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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025040064
(43)【公開日】2025-03-24
(54)【発明の名称】信号処理装置、超音波センサ、および車両
(51)【国際特許分類】
G01S 7/537 20060101AFI20250314BHJP
G01S 15/931 20200101ALI20250314BHJP
【ＦＩ】
G01S7/537
G01S15/931
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023146736
(22)【出願日】2023-09-11
(71)【出願人】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001933
【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】齊藤 弘治
【テーマコード（参考）】
5J083
【Ｆターム（参考）】
5J083AA02
5J083AB13
5J083AC11
5J083AD04
5J083AE01
5J083AE08
5J083AF09
5J083BA12
5J083BB12
5J083BE08
5J083BE11
5J083BE12
5J083BE39
5J083CA01
5J083CB01
(57)【要約】
【課題】反射波の識別を効果的に行うことができる信号処理装置を提供する。
【解決手段】信号処理装置（１０）は、超音波受信素子（３）の出力に基づいて受信信号（ＲＳ）を生成するように構成される受信部（４）と、前記受信信号の周波数を検出するように構成される周波数検出部（５３）と、一定区間における前記受信信号の周波数の変動と、前記変動の期待値との一致度を算出するように構成される一致度算出部（５４）と、を備え、前記一致度算出部は、前記超音波送信素子により送信しようとした前記搬送波の周波数変化に対する応答の遅れを考慮した周波数パターンを前記期待値として、前記一致度を算出する。
【選択図】図５
【解決手段】信号処理装置（１０）は、超音波受信素子（３）の出力に基づいて受信信号（ＲＳ）を生成するように構成される受信部（４）と、前記受信信号の周波数を検出するように構成される周波数検出部（５３）と、一定区間における前記受信信号の周波数の変動と、前記変動の期待値との一致度を算出するように構成される一致度算出部（５４）と、を備え、前記一致度算出部は、前記超音波送信素子により送信しようとした前記搬送波の周波数変化に対する応答の遅れを考慮した周波数パターンを前記期待値として、前記一致度を算出する。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
超音波受信素子の出力に基づいて受信信号を生成するように構成される受信部と、
前記受信信号の周波数を検出するように構成される周波数検出部と、
一定区間における前記受信信号の周波数の変動と、前記変動の期待値との一致度を算出するように構成される一致度算出部と、
を備え、
前記一致度算出部は、前記超音波送信素子により送信しようとした前記搬送波の周波数変化に対する応答の遅れを考慮した周波数パターンを前記期待値として、前記一致度を算出する、信号処理装置。
前記受信信号の周波数を検出するように構成される周波数検出部と、
一定区間における前記受信信号の周波数の変動と、前記変動の期待値との一致度を算出するように構成される一致度算出部と、
を備え、
前記一致度算出部は、前記超音波送信素子により送信しようとした前記搬送波の周波数変化に対する応答の遅れを考慮した周波数パターンを前記期待値として、前記一致度を算出する、信号処理装置。
【請求項2】
前記一致度算出部は、
前記周波数検出部から出力される周波数信号のデータを格納するように構成されるバッファメモリと、
前記バッファメモリに格納されるデータと、前記期待値のデータとに基づいて誤差積分値を算出するように構成される誤差積分部と、
を有する、請求項１に記載の信号処理装置。
前記周波数検出部から出力される周波数信号のデータを格納するように構成されるバッファメモリと、
前記バッファメモリに格納されるデータと、前記期待値のデータとに基づいて誤差積分値を算出するように構成される誤差積分部と、
を有する、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項3】
前記一致度算出部は、
前記バッファメモリに格納されるデータと、基準点と、前記期待値のデータに基づいてシフト量を決定するように構成されるシフト量決定部と、
前記バッファメモリに格納されるデータを前記シフト量を用いてシフト補正するように構成される補正部と、
を有する、請求項２に記載の信号処理装置。
前記バッファメモリに格納されるデータと、基準点と、前記期待値のデータに基づいてシフト量を決定するように構成されるシフト量決定部と、
前記バッファメモリに格納されるデータを前記シフト量を用いてシフト補正するように構成される補正部と、
を有する、請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項4】
前記一致度算出部は、
前記バッファメモリに格納されるデータと、基準点と、前記期待値のデータに基づいてシフト量を決定するように構成されるシフト量決定部と、
前記期待値のデータを前記シフト量を用いてシフト補正するように構成される補正部と、
を有する、請求項２に記載の信号処理装置。
前記バッファメモリに格納されるデータと、基準点と、前記期待値のデータに基づいてシフト量を決定するように構成されるシフト量決定部と、
前記期待値のデータを前記シフト量を用いてシフト補正するように構成される補正部と、
を有する、請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項5】
前記一致度算出部は、前記受信信号の周波数データおよび前記期待値のデータのそれぞれの基準点におけるデータに基づいて補正量を算出し、前記周波数データあるいは前記期待値のデータを前記補正量で補正し、前記一致度を算出する、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項6】
前記受信信号から振幅信号を抽出するように構成される振幅検出部と、
前記振幅信号と第１しきい値を比較する比較器と、
を備え、
前記比較器により反射波があると判定すると、前記一致度算出部は算出を開始する、請求項１に記載の信号処理装置。
前記振幅信号と第１しきい値を比較する比較器と、
を備え、
前記比較器により反射波があると判定すると、前記一致度算出部は算出を開始する、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項7】
前記受信信号から振幅信号を抽出するように構成される振幅検出部と、
前記振幅信号のピークを検出するように構成される振幅ピーク検出部と、
前記振幅信号のピークが検出されたタイミングから第１所定時間だけずれたタイミングの前後の期間における前記一致度の最大値を、確定一致度として決定するように構成される一致度決定部と、
を備える、請求項１に記載の信号処理装置。
前記振幅信号のピークを検出するように構成される振幅ピーク検出部と、
前記振幅信号のピークが検出されたタイミングから第１所定時間だけずれたタイミングの前後の期間における前記一致度の最大値を、確定一致度として決定するように構成される一致度決定部と、
を備える、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項8】
前記受信信号から振幅信号を抽出するように構成される振幅検出部と、
前記振幅信号が第２しきい値を上回ったことを検出するように構成される検出部と、
前記検出部により検出されたタイミングから第２所定時間だけ後のタイミングの前後の期間における前記一致度の最大値を、確定一致度として決定するように構成される一致度決定部と、
を備える、請求項１に記載の信号処理装置。
前記振幅信号が第２しきい値を上回ったことを検出するように構成される検出部と、
前記検出部により検出されたタイミングから第２所定時間だけ後のタイミングの前後の期間における前記一致度の最大値を、確定一致度として決定するように構成される一致度決定部と、
を備える、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項9】
前記受信信号から振幅信号を抽出するように構成される振幅検出部と、
前記振幅信号が第３しきい値を下回ったことを検出するように構成される検出部と、
前記検出部により検出されたタイミングから第３所定時間だけ前のタイミングの前後の期間における前記一致度の最大値を、確定一致度として決定するように構成される一致度決定部と、
を備える、請求項１に記載の信号処理装置。
前記振幅信号が第３しきい値を下回ったことを検出するように構成される検出部と、
前記検出部により検出されたタイミングから第３所定時間だけ前のタイミングの前後の期間における前記一致度の最大値を、確定一致度として決定するように構成される一致度決定部と、
を備える、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項10】
前記期待値のデータは、自身の超音波センサから送信される搬送波の周波数変調に加えて、自身とは別の超音波センサから送信される搬送波の周波数変調に対応するよう、複数種類設定される、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項11】
前記一致度をＤＡ変換するように構成されるＤＡコンバータと、
前記ＤＡコンバータから出力されるアナログデータを変換特性によってアナログ出力に変換するように構成される変換部と、
を備え、
前記変換特性において、前記アナログデータの第１区間では、前記アナログ出力が飽和し、前記第１区間よりも前記アナログデータが低い第２区間では、前記アナログデータに対する前記アナログ出力の傾きが前記第１区間に比べて大きい、請求項１に記載の信号処理装置。
前記ＤＡコンバータから出力されるアナログデータを変換特性によってアナログ出力に変換するように構成される変換部と、
を備え、
前記変換特性において、前記アナログデータの第１区間では、前記アナログ出力が飽和し、前記第１区間よりも前記アナログデータが低い第２区間では、前記アナログデータに対する前記アナログ出力の傾きが前記第１区間に比べて大きい、請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項12】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の信号処理装置と、超音波送信素子と、超音波受信素子と、を備える、超音波センサ。
【請求項13】
請求項１２に記載の超音波センサを備える、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、信号処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、超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センサが知られて
いる（例えば、特許文献１）。このような超音波センサ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。
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センサが知られて
いる（例えば、特許文献１）。このような超音波センサ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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０２０／００４６０９号
【0004】
［概要］
超音波センサでは、自身が送波した搬送波による反射波と、別の超音波センサが送波した搬送波による反射波とを識別する必要がある場合がある。
超音波センサでは、自身が送波した搬送波による反射波と、別の超音波センサが送波した搬送波による反射波とを識別する必要がある場合がある。
【0005】
上記状況に鑑み、本開示は、反射波の識別を効果的に行うことができる信号処理装置を提供することを目的とする。
【0006】
本開示の一態様に係る信号処理装置は、超音波受信素子の出力に基づいて受信信号を生成するように構成される受信部と、
前記受信信号の周波数を検出するように構成される周波数検出部と、
一定区間における前記受信信号の周波数の変動と、前記変動の期待値との一致度を算出するように構成される一致度算出部と、
を備え、
前記一致度算出部は、前記超音波送信素子により送信しようとした前記搬送波の周波数変化に対する応答の遅れを考慮した周波数パターンを前記期待値として、前記一致度を算出する構成としている。
前記受信信号の周波数を検出するように構成される周波数検出部と、
一定区間における前記受信信号の周波数の変動と、前記変動の期待値との一致度を算出するように構成される一致度算出部と、
を備え、
前記一致度算出部は、前記超音波送信素子により送信しようとした前記搬送波の周波数変化に対する応答の遅れを考慮した周波数パターンを前記期待値として、前記一致度を算出する構成としている。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【0008】
[詳細な説明]
以下、本開示の例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。
以下、本開示の例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。
【0009】
＜超音波センサの全体構成＞
図１は、超音波センサの構成例を示す図である。図１に示す超音波センサ１００は、信号処理装置１０と、超音波送受信素子３と、を備える。超音波送受信素子３Ｘは、超音波センサ１００とは別の超音波センサに備えられる。
図１は、超音波センサの構成例を示す図である。図１に示す超音波センサ１００は、信号処理装置１０と、超音波送受信素子３と、を備える。超音波送受信素子３Ｘは、超音波センサ１００とは別の超音波センサに備えられる。
【0010】
超音波送受信素子３は、超音波を発するとともに、対象物２００で反射した超音波（物体からの反射波）を受け取る。超音波送受信素子３は、圧電素子により構成される。なお、図１の構成とは異なり、圧電素子は、送信専用と受信専用に分けて設けてもよい。
【0011】
信号処理装置１０は、超音波送受信素子３に供給する駆動信号および超音波送受信素子３から受け取る信号を処理する。なお、超音波送受信素子３と信号処理装置１０との間には、トランスが設けられてもよく、トランスが設けられなくてもよい。
【0012】
信号処理装置１０は、送波信号生成部１と、駆動部２と、受信部４と、反射波識別部５と、を備える。
【0013】
送波信号生成部１は、送波信号を生成する。
【0014】
駆動部２は、送波信号を増幅した駆動信号を超音波送受信素子３に供給して、超音波送受信素子３を駆動（振動）させる。これにより、超音波送受信素子３から超音波が送波される。
【0015】
受信部４は、超音波送受信素子３から出力される信号を受け取り、対象物２００からの反射波に基づく受信信号ＲＳを生成する。
【0016】
反射波識別部５は、受信信号ＲＳに基づいて反射波を識別する。図１においては、超音波送受信素子３から送波される搬送波（超音波）ＵＳ１が対象物２００で反射して得られる反射波ＲＵＳ１と、超音波送受信素子３Ｘから送波される搬送波ＵＳ２が対象物２００で反射して得られる反射波ＲＵＳ２と、が存在するため、反射波識別部５は、反射波ＲＵＳ，ＲＵＳ２を識別する。これにより、自身の超音波センサ１００から送波された搬送波ＵＳ１と、別の超音波センサから送波された搬送波ＵＳ２と、を識別できる。
【0017】
＜反射波識別方法＞
反射波を識別するために、本実施形態では、送波する搬送波において周波数変調を行って、搬送波のパターン化を行う。例えば、図２には、搬送波においてＦＳＫ（Frequency Shift Keying）を行う例を示す。ＦＳＫは、デジタル変調方式の一つで、２値（０，１）に応じて異なる周波数とする方式である。
反射波を識別するために、本実施形態では、送波する搬送波において周波数変調を行って、搬送波のパターン化を行う。例えば、図２には、搬送波においてＦＳＫ（Frequency Shift Keying）を行う例を示す。ＦＳＫは、デジタル変調方式の一つで、２値（０，１）に応じて異なる周波数とする方式である。
【0018】
図２の上段には、搬送波に含まれる周波数信号Ｆｏの理想的な波形を示す。０，１の値に応じて周波数信号Ｆｏの異なる値が対応付けられ、０，１の値の変化のタイミングで周波数信号Ｆｏの値は急峻に変化している。図２の中段には、上記の理想的な周波数信号Ｆｏの搬送波が物体で反射して得られる反射波に含まれる周波数信号Ｆｒを示す。ここで示す周波数信号Ｆｒの波形は、理想的な波形であり、周波数信号Ｆｒの値が変化するときに急峻に変化する。このような周波数信号Ｆｒの値をあらかじめ設定される期待値ＥＶと比較することで、反射波を識別できる。自身の超音波センサが出力する搬送波の周波数パターンと、別の超音波センサの周波数パターンをそれぞれ期待値として設定しておけば、自身と別の超音波センサによる反射波を識別できる。
【0019】
しかしながら、超音波送受信素子は、駆動信号にすぐに追従できないため、本来送信しようとした搬送波の周波数変化に対して、実際には応答が遅れる。従って、図２の下段に示すように、本来送信しようとした搬送波の周波数パターンを期待値ＥＶとして設定すると、実際には周波数信号Ｆｒの値には変化の遅れが生じるため、周波数信号Ｆｒの波形が理想から崩れ、期待値ＥＶからの乖離が大きくなってしまう。これにより、反射波の識別が行いにくい課題があった。
【0020】
図３は、受信信号ＲＳと、受信信号ＲＳから抽出した周波数信号ＦＳの波形例を示す図である。図３における受信信号ＲＳは、搬送波にＦＳＫを行った場合の反射波に基づく信号である。このように、周波数信号ＦＳの値には変化の遅れが生じている。なお、受信信号ＲＳが発生していない箇所における周波数信号ＦＳの振幅の大きさは、ノイズによるものである。
【0021】
そこで、上記課題に鑑みて本実施形態では、実際の周波数信号ＦＳ（反射波に基づく周波数信号）における応答遅れを考慮して期待値を設定している。例えば図４には、実際の周波数信号ＦＳの波形の一例を示す。図４において、縦軸方向に並ぶ値（－１～８）は、周波数信号の値を示す。図４の上方において、時間軸方向に並ぶ値は、期待値パターンＰの値を示す。そして、図４におけるマス目には、期待値パターンＰの値と周波数信号の値との誤差の値を示す。図４に示すように、誤差が周波数信号ＦＳに対してなるべく０となるように期待値パターンＰが設定されている。これにより、送信しようとした搬送波の周波数変化に対する応答の遅れが生じても、反射波を適切に識別することができる。
【0022】
なお、搬送波の周波数変調は、ＦＳＫに限らず、例えば周波数チャープなどとしてもよい。
【0023】
＜反射波識別部の構成＞
図５は、反射波識別部５の構成例を示す図である。反射波識別部５は、振幅検出部５１と、比較器５２と、周波数検出部５３と、一致度算出部５４と、一致度決定部５５と、一致度比較部５６と、振幅ピーク検出部５７と、を有する。
図５は、反射波識別部５の構成例を示す図である。反射波識別部５は、振幅検出部５１と、比較器５２と、周波数検出部５３と、一致度算出部５４と、一致度決定部５５と、一致度比較部５６と、振幅ピーク検出部５７と、を有する。
【0024】
振幅検出部５１は、受信信号ＲＳを検波することにより、振幅信号ＡＳを生成する。検波は、例えば包絡線検波、あるいは直交変換などが用いられる。比較器５２は、振幅信号ＡＳをしきい値ＴＨと比較し、比較結果として出力信号ＯＵＴを出力する。比較器５２により、反射波の有無を検出できる。
【0025】
周波数検出部５３は、位相検出部５３Ａと、微分処理部５３Ｂと、を有する。位相検出部５３Ａは、受信信号ＲＳを検波することで位相信号ＰＳを生成する。検波は、例えば直交変換などが用いられる。微分処理部５３Ｂは、位相信号ＰＳに対して微分処理を行うことで周波数信号ＦＳを生成する。
【0026】
一致度算出部５４は、周波数信号ＦＳと期待値パターンＰに基づいて一致度Ｃを算出する。なお、期待値パターンＰは、自身の超音波センサが送信する搬送波の周波数変調に対応する期待値パターンＰ１と、自身とは別の超音波センサが送信する搬送波の周波数変調に対応する期待値パターンＰ２～ＰＮとが、あらかじめ設定される（Ｎは２以上の整数）。一致度Ｃについては、期待値パターンＰ１～ＰＮのそれぞれについて一致度Ｃ１～ＣＮがそれぞれ算出される。
【0027】
＜一致度算出部の構成＞
図６は、一致度算出部５４の構成例を示す図である。一致度算出部５４は、バッファメモリ５４Ａと、誤差積分部５４Ｂと、逆数演算部５４Ｃと、を有する。
図６は、一致度算出部５４の構成例を示す図である。一致度算出部５４は、バッファメモリ５４Ａと、誤差積分部５４Ｂと、逆数演算部５４Ｃと、を有する。
【0028】
バッファメモリ５４Ａは、周波数信号ＦＳのデータを格納する。バッファメモリ５４Ａには、周波数信号ＦＳのデータＦ[0]～Ｆ[n-1]（ｎ個のデータ）が格納される。ｎは２以上の整数である。すなわち、バッファメモリ５４Ａには、直近の一定区間における周波数信号ＦＳのデータが格納される。
【0029】
誤差積分部５４Ｂは、
ＣＸ＝∫｜Ｆ[i]－Ｐ[i]｜｛i=0～n-1｝
によって、周波数信号ＦＳのデータＦ[0]～Ｆ[n-1]と期待値パターンＰのデータＰ[0]～Ｐ[n-1]との誤差の積分を行い、積分値ＣＸを算出する。
ＣＸ＝∫｜Ｆ[i]－Ｐ[i]｜｛i=0～n-1｝
によって、周波数信号ＦＳのデータＦ[0]～Ｆ[n-1]と期待値パターンＰのデータＰ[0]～Ｐ[n-1]との誤差の積分を行い、積分値ＣＸを算出する。
【0030】
逆数演算部５４Ｃは、積分値ＣＸの逆数演算をすることで一致度Ｃを算出する（Ｃ＝１／ＣＸ）。誤差が小さいほど、積分値ＣＸが小さくなり、一致度Ｃは大きくなる。
【0031】
図４の例であれば、ｎ＝１６として、Ｆ[0]～Ｆ[15]と期待値パターンＰのデータＰ[0]～Ｐ[15]との誤差の積分が行われる。現在のＦ[1]～Ｆ[n-1]のデータを次のＦ[0]～Ｆ[n-2]とし、次のＦ[n-1]のデータを新たなデータに更新しつつ、積分値ＣＸを逐次演算する。期待値パターンＰのデータＰ[0]～Ｐ[n-1]は、演算ごとに繰り返し使用される。
【0032】
＜一致度を用いた反射波識別＞
図７は、自身の超音波センサ１００が送信した搬送波が物体で反射した反射を受信した場合の各種信号の波形例を示す図である。図７において、上段から順に、受信信号ＲＳ、振幅信号ＡＳ、周波数信号ＦＳ、一致度Ｃ１，Ｃ２を示す。
図７は、自身の超音波センサ１００が送信した搬送波が物体で反射した反射を受信した場合の各種信号の波形例を示す図である。図７において、上段から順に、受信信号ＲＳ、振幅信号ＡＳ、周波数信号ＦＳ、一致度Ｃ１，Ｃ２を示す。
【0033】
図７は一致度算出部５４が一致度Ｃを常時演算している場合を示す。このように、自身から送信する搬送波の周波数変調に対応する期待値パターンＰ１に基づいて算出される一致度Ｃ１の値が一致度Ｃ２よりも大きくなっており、自身から送信する搬送波による反射波を識別できる。
【0034】
ここで、一致度決定部５５（図５）による一致度決定動作について説明する。図８は、図７における振幅信号ＡＳと一致度Ｃ１の一部を示す図である。一致度算出部５４が一致度Ｃを常時演算している場合、比較器５２の出力信号ＯＵＴにより振幅信号ＡＳがしきい値ＴＨを上回ったことが検出されると（図８のタイミングＴ１）、一致度算出部５４は、一致度決定部５５への一致度Ｃの出力を開始する。一方、振幅ピーク検出部５７は、比較器５２の出力信号ＯＵＴにより振幅信号ＡＳがしきい値ＴＨを上回ったことが検出されると（図８のタイミングＴ１）、振幅信号ＡＳの監視を開始し、振幅信号ＡＳのピークを検出すると（図８のタイミングＴ０）、その旨を示す検出信号ＰＤを一致度決定部５５に出力する。すると、一致度決定部５５は、タイミングＴ０から所定の遅延時間Ｔｄ０だけ遅れたタイミングの前後の期間Ｔｗにおける一致度Ｃの最大値を、確定一致度ＣＤとして決定する。
【0035】
なお、一致度Ｃのピークが振幅信号ＡＳのピークよりも前の場合も考慮して、タイミングＴ０から所定時間だけ前のタイミングの前後の期間における一致度Ｃの最大値を、確定一致度ＣＤとして決定してもよい。
【0036】
また、振幅信号ＡＳがしきい値ＴＨを上回るタイミングＴ１から所定の遅延時間Ｔｄｄだけ遅延したタイミングの前後の期間Ｔｗにおける一致度Ｃの最大値を、確定一致度ＣＤとして決定してもよい。
【0037】
また、振幅信号ＡＳがしきい値ＴＨを下回るタイミングＴ２から所定時間Ｔｆだけ前のタイミングの前後の期間Ｔｗにおける一致度Ｃの最大値を、確定一致度ＣＤとして決定してもよい。
【0038】
なお、一致度算出部５４は、一致度Ｃを常時演算すると消費電流が増加するため、異なる実施形態として、振幅信号ＡＳがしきい値ＴＨを上回るタイミングＴ０で演算を開始するようにしてもよい。
【0039】
一致度決定部５５からは、一致度Ｃ１～ＣＮに対応して確定一致度ＣＤ１～ＣＤＮが出力される。一致度比較部５６は、確定一致度ＣＤ１～ＣＤＮを比較することで最大値の確定一致度ＣＤを判定する。これにより、自身あるいは別の超音波センサのいずれから送信された搬送波による反射波であるかを判定できる。
【0040】
＜周波数ずれ＞
ここで、送信した搬送波における周波数変調された周波数が、反射波においてずれる現象が生じる場合がある。このような現象は、例えば対象物が移動している場合に発生するドップラー効果により発生する。また、超音波センサのシステムクロックのばらつきにより周波数のずれが発生する場合もある。
ここで、送信した搬送波における周波数変調された周波数が、反射波においてずれる現象が生じる場合がある。このような現象は、例えば対象物が移動している場合に発生するドップラー効果により発生する。また、超音波センサのシステムクロックのばらつきにより周波数のずれが発生する場合もある。
【0041】
【0042】
シフト量決定部５４Ｄは、バッファメモリ５４Ａに格納されるデータＦと、基準点ｍと、期待値パターンＰのデータに基づいてシフト量ＳＨＴを決定する。具体的には、基準点ｍに対応するデータＦ[m]と、基準点ｍに対応する期待値データＰ[m]との差分をシフト量ＳＨＴとして決定する。シフト量ＳＨＴは、正負の値をとりうる。
【0043】
補正部５４Ｅは、バッファメモリ５４Ａに格納されるデータＦ[0]～Ｆ[n-1]のそれぞれに対して、決定されたシフト量ＳＨＴを加算してシフト補正を行い、補正データＦｓｈｔ[0]～Ｆｓｈｔ[n-1]を生成する。
【0044】
例えば図１０の例であれば、基準点ｍ＝５として、補正前のデータＦ[5]＝４と、Ｐ[5]＝１とから、シフト量ＳＨＴ＝１－４＝－３が決定され、データＦ[0]～Ｆ[15]にシフト量ＳＨＴが加算され、補正データＦｓｈｔ[0]～Ｆｓｈｔ[15]が生成される。
【0045】
そして、誤差積分部５４Ｂは、補正データＦｓｈｔと期待値パターンＰとの誤差の積分を行い、積分値ＣＸを算出する。
【0046】
これにより、反射波の周波数ずれが補正され、適正な一致度Ｃを算出することができる。
【0047】
また、本実施形態では、図１１に示すような一致度算出部５４の構成をとってもよい。図１１に示す構成では、図９と異なり、補正部５４Ｅは、シフト量決定部５４Ｄにより決定されたシフト量ＳＨＴで期待値パターンＰのデータＰ[0]～Ｐ[n-1]がシフト補正され、補正データＰｓｈｔ[0]～Ｐｓｈｔ[n-1]が生成される。誤差積分部５４Ｂは、バッファメモリ５４Ａに格納されるデータＦ[0]～Ｆ[n-1]と、補正データＰｓｈｔ[0]～Ｐｓｈｔ[n-1]との誤差を積分することで積分値ＣＸを算出する。このような構成であっても、上記と同様の効果を奏する。
【0048】
＜一致度のアナログ出力＞
図１２は、一致度Ｃをアナログ出力するための構成を示す図である。アナログ出力部５８は、一致度算出部５４に対して設けられる。
図１２は、一致度Ｃをアナログ出力するための構成を示す図である。アナログ出力部５８は、一致度算出部５４に対して設けられる。
【0049】
アナログ出力部５８は、ＤＡＣ（ＤＡコンバータ）５８Ａと、変換部５８Ｂと、を有する。ＤＡＣ５８Ａは、一致度算出部５４から出力される一致度ＣをＤＡ変換し、アナログデータＡＤを生成する。変換部５８Ｂは、アナログデータＡＤをアナログ出力ＣＯＵＴに変換して出力する。
【0050】
図１３は、変換部５８ＢにおけるアナログデータＡＤとアナログ出力ＣＯＵＴと間の変換特性の一例を示す図である。図１３に示すように、一致度ＣのアナログデータＡＤの値が大きい区間Ａ１ではアナログ出力ＣＯＵＴが最大値に飽和し、区間Ａ１よりもアナログデータＡＤの値が低い区間Ａ２では、アナログデータＡＤに対するアナログ出力ＣＯＵＴの傾きが区間Ａ１に比べて大きい。
【0051】
このような構成により生成されるアナログ出力ＣＯＵＴにより、例えば期待値パターンの調整などが行いやすくなる。
【0052】
＜車両用ソナー＞
図１４は、車両の一例を示す外観図である。車両ＸＸのフロントバンパーには、その左右角部と中央部にそれぞれフロントソナーＸ１（Ｌ、Ｒ、Ｃ）が設けられている。また、車両ＸＸのリアバンパーにも、その左右角部と中央部にそれぞれバックソナーＸ２（Ｌ、Ｒ、Ｃ）が設けられている（ただし、図示の便宜上、バックソナーＸ２ＲおよびＸ２Ｃは不図示）。
図１４は、車両の一例を示す外観図である。車両ＸＸのフロントバンパーには、その左右角部と中央部にそれぞれフロントソナーＸ１（Ｌ、Ｒ、Ｃ）が設けられている。また、車両ＸＸのリアバンパーにも、その左右角部と中央部にそれぞれバックソナーＸ２（Ｌ、Ｒ、Ｃ）が設けられている（ただし、図示の便宜上、バックソナーＸ２ＲおよびＸ２Ｃは不図示）。
【0053】
このように、車両ＸＸにフロントソナーＸ１（Ｌ、Ｒ、Ｃ）およびバックソナーＸ２（Ｌ、Ｒ、Ｃ）を搭載することにより、車両ＸＸの周囲における物体（＝障害物、他車、または、通行人など）の接近検知あるいは距離測定を行うことができるので、ドライバーの安全運転を支援することが可能となる。
【0054】
なお、上記のフロントソナーＸ１（Ｌ、Ｒ、Ｃ）およびバックソナーＸ２（Ｌ、Ｒ、Ｃ）としては、それぞれ、これまでに説明してきた各種実施形態に係る超音波センサを適用することができる。
【0055】
＜その他＞
本開示の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。これまでに説明してきた各種の実施形態は、矛盾のない範囲で適宜組み合わせて実施してもよい。以上の実施形態は、あくまでも、本開示の実施形態の例であって、本開示ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。
本開示の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。これまでに説明してきた各種の実施形態は、矛盾のない範囲で適宜組み合わせて実施してもよい。以上の実施形態は、あくまでも、本開示の実施形態の例であって、本開示ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。
【0056】
＜付記＞
以上のように、本開示の一態様に係る信号処理装置（１０）は、
超音波受信素子（３）の出力に基づいて受信信号（ＲＳ）を生成するように構成される受信部（４）と、
前記受信信号の周波数を検出するように構成される周波数検出部（５３）と、
一定区間における前記受信信号の周波数の変動と、前記変動の期待値との一致度を算出するように構成される一致度算出部（５４）と、
を備え、
前記一致度算出部は、前記超音波送信素子により送信しようとした前記搬送波の周波数変化に対する応答の遅れを考慮した周波数パターンを前記期待値として、前記一致度を算出する構成としている（第１の構成）。
以上のように、本開示の一態様に係る信号処理装置（１０）は、
超音波受信素子（３）の出力に基づいて受信信号（ＲＳ）を生成するように構成される受信部（４）と、
前記受信信号の周波数を検出するように構成される周波数検出部（５３）と、
一定区間における前記受信信号の周波数の変動と、前記変動の期待値との一致度を算出するように構成される一致度算出部（５４）と、
を備え、
前記一致度算出部は、前記超音波送信素子により送信しようとした前記搬送波の周波数変化に対する応答の遅れを考慮した周波数パターンを前記期待値として、前記一致度を算出する構成としている（第１の構成）。
【0057】
また、上記第１の構成において、前記一致度算出部（５４）は、
前記周波数検出部から出力される周波数信号のデータを格納するように構成されるバッファメモリ（５４Ａ）と、
前記バッファメモリに格納されるデータと、前記期待値のデータとに基づいて誤差積分値（ＣＸ）を算出するように構成される誤差積分部（５４Ｂ）と、を有する構成としてもよい（第２の構成）。
前記周波数検出部から出力される周波数信号のデータを格納するように構成されるバッファメモリ（５４Ａ）と、
前記バッファメモリに格納されるデータと、前記期待値のデータとに基づいて誤差積分値（ＣＸ）を算出するように構成される誤差積分部（５４Ｂ）と、を有する構成としてもよい（第２の構成）。
【0058】
また、上記第２の構成において、前記一致度算出部（５４）は、
前記バッファメモリに格納されるデータと、基準点（ｍ）と、前記期待値のデータに基づいてシフト量を決定するように構成されるシフト量決定部（５４Ｄ）と、
前記バッファメモリに格納されるデータを前記シフト量を用いてシフト補正するように構成される補正部（５４Ｅ）と、を有する構成としてもよい（第３の構成）。
前記バッファメモリに格納されるデータと、基準点（ｍ）と、前記期待値のデータに基づいてシフト量を決定するように構成されるシフト量決定部（５４Ｄ）と、
前記バッファメモリに格納されるデータを前記シフト量を用いてシフト補正するように構成される補正部（５４Ｅ）と、を有する構成としてもよい（第３の構成）。
【0059】
また、上記第２の構成において、前記一致度算出部（５４）は、
前記バッファメモリに格納されるデータと、基準点と、前記期待値のデータに基づいてシフト量を決定するように構成されるシフト量決定部（５４Ｄ）と、
前記期待値のデータを前記シフト量を用いてシフト補正するように構成される補正部（５４Ｅ）と、を有する構成としてもよい（第４の構成）。
前記バッファメモリに格納されるデータと、基準点と、前記期待値のデータに基づいてシフト量を決定するように構成されるシフト量決定部（５４Ｄ）と、
前記期待値のデータを前記シフト量を用いてシフト補正するように構成される補正部（５４Ｅ）と、を有する構成としてもよい（第４の構成）。
【0060】
また、上記第１から第４のいずれかの構成において、前記一致度算出部（５４）は、前記受信信号の周波数データおよび前記期待値のデータのそれぞれの基準点におけるデータに基づいて補正量を算出し、前記周波数データあるいは前記期待値のデータを前記補正量で補正し、前記一致度を算出する構成としてもよい（第５の構成）。
【0061】
また、上記第１から第５のいずれかの構成において、前記受信信号から振幅信号（ＡＳ）を抽出するように構成される振幅検出部（５１）と、
前記振幅信号と第１しきい値（ＴＨ）を比較する比較器（５２）と、
を備え、
前記比較器により反射波があると判定すると、前記一致度算出部（５４）は算出を開始する構成としてもよい（第６の構成）。
前記振幅信号と第１しきい値（ＴＨ）を比較する比較器（５２）と、
を備え、
前記比較器により反射波があると判定すると、前記一致度算出部（５４）は算出を開始する構成としてもよい（第６の構成）。
【0062】
また、上記第１から第６のいずれかの構成において、前記受信信号から振幅信号を抽出するように構成される振幅検出部（５１）と、
前記振幅信号のピークを検出するように構成される振幅ピーク検出部（５７）と、
前記振幅信号のピークが検出されたタイミングから第１所定時間（Ｔｄ０）だけずれたタイミングの前後の期間（Ｔｗ）における前記一致度の最大値を、確定一致度（ＣＤ）として決定するように構成される一致度決定部（５５）と、を備える構成としてもよい（第７の構成）。
前記振幅信号のピークを検出するように構成される振幅ピーク検出部（５７）と、
前記振幅信号のピークが検出されたタイミングから第１所定時間（Ｔｄ０）だけずれたタイミングの前後の期間（Ｔｗ）における前記一致度の最大値を、確定一致度（ＣＤ）として決定するように構成される一致度決定部（５５）と、を備える構成としてもよい（第７の構成）。
【0063】
また、上記第１から第６のいずれかの構成において、前記受信信号から振幅信号を抽出するように構成される振幅検出部（５１）と、
前記振幅信号が第２しきい値（ＴＨ）を上回ったことを検出するように構成される検出部（５２）と、
前記検出部により検出されたタイミングから第２所定時間（Ｔｄｄ）だけ後のタイミングの前後の期間（Ｔｗ）における前記一致度の最大値を、確定一致度として決定するように構成される一致度決定部（５５）と、を備える構成としてもよい（第８の構成）。
前記振幅信号が第２しきい値（ＴＨ）を上回ったことを検出するように構成される検出部（５２）と、
前記検出部により検出されたタイミングから第２所定時間（Ｔｄｄ）だけ後のタイミングの前後の期間（Ｔｗ）における前記一致度の最大値を、確定一致度として決定するように構成される一致度決定部（５５）と、を備える構成としてもよい（第８の構成）。
【0064】
また、上記第１から第６のいずれかの構成において、前記受信信号から振幅信号を抽出するように構成される振幅検出部（５１）と、
前記振幅信号が第３しきい値（ＴＨ）を下回ったことを検出するように構成される検出部（５２）と、
前記検出部により検出されたタイミングから第３所定時間（Ｔｆ）だけ前のタイミングの前後の期間（Ｔｗ）における前記一致度の最大値を、確定一致度として決定するように構成される一致度決定部（５５）と、を備える構成としてもよい（第９の構成）。
前記振幅信号が第３しきい値（ＴＨ）を下回ったことを検出するように構成される検出部（５２）と、
前記検出部により検出されたタイミングから第３所定時間（Ｔｆ）だけ前のタイミングの前後の期間（Ｔｗ）における前記一致度の最大値を、確定一致度として決定するように構成される一致度決定部（５５）と、を備える構成としてもよい（第９の構成）。
【0065】
また、上記第１から第９のいずれかの構成において、前記期待値のデータは、自身の超音波センサから送信される搬送波の周波数変調に加えて、自身とは別の超音波センサから送信される搬送波の周波数変調に対応するよう、複数種類設定される構成としてもよい（第１０の構成）。
【0066】
また、上記第１から第１０のいずれかの構成において、前記一致度をＤＡ変換するように構成されるＤＡコンバータ（５８Ａ）と、
前記ＤＡコンバータから出力されるアナログデータ（ＡＡ）を変換特性によってアナログ出力（ＣＯＵＴ）に変換するように構成される変換部（５８Ｂ）と、
を備え、
前記変換特性において、前記アナログデータの第１区間（Ａ１）では、前記アナログ出力が飽和し、前記第１区間よりも前記アナログデータが低い第２区間（Ａ２）では、前記アナログデータに対する前記アナログ出力の傾きが前記第１区間に比べて大きい構成としてもよい（第１１の構成）。
前記ＤＡコンバータから出力されるアナログデータ（ＡＡ）を変換特性によってアナログ出力（ＣＯＵＴ）に変換するように構成される変換部（５８Ｂ）と、
を備え、
前記変換特性において、前記アナログデータの第１区間（Ａ１）では、前記アナログ出力が飽和し、前記第１区間よりも前記アナログデータが低い第２区間（Ａ２）では、前記アナログデータに対する前記アナログ出力の傾きが前記第１区間に比べて大きい構成としてもよい（第１１の構成）。
【0067】
また、本開示の一態様に係る超音波センサ（１００）は、上記第１から第１１のいずれかの構成の信号処理装置（１０）と、超音波送信素子（３）と、超音波受信素子（３）と、を備える（第１２の構成）。
【0068】
また、本開示の一態様に係る車両（ＸＸ）は、上記第１２の構成の超音波センサ（１００）を備える（第１３の構成）。
【産業上の利用可能性】
【0069】
本開示は、例えば車載用などの超音波センサに利用することが可能である。
【符号の説明】
【0070】
１ 送波信号生成部
２ 駆動部
３ 超音波送受信素子
３Ｘ 超音波送受信素子
４ 受信部
５ 反射波識別部
１０ 信号処理装置
５１ 振幅検出部
５２ 比較器
５３ 周波数検出部
５３Ａ 位相検出部
５３Ｂ 微分処理部
５４ 一致度算出部
５４Ａ バッファメモリ
５４Ｂ 誤差積分部
５４Ｃ 逆数演算部
５４Ｄ シフト量決定部
５４Ｅ 補正部
５５ 一致度決定部
５６ 一致度比較部
５７ 振幅ピーク検出部
５８ アナログ出力部
５８Ａ ＤＡＣ
５８Ｂ 変換部
１００ 超音波センサ
２００ 対象物
ＸＸ 車両
２ 駆動部
３ 超音波送受信素子
３Ｘ 超音波送受信素子
４ 受信部
５ 反射波識別部
１０ 信号処理装置
５１ 振幅検出部
５２ 比較器
５３ 周波数検出部
５３Ａ 位相検出部
５３Ｂ 微分処理部
５４ 一致度算出部
５４Ａ バッファメモリ
５４Ｂ 誤差積分部
５４Ｃ 逆数演算部
５４Ｄ シフト量決定部
５４Ｅ 補正部
５５ 一致度決定部
５６ 一致度比較部
５７ 振幅ピーク検出部
５８ アナログ出力部
５８Ａ ＤＡＣ
５８Ｂ 変換部
１００ 超音波センサ
２００ 対象物
ＸＸ 車両
【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14】
