JP2006242620A - 超音波センサ信号処理システム - Google Patents

Abstract

【課題】 遅延加算演算を用いた超音波センサ信号処理システムにおいて、リアルタイム処理を可能とし、記憶装置の容量を小型化すること。
【解決手段】 超音波センサ素子毎に、入力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部２と、Ａ／Ｄ変換部２から入力されたデータを記憶し、少なくとも遅延加算演算に必要な記憶容量のみ有する記憶部３とを備えるとともに、記憶部３に記憶されたデータに対して各角度毎の遅延加算演算を行う遅延加算部４を備えた超音波センサ信号処理システム１である。
【効果】 遅延加算演算に必要なデータのみ記憶部３に蓄積されれば、順次、遅延加算部４で各角度毎の遅延加算演算が行えるから、リアルタイム処理が可能となる。また、記憶部３は、少なくとも遅延加算演算に必要な記憶容量のみを有するように構成すれば良いから、記憶装置の容量を小型化できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波センサからの信号を解析して、対象物までの距離や方向を測定する超音波センサ信号処理システムに関する。

超音波を発信し、対象物からの反射波を超音波センサで受信して、その信号を解析することにより、対象物までの距離や方向を測定することが一般に行われている。従来、このような超音波センサ信号を解析するシステムとしては、例えば、図１４のブロック図に示すような、データ蓄積部１０１とデータ演算部１０２を備えた超音波センサ信号処理システム１００が利用されている。

図１４において、データ蓄積部１０１は、外部からの開始信号１０３を受信して他の構成部の動作を制御する制御部１０１ａと、超音波センサ素子からの信号１０４を入力してデジタル信号に変換する複数のＡ／Ｄ変換部１０１ｂと、このＡ／Ｄ変換部１０１ｂからのデータを蓄積する記憶部１０１ｃにより構成されている。制御部１０１ａは、記憶部１０１ｃにあらかじめ決めておいた時間分のデータが蓄積されれば、完了信号１０５をデータ演算部１０２に通知し、データ蓄積部１０１の処理を終了する。

データ演算部１０２は、記憶部１０１ｃに蓄積されたデータを入力する入力Ｉ／Ｏ部１０２ａと、中央演算処理装置１０２ｂ（ＣＰＵ、ＭＰＵ、ＤＳＰなど）と、演算するデータを記憶する記憶部１０２ｃと、外部に処理結果信号１０６を出力する出力Ｉ／Ｏ部１０２ｄにより構成されている。データ演算部１０２は、制御部１０１ａから完了信号１０５を受けると、必要なデータが記憶部１０１ｃに蓄積されたことを認識し、入力Ｉ／Ｏ部１０２ａを通じてデータを記憶部１０２ｃに転送し、中央演算処理装置１０２ｂで計算処理を行った後、その結果を出力Ｉ／Ｏ部１０２ｄを通じて外部へ出力する処理を行う。

図１４に示すような従来の超音波センサ信号処理システムは、例えば下記特許文献において公知となっている。
特開平７−１７４８４１号公報

本発明者らは、遅延加算演算を用いることにより、例えば幅１ｍｍ程度の小さなサイズの超音波センサ素子を数個並べたコンパクトな構成の超音波センサでも、正確に対象物の位置を測定できることを見出し、本発明を完成させた。このような遅延加算演算を行う場合、演算処理量は増えるため、リアルタイムに演算が行える超音波センサ信号処理システムが求められる。

ここで、本発明の遅延加算演算の方式を、図２〜図４を用いて説明する。図２は、幅約１ｍｍ程度の受信用の超音波センサ素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を、素子間距離ｄを１．７ｍｍとして４つ並べて構成される本発明の超音波センサを示している。

いま、図２では、超音波センサ素子Ａ１〜Ａ４が配置された面と垂直な方向から左寄りに角度θだけ移動した位置に対象物があり、その対象物から反射波Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４が入射している。対象物までの距離は、幅約１ｍｍ程度の素子Ａ１〜Ａ４を４つ並べた全長７〜８ｍｍの超音波センサの長さと比較して十分遠くにあるので、図２において、反射波Ｂ１〜Ｂ４は、ほぼ平行に入射していると考えることができる。

反射波Ｂ１〜Ｂ４は、超音波センサ素子Ａ１〜Ａ４の配置面に対して入射角θをもって入射するため、例えば反射波Ｂ４が超音波センサ素子Ａ４に到達する時間は、反射波Ｂ３が超音波センサ素子Ａ３に到達する時間と比較すると、入射角θに依存した時間だけ遅れることとなる。

すなわち、図２の場合、対象物が角度θだけ左寄りの位置にあるため、対称物までの距離は、左側の超音波センサ素子程、近くなっている。その距離の差は、素子間の距離をｄとすると、ｄsin θの式で求めることができる。従って、音波速度をν（約３４０ｍ／ｓ）とすると、隣り合う素子間の超音波の到達時間の差τは、τ＝ｄsin θ／νの式で求めることができる。

例えば、図２の例のように、超音波センサ素子Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４の素子間距離ｄが１．７ｍｍであった場合、上記の計算式において角度θを５度間隔で変化させると、入射角度と遅延時間の関係は、以下のように変化する。例えば、入射角度が２５度であった場合の遅延時間は、２．１１μｓとなる。

５度 ： ０．４４μｓ
１０度 ： ０．８７μｓ
１５度 ： １．２９μｓ
２０度 ： １．７１μｓ
２５度 ： ２．１１μｓ

図３は、図２の超音波センサ素子Ａ１〜Ａ４が受信した反射波Ｂ１〜Ｂ４の波形Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を示したものである。波形Ｃ１〜Ｃ４は、同じ時間軸上に表示すると、図３に示すように、一定の時間遅れを有するものとなり、各波形のピークは、Ｃ１からＣ４に向かうに従って一定時間分だけ遅延した位置に表れる。このピーク位置の時間差は、上記の計算式で求められるので、図２の例で角度θが２５度であれば、２．１１μｓとなる。

逆に、図３において、波形Ｃ１を２．１１μｓ×３だけ、波形Ｃ２を２．１１μｓ×２だけ、波形Ｃ３を２．１１μｓだけ遅延させると、遅延後の各波形は位相を揃えることができる。この位相の揃った遅延後の各波形はピークの位置が揃っているため、位相の揃った各波形を足し合わせて加算処理した場合の波形は、位相を揃えずに加算処理した場合と比較すると、ピーク値が最大のものとなる。従って、遅延時間を順次変化させて遅延加算演算を行い、その中からピーク値が最大となる遅延時間を求めれば、対象物の存在する角度を計算することができる。

図４は、例えば図２の例で角度θが２５度であった場合、隣り合う素子間の遅延時間を−４μｓ〜４μｓまで変化させて４素子の信号を遅延加算した場合の各遅延加算波形において、各波形の最大値と最小値との差（peak to peakの値）がどのように変化するかを示したものである。このケースでは、先に示したように、２．１１μｓ遅延させたときに、遅延加算させた場合のpeak to peakの値は最も大きくなる。

しかしながら、実際には、超音波センサは一定の時間間隔でサンプリングをしており、遅延時間を任意に変化させて加算処理することは困難である。そこで、本発明者らは、以下に説明するような遅延加算演算の方式を採用したのである。

例えば４個の超音波センサ素子で１ＭＨｚの周期でサンプリングを行う場合、角度θを５度単位で変化させると、どのようなサンプリングデータの組み合わせで遅延加算を行うと最大値が表れるかを求めたのが以下のテーブルである。

０度 ： ０，０，０，０
５度 ： ０，０，１，１
１０度 ： ０，１，２，３
１５度 ： ０，１，３，４
２０度 ： ０，２，３，５
２５度 ： ０，２，４，６
３０度 ： ０，２，５，７
３５度 ： ０，３，６，９

上記の例では、超音波センサから１ＭＨｚの周期で送られてくる信号について０度用〜３５度用まで８通りのテーブルに従って遅延加算演算を行い、それぞれpeak to peakの値を求め、その中からpeak to peakの値が最も大きくなる角度を見付ける事により、対象物が存在する角度を求めることができる。例えば、−４５度〜４５度の間で、５度間隔で角度の測定ができる超音波センサの場合は、１９通りのテーブルを持つこととなる。

本発明の超音波センサは、上記のような遅延加算演算の方式を採用することにより、例えば約１ｍｍ程度の素子を４つ並べた７〜８ｍｍ程度のサイズでも、十分な精度で対象物の存在する位置を検出することができる。

ところが、図１４に示したような従来の超音波センサ信号処理システムは、入力された超音波センサ信号を、一旦すべてデータ蓄積部に蓄積し、その後、蓄積されたデータ信号をデータ蓄積部の記憶部から入力Ｉ／Ｏ部を通じて、記憶部に転送するため、その処理に時間がかかり、リアルタイム処理ができないという問題があった。

また、従来の超音波センサ信号処理システムは、処理に必要な時間分のデータは、一旦すべて蓄積部の記憶部に蓄積するため、大容量の記憶装置（ＲＡＭなどのメモリ）が必要となるという問題もあった。

本発明は、このような従来のシステムの問題点に鑑みてなされたものであり、リアルタイム処理が可能で、上記のような遅延加算演算の方式を実現し得る超音波センサ信号処理システムを提供することを目的としている。

上記の問題点を解決するため、本発明の超音波センサ信号処理システムは、
複数の超音波センサ素子からの入力信号を遅延加算することにより、対象物の位置を測定する超音波センサ信号処理システムであって、
前記超音波センサ素子毎に、入力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部から入力されたデータを記憶し、少なくとも遅延加算演算に必要な記憶容量のみ有する記憶部とを備えるとともに、前記記憶部に記憶されたデータに対して各角度毎の遅延加算演算を行う遅延加算部を備えた点を最も主要な特徴としている。

本発明によれば、超音波センサ素子からの入力信号は、Ａ／Ｄ変換部でデジタルデータに変換された後、遅延加算演算に必要なデータのみ記憶部に蓄積されれば、順次、遅延加算部で各角度毎の遅延加算演算が行えるから、リアルタイム処理が可能となる。また、記憶部は、少なくとも遅延加算演算に必要な記憶容量のみを有するように構成すれば良いから、記憶装置の容量を小型化できる。

以下、本発明の実施形態の一例について、図１及び図５〜図１３を用いて説明する。図１は、本実施例の超音波センサ信号処理システムの構成を説明するブロック図である。

１は、超音波センサ素子からの信号９１を入力してデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部２と、このＡ／Ｄ変換部２から入力されたデータを記憶する記憶部３と、この記憶部３に記憶されたデータに対して遅延加算演算を行う遅延加算部４を備えた本実施例の超音波センサ信号処理システムである。Ａ／Ｄ変換部２と記憶部３は、超音波センサ素子毎に設けられており、Ａ／Ｄ変換部２によりデジタル化されたデータは一旦記憶部３に格納されるが、各記憶部３は、遅延加算部４において実行される遅延加算演算に必要な最低限の記憶容量のみ備えたものとなっている。なお、５は、外部からの開始信号９０を受信して他の構成部の動作を制御する制御部を表している。

遅延加算部４は、超音波センサ信号９１がＡ／Ｄ変換部２により順次Ａ／Ｄ変換される毎に、記憶部３に記憶されたデータに対し、遅延加算演算を行う。遅延加算部４で実行される遅延加算演算の方式には、後述するように、遅延加算演算すべき角度分の加算部を持つ方式、遅延加算テーブルを参照して加算演算を行う方式などがある。なお、例えば図５に示すように、−３５度〜３５度の間で、５度間隔で角度の測定ができる超音波センサを構成する場合、遅延加算部４では、１５通りの遅延加算演算が実行される。

以上のような構成を有する本発明の超音波センサ信号処理システム１は、遅延加算演算に必要な最低限のデータが記憶部３に蓄積されれば、すぐに遅延加算部４で遅延加算演算を行えるから、リアルタイム処理が可能となる。また、記憶部３は、遅延加算演算に必要な記憶容量のみを備えたものであるから、記憶装置の容量を小型化できる。

本実施例の超音波センサ信号処理システム１は、図１に示すように、遅延加算部４から入力されたデータの現時点における各角度毎の最大値又は最小値の何れか一方又は双方を記憶する結果記憶部６ｂと、遅延加算部４から入力したデータと前記結果記憶部６ｂに記憶されているデータの大小を比較する比較部６ａとで構成されるピーク検出部６と、外部に遅延加算処理の結果として信号処理結果信号９２を出力する結果出力部７をさらに備えたシステムである。

ピーク検出部６におけるピーク検出は、現時点における最大値のみを検出する方式、最小値のみを検出する方式、最大値と最小値の差（peak to peakの値）を検出する方式が利用できる。例えば最大値のみを検出する方式では、結果記憶部６ｂには、現時点における最大値のデータが記憶されていて、比較部６ａは、遅延加算部４からの演算結果と結果記憶部６ｂに記憶されている最大値を比較して、遅延加算部４からの演算結果の方が大きい場合には、その演算結果の値を結果記憶部６ｂに書き込んで、最大値を更新する処理を行う。例えばpeak to peakの値を検出する方式では、後述するように、結果記憶部６ｂに、最大値を記憶する領域と、最小値を記憶する領域が別々に必要である。

結果出力部７は、結果記憶部６ｂに演算結果が揃った時点で、外部へ信号処理結果信号９２を出力する。演算結果が揃った時点には、本システムが対象とするすべての走査距離に相当する時間分の処理が終了した時点や、ある決められた走査距離に相当する時間分の処理が終了した時点などがある。後者の場合には、システムが対象とするすべての走査距離に相当する回数分、外部出力が繰り返される。

以上のような構成を有する本発明の超音波センサ信号処理システム１は、遅延加算部４から入力されたデータの現時点における最大値又は最小値の何れか一方又は双方を記憶する結果記憶部６ｂと、遅延加算部４から入力したデータと前記結果記憶部６ｂに記憶されているデータの大小を比較する比較部６ａで構成されるピーク検出部６を備えているから、各角度毎の遅延加算演算の最大値及び／又は最小値を効率的に把握して、対象物の存在する位置を求めることができる。

図６は、本実施例の超音波センサ信号処理システム１のより好ましい遅延加算部４の詳細の一例を示す説明図である。遅延加算部４は、前述したように、遅延加算演算すべき角度分の加算部を持つ方式、遅延加算テーブルを参照して加算演算を行う方式などが採用できるが、図６の構成は、図５に示すような４個の超音波センサ素子を用いて−３５度〜３５度の範囲で５度間隔で角度の測定ができる超音波センサにおいて、遅延加算演算すべき角度分の加算部を持つ方式を適用する場合の一例を示したものである。すなわち、遅延加算部４が、記憶部３の固定アドレスを参照して、各角度毎に遅延加算演算を行うことを特徴とする超音波センサ信号処理システムである。なお、本実施例において、サンプリングの周期は１ＭＨｚである。

記憶部３は、超音波センサ素子の数に応じて必要となるため、本実施例は、図６に示すように、記憶部３ａ〜３ｄの４つの記憶部で構成されている。記憶部３ａ〜３ｄには、Ａ／Ｄ変換後のデータが格納されるが、その記憶容量は、図６に示すように、１９アドレス分（０番地〜１８番地）のみとなっている。Ａ／Ｄ変換が行われる毎に、既に記憶されているデータは、０番地から１８番地の方向にシフトされ、新しくＡ／Ｄ変換されたデータは、０番地に格納される。

図６の実施例は、遅延加算演算すべき角度分の加算器を備えるから、遅延加算部４は、具体的には、−３５度用加算器４ａ、−３０度用加算器、−２５度用加算器、−２０度用加算器、−１５度用加算器、−１０度用加算器、−５度用加算器、０度用加算器４ｂ、５度用加算器、１０度用加算器、１５度用加算器、２０度用加算器、２５度用加算器、３０度用加算器、３５度用加算器４ｃの１５個の加算器で構成される。なお、図６では、−３５度用加算器４ａ、０度用加算器４ｂ、３５度用加算器４ｃ以外の加算器は図示を省略している。

０度用加算器４ｂは、正面に対象物がある場合であり、遅延加算演算をする必要がないから、図６に示すように、記憶部３ａ〜３ｄの同じアドレス（図６の例ではそれぞれの９番地）と結線されている。これに対して、３５度用加算器４ｃは、記憶部３ａの０番地、記憶部３ｂの３番地、記憶部３ｃの６番地、記憶部３ｄの９番地と結線されており、これによって、遅延加算演算が可能となっている。これは、前述したように、１ＭＨｚの条件では、３５度用の遅延加算の方式は、「０，３，６，９」となるからである。同様に、−３５度用加算器４ａは、記憶部３ａの９番地、記憶部３ｂの１２番地、記憶部３ｃの１５番地、記憶部３ｄの１８番地と結線されている。

このように、図６の実施例の方式は、各角度毎の加算器が必要となる反面、遅延加算テーブルを別途持つ必要がないという利点があり、１次元の走査のみで角度分解能が荒いなど、演算量が比較的少ない場合に有利な構成と言える。

図７は、本実施例の超音波センサ信号処理システム１のより好ましい遅延加算部４の他の一例を示す説明図である。図７の構成は、図６と同様の超音波センサにおいて、遅延加算テーブルを参照して加算演算を行う方式の一例を示したものである。すなわち、遅延加算部４が、遅延加算テーブル４１を参照し、この遅延加算テーブル４１のデータに従って各角度毎に参照すべき記憶部３ａ〜３ｄのアドレスを決定して、遅延加算演算を行うことを特徴とする超音波センサ信号処理システムである。

図７の例においても、記憶部３は、超音波センサ素子の数に応じて、記憶部３ａ〜３ｄの４つの記憶部で構成されている。記憶部３ａ〜３ｂには、Ａ／Ｄ変換後のデータが格納されるが、その記憶容量は、図７に示すように、１９アドレス分（０番地〜１８番地）のみで良い点は、図６の実施例と同様である。Ａ／Ｄ変換が行われる毎に、既に記憶されているデータは、０番地から１８番地の方向にシフトされ、新しくＡ／Ｄ変換されたデータは、０番地に格納される。また、データをシフトするのではなく、アドレスをシフトする方法もある。この場合、メモリはリングメモリとする。

図７の実施例は、図６の実施例とは異なり、加算器４の数は１つとなっている。その代わり、−３５度用４１ａ、−３０度用、−２５度用、−２０度用、−１５度用、−１０度用、−５度用、０度用４１ｂ、５度用、１０度用、１５度用、２０度用、２５度用、３０度用、３５度用４１ｃのデータが格納された遅延加算テーブル４１の記憶領域が設けられている。なお、図７では、−３５度用遅延加算テーブル４１ａ、０度用遅延加算テーブル４１ｂ、３５度用遅延加算テーブル４１ｃ以外のデータは図示を省略している。

加算器４は、例えば０度用の遅延加算を行うときは、遅延加算テーブル４１の０度用のデータ４１ｂの「９，９，９，９」を参照し、記憶部３ａ〜３ｄのそれぞれ９番地を参照すれば良いことを認識して、各番地のデータを加算処理する。また、加算器４は、例えば３５度用の遅延加算を行うときは、遅延加算テーブル４１の３５度用のデータ４１ｃの「０，３，６，９」を参照し、記憶部３ａの０番地、記憶部３ｂの３番地、記憶部３ｃの６番地、記憶部３ｄの９番地を参照すれば良いことを認識して、各番地のデータを加算処理する。

このように、図７の実施例の方式は、遅延加算テーブル４１の記憶領域が必要でその都度参照する処理が必要となる反面、加算器４は１つで済むという利点があり、２次元の走査をする場合など大量の計算量が必要な場合に有利な構成と言える。

また、図６の実施例は、ハ−ドウェアとして結線されているため、遅延加算演算のパターンを動的に変更することは不可能であるが、図７の実施例において、遅延加算テーブル４１を、書き換え可能なメモリで構成すれば、遅延加算テーブルを動的に変更することが可能となって、システムの拡張性が向上するため、より望ましい。

図８〜図１０は、本実施例の超音波センサ信号処理システム１のより好ましい構成の一例を示す説明図である。一般に超音波センサにおいて２次元に走査を行う場合には、超音波センサ素子をＬ字型に配列する方法、十字に配列に配列する方法などが採用できるが、本実施例は、例えば図８に示すように、縦横にそれぞれ５個ずつ十字に配列した超音波センサ素子Ｘ１乃至Ｘ５およびＹ１乃至Ｙ５を使用するものである。但し、中央の超音波センサ素子Ｘ３とＹ３は物理的には同一の素子を利用する。この場合、代表的な各角度における各超音波センサ素子の遅延量は、図９の遅延加算テーブル４２ａ〜４２ｈに示すようになる。

例えば、横方向に３５度、縦方向に３５度の位置では、遅延加算テーブル４２ｃに示すように、超音波センサ素子Ｘ１〜Ｘ５の遅延加算テーブルは「５，２，０，−２，−５」であり、超音波センサ素子Ｙ１〜Ｙ５の遅延加算テーブルは「−５，−２，０，２，５」となる。同様に、横方向に−３５度、縦方向に−３５度の位置では、遅延加算テーブル４２ｆに示すように、超音波センサ素子Ｘ１〜Ｘ５の遅延加算テーブルは「−５，−２，０，２，５」であり、超音波センサ素子Ｙ１〜Ｙ５の遅延加算テーブルは「５，２，０，−２，−５」となる。このように、２次元の走査を行う場合、通常であれば、４象限分８種類の遅延加算テーブル４２ａ〜４２ｈが必要となってしまう。

図１０の実施例は、本実施例の超音波センサ信号処理システム１の、より好ましい遅延加算テーブルの一例を示したものである。すなわち、本実施例は、２次元の走査を行う超音波センサ信号処理システムにおいて、超音波センサ素子を、十字状に配置するか、または、中心を基準として対称な位置に配置するとともに、遅延加算テーブルは、４象現中何れか１つの象現のテーブルのみを記憶させ、他の３象現のテーブルは、前記何れか１つの象現のテーブルを所要の方向に回転して利用することを特徴とする超音波センサ信号処理システムである。

具体的には、例えば遅延加算テーブル４２ａ，４２ｄは、図１０に示すように、遅延加算テーブル４２ｃ，４２ｂをそれぞれ反時計方向に９０度回転させれば得られるものであるから、これらのテーブルを持たずに省略し、遅延加算テーブル４２ｃ，４２ｂをそれぞれ反時計方向に９０度回転させて利用するものである。また、遅延加算テーブル４２ｈ，４２ｇは、遅延加算テーブル４２ｃ，４２ｅをそれぞれ時計方向に９０度回転させれば得られるから、省略可能である。また、同様に、遅延加算テーブル４２ｆは、遅延加算テーブル４２ｃを１８０度回転させれば得られるから、省略可能である。

このように、図１０の実施例では、本来、４象現分の遅延加算テーブルが必要であるところ、超音波センサ素子を十字状に配置するとともに、第１象限の遅延加算テーブルを基準として、第２象限の遅延加算テーブルは反時計方向に９０度、第４象限の遅延加算テーブルは時計方向に９０度、第３象限の遅延加算テーブルは１８０度回転して利用する方式を採用したので、第１象限の遅延加算テーブルのみ記憶させておけば良く、遅延加算テーブルの容量を最小にできるという効果が得られる。

なお、図１０では、超音波センサ素子を十字に配置する場合の例を開示したが、超音波センサ素子の配置はこれに限らない。すなわち、本実施例は、遅延加算テーブルの対称性を利用して、テーブルを共有化することにより、テーブルの容量を最小にするという発想のものであるが、例えば中心を基準として対称な位置に超音波センサ素子を配置するようにした場合なども、遅延加算テーブルに対称性が得られるから、同様の構成をとることができる。

図１１は、本実施例の超音波センサ信号処理システム１のより好ましいピーク検出部６の詳細の一例を示す説明図である。ピーク検出部６は、前述したように、現時点における各角度毎の最大値のみを検出する方式、各角度毎の最小値のみを検出する方式、各角度毎の最大値と最小値の差（peak to peakの値）を検出する方式が利用可能であるが、図１１の構成は、peak to peakの値を検出する方式を適用する場合の一例を示したものである。

すなわち、図１１の実施例は、ピーク検出部６を、遅延加算部４で実行された演算結果の最大値を求めるための最大値比較部６２ａ及び最大値結果記憶部６２ｂと、遅延加算部４で実行された演算結果の最小値を求めるための最小値比較部６１ａ及び最小値結果記憶部６１ｂの、二面構成となしたことを特徴とする超音波センサ信号処理システムである。なお、６３は、最大値結果記憶部６２ｂに格納された値から最小値結果記憶部６１ｂに格納された値を減算する減算部を示している。

このような構成を採用することにより、図１１の実施例では、遅延加算処理された各角度毎の波形の最大値と最小値の差（peak to peakの値）を対象として、このpeak to peakの値が最大となる角度を求めることにより、対象物が存在する方向の角度を測定することができる。

図１２は、本実施例の超音波センサ信号処理システム１のより好ましいピーク検出部６の他の一例を示す説明図である。すなわち、図１２の実施例は、図１において、結果記憶部６ｂに記憶している値を比較部６ａに読み出す処理と、結果記憶部６ｂに記憶している値を結果出力部７に出力する処理を同時に動作させるべく、結果記憶部６ｂを、セレクタ６４，６７によって交互に入出力の切り換えが可能な二面構成の結果記憶部６５ｂ，６６ｂとなしたことを特徴とする超音波センサ信号処理システムである。

図１２のセレクタ１（６４）とセレクタ２（６７）は、図１３に示すように、一方が、結果記憶部Ａ（６５ｂ）を選択しているときは、他方は、結果記憶部Ｂ（６６ｂ）の方を選択するように動作する。このように構成したので、図１２の実施例では、例えば結果記憶部Ａ（６５ｂ）に格納されているデータを外部出力するために結果出力部７に出力しながら、並行して、結果記憶部Ｂ（６６ｂ）に格納されているデータを比較部６ａに読み出して、遅延加算部４の演算結果データと比較することができるので、処理効率がさらに向上する。

以上説明したように、本発明の超音波センサ信号処理システム１は、遅延加算演算に必要なデータのみ記憶部３に蓄積されれば、順次、遅延加算部４で各角度毎の遅延加算演算が行えるから、リアルタイム処理が可能となる。また、記憶部３は、少なくとも遅延加算演算に必要な記憶容量のみを有するように構成すれば良いから、記憶装置の容量を小型化できる。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範囲内で、適宜実施の形態を変更しても良いことはいうまでもない。例えば、角度分解能は実施例に示した５度単位のものに限らず、さらに細かく設定することも可能である。

本発明の超音波センサ信号処理システムは、１次元の走査に限らず、２次元の走査を行う超音波センサにも適用できる。

本発明の超音波センサ信号処理システムの構成を説明するブロック図である。 受信用の超音波センサ素子を４つ並べて構成される本発明の超音波センサに、角度θの方向から反射波が入射している状態を説明する図である。 図２の超音波センサ素子が受信した反射波の波形を、同じ時間軸上に表示した図である。 隣り合う素子間の遅延時間を−４μｓ〜４μｓまで変化させて４素子の信号を遅延加算した場合の各遅延加算波形において、各波形の最大値と最小値との差（peak to peakの値）がどのように変化するかを説明する図である。 ４個の超音波センサ素子を用いて−３５度〜３５度の範囲で５度間隔で角度の測定ができる本発明の超音波センサ信号処理システムの説明図である。 本発明の超音波センサ信号処理システムの遅延加算部の詳細を説明する図である。 本発明の超音波センサ信号処理システムの遅延加算部の他の一例の詳細を説明する図である。 縦横にそれぞれ５個ずつ十字に配列した超音波センサ素子の配置を説明する図である。 ２次元に走査を行う場合、４象現の遅延加算テーブルが必要となることを説明する図である。 本発明の超音波センサ信号処理システムの遅延加算テーブルの詳細を説明する図である。 本発明の超音波センサ信号処理システムのピーク検出部の詳細を説明する図である。 本発明の超音波センサ信号処理システムのピーク検出部の他の一例の詳細を説明する図である。 本発明の超音波センサ信号処理システムのピーク検出部において用いるセレクタの動作を説明する図である。 従来の超音波センサ信号処理システムを説明するブロック図である。

符号の説明

１ 超音波センサ信号処理システム
２ Ａ／Ｄ変換部
３ 記憶部
４ 遅延加算部
４１ 遅延加算テーブル
６ ピーク検出部
６ａ 比較部
６１ａ 最小値比較部
６２ａ 最大値比較部
６ｂ 結果記憶部
６１ｂ 最小値結果記憶部
６２ｂ 最大値結果記憶部
６５ｂ，６６ｂ 結果記憶部
６４，６７ セレクタ
７ 結果出力部

Claims (8)

1. 複数の超音波センサ素子からの入力信号を遅延加算することにより、対象物の位置を測定する超音波センサ信号処理システムであって、
   前記超音波センサ素子毎に、入力信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部から入力されたデータを記憶し、少なくとも遅延加算演算に必要な記憶容量のみ有する記憶部とを備えるとともに、前記記憶部に記憶されたデータに対して各角度毎の遅延加算演算を行う遅延加算部を備えたことを特徴とする超音波センサ信号処理システム。
2. 入力されたデータの最大値又は最小値の何れか一方又は双方を記憶する結果記憶部と、前記遅延加算部から入力したデータと前記結果記憶部に記憶されているデータの大小を比較する比較部とで構成されるピーク検出部と、外部に遅延加算処理の結果を出力する結果出力部とを、さらに備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波センサ信号処理システム。
3. 前記遅延加算部は、前記記憶部の固定アドレスを参照して、各角度毎に遅延加算演算を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の超音波センサ信号処理システム。
4. 前記遅延加算部は、遅延加算テーブルを参照し、この遅延加算テーブルのデータに従って各角度毎に参照すべき前記記憶部のアドレスを決定して、遅延加算演算を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の超音波センサ信号処理システム。
5. 前記遅延加算テーブルが、書き換え可能なメモリであることを特徴とする請求項４記載の超音波センサ信号処理システム。
6. ２方向の走査を行う請求項４又は５記載の超音波センサ信号処理システムにおいて、前記超音波センサ素子を、十字状に配置するか、または、中心を基準として対称な位置に配置するとともに、前記遅延加算テーブルは、４象現中何れか１つの象現のテーブルのみを記憶させ、他の３象現のテーブルは、前記何れか１つの象現のテーブルを所要の方向に回転して利用することを特徴とする超音波センサ信号処理システム。
7. 前記ピーク検出部を、遅延加算演算結果の最大値を求めるための最大値比較部及び最大値結果記憶部と、遅延加算演算結果の最小値を求めるための最小値比較部及び最小値結果記憶部の、二面構成となしたことを特徴とする請求項２記載の超音波センサ信号処理システム。
8. 前記結果記憶部に記憶している値を比較部に読み出す処理と、前記結果記憶部に記憶している値を結果出力部に出力する処理を同時に動作させるべく、前記結果記憶部を、セレクタによって交互に入出力の切り換えが可能な二面構成となしたことを特徴とする請求項２記載の超音波センサ信号処理システム。
   

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