CN117836663A - 物体探测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

物体探测装置具备送波器、受波器、和控制部。送波器向物体发送声波。受波器接收声波，并生成表示接收结果的接收信号。控制部控制由送波器所进行的声波的发送，并从受波器获取接收信号。控制部输出发送信号以使送波器发送声波，并获取响应的接收信号(S1、S2、S5、S6)。控制部通过将表示发送信号和接收信号的相关的相关信号复化的复解析(S3、S4、S7、S8)来生成与物体有关的探测信息(S8)。物体探测装置还具备信号校正部，该信号校正部对相关信号、接收信号以及发送信号之中的任一个信号进行校正，使得抑制作为复解析的对象的相关信号中的直流分量(S3、S7)。

Description

物体探测装置及方法
技术领域
本发明涉及基于超声波等的收发来探测到物体的距离等信息的物体探测装置及方法。
背景技术
在非专利文献1中，作为超声波距离测量方法，公开了通过向测量对象发送超声波脉冲并测量直到接收从测量对象反射的回波为止的时间差来求出距离的方法。该方法根据表示发送信号与回波的相关关系的函数的峰值的时间来测量时间差。此时，若使用发送信号与回波的互相关函数，则峰值的时间会受到测量对象的移动所引起的多普勒效应的影响等而变化。因此，非专利文献1的方法求出基于互相关函数和其正交分量的平方和的包络线，根据包络线的峰值的时间来测量时间差。
在先技术文献
非专利文献
非专利文献1：加藤静，黑泽实，平田慎之介，“利用了调制速度不同的LPM信号的超声波距离测量的多通道化”，日本声学会演讲论文集，PP.1563-1564，2011年3月.
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于，提供一种能够精度良好地进行基于声波的收发的与物体有关的探测信息的生成的物体探测装置及方法。
用于解决问题的技术方案
本发明涉及的物体探测装置具备送波器、受波器、和控制部。送波器向物体发送声波。受波器接收声波，并生成表示接收结果的接收信号。控制部控制由送波器所进行的声波的发送，并从受波器获取接收信号。控制部输出发送信号以使送波器发送声波，并获取响应的接收信号。控制部通过将表示发送信号和接收信号的相关的相关信号复化的复解析来生成与物体有关的探测信息。物体探测装置还具备信号校正部，该信号校正部对相关信号、接收信号以及发送信号之中的任一个信号进行校正，使得抑制作为复解析的对象的相关信号中的直流分量。
本发明通过方法及计算机程序、以及它们的组合也能够实现。
发明效果
根据本发明涉及的物体探测装置及方法，能够精度良好地进行基于声波的收发的与物体有关的探测信息的生成。
附图说明
图1是用于说明实施方式1中的位移探测装置的概要的图。
图2是示出实施方式1中的位移探测装置的结构的框图。
图3是示出位移探测装置中的送波器的结构例的图。
图4是示出实施方式1的位移探测装置中的控制部的功能性结构的框图。
图5是用于说明位移探测装置中的发送信号的曲线图。
图6是用于说明位移探测装置中的解析信号的曲线图。
图7是对解析信号的包络线以及相位曲线进行例示的曲线图。
图8是用于说明基于理想的接收信号的解析信号的包络线以及相位曲线的曲线图。
图9是用于说明不包含DC分量的发送信号的曲线图。
图10是用于说明位移探测装置中的与DC分量有关的问题的图。
图11是对实施方式1中的位移探测装置的整体动作进行例示的流程图。
图12是用于说明实施方式1中的位移探测装置的整体动作的图。
图13是对实施方式1的位移探测装置中的解析信号的生成处理进行例示的流程图。
图14是用于说明与位移探测装置有关的效果的图。
图15是示出实施方式2的位移探测装置中的控制部的功能性结构的框图。
图16是对实施方式2中的位移探测装置的整体动作进行例示的流程图。
图17是示出实施方式2的变形例中的控制部的功能性结构的框图。
图18是示出实施方式3的位移探测装置中的控制部的功能性结构的框图。
图19是用于说明实施方式3中的位移探测装置的动作的图。
图20是示出实施方式3的变形例中的位移探测装置的结构的框图。
具体实施方式
以下，参照添加的附图对本发明涉及的物体探测装置的实施方式进行说明。
各实施方式为例示，能够进行在不同的实施方式中示出的结构的部分置换或组合，这是不言而喻的。在实施方式2以后，省略关于与实施方式1共同的事项的记述，仅针对不同点进行说明。特别是，关于同样的结构所带来的同样的作用效果，将不在每个实施方式中逐次提及。
(实施方式1)
在实施方式1中，对应用于物体的微小位移的探测的物体探测装置的一个例子进行说明。以下，作为本实施方式中的物体探测装置的一个例子，对位移探测装置进行说明。
1.结构
1-1.概要
利用图1对实施方式1涉及的位移探测装置的概要进行说明。
图1是用于说明本实施方式的位移探测装置1的概要的图。本实施方式的位移探测装置1利用作为热激励型的声波产生器件的热致发声器而构成。位移探测装置1是通过声波的收发来探测到物体3的距离等信息并生成与物体3有关的探测信息的装置。
位移探测装置1例如在医疗用途中，能够用于测定患者的心率或呼吸。该情况下的探测对象的物体3例如包括患者的体表。此外，位移探测装置1不限于医疗用途，能够应用于各种各样的用途。例如，在车载用途中汽车的驾驶员或乘客等也可以是位移探测装置1的探测对象。此外，探测对象的物体3不限于人等生物体，也可以是物品等。位移探测装置1例如也可以在工业用途中应用于容器的产品检查等，还可以用于测定到在容器表面粘贴了标签的部分为止的微小的距离变化。
在位移探测装置1中，在这样的微小的距离等信息的探测中，频率随时间而变化的线性调频脉冲波发送给物体3，并接收线性调频脉冲波被物体3反射的反射波、即回波。在位移探测装置1中，通过使用热致发声器，从而能够产生线性调频脉冲波这样的具有宽频带的频率特性的声波。
本实施方式的位移探测装置1重复上述那样的声波的收发，来探测到物体3的距离的变化、即物体3的位移。物体3的位移是本实施方式中的探测信息的一个例子。以下，对位移探测装置1的结构的详情进行说明。
1-2.装置结构
利用图1～图3对本实施方式的位移探测装置1的结构进行说明。图2是示出位移探测装置1的结构的框图。图3是示出本实施方式的位移探测装置1中的送波器的结构例的图。
例如，如图2所示，本实施方式的位移探测装置1具备送波器10、受波器11、控制部13、和存储部14。例如，如图1所示，送波器10和受波器11相互接近地配置于位移探测装置1中的与物体3对置的侧面。送波器10以及受波器11例如被连接为能够经由各种信号线而与控制部13进行通信。
本实施方式的送波器10构成为包含热致发声器作为声源。送波器10例如产生具有20kHz以上的频率的超声波。送波器10通过热致发声器能够产生例如在20kHz至100kHz程度这样的宽频带中调制了频率的线性调频脉冲波。本实施方式的送波器10例如产生基于频率随着时间线性地变化的线性频率线性调频脉冲的线性调频脉冲波。此外，送波器10通过使用热致发声器从而能够构成得小型并且轻量。
送波器10也可以包含对热致发声器进行驱动的驱动电路等。送波器10例如基于从控制部13输入的发送信号，通过驱动电路对热致发声器进行驱动，由此产生声波。送波器10例如也可以包含由MOSFET形成的开关电路作为驱动电路。也可以通过送波器10的驱动电路来设定所产生的声波的频带、表示使频率变化的期间的线性调频脉冲长度、强度、信号长度、以及指向性等。未必一定限于超声波，送波器10也可以产生各种各样的频带的声波。送波器10也可以是不特别具有指向性的各种无指向性声源，还可以是可变或固定的指向性声源。
图3的(a)示出本结构例中的送波器10的俯视图。图3的(b)示出图3的(a)的A-A’剖面处的送波器10的剖视图。送波器10作为对空气进行加热而产生声波的热致发声器的结构，例如具备发热体41、基板42、一对电极43a、43b、和隔热层44。
发热体41以及隔热层44层叠在基板42上。发热体41由电阻体构成，通过经由电极43流动来自驱动电路的电流而发热。发热体41设置为形成与空气接触的发声面41a，通过温度变化而使发声面41a的周围的空气膨胀或收缩。由此，从发声面41a的附近产生空气的压力即声波。隔热层44设置在发热体41与基板42之间，抑制从发热体41向与发声面41a相反侧的热传导。基板42对从发热体41传导的热进行散热。
返回图2，受波器11例如由MEMS(Micro Electro Mechanical System，微机电系统)传声器等传声器构成。受波器11接收来自物体3的回波，并生成表示接收结果的接收信号。受波器11与送波器10的间隔例如可考虑所设想的探测时的从位移探测装置1到物体3的距离而预先设定。受波器11不限于MEMS传声器，例如也可以由具有能够接收从送波器10发送的宽频带的超声波的频率特性的其他传声器构成。例如，对于受波器11，也可以使用电容传声器。受波器11可以为无指向性，也可以适当具有各种各样的指向性。
控制部13对位移探测装置1的整体动作进行控制。控制部13例如由微型计算机构成，与软件协作而实现给定的功能。控制部13读出保存于存储部14的数据以及程序并进行各种各样的运算处理，实现各种功能。控制部13例如生成用于使送波器10产生线性调频脉冲波的发送信号，并输出到送波器10。控制部13例如将所生成的发送信号保持于存储部14。在本实施方式的位移探测装置1中，控制部13例如作为功能性结构而具备对信号应用抵消(offset)校正的DC抵消部15(后述)。DC抵消部是本实施方式中的信号校正部的一个例子。关于控制部13的详情，将后述。
另外，控制部13也可以是设计为实现给定的功能的专用的电子电路、能够重构的电子电路等硬件电路。控制部13也可以由CPU、MPU、DSP、FPGA、ASIC等各种各样的半导体集成电路构成。此外，控制部13也可以包含模拟/数字(A/D)转换器以及数字/模拟(D/A)转换器而构成，还可以对各种信号应用A/D变换或D/A变换。
存储部14是存储为了实现控制部13的功能所需的程序以及数据的存储介质，例如由闪存构成。例如，存储部14存储通过控制部13而生成的发送信号。
1-3.关于控制部
利用图4对本实施方式的位移探测装置1中的控制部13的详情进行说明。
图4是示出控制部13的功能性结构的框图。如图4所示，控制部13例如作为功能部，除了DC抵消部15之外，还包含FFT部131a、131b、互谱运算部132、希尔伯特变换部133、IFFT部134a、134b、以及解析处理部135。DC抵消部15通过除去信号所包含的后述的直流(DC)分量的运算处理，来实现对信号进行校正的抵消校正的功能。各功能部131～135各自分别实现快速傅里叶变换(FFT)、互谱运算、希尔伯特变换、逆快速傅里叶变换(IFFT)、以及后述的解析处理的各功能。
控制部13例如从存储部14输入发送信号Sd以及从受波器11输入接收信号Sr，来进行基于各功能部131～135的信号处理。各功能部131～135例如能够以后述那样的给定的测定帧频(例如，30帧/秒)而周期性地进行动作。
为了基于每帧的发送信号Sd和接收信号Sr来生成解析信号，进行基于各功能部131～135之中的FFT部131至IFFT部134的一系列的处理。解析信号是由发送信号Sd和接收信号Sr的互相关函数构成的复信号，用于位移探测装置1中的位移的探测。互相关函数在时域中表示2个信号Sd、Sr间的相关。
FFT部131a在输入到控制部13的发送信号Sd中对快速傅里叶变换进行运算，并将从时域变换到频域的变换结果输出到互谱运算部132。FFT部131b在输入到控制部13的接收信号Sr中与发送信号Sd同样地对快速傅里叶变换进行运算，并将变换结果输出到互谱运算部132。
互谱运算部132根据FFT部131对各信号Sd、Sr的傅里叶变换的结果来运算互谱。在本实施方式中，互谱运算部132将运算出的互谱输出到DC抵消部15。互谱对应于发送信号Sd和接收信号Sr的互相关函数的傅里叶变换，来规定互相关函数的多个频率分量。通过对互谱应用逆傅里叶变换，从而可得到互相关函数。
在本实施方式的位移探测装置1中，DC抵消部15在互谱中进行抵消校正的运算，并将运算结果输出到希尔伯特变换部133以及IFFT部134b。
希尔伯特变换部133对所输入的互谱的希尔伯特变换进行运算，并将使互谱的各频率分量各移动了π/2的变换结果输出到IFFT部134a。
IFFT部134a在应用了希尔伯特变换的互谱中对逆快速傅里叶变换进行运算，并将从频域变换到时域的变换结果输出到解析处理部135。IFFT部134b在应用希尔伯特变换之前的互谱中对逆快速傅里叶变换进行运算，并将变换结果输出到解析处理部135。
通过以上的运算处理，作为基于IFFT部134b的变换结果而输出表示收发信号Sd、Sr间的互相关函数的信号I，作为基于IFFT部134a的变换结果而输出与信号I处于正交关系的信号Q。
解析处理部135生成将各信号I、Q分别作为实数部以及虚数部而具有的解析信号，并进行与解析信号相关的处理。像这样基于发送信号Sd和接收信号Sd而生成的解析信号表示复域中的解析函数。以下，将上述各信号I、Q分别称为解析信号的同相分量I以及正交分量Q。
以上那样的控制部13的各种功能例如可以通过保存于存储部14的程序来实现，各种功能的一部分或全部也可以通过硬件电路来实现。
1-4.关于发送信号
利用图5对本实施方式的位移探测装置1中的发送信号Sd进行说明。
图5是用于说明本实施方式的位移探测装置1中的发送信号Sd的曲线图。图5的(a)对信号数据D11进行例示，其中，该信号数据D11表示在位移探测装置1的送波器10中用于由驱动电路驱动热致发声器的发送信号Sd。例如，为了控制部13将发送信号Sd输出到送波器10，信号数据D11预先保存于存储部14。
在位移探测装置1中，作为发送信号Sd而使用脉冲状的开关信号。在图5的(a)的例子中，作为发送信号Sd，输出基于在连续脉冲中使各脉冲的时间宽度随时间而变化的脉冲宽度调制的线性调频脉冲信号。如图5的(a)所示，信号数据D11表示基于振幅以电压“0”为基准而在从零值到正的范围内变化的无符号脉冲的信号。在图5中为了说明而用虚线图示了基于正弦线性调频脉冲的信号的波形。
位移探测装置1的送波器10基于发送信号Sd来切换驱动电路的接通状态和断开状态。由此，在送波器10的热致发声器中，图3中例示的发热体41重复发热和停止发热，从而产生连续脉冲状的声波。上述的发送信号Sd的基准例如对应于热致发声器的断开状态、即停止发热的状态。如图5的(a)所示，这样的本实施方式的位移探测装置1中的发送信号Sd与正弦线性调频脉冲信号不同，包含平均振幅从零值偏离的直流(DC)分量C1。例如，基于信号数据D11的发送信号Sd由于振幅以零值为基准仅向正的一侧变化，因此包含正的DC分量C1。
在本实施方式的位移探测装置1中，作为发送信号Sd，不限于图5的(a)的信号数据D11，也可以使用其它信号数据。图5的(b)作为能够利用于发送信号Sd的其它信号数据的一个例子而例示信号数据D12。信号数据D1 2表示基于振幅以负的电压为基准而在从负到正的范围内变化的负(-)基准的有符号脉冲的信号。在基于信号数据D12的发送信号Sd中，包含负的DC分量C1。
此外，发送信号Sd不限于脉冲宽度调制，例如也可以是基于脉冲间隔调制的线性调频脉冲信号。脉冲间隔调制使在连续脉冲中相邻的脉冲彼此的间隔、即脉冲的断开状态的期间随时间而变化。由此，能够缩短接通状态的期间，能够降低送波器10中的功率的消耗。此外，发送信号Sd在图5的(a)、(b)的例子中是频率随时间而减少的下降线性调频脉冲信号，但也可以是频率随时间而增加的上升线性调频脉冲信号。
此外，发送信号Sd不限于线性频率线性调频脉冲，例如也可以是基于周期随着时间线性地变化的线性周期线性调频脉冲的线性调频脉冲信号。此外，发送信号Sd例如也可以是用于产生使用了M系列码或Gold码等扩频码的宽频带调制波的信号。
2.动作
以下，对如以上那样构成的位移探测装置1的动作进行说明。
2-1.关于微小位移的探测方法
作为本实施方式的位移探测装置1的动作例，利用图1、图6以及图7对探测到物体3的距离的变化、即物体3的位移的方法进行说明。
例如，如图1所示，本实施方式的位移探测装置1将从送波器10向物体3发送1次的线性调频脉冲波并由受波器11接收该线性调频脉冲波的回波的动作作为1帧的测定动作，依次执行各帧的测定动作。在位移探测装置1中，控制部13按每个测定帧生成解析信号，使得对发送信号和接收信号的相关进行解析。
图6是用于说明位移探测装置1中的解析信号z(t)的曲线图。在图6中，对1帧份的解析信号z(t)进行例示。解析信号z(t)通过包含表示发送信号和接收信号的互相关函数的同相分量I(t)作为实部并包含对应的正交分量Q(t)作为虚部而被复化，具有复数的值域。
位移探测装置1例如求出解析信号z(t)的包络线E(t)＝|z(t)|，并检测峰值时刻t0。峰值时刻t0是在1帧的解析信号z(t)中振幅|z(t)|成为最大的定时，可认为是在该帧的线性调频脉冲波的收发中与由物体3反射时对应的定时。
本实施方式的位移探测装置1在将互相关函数复化的解析信号z(t)中，除了包络线E(t)之外还对相位∠z(t)进行解析。图7的(a)对图6的解析信号z(t)的包络线E(t)进行例示。图7的(b)对图6的解析信号z(t)的相位曲线θ(t)进行例示。
相位曲线θ(t)示出在解析信号z(t)中的复数的值域中规定的相位∠z(t)和时刻t的对应关系。图7的(b)中例示的相位曲线θ(t)在与图7的(a)的包络线E(t)中的振动连动的锯齿状的曲线图形状中，具有陡峭的梯度。相位曲线θ(t)的梯度由解析信号z(t)中的每个时刻t的频率(即，瞬时频率)来规定。
在每帧的解析信号z(t)的相位曲线θ(t)中，该帧的峰值时刻t0下的相位∠z(t0)在理论上为零值，可认为具有与安装上的各种噪声相应的偏移值。此外，在相位曲线θ(t)中，理论上可认为在包络线E(t)的峰值时刻t0附近线性度比较高。
本实施方式的位移探测装置1例如在连续的2帧间以一个帧中的峰值时刻t0为基准而计算2帧间的相位差，并通过根据相位差的换算来测定物体3的位移量。在这样的根据相位差的换算中，例如能够根据相位曲线θ(t)的梯度的陡峭度来高精度地计算微小的位移量。
2-2.DC分量的问题
本实施方式的位移探测装置1通过使用如以上那样将互相关函数复化而得到的解析信号z(t)的复解析，能够实现微小位移等高精度的物体探测。根据本申请发明人的潜心研究，在上述那样的复解析中发送信号Sd以及接收信号Sr的DC分量可能阻碍高精度的探测的问题变得明确。利用图8～图10对这样的与收发信号的DC分量相关的问题进行说明。
图8是用于说明基于理想的接收信号的解析信号z(t)的包络线以及相位曲线的曲线图。图9是用于说明不包含DC分量的发送信号的曲线图。图10是用于说明位移探测装置1中的与DC分量相关的问题的图。
图8的(a)示出在接收信号Sr中不包含DC分量的情况下基于图5以及图9的各信号和接收信号Sr的解析信号z(t)的包络线。各解析信号z(t)通过将图5以及图9的各信号数据D01～D12用于发送信号Sd并将与接收信号Sr的互相关函数复化而生成。图8的(b)示出与图8的(a)的包络线相同的各解析信号z(t)的相位曲线。
图9对不包含DC分量的发送信号的信号数据D01、D02进行例示。图9的(a)示出基于正弦线性调频脉冲的信号数据D01。图9的(b)示出基于零基准的有符号脉冲的信号数据D02。
在图8的(a)中，包络线E11、E12分别示出将图5的(a)、(b)的信号数据D11、D12用于发送信号Sd的情况下的解析信号z(t)的振幅。包络线E01、E02示出使用了图9的(a)、(b)的信号数据D01、D02的情况下的振幅。图8的(b)的相位曲线θ11、θ12、θ01、θ02分别示出图8的(a)的包络线E11、E12、E01、E02的解析信号z(t)的相位。
在解析信号z(t)中，在接收信号Sr中没有DC分量的情况下，可认为与发送信号Sd的DC分量无关地能够实现高精度的复解析。例如，如图8的(a)所示，能够从各包络线E01～E12检测峰值时刻t0。此外，如图8的(b)所示，各相位曲线001～θ12彼此具有同样的曲线形状，例如均在峰值时刻t0附近具有陡峭的梯度。
以上那样的图8的(a)、(b)的例子是使用了不包含DC分量的接收信号Sr的理想的情况。但是，在位移探测装置1中，可认为接收信号Sr包含与安装上的各种噪声等相应的DC分量。例如，由于声波传播中的环境噪声、以及受波器11或控制部13的各种电路中的基准电压的偏离等，在实用上的接收信号Sr中平均振幅会从零值偏离。
此外，图9的(a)、(b)中例示的各信号数据D01、D02通过振幅以电压“0”为基准而向正和负这两侧变化，从而构成不包含DC分量的发送信号。这样的信号数据D01、D02的基准难以符合例如热致发声器停止发热的状态。相对于此，本实施方式的位移探测装置1中的发送信号Sd与这样的图9的(a)、(b)的例子不同，例如根据如图5的(a)、(b)所示的信号数据D11、D12那样与热致发声器停止发热的状态对应的基准而包含DC分量。
图10的(a)、(b)分别示出在接收信号Sr中包含DC分量的情况下基于图5以及图9的各信号和接收信号Sr的解析信号z(t)的包络线以及相位曲线。图10的(a)的包络线E01～E12与图8的(a)同样地，分别示出将信号数据D01～D12用于发送信号Sd的情况下的解析信号z(t)的振幅。图10的(b)的相位曲线θ01～e12分别示出图10的(a)的包络线E01～E12的解析信号z(t)的相位。
根据图9的(a)、(b)的信号数据D01、D02，例如，如图10的(a)所示，即使在接收信号Sr中有DC分量的情况下，也可与接收信号中没有DC分量的图8的(a)的情况同样地求出包络线E01、E02。像这样，可认为只要使用不包含DC分量的发送信号，在包络线E01、E02的解析信号z(t)中，就与接收信号Sr中的DC分量的有无无关地能够实现高精度的复解析。然而，在本实施方式的位移探测装置1中，例如如前述那样使用对热致发声器的发热进行控制的信号数据D11、D12(图5的(a)、(b))，因此发送信号Sd包含DC分量。
在图10的(a)中，将信号数据D11、D12用于发送信号Sd的包络线E11、E12从图8的(a)的例子在曲线形状上产生了形变。在该情况下，可认为在包络线E11、E12的解析信号z(t)中，难以精度良好地进行复解析。例如，可设想如下状况，即，由于在包络线E11中与峰值不同的旁瓣的振幅大、在包络线E12中出现了两处峰值等，难以从各包络线E11、E12精度良好地检测峰值时刻。
此外，即使在图10的(b)中，也可与接收信号Sr中没有DC分量的图8的(b)的例子同样地得到相位曲线θ01、θ02，但另一方面，相位曲线θ11、θ12从图8的(b)的例子大幅形变。在该情况下，难以进行基于使用了相位曲线θ11、θ12上的相位∠z(t)的相位差的高精度的位移探测。
如以上那样，在使用包含DC分量的发送信号Sd的位移探测装置1中，若在接收信号Sr中包含DC分量，则在解析信号z(t)中，有时难以精度良好地运算包络线E(t)以及相位∠z(t)。例如由于收发信号Sd、Sr的DC分量，在信号Sd、Sr间的互相关函数中，即使仅为振幅的变化等，在将互相关函数复化而得到的解析信号z(t)中，也可认为有包络线E(t)的峰值时刻t0偏离这样的影响。在该情况下，在位移探测装置1中，可认为有难以利用峰值时刻t0等来精度良好地探测到物体3的距离等信息这样的问题。
因此，在本实施方式的位移探测装置1中，在解析信号z(t)的运算中执行用于除去DC分量的处理。由此，即使在接收信号Sr具有DC分量的情况下，例如也能够从解析信号z(t)的包络线E(t)精度良好地检测峰值时刻t0，从而高精度地探测到物体3的距离等信息。
2-3.整体动作
在本实施方式的位移探测装置1中，关于探测物体3的位移的整体的动作，利用图4以及图11～图14进行说明。
图11是对位移探测装置1的整体动作进行例示的流程图。图12是用于说明本实施方式中的位移探测装置1的整体动作的图。图11的流程图所示的各处理通过位移探测装置1的控制部13例如以每2帧这样的给定的周期来重复执行。
图12的(a)对第1帧以及第2帧的各解析信号z(t)的包络线E1、E2进行例示。图12的(b)对第1帧以及第2帧的各解析信号z(t)的相位曲线θ1、θ2进行例示。在图12中，在第1帧的包络线E1以及相位曲线θ1中，图示了解析信号z(t)的采样点中的峰值时刻t0附近的5点。采样点表示作为离散信号而生成的解析信号z(t)中的各时刻ti的信号值z(ti)。
在图11的流程图中，首先，位移探测装置1的控制部13将发送信号Sd输出到送波器10，并对送波器10进行控制使得发送基于发送信号Sd的线性调频脉冲波(S1)。根据线性调频脉冲波，例如能够抑制在空气中传播时的衰减，从而精度良好地进行位移的探测。
在线性调频脉冲波发送之后(S1)，控制部13从受波器11获取表示第1帧的接收结果的接收信号Sr(S2)。第1帧的接收结果表示响应于在步骤S1中发送的线性调频脉冲波的回波。
接着，控制部13生成基于收发信号Sd、Sr间的互相关函数的解析信号z(t)(S3)。在这样的解析信号的生成处理(S3)中，本实施方式的位移探测装置1将作为相关信号的一个例子的互相关函数中的DC分量除去。在步骤S3中，控制部13例如作为图4的各功能部131～134以及DC抵消部15，基于第1帧的发送信号Sd以及接收信号Sr来进行解析信号z(t)的生成以及DC分量的除去。
信号Sd、Sr间的互相关函数c(τ)由下式来表示。
[数学式1]
在此，T是1帧份的周期，τ是延迟时间。互相关函数c(τ)表示2个信号Sd、Sr具有延迟时间τ时的相关。
在本实施方式的位移探测装置1中，控制部13在频域中与互相关函数c(τ)对应的互谱中，进行除去DC分量的运算处理。控制部13通过根据互谱对逆傅里叶变换进行运算，从而输出表示互相关函数c(τ)的同相分量I。此外，控制部13通过根据互谱的希尔伯特变换对逆傅里叶变换进行运算，从而输出正交分量Q。由此，根据各分量I、Q可得到解析信号z(t)＝I(t)+jQ(t)(j为虚数单位)。
接下来，控制部13例如作为图4的解析处理部135，在除去了DC分量的第1帧的解析信号z(t)中，进行提取相位信息的处理(S4)。
在这样的解析信号的相位提取处理(S4)中，控制部13从解析信号z(t)的包络线E(t)检测峰值时刻t0，并从相位∠z(t)提取包含峰值时刻t0的相位∠z(t0)的相位信息。在检测峰值时刻t0时，控制部13通过同相分量I和正交分量Q的平方和的平方根来计算包络线E(t)＝|z(t)|。
图12的(a)、(b)对应于图7的(a)、(b)，将峰值时刻t0附近放大而示出。在图12的(a)的例子中，在第1帧的包络线E1中检测到了峰值时刻t0。从图12的(b)所示的第1帧的相位曲线θ1上的相位∠z(t)，以峰值时刻t0为基准而提取相位信息。
时刻ti下的相位∠z(ti)通过时刻ti的同相分量I(ti)以及正交分量Q(ti)而如下式那样表示。
∠z(ti)＝arctan(Q(ti)/I(ti))
接下来，控制部13与步骤S1、S2同样地，进行第2次的线性调频脉冲波的收发，接收与第2帧的发送信号Sd相应的接收信号Sr(S5、S6)。
控制部13基于第2帧的发送信号Sd以及接收信号Sr，与步骤S3同样地，在解析信号z(t)的运算中除去DC分量(S7)。这样的解析信号的生成处理(S3、S7)的详情将后述。
接着，控制部13利用第1帧的相位信息和从第2帧的收发信号Sd、Sr生成的解析信号z(t)的相位信息，来进行根据2帧间的相位信息的差分计算物体3的位移量Δx的处理(S8)。在这样的帧间的位移计算处理(S8)中，控制部13例如作为图4所示的解析处理部135，提取第2帧的解析信号z(t)中的相位信息。在图12的(b)的例子中，例如以第1帧的峰值时刻t0为基准，从第2帧的相位曲线θ2上的相位∠z(t)提取第2帧的相位信息。
在帧间的位移计算处理(S8)中，控制部13对各帧的相位信息的差分进行运算，来计算峰值时刻t0下的帧间的相位差然后，控制部13通过根据这样的峰值相位差/>的换算来计算帧间的位移量Δx。
帧间的位移量Δx如下式那样表示。
[数学式2]
在此，c为声速，π为圆周率，fc为解析信号z(t)的中心频率。在本实施方式中的帧间的位移计算处理(S8)中，fc根据第1帧的解析信号z(t)来决定，例如作为峰值时刻t0下的相位∠z(t0)的梯度(即，瞬时频率)来计算。例如，从精度良好地计算相位∠z(t0)的梯度的观点出发，控制部13作为瞬时频率fc而计算向峰值时刻t0附近的各采样点的相位的回归直线的斜率，即回归系数。
根据以上的处理，位移探测装置1进行两次的线性调频脉冲波的收发(S1、S2、S5、S6)，在各次的解析信号z(t)的生成中除去互谱的DC分量(S3、S7)。然后，位移探测装置1根据两次的解析信号z(t)的峰值相位差来计算位移量Δx(S8)。由此，即使在发送信号Sd以及接收信号Sr双方包含DC分量的情况下，也能够基于与互谱对应的DC分量已被除去的互相关函数c(τ)实现高精度的复解析。
例如，通过使用了表示互相关函数c(τ)的同相分量I和其正交分量Q的复解析，在解析信号z(t)的包络线E(t)中，能够精度良好地检测峰值时刻t0，进而能够精度良好地提取解析信号z(t)的相位信息。根据这样的峰值时刻t0以及相位信息，例如能够通过根据峰值相位差的换算来高精度地计算位移量Δx。
此外，根据以上的处理，例如能够降低接收信号Sr在空气中的衰减、以及噪声的叠加等所引起的探测误差，即使在与物体3不接触的状态下也能够精度良好地探测物体3的微小的位移。进而，根据这样的位移探测装置1，由于能够在与物体3不接触的状态下进行探测，因此能够使得容易探测微小的位移。
在上述的帧间的位移计算处理(S8)中，说明了对于第2帧的解析信号z(t)仅使用相位信息的例子。取而代之，位移探测装置1例如也可以在第2帧的解析信号z(t)中也检测峰值时刻，并与第1帧的峰值时刻t0一起用于位移量Δx的计算，还可以用于下一个执行周期中的解析信号的相位提取处理(S4)。此外，在帧间的位移计算处理(S8)中，也可以以第2帧的峰值时刻为基准来计算峰值相位差。位移探测装置1例如也可以取代第1帧而在第2帧的解析信号z(t)中检测峰值时刻。
此外，虽然说明了上述的图11的处理以每2帧的周期来执行的例子，但也可以以与上述的例子不同的周期来执行。例如，图11的处理也可以按每1帧来执行，还可以预先保持第2次的线性调频脉冲波的收发(S5、S6)中的收发信号Sd、Sr，并在下一个执行周期中基于所保持的各信号Sd、Sr从解析信号的相位提取处理(S4)开始。
2-3-1.解析信号的生成处理
利用图13以及图14对图11的步骤S3、S7中的解析信号的生成处理的详情进行说明。
图13是对本实施方式的位移探测装置1中的解析信号的生成处理(S3、S7)进行例示的流程图。图14是用于说明与位移探测装置1有关的效果的图。
关于图13的流程图所示的处理，例如在图11的步骤S3中，对于第1帧，在保持了在步骤S1中输出到送波器10的发送信号Sd、以及在步骤S2中获取到的接收信号Sr的状态下开始。此外，在步骤S7中，与第1帧同样地，对于第2帧，在保持了步骤S5的发送信号Sd以及步骤S6的接收信号Sr的状态下开始。
首先，位移探测装置1的控制部13例如作为图4的FFT部131，对发送信号Sd以及接收信号Sr的傅里叶变换进行运算(S11)。
控制部13作为互谱运算部132，基于发送信号Sd以及接收信号Sr的傅里叶变换的运算结果对发送信号Sd和接收信号Sr的互谱进行运算(S12)。互谱通过将各信号Sd、Sr在傅里叶变换中从时域变换到频域而得到的运算结果之积来运算。
接着，控制部13例如作为DC抵消部15，在发送信号Sd和接收信号Sr的互谱中，进行除去DC分量的运算(S13)。在此，将频率设为f，互谱S(f)通过收发信号Sd、Sr间的互相关函数c(τ)的傅里叶变换而如下式那样表示。
[数学式3]
在步骤S13中，控制部13进行运算，使得将频率f为“0”时的互谱S(f)的值S(0)置换为零值。根据上式，S(0)对应于互相关函数c(τ)的DC分量，通过互谱S(f)中的该运算能够在频域中除去互相关函数c(τ)的DC分量。
接下来，控制部13例如作为图4的IFFT部134b，对除去了DC分量的互谱S(f)的逆傅里叶变换进行运算，生成解析信号z(t)的同相分量I(S14)。
控制部13例如作为希尔伯特变换部133，对除去了DC分量的互谱S(f)的希尔伯特变换进行运算之后，作为IFFT部134a，对希尔伯特变换的逆傅里叶变换进行运算并生成解析信号z(t)的正交分量Q(S15)。
控制部13例如在生成正交分量Q之后(S15)，将在步骤S14中生成的同相分量I以及正交分量Q保持于存储部14，并结束解析信号的生成处理(S3、S7)。然后，前进到图11的步骤S4或步骤S8。
根据以上的处理，在发送信号Sd和接收信号Sr的互谱S(f)中除去DC分量(S13)，并基于DC分量除去后的互谱S(f)来生成解析信号z(t)的同相分量I以及正交分量Q(S14、S15)。由此，即使在发送信号Sd以及接收信号Sr双方有DC分量，在与信号Sd、Sr间的互相关函数对应的互谱中也可抑制DC分量。根据该互谱，能够从基于同相分量I以及正交分量Q的包络线E(t)精度良好地检测峰值时刻t0(S4)，进而精度良好地提取峰值时刻t0附近的相位信息(S4、S8)。
图14的(a)、(b)分别示出与图10同样地在接收信号Sr中包含DC分量的情况下从图5以及图9的各信号和接收信号Sr的互相关函数除去DC分量(S13)而生成的解析信号的包络线E(t)以及相位曲线θ(t)。
与图8以及图10同样地，图14的(a)的包络线E11、E12分别对应于将包含DC分量的信号数据D11、D12用于发送信号Sd的情况，包络线E01、E02分别对应于使用了不包含DC分量的信号数据D01、D02的情况。图14的(b)的相位曲线θ01～θ12分别表示图14的(a)的包络线E01～E12的解析信号z(t)的相位。
在图14的(a)、(b)中，即使在接收信号Sr和发送信号Sd双方包含DC分量的情况下，也可得到与图8的(a)、(b)所示的使用了没有DC分量的理想的接收信号Sr的情况同样的包络线E11、E12以及相位曲线θ11、θ12。根据像这样除去DC分量的解析信号的生成处理(S3、S7)，即使在接收信号Sr以及发送信号Sd双方有DC分量，与图10的(a)、(b)的例子不同，也可精度良好地得到包络线E(t)以及相位曲线θ(t)上的相位∠z(t)。
此外，在本实施方式的位移探测装置1中，在频域的互谱S(f)中除去DC分量(S13)。在该情况下，只要进行将零值代入S(0)的运算即可，能够抑制运算量。由此，在位移探测装置1中能够降低处理负荷的同时精度良好地探测距离等信息。
进而，例如即使在互谱的DC分量由于接收信号Sr的DC分量的变动等而变化的情况下，也能够不需要追加的运算就除去DC分量。此外，例如，在存储部14中，除了表示发送信号Sd的信号数据D11(或者信号数据D12)之外也可以不保持用于除去DC分量的追加的数据以及运算值等，能够效率良好地除去DC分量。
另外，在上述的处理中，说明了在生成同相分量I之后(S14)生成正交分量Q(S15)的例子，但步骤S14、S15的执行顺序不限于此。例如，也可以在生成正交分量之后(S15)执行同相分量的生成(S14)。
3.总结
如以上那样，在本实施方式中，作为物体探测装置的一个例子的位移探测装置1具备送波器10、受波器11、和控制部13。送波器10向物体3发送声波。受波器11接收声波，并生成表示接收结果的接收信号Sr。控制部13控制由送波器10所进行的声波的发送，并从受波器11获取接收信号Sr。控制部13输出发送信号Sd以使送波器10发送声波(S1、S5)，并获取响应的接收信号Sr(S2、S6)。控制部13通过将表示发送信号Sd和接收信号Sr的相关的互相关函数c(τ)(相关信号的一个例子)复化的复解析(S3、S4、S7、S8)来计算位移量Δx(S8)，作为生成与物体3有关的探测信息的一个例子。在位移探测装置1中，进一步地，作为对相关信号进行校正以使得抑制作为复解析的对象的相关信号中的直流(DC)分量(S3、S7)的信号校正部的一个例子，作为控制部13的功能性结构而具备DC抵消部15。
根据以上的位移探测装置1，在发送信号Sd和接收信号Sr的相关信号中，可抑制DC分量(S3、S7)。由此，即使在发送信号Sd以及接收信号Sr双方包含DC分量，被复化的相关信号也不受DC分量的影响，使用被复化的相关信号能够精度良好地进行物体3的位移这样的探测信息的生成。
在本实施方式中，DC抵消部15(信号校正部的一个例子)通过将包含互相关函数c(τ)(相关信号的一个例子)的频率分量的互谱中的DC分量除去的运算处理(S13)来校正对应的信号(S3、S7)。由此，在频域的互谱中，能够在抑制除去DC分量时的运算量的同时校正相关信号。
在本实施方式中，作为将发送信号Sd变换为发送谱并将接收信号Sr变换为接收谱的一个例子，控制部13对发送信号Sd以及接收信号Sr的傅里叶变换进行运算(S11)，并基于各傅里叶变换的运算结果(发送谱以及接收谱的一个例子)来计算互谱(S12)。作为信号校正部的一个例子的DC抵消部15进行在互谱中除去DC分量的运算处理(S13)，来对相关信号进行校正(S3、S7)。由此，在相关信号的复解析中，能够效率良好地校正相关信号。
在本实施方式中，控制部13在相关信号的复解析中，生成包含在发送信号Sd和接收信号Sr的相关中规定的振幅|z(t)|以及相位∠z(t)的解析信号z(t)(S3、S7、S11～S15)。由此，能够实现使用了解析信号z(t)的振幅|z(t)|以及相位∠z(t)双方或一方的各种解析。
在本实施方式中，控制部13对解析信号z(t)的包络线E(t)进行运算，并基于运算出的包络线E(t)来检测所述振幅|z(t)|成为最大的定时(S4)，基于峰值时刻t0作为从包络线E(t)检测出的定时的一个例子，来计算物体3的位移量Δx作为生成探测信息的一个例子(S8)。另外，探测信息不限于物体3的位移，例如也可以是基于峰值时刻t0的到物体3的距离等。
在本实施方式中，控制部13基于作为由DC抵消部15(信号校正部的一个例子)抑制了DC分量的相关信号的一个例子的互谱来计算相关信号的正交分量Q(S15)，并将正交分量Q用于复解析。由此，使用正交分量Q，例如较之于仅使用相关信号的情况，能够精度良好地生成到物体3的距离等与物体3有关的探测信息。
在本实施方式中，相关信号由发送信号Sd和接收信号Sr的互相关函数来规定，控制部13基于表示相关信号的同相分量I和正交分量Q进行运算以使得将互相关函数复化，从而进行复解析。由此，在复解析中，能够根据同相分量I以及正交分量Q来生成解析信号z(t)。
在本实施方式中，送波器10包含基于包含DC分量的发送信号Sd而发热并发送声波的热致发声器。根据热致发声器，例如能够产生具有线性调频脉冲波那样的宽频带的频率特性的声波。
本实施方式中的物体探测方法包含：输出发送信号Sd以使送波器1朝向物体3发送声波的步骤(S1、S4)；从接收声波并生成表示接收结果的接收信号的受波器11之中获取响应于所发送的声波的接收信号Sr的步骤(S2、S5)；通过将表示发送信号Sd和接收信号Sr的相关的互相关函数c(τ)(相关信号的一个例子)复化的复解析(S3、S4、S7、S8)来计算物体3的位移量Δx作为生成与物体3有关的探测信息的一个例子的步骤(S8)；和对发送信号Sd、接收信号Sr以及相关信号之中的任一个信号进行校正以使得抑制作为复解析的对象的相关信号中的直流(DC)分量的步骤。关于对发送信号Sd或接收信号Sr进行校正的例子将后述。
在本实施方式中，可提供用于使控制部13执行以上那样的物体探测方法的程序。根据以上的物体探测方法以及程序，能够精度良好地进行基于声波的收发的与物体3有关的探测信息的生成。
(实施方式2)
在实施方式1中，说明了在解析信号的生成处理(S3、S7)中将互谱的DC分量除去(S15)的位移探测装置1。在实施方式2中，说明在解析信号的生成处理中将进行了傅里叶变换的接收信号Sd的DC分量除去的位移探测装置1。
图15是示出实施方式2的位移探测装置1中的控制部13的功能性结构的框图。本实施方式的控制部13除了与实施方式1同样的各功能部131～135之外，还具备对由FFT部131b进行了傅里叶变换的接收信号Sr进行处理的DC抵消部15A来代替DC抵消部15。
在本实施方式的控制部13中，FFT部131b将接收信号Sr的傅里叶变换的运算结果输出到DC抵消部15A。DC抵消部15A在通过傅里叶变换而从时域变换到频域的接收信号Sr中，除去DC分量。傅里叶变换的运算结果由接收信号Sr中包含的多个频率分量来规定，是本实施方式中的接收谱的一个例子。
图16是对实施方式2中的位移探测装置1的整体动作进行例示的流程图。在本实施方式中，控制部13取代实施方式1的包含互谱中的DC分量的除去(S13)在内的解析信号的生成处理(S3、S7)而执行包含傅里叶变换后的接收信号Sr中的除去在内的解析信号的生成处理(S3A、S7A)。
在本实施方式的解析信号的生成处理(S3A、S7A)中，首先，控制部13例如与图13的步骤S11同样地对发送信号Sd以及接收信号Sr的傅里叶变换进行运算。接着，控制部13作为DC抵消部15A，在接收信号Sr的傅里叶变换的运算结果中，进行将接收信号Sr中包含的DC分量除去的运算处理。控制部13例如在进行了傅里叶变换的接收信号Sr中，进行运算使得将频率对应于“0”的分量置换为零值。
接下来，控制部13例如与图13的步骤S12同样地，通过傅里叶变换后的发送信号Sd和除去了DC分量的傅里叶变换后的接收信号Sr之积，对发送信号Sd和接收信号Sr的互谱进行运算。由此，即使在互谱中，频率对应于“0”的分量也成为零值，可得到不具有DC分量的互谱。控制部13基于运算出的互谱来生成解析信号z(t)的同相分量I以及正交分量Q。
根据以上的处理，在傅里叶变换后的接收信号Sr中除去DC分量，并根据发送信号Sd和除去了DC分量的接收信号Sr的互谱来生成解析信号z(t)(S3A、S7A)。由此，能够在接收信号Sr的频域中抑制运算量的同时除去DC分量，还可除去互谱中的DC分量。因此，通过与该互谱对应的互相关函数c(τ)的复解析，能够精度良好地计算解析信号z(t)的包络线E(t)以及相位∠z(t)。
在上述的例子中，在解析信号的生成处理(S3A、S7A)中，说明了在进行了傅里叶变换的接收信号Sr中除去DC分量的位移探测装置1，但除去DC分量的对象不限于接收信号Sr，例如也可以是发送信号Sd。利用图17对实施方式2的变形例中的位移探测装置1进行说明。
本变形例的位移探测装置1例如在与实施方式2同样的结构中，如图17所示，作为控制部13的功能性结构，取代DC抵消部15A而具备DC抵消部15B。DC抵消部15B执行用于在由FFT部131a进行了傅里叶变换的发送信号Sd中除去DC分量的运算处理。DC抵消部15B将除去了DC分量的傅里叶变换后的发送信号Sd输出到互谱运算部132。
在本变形例中，控制部13在与实施方式2同样的解析信号的生成处理(S3A、S7A)中，进行取代接收信号Sr而在傅里叶变换后的发送信号Sr中除去DC分量的运算。由此，与接收信号Sr中的除去同样地，能够在抑制运算量的同时除去发送信号Sd的DC分量。由此，也能够基于在频域中除去了DC分量的发送信号Sd和接收信号Sr来对不具有DC分量的互谱进行运算。进行了傅里叶变换的发送信号Sd是本实施方式中的发送谱的一个例子。另外，本变形例中的DC分量的除去方法、以及上述的各实施方式的除去方法也可以适当组合来执行。
如以上那样，在本实施方式中，作为物体探测装置的一个例子的位移探测装置1在与实施方式1同样的结构中，作为信号校正部的一个例子，取代DC抵消部15而具备DC抵消部15A。DC抵消部15A对接收信号Sr进行校正，使得作为设为复解析的对象的相关信号的一个例子而抑制发送信号Sd和接收信号Sr的互相关函数c(τ)中的DC分量(S3A、S7A)。此外，在本实施方式的变形例中，位移探测装置1作为信号校正部的一个例子，取代DC抵消部15A而具备DC抵消部15B。DC抵消部15B对发送信号Sd进行校正，使得抑制相关信号中的DC分量。
根据以上的位移探测装置1，对发送信号Sd以及接收信号Sr之中的任一个信号进行校正，使得抑制相关信号的DC分量。由此，也能够通过基于校正后的发送信号Sd或接收信号Sr的复解析来精度良好地生成物体3的位移这样的探测信息。
在本实施方式中，DC抵消部15A、15B(信号校正部的一个例子)通过将作为包含接收信号Sr的频率分量的接收谱的一个例子的接收信号Sr的傅里叶变换、以及作为包含发送信号Sd的频率分量的发送谱的一个例子的发送信号Sd的傅里叶变换中的各运算结果之中的任一者中的DC分量除去的运算处理，来校正对应的信号(S3A、S7A)。由此，在发送信号Sd或接收信号Sr的频域中，能够在抑制运算量的同时除去DC分量。
在本实施方式中，控制部13作为将发送信号Sd变换为发送谱并将接收信号Sr变换为接收谱的一个例子，对发送信号Sd以及接收信号Sr的傅里叶变换进行运算(S11)。DC抵消部15A、15B(信号校正部的一个例子)进行在发送信号Sd以及接收信号Sr的各傅里叶变换的运算结果之中的任一者中除去DC分量的运算处理，来校正发送信号Sd以及接收信号Sr之中的对应的信号(S3A、S7A)。由此，基于被校正的傅里叶变换后的发送信号Sd或接收信号Sr，可得到不包含DC分量的互谱(S12)。
根据上述的各实施方式，在作为物体探测装置的一个例子的位移探测装置1中，DC抵消部15、15A、15B(信号校正部的一个例子)对相关信号、接收信号Sr以及发送信号Sd之中的任一个信号进行校正，以使得作为设为复解析的对象的相关信号的一个例子而抑制互相关函数c(τ)中的DC分量(S3、S7、S3A、S7A)。
此外，根据上述的各实施方式，DC抵消部15、15A、15B通过将包含相关信号的频率分量的互谱、作为包含接收信号Sr的频率分量的接收谱的一个例子的进行了傅里叶变换的接收信号Sr、以及作为包含发送信号Sd的频率分量的发送谱的一个例子的进行了傅里叶变换的发送信号Sd之中的任一者中的DC分量除去的运算处理，来校正对应的信号(S3、S7、S13、S3A、S7A)。
(实施方式3)
在实施方式2中，说明了在傅里叶变换后的接收信号Sr中在频域中除去DC分量的位移探测装置1。在实施方式3中，对在傅里叶变换前的接收信号Sr中在时域中除去DC分量的位移探测装置1进行说明。
图18是示出实施方式3的位移探测装置1中的控制部13的功能性结构的框图。在本实施方式的位移探测装置1中，控制部13在与实施方式1同样的结构中，具备在时域中将接收信号Sr的DC分量除去的DC抵消部15C。DC抵消部15C在输入到控制部13的接收信号Sr中，进行对接收信号Sr进行校正以使得抵消DC分量的运算处理，并将运算结果输出到FFT部131b。
图19是用于说明实施方式3涉及的位移探测装置1的动作的图。图19对包含DC分量的接收信号Sr进行例示。在图19的接收信号Sr中，DC分量对应于1帧的期间中的振幅的平均值C1。在本实施方式的位移探测装置1中，控制部13作为DC抵消部15C，基于从受波器11输入的接收信号Sr来计算1帧中的平均值C1并从该帧的各时刻下的接收信号Sr的振幅中减去。
由此，能够基于在时域中除去了DC分量的接收信号Sr和发送信号Sd，例如通过各功能部131～135的处理，对不具有DC分量的互谱进行运算，并生成同相分量I以及正交分量Q。由此，也能够精度良好地对解析信号z(t)的包络线E(t)以及相位∠z(t)进行运算。
在上述的例子中，说明了通过在接收信号Sr中计算并减去平均值C1从而在傅里叶变换前的时域中除去DC分量的位移探测装置1。时域中的接收信号Sr的DC分量的除去不限定于此。利用图20对实施方式3的变形例中的位移探测装置1进行说明。
本变形例的位移探测装置1例如在与实施方式1同样的结构中，取代实施方式3中的控制部13的DC抵消部15C，如图20所示，还具备DC抵消电路15D。DC抵消电路15D在由受波器11接收声波的接收结果中抑制DC分量。本变形例的受波器11例如将作为表示接收结果的电信号的模拟信号输出到DC抵消电路15D。
DC抵消电路15D包含可变电阻而构成，例如对输入到控制部13的A/D转换器之前的基准电压进行调整，使得在来自受波器11的模拟信号中除去DC分量。由此，能够对接收信号Sr进行校正以使得抑制例如基准电压的偏离所引起的接收信号Sr的DC分量。
如以上那样，在本实施方式中，作为信号校正部的一个例子的DC抵消部15C对接收信号Sr进行校正以使得抵消由受波器11生成的接收信号Sr中的DC分量，并将校正后的接收信号Sr输出到控制部13的FFT部131b。此外，在本实施方式的变形例中，作为信号校正部的一个例子的DC抵消电路15D对作为由受波器11生成的接收信号的一个例子的、表示受波器11的接收结果的模拟信号进行校正以使得抵消模拟信号中的DC分量，并将校正后的模拟信号输出到控制部13的A/D转换器。通过这样的校正，也能够生成抑制了DC分量的相关信号，能够得到与上述的各实施方式同样的效果。
(其他实施方式)
如以上那样，作为本发明的例示，说明了实施方式1～3。然而，本发明不限于此，还能够应用于其他实施方式。以下，对其他实施方式进行例示。
在上述的各实施方式中，说明了位移探测装置1在复解析中生成解析信号z(t)并利用包络线E(t)以及相位∠z(t)对物体3的位移进行探测的例子。在本实施方式中，位移探测装置1不限于上述的各实施方式的复解析，能够应用于各种各样的复解析。例如，本实施方式的位移探测装置1也可以仅对在复解析中生成的解析信号z(t)的包络线E(t)进行解析。例如，位移探测装置1也可以按每帧检测包络线E(t)的峰值时刻，通过将连续的2帧的各峰值时刻相互进行比较来测定位移量。
在本实施方式中，通过发送信号Sd、接收信号Sr以及互谱(或者，时域的互相关函数)的至少任一者中包含的DC分量的除去，也能够从包络线E(t)精度良好地检测峰值时刻。由此也能够实现高精度的位移的探测。
此外，本实施方式的位移探测装置1也可以除了物体3的位移之外或者取代位移而应用于到物体3的距离的探测。本实施方式的位移探测装置1例如也可以通过上述那样的各帧的测定动作来检测包络线E(t)中的峰值时刻，并根据检测出的峰值时刻来探测到物体3的距离。即使在该情况下，也如上述的各实施方式那样，能够通过除去DC分量直至生成正交分量Q为止的处理来精度良好地探测到物体3的距离。物体3的位移以及/或者到物体3的距离是本实施方式中的与物体3有关的探测信息的一个例子。
如以上那样，在本实施方式中，探测信息包含作为给定的测定期间的一个例子的连续2帧间内的物体3的位移以及到物体3的距离之中的至少一个。根据本实施方式的位移探测装置1，能够通过DC分量的抑制来高精度地测定位移量以及/或者距离，从而精度良好地生成探测信息。
此外，本发明不限于上述那样的包含包络线E(t)的解析的情况，例如也可以应用于仅解析信号z(t)的相位∠z(t)的解析。进而，本发明不限于包络线E(t)以及/或者相位∠z(t)的解析，例如也可以应用于使用了正交分量Q的各种解析。
在上述的各实施方式中，说明了使用包含DC分量的发送信号Sd来生成解析信号z(t)的例子。本实施方式的位移探测装置1作为信号校正部的一个例子而具备保存校正用的信号数据的存储部14。校正用的信号数据表示与发送信号Sd同样地进行线性调频而不包含DC分量的信号，例如，能够使用图9的(a)、(b)所示的信号数据D01、D02等。位移探测装置1在解析信号的生成处理中，通过将作为发送信号Sd而保存于存储部14的校正用的信号数据输入到控制部13，从而对发送信号Sd进行校正以使得抑制互谱(相关信号的一个例子)中的DC分量。
由此，即使在接收信号Sr中包含DC分量的情况下，也能够与上述的各实施方式同样地，精度良好地对解析信号z(t)的包络线E(t)以及相位∠z(t)进行运算。
在上述的实施方式3中，说明了对接收信号Sr进行校正以使得在时域中抑制接收信号Sr中的DC分量的例子。在本实施方式中，不限于接收信号Sr，例如也可以在作为相关信号的一个例子的互相关函数c(τ)中，与实施方式3同样地计算并减去平均值，由此对相关信号进行校正以使得在时域中除去DC分量。此外，关于发送信号Sd也同样地，可以被校正为在时域中除去DC分量。
在上述的各实施方式中，说明了控制部13作为同相分量I对发送信号Sd和接收信号Sr的互谱进行运算之后通过互谱的逆傅里叶变换对互相关函数进行运算的例子。在本实施方式中，控制部13例如也可以根据收发信号Sd、Sr直接通过积和运算处理来计算互相关函数，并校正对应的信号以使得在时域的发送信号Sd、接收信号Sr以及互相关函数之中的任一者中抑制DC分量。此外，例如控制部13也可以具备进行积和运算的FPGA等电路。此外，控制部13中的解析信号的生成不限于希尔伯特变换，例如也可以通过正交检波的功能来实现。
在上述的各实施方式中，说明了位移探测装置1将送波器10以及受波器11分别具备一个的例子。在本实施方式中，位移探测装置1也可以将送波器以及受波器的一方或双方具备多个。
产业上的可利用性
本发明能够应用于物体探测装置、方法以及程序，特别地能够在与物体相距的距离等的探测中应用于具有DC分量的信号的解析。
附图标记说明
1：位移探测装置；
10：送波器；
11：受波器；
13：控制部；
15、15A、15B、15C：DC抵消部；
15D：DC抵消电路。

Claims (13)

1.一种物体探测装置，具备：
送波器，向物体发送声波；
受波器，接收声波，并生成表示接收结果的接收信号；和
控制部，控制由所述送波器所进行的声波的发送，并从所述受波器获取所述接收信号，
所述控制部，
输出发送信号以使所述送波器发送声波，并获取响应的接收信号，
通过将表示所述发送信号和所述接收信号的相关的相关信号复化的复解析来生成与所述物体有关的探测信息，
所述物体探测装置还具备：信号校正部，对所述相关信号、所述接收信号以及所述发送信号之中的任一个信号进行校正，使得抑制作为所述复解析的对象的相关信号中的直流分量。
2.根据权利要求1所述的物体探测装置，其中，
所述信号校正部通过将包含所述相关信号的频率分量的互谱、包含所述接收信号的频率分量的接收谱、以及包含所述发送信号的频率分量的发送谱之中的任一者中的直流分量除去的运算处理来校正对应的信号。
3.根据权利要求2所述的物体探测装置，其中，
所述控制部将所述发送信号变换为所述发送谱，将所述接收信号变换为所述接收谱，并基于所述发送谱以及所述接收谱来计算所述互谱，
所述信号校正部对所述互谱进行所述运算处理来校正所述相关信号。
4.根据权利要求2所述的物体探测装置，其中，
所述控制部将所述发送信号变换为所述发送谱，将所述接收信号变换为所述接收谱，
所述信号校正部对所述发送谱以及所述接收谱之中的任一者进行所述运算处理，来校正所述发送信号以及所述接收信号之中的对应的信号。
5.根据权利要求1所述的物体探测装置，其中，
所述信号校正部校正由所述受波器生成的接收信号以使得将所述接收信号中的直流分量抵消，并将校正后的接收信号输出到所述控制部。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的物体探测装置，其中，
所述控制部在所述相关信号的复解析中，生成包含在所述发送信号和所述接收信号的相关中规定的振幅以及相位的解析信号。
7.根据权利要求6所述的物体探测装置，其中，
所述控制部，
对所述解析信号的包络线进行运算，并基于运算出的包络线来检测所述振幅成为最大的定时，
基于从所述包络线检测出的定时来生成所述探测信息。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的物体探测装置，其中，
所述探测信息包含给定的测定期间中的所述物体的位移以及到所述物体的距离之中的至少一个。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的物体探测装置，其中，
所述控制部基于由所述信号校正部抑制了直流分量的相关信号来计算所述相关信号的正交分量，并将所述正交分量用于所述复解析。
10.根据权利要求9所述的物体探测装置，其中，
所述相关信号由所述发送信号和所述接收信号的互相关函数来规定，
所述控制部基于所述相关信号和所述正交分量进行运算以使得将所述互相关函数复化，从而进行所述复解析。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的物体探测装置，其中，
所述送波器包含：热致发声器，基于包含直流分量的发送信号而发热并发送声波。
12.一种物体探测方法，包含：
输出发送信号以使送波器朝向物体发送声波的步骤；
从接收声波并生成表示接收结果的接收信号的受波器之中获取响应于所发送的声波的接收信号的步骤；
通过将表示所述发送信号和所述接收信号的相关的相关信号复化的复解析来生成与所述物体有关的探测信息的步骤；和
对所述发送信号、所述接收信号以及所述相关信号之中的任一个信号进行校正以使得抑制作为所述复解析的对象的相关信号中的直流分量的步骤。
13.一种程序，用于使控制部执行权利要求12所述的物体探测方法。
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