(57)【要約】【課題】相関畳み込み積分処理を用いて受波判定を行う音波処理装置において閾値設定機能を向上させることが可能となる音波処理装置を提供する。【解決手段】音波の受波に基づくデジタル受波信号を出力する受波信号出力部と、前記デジタル受波信号と参照データに基づいて相関畳み込み積分処理を行う相関畳み込み積分処理部と、閾値を設定する閾値設定部と、相関畳み込み積分処理結果と前記閾値とに基づき比較処理を行う閾値判定部と、を有し、前記閾値設定部は、所定時間幅のウィンドウに対応した前記デジタル受波信号に基づくデータを記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記データに基づき評価値を取得し、取得された前記評価値が現在の設定された前記閾値よりも小さいか否かに応じて、取得された前記評価値を新たな設定値として前記閾値を更新するか、前記閾値を維持するかを切替える設定値更新部と、を含む、音波処理装置としている。【選択図】図８
2020148701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音波の送波のための送波信号を生成する送波信号生成部と、
音波の受波に基づくデジタル受波信号を出力する受波信号出力部と、
前記デジタル受波信号と参照データに基づいて相関畳み込み積分処理を行う相関畳み込み積分処理部と、
閾値を設定する閾値設定部と、
相関畳み込み積分処理結果と前記閾値とに基づき比較処理を行う閾値判定部と、
を有し、
前記閾値設定部は、
所定時間幅のウィンドウに対応した前記デジタル受波信号に基づくデータを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記データに基づき評価値を取得し、取得された前記評価値が現在の設定された前記閾値よりも小さいか否かに応じて、取得された前記評価値を新たな設定値として前記閾値を更新するか、前記閾値を維持するかを切替える設定値更新部と、
を含む、音波処理装置。
【請求項２】
前記閾値設定部は、前記デジタル受波信号に基づきピーク値を検出するピーク値検出部をさらに含み、
前記記憶部は、前記ウィンドウに対応した前記データとして、所定個数の検出された前記ピーク値を記憶する、請求項１に記載の音波処理装置。
【請求項３】
前記設定値更新部は、前記記憶部に記憶された前記所定個数の前記ピーク値のうちの最大値を前記評価値として取得する、請求項２に記載の音波処理装置。
【請求項４】
前記ピーク値検出部は、前記デジタル受波信号の絶対値をとらずに前記ピーク値を検出する、請求項２または請求項３に記載の音波処理装置。
【請求項５】
前記所定個数は、少なくとも２個である、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の音波処理装置。
【請求項６】
前記所定個数は、８個または３２個である、請求項５に記載の音波処理装置。
【請求項７】
前記畳み込み積分処理結果を入力されるＬＰＦ（ローパルフィルタ）をさらに有し、
前記閾値判定部は、前記ＬＰＦの出力と前記閾値との比較処理を行う、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の音波処理装置。
【請求項８】
前記畳み込み積分処理結果に基づいて相関値の最大値を算出する相関値最大値算出部をさらに有し、
前記閾値判定部は、算出された前記相関値の最大値と前記閾値との比較処理を行う、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の音波処理装置。
【請求項９】
車両に搭載可能である請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の音波処理装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の音波処理装置と、超音波送受信装置と、を有する、超音波システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音波処理装置、および超音波システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、音波を発生させて障害物からの反射波が返ってくるまでの時間ＴＯＦ（Time Of Flight）を計測することにより障害物までの距離を測定する超音波システムが知られている。従来、このような超音波システムは車両に搭載されることが多く、一例として車載用クリアランスソナーが知られている。
【０００３】
このような従来の超音波システムの一例として、受波すると予想される波形データ（参照データ）を用意し、当該参照データと実際に受波した受信信号とに基づく相関畳み込み積分処理を行って反射波を強調する方式がある。このような方式は、パルス圧縮方式とも呼ばれ、Ｓ／Ｎ比を向上できる。なお、パルス圧縮方式については、例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１５２４５０号公報（段落００１１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の超音波システムでは、相関畳み込み積分処理により算出される相関畳み込み積分値が所定の閾値を上回ったことを判定することで、自己が送波した超音波が対象物で反射したことによる反射波を受波したことを検出できる。このような超音波システムにおいては、上記閾値の設定機能の向上が求められる。
【０００６】
上記状況に鑑み、本発明は、相関畳み込み積分処理を用いて受波判定を行う音波処理装置において閾値設定機能を向上させることが可能となる音波処理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】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明の一態様に係る音波処理装置は、
音波の送波のための送波信号を生成する送波信号生成部と、
音波の受波に基づくデジタル受波信号を出力する受波信号出力部と、
前記デジタル受波信号と参照データに基づいて相関畳み込み積分処理を行う相関畳み込み積分処理部と、
閾値を設定する閾値設定部と、
相関畳み込み積分処理結果と前記閾値とに基づき比較処理を行う閾値判定部と、
を有し、
前記閾値設定部は、
所定時間幅のウィンドウに対応した前記デジタル受波信号に基づくデータを記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶された前記データに基づき評価値を取得し、取得された前記評価値が現在の設定された前記閾値よりも小さいか否かに応じて、取得された前記評価値を新たな設定値として前記閾値を更新するか、前記閾値を維持するかを切替える設定値更新部と、
を含む構成としている（第１の構成）。
【０００８】
また、上記第１の構成において、前記閾値設定部は、前記デジタル受波信号に基づきピーク値を検出するピーク値検出部をさらに含み、前記記憶部は、前記ウィンドウに対応した前記データとして、所定個数の検出された前記ピーク値を記憶することとしてもよい（第２の構成）。
【０００９】
また、上記第２の構成において、前記設定値更新部は、前記記憶部に記憶された前記所定個数の前記ピーク値のうちの最大値を前記評価値として取得することとしてもよい（第３の構成）。
【００１０】
また、上記第２または第３の構成において、前記ピーク値検出部は、前記デジタル受波信号の絶対値をとらずに前記ピーク値を検出することとしてもよい(第４の構成)。
【００１１】
また、上記第２から第４のいずれかの構成において、前記所定個数は、少なくとも２個であることとしてもよい（第５の構成）。
【００１２】
また、上記第５の構成において、前記所定個数は、８個または３２個であることとしてもよい（第６の構成）。
【００１３】
また、上記第１から第６のいずれかの構成において、前記畳み込み積分処理結果を入力されるＬＰＦ（ローパルフィルタ）をさらに有し、前記閾値判定部は、前記ＬＰＦの出力と前記閾値との比較処理を行うこととしてもよい（第７の構成）。
【００１４】
また、上記第１から第６のいずれかの構成において、前記畳み込み積分処理結果に基づいて相関値の最大値を算出する相関値最大値算出部をさらに有し、前記閾値判定部は、算出された前記相関値の最大値と前記閾値との比較処理を行うこととしてもよい（第８の構成）。
【００１５】
また、上記いずれかの構成の音波処理装置は、車両に搭載可能であることとしてもよい（第９の構成）。
【００１６】
また、本発明の別態様は、上記いずれかの構成とした音波処理装置と、超音波送受信装置と、を有する、超音波システムである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の音波処理装置によると、相関畳み込み積分処理を用いて受波判定を行う音波処理装置において閾値設定機能を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】超音波システムが搭載された車両と対象物とを模式的に示した図である。
【図２】第１比較例に係る超音波システムに備えられる自波検出システムの構成を示す図である。
【図３】図２におけるＬＰＦの出力の時間推移の一例を示す図である。
【図４】第２比較例に係る超音波システムに備えられる自波検出システムの構成を示す図である。
【図５】図４におけるＬＰＦの出力の時間推移の一例を示す図である。
【図６】相関処理の一例を説明するための図である。
【図７】相関処理の一例を説明するための図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る音波処理装置を用いた超音波システムの構成を示す図である。
【図９】相関畳み込み積分処理部の具体的な構成例を示す図である。
【図１０】シミュレーションによる相関畳み込み積分処理結果の一例を示す図である。
【図１１】閾値設定部の具体的な構成例を示す図である。
【図１２】設定値更新部の動作を示すフローチャートである。
【図１３】ＬＰＦの出力および閾値の時間推移の一例を示す図である。
【図１４】デジタル受波信号の一例に対する閾値設定の様子を示す図である。
【図１５】本発明の一変形例に係る音波処理装置を用いた超音波システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下説明する実施形態に係る超音波システムは、一例として車両に搭載することを想定しており、車両と対象物との間の距離を測定することによる警報機能、自動ブレーキ機能および自動駐車機能等に利用できる。
【００２０】
＜１．超音波システムについて＞
まず、超音波システムの概要について説明する。ここで説明する内容は、後述する本発明の実施形態、および本発明との比較例に共通する内容である。
【００２１】
図１には、超音波システム（不図示）を搭載した車両５００と、対象物（障害物）１０００とが示されている。超音波システムから送波された超音波は、対象物１０００で反射して反射波（自波）として超音波システムにより受波される。
【００２２】
超音波システムは、超音波を送波してから対象物１０００での反射による自波を受波するまでの時間（ＴＯＦ）を計測することで、対象物までの距離を測定する。
【００２３】
＜２．第１比較例＞
ここで、本発明の実施形態について説明する前に、本発明の実施形態との比較のための第１比較例について説明する。図２は、第１比較例に係る超音波システムに備えられる自波検出システム１０１の構成を示す図である。
【００２４】
図２に示す自波検出システム１０１は、ＡＤＣ（ＡＤコンバータ）１０１Ａと、符号付加部１０１Ｂと、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１０１Ｃと、絶対値抽出部１０１Ｄと、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１０１Ｅと、コンパレータ１０１Ｆと、を有する。
【００２５】
ＡＤＣ１０１Ａは、超音波システムに含まれる超音波受信装置（不図示）により超音波が受波されて出力される受波信号Ｒｓ１０１を受信し、受信した受波信号Ｒｓ１０１をＡ／Ｄ変換し、デジタル信号を符号付加部１０１Ｂへ出力する。符号付加部１０１Ｂは、入力されるデジタル信号に対して中心を０とするようにレベルシフトすることにより正負の符号を付加する。符号を付加後のデジタル信号は、ＢＰＦ１０１Ｃへ入力される。
【００２６】
ＢＰＦ１０１Ｃへ入力されたデジタル信号は、ＢＰＦ１０１Ｃによって特定範囲の周波数の信号が抽出され、絶対値抽出部１０１Ｄによって絶対値を抽出され、ＬＰＦ１０１Ｅによって低周波数成分が抽出される。コンパレータ１０１Ｆは、ＬＰＦ１０１Ｅの出力と閾値Ｔｈ１０１とを比較する。
【００２７】
図３は、ＬＰＦ１０１Ｅの出力の時間推移の一例を示す図である。なお、図３は、超音波システムにおける上記超音波受信装置が超音波を送波する構成も兼ねている場合を示す。超音波受信装置が超音波を送波すると、同時に送波による受波信号が発生し、ＬＰＦ１０１Ｅの出力は急峻に上昇し、送波時間Ｔｓにおいて高いレベルを維持される。
【００２８】
送波時間Ｔｓが終了すると、送波直後の残響や、地面等からの乱反射等によるノイズを受波することによりＬＰＦ１０１Ｅの出力が生成されるが、残響やノイズレベルは時間が経過するにつれて減衰するので、ＬＰＦ１０１Ｅの出力も時間経過に応じて低下する。一方、受波される自波のレベルは、送波した超音波が大気を飛行する飛行時間が長くなるにつれて減衰する。
【００２９】
そこで、図３に示すように、コンパレータ１０１Ｆが用いる閾値Ｔｈ１０１は、時間が経過するにつれて低下するように設定される。これにより、図３に示すように、例えば自波Ｒｗ１または自波Ｒｗ２が受波されたときに、ＬＰＦ１０１Ｅの出力が上昇して閾値Ｔｈ１０１を上回ったことをコンパレータ１０１Ｆが検出することにより、自波を受波したことを検出できる。
【００３０】
このように、第１比較例では、自波の受波を判定するための閾値Ｔｈ１０１を時間経過に応じて設定する必要がある。
【００３１】
＜３．第２比較例＞
さらにここでは、本発明の実施形態との比較のための第２比較例について説明する。図４は、第２比較例に係る超音波システムに備えられる自波検出システム１０２の構成を示す図である。
【００３２】
図４に示す自波検出システム１０２は、ＡＤＣ１０２Ａと、符号付加部１０２Ｂと、相関畳み込み積分処理部１０２Ｃと、ＬＰＦ１０２Ｄと、コンパレータ１０２Ｅと、を有する。
【００３３】
ＡＤＣ１０２Ａは、超音波システムに含まれる超音波受信装置（不図示）により超音波が受波されて出力される受波信号Ｒｓ１０２を受信し、受信した受波信号Ｒｓ１０２をＡ／Ｄ変換し、符号付加部１０２Ｂへ出力する。符号付加部１０２Ｂは、入力されるデジタル信号に対して中心を０とするようにレベルシフトすることにより正負の符号を付加する。符号を付加後のデジタル信号は、相関畳み込み積分処理部１０２Ｃへ入力される。
【００３４】
ここで、相関処理について、図６および図７を用いて説明する。図６では、参照データＤｒｅｆが予め用意される。参照データＤｒｅｆは、受波が予想される反射波（自波）の波形データであり、送波する超音波の周波数と同じ周波数の波形データである。図６に示す受波した受波信号Ｒｓｅｌｆは、自波を受波した場合の受波信号であり、受波信号Ｒｓｅｌｆの周波数は、送波周波数、すなわち参照データＤｒｅｆの周波数と同じとなる。従って、参照データＤｒｅｆと受波信号Ｒｓｅｌｆとを乗算する相関処理によって得られる相関結果Ｃ１では、図６に示すように常に相関値が正の値となる。
【００３５】
一方、図７に示す受波信号Ｒｏｔｈｅｒは、ノイズ等の他波を受波した場合の受波信号であり、受波信号Ｒｏｔｈｅｒの周波数は、送波周波数、すなわち参照データＤｒｅｆの周波数からずれている。従って、図７に示すように、相関結果Ｃ２では、相関値が負となる期間が生じることとなる。このように、図６と図７とで相関結果が異なるので、相関値を時間的に積分して得られる相関畳み込み積分値も異なる。これにより、自波と他波とを区別できる。
【００３６】
相関畳み込み積分処理部１０２Ｃは、符号付加部１０２Ｂから入力されるデジタル信号と参照データに基づいて畳み込み積分処理を行い、処理により得られた畳み込み積分値で０以上の値はその値として、負値は０とした処理結果をＬＰＦ１０２Ｄへ出力する。すなわち、相関畳み込み積分処理部１０２Ｃは、得られた畳み込み積分値の負値を切り捨てる。ＬＰＦ１０２Ｄは、入力される処理結果に対してフィルタ処理を行って低周波成分を抽出する。コンパレータ１０２Ｅは、ＬＰＦ１０２Ｄの出力と閾値Ｔｈ１０２とを比較し、比較結果を出力する。
【００３７】
図５は、ＬＰＦ１０２Ｄの出力の時間推移の一例を示す図である。なお、図５は、超音波システムにおける上記超音波受信装置が超音波を送波する構成も兼ねている場合を示す。超音波受信装置が超音波を送波すると、同時に送波による受波信号が発生する。
【００３８】
送波時間Ｔｓが終了すると、送波直後の残響や、地面等からの乱反射等によるノイズを受波することによりＬＰＦ１０２Ｄの出力が生成されるが、残響やノイズレベルは時間が経過するにつれて減衰するので、ＬＰＦ１０２Ｄの出力も時間経過に応じて低下する。一方、受波される自波のレベルは、送波した超音波が大気を飛行する飛行時間が長くなるにつれて減衰する。従って、自波の受波によるＬＰＦ１０２Ｄの出力は時間経過に応じて低下する。
【００３９】
そこで、図５に示すように、コンパレータ１０２Ｅが用いる閾値Ｔｈ１０２は、時間が経過するにつれて低下するように設定される。これにより、図５に示すように、例えば自波Ｒｗ１または自波Ｒｗ２が受波されたときに、ＬＰＦ１０２Ｄの出力が上昇して閾値Ｔｈ１０２を上回ったことをコンパレータ１０２Ｅが検出することにより、自波を受波したことを検出できる。
【００４０】
このような第２比較例では、相関畳み込み積分処理を用いることでＳ／Ｎ比が改善されるが、自波の受波を判定するための閾値Ｔｈ１０２は、第１比較例と同様に時間経過に応じて設定する必要がある。
【００４１】
上述した第１比較例および第２比較例ともに、受波判定のための閾値を固定値として設定しており、環境に依っては設定された閾値は適切でない可能性がある。そこで、後述する本発明の実施形態では、第１比較例および第２比較例における課題を解決する構成とした。
【００４２】
＜４．音波処理装置＞
本発明の一実施形態に係る音波処理装置を用いた超音波システムについて説明する。図８は、本発明の一実施形態に係る音波処理装置１を用いた超音波システム１０の構成を示す図である。
【００４３】
超音波システム１０は、音波処理装置１と、超音波送受信装置５と、トランスＴｒと、を有する。超音波送受信装置５は、音波処理装置１に対してトランスＴｒを介して外付けに接続される。なお、トランスＴｒは、必ずしも設けなくてもよい。
【００４４】
音波処理装置１は、ドライバ部２と、アナログフロントエンド３と、デジタル処理部４と、を１つのチップに集積して有する半導体装置である。ドライバ部２は、ＤＡ回路２１を有する。ＤＡ回路２１は、デジタル処理部４に含まれる送波信号生成回路４１から出力される送波信号をデジタル信号からアナログ信号へＤ／Ａ変換する。ＤＡ回路２１は、外部端子Ｔ１，Ｔ２を介してトランスＴｒの１次側に接続される。
【００４５】
トランスＴｒ１の２次側には超音波送受信装置５が接続される。超音波送受信装置５は、不図示の圧電素子を有し、超音波の送波および受波を行う。すなわち、超音波送受信装置５は、音源としても受信部としても機能する。
【００４６】
アナログフロントエンド３は、ＬＮＡ（ローノイズアンプ）３１と、ＬＰＦ３２と、ＡＤＣ３３と、を有する。トランスＴｒの１次側は、外部端子Ｔ３，Ｔ４を介してＬＮＡ３１に接続される。ＬＮＡ３１の出力は、ＬＰＦ３２を介してＡＤＣ３３に入力される。
【００４７】
デジタル処理部４は、送波信号生成回路４１と、符号付加部４２と、レジスタ４３と、相関畳み込み積分処理部４４と、ＬＰＦ４５と、閾値設定部４６と、閾値判定部４７と、ＴＯＦ計測部４８と、シリアルインタフェース４９と、を有する。
【００４８】
ＡＤＣ３３は、トランジスタＴｒの１次側に発生するアナログ信号としての受波信号を、所定ビット数のデジタルデータであるデジタル受波信号Ｒｄ１に変換して出力する。デジタル受波信号Ｒｄ１は、０以上のデータとなり、上記所定ビット数が例えば１２ビットであれば、デジタル受波信号Ｒｄ１は、０〜４０９６のデータとなる。
【００４９】
符号付加部４２は、デジタル受波信号Ｒｄ１に正負の符号を付すようレベルをシフトしてデジタル受波信号Ｒｄ２を出力する。上記のように例えば、デジタル受波信号Ｒｄ１が０〜４０９６の１２ビットのデータである場合は、２０４８を差し引くことで−２０４８〜＋２０４８（すなわち中心＝０）のデータにシフトさせたデジタル受波信号Ｒｄ２を出力する。
【００５０】
すなわち、アナログフロントエンド３と符号付加部４２とから、受波信号出力部の一例が構成される。
【００５１】
レジスタ４３には、参照データが格納される。相関畳み込み積分処理部４４は、相関処理部４４Ａと、相関値和算部４４Ｂと、を有する。相関処理部４４Ａは、デジタル受波信号Ｒｄ２と参照データとを乗算する相関処理を行う。相関値和算部４４Ｂは、相関処理部４４Ａによる相関処理結果の総和を算出することで相関畳み込み積分値を出力する。なお、相関畳み込み積分処理部４４の詳細については後述する。
【００５２】
ＬＰＦ４５は、相関値和算部４４Ｂから出力される相関畳み込み積分値に対してフィルタ処理を行って低周波成分を抽出する。
【００５３】
閾値設定部４６は、デジタル受波信号Ｒｄ２に基づいて閾値判定部４７による判定用の閾値Ｔｈ１０を自動的に設定する。なお、閾値設定部４６の詳細については後述する。
【００５４】
閾値判定部４７は、ＬＰＦ４５の出力と閾値設定部４６により設定される閾値Ｔｈ１０との比較を行うことで、自波を検出する。具体的には、ＬＰＦ４５の出力が閾値Ｔｈ１０を上回ったと判定することで、自波の受波が検出される。
【００５５】
ＴＯＦ計測部４８は、カウンタ４８１を用いて、超音波を送波してから対象物での反射による反射波を受波するまでの時間（ＴＯＦ）を計測する。
【００５６】
シリアルインタフェース４９は、一例としてＬＩＮ（Local Interconnect Network）に準拠し、外部端子Ｔ５を介して不図示の外部のＥＣＵ（車両電子制御ユニット）との間で通信を行う。
【００５７】
このような構成の音波処理装置１の動作について説明する。まず、ＥＣＵからシリアルインタフェース４９を介して送波信号生成回路４１が送波命令を受けると、送波信号生成回路４１は、送波信号をＤＡ回路２１へ出力する。これにより、超音波送受信装置５から超音波が送波される。
【００５８】
送波命令があったタイミングでＴＯＦ計測部４８は、カウンタ４８１によるカウントを開始し、閾値判定部４７によって自波が検出されたと判定されていない間は、カウントが継続され、閾値判定部４７によって自波が検出されたと判定された場合、そのタイミングでのカウント値を保持する。保持したカウント値は、ＴＯＦに対応し、ＴＯＦと音速によって対象物までの距離が特定可能となる。保持されたカウント値は、インタフェース４９によってＥＣＵへ送られる。
【００５９】
＜５．相関畳み込み積分処理部＞
図９は、相関畳み込み積分処理部４４の具体的な構成例を示す図である。相関畳み込み積分処理部４４は、相関処理部４４Ａと、相関値和算部４４Ｂと、を有する。
【００６０】
相関処理部４４Ａは、シフトレジスタＳＲと、乗算部Ｍ０〜Ｍｎと、を有する。シフトレジスタＳＲは、フリップフロップ群ＤＦ０〜ＤＦｎを有する。フリップフロップ群ＤＦ０〜ＤＦｎは、それぞれ入力信号ｆｉｎ（ｔ）のビット数の個数のＤフリップフロップから構成される。入力信号ｆｉｎ（ｔ）は、すなわちデジタル受波信号Ｒｄ２であり、例えば、入力信号ｆｉｎ（ｔ）が１２ビットである場合は、フリップフロップ群ＤＦ０〜ＤＦｎは、それぞれ１２個のＤフリップフロップから構成される。
【００６１】
フリップフロップ群ＤＦ０〜ＤＦｎは、前段から順に配置される。フリップフロップ群ＤＦ０の入力端には、入力信号ｆｉｎ（ｔ）が入力される。フリップフロップ群ＤＦ０〜ＤＦｎにおいては、前段の出力端と後段の入力端とが接続される。フリップフロップ群ＤＦ０〜ＤＦのそれぞれにおけるクロック端には、クロック信号ＣＫが入力される。
【００６２】
このようなシフトレジスタＳＲにより、クロック信号ＣＫのパルスが入力されるたびに、フリップフロップ群ＤＦ０〜ＤＦｎの各出力は前段側から後段側へビットシフトする。フリップフロップ群ＤＦ０〜ＤＦｎの出力ｆｉｎ（ｔ−０）〜ｆｉｎ（ｔ−ｎ）は、それぞれ乗算部Ｍ０〜Ｍｎへ入力される。また、乗算部Ｍ０〜Ｍｎには、レジスタ４３に格納された参照データ４３１（Ｔａｂｌｅ（０）〜Ｔａｂｌｅ（ｎ））も入力される。従って、シフトレジスタＳＲにより（ｎ＋１）個分格納された入力信号ｆｉｎ（ｔ−０）〜ｆｉｎ（ｔ−ｎ）のビットデータと参照データＴａｂｌｅ（０）〜Ｔａｂｌｅ（ｎ）とが乗算部Ｍ０〜Ｍｎにより乗算されて相関値ｆｃｏｎｖ（ｔ−０）〜ｆｃｏｎｖ（ｔ−ｎ）が出力される。
【００６３】
なお、（ｎ＋１）個の個数は、送波信号の送波時間と受波信号のサンプリング周波数とに基づいて設定され、送波時間分の受波信号を少なくとも取り込めるように設定されることが望ましい。
【００６４】
そして、相関値和算部４４Ｂは、得られた相関値ｆｃｏｎｖ（ｔ−０）〜ｆｃｏｎｖ（ｔ−ｎ）の総和を算出することで相関畳み込み積分値ｃｏｎｖ_ｓｕｍを出力する。但し、相関畳み込み積分処理部４４は、上記で得られた相関畳み込み積分値で０以上の値はその値として、負値は０とした処理結果を相関畳み込み積分値ｃｏｎｖ_ｓｕｍとして出力する。すなわち、相関畳み込み積分処理部４４は、得られた相関畳み込み積分値の負値を切り捨ててＬＰＦ４５へ出力する。
【００６５】
ここで、シミュレーションによる相関畳み込み積分処理結果の一例を図１０に示す。図１０は、相関畳み込み積分値の算出結果を時系列で示したものである。ここでは、自己から送波させる超音波の周波数は５８ｋＨｚの固定値で周波数変調なしとし、波数は１６波とした。これに応じて、参照データは、周波数を５８ｋＨｚの固定値とし、波数を１６波とした波形データとした。そして、環境ノイズを含めて自波を受波した場合のシミュレーションを行った。
【００６６】
図１０に示すように、相関畳み込み積分値は正負にわたって振動する波形となり、環境ノイズのみが受波される期間では相関畳み込み積分値の振幅は小さいレベルで推移し、送波した超音波に基づく反射波（自波）が受波され始めるタイミングから徐々に相関畳み込み積分値の振幅は増加し、反射波全体がシフトレジスタＳＲにより取り込まれたタイミング（０μｓ付近）で相関畳み込み積分値の振幅は最大となり、その後、反射波の一部がシフトレジスタＳＲにより取り込まれなくなると、相関畳み込み積分値の振幅は徐々に減少する。
【００６７】
従って、図１０に示す例では、図１０に示す波形の負値は切り捨てられてＬＰＦ４５へ出力される。
【００６８】
＜６．閾値設定部＞
図１１は、閾値設定部４６の具体的な構成例を示す図である。図１１に示す閾値設定部４６は、ピーク値検出部４６Ａと、ピーク値記憶部４６Ｂと、設定値更新部４６Ｃと、を有する。
【００６９】
ピーク値検出部４６Ａは、デジタル受波信号Ｒｄ２の正方向から負方向へ転じるピーク値を逐次検出して出力する。ピーク値記憶部４６Ｂは、ピーク値検出部４６Ａによって検出されたピーク値を記憶する。具体的には、ピーク値記憶部４６Ｂは、所定個数のピーク値を記憶し、新たなピーク値が検出された場合は、そのピーク値を新たに記憶するとともに、最も古く記憶されたピーク値を消去する。上記所定個数は、例えば、８個や３２個等に設定される。設定値更新部４６Ｃは、ピーク値記憶部４６Ｂに記憶されたピーク値に基づいて設定値Ｔｈ１０を更新する。
【００７０】
図１２は、設定値更新部４６Ｃの動作を示すフローチャートである。なお、設定値更新部４６Ｃは、フローチャートの開始時には、設定値Ｔｈ１０を初期値としてデジタル受波信号Ｒｄ２の取りうる最大値とする。
【００７１】
フローチャートが開始されると、ステップＳ１で、設定値更新部４６Ｃは、ピーク値記憶部４６Ｂの記憶内容が更新されたかを判定する。なお、ピーク値記憶部４６Ｂの記憶内容が更新されたと判定するのは、初回は、ピーク値記憶部４６Ｂに所定個数のピーク値が記憶されたときであり、その後は、ピーク値記憶部４６Ｂに新たなピーク値が記憶されるたびである。
【００７２】
ピーク値記憶部４６Ｂの記憶内容が更新されない間は状態を維持し（ステップＳ１のＮ）、更新された場合に（ステップＳ１のＹ）、ステップＳ２に進む。ステップＳ２で、設定値更新部４６Ｃは、ピーク値記憶部４６Ｂに記憶された所定個数のピーク値のうちの最大値を取得する。
【００７３】
次に、ステップＳ３に進み、設定値更新部４６Ｃは、ステップＳ２で取得された最大値は、現在設定されている閾値Ｔｈ１０より小さいかを判定する。もし小さい場合は（ステップＳ３のＹ）、ステップＳ４に進み、設定値更新部４６Ｃは、取得された最大値を新たな設定値として閾値Ｔｈ１０を更新する。一方、取得された最大値が現在設定されている閾値Ｔｈ１０以上である場合は（ステップＳ３のＮ）、ステップＳ５に進み、設定値更新部４６Ｃは、閾値Ｔｈ１０の設定値を維持する。ステップＳ４、Ｓ５の後、ステップＳ１へ戻る。
【００７４】
図１４は、デジタル受波信号Ｒｄ２の一例に対する閾値設定の様子を示す図である。図１４に示すように、デジタル受波信号Ｒｄ２においてピーク値Ｐｋが逐次検出され、所定個数の一例として８個のピーク値Ｐｋに対応する時間幅であるウィンドウｗにおいてピーク値Ｐｋの最大値が取得される。図１４では、新たなピーク値Ｐｋが検出されてウィンドウｗがずれるたびにピーク値Ｐｋの最大値が取得され、取得された最大値に基づき閾値Ｔｈ１０が更新されていることが分かる。
【００７５】
ここで、図１３に、ＬＰＦ４５の出力Ｌｐおよび閾値Ｔｈ１０の時間推移の一例を示す。なお、図１３に示す出力Ｌｐは、先述した第２比較例において図５で示したＬＰＦ１０２Ｄの出力と同じ波形である。また、図１３には、先述した第１比較例において図３で示したＬＰＦ１０１Ｅの出力波形を参考として破線にて併せて示す。
【００７６】
残響やノイズレベルは時間経過につれて減衰するので、デジタル受波信号Ｒｄ２の振幅が時間経過につれて減衰し、図１２のステップＳ３での判定処理により、閾値Ｔｈ１０は徐々に減少するように更新される。このとき、自波を受波した場合にはデジタル受波信号Ｒｄ２の振幅が大きくなるが、ステップＳ３での判定処理により、閾値Ｔｈ１０は増加せずに維持される。これにより、図１３に示す自波ＲＷ１またはＲＷ２の受波に対しても閾値Ｔｈ１０は増加しない。
【００７７】
このように、本実施形態によれば、相関畳み込み積分処理によってＳ／Ｎ比が改善されたＬＰＦ４５の出力Ｌｐに対して、環境に応じて適切な閾値Ｔｈ１０を自動的に設定することが可能となる。
【００７８】
＜７．音波処理装置の変形例＞
図１５は、本発明の一変形例に係る音波処理装置１Ｘを用いた超音波システム１０Ｘの構成を示す図である。音波処理装置１Ｘの先述した音波処理装置１（図８）との構成上の相違点は、ＬＰＦ４５の代わりに相関値最大値算出部４５０を備えることである。
【００７９】
相関畳み込み積分値＝相関値の実効値×サンプリング回数
であるから、
相関値の実効値＝相関畳み込み積分値／サンプリング回数
となる。
なお、サンプリング回数は、相関畳み込み積分値を取得するのに用いるデジタル受波信号Ｒｄ２の個数であり、すなわち、図９に示す構成では（ｎ＋１）個となる。
【００８０】
従って、相関値の最大値＝√２×（相関畳み込み積分値／サンプリング回数）
となる。相関値最大値算出部４５０は、当該算出式と相関畳み込み積分処理部４４から出力される相関畳み込み積分値に基づき、相関値の最大値を算出する。
【００８１】
閾値判定部４７は、相関値最大値算出部４５０により算出される相関値の最大値と、閾値設定部４６により設定される閾値Ｔｈ１０との比較を行う。
【００８２】
このような実施形態により、閾値Ｔｈ１０は、時間軸上の或る一点での値であり、閾値Ｔｈ１０との比較を行う対象を同様に一点の時間での値とすることができる。
【００８３】
＜８．他の変形例＞
なお、次のような各種の変形例を実施することも可能である。
【００８４】
例えば、デジタル受波信号Ｒｄ２の絶対値に対してピーク値を逐次検出するようにしてもよい。図１４の例であれば、デジタル受波信号Ｒｄ２の負側の波形を正側へ折り返した波形に対してピーク値が検出される。但し、先述したように絶対値をとらないでピーク値を検出したほうが、同じウィンドウ幅に対する記憶させるピーク値の個数が少なくなる。
【００８５】
また、ピーク値記憶部４６Ｂに記憶させるピーク値の所定個数は、少なくとも２個であることが望ましい。所定個数を仮に１個とした場合、デジタル受波信号Ｒｄ２の振幅が突発的に小さくなったときに、閾値Ｔｈ１０が急激に減少して設定されることが起こりうるからである。
【００８６】
また、先述のようなピーク値記憶部４６Ｂを用いる代わりに、所定時間幅のウィンドウにおけるデジタル受波信号Ｒｄ２のデータを記憶するバッファを用いて、当該バッファに記憶されたデータのうちの最大値を取得するようにしてもよい。この場合、デジタル受波信号Ｒｄ２のサンプリング周期ごとにウィンドウがずれる。但し、記憶容量の点では、先述したピーク値記憶部４６Ｂを用いたほうが有利である。
【００８７】
また、ピーク値記憶部４６Ｂに記憶されたピーク値の最大値に限らず、例えば平均値を用いて閾値Ｔｈ１０を設定してもよい。
【００８８】
また、閾値判定部４７は、相関畳み込み積分処理部４４の出力を直接判定に用いてもよい。すなわち、ＬＰＦ４５および相関値最大値算出部４５０は必須でない。
【００８９】
＜９．その他＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内であれば、実施形態は種々の変形が可能である。
【００９０】
例えば、ドライバ部２には、送波用の超音波送信装置を接続し、アナログフロントエンド３には、上記超音波送信装置とは別の受波用の超音波受信装置を接続してもよい。すなわち、音源と受信部とは同じ装置でなくてもよい。
【００９１】
また、音波処理装置を含んだ超音波システムは、車両以外の移動体に搭載することも可能であり、例えば荷物を運搬する無人搬送ロボットやサービスロボット等に搭載してもよい。また、超音波システムは、移動体ではなく、定置物に搭載してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明は、例えば車載用の超音波システムに利用することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１、１Ｘ  音波処理装置
２  ドライバ部
２１  ＤＡ回路
３  アナログフロントエンド
３１  ＬＮＡ
３２  ＬＰＦ
３３  ＡＤＣ
４  デジタル処理部
４１  送波信号生成回路
４２  符号付加部
４３  レジスタ
４４  相関畳み込み積分処理部
４４Ａ  相関処理部
４４Ｂ  相関値和算部
４５  ＬＰＦ
４５０  相関値最大値算出部
４６  閾値設定部
４６Ａ  ピーク値検出部
４６Ｂ  ピーク値記憶部
４６Ｃ  設定値更新部
４７  閾値判定部
４８  ＴＯＦ計測部
４８１  カウンタ
４９  シリアルインタフェース
５  超音波送受信装置
１０、１０Ｘ  超音波システム
Ｔｒ  トランス
Ｔ１〜Ｔ５  外部端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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