特許 7409551 物体検知システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-25

(45)【発行日】2024-01-09

(54)【発明の名称】物体検知システム

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/524 20060101AFI20231226BHJP

   G01S 15/10 20060101ALI20231226BHJP

【ＦＩ】

G01S7/524 R

G01S15/10

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2023503360

(86)(22)【出願日】2021-10-13

(86)【国際出願番号】 JP2021037865

(87)【国際公開番号】W WO2022185594

(87)【国際公開日】2022-09-09

【審査請求日】2023-04-20

(31)【優先権主張番号】P 2021033500

(32)【優先日】2021-03-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100132241

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 博史

(74)【代理人】

【識別番号】100135703

【弁理士】

【氏名又は名称】岡部 英隆

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 晋一

(72)【発明者】

【氏名】浅田 隆昭

【審査官】渡辺 慶人

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０６６１９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１５９４００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／００４６０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第９８３８８０２（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００３１７０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第６５７２５４６（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開昭６２－０２７６８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ １／７２ － １／８２

３／８０ － ３／８６

５／１８ － ５／３０

７／５２ － ７／６４

１５／００ － １５／９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

通電により発熱して音波を発生する音波発生装置と、
前記音波発生装置からの音波を利用して対象空間の物体の検知をする物体検知処理を実行する処理回路と、
を備え、
前記物体検知処理は、
前記音波発生装置が、時間とともに周波数が変化する一連の音波を、前記一連の音波にそれぞれ対応する周波数に関連付けられた目標音圧で発生するように前記音波発生装置を制御する送波処理と、
前記対象空間からの音波を受信する受波装置から前記受波装置で受信した音波を示す受波信号を取得し、前記受波信号に基づいて前記対象空間に前記物体があるかどうかを判定する判定処理と、
を含み、
前記目標音圧は、前記受波装置の所定音圧の音波に対する感度の周波数特性に基づいて、前記受波装置の前記目標音圧の音波に対する感度が所定値を含む所定範囲にあるように設定され、
前記一連の音波の周波数は、所定の周波数範囲内で変化し、
前記所定値は、前記受波装置の所定音圧の音波に対する感度の、前記所定の周波数範囲内での最大値である、
物体検知システム。

【請求項2】

前記所定範囲の上限は、前記所定値以上であり、
前記所定範囲の中央値は、前記所定値以下である、
請求項１に記載の物体検知システム。

【請求項3】

前記所定範囲の下限は、前記所定値以下で、前記受波装置の所定音圧の音波に対する感度の、前記所定の周波数範囲内での最小値より大きい、
請求項１又は２に記載の物体検知システム。

【請求項4】

前記所定範囲の上限は、前記所定値である、
請求項３に記載の物体検知システム。

【請求項5】

前記受波装置の所定音圧の音波に対する感度が前記所定値未満である周波数の音波の目標音圧は、前記所定音圧より大きい、
請求項３又は４に記載の物体検知システム。

【請求項6】

前記所定範囲は、前記所定値の±１０％の範囲である、
請求項１に記載の物体検知システム。

【請求項7】

通電により発熱して音波を発生する音波発生装置と、
前記音波発生装置からの音波を利用して対象空間の物体の検知をする物体検知処理を実行する処理回路と、
を備え、
前記物体検知処理は、
前記音波発生装置が、時間とともに周波数が変化する一連の音波を、前記一連の音波にそれぞれ対応する周波数に関連付けられた目標音圧で発生するように前記音波発生装置を制御する送波処理と、
前記対象空間からの音波を受信する受波装置から前記受波装置で受信した音波を示す受波信号を取得し、前記受波信号に基づいて前記対象空間に前記物体があるかどうかを判定する判定処理と、
を含み、
前記一連の音波の周波数は、所定の周波数範囲内で変化し、
前記目標音圧は、前記受波装置の所定音圧の音波に対する感度の周波数特性に基づいて、前記受波装置の前記目標音圧の音波に対する感度が所定値に一致するように設定され、
前記所定値は、前記受波装置の所定音圧の音波に対する感度の、前記所定の周波数範囲内での最大値である、
物体検知システム。

【請求項8】

前記判定処理は、前記一連の音波を示す送波信号と前記受波信号との相互相関関数のピークの値が閾値以上であれば、前記物体が存在すると判断する、
請求項１～７のいずれか一つに記載の物体検知システム。

【請求項9】

前記音波発生装置は、
直流電源により充電されるキャパシタ、及び、通電により発熱して音波を発生する音波源に前記キャパシタから電力を供給する駆動用スイッチング素子を有する駆動回路と、
前記駆動回路のキャパシタの両端間電圧を調整することによって前記音波発生装置からの音波の音圧を調整する調整回路と、
を備え、
前記送波処理は、
前記調整回路により、前記音波発生装置からの音波の音圧が前記目標音圧となるように前記キャパシタの両端間電圧を調整し、
前記駆動回路の駆動用スイッチング素子を駆動して前記音波源から音波を発生させる、
請求項１～８のいずれか一つに記載の物体検知システム。

【請求項10】

前記調整回路は、
前記直流電源と前記キャパシタとの間に電気的に接続されるインダクタと、
前記インダクタと前記直流電源との直列回路に並列に電気的に接続される調整用スイッチング素子と、
を有し、
前記調整回路は、前記調整用スイッチング素子のオン期間により前記キャパシタの両端間電圧を調整する、
請求項９に記載の物体検知システム。

【請求項11】

前記調整回路は、ダイオードを有し、
前記ダイオードのアノードは前記インダクタに電気的に接続され、
前記ダイオードのカソードは前記キャパシタに電気的に接続される、
請求項１０に記載の物体検知システム。

【請求項12】

前記調整用スイッチング素子は、前記駆動用スイッチング素子のオン期間はオンであり、前記駆動用スイッチング素子と同時にオンに切り替えられる、
請求項１０又は１１に記載の物体検知システム。

【請求項13】

前記音波発生装置は、
通電により発熱して音波を発生する音波源に所定のキャパシタから電力を供給する駆動用スイッチング素子を有する駆動回路と、
電圧が異なる複数の直流電源によりそれぞれ充電される複数のキャパシタの少なくとも一つを前記所定のキャパシタとして選択することによって前記音波発生装置からの音波の音圧を調整する調整回路と、
を備え、
前記送波処理は、
前記調整回路により、前記複数のキャパシタから前記目標音圧に対応するキャパシタを前記所定のキャパシタとして選択し、
前記駆動回路の駆動用スイッチング素子を駆動して前記音波源から音波を発生させる、
請求項１～８のいずれか一つに記載の物体検知システム。

【請求項14】

前記音波発生装置は、
それぞれ通電により発熱して異なる音圧の音波を発生する複数の音波源と、
直流電源により充電されるキャパシタ、及び、所定の音波源に前記キャパシタから電力を供給する駆動用スイッチング素子を有する駆動回路と、
前記複数の音波源の少なくとも一つを前記所定の音波源として選択することによって前記音波発生装置からの音波の音圧を調整する調整回路と、
を備え、
前記送波処理は、
前記調整回路により、前記複数の音波源から前記目標音圧に対応する音波源を前記所定の音波源として選択し、
前記駆動回路の駆動用スイッチング素子を駆動して前記所定の音波源から音波を発生させる、
請求項１～８のいずれか一つに記載の物体検知システム。

【請求項15】

前記駆動用スイッチング素子のスイッチングの周波数は、２０ｋＨｚ以上である、
請求項９～１４のいずれか一つに記載の物体検知システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に、物体検知システムに関する。本開示は、より詳細には、音波を利用して物体の検知をする物体検知システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、物体検知装置（物体検知システム）を開示する。特許文献１の物体検知装置は、振動子から超音波を送信し振動子の振動に伴い受波信号を生成する超音波センサを複数用い、超音波センサ（受波装置）で受信した反射波（エコー）に基づいて、移動体の周囲に存在する物体を検知する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１８－１０５７０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、物体の検知精度を向上することができる物体検知システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様は、物体検知システムであって、通電により発熱して音波を発生する音波発生装置と、音波発生装置からの音波を利用して対象空間の物体の検知をする物体検知処理を実行する処理回路とを備える。物体検知処理は、送波処理と、判定処理とを含む。送波処理は、音波発生装置が、時間とともに周波数が変化する一連の音波を、一連の音波にそれぞれ対応する周波数に関連付けられた目標音圧で発生するように音波発生装置を制御する。判定処理は、対象空間からの音波を受信する受波装置から受波装置で受信した音波を示す受波信号を取得し、受波信号に基づいて対象空間に物体があるかどうかを判定する。前記目標音圧は、前記受波装置の所定音圧の音波に対する感度の周波数特性に基づいて、前記受波装置の前記目標音圧の音波に対する感度が所定値を含む所定範囲にあるように設定される。前記一連の音波の周波数は、所定の周波数範囲内で変化する。前記所定値は、前記受波装置の所定音圧の音波に対する感度の、前記所定の周波数範囲内での最大値である。

【0006】

本開示の一態様は、物体検知システムであって、通電により発熱して音波を発生する音波発生装置と、音波発生装置からの音波を利用して対象空間の物体の検知をする物体検知処理を実行する処理回路とを備える。物体検知処理は、送波処理と、判定処理とを含む。送波処理は、音波発生装置が、時間とともに周波数が変化する一連の音波を、一連の音波にそれぞれ対応する周波数に関連付けられた目標音圧で発生するように音波発生装置を制御する。判定処理は、対象空間からの音波を受信する受波装置から受波装置で受信した音波を示す受波信号を取得し、受波信号に基づいて対象空間に物体があるかどうかを判定する。前記一連の音波の周波数は、所定の周波数範囲内で変化する。前記目標音圧は、前記受波装置の所定音圧の音波に対する感度の周波数特性に基づいて、前記受波装置の前記目標音圧の音波に対する感度が所定値に一致するように設定される。前記所定値は、前記受波装置の所定音圧の音波に対する感度の、前記所定の周波数範囲内での最大値である。

【発明の効果】

【0007】

本開示の態様は、物体の検知精度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一実施の形態にかかる物体検知システムの構成例のブロック図

【図2】図１の物体検知システムが備える音波発生装置の構成例の回路図

【図3】図１の音波発生装置の動作を説明するタイミング図

【図4】図１の物体検知システムの受波装置の周波数特性を示すグラフ

【図5】変形例１の音波発生装置の構成例のブロック図

【図6】変形例２の音波発生装置の構成例のブロック図

【発明を実施するための形態】

【0009】

（実施の形態）
［１．概要］
従来から、物体を高精度検知又は物体までの距離を高精度に測定する方法の一つとして、相互相関関数を用いる相互相関処理法が提案されている。相関関数処理法では、送信した音波を示す送波信号と受信したエコーを示す受波信号とを比較する。送波信号と受波信号との一致度が高い程、Ｓ／Ｎが高くなる。音波を送信するにあたっては、時間とともに周波数が変化するチャープ信号を使用し、エコーをマイクロフォンで受信する。この場合、音波の音圧については周波数に対して音圧の変動が少ないフラットな周波数特性となるが、マイクロフォンは、周波数に対して感度が大きく変動するような周波数特性を有する。そのため、音波の音圧の周波数特性がフラットであっても、マイクロフォンの周波数特性により受波信号が変形してしまう。その為、この変形された受波信号と送波信号を比較する場合、Ｓ／Ｎ比が低下し、物体の検知精度及び距離の測定の精度が低下する。

【0010】

本実施の形態にかかる物体検知システム１は、マイクロフォン等の受波装置の周波数特性に起因する受波信号の変形を低減し、物体の検知精度を向上することを目的とする。

【0011】

図１は、本実施の形態にかかる物体検知システム１の構成例のブロック図である。物体検知システム１は、音波を利用して対象空間にある物体の検知を行うことができる。物体検知システム１は、例えば、移動体において障害物等の物体の検知に用いられる。移動体の例としては、自動車等の乗り物、ドローン等の無人飛行機、自律移動ロボット等が挙げられる。自律移動ロボットとしては、ロボットクリーナが挙げられる。

【0012】

図１に示すように、物体検知システム１は、通電により発熱して音波を発生する音波発生装置１０と、音波発生装置１０からの音波を利用して対象空間の物体の検知をする物体検知処理を実行する処理回路３０とを備える。物体検知処理は、送波処理と、判定処理とを含む。送波処理は、音波発生装置１０が、時間とともに周波数が変化する一連の音波Ｐ１を、一連の音波Ｐ１にそれぞれ対応する周波数に関連付けられた目標音圧で発生するように音波発生装置１０を制御する。判定処理は、対象空間からの音波を受信する受波装置２０から受波装置２０で受信した音波を示す受波信号を取得し、受波信号に基づいて対象空間に物体があるかどうかを判定する。目標音圧は、受波装置２０の所定音圧の音波に対する感度の周波数特性に基づいて、受波装置２０の目標音圧の音波に対する感度が所定値を含む所定範囲にあるように設定される。一連の音波Ｐ１の周波数は、所定の周波数範囲内で変化する。所定値は、受波装置２０の所定音圧の音波Ｐ１に対する感度の、所定の周波数範囲内での最大値である。

【0013】

図１の物体検知システム１は、音波発生装置１０から出力される時間とともに周波数が変化する一連の音波Ｐ１それぞれの音圧を、周波数に関連付けられた目標音圧に設定できる。つまり、音波Ｐ１の周波数に応じて音圧を設定することが可能である。そのため、受波装置２０の感度の周波数特性による影響を低減することが可能となり、受波信号の変形に起因する物体の検知精度の低下を抑制できる。以上述べたように、物体検知システム１によれば、物体の検知精度を向上することができる。

【0014】

［２．詳細］
以下、物体検知システム１について図面を参照して説明する。図１に示すように、物体検知システム１は、音波発生装置１０と、受波装置２０と、処理回路３０とを備える。

【0015】

［２－１．音波発生装置］
図１の音波発生装置１０は、音波源１１と、駆動回路１２と、調整回路１３と、制御回路１４とを備える。

【0016】

音波源１１は、通電により発熱して音波を発生する。より詳細には、音波源１１は、空気を加熱して音波を発生させる熱励起型の素子である。音波源１１は、いわゆるサーモホンである。音波源１１は、例えば、発熱体と、基板と、一対の電極と、断熱層とを備える。発熱体は、電流を流すことによって発熱する抵抗体である。発熱体は、例えば、空気に接触するように基板に配置される。発熱体の周囲の空気は、発熱体の温度変化によって膨張又は収縮する。これにより、空気の圧力波即ち音波が発生する。断熱層は、発熱体から基板への熱伝導を抑制する。一対の電極は、音波源１１の外部から発熱体に電流を流すための電極である。一対の電極は、発熱体の両側に設けられる。音波源１１は、従来周知の構成を有していてよいから、音波源１１の詳細な説明は省略する。

【0017】

図２は、音波発生装置１０の構成例の回路図である。図２に示すように、音波源１１は、直流電源Ｖ１とグランドとの間に電気的に接続される。

【0018】

直流電源Ｖ１は、各種の電源回路及び／又はバッテリ等で構成される。各種の電源回路は、例えばＡＣ／ＤＣコンバータ、ＤＣ／ＤＣコンバータ、レギュレータ、バッテリを含む。直流電源Ｖ１の電圧値は、例えば、５Ｖである。

【0019】

駆動回路１２は、音波源１１が音波を発生するように音波源１１に電力を供給する。駆動回路１２は、図２に示すように、キャパシタＣ１と、駆動用スイッチング素子Ｔ１と、抵抗器Ｒ１とを備える。

【0020】

キャパシタＣ１は、音波源１１に電力を供給するために用いられる。キャパシタＣ１は、直流電源Ｖ１と音波源１１との接続点とグランドとの間に電気的に接続される。キャパシタＣ１は、例えば電解コンデンサ又はセラミックコンデンサである。

【0021】

駆動用スイッチング素子Ｔ１は、音波源１１への電力の供給を制御することにより音波源１１を駆動するために用いられる。駆動用スイッチング素子Ｔ１は、音波源１１とグランドとの間に電気的に接続される。駆動用スイッチング素子Ｔ１は、例えば、ｎ型のＭＯＳＦＥＴである。駆動用スイッチング素子Ｔ１がオンであれば、音波源１１に電力が供給される。図２では、矢印Ａ１で示すように、キャパシタＣ１から音波源１１に電流が流れ、音波源１１に電力が供給される。駆動用スイッチング素子Ｔ１がオフであれば、音波源１１に電力が供給されない。駆動用スイッチング素子Ｔ１がオンオフすることで、音波源１１は音波Ｐ１を発生する。本開示において、「音波」は、１周期分の正弦波である。これに対して「一連の音波」は、複数周期分の正弦波である。

【0022】

抵抗器Ｒ１は、キャパシタＣ１と直流電源Ｖ１との間に電気的に接続される過電流保護素子を構成する。抵抗器Ｒ１は、直流電源Ｖ１から直接的に音波源１１に流れる電流を制限する。抵抗器Ｒ１によれば、音波源１１の過剰な発熱を防止できる。抵抗器Ｒ１の抵抗値は、例えば、５０Ω以上５ｋΩ以下である。

【0023】

駆動回路１２では、キャパシタＣ１から音波源１１に電流が流れ、音波源１１に電力が供給される。そのため、音波源１１から出力される音波の音圧は、キャパシタＣ１の両端間電圧Ｖ２に依存する。

【0024】

調整回路１３は、駆動回路１２のキャパシタＣ１の両端間電圧Ｖ２を調整することによって音波発生装置１０からの音波の音圧を調整する。調整回路１３は、図２に示すように、インダクタＬ１と、調整用スイッチング素子Ｔ２と、ダイオードＤ１とを備える。インダクタＬ１は、直流電源Ｖ１とキャパシタＣ１との間に電気的に接続される。図２では、インダクタＬ１は、過電流保護素子である抵抗器Ｒ１と直流電源Ｖ１との間に電気的に接続される。調整用スイッチング素子Ｔ２は、インダクタＬ１と直流電源Ｖ１との直列回路に並列に電気的に接続される。調整用スイッチング素子Ｔ２は、例えば、ｎ型のＭＯＳＦＥＴである。インダクタＬ１、直流電源Ｖ１、及び調整用スイッチング素子Ｔ２は閉ループを構成する。調整用スイッチング素子Ｔ２がオンであれば、インダクタＬ１にエネルギが蓄積される。図２では、矢印Ａ２に示すように、直流電源Ｖ１、インダクタＬ１、及び調整用スイッチング素子Ｔ２の閉ループに電流が流れ、インダクタＬ１にエネルギが蓄積される。調整用スイッチング素子Ｔ２がオンからオフになると、インダクタＬ１に誘導起電力が生じる。これにより、矢印Ａ３に示すように、インダクタＬ１からキャパシタＣ１に電流が流れて、キャパシタＣ１が充電される。図２の調整回路１３は、キャパシタＣ１を充電することが可能であり、これにより、キャパシタＣ１の両端間電圧Ｖ２の調整が可能である。インダクタＬ１に蓄積されるエネルギは、調整用スイッチング素子Ｔ２がオンである期間により調整される。ダイオードＤ１は、インダクタＬ１とキャパシタＣ１との間に電気的に接続される。特に、ダイオードＤ１のアノードはインダクタＬ１に電気的に接続され、ダイオードＤ１のカソードはキャパシタＣ１に電気的に接続される。ダイオードＤ１は、キャパシタＣ１からインダクタＬ１に電流が流れて意図せずにキャパシタＣ１が放電してしまう可能性を低減する。

【0025】

制御回路１４は、駆動回路１２及び調整回路１３を制御するように構成される。制御回路１４は、例えば、後述する駆動信号Ｓ１，Ｓ２を出力するための発振器を有する。制御回路１４は、例えば、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等の集積回路である。制御回路１４は、音波源１１が一連の音波Ｐ１を発生するように駆動回路１２の駆動用スイッチング素子Ｔ１のスイッチングを制御しながら、駆動回路１２のキャパシタＣ１の両端間電圧Ｖ２が目標音圧に対応する値となるように調整回路１３を制御する。

【0026】

制御回路１４は、駆動回路１２の駆動用スイッチング素子Ｔ１のスイッチング（オンオフ）を制御する。制御回路１４は、駆動回路１２の駆動用スイッチング素子Ｔ１を制御することによって、音波源１１から一連の音波Ｐ１を発生させる動作を実行する。

【0027】

図１に示すように、制御回路１４は、駆動用スイッチング素子Ｔ１のスイッチングを制御するための駆動信号Ｓ１を出力する。駆動用スイッチング素子Ｔ１のスイッチング周波数が、一連の音波Ｐ１の周波数に対応する。よって、時間とともに周波数が変化する一連の音波Ｐ１を発生するためには、駆動用スイッチング素子Ｔ１のスイッチング周波数を時間とともに変化させればよい。一連の音波Ｐ１の周波数は、所定の周波数範囲内で変化するように設定される。所定の周波数範囲は、例えば、２０ｋＨｚ以上１５０ｋＨｚ以下である。この場合、駆動用スイッチング素子Ｔ１のスイッチング周波数も、この所定の周波数範囲内で変化するように設定される。

【0028】

本実施の形態において、駆動用スイッチング素子Ｔ１はＭＯＳＦＥＴであり、駆動信号Ｓ１は駆動用スイッチング素子Ｔ１のゲートに入力される。駆動信号Ｓ１がハイレベルである間は、駆動用スイッチング素子Ｔ１がオンとなる。駆動信号Ｓ１がロウレベルである間は、駆動用スイッチング素子Ｔ１がオフとなる。図２では、駆動信号Ｓ１が直流電源として図示されている。

【0029】

図３に示すように、駆動信号Ｓ１は、時間とともに周期が変化するパルス列の信号である。このような信号は、例えば、チャープ信号といわれる。駆動信号Ｓ１のパルス列の周期は、駆動用スイッチング素子Ｔ１のスイッチング周波数に応じて設定される。図３では、駆動信号Ｓ１の周期は、時間とともにＴ１１，Ｔ１２，Ｔ１３，…と大きくなっている。よって、図３の駆動信号Ｓ１は、時間とともに周期が増加するパルス列である。図３の駆動信号Ｓ１によれば、駆動用スイッチング素子Ｔ１のスイッチング周波数は時間とともに減少し、これによって、時間とともに周波数が減少する一連の音波Ｐが音波源１１から出力される。なお、駆動信号Ｓ１の長さは、例えば、５ｍｓ～３０ｍｓとすることができる。駆動信号Ｓ１のパルス幅は、駆動用スイッチング素子Ｔ１の目標のデューティ比に応じて設定される。

【0030】

駆動信号Ｓ１の周期は、駆動用スイッチング素子Ｔ１のオン期間Ｔ１ｏｎ及びオフ期間Ｔ１ｏｆｆを含む。オン期間Ｔ１ｏｎは、駆動用スイッチング素子Ｔ１がオンの期間である。オン期間Ｔ１ｏｎにおいては、キャパシタＣ１から音波源１１に電流が流れ、音波源１１に電力が供給される。オフ期間Ｔ１ｏｆｆは、駆動用スイッチング素子Ｔ１がオフの期間である。オフ期間Ｔ１ｏｆｆにおいては、キャパシタＣ１から音波源１１に電流が流れず、音波源１１に電力が供給されない。

【0031】

制御回路１４は、調整回路１３の調整用スイッチング素子Ｔ２のスイッチング（オンオフ）を制御する。制御回路１４は、調整回路１３の調整用スイッチング素子Ｔ２を制御することによって、駆動回路１２のキャパシタＣ１の両端間電圧Ｖ２を調整する動作を実行する。図１に示すように、制御回路１４は、調整用スイッチング素子Ｔ２のスイッチングを制御するための駆動信号Ｓ２を出力する。本実施の形態において、調整用スイッチング素子Ｔ２はＭＯＳＦＥＴであり、駆動信号Ｓ２は調整用スイッチング素子Ｔ２のゲートに入力される。駆動信号Ｓ２がハイレベルである間は、調整用スイッチング素子Ｔ２がオンとなる。駆動信号Ｓ２がロウレベルである間は、調整用スイッチング素子Ｔ２がオフとなる。図２では、駆動信号Ｓ２が直流電源として図示されている。

【0032】

オン期間Ｔ１ｏｎにおいてキャパシタＣ１から音波源１１に電力が供給されて音波源１１から音波Ｐ１が出力される。制御回路１４は、オン期間Ｔ１ｏｎの開始前に、調整回路１３によりキャパシタＣ１の両端間電圧Ｖ２を調整する。制御回路１４は、調整回路１３を制御してキャパシタＣ１の両端間電圧Ｖ２を調整するために、駆動信号Ｓ２を調整用スイッチング素子Ｔ２に出力する。

【0033】

図３において、駆動信号Ｓ２は、パルス列の信号である。駆動信号Ｓ２は、駆動信号Ｓ１と同期している。そのため、駆動信号Ｓ２の周期は、駆動信号Ｓ１の周期と等しい。周期毎に、調整用スイッチング素子Ｔ２は、駆動用スイッチング素子Ｔ１のオン期間Ｔ１ｏｎより前にオンからオフに切り替えられる。駆動信号Ｓ２の周期は、調整用スイッチング素子Ｔ２のオン期間Ｔ２ｏｎ及びオフ期間Ｔ２ｏｆｆを含む。オン期間Ｔ２ｏｎは、調整用スイッチング素子Ｔ２がオンの期間である。オン期間Ｔ２ｏｎにおいては、直流電源Ｖ１からインダクタＬ１に電流が流れ、インダクタＬ１にエネルギが蓄積される。オフ期間Ｔ２ｏｆｆは、調整用スイッチング素子Ｔ２がオフの期間である。オフ期間Ｔ２ｏｆｆにおいては、インダクタＬ１からキャパシタＣ１に電流が流れ、キャパシタＣ１が充電される。よって、オン期間Ｔ２ｏｎの長さによって、キャパシタＣ１の両端間電圧Ｖ２を調整することが可能である。駆動信号Ｓ２のオン期間Ｔ２ｏｎが長ければ、調整回路１３のインダクタＬ１により多くのエネルギを蓄積することが可能となる。

【0034】

図３に示すように、制御回路１４は、駆動用スイッチング素子Ｔ１のオン期間Ｔ１ｏｎより前に調整用スイッチング素子Ｔ２をオンからオフに切り替える。これによって、キャパシタＣ１の両端間電圧Ｖ２を、調整用スイッチング素子Ｔ２のオン期間Ｔ２ｏｎに応じた電圧に設定できる。

【0035】

［２－２．受波装置］
受波装置２０は、音波を受信し、受信した音波を示す受波信号を処理回路３０に出力する。図１の受波装置２０は、複数（図示例では２つ）のマイクロフォン２１と、複数（図示例では２つ）の増幅回路２２と、複数（図示例では２つ）のフィルタ２３と、ＡＤ変換器２４と、制御回路２５とを備える。

【0036】

マイクロフォン２１は、音波を電気信号に変換する電気音響変換素子である。マイクロフォン２１は、音波を受信すると、受信した音波を示すアナログ形式の受波信号を出力する。マイクロフォン２１は、音波源１１から出力された後に、対象物で反射された音波を検出するために用いられる。増幅回路２２は、マイクロフォン２１からのアナログ形式の受波信号を増幅して出力する。フィルタ２３は、音波の周波数帯域を含む通過帯域の信号を通過させる。フィルタ２３は、例えば、バンドパスフィルタである。ＡＤ変換器２４は、フィルタ２３を通過したアナログ形式の受波信号を示すデジタル形式の受波信号に変換して制御回路２５に出力する。マイクロフォン２１、増幅回路２２、フィルタ２３、及びＡＤ変換器２４は、従来周知の構成であってよいから詳細な説明は省略する。

【0037】

制御回路２５は、ＡＤ変換器２４がデジタル形式の受波信号を制御回路２５に出力するように、ＡＤ変換器２４を制御する。制御回路２５は、ＡＤ変換器２４からのデジタル形式の受波信号を、処理回路３０に出力する。制御回路２５は、例えば、ＦＰＧＡ等の集積回路である。なお、制御回路１４と制御回路２５とは、１チップに集約されていてもよい。例えば、制御回路１４と制御回路２５とは単一のＦＰＧＡで実現されてよい。

【0038】

［２－３．処理回路］
処理回路３０は、物体検知システム１の動作を制御する回路である。処理回路３０は、例えば、１以上のプロセッサ（マイクロプロセッサ）と１以上のメモリとを含むコンピュータシステムにより実現され得る。１以上のプロセッサがプログラムを実行することで、処理回路３０としての機能を実現する。

【0039】

処理回路３０は、音波発生装置１０からの音波を利用して対象空間の物体の検知をする物体検知処理を実行する。物体検知処理は、送波処理と、判定処理とを含む。

【0040】

送波処理は、音波発生装置１０が、時間とともに周波数が変化する一連の音波Ｐ１を、一連の音波Ｐ１にそれぞれ対応する周波数に関連付けられた目標音圧で発生するように音波発生装置１０を制御する。より詳細には、送波処理は、調整回路１３により、音波発生装置１０からの音波Ｐ１の音圧が目標音圧となるようにキャパシタＣ１の両端間電圧Ｖ２を調整し、駆動回路１２の駆動用スイッチング素子Ｔ１を駆動して音波源１１から音波を発生させる。送波処理では、例えば、処理回路３０が制御回路１４に指令を送ることで、制御回路１４が駆動回路１２及び調整回路１３の制御を実行する。周波数と目標音圧との関連付けについては、「［３．周波数と目標音圧との関連付け］」で後述する。

【0041】

判定処理は、対象空間からの音波を受信する受波装置２０から受波装置２０で受信した音波を示す受波信号を取得する。判定処理は、例えば、受波装置２０からのデジタル形式の受波信号を取得する。対象空間に物体がある場合、対象空間からの音波は、音波発生装置１０から出力された音波の物体での反射波（エコーともいう）を含む。判定処理は、取得した受波信号に基づいて対象空間に物体があるかどうかを判定する。本実施の形態では、判定処理は、例えば、一連の音波Ｐ１を示す送波信号と受波信号との相互相関関数のピークの値が閾値以上であれば、対象空間に物体が存在すると判断する。相互相関関数のピークとしては、例えば、相互相関関数のメインローブが用いられる。また、判定処理は、対象空間に物体があると判定した場合に受波信号に基づいて物体までの距離を決定する。判定処理は、例えば、送波信号と受波信号との相互相関関数のピークが出現する時間に基づいて、ＴＯＦ（Time of Flight）技術により、物体までの距離を求める。上述したように、一連の音波Ｐ１は時間とともに周波数が変化する。この場合、時間とともに周波数が変化しない一連の音波Ｐ１、つまり、周波数が一定の音波Ｐ１を用いる場合よりも、相互相関関数のサイドローブを小さくできる。そのため、相互相関関数のメインローブをサイドローブから区別しやすくなって、物体の検知の精度の向上が図れる。なお、音波を利用して物体の検知及び物体までの距離の測定等には、従来周知の技術を適用できるから、詳細な説明は省略する。

【0042】

［３．周波数と目標音圧との関連付け］
周波数と目標音圧との関連付けについて図４を参照して説明する。図４は、物体検知システム１の受波装置２０の周波数特性を示すグラフである。受波装置２０の周波数特性は、主に、受波装置２０が備えるマイクロフォン２１の周波数特性によって決まる。図４において、Ｇ１は、受波装置２０の所定音圧の音波に対する感度の周波数特性である。つまり、Ｇ１は、音波の音圧を一定とし、音波の周波数を変化させた場合の、受波装置２０の感度の変化を示している。Ｇ１から明らかなように、６０ｋＨｚにおける感度は、４０ｋＨｚにおける感度よりも低い。Ｇ１は、音波の音圧が所定音圧で一定である場合であるから、音波Ｐ１の音圧をマイクロフォン２１の周波数特性に応じて調整することで、結果として受波装置２０の感度の調整が可能である。この点から、目標音圧は、受波装置２０の所定音圧の音波に対する感度の周波数特性に基づいて設定される。目標音圧は、受波装置２０の目標音圧の音波に対する感度が所定値Ｖｓを含む所定範囲にあるように設定される。上述したように、一連の音波Ｐ１の周波数は、所定の周波数範囲内で変化する。所定の周波数範囲は、例えば、４０ｋＨｚ～８０ｋＨｚである。図４では、４０ｋＨｚ～８０ｋＨｚにおいて、受波装置２０の感度は、所定値Ｖｓを下回る。図４にＧ２で示すように、受波装置２０の感度が所定値Ｖｓに一致するように、目標音圧が設定されることが好ましい。現実的には、目標音圧は、受波装置２０の感度が所定値Ｖｓを含む所定範囲にあるように設定されていてよい。所定値Ｖｓは、受波装置２０の所定音圧の音波Ｐ１に対する感度の、所定の周波数範囲内での最大値である。これによって、所定の周波数範囲内での感度を大きくとることができる。この場合には、受波装置２０の所定音圧の音波に対する感度が所定値未満である周波数の音波の目標音圧は、所定音圧より大きく設定される。所定範囲は、所定値Ｖｓが所定範囲の上限と中央値との間にあるように設定されてよい。つまり、所定値Ｖｓの上限が所定値以上で、所定範囲の中央値が所定値以下であってよい。本実施の形態において、所定範囲の上限は、所定値Ｖｓ（つまり、受波装置２０の所定音圧の音波Ｐ１に対する感度の、所定の周波数範囲内での最大値）である。所定範囲の下限は、所定値以下であり、受波装置２０の所定音圧の音波Ｐ１に対する感度の、所定の周波数範囲内での最小値より大きい。受波装置２０の所定音圧の音波Ｐ１に対する感度の、所定の周波数範囲内での最大値と最小値との差をｄとすれば、所定範囲の下限は、Ｖｓ－ｋ・ｄ（０≦ｋ＜１）である。ｋが０．５以下であれば、所定の周波数範囲内での受波装置２０の目標音圧の音波に対する感度の変動の範囲を、所定の周波数範囲内での受波装置２０の所定音圧の音波に対する感度の変動の範囲の半分以下に設定できる。つまり、所定範囲は、所定の周波数範囲内での受波装置２０の所定音圧の音波に対する感度の変動の範囲より狭い。これによって、受波装置２０の感度の周波数特性による影響を低減することが可能となり、受波信号の変形に起因する物体の検知精度の低下を抑制できる。その結果、物体の検知精度を向上することができる。また、所定範囲は、所定値Ｖｓの±１０％の範囲であってよい。つまり、所定範囲の下限は、０．９×Ｖｓで、所定範囲の上限は、１．１×Ｖｓであってよい。

【0043】

このように周波数と目標音圧との関連付けをすることによって、受波装置２０の感度の周波数特性による影響を低減することが可能となり、受波信号の変形に起因する物体の検知精度の低下を抑制できる。その結果、物体の検知精度を向上することができる。

【0044】

［４．効果等］
以上述べた物体検知システム１は、通電により発熱して音波を発生する音波発生装置１０と、音波発生装置１０からの音波を利用して対象空間の物体の検知をする物体検知処理を実行する処理回路３０とを備える。物体検知処理は、音波発生装置１０が、時間とともに周波数が変化する一連の音波Ｐ１を、一連の音波Ｐ１にそれぞれ対応する周波数に関連付けられた目標音圧で発生するように音波発生装置１０を制御する送波処理と、対象空間からの音波を受信する受波装置２０から受波装置２０で受信した音波を示す受波信号を取得し、受波信号に基づいて物体があるかどうかを判定する判定処理とを含む。この構成によれば、物体の検知精度を向上することができる。目標音圧は、受波装置２０の所定音圧の音波に対する感度の周波数特性に基づいて、受波装置２０の目標音圧の音波に対する感度が所定値を含む所定範囲にあるように設定される。一連の音波Ｐ１の周波数は、所定の周波数範囲内で変化する。所定値は、受波装置２０の所定音圧の音波Ｐ１に対する感度の、所定の周波数範囲内での最大値である。

【0045】

また、物体検知システム１において、所定範囲の上限は、所定値以上であり、所定範囲の中央値は、所定値以下である。この構成によれば、物体の検知精度を向上することができる。

【0046】

また、物体検知システム１において、所定範囲の下限は、所定値より小さく、受波装置２０の所定音圧の音波Ｐ１に対する感度の、所定の周波数範囲内での最小値より大きい。この構成によれば、物体の検知精度を向上することができる。

【0047】

また、物体検知システム１において、所定範囲の上限は、所定値である。この構成によれば、物体の検知精度を向上することができる。

【0048】

また、物体検知システム１において、受波装置２０の所定音圧の音波に対する感度が所定値未満である周波数の音波の目標音圧は、所定音圧より大きい。この構成によれば、物体の検知精度を向上することができる。

【0049】

また、物体検知システム１において、所定範囲は、所定値Ｖｓの±１０％の範囲である。この構成によれば、物体の検知精度を向上することができる。

【0050】

また、物体検知システム１は、通電により発熱して音波を発生する音波発生装置１０と、音波発生装置１０からの音波を利用して対象空間の物体の検知をする物体検知処理を実行する処理回路３０とを備える。物体検知処理は、音波発生装置１０が、時間とともに周波数が変化する一連の音波Ｐ１を、一連の音波Ｐ１にそれぞれ対応する周波数に関連付けられた目標音圧で発生するように音波発生装置１０を制御する送波処理と、対象空間からの音波を受信する受波装置２０から受波装置２０で受信した音波を示す受波信号を取得し、受波信号に基づいて物体があるかどうかを判定する判定処理とを含む。一連の音波Ｐ１の周波数は、所定の周波数範囲内で変化する。目標音圧は、受波装置２０の所定音圧の音波に対する感度の周波数特性に基づいて、受波装置２０の目標音圧の音波に対する感度が所定値に一致するように設定される。所定値は、受波装置２０の所定音圧の音波Ｐ１に対する感度の、所定の周波数範囲内での最大値である。この構成によれば、物体の検知精度を向上することができる。

【0051】

また、物体検知システム１において、判定処理は、一連の音波Ｐ１を示す送波信号と受波信号との相互相関関数のピークの値が閾値以上であれば、物体が存在すると判断する。この構成によれば、物体の検知精度を向上することができる。

【0052】

また、物体検知システム１において、判定処理は、物体があると判定した場合に受波信号に基づいて物体までの距離を決定する。この構成によれば、物体までの距離が得られる。

【0053】

また、物体検知システム１において、音波発生装置１０は、直流電源Ｖ１により充電されるキャパシタＣ１、及び、通電により発熱して音波を発生する音波源１１にキャパシタＣ１から電力を供給する駆動用スイッチング素子Ｔ１を有する駆動回路１２と、駆動回路１２のキャパシタＣ１の両端間電圧Ｖ２を調整することによって音波発生装置１０からの音波の音圧を調整する調整回路１３とを備える。送波処理は、調整回路１３により、音波発生装置１０からの音波の音圧が目標音圧となるようにキャパシタＣ１の両端間電圧Ｖ２を調整し、駆動回路１２の駆動用スイッチング素子Ｔ１を駆動して音波源１１から音波を発生させる。この構成によれば、音波発生装置１０から出力される音波の音圧の調整が容易に行える。

【0054】

また、物体検知システム１において、調整回路１３は、直流電源Ｖ１とキャパシタＣ１との間に電気的に接続されるインダクタＬ１と、インダクタＬ１と直流電源Ｖ１との直列回路に並列に電気的に接続される調整用スイッチング素子Ｔ２とを有する。調整回路１３は、調整用スイッチング素子Ｔ２のオン期間Ｔ２ｏｎによりキャパシタＣ１の両端間電圧Ｖ２を調整する。この構成によれば、回路構成の簡素化が図れる。

【0055】

また、物体検知システム１において、調整回路１３は、ダイオードＤ１を有し、ダイオードＤ１のアノードはインダクタＬ１に電気的に接続され、ダイオードＤ１のカソードはキャパシタＣ１に電気的に接続される。この構成によれば、キャパシタＣ１からインダクタＬ１に電流が流れて意図せずにキャパシタＣ１が放電してしまう可能性を低減できる。

【0056】

また、物体検知システム１において、調整用スイッチング素子Ｔ２は、駆動用スイッチング素子Ｔ１のオン期間Ｔ１ｏｎより前にオンからオフに切り替えられる。この構成によれば、音波の音圧の調整が容易になる。

【0057】

また、物体検知システム１において、駆動用スイッチング素子Ｔ１のスイッチングの周波数は、２０ｋＨｚ以上である。この構成によれば、物体の検知精度を向上できる。

【0058】

（変形例）
本開示の実施の形態は、上記実施の形態に限定されない。上記実施の形態は、本開示の課題を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下に、上記実施の形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。

【0059】

［１．変形例１］
図５は、変形例１の音波発生装置１０Ａの構成例の回路図である。音波発生装置１０Ａは、音波源１１と、駆動回路１２Ａと、調整回路１３Ａとを備える。音波発生装置１０Ａは、音波発生装置１０と同様に制御回路１４を備えるが、図５では制御回路１４の図示を省略している。

【0060】

駆動回路１２Ａは、通電により発熱して音波を発生する音波源１１に所定のキャパシタから電力を供給する駆動用スイッチング素子Ｔ１を有する。駆動用スイッチング素子Ｔ１は、音波源１１への電力の供給を制御するために用いられる。駆動用スイッチング素子Ｔ１は、音波源１１とグランドとの間に接続される。駆動用スイッチング素子Ｔ１がオンであれば、音波源１１に電力が供給される。駆動用スイッチング素子Ｔ１がオフであれば、音波源１１に電力が供給されない。駆動用スイッチング素子Ｔ１がオンオフすることで、音波源１１は音波を発生する。駆動用スイッチング素子Ｔ１は、例えば、ｎ型のＭＯＳＦＥＴである。

【0061】

調整回路１３Ａは、電圧が異なる複数（図示例では３）の直流電源Ｖ１－１～Ｖ１－３（以下、総称して符号Ｖ１を付す）によりそれぞれ充電される複数（図示例では３）のキャパシタＣ１－１～Ｃ１－３（以下、総称して符号Ｃ１を付す）の少なくとも一つを所定のキャパシタとして選択することによって音波発生装置１０からの音波の音圧を調整する。図５に示すように、調整回路１３Ａは、複数のキャパシタＣ１－１～Ｃ１－３と、切替回路１３１とを備える。

【0062】

複数のキャパシタＣ１－１～Ｃ１－３は、電圧が異なる複数の直流電源Ｖ１－１～Ｖ１－３によりそれぞれ充電される。キャパシタＣ１は、音波源１１に電力を供給するために用いられる。キャパシタＣ１は、直流電源Ｖ１と音波源１１との接続点とグランドとの間に電気的に接続される。キャパシタＣ１は、直流電源Ｖ１により充電される。キャパシタＣ１は、例えば電解コンデンサ又はセラミックコンデンサである。

【0063】

切替回路１３１は、音波源１１への電力の供給源を、複数のキャパシタＣ１から選択する。より詳細には、切替回路１３１は、音波発生装置１０Ａが周波数に関連付けられた目標音圧で音波を発生するように、複数のキャパシタＣ１の少なくとも一つを音波源１１に電気的に接続する。例えば、キャパシタＣ１及び直流電源Ｖ１の複数の組は、異なる周波数に関連付けられた目標音圧を実現するために用いられる。

【0064】

切替回路１３１は、図５に示すように、複数（図示例では３）のスイッチＳＷ１－１～ＳＷ１－３（以下、総称して符号ＳＷ１を付す）を備える。複数のスイッチＳＷ１－１～ＳＷ１－３は、音波源１１と複数のキャパシタＣ１－１～Ｃ１－３との間に電気的に接続される。切替回路１３１では、複数のスイッチＳＷ１－１～ＳＷ１－３のうちの一つがオン、残りがオフとされる。これによって、複数のキャパシタＣ１－１～Ｃ１－３のうちの一つが音波源１１に電気的に接続される。

【0065】

制御回路１４は、駆動回路１２Ａ及び調整回路１３Ａの切替回路１３１を制御する。制御回路１４は、切替回路１３１のスイッチＳＷ１を制御することによって、音波発生装置１０が、時間とともに周波数が変化する一連の音波Ｐ１を、一連の音波Ｐ１にそれぞれ対応する周波数に関連付けられた目標音圧で発生するように、複数のキャパシタＣ１の少なくとも一つを音波源１１に電気的に接続する。

【0066】

物体検知システム１が音波発生装置１０Ａを備える場合、処理回路３０は、音波発生装置１０Ａの制御回路１４を制御して、以下の送波処理を実行する。送波処理は、調整回路１３Ａにより、複数のキャパシタＣ１から目標音圧に対応するキャパシタＣ１を所定のキャパシタとして選択し、駆動回路１２Ａの駆動用スイッチング素子Ｔ１を駆動して音波源１１から音波を発生させる。

【0067】

このように、物体検知システム１は、音波発生装置１０Ａから出力される時間とともに周波数が変化する一連の音波Ｐ１それぞれの音圧を、周波数に関連付けられた目標音圧に設定できる。つまり、音波Ｐ１の周波数に応じて音圧を設定することが可能である。そのため、受波装置２０の感度の周波数特性による影響を低減することが可能となり、受波信号の変形に起因する物体の検知精度の低下を抑制できる。以上述べたように、物体検知システム１によれば、物体の検知精度を向上することができる。

【0068】

以上述べた物体検知システム１において、音波発生装置１０Ａは、通電により発熱して音波を発生する音波源１１に所定のキャパシタＣ１から電力を供給する駆動用スイッチング素子Ｔ１を有する駆動回路１２Ａと、電圧が異なる複数の直流電源Ｖ１によりそれぞれ充電される複数のキャパシタＣ１の少なくとも一つを所定のキャパシタＣ１として選択することによって音波発生装置１０Ａからの音波の音圧を調整する調整回路１３Ａとを備える。送波処理は、調整回路１３Ａにより、複数のキャパシタＣ１から目標音圧に対応するキャパシタＣ１を所定のキャパシタＣ１として選択し、駆動回路１２Ａの駆動用スイッチング素子Ｔ１を駆動して音波源１１から音波を発生させる。この構成によれば、音波発生装置１０Ａから出力される音波の音圧の調整が容易に行える。

【0069】

［２．変形例２］
図６は、変形例２の音波発生装置１０Ｂの構成例の回路図である。音波発生装置１０Ｂは、複数（図示例では３）の音波源１１－１～１１－３（以下、総称して符号１１を付す）と、駆動回路１２と、調整回路１３Ｂとを備える。音波発生装置１０Ｂは、音波発生装置１０と同様に制御回路１４を備えるが、図６では制御回路１４の図示を省略している。

【0070】

複数の音波源１１－１～１１－３は、直流電源Ｖ１とグランドとの間に電気的に接続される。図６に示すように、複数の音波源１１－１～１１－３は、並列に接続される。

【0071】

駆動回路１２は、直流電源Ｖ１により充電されるキャパシタＣ１、及び、所定の音波源１１にキャパシタＣ１から電力を供給する駆動用スイッチング素子Ｔ１を有する。所定の音波源１１は、複数の音波源１１－１～１１－３から選択される。駆動回路１２は、所定の音波源１１が音波を発生するように所定の音波源１１に電力を供給する。また、駆動回路１２は、抵抗器Ｒ１を備える。抵抗器Ｒ１は、キャパシタＣ１と直流電源Ｖ１との間に電気的に接続される過電流保護素子を構成する。

【0072】

調整回路１３Ｂは、複数の音波源１１－１～１１－３の少なくとも一つを所定の音波源１１として選択することによって音波発生装置１０Ｂからの音波の音圧を調整する。図６に示すように、調整回路１３Ｂは、キャパシタＣ１からの電力の供給先を複数の音波源１１－１～１１－３から選択する。より詳細には、調整回路１３Ｂは、音波発生装置１０Ｂが周波数に関連付けられた目標音圧で音波を発生するように、複数の音波源１１－１～１１－３の少なくとも一つをキャパシタＣ１に電気的に接続する。複数の音波源１１は、異なる周波数に関連付けられた目標音圧を実現するために用いられる。

【0073】

調整回路１３Ｂは、図６に示すように、複数（図示例では３）のスイッチＳＷ２－１～ＳＷ２－３（以下、総称して符号ＳＷ２を付す）を備える。複数のスイッチＳＷ２－１～ＳＷ２－３は、複数の音波源１１－１～１１－３とキャパシタＣとの間に電気的に接続される。調整回路１３Ｂでは、複数のスイッチＳＷ２－１～ＳＷ２－３のうちの一つがオン、残りがオフとされる。これによって、複数の音波源１１－１～１１－３のうちの一つがキャパシタＣ１に電気的に接続される。

【0074】

制御回路１４は、駆動回路１２及び調整回路１３Ｂを制御する。制御回路１４は、調整回路１３ＢのスイッチＳＷ２を制御することによって、音波発生装置１０Ｂが周波数に関連付けられた目標音圧で音波を発生するように、複数の音波源１１の少なくとも一つをキャパシタＣ１に電気的に接続する。

【0075】

物体検知システム１が音波発生装置１０Ｂを備える場合、処理回路３０は、音波発生装置１０Ｂの制御回路１４を制御して、以下の送波処理を実行する。送波処理は、調整回路１３Ｂにより、複数の音波源１１から目標音圧に対応する音波源１１を所定の音波源１１として選択し、駆動回路１２の駆動用スイッチング素子Ｔ１を駆動して所定の音波源１１から音波を発生させる。

【0076】

このように、物体検知システム１は、音波発生装置１０Ｂから出力される時間とともに周波数が変化する一連の音波Ｐ１それぞれの音圧を、周波数に関連付けられた目標音圧に設定できる。つまり、音波Ｐ１の周波数に応じて音圧を設定することが可能である。そのため、受波装置２０の感度の周波数特性による影響を低減することが可能となり、受波信号の変形に起因する物体の検知精度の低下を抑制できる。以上述べたように、物体検知システム１によれば、物体の検知精度を向上することができる。

【0077】

以上述べた物体検知システム１において、音波発生装置１０Ｂは、それぞれ通電により発熱して異なる音圧の音波を発生する複数の音波源１１と、直流電源Ｖ１により充電されるキャパシタＣ１、及び、所定の音波源１１にキャパシタＣ１から電力を供給する駆動用スイッチング素子Ｔ１を有する駆動回路１２と、複数の音波源１１の少なくとも一つを所定の音波源１１として選択することによって音波発生装置１０Ｂからの音波の音圧を調整する調整回路１３Ｂとを備える。送波処理は、調整回路１３Ｂにより、複数の音波源１１から目標音圧に対応する音波源１１を所定の音波源１１として選択し、駆動回路１２の駆動用スイッチング素子Ｔ１を駆動して所定の音波源１１から音波を発生させる。この構成によれば、音波発生装置１０Ｂから出力される音波の音圧の調整が容易に行える。

【0078】

［３．その他の変形例］
上記実施の形態では、一連の音波Ｐの周波数は、時間とともに減少するが、これに限らず、時間とともに増加してよい。

【0079】

一変形例では、所定値は、受波装置２０の所定音圧の音波に対する感度の、所定の周波数範囲内での代表値でなくてもよい。つまり、所定値は、所望の値であってよい。ただし、所定値が受波装置２０の所定音圧の音波に対する感度の、所定の周波数範囲内での代表値であれば、所定音圧と目標音圧との差を小さくできて、目標音圧の設定が容易になる。

【0080】

一変形例では、所定範囲は、受波装置２０の所定音圧の音波に対する感度の周波数特性を考慮して、受波装置２０の感度の周波数特性による影響を低減できるように設定されていればよい。

【0081】

変形例１において、直流電源Ｖ１の数及びキャパシタＣ１の数は特に限定されない。調整回路１３Ａは、必要に応じて、２以上のキャパシタＣ１を音波源１１に接続してよい。変形例１では、複数のキャパシタＣ１は音波源１１に並列的に接続されているが、音波源１１に直列的に接続されてよい。この場合、切替回路１３１によって、複数のキャパシタＣ１の直列接続の数を変えることで音波源１１に印加される電圧を調整できる。変形例１の構成は、音波発生装置１０及び音波発生装置１０Ｂにも適用可能である。

【0082】

変形例２において、音波源１１の数は特に限定されない。調整回路１３Ｂは、必要に応じて、２以上の音波源１１をキャパシタＣ１に接続してよい。変形例２では、複数の音波源１１はキャパシタＣ１に並列的に接続されているが、キャパシタＣ１に直列的に接続されてよい。この場合、調整回路１３Ｂによって、複数の音波源１１の直列接続の数を変えることで音圧を調整できる。変形例２の構成は、音波発生装置１０及び音波発生装置１０Ａにも適用可能である。

【0083】

一変形例では、抵抗器Ｒ１の代わりに別の過電流保護素子が用いられてよい。過電流保護素子の例としては、電流ヒューズ、ヒューズ抵抗及びバイメタル等が挙げられる。また、過電流保護素子は必須ではない。

【0084】

（態様）
上記実施の形態及び変形例から明らかなように、本開示は、下記の態様を含む。以下では、実施の形態との対応関係を明示するためだけに、符号を括弧付きで付している。

【0085】

第１の態様は、物体検知システム（１）であって、通電により発熱して音波を発生する音波発生装置（１０；１０Ａ；１０Ｂ）と、前記音波発生装置（１０；１０Ａ；１０Ｂ）からの音波を利用して対象空間の物体の検知をする物体検知処理を実行する処理回路（３０）とを備える。前記物体検知処理は、前記音波発生装置（１０；１０Ａ；１０Ｂ）が、時間とともに周波数が変化する一連の音波（Ｐ１）を、前記一連の音波（Ｐ１）にそれぞれ対応する周波数に関連付けられた目標音圧で発生するように前記音波発生装置（１０；１０Ａ；１０Ｂ）を制御する送波処理と、前記対象空間からの音波を受信する受波装置（２０）から前記受波装置（２０）で受信した音波を示す受波信号を取得し、前記受波信号に基づいて前記物体があるかどうかを判定する判定処理とを含む。前記目標音圧は、前記受波装置（２０）の所定音圧の音波に対する感度の周波数特性に基づいて、前記受波装置（２０）の前記目標音圧の音波に対する感度が所定値を含む所定範囲にあるように設定される。前記一連の音波（Ｐ１）の周波数は、所定の周波数範囲内で変化する。前記所定値は、前記受波装置（２０）の所定音圧の音波（Ｐ１）に対する感度の、前記所定の周波数範囲内での最大値である。この態様によれば、物体の検知精度を向上することができる。

【0086】

第２の態様は、第１の態様に基づく物体検知システム（１）である。第２の態様において、前記所定範囲の上限は、前記所定値以上であり、前記所定範囲の中央値は、前記所定値以下である。この態様によれば、物体の検知精度を向上することができる。

【0087】

第３の態様は、第１又は第２の態様に基づく物体検知システム（１）である。第３の態様において、前記所定範囲の下限は、前記所定値以下で、前記受波装置の所定音圧の音波に対する感度の、前記所定の周波数範囲内での最小値より大きい。この態様によれば、物体の検知精度を向上することができる。

【0088】

第４の態様は、第３の態様に基づく物体検知システム（１）である。第４の態様において、前記所定範囲の上限は、前記所定値である。この態様によれば、物体の検知精度を向上することができる。

【0089】

第５の態様は、第３又は第４の態様に基づく物体検知システム（１）である。第５の態様において、前記受波装置（２０）の所定音圧の音波に対する感度が所定値未満である周波数の音波の目標音圧は、前記所定音圧より大きい。この態様によれば、物体の検知精度を向上することができる。

【0090】

第６の態様は、第１の態様に基づく物体検知システム（１）である。第６の態様において、前記所定範囲は、前記所定値の±１０％の範囲である。この態様によれば、物体の検知精度を向上することができる。

【0091】

第７の態様は、物体検知システム（１）であって、通電により発熱して音波を発生する音波発生装置（１０；１０Ａ；１０Ｂ）と、前記音波発生装置（１０；１０Ａ；１０Ｂ）からの音波を利用して対象空間の物体の検知をする物体検知処理を実行する処理回路（３０）とを備える。前記物体検知処理は、前記音波発生装置（１０；１０Ａ；１０Ｂ）が、時間とともに周波数が変化する一連の音波（Ｐ１）を、前記一連の音波（Ｐ１）にそれぞれ対応する周波数に関連付けられた目標音圧で発生するように前記音波発生装置（１０；１０Ａ；１０Ｂ）を制御する送波処理と、前記対象空間からの音波を受信する受波装置（２０）から前記受波装置（２０）で受信した音波を示す受波信号を取得し、前記受波信号に基づいて前記物体があるかどうかを判定する判定処理とを含む。前記一連の音波（Ｐ１）の周波数は、所定の周波数範囲内で変化する。前記目標音圧は、前記受波装置（２０）の所定音圧の音波に対する感度の周波数特性に基づいて、前記受波装置（２０）の前記目標音圧の音波に対する感度が所定値に一致するように設定される。前記所定値は、前記受波装置（２０）の所定音圧の音波（Ｐ１）に対する感度の、前記所定の周波数範囲内での最大値である。この態様によれば、物体の検知精度を向上することができる。

【0092】

第８の態様は、第１～第７の態様のいずれか一つに基づく物体検知システム（１）である。第８の態様において、前記判定処理は、前記一連の音波（Ｐ１）を示す送波信号と前記受波信号との相互相関関数のピークの値が閾値以上であれば、前記物体が存在すると判断する。この態様によれば、物体の検知精度を向上することができる。

【0093】

第９の態様は、第１～第８の態様のいずれか一つに基づく物体検知システム（１）である。第９の態様において、前記音波発生装置（１０）は、直流電源（Ｖ１）により充電されるキャパシタ（Ｃ１）、及び、通電により発熱して音波を発生する音波源（１１）にキャパシタ（Ｃ１）から電力を供給する駆動用スイッチング素子（Ｔ１）を有する駆動回路（１２）と、前記駆動回路（１２）のキャパシタ（Ｃ１）の両端間電圧（Ｖ２）を調整することによって前記音波発生装置（１０）からの音波の音圧を調整する調整回路（１３）とを備える。前記送波処理は、前記調整回路（１３）により、前記音波発生装置（１０）からの音波の音圧が前記目標音圧となるように前記キャパシタ（Ｃ１）の両端間電圧（Ｖ２）を調整し、前記駆動回路（１２）の駆動用スイッチング素子（Ｔ１）を駆動して前記音波源（１１）から音波を発生させる。この態様によれば、音波発生装置（１０）から出力される音波の音圧の調整が容易に行える。

【0094】

第１０の態様は、第９の態様に基づく物体検知システム（１）である。第１０の態様において、前記調整回路（１３）は、前記直流電源（Ｖ１）と前記キャパシタ（Ｃ１）との間に電気的に接続されるインダクタ（Ｌ１）と、前記インダクタ（Ｌ１）と前記直流電源（Ｖ１）との直列回路に並列に電気的に接続される調整用スイッチング素子（Ｔ２）とを有する。前記調整回路（１３）は、前記調整用スイッチング素子（Ｔ２）のオン期間（Ｔ２ｏｎ）により前記キャパシタ（Ｃ１）の両端間電圧（Ｖ２）を調整する。この態様によれば、回路構成の簡素化が図れる。

【0095】

第１１の態様は、第１０の態様に基づく物体検知システム（１）である。第１１の態様において、前記調整回路（１３）は、ダイオード（Ｄ１）を有し、前記ダイオード（Ｄ１）のアノードは前記インダクタ（Ｌ１）に電気的に接続され、前記ダイオード（Ｄ１）のカソードは前記キャパシタ（Ｃ１）に電気的に接続される。この態様によれば、キャパシタ（Ｃ１）からインダクタ（Ｌ１）に電流が流れて意図せずにキャパシタ（Ｃ１）が放電してしまう可能性を低減できる。

【0096】

第１２の態様は、第１０又は第１１の態様に基づく物体検知システム（１）である。第１２の態様において、前記調整用スイッチング素子（Ｔ２）は、前記駆動用スイッチング素子（Ｔ１）のオン期間（Ｔ１ｏｎ）はオンであり、前記駆動用スイッチング素子（Ｔ１）と同時にオンに切り替えられる。この態様によれば、音波の音圧の調整が容易になる。

【0097】

第１３の態様は、第１～第８の態様のいずれか一つに基づく物体検知システム（１）である。第１３の態様において、前記音波発生装置（１０Ａ）は、通電により発熱して音波を発生する音波源（１１）に所定のキャパシタ（Ｃ１）から電力を供給する駆動用スイッチング素子（Ｔ１）を有する駆動回路（１２Ａ）と、電圧が異なる複数の直流電源（Ｖ１）によりそれぞれ充電される複数のキャパシタ（Ｃ１）の少なくとも一つを前記所定のキャパシタ（Ｃ１）として選択することによって前記音波発生装置（１０Ａ）からの音波の音圧を調整する調整回路（１３Ａ）とを備える。前記送波処理は、前記調整回路（１３Ａ）により、前記複数のキャパシタ（Ｃ１）から前記目標音圧に対応するキャパシタ（Ｃ１）を前記所定のキャパシタ（Ｃ１）として選択し、前記駆動回路（１２Ａ）の駆動用スイッチング素子（Ｔ１）を駆動して前記音波源（１１）から音波を発生させる。この態様によれば、音波発生装置（１０Ａ）から出力される音波の音圧の調整が容易に行える。

【0098】

第１４の態様は、第１～第８の態様のいずれか一つに基づく物体検知システム（１）である。第１４の態様において、前記音波発生装置（１０Ｂ）は、それぞれ通電により発熱して異なる音圧の音波を発生する複数の音波源（１１）と、直流電源（Ｖ１）により充電されるキャパシタ（Ｃ１）、及び、所定の音波源（１１）にキャパシタ（Ｃ１）から電力を供給する駆動用スイッチング素子（Ｔ１）を有する駆動回路（１２）と、前記複数の音波源（１１）の少なくとも一つを前記所定の音波源（１１）として選択することによって前記音波発生装置（１０Ｂ）からの音波の音圧を調整する調整回路（１３Ｂ）とを備える。前記送波処理は、前記調整回路（１３Ｂ）により、前記複数の音波源（１１）から前記目標音圧に対応する音波源（１１）を前記所定の音波源（１１）として選択し、前記駆動回路（１２）の駆動用スイッチング素子（Ｔ１）を駆動して前記所定の音波源（１１）から音波を発生させる。この態様によれば、音波発生装置（１０Ｂ）から出力される音波の音圧の調整が容易に行える。

【0099】

第１５の態様は、第９～第１４の態様のいずれか一つに基づく物体検知システム（１）である。第１５の態様において、前記駆動用スイッチング素子（Ｔ１）のスイッチングの周波数は、２０ｋＨｚ以上である。この態様によれば、物体の検知精度を向上できる。

【産業上の利用可能性】

【0100】

本開示は、音波発生装置に適用可能である。具体的には、音波を利用して物体の検知をする物体検知システムに、本開示は適用可能である。

【符号の説明】

【0101】

１ 物体検知システム
１０，１０Ａ，１０Ｂ 音波発生装置
１１ 音波源
１２，１２Ａ 駆動回路
１３，１３Ａ，１３Ｂ 調整回路
Ｖ１ 直流電源
Ｖ２ 両端間電圧
Ｃ１ キャパシタ
Ｔ１ 駆動用スイッチング素子
Ｔ１ｏｎ オン期間
Ｌ１ インダクタ
Ｔ２ 調整用スイッチング素子
Ｔ２ｏｎ オン期間
Ｄ１ ダイオード
２０ 受波装置
３０ 処理回路
Ｐ１ 音波

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】