(57)【要約】【課題】他のシステムから送波される音波による干渉を回避するための機能の拡充を図ることができる音波処理装置を提供する。【解決手段】少なくとも所定の位相差を与えた連続した複数のバースト波を含んだ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受波信号を出力する受波信号出力部と、前記受波信号に基づき、前記受波信号に含まれる複数のバースト波間の位相差を検出する位相差検出部と、を備える音波処理装置としている。【選択図】図２
2020060410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも所定の位相差を与えた連続した複数のバースト波を含んだ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受波信号を出力する受波信号出力部と、
前記受波信号に基づき、前記受波信号に含まれる複数のバースト波間の位相差を検出する位相差検出部と、
を備え、
前記位相差検出部は、
パイロット信号を生成するパイロット信号源と、
前記パイロット信号に対して位相シフトを行う位相シフト部と、
前記位相シフト部により位相シフトされた後の前記パイロット信号と前記受波信号との乗算を行う第１乗算部と、
前記パイロット信号源から出力された前記パイロット信号と前記受波信号との乗算を行う第２乗算部と、
前記第１乗算部による第１乗算結果が入力される第１ＬＰＦ（ローパスフィルタ）と、
前記第２乗算部による第２乗算結果が入力される第２ＬＰＦと、
前記第１ＬＰＦから出力される第１出力信号と前記第２ＬＰＦから出力される第２出力信号とに基づいて位相差を判定する位相差判定部と、
を有する、音波処理装置。
【請求項２】
前記位相差検出部は、
前記第１出力信号と前記第２出力信号とに基づいて前記受波信号の振幅を検出する振幅検出部と、
前記第１出力信号を検出された前記振幅で除する第１除算部と、
前記第２出力信号を検出された前記振幅で除する第２除算部と、  
を更に有し、
前記位相差判定部は、前記第１除算部による除算結果と前記第２除算部による除算結果とに基づいて位相差を判定する、請求項１に記載の音波処理装置。
【請求項３】
前記位相差判定部は、前記受波信号に含まれる複数のバースト波ごとのｃｏｓ値とｓｉｎ値の組み合わせと、位相差と、を対応付けたテーブルに基づいて位相差を判定する、請求項２に記載の音波処理装置。
【請求項４】
前記位相差判定部は、ｃｏｓ値とｓｉｎ値とＡｒｃｔａｎ値とを対応付けたテーブルに基づき、前記受波信号に含まれる複数のバースト波ごとに位相差を検出し、検出された位相差の差分をとることで位相差を判定する、請求項２に記載の音波処理装置。
【請求項５】
前記位相差検出部は、前記第１出力信号と前記第２出力信号とに基づき、ドップラー効果による前記受波信号の周波数変動量を示すドップラー量を検出するドップラー量検出部を更に有し、
前記位相差判定部は、検出された前記ドップラー量に基づいて位相差を判定する、請求項１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】
前記位相差判定部は、前記第１出力信号と前記第２出力信号とに基づいて位相差を検出し、検出された前記位相差を前記ドップラー量により補正する、請求項５に記載の音波処理装置。
【請求項７】
前記送波信号によって送波される音波に含まれる前記複数のバースト波には、所定のバースト波間隔、所定のバースト継続時間、所定の振幅レベル比の少なくともいずれかが与えられ、
前記位相差検出部は、前記第１出力信号と前記第２出力信号とに基づいて前記受波信号の振幅を検出する振幅検出部を更に有し、
当該音波処理装置は、検出された前記振幅に基づき、前記受波信号に含まれる前記複数のバースト波のバースト波間隔、バースト継続時間、振幅レベル比の少なくともいずれかを検出するパラメータ検出部を更に備える、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】
前記位相差検出部により検出された位相差が規定値と一致するかを判定する判定部と、
カウンタを有するＴＯＦ（Time Of Flight）計測部と、
を更に備え、
前記判定部によって前記位相差が前記規定値と一致すると判定されると、前記ＴＯＦ計測部は、そのときの前記カウンタによるカウント値を保持する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の音波処理装置。
【請求項９】
外部との通信を行うインタフェースをさらに有し、
前記インタフェースが外部から送波命令を受けると、前記送波信号生成部が前記送波信号の出力を開始するとともに、前記カウンタがカウントを開始する、請求項８に記載の音波処理装置。
【請求項１０】
前記送波信号生成部と外部の超音波送受信装置との接続を可能とする第１外部端子と、
前記超音波送受信装置と前記受波信号出力部との接続を可能とする第２外部端子と、を有する、請求項９に記載の音波処理装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の音波処理装置と、前記超音波送受信装置と、を有する、超音波システム。
【請求項１２】
車両に搭載可能である請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の音波処理装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の音波処理装置を含んだ第１超音波システムと、その他の少なくとも一つの第２超音波システムと、を有して前記車両に搭載可能な超音波システムであり、
前記第１超音波システムと前記第２超音波システムは、超音波の送波およびＴＯＦ（Time Of Flight）計測を並行して行う、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、従来の超音波式物体検知装置が特許文献１に開示されている。１台の装置に複数の超音波センサを設置した場合、各センサ同士の間で干渉し合い、誤検知が生じる虞がある。そこで、従来、送信波の送信時間を可変とし、反射波の受信時間との対応が取れない反射信号については他センサからの送信波による反射波であると判定する技術が存在した。しかしながら、送信波の送信時間に依存して、超音波センサの感度が変化するので、超音波センサの感度の低下を抑制するため、送信時間の選択幅が狭くなる問題があった。
【０００４】
そこで、特許文献１では、上記問題点を解決するため、以下のような構成を採っている。特許文献１の物体検知装置は、複数の物体検知ユニットを備えている。物体検知ユニットは、パルス生成部、ソナー、受信回路部、および、反射信号処理部を有する。
【０００５】
ソナーは、物体検知を一度実施するにあたり、パルス生成部により規定された送信間隔に従って、超音波信号を２回送信する。ソナーにより受信された反射信号は、受信回路部を介して反射信号処理部に入力される。反射信号処理部は、受信した２つの反射信号の受信間隔が、規定された送信間隔と一致するかを判定する。もし一致しない場合は、自己の物体検知ユニットが送信した超音波信号ではないとして、反射信号の波形を除去する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１７−７８６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、従来の超音波センサでは、自己のセンサから送信された超音波信号に基づく受信と、他のセンサから送信された超音波信号に基づく受信とを区別するため、送信時間または送信間隔によって自己のセンサにＩＤを付与する機能を有する。
【０００８】
しかしながら、特に、車載用クリアランスソナーは、昨今、搭載される車種および搭載される目的が増加しており、他のソナーから送波される超音波による干渉が問題となっており、自己のセンサにＩＤを付与する機能の拡充が求められる。
【０００９】
上記状況に鑑み、本発明は、他のシステムから送波される音波による干渉を回避するための機能の拡充を図ることができ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】
【００１０】
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、
少なくとも所定の位相差を与えた連続した複数のバースト波を含んだ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受波信号を出力する受波信号出力部と、
前記受波信号に基づき、前記受波信号に含まれる複数のバースト波間の位相差を検出する位相差検出部と、
を備え、
前記位相差検出部は、
パイロット信号を生成するパイロット信号源と、
前記パイロット信号に対して位相シフトを行う位相シフト部と、
前記位相シフト部により位相シフトされた後の前記パイロット信号と前記受波信号との乗算を行う第１乗算部と、
前記パイロット信号源から出力された前記パイロット信号と前記受波信号との乗算を行う第２乗算部と、
前記第１乗算部による第１乗算結果が入力される第１ＬＰＦ（ローパスフィルタ）と、
前記第２乗算部による第２乗算結果が入力される第２ＬＰＦと、
前記第１ＬＰＦから出力される第１出力信号と前記第２ＬＰＦから出力される第２出力信号とに基づいて位相差を判定する位相差判定部と、
を有する構成としている（第１の構成）。
【００１１】
また、上記第１の構成において、前記位相差検出部は、
前記第１出力信号と前記第２出力信号とに基づいて前記受波信号の振幅を検出する振幅検出部と、
前記第１出力信号を検出された前記振幅で除する第１除算部と、
前記第２出力信号を検出された前記振幅で除する第２除算部と、  
を更に有し、
前記位相差判定部は、前記第１除算部による除算結果と前記第２除算部による除算結果とに基づいて位相差を判定することとしてもよい（第２の構成）。
【００１２】
また、上記第２の構成において、前記位相差判定部は、前記受波信号に含まれる複数のバースト波ごとのｃｏｓ値とｓｉｎ値の組み合わせと、位相差と、を対応付けたテーブルに基づいて位相差を判定することとしてもよい（第３の構成）。
【００１３】
また、上記第２の構成において、前記位相差判定部は、ｃｏｓ値とｓｉｎ値とＡｒｃｔａｎ値とを対応付けたテーブルに基づき、前記受波信号に含まれる複数のバースト波ごとに位相差を検出し、検出された位相差の差分をとることで位相差を検出することとしてもよい（第４の構成）。
【００１４】
また、上記第１から第４のいずれかの構成において、前記位相差検出部は、前記第１出力信号と前記第２出力信号とに基づき、ドップラー効果による前記受波信号の周波数変動量を示すドップラー量を検出するドップラー量検出部を更に有し、
前記位相差判定部は、検出された前記ドップラー量に基づいて位相差を判定することとしてもよい（第５の構成）。
【００１５】
また、上記第５の構成において、前記位相差判定部は、前記第１出力信号と前記第２出力信号とに基づいて位相差を検出し、検出された前記位相差を前記ドップラー量により補正することとしてもよい（第６の構成）。
【００１６】
また、上記第１から第６のいずれかの構成において、前記送波信号によって送波される音波に含まれる前記複数のバースト波には、所定のバースト波間隔、所定のバースト継続時間、所定の振幅レベル比の少なくともいずれかが与えられ、
前記位相差検出部は、前記第１出力信号と前記第２出力信号とに基づいて前記受波信号の振幅を検出する振幅検出部を更に有し、
当該音波処理装置は、検出された前記振幅に基づき、前記受波信号に含まれる前記複数のバースト波のバースト波間隔、バースト継続時間、振幅レベル比の少なくともいずれかを検出するパラメータ検出部を更に備えることとしてもよい（第７の構成）。
【００１７】
また、上記第１から第７のいずれかの構成において、前記位相差検出部により検出された位相差が規定値と一致するかを判定する判定部と、カウンタを有するＴＯＦ（Time Of Flight）計測部と、を更に備え、
前記判定部によって前記位相差が前記規定値と一致すると判定されると、前記ＴＯＦ計測部は、そのときの前記カウンタによるカウント値を保持することとしてもよい（第８の構成）。
【００１８】
また、上記第８の構成において、外部との通信を行うインタフェースをさらに有し、
前記インタフェースが外部から送波命令を受けると、前記送波信号生成部が前記送波信号の出力を開始するとともに、前記カウンタがカウントを開始することとしてもよい（第９の構成）。
【００１９】
また、上記第９の構成において、前記送波信号生成部と外部の超音波送受信装置との接続を可能とする第１外部端子と、前記超音波送受信装置と前記受波信号出力部との接続を可能とする第２外部端子と、を有することとしてもよい（第１０の構成）。
【００２０】
また、本発明の別の一態様は、上記第１０の構成とした音波処理装置と、前記超音波送受信装置と、を有する、超音波システムである（第１１の構成）。
【００２１】
また、上記第１から第１０のいずれかの構成と音波処理装置は、車両に搭載可能であることとしてもよい（第１２の構成）。
【００２２】
また、本発明の別の一態様は、上記第１２の構成とした音波処理装置を含んだ第１超音波システムと、その他の少なくとも一つの第２超音波システムと、を有して前記車両に搭載可能な超音波システムであり、前記第１超音波システムと前記第２超音波システムは、超音波の送波およびＴＯＦ（Time Of Flight）計測を並行して行う。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の音波処理装置によると、他のシステムから送波される音波による干渉を回避するための機能の拡充を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【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】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３】位相差検出部の一構成例を示す図である。
【図４】トランスに流れる駆動電流の一例を示すグラフである。
【図５】並列共振回路に生成される電圧の一例を示すグラフである。
【図６】第１、第２乗算結果の一例を示すグラフである。
【図７】第１、第２出力信号の一例を示すグラフである。
【図８】第１、第２出力信号によるリサージュ波形の一例を示すグラフである。
【図９】トランスに流れる駆動電流の一例を示すグラフである。
【図１０】並列共振回路に生成される電圧の一例を示すグラフである。
【図１１】第１、第２出力信号によるリサージュ波形の一例を示すグラフである。
【図１２】受波信号の振幅を検出した結果の一例を示すグラフである。
【図１３】位相差検出部の変形構成例を示す図である。
【図１４】車両が移動した場合の第１、第２出力信号によるリサージュ波形の一例を示すグラフである。
【図１５】超音波システムの車両への適用例を示す図である。
【図１６】超音波システムの車両への適用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
＜１．超音波システムの構成＞
図１は、後述する超音波システム（不図示）を搭載した車両５００と、対象物（障害物）１０００との一例を模式的に示す図である。超音波システムから送波された超音波は、対象物１０００で反射して反射波として超音波システムにより受波される。超音波システムは、超音波の送波から受波までの時間に基づき、車両５００と対象物１０００との間の距離を測定する。すなわち、超音波システムは、いわゆるＴＯＦ（Time Of Flight）方式により距離測定を行う。
【００２７】
図２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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。また、音波処理装置１は、外部との電気的接続を確立するための外部端子Ｔ１〜Ｔ５を更に有する。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
アナログフロントエンド３（受波信号出力部）は、ＬＮＡ（ローノイズアンプ）３１と、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）３２と、Ａ／Ｄコンバータ３３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Ａ／Ｄコンバータ３３に入力される。
【００３３】
デジタル処理部４は、送波信号生成回路４１と、位相差検出部４２と、バースト波間隔検出部４３と、バースト継続時間検出部４４と、振幅レベル検出部４５と、自他波判定部４６と、ＴＯＦ計測部４７と、シリアルインタフェース４８と、を有する。
【００３４】
ここで、ＤＡ回路２１は、送波信号生成回路４１により生成された送波信号に基づきトランスＴｒに電流を流す。これにより、トランス５と超音波送受信装置５に含まれる圧電素子とから構成される並列共振回路に電圧が発生し、圧電素子から超音波が送波される。送波される超音波は、連続的に送信される２つのバースト波を含む。２つのバースト波の間では、所定の位相差を設けられる（例えば０°の位相差、１８０°の位相差など）。
【００３５】
また更には、上記２つのバースト波の間隔には所定間隔を設けられ、上記２つのバーストにおける各バースト波の継続時間には、所定継続時間が設けられ、上記２つのバースト波における各バースト波の振幅には、所定の振幅レベル比が設けられる。
【００３６】
このように本実施形態では、自己の音波処理装置１によって送信させる超音波に、位相差、バースト波間隔、バースト継続時間、および振幅レベル比によって特徴を持たせることで、自己の音波処理装置１（超音波システム１０）にＩＤを付与することができる。
【００３７】
位相差検出部４２は、Ａ／Ｄコンバータ３３から出力される受波信号ＲＳを入力され、入力された受波信号ＲＳにおける連続した２つのバースト波間の位相差Δφを検出する。バースト波間隔検出部４３は、上記連続した２つのバースト波間の間隔を検出する。バースト継続時間検出部４４は、上記連続した２つのバースト波における各バースト波の継続時間を検出する。振幅レベル検出部４５は、上記連続した２つのバースト波における各バースト波の振幅レベル比を検出する。なお、位相差検出部４２、バースト波間隔検出部４３、バースト継続時間検出部４４、および振幅レベル検出部４５の各詳細については後述する。
【００３８】
自他波判定部４６は、位相差検出部４２により検出された位相差、バースト波間隔検出部４３により検出されたバースト波間隔、バースト継続時間検出部４４により検出されたバースト継続時間、および振幅レベル検出部４５により検出された振幅レベル比の各検出されたパラメータが、自己の音波処理装置１に付与されたＩＤとして規定される各所定パラメータ値とすべて一致するか否かを判定することにより、受波が自己の音波処理装置１から送波された超音波に基づくか、他のシステムから送波された超音波に基づくかを判定する。なお、パラメータ値の一致は、厳密な一致に限らず、規定された所定範囲内に含まれることで判定してもよい。
【００３９】
ＴＯＦ計測部４７は、カウンタ４７１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。
【００４０】
シリアルインタフェース４８は、一例としてＤＳＩ３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。
【００４１】
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４８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。このとき、上述したように、送波される超音波は、位相差等の各パラメータによって特徴づけられた２つの連続するバースト波を含んで生成される。
【００４２】
送波命令があったタイミングでＴＯＦ計測部４７は、カウンタ４７１によるカウントを開始し、自他波判定部４６によって受波が他のシステムからの超音波によるものと判定された場合はカウントを継続し、自他波判定部４６によって受波が自己の音波処理装置１により送波された超音波によるものと判定された場合は、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、シリアルインタフェース４８によってＥＣＵへ送られる。
【００４３】
このような本実施形態によれば、自己の超音波システム１０とは別のシステムから送波された超音波を受波した場合、位相差等の各パラメータにより付与される自己のＩＤとは異なる受波信号が出力されるので、別のシステムからの干渉を回避することが可能となる。
【００４４】
＜２．位相差検出部の構成＞
次に、位相差検出部４２の詳細について述べる。図３は、位相差検出部４２の一構成例を示す図である。図３に示す位相差検出部４２は、ロックインアンプとして構成される。
【００４５】
図３に示す位相差検出部４２は、パイロット信号源４２１と、９０°位相シフト部４２２と、第１乗算部４２３と、第１ＬＰＦ（ローパスフィルタ）４２４と、第２乗算部４２５と、第２ＬＰＦ４２６と、振幅検出部４２７と、第１除算部４２８と、第２除算部４２９と、位相差判定部４３０と、を有する。
【００４６】
パイロット信号源４２１は、パイロット信号（参照信号）ＰＳを生成する。パイロット信号ＰＳは、例えばＰＳ＝ｃｏｓ（ωｔ）として表される。パイロット信号ＰＳの周波数は、自己の音波処理装置１により送波される超音波の周波数と同じとする。
【００４７】
９０°位相シフト部４２２は、パイロット信号ＰＳに対して９０°の位相シフトを行う。第１乗算部４２３は、受波信号ＲＳと、９０°位相シフト部４２２による位相シフト後のパイロット信号と、を乗算する。受波信号ＲＳは、例えばＲＳ＝ｒ（ｔ）ｃｏｓ（ωｔ＋φ（ｔ））として表される。φ（ｔ）は、受波信号ＲＳのパイロット信号ＰＳに対する位相差を示す。
【００４８】
第１ＬＰＦ４２４は、第１乗算部４２３による第１乗算結果Ｍ１に対してフィルタ処理を行うことで第１出力信号Ｘを得て出力する。第１出力信号Ｘは、Ｘ＝ｒ（ｔ）ｓｉｎ（φ（ｔ））となる。
【００４９】
第２乗算部４２５は、受波信号ＲＳとパイロット信号ＰＳとを乗算する。第２ＬＰＦ４２６は、第２乗算部４２５による第２乗算結果Ｍ２に対してフィルタ処理を行うことで第２出力信号Ｙを得て出力する。第２出力信号Ｙは、Ｙ＝ｒ（ｔ）ｃｏｓ（φ（ｔ））となる。
【００５０】
振幅検出部４２７は、第１出力信号Ｘと第２出力信号Ｙに基づいて振幅ｒ（ｔ）を得て出力する。より具体的には、ｒ（ｔ）＝√（Ｘ２＋Ｙ２）としてｒ（ｔ）が得られる。
【００５１】
第１除算部４２８は、第１出力信号Ｘを振幅検出部４２７により得られた振幅ｒ（ｔ）によって除することで、ｓｉｎ信号ＳＳを得て出力する。すなわち、ＳＳ＝ｓｉｎ（φ（ｔ））となる。
【００５２】
第２除算部４２９は、第２出力信号Ｙを振幅検出部４２７により得られた振幅ｒ（ｔ）によって除することで、ｃｏｓ信号ＣＳを得て出力する。すなわち、ＣＳ＝ｃｏｓ（φ（ｔ））となる。
【００５３】
位相差判定部４３０は、ｓｉｎ信号ＳＳとｃｏｓ信号ＣＳとに基づき、受波信号ＲＳにおける２つの連続したバースト波間の位相差を判定し、判定した位相差Δφを出力する。
【００５４】
ここで、図３に示す位相差検出部４２を用いた音波処理装置１におけるシミュレーション結果の一例について述べる。
【００５５】
図４は、ＤＡ回路２１によってトランスＴｒの１次側に流れる駆動電流の一例を示すグラフである。図４に示す駆動電流は、第１バースト波Ｉ１と、第１バースト波と時間的に間隔を空けて生成される第２バースト波Ｉ２と、を含む。なお、第１バースト波Ｉ１と第２バースト波Ｉ２との間に挿入される補助波Ｉ３は、送波させる超音波の第１バースト波Ｉ１後の減衰を促進させる目的で挿入され、第１バースト波Ｉ１と逆位相である。なお、補助波Ｉ３は、必須でない。
【００５６】
図５は、図４に示した駆動電流を流した場合の、トランスＴｒと超音波送受信装置５に含まれる圧電素子とから構成される並列共振回路に生成される電圧を示すグラフである。図５に示す電圧波形は、第１バースト波Ｉ１に対応する第１バースト波Ｖ１と、第２バースト波Ｉ２に対応する第２バースト波Ｖ２と、を含む。図５に示す電圧波形は、送波される超音波信号と同等である。
【００５７】
図５に示す電圧波形では、ＩＤ付与の一例として、第１バースト波Ｖ１と第２バースト波Ｖ２との間の位相差を１８０°としている。なお、図５に示す電圧波形は、さらにＩＤ付与の一例として、第２バースト波Ｖ２の振幅を第１バースト波Ｖ１の振幅よりも大きくしている。
【００５８】
図５に示す電圧波形により超音波を送波すると、超音波が対象物で反射した反射信号を受波した受波信号ＲＳには、連続する第１バースト波および第２バースト波が生成される。
【００５９】
図６のグラフには、このような受波信号ＲＳに基づく第１乗算結果Ｍ１を実線にて、第２乗算結果Ｍ２を破線にてそれぞれ示す。
【００６０】
図７のグラフには、図６に示すグラフに対応して生成される第１出力信号Ｘを実線にて、第２出力信号Ｙを破線にてそれぞれ示す。第２バースト波Ｖ２の振幅が第１バースト波Ｖ１の振幅よりも大きいので、図７では、第１出力信号Ｘ，Ｙともに時間的に後半で前半よりもピーク値が大きくなっている。
【００６１】
図８は、図７に示す第２出力信号Ｙを横軸、第１出力信号Ｘを縦軸として表したリサージュ波形を示すグラフである。ここでは、一例として位相差を１８０°としているので、図８において、受波信号ＲＳにおける第１バースト波に対応する第１リサージュ波形Ｌ１と、受波信号ＲＳにおける第２バースト波に対応する第２リサージュ波形Ｌ２との間のずれ角度は１８０°となっている。
【００６２】
図８に示す状態の場合に、ｓｉｎ信号ＳＳとｃｏｓ信号ＣＳによるリサージュ波形を示すと、リサージュ波形は単位円上に位置することとなり、当該単位円上における第１リサージュ波形と第２リサージュ波形との間には、１８０°のずれ角度が生じることとなる。
【００６３】
従って、位相差判定部４３０では、例えば、第１リサージュ波形に対応するｓｉｎ信号ＳＳとｃｏｓ信号ＣＳの組み合わせ、および第２リサージュ波形に対応するｓｉｎ信号ＳＳとｃｏｓ信号ＣＳの組み合わせと、位相差（ずれ角度）との対応関係を示したテーブルを予め保持し、当該テーブルを用いて位相差Δφを判定することが可能である。
【００６４】
または、位相差判定部４３０は、例えば、ｓｉｎ信号ＳＳとｃｏｓ信号ＣＳの組み合わせと、φ（ｔ）＝Ａｒｃｔａｎ（ＳＳ／ＣＳ）の値との対応関係を示したテーブルを予め保持し、当該テーブルを用いて第１リサージュ波形に対応したφ（ｔ）と第２リサージュ波形に対応したφ（ｔ）を特定し、特定されたこれらのφ（ｔ）の差分を位相差Δφとして判定することも可能である。
【００６５】
なお、位相差判定部４３０は、例えば、振幅検出部４２７によって検出される振幅ｒ（ｔ）の値が所定の閾値以上となる２つの期間のそれぞれを第１、第２リサージュ波形として判断してもよい。後述する図１２（但し別のシミュレーション結果）に例示するように、受波信号ＲＳに含まれる２つの連続したバースト波に対応して振幅ｒ（ｔ）にも２つのバースト波が生成されるので、上記２つの期間が生じる。
【００６６】
＜３．その他のパラメータ検出＞
次に、上述した位相差以外のパラメータの検出方法について図９〜図１２に示すグラフも参照して述べる。図９〜図１２は、先述したシミュレーションとは別のシミュレーションの結果である。
【００６７】
図９は、ＤＡ回路２によりトランスＴｒの１次側に流す駆動電流の波形を示す。このように駆動電流は、連続した第１バースト波Ｉ１および第２バースト波Ｉ２を含む。図１０は、図９に対応して並列共振回路に発生する電圧の波形を示す。このように電圧波形は、連続した第１バースト波Ｖ１および第２バースト波Ｖ２を含む。
【００６８】
図１０に示す電圧波形では、ＩＤ付与の一例として、第１バースト波Ｖ１と第２バースト波Ｖ２との間の位相差を０°としている。また、図１０に示す電圧波形は、さらにＩＤ付与の一例として、第２バースト波Ｖ２の振幅を第１バースト波Ｖ１の振幅よりも大きくしている。
【００６９】
図１０に示す電圧波形により超音波を送波すると、超音波が対象物で反射した反射信号を受波した受波信号ＲＳには、２つの連続するバースト波が生成される。
【００７０】
図１１は、上述のような受波信号ＲＳに基づいた第２出力信号Ｙを横軸、第１出力信号Ｘを縦軸として表したリサージュ波形を示すグラフである。ここでは、一例として位相差を０°としているので、図１１において、受波信号ＲＳにおける第１バースト波に対応する第１リサージュ波形Ｌ１と、受波信号ＲＳにおける第２バースト波に対応する第２リサージュ波形Ｌ２との間のずれ角度は０°となっている。
【００７１】
図１２は、上述のような受波信号ＲＳに基づいて振幅検出部４２７により検出された振幅ｒ（ｔ）を示す。バースト波間隔検出部４３、バースト継続時間検出部４４、および振幅レベル検出部４５は、それぞれ検出された振幅ｒ（ｔ）に基づいて各パラメータを検出する。
【００７２】
図１２に示すように、振幅ｒ（ｔ）には、第１バースト波Ｒ１と第２バースト波Ｒ２が含まれる。バースト波間隔検出部４３は、例えば、振幅ｒ（ｔ）が所定の閾値Ｔｈを１度目に上回る方向に横切ったタイミングｔ１から振幅ｒ（ｔ）が所定の閾値Ｔｈを２度目に上回る方向に横切ったタイミングｔ２までの期間Ｔ１をバースト波間隔として検出する。
【００７３】
バースト継続時間検出部４４は、例えば、振幅ｒ（ｔ）が閾値Ｔｈ以上となる２つの期間Ｔ１１，Ｔ１２をそれぞれバースト継続時間として検出する。
【００７４】
振幅レベル検出部４５は、例えば、振幅ｒ（ｔ）が閾値Ｔｈ以上となる期間における振幅ｒ（ｔ）の最大値ｒｍａｘ１，ｒｍａｘ２を検出し、検出されたｒｍａｘ１，ｒｍａｘ２の比（＝ｒｍａｘ２／ｒｍａｘ１）を振幅レベル比として検出する。
【００７５】
＜４．ドップラー効果の考慮＞
本実施形態のように超音波システムが車載用である場合は、車両または対象物が移動していると、ドップラー効果によって受波の周波数が変動する。
【００７６】
ドップラー効果による周波数変動は、下記（１）式として表される。
ｆ＝（（Ｖ−ｖ０）（Ｖ＋ｖｓ）／（Ｖ＋ｖ０）（Ｖ−ｖｓ））・ｆ０    （１）
但し、ｆ：受波周波数、Ｖ：音速、ｖｓ：音源速度、ｖ０：対象物速度、ｆ０：送波周波数
【００７７】
このようなドップラー効果を考慮した位相差検出部４２の一構成例を図１３に示す。図１３に示す構成の先述した図３との相違点は、ドップラー量検出部４３１を設けたことである。
【００７８】
ドップラー効果により、音源（車両）と対象物の相対速度によって受波信号ＲＳの周波数は変動する。ここで、図１４は、車両が音速の０．５％（すなわち６ｋｍ／ｈ程度）で移動する場合に、先述した図１０に示す電圧波形で送波した超音波が対象物で反射した反射波を受波したときの、出力信号Ｘ，Ｙによるリサージュ波形を示すグラフである。図１４には、受波信号ＲＳにおける第１バースト波に対応する第１リサージュ波形Ｌ１と、第２バースト波に対応する第２リサージュ波形Ｌ２を示す。
【００７９】
図１４に示すように、第１リサージュ波形Ｌ１は、ドップラー効果による周波数変動のない図１１に比べて、略扇型を形成する。また、受波信号ＲＳにおける２つのバースト波間の位相差は実際には０°であるが、図１４では図１１と異なり、第１リサージュ波形Ｌ１と第２リサージュ波形Ｌ２との間は、ずれ角度として位相差Δφ＝１０８°が生じる。
【００８０】
第１リサージュ波形の上記略扇型の開き、および位相差Δφは、ドップラー効果による周波数変動に応じて変化する。そこで、図１３に示す構成では、ドップラー量検出部４３１は、ｓｉｎ信号ＳＳおよびｃｏｓ信号ＣＳによる第１リサージュ波形に基づき、ドップラー効果による周波数変動量を示すドップラー量Δを検出する。位相差判定部４３０は、ｓｉｎ信号ＳＳおよびｃｏｓ信号ＣＳによる第１、第２リサージュ波形に基づいて位相差Δφを検出し、検出された位相差Δφからドップラー量Δを差し引いて位相差Δφを補正し、補正後の位相差Δφを出力する。
【００８１】
これにより、ドップラー効果を考慮して位相差判定の精度を向上させることが可能となる。
【００８２】
なお、他の実施形態として、次のようにしてもよい。ドップラー量検出部４３１は、ｓｉｎ信号ＳＳおよびｃｏｓ信号ＣＳによる第１リサージュ波形に基づきドップラー量を検出する。そして、パイロット信号源４２１は、検出されたドップラー量に基づいてパイロット信号ＰＳの周波数を変更する。このとき、ドップラー効果により変化した受波信号ＲＳの周波数に近づくようにパイロット信号ＰＳの周波数が変更される。周波数を変更されたパイロット信号ＰＳと、予め記憶しておいた受波信号ＲＳとに基づき再度処理を行い、位相差判定部４３０は、ｓｉｎ信号ＳＳおよびｃｏｓ信号ＣＳによる第１、第２リサージュ波形に基づき位相差Δφを判定する。
【００８３】
＜５．車両への適用＞
図１５は、本実施形態に係る音波処理装置１を含んだ超音波システム１０を搭載した車両２０を模式的に図示している。図１５の例では、車両２０の後端部２０１（例えばリアバンパー）に超音波システム１０が配置され、超音波システム１０はリアセンサーとして用いられる。
【００８４】
超音波システム１０から送波された超音波は対象物で反射して反射波として超音波システム１０に受波される。このとき、図１５に示すように、車両２０とは別の車両２５に搭載された他の超音波システムから超音波Ｗが送波される場合がある。この場合に超音波システム１０が超音波Ｗを受波したとしても、超音波Ｗは、自己の超音波システム１０に設定されたＩＤとしてのパラメータ値（位相差など）と異なるパラメータ値を有するので、自他波判定部４６による判定により、他の超音波システムからの超音波Ｗによる干渉を回避できる。
【００８５】
なお、超音波システム１０は、例えば車両２０の前端部（例えばフロントバンパー）に配置してフロントセンサーとして用いてもよい。
【００８６】
また、図１６には、車両３０の前端部に超音波システム１０を含む複数の超音波システムが搭載された状態を示す。超音波システム１０の他に、超音波システム３０１〜３０３が車両３０に搭載される。超音波システム１０、および超音波システム３０１〜３０３の各々が順番に超音波の送波およびＴＯＦ計測を行ってもよいが、その場合、対象物までの距離測定の頻度が低下し、例えば車両３０が対象物に不要に接近する虞がある。
【００８７】
そこで、超音波システム１０、および超音波システム３０１〜３０３は、超音波の送波およびＴＯＦ計測を並行して行うことが好ましい。このような場合、例えば図１６に示すように、超音波システム１０から送波された超音波が対象物４１で反射した反射波の他に、他の超音波システム３０１，３０２から送波された超音波が対象物４２，４３でそれぞれ反射した反射波を超音波システム１０が受波する虞がある。
【００８８】
しかしながら、この場合でも、超音波システム３０１，３０２から送波された超音波は、自己の超音波システム１０に設定されたＩＤとしてのパラメータ値と異なるパラメータ値を有するので、自他波判定部４６による判定により、他の超音波システム３０１，３０２からの超音波による干渉を回避できる。
【００８９】
＜６．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  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  Ａ／Ｄコンバータ
４  デジタル処理部
４１  送波信号生成回路
４２  位相差検出部
４２１  パイロット信号源
４２２  ９０°位相シフト部
４２３  第１乗算部
４２４  第１ＬＰＦ
４２５  第２乗算部
４２６  第２ＬＰＦ
４２７  振幅検出部
４２８  第１除算部
４２９  第２除算部
４３０  位相差判定部
４３１  ドップラー量検出部
４３  バースト波間隔検出部
４４  バースト継続時間検出部
４５  振幅レベル検出部
４６  自他波判定部
４７  ＴＯＦ計測部
４７１  カウンタ
４８  シリアルインタフェース
５  超音波送受信装置
５００  車両
１０００  対象物
１０、３０１〜３０３  超音波システム
２０、２５、３０  車両
２０１  後端部
４１〜４３  対象物
Ｔｒ  トランス
Ｔ１〜Ｔ５  外部端子
【図１】
2020060410.tif 000003
【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】
2020060410.tif 000008
【図７】
2020060410.tif 000009
【図８】
2020060410.tif 000010
【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】
2020060410.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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