(57)【要約】【課題】直接波又は近接反射波が存在するような環境であっても、測定対象物からの反射波を用いて対象物までの距離を精度良く測定することができる超音波測距装置を提供する。【解決手段】超音波測距装置１は、特定の符号Ａで変調した送信信号Ｂを超音波に変換して送信する送信部１５と、超音波が物体で反射した反射波を受信して受信信号Ｃに変換し、復調する受信部２１、２５と、復調した受信信号Ｄと特定の符号Ａとの相関値を算出する相関値算出部３１と、算出した相関値の中から、ピークの大きさが所定値よりも大きく、かつ、ピークに対応する物体まで距離が所定値よりも小さい特定のピークを検出するピーク検出部３２と、送信信号又は受信信号からキャンセル用信号を生成するキャンセル用信号生成部と、特定のピークの大きさが減少するように、受信信号からキャンセル用信号を減算する減算部４１とを備える。【選択図】図１
2018066669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の符号で変調した送信信号を超音波に変換して送信する送信部と、
前記超音波が物体で反射した反射波を受信して受信信号に変換し、復調する受信部と、
前記復調した受信信号と前記特定の符号との相関値を算出する相関値算出部と、
前記算出した相関値の中から、ピークを検出するとともに、ピークの大きさが所定値よりも大きく、かつ、ピークに対応する物体まで距離が所定値よりも小さい特定のピークを検出するピーク検出部と、
前記ピークの時間的な位置から前記物体までの距離を算出する距離算出部と、
前記送信信号又は前記受信信号からキャンセル用信号を生成するキャンセル用信号生成部と、
前記特定のピークの大きさが減少するように、前記受信信号から前記キャンセル用信号を減算する減算部と
を備える超音波測距装置。
【請求項２】
前記キャンセル用信号生成部は、
前記受信信号から所定の範囲の振幅の受信信号を分離するヒステリシスコンパレータと、
前記分離された受信信号を帯域制限するバンドパスフィルタと、
前記帯域制限された受信信号をレベル調整して前記キャンセル信号を生成する電圧制御可変ゲインアンプと
を有する請求項１記載の超音波測距装置。
【請求項３】
前記キャンセル用信号生成部は、
前記送信信号を帯域制限するバンドパスフィルタと、
前記帯域制限された送信信号をレベル調整して前記キャンセル信号を生成する電圧制御可変ゲインアンプと
を有する請求項１記載の超音波測距装置。
【請求項４】
前記キャンセル用信号生成部は、
前記送信信号から信号の大きさ及び遅延時間を調整した信号を生成するレベル遅延調整部と、
前記調整された信号をデジタル信号からアナログ信号に変換するＤＡ変換部と、
前記変換された信号を帯域制限して前記キャンセル信号を生成するバンドパスフィルタと
を有する請求項１記載の超音波測距装置。
【請求項５】
特定の符号で変調した送信信号を超音波に変換して送信するステップと、
前記超音波が物体で反射した反射波を受信して受信信号に変換し、復調するステップと、
前記復調した受信信号と前記特定の符号との相関値を算出するステップと、
前記算出した相関値の中から、ピークを検出するとともに、ピークの大きさが所定値よりも大きく、かつ、ピークに対応する物体まで距離が所定値よりも小さい特定のピークを検出するステップと、
前記ピークの時間的な位置から前記物体までの距離を算出するステップと、
前記送信信号又は前記受信信号からキャンセル用信号を生成するステップと、
前記特定のピークの大きさが減少するように、前記受信信号から前記キャンセル用信号を減算するステップと
を有する超音波測距方法。
【請求項６】
コンピュータに、
特定の符号で変調した送信信号を超音波に変換して送信する手順と、
前記超音波が物体で反射した反射波を受信して受信信号に変換し、復調する手順と、
前記復調した受信信号と前記特定の符号との相関値を算出する手順と、
前記算出した相関値の中から、ピークを検出するとともに、ピークの大きさが所定値よりも大きく、かつ、ピークに対応する物体まで距離が所定値よりも小さい特定のピークを検出する手順と、
前記ピークの時間的な位置から前記物体までの距離を算出する手順と、
前記送信信号又は前記受信信号からキャンセル用信号を生成する手順と、
前記特定のピークの大きさが減少するように、前記受信信号から前記キャンセル用信号を減算する手順と
を実行させるための超音波測距プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波測距装置、超音波測距方法及び超音波測距プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波は電波や光よりも伝播速度が遅く、このため、超音波センサは、比較的に高精度の距離測定を安価に実現でき、自動車のバックソナーや人検出センサなどの幅広い分野での利用が見込まれている。
【０００３】
一般に、超音波センサは、キャリア周波数、たとえば４０ｋＨｚで変調した幅の狭い１発のパルスを送信信号（送信波）として出力し、この送信波が物体に反射して戻ってくる反射波を検出し、送信してから検出するまでの時間を測定して超音波センサから当該物体までの距離を測定する。これは、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）方式と呼ばれている。
【０００４】
このような超音波センサでは、反射波の強度が極めて小さくなるような状況、例えば、物体までの距離が長く、超音波の減衰が大きい場合や、物体表面での超音波の反射率が小さい場合などには、反射波がノイズに埋もれてしまい、距離の測定が不可能になるといった問題がある。
【０００５】
この問題を解決するために、送信信号としてある特定の符号系列信号を用い、物体からの反射波（反射信号）と、送信した符号系列信号との間の相関を算出することにより、符号化利得で雑音の影響を軽減しつつ、反射信号の遅延時間（位相差）を測定することができる超音波センサがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
特に、符号系列信号としてよく知られている疑似雑音符号（ＰＮ符号、Pseudo Noise符号）を用いた場合に、大きなピークが得られるＰＮ符号の優れた自己相関特性を利用し、算出した相関値（相関信号）のピークの時間的位置から、物体までの距離を正確に測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−０５５１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記相関方式を用いた従来の超音波センサを、距離センサとして利用する場合に、以下の問題がある。
１）送信素子と受信素子とが近接している場合に、送信素子から受信素子へ直接伝播する直接波のレベルが非常に大きくなり、対象物からの反射波による相関信号のピークを検出することができない。
２）センサの近くに、測定対象物以外の反射率の高い物体が存在する場合に、当該近くの物体からの反射波（以下、「近接反射波」という）のレベルが非常に大きくなり、対象物からの反射波による相関信号のピークを検出することができない。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、直接波又は近接反射波が存在するような環境であっても、測定対象物からの反射波を用いて対象物までの距離を精度良く測定することができる超音波測距装置、超音波測距方法及び超音波測距プログラム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】
本発明に係る超音波測距装置は、特定の符号で変調した送信信号を超音波に変換して送信する送信部と、超音波が物体で反射した反射波を受信して受信信号に変換し、復調する受信部と、復調した受信信号と特定の符号との相関値を算出する相関値算出部と、算出した相関値の中から、ピークを検出するとともに、ピークの大きさが所定値よりも大きく、かつ、ピークに対応する物体まで距離が所定値よりも小さい特定のピークを検出するピーク検出部と、ピークの時間的な位置から物体までの距離を算出する距離算出部と、送信信号又は受信信号からキャンセル用信号を生成するキャンセル用信号生成部と、特定のピークの大きさが減少するように、受信信号からキャンセル用信号を減算する減算部とを備えるものである。
【００１１】
また、本発明に係る超音波測距方法は、特定の符号で変調した送信信号を超音波に変換して送信するステップと、超音波が物体で反射した反射波を受信して受信信号に変換し、復調するステップと、復調した受信信号と特定の符号との相関値を算出するステップと、算出した相関値の中から、ピークを検出するとともに、ピークの大きさが所定値よりも大きく、かつ、ピークに対応する物体まで距離が所定値よりも小さい特定のピークを検出するステップと、ピークの時間的な位置から物体までの距離を算出するステップと、送信信号又は受信信号からキャンセル用信号を生成するステップと、特定のピークの大きさが減少するように、受信信号からキャンセル用信号を減算するステップとを有するものである。
【００１２】
また、本発明に係る超音波測距プログラムは、コンピュータに、特定の符号で変調した送信信号を超音波に変換して送信する手順と、超音波が物体で反射した反射波を受信して受信信号に変換し、復調する手順と、復調した受信信号と特定の符号との相関値を算出する手順と、算出した相関値の中から、ピークを検出するとともに、ピークの大きさが所定値よりも大きく、かつ、ピークに対応する物体まで距離が所定値よりも小さい特定のピークを検出する手順と、ピークの時間的な位置から物体までの距離を算出する手順と、送信信号又は受信信号からキャンセル用信号を生成する手順と、特定のピークの大きさが減少するように、受信信号からキャンセル用信号を減算する手順とを実行させるためのものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、直接波又は近接反射波が存在するような環境であっても、測定対象物からの反射波を用いて対象物までの距離を精度良く測定する超音波測距装置、超音波測距方法及び超音波測距プログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１に係る超音波測距装置１の概略構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る超音波測距装置１の各信号の例を示す図である。
【図３】実施の形態１に係る相関値算出結果の例を示す図である。
【図４】実施の形態１に係る相関出力の例を示す図である。
【図５】実施の形態２に係る超音波測距装置１０１の概略構成を示すブロック図である。
【図６】実施の形態３に係る超音波測距装置２０１の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して各実施の形態に係る超音波測距装置について説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態１に係る超音波測距装置は、送信信号としてある特定の符号系列信号を用い、物体からの反射信号（受信信号）と、符号系列信号との間の相関（値）を算出するときに、相関値のピーク（極大値）が所定値よりも大きく、当該ピークに対応する物体までの距離が所定値よりも小さいときに、当該ピークは直接波又は近接反射波によるピークであるとして、減少させるものである。
【００１６】
また、本実施の形態１に係る超音波測距装置は、直接波又は近接反射波によるピークを減少させるときに、当該ピークから減算するための信号（以下、「キャンセル用信号」という。）を受信信号から生成し、当該ピークを精度良く減少させるものである。
【００１７】
図１は、本実施の形態１に係る超音波測距装置１の概略構成を示すブロック図である。また、図２は、本実施の形態１に係る超音波測距装置１の各信号の例を示す図である。図２は、上から順番に、ＰＮ符号Ａ、送信信号Ｂ、受信信号Ｃ、復調受信信号Ｄを示している。
【００１８】
超音波測距装置１は、ＰＮ符号発生部１１、キャリア信号発生部（Ｃａｒｒｉｅｒ）１２、混合部（ミキサ）１３、ドライバ回路（Ｄｒｉｖｅｒ）１４、超音波送信部１５、超音波受信部２１、増幅部（Ａｍｐ）２２、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２３、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）２４、ＡＭ検波部２５、相関値算出部３１、相関ピーク検出部３２、距離算出部３３、オペアンプ４１、ヒステリシスコンパレータ（Ｃｏｍｐ）４２、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４３、電圧制御可変ゲインアンプ（ＶＧＡ）４４、ＶＧＡゲイン調整部４５、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）４６などを備えている。
【００１９】
なお、送信側のＰＮ符号発生部１１、キャリア信号発生部１２、混合部１３、受信側のＡＤコンバータ２４、ＡＭ検波部２５、相関値算出部３１、相関ピーク検出部３２、距離算出部３３、ＶＧＡゲイン調整部４５、ＤＡコンバータ４６などは、デジタル部６として１つのＭＰＵで構成することができる。また、デジタル部６以外の一部の構成をアナログ部として構成することができる。
【００２０】
ＰＮ符号発生部１１は、定められたパターンと周期を持つＰＮ符号Ａ（図２参照）を定められた周波数で発生する。すなわち、ＰＮ符号発生部１１は、例えば、生成多項式Ｘ７＋Ｘ３＋１で生成される周期１２７ビット、つまり、パターンの要素「０」「１」の数が１２７であるＭ系列符号を、定められた周波数が１ｋＨｚであったならば、１ｍｓ単位で「０」又は「１」の値をとるように、１周期（一巡する時間）が１２７ｍｓのＰＮ符号Ａとして発生する。そして、ＰＮ符号発生部１１は、ＰＮ符号Ａを混合部１３と相関値算出部３１とに出力する。
【００２１】
キャリア信号発生部１２は、超音波に相当する周波数（例えば、４０ｋＨｚ）のキャリア信号を発生し、混合部１３に出力する。
混合部１３は、ＰＮ符号Ａによりキャリア信号をＡＭ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調、すなわち、オン／オフ変調し、生成した変調信号（送信信号）Ｂ（図２参照）をドライバ回路１４に出力する。
【００２２】
ドライバ回路１４は、変調信号Ｂを必要な電圧に増幅して、超音波送信部１５に出力する。
超音波送信部１５は、増幅された変調信号Ｂを超音波信号に変換して空間に放出する。
【００２３】
一方、超音波受信部２１は、人などの物体で反射された超音波信号（反射波）を電気信号に変換して、増幅部２２に出力する。なお、超音波送信部１５、超音波受信部２１は、定められたキャリア周波数（ここでは４０ｋＨｚ）に合わせて設計されているため、不要な周波数の音波を減衰させるバンドパスフィルタとしての役割も果たす。
【００２４】
増幅部２２は、電気信号に変換された反射波を増幅して受信信号Ｃ（図２参照）とし、オペアンプ４１を介してＡＤコンバータ２４に出力し、また、ヒステリシスコンパレータ４２に出力する。受信信号Ｃはバンドパスフィルタ効果により帯域が制限され、送信信号Ｂに比べて滑らかな波形になっている。
【００２５】
ＡＤコンバータ２４は、受信信号Ｃをデジタル信号に変換して、ＡＭ検波部２５に出力する。ＡＤコンバータ２４のサンプリング周波数は、サンプリング定理を考慮して、超音波信号のキャリア周波数の２倍以上、例えば、１００ｋＨｚとする。なお、通常はＡＤコンバータ２４の前段にローパスフィルタ２３が設置され、アンチエイリアスフィルタとして機能する。
【００２６】
ＡＭ検波部２５は、デジタル化された受信信号Ｃを、その絶対値をとってフィルタを通すことで、すなわち、受信信号Ｃの包絡線をとることでＡＭ復調し、復調受信信号Ｄ（図２参照）として相関値算出部３１に出力する。なお、図２に示す復調受信信号Ｄの波形は、物体が近距離にあって強い反射波を受信した場合のものであり、ほとんど雑音が見られないが、実際の復調受信信号Ｄの多くは雑音に埋もれ、そのままでは反射波として判別できないことが多い。
【００２７】
相関値算出部３１は、復調受信信号Ｄと、送信時に用いたＰＮ符号Ａとの相関演算を行い、相関値（相関信号）を逐次算出する。すなわち、相関値算出部３１は、ＡＭ検波部２５から出力された復調受信信号Ｄのサンプル毎に、例えば、ＡＤコンバータ２４のサンプリング周波数が１００ｋＨｚであったときには０．０１ｍｓ毎に、復調受信信号Ｄの過去１周期（１２７ｍｓ）分の信号と、ＰＮ符号Ａの１周期分の信号との相関値を算出する。そして、相関値算出部３１は、算出した相関値を、相関ピーク検出部３２に出力する。
【００２８】
このとき、相関値算出部３１は、サンプル番号ｉ、ＡＭ検波後の信号サンプル列ｒ（ｉ）、これと同じサンプリング周波数で発生させたＰＮ符号（送信側と同じＰＮ符号）ＰＮ（ｉ）、ＰＮ符号の周期（サンプル周期）ＮＰＮに基づいて、次の式（１）により、相関信号Ｃｏｒｒ（ｉ）を算出する。
【００２９】
【数１】
2018066669.tif 000003
【００３０】
また、相関値を算出するときのサンプリング周波数は、ＡＤコンバータ２４のサンプリング周波数よりも小さくすることもでき、時間分解能を考慮しつつ、１ｋ〜１００ｋＨｚの範囲とすることができる。例えば、相関値算出部３１は、相関値を算出するときのサンプリング周波数を１０ｋＨｚとしたときは、０．１ｍｓ毎に、信号サンプル列ｒ（ｉ）の１２７０サンプルと、ＰＮ符号ＰＮ（ｉ）の１２７０サンプルとの積和演算を行って、相関値Corr(i)を算出する。
【００３１】
図３は、本実施の形態１に係る相関値算出結果（相関信号）の例を示す図である。横軸はＰＮ符号１周期分の時間（ＴＰＮ）におけるサンプル番号（サンプル数はＮＰＮ）を示し、縦軸は相関値Corr(i)を示す。図３に示す例では、定められた周波数が１ｋＨｚで、周期が１２７ビットのＰＮ符号なので、１２７ｍｓ分（相関値算出のサンプリング周波数を１００ｋＨｚとしたときは、０．０１ｍｓ毎の積和演算の１２７００回分）の相関結果になる。また、図３に示す例では、相関信号はサンプル番号が小さいとき、すなわち、遅延時間が少ないときにそのピークを示し、当該サンプル番号で復調受信信号ＤとＰＮ符号Ａとが良く相関していることを示している。
【００３２】
そこで、相関ピーク検出部３２は、相関信号の中から大きなピークを抽出し、そのサンプル番号を距離算出部３３に出力する。
距離算出部３３は、ピークのサンプル番号から、送信信号Ｂに対する受信信号Ｃの遅延時間Δｔを割り出し、次の式（２）により、当該最大ピークに対応する物体までの距離Ｄを算出して、出力する（ｖｃは音速）。
【００３３】
【数２】
2018066669.tif 000004
【００３４】
また、相関ピーク検出部３２は、抽出したピークの大きさが所定値よりも大きく、かつ、当該ピークが所定のサンプル番号よりも小さい位置にあるとき、すなわち、当該ピークに対応する物体が所定の距離（例えば、０．５ｍ）よりも近くにあるときに、当該ピークは直接波又は近接反射波に基づくピーク（以下、「非対象ピーク」という。）であるとして、非対象ピークの大きさをＶＧＡゲイン調整部４５に出力する。
【００３５】
ＶＧＡゲイン調整部４５は、相関ピーク検出部３２から入力した非対象ピークの大きさに基づいて、当該ピークの大きさが減少するように、ＤＡコンバータ４６を介して電圧制御可変ゲインアンプ４４のゲインを調整する。
【００３６】
一方、ヒステリシスコンパレータ４２は、そのしきい値Ｖ＋及びＶ−の絶対値が、想定される反射波の振幅よりも大きく、かつ、直接波又は近接反射波よりも小さく設定されている。そして、ヒステリシスコンパレータ４２は、増幅部２２から入力した受信信号Ｃから振幅の大きな直接波又は近接反射波のみを分離し、それらの位相（遅延）情報を持ったキャンセル用信号を生成して、バンドパスフィルタ４３に出力する。
【００３７】
バンドパスフィルタ４３は、送信部１５及び受信部２１の周波数特性（帯域特性）と同様の特性を持つように設計されており、キャンセル用信号を帯域制限して、電圧制御可変ゲインアンプ４４に出力する。
【００３８】
電圧制御可変ゲインアンプ４４は、ＶＧＡゲイン調整部４５の出力に基づいて、帯域制限されたキャンセル用信号のレベルを調整して、オペアンプ４１に出力する。
オペアンプ４１は、受信信号Ｃからレベル調整されたキャンセル用信号を減算し、直接波又は近接反射波の影響による非対象ピークのレベルが最小になるようにする。
【００３９】
図４は、本実施の形態１に係る相関出力の例を示す図である。上図は、比較例としての本実施の形態１に係る構成を用いていない場合の相関出力であり、下図は、本実施の形態１に係る構成を用いた場合の相関出力である。
【００４０】
図４の上図では、非検出対象の距離に大きな相関ピーク（非対象ピーク）が立ち、また、非対象ピークによってアナログ回路やＡＤコンバータ２４が飽和しているため、本来の測定対象からの反射波による相関ピークが見えなくなっている。これに対して、図４の下図では、測定対象からの反射波による相関ピークがはっきりと現れている。
つまり、本実施の形態１に係る超音波測距装置１は、上記構成により、ピーク位置の位相差（遅延時間Δｔ）を用いた、対象物までの距離算出の精度を更に向上させることができる。
【００４１】
なお、本実施の形態１に係る超音波測距装置１では、デジタル部６が実現するＰＮ符号発生部１１などの各構成要素は、例えば、コンピュータであるデジタル部６が備える演算装置（図示せず）の制御によって、プログラムを実行させることにより実現できる。
【００４２】
より具体的には、デジタル部６は、記憶部（図示せず）に格納されたプログラムを主記憶装置（図示せず）にロードし、演算装置の制御によってプログラムを実行して実現する。また、各構成要素は、プログラムによるソフトウェアで実現することに限ることなく、ハードウェア、ファームウェア及びソフトウェアのうちのいずれかの組み合わせなどにより実現しても良い。
【００４３】
上述したプログラムは、様々なタイプの記録メディア、すなわち、非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、デジタル部６に供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。
【００４４】
非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えば、フレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば、光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。
【００４５】
また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってデジタル部６に供給されても良い。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバなどの有線通信路、又は、無線通信路を介して、プログラムをデジタル部６に供給できる。
【００４６】
また、本実施の形態１に係る超音波測距装置１では、さまざまな変形が可能である。
例えば、本実施の形態１に係る超音波測距装置１では、送信側の変調方式を受信側の復調方式に応じて変更し、ＡＭ変調以外の、例えば、ＦＭ変調、ＢＰＳＫ変調などを用いるようにしても良い。
【００４７】
また、本実施の形態１に係る超音波測距装置１では、送信部１５及び受信部２１をそれぞれ１つずつ備えているが、送信部又は受信部の少なくとも一方を、複数備えるようにしても良い。そのような測距装置では、複数の送信部又は受信部の間の複数の距離測定情報を利用して三角測量の計算を行い、対象物までの距離だけでなく、対象物の方位及び位置、すなわち、対象物の３次元座標を算出することができる。
【００４８】
また、実施の形態１に係る超音波測距装置１を、超音波測距方法、超音波測距プログラム、又は、送信装置や受信装置を備える超音波測距システム、更には、用途を距離測定に限定しない超音波送受信装置などとして構成しても良い。
また、実施の形態１に係る超音波測距装置１を、超音波の代わりに電波、光線などを用いる測距装置などとして構成しても良い。
【００４９】
以上、説明したように、本実施の形態１に係る超音波測距装置１は、特定の符号Ａで変調した送信信号Ｂを超音波に変換して送信する送信部１５と、超音波が物体で反射した反射波を受信して受信信号Ｃに変換し、復調する受信部２１、２５と、復調した受信信号Ｄと特定の符号Ａとの相関値を算出する相関値算出部３１と、算出した相関値の中から、ピークを検出するとともに、ピークの大きさが所定値よりも大きく、かつ、ピークに対応する物体まで距離が所定値よりも小さい特定のピークを検出するピーク検出部３２と、ピークの時間的な位置から物体までの距離を算出する距離算出部３３と、送信信号又は受信信号からキャンセル用信号を生成するキャンセル用信号生成部と、特定のピークの大きさが減少するように、受信信号からキャンセル用信号を減算する減算部４１とを備えるものである。
このような構成により、直接波又は近接反射波によるピークを減少させて、測定対象物までの距離を精度良く測定することができる。
【００５０】
また、本実施の形態１に係る超音波測距装置１は、キャンセル用信号生成部が、受信信号Ｃからキャンセル用信号を生成するアナログ回路、すなわち、受信信号Ｃから所定の範囲の振幅の受信信号を分離するヒステリシスコンパレータ４２と、分離された受信信号を帯域制限するバンドパスフィルタ４３と、帯域制限された受信信号をレベル調整する電圧制御可変ゲインアンプ４４とを有することが好ましい。
このような構成により、直接波又は近接反射波によるピークを更に精度良く減少させることができる。
【００５１】
（実施の形態２）
実施の形態１に係る超音波測距装置１は、受信信号からキャンセル用信号を生成して、直接波又は近接反射波に基づく受信信号を減少させるものであったが、本実施の形態２に係る超音波測距装置は、アナログ回路を用いて変調信号からキャンセル用信号を生成するもので、直接波又は近接反射波に基づく受信信号を簡単な構成で減少させるものである。
【００５２】
図５は、本実施の形態２に係る超音波測距装置１０１の概略構成を示すブロック図である。
超音波測距装置１０１は、実施の形態１に係る超音波測距装置１のヒステリシスコンパレータ４２、バンドパスフィルタ４３に代えて、バンドパスフィルタ１４７を備えるものである。バンドパスフィルタ１４７はアナログ部を構成する。
なお、ＰＮ符号発生部１１、キャリア信号発生部１２などの構成、動作は、実施の形態１に係る超音波測距装置１のものと同様であって、ここでは、説明を省略する。
【００５３】
混合部１３は、ＰＮ符号Ａによりキャリア信号をＡＭ変調し、生成した変調信号Ｂをドライバ回路１４及びバンドパスフィルタ１４７に出力する。
バンドパスフィルタ１４７は、送信部１５及び受信部２１の周波数特性（帯域特性）と同様の特性を持つように設計されており、変調信号Ｂを帯域制限してキャンセル用信号とし、電圧制御可変ゲインアンプ４４に出力する。
【００５４】
電圧制御可変ゲインアンプ４４は、キャンセル用信号のレベルを、ＤＡコンバータ４６でデジタル信号とされたＶＧＡゲイン調整部４５の出力に基づいて調整して、オペアンプ４１に出力する。
オペアンプ４１は、受信信号Ｃからレベル調整されたキャンセル用信号を減算し、直接波又は近接反射波の影響による非対象ピークのレベルが最小になるようにする。
【００５５】
以上、説明したように、本実施の形態２に係る超音波測距装置１０１は、キャンセル用信号生成部が、送信信号Ｂから信号の大きさが調整されたキャンセル用信号を生成するアナログ回路、すなわち、送信信号Ｂを帯域制限するバンドパスフィルタ１４７と、帯域制限された送信信号をレベル調整する電圧制御可変ゲインアンプ４４とを有することが好ましい。
このような構成により、直接波又は近接反射波に基づく受信信号を簡単な構成で減少させることができる。
【００５６】
（実施の形態３）
実施の形態２に係る超音波測距装置１０１は、アナログ回路を用いて変調信号Ｂからキャンセル用信号を生成して、直接波又は近接反射波に基づく受信信号を減少させるものであったが、本実施の形態３に係る超音波測距装置は、デジタル回路を用いて変調信号からキャンセル用信号を生成して、直接波又は近接反射波に基づく受信信号を精度良く減少させるようにするものである。
【００５７】
図６は、本実施の形態３に係る超音波測距装置２０１の概略構成を示すブロック図である。
超音波測距装置２０１は、実施の形態２に係る超音波測距装置１０１のＶＧＡゲイン調整部４５、ＤＡコンバータ４６、バンドパスフィルタ１４７に代えて、レベル遅延調整部２４８、ＤＡコンバータ２４９、バンドパスフィルタ２５０を備えるものである。レベル遅延調整部２４８及びＤＡコンバータ２４９はデジタル部２０６を構成する。
なお、ＰＮ符号発生部１１、キャリア信号発生部１２などの構成、動作は、実施の形態１に係る超音波測距装置１のものと同様であって、ここでは、説明を省略する。
【００５８】
混合部１３は、ＰＮ符号Ａによりキャリア信号をＡＭ変調し、生成した変調信号Ｂをドライバ回路１４及びレベル遅延調整部２４８に出力する。
一方、相関値算出部３１は、算出した相関値を相関ピーク遅延検出部２３４に出力する。
【００５９】
相関ピーク遅延検出部２３４は、相関値（相関信号）の中から大きなピークを抽出し、そのサンプル番号を距離算出部３３に出力するとともに、抽出したピークの大きさが所定値よりも大きく、当該ピークが所定のサンプル番号よりも小さい位置にあるときに、当該ピークは直接波又は近接反射波に基づく非対象ピークであるとして、非対象ピークの大きさ及び送信波に対する遅延時間をレベル遅延調整部２４８に出力する。
【００６０】
レベル遅延調整部２４８は、非対象ピークの大きさ及び送信波に対する遅延時間に基づいて、入力した変調信号Ｂに対して遅延を与え、更にそのレベルを調整してキャンセル用信号とし、ＤＡコンバータ２４９及びバンドパスフィルタ２５０を介してオペアンプ４１に出力する。
【００６１】
オペアンプ４１は、遅延時間及びレベルが調整されたキャンセル用信号を受信信号Ｃから減算し、直接波又は近接反射波の影響による非対象ピークのレベルが最小になるようにする。
【００６２】
以上、説明したように、本実施の形態３に係る超音波測距装置２０１は、送信信号Ｂから信号の大きさ及び遅延時間を調整した信号を生成するレベル遅延調整部２４８と、調整された信号をデジタル信号からアナログ信号に変換するＤＡ変換部２４９と、変換された信号を帯域制限してキャンセル信号を生成するバンドパスフィルタ２５０とを有することが好ましい。
このような構成により、直接波又は近接反射波に基づく受信信号を減少させることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１、１０１、２０１    超音波測距装置
１１    ＰＮ符号発生部
１２    キャリア信号発生部
１３    混合部
１４    ドライバ回路
１５    送信部
２１    受信部
２２    増幅部
２３    ローパスフィルタ
２４    ＡＤコンバータ
２５    ＡＭ検波部
３１    相関値算出部
３２    相関ピーク検出部
３３    距離算出部
４１    オペアンプ
４２    ヒステリシスコンパレータ
４３、１４７、２５０    バンドパスフィルタ
４４    電圧制御可変ゲインアンプ
４５    ＶＧＡゲイン調整部
４６、２４９    ＤＡコンバータ
２３４    相関ピーク遅延検出部
２４８    レベル遅延調整部
Ａ    ＰＮ符号
Ｂ    送信信号
Ｃ    受信信号
Ｄ    復調受信信号
【図１】
2018066669.tif 000005
【図２】
2018066669.tif 000006
【図３】
2018066669.tif 000007
【図４】
2018066669.tif 000008
【図５】
2018066669.tif 000009
【図６】
2018066669.tif 000010