波センサ装置の異常の有無を自己診断することができる。
【０００７】
具体的には、請求項２に記載のように、回り込み波が伝播される導波管に異常がない状態の、回り込み波による受信信号のピーク値が第１基準値として記憶された記憶手段を備え、判定手段が、回り込み波が検出されない場合、又は、回り込み波が検出されてその受信信号のピーク値が記憶手段の第１基準値と異なる場合に、異常であると判定する構成としても良い。
【０００８】
上述したように回り込み波は、反射物の影響を受けない。したがって、回り込み波が検出されない場合には、例えば超音波素子の故障や導波管の閉塞による異常と判定することができる。また、受信信号のピーク値が記憶手段の第１基準値と異なる場合には、例えば超音波素子の故障や導波管内に侵入した異物による異常と判定することができる。
【０００９】
請求項１又は請求項２に記載の発明においては、請求項３に記載のように、判定手段が、送信用超音波素子の出力信号の減衰波形に基づいて、異常である位置を判定する構成としても良い。
【００１０】
送信用超音波素子の配置された導波管に異物などの異常があり、送信用超音波素子から出力された送信波の少なくとも一部が導波管の異常部位で反射される場合、送信用超音波素子自身が反射波を受信することとなる。すなわち、その出力信号の減衰波形は、導波管に異常がない場合と異なるものとなる。したがって、送信用超音波素子の出力信号の減衰波形に基づいて、異常である位置を判定することができる。
【００１１】
具体的には、請求項４に記載のように、記憶手段には、送信用超音波素子が配置された導波管に異常がない状態の、送信用超音波素子の出力信号の残響時間が第２基準値として記憶され、受信信号のピーク値が記憶手段の第１基準値と異なる場合、判定手段は、送信用超音波素子の出力信号の残響時間が記憶手段の第２基準値よりも長い場合に、この送信用超音波素子が配置された導波管が異常であると判定する構成としても良い。また請求項５に記載のように、送信用超音波素子を複数有し、受信信号のピーク値が記憶手段の第１基準値と異なる場合、判定手段は、複数の送信用超音波素子の出力信号の残響時間を互いに比較して、少なくとも１つの残響時間が他の残響時間よりも長い場合に、残響時間が長い導波管が異常であると判定する構成としても良い。
【００１２】
請求項４に記載の発明の場合、全ての送信用超音波素子に対応する導波管に異常があっても、それぞれに異常があると判定することが可能である。また、請求項５に記載の発明の場合、複数の送信用超音波素子の出力信号の残響時間を互いに比較するので、測定条件の変化の影響（例えば温度による残響時間の変化）を相殺することができる。
【００１３】
次に、請求項６に記載の超音波センサ装置は、導波管と、導波管の一方の端部に配置された超音波素子としての、導波管を介して超音波を送信する少なくとも１つの送信用超音波素子、及び、超音波を受信して、超音波の強度に応じた受信信号を出力する少なくとも１つの受信用超音波素子と、送信用超音波素子の出力信号の減衰波形に基づいて、導波管の異常常有を少なくとも判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
送信用超音波素子の配置された導波管に異物などの異常があり、送信用超音波素子から出力された送信波の少なくとも一部が導波管の異常部位で反射される場合、送信用超音波素子自身が反射波を受信することとなる。すなわち、その出力信号の減衰波形は、導波管に異常がない場合と異なるものとなる。したがって、本発明によれば、送信用超音波素子の出力信号の減衰波形に基づいて、導波管の異常常有を少なくとも判定することができる。
【００１５】
なお、請求項７及び請求項８に記載の発明の作用効果は、請求項４及び請求項５に記載の発明の作用効果とそれぞれ同じであるので、その記載を省略する。
【００１６】
請求項１〜８いずれか１項に記載の発明においては、請求項９に記載のように、判定手段による判定結果に基づいて、少なくとも異常状態であることを乗員に報知する報知手段を備える構成とすると良い。
【００１７】
請求項１〜９いずれか１項に記載の発明は、請求項１０に記載のように、導波管の素子配置側とは逆の端部が、移動体の被取り付け部に形成された貫通孔を介して外部に露出され、超音波素子が移動体の内部に配置された構成に対して好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波センサ装置の全体構成を示す構成図である。図２は、超音波センサ装置のうち、超音波センサの概略構成を示す断面図である。図３は、図２を移動体の外面側から見た平面図である。図４は、図２における筐体周囲の拡大断面図である。なお、図２及び図３においては、超音波センサを移動体の被取り付け部に取り付けた状態を図示している。
【００１９】
本実施形態においては、超音波センサ装置が、移動体としての車両に用いられる例について説明する。具体的には、車両の周囲に存在する障害物を検出できるように、超音波センサが、例えば車両の前方、後方、或いは四隅側のバンパに取り付けられている。
【００２０】
図１に示すように、超音波センサ装置１０は、要部として、超音波センサ１００、ＥＣＵ（Electric Control Unit）２０、駆動信号生成部３０、受信信号処理部４０、及び報知部５０を有している。
【００２１】
超音波センサ１００は、図２に示すように、要部として、圧電振動子１１０、圧電振動子１１０などを収容する筐体１２０、車両の外部と圧電振動子１１０との間で超音波を誘導する導波管としての管部１３２を有する２つの超音波センサ１００ａ，１００ｂを含んでいる。なお、圧電振動子１１０を含む筐体１２０が、特許請求の範囲の超音波素子に相当する。このような超音波センサ１００としては、例えば本出願人による特願２００７−９６７０４号に記載のされた種々の構成を採用することができる。特願２００７−９６７０４号には各構成及び効果が詳細に記載されているので、本実施形態における詳細な説明は割愛する。
【００２２】
圧電振動子１１０は、チタン酸バリウムやＰＺＴ等の圧電セラミックスを焼結体とし、電圧を印加して振動を発生させるものであり、例えば円板状に形成されている。本実施形態においては、圧電振動子１００として、路面に対して水平方向（図３に示すｘ方向）に並んで配置された２個の圧電振動子１１０ａ，１００ｂを有している。なお、圧電振動子１１０ａが超音波を車両の外部に送信する役割を果たし、圧電振動子１００ｂが超音波を受信する役割を果たすようになっている。
【００２３】
圧電振動子１１０の表面には電極（図示略）が形成され、当該電極にリード１１１が電気的に接続されている。本実施形態においては、図４に示すように、一方のリード１１１が電極と電気的に接続された筐体１２０の内面に接続されている。そして、リード１１１は、圧電振動子１１０を振動させて超音波を発生するための駆動信号を出力したり、圧電振動子１１０に超音波が伝達されて、圧電振動子１１０に歪みが生じた場合に、圧電効果によって生じる電圧信号を入力する処理回路が形成された回路基板（図示略）と電気的に接続されている。したがって、超音波センサ装置１０は、超音波の送信から受信までの時間に基づいて、車両の周囲に存在する障害物までの距離を算出することができる。
【００２４】
筐体１２０は、それぞれ１つの圧電振動子１１０（１１０ａ，１１０ｂ）を収容すべく、例えばアルミニウムや合成樹脂（本実施形態においてはアルミニウム）を構成材料として、有底筒状に設けられている。そして、図４に示すように、底面部１２１の内面１２２に圧電振動子１１０が設置（例えば固着）されている。すなわち、圧電振動子１１０の配置された底面部１２１が振動板としての役割を果たし、底面部１２１の外面１２３（内面１２２の裏面）が振動面となっている。
【００２５】
また、圧電振動子１１０の周囲には、図４に示すように、内面１２２に面する面を除いて吸音材１１２が配置されている。この吸音材１１２は、圧電振動子１１０が伸縮し、筐体１２０の底面部１２１が振動することによって筐体１２０内に放射される超音波を吸収するためのものであり、例えばシリコンスポンジ等の吸音性能に優れた材質よって構成されている。そして、吸音材１１２上に封止材１１３が配置され、この封止材１１３によって筐体１２０内が気密に封止されている。
【００２６】
導波管ユニット１３０は、図２に示すように、車両外部と車両内部（バンパ２の内面３側）に配置された圧電振動子１１０（振動面としての外面１２３）との間で超音波を誘導する（本実施形態においては、圧電振動子１１０ａが配置された筐体１２０の外面１２３から車両外部へ超音波を導くとともに、車両外部からの超音波を圧電振動子１００ｂが配置された筐体１２０の外面１２３まで導く）ように構成されている。本実施形態に係る導波管ユニット１３０は、例えば樹脂材料からなる基材１３１に対して、導波管としての２つの管部１３２が形成されている。なお、２つの管部１３２のうち、管部１３２ａの開口端１３５ａには、圧電振動子１１０ａを含む筐体１２０が固定されており、管部１３２ｂの開口端１３５ｂには、圧電振動子１１０ｂを含む筐体１２０が固定されている。このように、超音波センサ１００ａは、圧電振動子１１０ａを含む筐体１２０と管部１３２ａを有し、超音波センサ１００ｂは、圧電振動子１１０ｂを含む筐体１２０と管部１３２ｂを有する構成となっている。
【００２７】
管部１３２ａ，１３２ｂの、バンパ２側の開口端１３３ａ，１３３ｂは、図２に示すように、基材１３１の同一面に互いに近接して開口しており、バンパ２に取り付けられた状態で、バンパ２の貫通孔５を介して車両外部に露出されている。また、他方の開口端１３５ａ，１３５ｂは、基材１３１の開口端形成面の対向面側に形成された固定用溝１３４にそれぞれ連結されている。この固定用溝１３４は、圧電振動子１１０を含む筐体１２０が固定される溝である。
【００２８】
また、管部１３２ａ，１３２ｂは、図２に示すように、それぞれの開口端１３３ａ，１３３ｂの開口面積が、対応する振動面としての外面１２３の面積よりも小さくなるように設定されている。本実施形態においては、上述の条件を満たしつつ、開口端１３３ａ，１３３ｂが、ともに形状及び大きさの等しい円形状とされており、対応する複数の外面１２３も、形状及び大きさが等しく設定されている。また、それぞれの管部１３２ａ，１３２ｂは、バンパ２側の開口端１３３ａ，１３３ｂと振動面側の開口端１３５ａ，１３５ｂとの間で、断面形状（本実施形態においては円断面）及び断面積がそれぞれ一定となっている。
【００２９】
また、図２に示すように、隣接する開口端１３３ａ，１３３ｂ間の開口間隔が、隣接する外面１２３間の対応する間隔よりも狭く、且つ、超音波の波長に対して半波長以下（本実施形態においては半波長）とされている。さらには、複数の管部１３２ａ，１３２ｂの長さが等しく設定されている。
【００３０】
このように構成される導波管ユニット１３０は、圧電振動子１１０を含む筐体１２０が固定用溝１３４に固定された状態で、バンパ２に固定されている。本実施形態においては、開口部１３３ａ，１３３ｂを含む基材１３１の一部がバンパ２の貫通孔５に挿入され、バンパ２の内面３と対向する基材１３１の部位が内面２に対して接着固定されている。そして、この固定状態で、開口端１３３ａ，１３３ｂがバンパ２の外面４と面一とされている。なお、圧電振動子１１０を含む筐体１２０は、振動面としての外面１２３が開口端１３３ａ，１３３ｂ側となるように、対応する固定用溝１３４に、振動吸収部材１２４を介してそれぞれ固定されている。また、固定用溝１３４に筐体１２０が固定された状態で、管部１３２ａ，１３２ｂの開口端１３５ａ，１３５ｂは、外面１２３との間に若干の隙間をもって開口端１３３ａ，１３３ｂ側に配置された状態となっている。すなわち、振動板としての底面部１２１は、導波管ユニット１３０を構成する基材１３１とは直接接触しておらず、基材１３１が底面部１２１の振動を抑制しないようになっている。
【００３１】
ＥＣＵ２０は、通常のコンピュータであり、図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及びこれらを接続するバスによって構成される。ＥＣＵ２０は、駆動信号生成部３０に対して、所定のタイミングで圧電振動子１１０ａの駆動指示信号及び自己診断用駆動指示信号を出力する。また、ＥＣＵ２０は、圧電振動子１００ｂの受信信号に基づいて、後述する回り込み波及び反射波を検出するとともに、回り込み波のピーク値を検出する。そして、回り込み波が検出されない場合、又は、回り込み波のピーク値が予め設定されている第１基準値と異なるときに、超音波センサ１００に異常が生じていると判定する。そして、その判定結果を報知部５０が報知するように報知部５０の出力を制御する。このように、本実施形態に係るＥＣＵ２０は、記憶、判定、演算、制御の各機能を有している。
【００３２】
駆動信号生成部３０は、発振回路３１と駆動回路３２を含んでいる。発振回路３１は、ＥＣＵ２０からの駆動指示信号又は自己診断用駆動指示信号を受けて、予め設定された所定周波数のパルス信号を駆動回路３２に出力する。そして、駆動回路３２は、圧電振動子１１０ａに入力される電源電圧の供給を受けて駆動し、発振回路３１からのパルス信号（駆動信号）により圧電振動子１１０ａを駆動させる。これにより、圧電振動子１１０ａが送信振動し、図２に示した筐体１２０の底面部１２１を介して車両外部に送信波（超音波）が送信される。
【００３３】
検出信号処理部４０は、増幅回路４１と、振動を電気信号に変換する圧電振動子１１０ｂから出力された信号のうち、所定の周波数域のみを選択的に出力するフィルタ回路４２とを含んでいる。したがって、増幅され、フィルタリングされた信号が、ＥＣＵ２０に入力される。
【００３４】
報知部５０は、上述したように、ＥＣＵ２０の判定結果、演算結果に応じた報知を乗員にするものである。本実施形態においては、警報音出力装置と表示装置を採用している。
【００３５】
次に、回り込み波に基づいて、超音波センサ装置１０の異常有無を判定する原理を、図５及び図６を用いて説明する。図５は、反射波と回り込み波を説明するための図である。図６は、異常有無に伴う受信信号の変化を示す図であり、（ａ）は異常なし及び障害物ありの状態、（ｂ）は異常なし及び障害物なしの状態、（ｃ）は異常あり及び障害物ありの状態を示す図である。
【００３６】
従来から、音波が、遮蔽物などがある場合に裏側に回り込む性質を有し、この性質が、周波数が高い（波長が短い）ほど弱くなり、周波数が低い（波長が長い）ほど強くなることが知られている。本実施形態に示すように、車両用障害物検出装置に適用される超音波センサ装置１０の周波数は、一般的に４０〜７０ｋＨｚ程度と低周波であり、本実施形態においてもこの範囲内の周波数（例えば４０ｋＨｚ）となっている。したがって、本実施形態に示す構成において、車両外部に障害物１が存在する場合には、圧電振動子１００ａを送信振動によって発せられた超音波に基づいて、図５に示すように、障害物１による反射波Ｗ１と回り込み波Ｗ２が受信用の管部１３２ｂ内に伝播されることとなる。
【００３７】
この回り込み波Ｗ２は、上述した超音波の回り込みの性質により、送信用の圧電振動子１００ａが配置された管部１３２ａの開口端１３３ａから、近傍の開口端１３３ｂを介して、受信用の圧電振動子１００ｂが配置された管部１３２ｂに直接的に回り込んで伝播されるものである。このように、回り込み波Ｗ２は、反射波Ｗ１よりも超音波の伝播経路が短く、伝播経路に障害物１が含まれないので、障害物１の有無、障害物１との距離、障害物１の種類（表面凹凸や音響インピーダンスなど）といった障害物１の影響を受けない。したがって、回り込み波Ｗ２は、反射波Ｗ１とは異なり、超音波センサ装置１０（超音波センサ１００）の変化が色濃く反映される。本実施形態においては、この回り込み波Ｗ２による受信信号に基づいて、超音波センサ装置１０の異常有無を自己診断するようにしている。
【００３８】
例えば超音波センサ装置１０（圧電振動子１１０及び管部１３２）に異常がなく、且つ、障害物１が存在する場合、圧電振動子１１０ｂによって検出される受信信号は、図６（ａ）に示すようなる。図６（ａ）に示すように、伝播経路の短い回り込み波Ｗ１が先に検出され、次いで反射波Ｗ１が検出される。
【００３９】
これに対し、図６（ａ）に示す状態から障害物１を除去した場合（超音波センサ装置１０に異常がなく、且つ、障害物１が存在しない場合）、圧電振動子１１０ｂによって検出される受信信号は、図６（ｂ）に示すように、回り込み波Ｗ２によるもののみとなる。このとき、回り込み波Ｗ２による受信信号は、障害物１の影響がないので、図６（ａ）とほとんど変化がない。
【００４０】
また、図６（ａ）に示す状態から異物を管部１３２（例えば図５に示すように異物６を受信用の管部１３２ｂ）内に配置した場合（超音波センサ装置１０に異常があり、且つ、障害物１が存在する場合）、回り込み波Ｗ２及び反射波Ｗ１が、ともに圧電振動子１１０（１１０ａ，１１０ｂ）及び管部１３２（１３２ａ，１３２ｂ）の少なくとも１つの異常の影響を受ける。したがって、その受信信号は、図６（ｃ）に示すように図６（ａ）の状態から変化する。詳しくは、管部１３２ｂ内に、石など異物６が侵入して管部１３２が異常となっている場合、管部１３２ｂ内の媒体（本実施形態においては空気）と異物６との音響インピーダンスの差によって超音波の反射が生じる。したがって、図６（ｃ）に示すように、回り込み波Ｗ２及び反射波Ｗ１による受信信号は、図６（ａ）の状態に比べて振幅（ピーク値）が小さくなる。
【００４１】
このように、回り込み波Ｗ２は、反射波Ｗ１とは異なり、障害物１による影響を受けないので、回り込み波Ｗ２による受信信号に基づいて、超音波センサ装置１０の異常の有無を自己診断することができる。なお、反射波Ｗ１は、障害物１による反射波であるので、障害物１によって変化する。例えば障害物１が無い場合だけでなく、障害物１が存在しても反射波を検出できないこともあるし、障害物１との距離や障害物１の種類によって受信信号の強度も変化する。したがって、反射波Ｗ２による受信信号に基づいて自己診断するのは困難である。
【００４２】
回り込み波Ｗ２による受信信号に基づいて、超音波センサ装置１０の異常の有無を判定する（自己診断する）判定方法は種々考えられるが、その一例を、図７を用いて説明する。図７は、超音波センサ装置の異常有無を判定する処理の一例を示すフロー図である。例えば本処理は、ＩＧキーがオンされた時点で実行される。
【００４３】
先ず、ＩＧキーがオンされると、ＥＣＵ２０は、駆動信号生成部３０の発振回路３１に自己診断用駆動信号生成指示を出し、これを受けた駆動信号生成部３０が、自己診断用駆動信号を送信用の圧電振動子１１０ａに出力する。そして、圧電振動子１１０ａが送信振動し、筐体１２０の底面部１２１を介して送信波（超音波）が出力される。この送信波は、管部１３２ａ内を誘導されて、開口端１３３ａから外部に出力される。
【００４４】
開口端１３３ａから外部に出力された送信波のうち、回り込み波Ｗ２が、開口端１３３ａの近傍に位置する開口端１３３ｂから受信用の管部１３２ｂ内に伝播される。そして、管部１３２ｂ内を誘導されて、開口端１３５ｂから筐体１２０の底面部１２１に伝達されると、底面部１２１の振動を受信用の圧電振動子１１０ｂが電気的な受信信号に変換する。
【００４５】
特に異常がなければ、ＥＣＵ２０が駆動信号生成部３０に駆動信号生成指示を出してからほぼ一定の時間で回り込み波Ｗ２が圧電振動子１１０ｂに到達するはずである。したがって、ＥＣＵ２０が駆動信号生成部３０に駆動信号生成指示を出してから所定時間の間、圧電振動子１１０ｂが回り込み波Ｗ２の検出を行い（Ｓ１０）、その結果に基づいて、ＥＣＵ２０が回り込み波Ｗ２の有無を判定する（Ｓ２０）。なお、上述の所定時間とは、駆動信号生成指示を出してから回り込み波Ｗ２の検出が終了するまでを含み、且つ、反射波Ｗ１の検出が始まるまでの間で設定される。
【００４６】
回り込み波Ｗ２が検出されない場合、圧電振動子１１０ａ，１１０ｂの少なくとも一方の故障か、管部１３２ａ，１３２ｂの少なくとも一方の閉塞が生じているものと推測される。したがって、ＥＣＵ２０は、超音波センサ装置１０が異常状態にあると判定し、報知部５０に報知指示信号を出力する。そして、報知部５０は、警報音とモニターへの表示で乗員に報知し（Ｓ５０）、自己診断処理は終了となる。
【００４７】
回り込み波Ｗ２が検出された場合、ＥＣＵ２０は、回り込み波Ｗ２の受信信号に基づいて回り込み波Ｗ２のピーク値（振幅）を検出する（Ｓ３０）。そして、検出されたピーク値が、メモリに予め記憶された基準値（特許請求の範囲に記載の第１基準値）と一致するか否かを判定する（Ｓ４０）。
【００４８】
検出されたピーク値が基準値とほぼ一致する場合、ＥＣＵ２０は圧電振動子１１０（１１０ａ，１１０ｂ）及び管部１３２（１３２ａ，１３２ｂ）に異常が無いものと判定し、自己診断処理は終了となる。
【００４９】
検出されたピーク値が基準値と異なる場合、圧電振動子１１０ａ，１１０ｂの少なくとも一方の故障か、管部１３２ａ，１３２ｂの少なくとも一方に異物侵入が生じているものと推測される。したがって、ＥＣＵ２０は、超音波センサ装置１０が異常状態にあると判定し、報知部５０に報知指示信号を出力する。そして、報知部５０は、警報音とモニターへの表示で乗員に報知し（Ｓ５０）、自己診断処理は終了となる。
【００５０】
なお、本実施形態においては、誤検出を防止するため、異常判定後においては、リセット処理されない限り、ＥＣＵ２０から駆動信号生成部３０に駆動信号生成指示を出力しないように構成されている。換言すれば、点検、修理、乃至取替えされない限り、超音波センサ装置１０が障害物検出装置として機能しないように構成されている。なお、報知は、判定処理終了とともにオフとなるようにしても良いし、警報音のみをオフとし、表示はリセット処理されるまで残るようにしても良い。
【００５１】
このように本実施形態に示す超音波センサ装置１０によれば、送信用の管部１３２ａから、その近傍に位置する受信用の管部１３２ｂに、直接的に回り込んで伝播される回り込み波Ｗ２の受信信号を用いるので、障害物１による影響を受けることなく、超音波センサ装置１０（超音波センサ１００）の異常の有無を自己診断することができる。特に、送信用及び受信用に関わらず、異常の有無を判定することができる。
【００５２】
なお、本実施形態においては、異常を知らせる報知が警報音とモニターへの表示である例を示した。しかしながら、報知部５０は上記例に限定されるものではない。それ以外にも車両のインパネに取り付けられた表示装置などを採用することができる。
【００５３】
また、本実施形態においては、ＩＧキーのオンにより、判定処理が実行される例を示した。しかしながら、シフト位置に応じて、判定処理が実行される構成としても良い。例えば、超音波センサ１００がリア側のバンパ２に配置されている場合、シフト位置がＲ（リバース）とされた時点で、図８に示す判定処理が実行されても良い。この場合、障害物検出処理の前段階として判定処理が実行される。図８に示すように、異常有無の判定処理が上述した処理（Ｓ１０〜Ｓ５０）と同様に実行される。Ｓ４０において、ＥＣＵ２０がピーク値と基準値が一致すると判定した場合、検出用の圧電振動子１１０ｂによって反射波検出（Ｓ６０）が検出される。そして、反射波の受信信号に基づいて、ＥＣＵ２０が所定の演算処理（Ｓ７０）を実行し、演算結果に基づいて障害物有無を判定する（Ｓ８０）。ＥＣＵ２０は、障害物があると判定した場合にのみ、報知部５０に報知指示信号を出力し、報知部５０は、例えば警報音で乗員に報知する（Ｓ９０）。このＳ６０〜Ｓ９０の処理は、シフト位置の変更（ＤおやＰ）があるまで繰り返し実行され、シフト位置の変更（Ｓ１００）によって、判定処理は終了となる。図８は、変形例を示すフロー図である。なお、図８においては、Ｓ６０において反射波の検出がなされる例を示したが、反射波の検出は、Ｓ１０よりも後であってＳ７０までに実行されれば良い。
【００５４】
なお、本実施形態においては、最も簡素な例として、超音波センサ１００が、圧電振動子１１０として、送信専用の１つの圧電振動子１１０ａと、受信専用の１つの圧電振動子１１０ｂを有する例を示した。しかしながら、超音波センサ１００の構成は上記例に限定されるものでは無い。少なくとも２つの圧電振動子１１０（２つの管部１３２）を有し、そのうち、少なくとも１つが送信機能を有し、少なくとも１つが受信機能を有する構成であれば良い。例えば送受信機能を有する複数の圧電振動子１１０を有する構成としても良い。
【００５５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図９〜図１１に基づいて説明する。図９は、残響を説明するための図である。図１０は、送信波の変化を示す図であり、（ａ）は受信側に異常がある場合、（ｂ）は送信側に異常がある場合を示す図である。図１１は、第２実施形態において、超音波センサ装置の異常有無を判定する処理を示すフロー図である。
【００５６】
第２実施形態に係る超音波センサ装置は、第１実施形態に示した超音波センサ装置と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第１実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。
【００５７】
第１実施形態においては、超音波センサ装置１０（超音波センサ１００）の異常有無を判定できるものの、送信側と受信側にどちらに異常があるのかまでは判定できなかった。これに対し、本実施形態においては、送信用の圧電振動子１１０ａの出力信号（送信波）の減衰波形（換言すれば、送信波の残響）に基づいて、ＥＣＵ２０が異常である位置（送信側と受信側にどちらに異常があるのか）を判定する点を特徴とする。
【００５８】
先ず、送信用の圧電振動子１１０ａの出力信号（送信波）の減衰波形（残響）について説明する。図９に示すように、駆動信号生成部３０から例えば自己診断用駆動信号が送信用の圧電振動子１１０ａに入力されると、圧電振動子１１０ａは送信振動し、筐体１２０の底面部１２１を介して車両外部に送信波が出力される。自己診断用駆動信号を停止（すなわち圧電振動子１１０ａの送信振動を停止）しても、しばらくの間は振動板である底面部１２１が振動する。これを残響といい、送信波の出力は、図２に示すように自己診断用駆動信号に対して残響時間分長くなる。なお、以下においては、図９に示す送信波の出力信号を、送信側の超音波センサ１００ａに異常がない状態のものとする。
【００５９】
次に、残響を利用した異常位置を判定する原理を、図１０を用いて説明する。例えば受信側の超音波センサ１００ｂ（圧電振動子１１０ｂ及び管部１３２ｂ）に異常がある場合、送信波の出力信号には異常による影響が無いので、送信波の出力信号は図１０（ａ）に示すようになる。すなわち、送信波の出力信号の減衰波形は、図９に示す基準状態とほぼ同じとなり、例えばその残響時間も基準状態の残響時間（特許請求の範囲に記載の第２基準値に相当）とほぼ等しい値となる。
【００６０】
これに対し、受信側の超音波センサ１００ｂにおいて、管部１３２ａに異常（例えば異物６の侵入や管部１３２ａの破損）がある場合、異常部位で反射された超音波を圧電振動子１１０ａが受信することとなる。したがって、送信波の出力信号の減衰波形は、図９に示す基準状態と異なるものとなり、例えばその残響時間は基準状態の残響時間（特許請求の範囲に記載の第２基準値に相当）よりも長くなる。このように、送信波の出力信号の減衰波形に基づいて、異常である位置を判定することができる。
【００６１】
なお、送信波の出力信号の減衰波形に基づいて、超音波センサ装置１０の異常である位置を判定する方法は種々考えられるが、その一例を、図１１を用いて説明する。例えば本処理は、第１実施形態に示した異常有無の判定処理（図７参照）に続いて実行される。Ｓ１０〜Ｓ４０までは、第１実施形態に示した図７の判定処理と同様である。なお、Ｓ２０において、回り込み波Ｗ２が検出されない場合、圧電振動子１１０ａ，１１０ｂの少なくとも一方の故障か、管部１３２ａ，１３２ｂの少なくとも一方の閉塞が生じているものと推測される。したがって、ＥＣＵ２０は、超音波センサ装置１０が異常状態にあると判定し、報知部５０に報知指示信号を出力する。そして、報知部５０は、警報音とモニターへの表示で乗員に報知し（Ｓ１１０）、自己診断処理は終了となる。
【００６２】
Ｓ４０において、検出されたピーク値が基準値とほぼ一致する場合、ＥＣＵ２０は圧電振動子１１０（１１０ａ，１１０ｂ）及び管部１３２（１３２ａ，１３２ｂ）に異常が無いものと判定し、自己診断処理は終了となる。
【００６３】
Ｓ４０において、検出されたピーク値が基準値と異なる場合、ＥＣＵ２０は、超音波センサ装置１０が異常状態にあると判定し、駆動信号生成部３０の発振回路３１に再度自己診断用駆動信号生成指示を出す。これを受けた駆動信号生成部３０は、自己診断用駆動信号を送信用の圧電振動子１１０ａに出力し、圧電振動子１１０ａが送信振動されて送信波（超音波）が出力される。
【００６４】
このときの送信波の出力信号を圧電振動子１１０ａが検出し（Ｓ１２０）、ＥＣＵ２０は、送信波の出力信号に基づいて残響時間を検出する（Ｓ１３０）。そして、ＥＣＵ２０は、検出された残響時間が、メモリに予め記憶された基準値（第２基準値）よりも長いか否かを判定する（Ｓ１４０）。
【００６５】
検出された残響時間が基準値以下の場合、ＥＣＵ２０は送信側の超音波センサ１００ａに異常が無く、これによって受信側の超音波センサ１００ｂに異常があるものと判定する（Ｓ１５０）。そして、報知部５０に報知指示信号を出力し、報知部５０は、警報音とモニターへの表示で乗員に報知して（Ｓ１６０）、自己診断処理は終了となる。
【００６６】
検出された残響時間が基準値よりも長い場合、ＥＣＵ２０は送信側の超音波センサ１００ａ（管部１３２ａ）に異常があるものと判定する（Ｓ１７０）。そして、報知部５０に報知指示信号を出力し、報知部５０は、警報音とモニターへの表示で乗員に報知して（Ｓ１８０）、自己診断処理は終了となる。例えば、Ｓ１１０，Ｓ１６０，Ｓ１８０における報知において、それぞれの報知音や表示を変えるようにしても良い。Ｓ１６０，Ｓ１８０の場合、異常である位置も判定されているので、その情報も盛り込むようにしても良い。
【００６７】
このように本実施形態に示す超音波センサ装置１０によれば、送信波の出力信号の減衰波形（残響時間）に基づいて、超音波センサ装置１０（超音波センサ１００）の異常の位置を判定することができる。
【００６８】
なお、本実施形態においては、Ｓ４０の比較判定終了後、検出されたピーク値が基準値と異なる場合に、再度自己診断用駆動信号生成指示を出して送信用の圧電振動子１１０ａを送信振動させ、Ｓ１２０において送信波の出力信号を検出する例を示した。しかしながら、Ｓ１０において回り込み波Ｗ１を検出する前に、回り込み波Ｗ１を生じさせるための送信波の出力信号を検出するようにしても良い。
【００６９】
また、本実施形態に示す判定処理は、第１実施形態の図７に示す判定処理との組合せに限定されるものではない。例えば第１実施形態の図８に示す判定処理と組合せることもできる。また、第１実施形態に示した回り込み波Ｗ２による判定処理を経ることなく、送信波の出力信号の減衰波形に基づいて、超音波センサ装置１０の異常有無の判定と異常位置の判定とを併せて実行することできる。この場合、例えば図１１に示したＳ１１０〜Ｓ１８０の処理を実行すれば良い。なお、送信波の出力信号が検出されない場合にも、異常であると判定するようにすると良い。ただし、このような構成とすると、圧電振動子１１０が送信機能を有する側の異常有無と異常位置の判定のみは可能であるが、圧電振動子１１０が受信機能のみを有する側の異常有無と異常位置の判定ができない。したがって、全ての圧電振動子１１０が送信機能を有する場合に、送信波の出力信号の減衰波形に基づいて、超音波センサ装置１０の異常有無の判定と異常位置の判定を実行するようにすると良い。
【００７０】
また、本実施形態においても、最も簡素な例として、超音波センサ１００が、圧電振動子１１０として、送信専用の１つの圧電振動子１１０ａと、受信専用の１つの圧電振動子１１０ｂを有する例を示した。しかしながら、超音波センサ１００の構成は上記例に限定されるものでは無い。例えば送信機能を有する複数の圧電振動子１１０（送信専用又は送受信兼用）を有する構成としても良い。この場合、例えば図１２に示すように、Ｓ１２０において、ＥＣＵ２０は、送信機能を有する複数の圧電振動子１１０のうち、１つを選択して送信振動させ、送信波の出力信号を検出させる。そして、ＥＣＵ２０は、送信波の出力信号に基づいて残響時間を検出し（Ｓ１３０）、検出された残響時間が、メモリに予め記憶された基準値（第２基準値）よりも長いか否かを判定する（Ｓ１４０）。その結果、検出された残響時間が基準値以下である場合には、選択された圧電振動子１１０の配置された管部１３２に異常が無いと判定し、送信機能を有する別の圧電振動子１１０を送信振動させるように切り替える。このＳ１２０〜１４５は、Ｓ１４０において、残響時間が基準値よりも長いとの判定がなされるまで、順次圧電振動子１１０を切り替えて繰り返し実行される。このように、送信機能を有する圧電振動子１１０を複数有する構成においても、異常である位置を判定することができる。図１２は、変形例を示すフロー図である。
【００７１】
なお、Ｓ１２０において、送信機能を有する全ての圧電振動子１１０を送信振動させ、Ｓ１３０において、それぞれの送信波の残響時間を検出し、Ｓ１４０において、各残響時間を基準値とそれぞれ比較するようにしても良い。この場合、送信機能を有する圧電振動子１１０が配置された管部１３２全てに異常があっても、異常があると判定することができる。それ以外にも、例えば図１３に示すように、Ｓ１２０において、送信機能を有する全ての圧電振動子１１０を送信振動させ、Ｓ１３０において、ＥＣＵ２０が、それぞれの送信波の残響時間を検出し、Ｓ１４１において、各残響時間を互いに比較するようにしても良い。この場合、他の少なくとも１つよりも残響時間が長いものがあれば、Ｓ１７１において、その残響時間の長い圧電振動子１１０が配置された管部１３２に異常があるものと判定し、例えばその位置情報を載せた報知をＳ１８０において実行する。なお、全ての残響時間が等しい場合には、全ての管部１３２に異常があるか、又は、管部１３２とは別の部位で異常（例えば送信機能を有する全ての圧電振動子１１０の故障）があるものとして、Ｓ１８０において報知すれば良い。この場合、送信機能を有する複数の圧電振動子１１０の出力信号の残響時間を互いに比較するので、測定条件の変化の影響（例えば温度による残響時間の変化）を相殺することができる。図１３は、変形例を示すフロー図である。
【００７２】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００７３】
本実施形態においては、移動体としての車両のバンパ２に、超音波センサ１００が取り付けられる例を示した。しかしながら、移動体は車両に限定されるものではなく、被取り付け部もバンパ２に限定されるものではない。車両であっても、例えばボディに取り付けることができる。
【００７４】
また、超音波センサ１００の構成は、本実施形態に示した構成（圧電振動子１１０及び管部１３２の個数、配置、形状、送受信機能）に限定されるものではない。少なくとも２つの圧電振動子１１０（２つの管部１３２）を有し、そのうち、少なくとも１つが送信機能を有し、少なくとも１つが受信機能を有していれば良い。また、送信及び受信の少なくとも一方が可能なように、管部１３２（導波管）の一方の端部に圧電振動子１１０が１つずつ固定され、各管部１３２が、反射波及び回り込み波を検出可能に配置された構成であれば良い。また、管部１３２を、導波管としてそれぞれ独立した構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超音波センサ装置の全体構成を示す構成図である。
【図２】超音波センサ装置のうち、超音波センサの概略構成を示す断面図である。
【図３】図２を移動体の外面側から見た平面図である。
【図４】図２における筐体周囲の拡大断面図である。
【図５】反射波と回り込み波を説明するための図である。
【図６】異常有無に伴う受信信号の変化を示す図であり、（ａ）は異常なし及び障害物ありの状態、（ｂ）は異常なし及び障害物なしの状態、（ｃ）は異常あり及び障害物ありの状態を示す図である。
【図７】超音波センサ装置の異常有無を判定する処理の一例を示すフロー図である。
【図８】変形例を示すフロー図である。
【図９】残響を説明するための図である。
【図１０】送信波の変化を示す図であり、（ａ）は受信側に異常がある場合、（ｂ）は送信側に異常がある場合を示す図である。
【図１１】第２実施形態において、超音波センサ装置の異常有無を判定する処理を示すフロー図である。
【図１２】変形例を示すフロー図である。
【図１３】変形例を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００７６】
１・・・障害物（反射物）
６・・・異物
１０・・・超音波センサ装置
２０・・・ＥＣＵ
１００・・・超音波センサ
１００ａ・・・送信用の超音波センサ
１００ｂ・・・受信用の超音波センサ
１１０・・・圧電振動子
１１０ａ・・・送信用の圧電振動子
１１０ｂ・・・受信用の圧電振動子
１３２・・・管部（導波管）
１３２ａ・・・送信用の管部
１３２ｂ・・・受信用の管部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の導波管と、
前記導波管の一方の端部にそれぞれ配置された超音波素子としての、前記導波管を介して超音波を送信する少なくとも１つの送信用超音波素子、及び、超音波を受信して、前記超音波の強度に応じた受信信号を出力する少なくとも１つの受信用超音波素子と、
前記送信用超音波素子が配置された導波管の素子配置側とは逆の端部から、近傍の前記受信用超音波素子が配置された導波管内へ直接的に回り込んで伝播される回り込み波の前記受信信号に基づいて、前記超音波素子及び前記導波管の少なくとも一方の異常有無を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする超音波センサ装置。
【請求項２】
前記回り込み波が伝播される導波管に異常がない状態の、前記回り込み波による受信信号のピーク値が第１基準値として記憶された記憶手段を備え、
前記判定手段は、前記回り込み波が検出されない場合、又は、前記回り込み波が検出されてその受信信号のピーク値が前記記憶手段の第１基準値と異なる場合に、異常であると判定することを特徴すると請求項１に記載の超音波センサ装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記送信用超音波素子の出力信号の減衰波形に基づいて、異常である位置を判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波センサ装置。
【請求項４】
前記記憶手段には、前記送信用超音波素子が配置された導波管に異常がない状態の、前記送信用超音波素子の出力信号の残響時間が第２基準値として記憶され、
前記受信信号のピーク値が前記記憶手段の第１基準値と異なる場合、前記判定手段は、前記送信用超音波素子の出力信号の残響時間が前記記憶手段の第２基準値よりも長い場合に、この送信用超音波素子が配置された前記導波管が異常であると判定することを特徴すると請求項３に記載の超音波センサ装置。
【請求項５】
前記送信用超音波素子を複数有し、
前記受信信号のピーク値が前記記憶手段の第１基準値と異なる場合、前記判定手段は、複数の前記送信用超音波素子の出力信号の残響時間を互いに比較して、少なくとも１つの残響時間が他の残響時間よりも長い場合に、残響時間が長い前記導波管が異常であると判定することを特徴すると請求項３に記載の超音波センサ装置。
【請求項６】
導波管と、
前記導波管の一方の端部に配置された超音波素子としての、前記導波管を介して超音波を送信する少なくとも１つの送信用超音波素子、及び、超音波を受信して、前記超音波の強度に応じた受信信号を出力する少なくとも１つの受信用超音波素子と、
前記送信用超音波素子の出力信号の減衰波形に基づいて、前記導波管の異常常有を少なくとも判定する判定手段と、を備えることを特徴とする超音波センサ装置。
【請求項７】
前記導波管を複数有し、前記導波管の一方の端部に前記超音波素子がそれぞれ配置され、
前記記憶手段には、前記送信用超音波素子が配置された導波管に異常がない状態の、前記送信用超音波素子の出力信号の残響時間が第２基準値として記憶され、
前記判定手段は、前記送信用超音波素子の出力信号の残響時間が前記記憶手段の第２基準値よりも長い場合に、この送信用超音波素子が配置された前記導波管が異常であると判定すると請求項６に記載の超音波センサ装置。
【請求項８】
前記導波管を複数有し、前記導波管の一方の端部に前記超音波素子がそれぞれ配置され、
前記送信用超音波素子を複数有し、
前記判定手段は、複数の前記送信用超音波素子の出力信号の残響時間を互いに比較して、少なくとも１つの残響時間が他の残響時間よりも長い場合に、残響時間が長い前記導波管が異常であると判定することを特徴すると請求項６に記載の超音波センサ装置。
【請求項９】
前記判定手段による判定結果に基づいて、少なくとも異常状態であることを乗員に報知する報知手段を備えることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の超音波センサ装置。
【請求項１０】
前記導波管は、素子配置側とは逆の端部が、移動体の被取り付け部に形成された貫通孔を介して外部に露出され、
前記超音波素子は、前記移動体の内部に配置されていることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載の超音波センサ装置。
【請求項１】
複数の導波管と、
前記導波管の一方の端部にそれぞれ配置された超音波素子としての、前記導波管を介して超音波を送信する少なくとも１つの送信用超音波素子、及び、超音波を受信して、前記超音波の強度に応じた受信信号を出力する少なくとも１つの受信用超音波素子と、
前記送信用超音波素子が配置された導波管の素子配置側とは逆の端部から、近傍の前記受信用超音波素子が配置された導波管内へ直接的に回り込んで伝播される回り込み波の前記受信信号に基づいて、前記超音波素子及び前記導波管の少なくとも一方の異常有無を判定する判定手段と、を備えることを特徴とする超音波センサ装置。
【請求項２】
前記回り込み波が伝播される導波管に異常がない状態の、前記回り込み波による受信信号のピーク値が第１基準値として記憶された記憶手段を備え、
前記判定手段は、前記回り込み波が検出されない場合、又は、前記回り込み波が検出されてその受信信号のピーク値が前記記憶手段の第１基準値と異なる場合に、異常であると判定することを特徴すると請求項１に記載の超音波センサ装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記送信用超音波素子の出力信号の減衰波形に基づいて、異常である位置を判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波センサ装置。
【請求項４】
前記記憶手段には、前記送信用超音波素子が配置された導波管に異常がない状態の、前記送信用超音波素子の出力信号の残響時間が第２基準値として記憶され、
前記受信信号のピーク値が前記記憶手段の第１基準値と異なる場合、前記判定手段は、前記送信用超音波素子の出力信号の残響時間が前記記憶手段の第２基準値よりも長い場合に、この送信用超音波素子が配置された前記導波管が異常であると判定することを特徴すると請求項３に記載の超音波センサ装置。
【請求項５】
前記送信用超音波素子を複数有し、
前記受信信号のピーク値が前記記憶手段の第１基準値と異なる場合、前記判定手段は、複数の前記送信用超音波素子の出力信号の残響時間を互いに比較して、少なくとも１つの残響時間が他の残響時間よりも長い場合に、残響時間が長い前記導波管が異常であると判定することを特徴すると請求項３に記載の超音波センサ装置。
【請求項６】
導波管と、
前記導波管の一方の端部に配置された超音波素子としての、前記導波管を介して超音波を送信する少なくとも１つの送信用超音波素子、及び、超音波を受信して、前記超音波の強度に応じた受信信号を出力する少なくとも１つの受信用超音波素子と、
前記送信用超音波素子の出力信号の減衰波形に基づいて、前記導波管の異常常有を少なくとも判定する判定手段と、を備えることを特徴とする超音波センサ装置。
【請求項７】
前記導波管を複数有し、前記導波管の一方の端部に前記超音波素子がそれぞれ配置され、
前記記憶手段には、前記送信用超音波素子が配置された導波管に異常がない状態の、前記送信用超音波素子の出力信号の残響時間が第２基準値として記憶され、
前記判定手段は、前記送信用超音波素子の出力信号の残響時間が前記記憶手段の第２基準値よりも長い場合に、この送信用超音波素子が配置された前記導波管が異常であると判定すると請求項６に記載の超音波センサ装置。
【請求項８】
前記導波管を複数有し、前記導波管の一方の端部に前記超音波素子がそれぞれ配置され、
前記送信用超音波素子を複数有し、
前記判定手段は、複数の前記送信用超音波素子の出力信号の残響時間を互いに比較して、少なくとも１つの残響時間が他の残響時間よりも長い場合に、残響時間が長い前記導波管が異常であると判定することを特徴すると請求項６に記載の超音波センサ装置。
【請求項９】
前記判定手段による判定結果に基づいて、少なくとも異常状態であることを乗員に報知する報知手段を備えることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の超音波センサ装置。
【請求項１０】
前記導波管は、素子配置側とは逆の端部が、移動体の被取り付け部に形成された貫通孔を介して外部に露出され、
前記超音波素子は、前記移動体の内部に配置されていることを特徴とする請求項１〜９いずれか１項に記載の超音波センサ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−２５６５２１（Ｐ２００８−２５６５２１Ａ）
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９８７５１（Ｐ２００７−９８７５１）
【出願日】平成１９年４月４日（２００７．４．４）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月２３日（２００８．１０．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月４日（２００７．４．４）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]