JP2018072318A - 超音波移動体検出装置、超音波移動体検出方法及び超音波移動体検出プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】反射波が小さいか、又は、他に物体が存在するような環境であっても、移動体からの反射波を認識して、移動体検出を可能にする超音波移動体検出装置を提供する。【解決手段】超音波移動体検出装置１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に変換し、復調する受信部２１、２５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３１と、特定の符号の１周期分に相当する相関値を１フレームとしたときの、所定の２フレームの差分を算出する差分算出部３３と、差分が所定のしきい値よりも大きいときに、移動体を検出したと判定する移動体検出部３４とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は超音波移動体検出装置、超音波移動体検出方法及び超音波移動体検出プログラムに関する。

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。

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一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。

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、測定が不可能になるといった問題がある。

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）。

特に、符号系列信号としてよく知られる疑似雑音符号（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知ることができる。

特開２００２−０５５１５８号公報

上記従来の超音波センサを、人検出センサとして利用した場合に、次のような問題がある。
１）衣類を着用した人の超音波反射率は一般に極めて小さく（数％以下）、かつ、衣類の種類、部屋の状態、人までの距離など状況によっても反射率が大きく変動するため、ＰＮ相関方式を用いても相関信号のピークが雑音に埋もれて測定が難しい。
２）室内環境では、家具や壁などの様々な反射物（物体）が存在し、人からの反射波を特定することが難しい。

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あり、反射波が小さいか、又は、他に物体が存在するような環境であっても、移動体、例えば、人からの反射波を認識して、移動体検出を可能にする超音波移動体検出装置、超音波移動体検出方法及び超音波移動体検出プログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る超音波移動体検出装置は、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、特定の符号の１周期分に相当する相関値を１フレームとしたときの、所定の２フレームの差分を算出する差分算出部と、差分が所定のしきい値よりも大きいときに、移動体を検出したと判定する移動体検出部とを備えるものである。

また、本発明に係る超音波移動体検出方法は、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、特定の符号の１周期分に相当する相関値を１フレームとしたときの、所定の２フレームの差分を算出するステップと、差分が所定のしきい値よりも大きいときに、移動体を検出したと判定するステップとを有するものである。

また、本発明に係る超音波移動体検出プログラムは、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、特定の符号の１周期分に相当する相関値を１フレームとしたときの、所定の２フレームの差分を算出する手順と、差分が所定のしきい値よりも大きいときに、移動体を検出したと判定する手順とを実行させるためのものである。

本発明により、反射波が小さいか、又は、他に物体が存在するような環境であっても、移動体からの反射波を認識して、移動体を検出する超音波移動体検出装置、超音波移動体検出方法及び超音波移動体検出プログラムを提供することができる。

実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１の各信号の例を示す図である。 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。 実施の形態１に係るフレーム間差分算出結果の例を示す図である。 実施の形態１に係る移動体検出部３４の判定結果の例を示す図である。 実施の形態１に係るフレーム間差分の平均値による移動体検出の例を示す図である。 実施の形態１に係るフレーム間差分値を用いた移動体までの距離推定の例を示す図である。 実施の形態１に係る移動体検出しきい値の自動設定の例を示す図である。 実施の形態２に係る超音波移動体検出装置１０１の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る区間及び区間毎のフレーム間差分の例を示す図である。 実施の形態３に係る超音波移動体検出装置２０１の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態３に係る移動体距離の算出方法を説明するための図である。 実施の形態４に係るフレーム間差分Ｘｉ及び分散Ｕの例を示す図である。 実施の形態５に係るフレーム間差分Ｘｉ及び環境フレーム差分Ｅの例を示す図である。 実施の形態６に係る超音波移動体検出装置３０１の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態６に係る相関出力の例を示す図である。 実施の形態７に係る超音波移動体検出装置４０１の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態７に係る超音波移動体検出装置４０１の各信号を説明するための図である。 実施の形態８に係る送信波と、直接波及び反射波との関係を説明するための図である。 実施の形態８に係る送信波と、直接波及び反射波との関係を説明するための別の図である。 実施の形態８に係る超音波移動体検出装置１の動作例を説明するための図である。

（実施の形態１）
以下、図面を参照して本実施の形態１に係る超音波移動体検出装置について説明する。
本実施の形態１に係る超音波移動体検出装置は、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と、符号系列信号との間の相関を算出するときに、符号系列信号１周期分の相関結果を１フレームとして、時間的に連続する２フレーム間の差分値（例えば、２乗誤差）を算出し、この差分値が所定のしきい値を超えたときに、移動体を検出したと判定するもので、従来の検出装置と比べて、雑音の影響を軽減して、高感度な移動体検出を可能にする。
なお、本実施の形態１に係る超音波移動体検出装置は、移動体として、例えば、人を検出する。

図１は、本実施の形態１に係る超音波移動体検出装置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に係る超音波移動体検出装置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。

超音波移動体検出装置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、差分算出部３３、移動体検出部３４などを備えている。

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、差分算出部３３、移動体検出部３４などは、デジタル部６として１つのＭＰＵを用いて構成することができる。また、デジタル部６以外の一部の構成はアナログ部を構成することができる。

ＰＮ符号発生部１１は、定められたパターン及び周期を有する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Ｘ^７＋Ｘ^３＋１で生成される周期１２７ビットのＭ系列符号、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。

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、キャリア信号をＰＮ符号Ａにより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。

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（送信波）に変換して空間に放出する。

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。

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、ＡＤコンバータ２４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に比べてなめらかな波形になっている。
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。

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。

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、差分算出部３３に出力する。

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（ｐ）、ＰＮ符号の周期（サンプル周期）Ｎ_ＰＮに基づいて、次の式（１）により、相関信号Ｃｏｒｒ（ｉ）を算出する。

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、１〜１００ｋＨｚの範囲とすることが可能である。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。

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（Ｔ_ＰＮ）におけるサンプル番号（サンプル数はＮ_ＰＮ）を示し、縦軸は相関値Corr(i)を示す。本明細書では、このＰＮ符号の１周期分の相関結果を「フレーム」という。図３に示す例では、１ｋＨｚで１２７ビットの周期を有するＰＮ符号なので、１フレームは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。

ここで、もしも超音波を反射するものが不動の物体のみであるならば、超音波の反射状況は不変となり、相関値算出結果は、どのフレームも同じ値（形状）を繰り返す。逆に、人のような移動体が存在すると、相関値算出結果は、フレーム毎に変動する。

そこで、本実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１は、時間的に連続する２フレームについて、それらを比較するために、相関値の差分を算出し、差分（値）の大きさに基づいて移動体を検出できるようにする。

具体的には、差分算出部３３は、式（２）のように、２乗誤差を用いてフレーム間差分ＦｒａｍｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅ（ｉ）を算出し、移動体検出部３４に出力する。

図４は、本実施の形態１に係るフレーム間差分算出結果の例を示す図である。横軸は観測時間（０〜１０ｓ）を示し、縦軸はフレーム間差分値FrameDifference(i)を示す。この例では、フレーム間差分値は、観測開始直後から上昇し約１秒後にピークとなった後、ゆるやかに低下している。

なお、差分算出部３３は、フレーム間差分FrameDifference(i)を１フレーム毎に、すなわち、１２７ｍｓ毎に算出しても良いし、それ以外のタイミング、例えば、１／２フレーム（６３．５ｍｓ）毎や、２フレーム（２５４ｍｓ）毎に算出しても良い。ただし、差分値は、できればフレームを単位とするデータを用いて算出することが好ましい。

また、差分算出部３３は、フレーム間差分の算出式として、上記の式（２）に代えて、２フレーム間の相関値の差を定量化するような他の算出式を用いても良い。例えば、式（２）の平方根を計算するＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ: ２乗平均平方根）を用いても良い。
また、差分算出部３３は、次の式（３）に示すような各サンプルの差の絶対値を加算する算出式を用いても良い。式（３）のような絶対値による算出の方が、乗算による算出よりも、計算処理量を少なくすることができる。

移動体検出部３４は、フレーム間差分が検出しきい値を越えたか否かで、移動体の有無の判定を行い、判定結果を出力する。検出しきい値は移動体が存在しないときのフレーム間差分値の実績値に基づいて設定する。

図５は、本実施の形態１に係る移動体検出部３４の判定結果の例を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸はフレーム間差分値を示す。
フレーム間差分値は時刻が６秒を過ぎた辺りから検出しきい値を越えている。移動体検出部３４は、６秒辺りまでは「移動体無」と判定し、それ以降は「移動体有」と判定する。移動体検出部３４は、固定物からの反射波があっても、また、移動体に基づくピークを特定できないことがあっても、移動体を高い感度で検出することができる。

このように、本実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１は、物体からの（復調）反射信号Ｄと、送信符号Ａとの間の相関値Corr(i)を算出して、反射信号Ｄの遅延時間を測定するときに、送信符号Ａの１周期分に相当する相関値Corr(i)を１フレームとして、時間的に連続する２フレーム間の差分FrameDifference(i)を算出し、差分値が所定のしきい値を超えたときに、移動体を検出したと判定するものである。このような構成により、反射波が小さいか、又は、他にも物体が存在するような環境であっても、移動体からの反射波を認識して、移動体を検出することができる。

なお、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。

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。

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。

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。

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。

また、本実施の形態１に係る超音波移動体検出装置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に係る超音波移動体検出装置１では、人が移動（動作）／停止を繰り返して、フレーム間差分値がしきい値に対して上下し、人が存在するにもかかわらず、検出／非検出の判定が小刻みに切り替わる状況が発生し得る。そこで、移動体検出部３４は、現在及び過去の数フレームのフレーム間差分値の平均を算出し、当該平均値としきい値とを比較して移動体の検出を判定し、安定的な判定を実現するようにしても良い。

図６は、本実施の形態１に係るフレーム間差分の平均値による移動体検出の例を示す図である。
図６に示す例では、移動体検出部が、現在のフレーム及び過去の６フレームの計７フレームのフレーム間差分の平均値を用いて、現在のフレームで移動体が存在すると判定している。なお、この例では、単純に７フレームの平均値を利用しているが、デジタルフィルタ（例えば、ローパスフィルタ）を利用して差分値の瞬時変動を抑制し、同様の効果を得るようにしても良い。

また、本実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１では、移動体の有無の判定のみならず、移動体が有る場合に、検出装置１から移動体までの距離を推定するようにしても良い。
例えば、同じ人が同じような動きをする場合に、検出装置１の近くにいる場合と離れた所にいる場合とでは、近くにいる場合の方が反射波の変化が大きくなり、相関値が変動し、フレーム間差分値が大きくなる。

そこで、例えば、移動体検出部が、フレーム間差分値の大きさと移動体までの距離とを対応付けたテーブルをあらかじめ有し、フレーム間差分値がしきい値より大きくなって移動体を検出したときに、当該フレーム間差分値の大きさから移動体までの距離を推定するようにしても良い。

図７は、本実施の形態１に係るフレーム間差分値を用いた移動体までの距離推定の例を示す図である。
図７に示す例では、フレーム間差分値はその大きさが移動体までの距離（ｃｌｏｓｅ、ｎｅａｒ、ｆａｒ）と関連付けられており、移動体検出部３４は、フレーム間差分値の変化に基づいて、移動体が接近し、また、遠ざかっていると推定する。

また、本実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１では、移動体を検出するときのしきい値を、キャリブレーションにより自動で設定するようにしても良い。
例えば、キャリブレーション時間Ｔ及び検出精度調整値αを定義しておき、次の式（４）に従い、時間Ｔ内のフレーム差分値のうち、「最小の値」＋αの値をしきい値として採用するようにしても良い。

図８は、本実施の形態１に係る移動体検出しきい値の自動設定の例を示す図である。
この例では、キャリブレーション終了時点（Ｔ＝１０秒）でしきい値をほとんど０に近い小さな値に設定している。
また、本実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１は、ＡＭ検波部をアナログ回路で構成し、ＡＭ検波後の復調受信信号をＡＤコンバータでデジタル変換するようにしても良い。この場合には、ＡＤコンバータのサンプリング周波数を、例えば、１０ｋＨｚ程度にまで下げることができる。

また、本実施の形態１に係る超音波移動体検出装置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
また、本実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１では、送信部１５及び受信部２１をそれぞれ１つずつ備えるようにしたが、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。そのような検出装置では、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。

また、本実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１では、検出する移動体は人に限らず、動物などの生物や、自動車などの装置であっても良いし、それらの一部分であっても良い。
また、実施の形態１に係る超音波移動体検出装置を、超音波移動体検出方法、超音波移動体検出プログラム、又は、送信装置や受信装置を備える超音波移動体検出システム、更には、超音波人物検出装置、超音波動体検出装置、超音波測距装置などとして構成しても良い。
また、実施の形態１に係る超音波移動体検出装置を、超音波の代わりに電波、光線などを用いる移動体検出装置などとして構成しても良い。

以上、説明したように、本実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１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１１〜１５と、超音波が物体で反射した反射波を受信して受信信号に変換し、復調する受信部２１〜２５と、復調した受信信号と当該特定の符号との相関値を算出する相関値算出部３１と、特定の符号の１周期分に相当する相関値を１フレームとしたときの、所定の２フレームの差分を算出する差分算出部３３と、当該差分が所定のしきい値よりも大きいときに、移動体を検出したと判定する移動体検出部３４とを備えるものである。

このような構成により、反射波が小さいか、又は、他に物体が存在するような環境であっても、移動体からの反射波を認識して、移動体を検出することができる。このような超音波移動体検出装置１は、例えば、部屋の中の特定の場所の近くに人がいるのかいないのか、人がいる場合には、当該特定の場所に対してどのくらいの距離にいるのかなどを検出するために用いることができる。

また、超音波移動体検出装置１は、人がいる場合に、その旨を報せる信号を生成して、例えば、超音波移動体検出装置１の内部又は外部のカメラを起動し、静止画像又は動画像を記録したり、当該画像をユーザのモニタに表示したり、又は、人がいる領域の照明を点けたりすることもできる。
また、本実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１は、所定の２フレームが、時間的に連続する２フレームであることが好ましい。

また、本実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１は、移動体検出部３４が、当該差分の大きさと、移動体までの距離とを対応付けて記憶し、算出した差分の大きさから、検出した移動体までの距離を推定することが好ましい。
このような構成により、移動体までの距離を簡便に推定することができる。

また、本実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１は、移動体検出部３４が、当該差分の平均値がしきい値を超えたときに、移動体を検出したと判定することが好ましい。
このような構成により、移動体を安定的に検出することができる。

また、本実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１は、移動体検出部３４が、当該差分の最小値に基づいて、しきい値を設定することが好ましい。
このような構成により、移動体検出のためのしきい値を、検出装置１の設置環境に応じて、簡便に設定することができる。

（実施の形態２）
実施の形態１に係る超音波移動体検出装置は、時間的に連続する２フレーム間の差分値に基づいて移動体の有無を判定し、場合によっては、移動体までの距離を推定するものであったが、本実施の形態２に係る超音波移動体検出装置は、特定の符号の１周期分の相関結果（フレーム）の全部又は一部を複数の区間に分割し、各区間を移動体までの距離と対応付け、連続する２フレーム間の差分に代えて、連続する２フレーム間の区間毎の差分を算出することにより、距離毎に移動体の有無を検出するものである。

図９は、本実施の形態２に係る超音波移動体検出装置１０１の概略構成を示すブロック図である。
超音波移動体検出装置１０１は、実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１と同様のＰＮ符号発生部１１、キャリア信号発生部１２、混合部１３、ドライバ回路１４、超音波送信部１５、超音波受信部２１、増幅部２２、ローパスフィルタ２３、ＡＤコンバータ２４、ＡＭ検波部２５、相関値算出部３１に加えて、区間分割部１３２、差分算出部１３３ａ〜１３３ｍ、移動体検出部１３４ａ〜１３４ｍ、移動体数距離判定部１３５などを備えている。

上記したように、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に係る超音波移動体検出装置１のものと同様であって、ここでは、説明を省略する。

相関値算出部３１は、実施の形態１のときと同様に、ＡＭ復調後の復調受信信号Ｄと、送信時に用いたＰＮ符号Ａとの相関値を逐次算出して、算出した相関値を区間分割部１３２に出力する。
区間分割部１３２は、相関結果（フレーム）を複数の区間に分割し、それぞれ対応する差分算出部１３３ａ〜１３３ｍへ出力する。

図１０は、本実施の形態２に係る区間及び区間毎のフレーム間差分値の例を示す図である。
この例では、区間分割部１３２は、フレームの前半部分を４つの区間（区間１〜４）に分割している。ＰＮ符号周期（Ｎ_ＰＮサンプル：１２７ｍｓ）と音速（３４０ｍ/ｓ）との関係から、区間１〜４はそれぞれ、超音波移動体検出装置１０１から移動体までの距離０〜３ｍ、３〜６ｍ、６〜９ｍ、９〜１２ｍに対応する。

差分算出部１３３ａ〜１３３ｍは、区間１〜４毎のフレーム間差分を算出し、それぞれ対応する移動体検出部１３４ａ〜１３４ｍに出力する。
移動体検出部１３４ａ〜１３４ｍは、区間１〜４について、フレーム間差分が検出しきい値を超えるような変動があれば、移動体を検出したと判定し、判定結果を移動体数距離判定部１３５に出力する。

移動体数距離判定部１３５は、移動体検出部１３４ａ〜１３４ｍが移動体を検出したと判定した区間及び時間に基づいて、検出した移動体との距離や検出した移動体の数を判定する。図１０に示す例では、移動体数距離判定部１３５は、時刻１秒前後のときに距離０〜３ｍに少なくとも１名、時刻４秒前後のときに距離６〜９ｍ及び距離９〜１２ｍに少なくとも１名ずつ、時刻９秒前後のときに距離３〜６ｍに少なくとも１名の人が存在すると判定する。

以上、説明したように、本実施の形態２に係る超音波移動体検出装置１０１は、フレームの全体あるいは一部を複数の区間に分割する区間分割部１３２を更に備え、差分算出部１３３は、時間的に連続する２フレームの対応する区間の間での相関値の差分を算出し、移動体検出部１３４は、対応する区間の間での差分がしきい値よりも大きいときに、区間で移動体を検出したと判定することが好ましい。
このような構成により、距離の異なる複数の移動体を同時に検出することができる。

また、本実施の形態２に係る超音波移動体検出装置１０１は、当該区間と移動体までの距離とを対応付けて記憶し、移動体検出部１３４が当該区間で移動体を検出したと判定したときに、移動体までの距離を算出する距離算出部１３５を更に備えることが好ましい。
このような構成により、検出した移動体までの距離を算出することができる。

（実施の形態３）
実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１は、フレーム間差分値に基づいて移動体の有無を判定し、フレーム間差分値の大きさに基づいて移動体までの距離を推定するものであったが、本実施の形態３に係る超音波移動体検出装置は、移動体を検出したときに、相関値のピークの時間的位置に基づいて、検出した移動体までの距離を算出するものである。

図１１は、本実施の形態３に係る超音波移動体検出装置２０１の概略構成を示すブロック図である。
超音波移動体検出装置２０１は、実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１と同様のＰＮ符号発生部１１、キャリア信号発生部１２などの構成に加えて、相関ピーク検出部２３６、距離算出部２３７などを備えている。

上記したように、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に係る超音波移動体検出装置１のものと同様であって、ここでは、説明を省略する。

相関値算出部３１は、実施の形態１のときと同様に、ＡＭ復調後の復調受信信号Ｄと、送信時に用いたＰＮ符号Ａとの相関値を逐次算出し、差分算出部３３と相関ピーク検出部２３６とに出力する。
差分算出部３３は、フレーム間差分値を算出し、移動体検出部３４に出力する。
移動体検出部３４は、フレーム間差分値が検出しきい値を越えたときに、移動体を検出したと判定し、判定結果を外部と相関ピーク検出部２３６とに出力する。

相関ピーク検出部２３６は、移動体を検出したタイミング、すなわち、フレーム間差分値が検出しきい値を越えたフレームで出現した相関値のピークを移動体によるピークとして検出し、距離算出部２３７に出力する。
距離算出部２３７は、ＰＮ符号の時間周期Ｔ_ＰＮ、ＰＮ符号のサンプル周期Ｎ_ＰＮ、音速Ｖs、ピークのサンプル位置ｐｉを用いて、次の式（５）に従い、移動体までの距離Ｄを算出し、出力する。

図１２は、本実施の形態３に係る移動体距離の算出方法を説明するための図である。上の図は第１フレームの相関値、下の図は第１８フレームの相関値を示す。また、横軸はサンプル番号、縦軸は相関値を占めす。
距離算出部２３７は、相関ピークの位置から、移動体までの距離Ｄは、第１フレームでは１ｍ以内、第１８フレームでは１〜２ｍの範囲であると算出する。

以上、説明したように、本実施の形態３に係る超音波移動体検出装置２０１は、移動体検出部３４が移動体を検出したと判定したときに、差分がしきい値を超えたときの相関値のピークを検出するピーク検出部２３６と、検出したピークの時間的位置から、検出した移動体との距離を算出する距離算出部２３７とを更に備えることが好ましい。
このような構成により、検出した移動体の距離を高精度に算出することができる。

（実施の形態４）
実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１は、時間的に連続するフレーム間の差分値に基づいて移動体の有無を判定するものであったが、本実施の形態４に係る超音波移動体検出装置は、時間的に連続するフレーム間の差分値の、所定の期間の変動（分散、ばらつき）に基づいて移動体の有無を判定するものである。
本実施の形態４に係る超音波移動体検出装置の概略構成は、実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１のものと同様で良く、ここでは、図１を参照して、本実施の形態４に係る超音波移動体検出装置１の動作について説明する。

相関値算出部３１は、実施の形態１のときと同様に、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、相関値を逐次算出して、差分算出部３３に出力する。
差分算出部３３は、時間的に連続する２フレームの間の差分ＦｒａｍｅＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅ（ｉ）（または、「差分Ｘｉ」という。）を算出するとともに、Ｎ秒間（Ｎは１以上の整数）の差分Ｘｉの平均値
、Ｎ秒間のフレーム数ｎを用いて、次の式（６）に従い、所定の期間であるＮ秒間の差分の分散Ｕを算出し、それぞれ移動体検出部３４に出力する。

移動体検出部３４は、フレーム間差分値Ｘｉと所定のしきい値ＴｈＸｉとを比較し、また、分散値Ｕと所定のしきい値ＴｈＵとを比較して、移動体の有無の判定を行い、判定結果を出力する。
図１３は、本実施の形態４に係るフレーム間差分Ｘｉ及び分散Ｕの例を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸はフレーム間差分Ｘｉ又は分散Ｕの大きさを示す。
この例は、超音波移動体検出装置１の検出領域に、人が入って来て（時刻ｔ１〜ｔ２）、そこでしばらく静止し、又は、小さく動き（時刻ｔ２〜ｔ３）、出て行った（時刻ｔ３〜ｔ４）ときのものである。

時刻ｔ１〜ｔ２、時刻ｔ３〜ｔ４では、移動体(人)の動きが大きいので、フレーム間差分Ｘｉが検出しきい値ＴｈＸｉを大きく越えており、移動体検出部３４は、フレーム間差分Ｘｉに基づいて、移動体が存在すると判定する。
しかしながら、時刻ｔ２〜ｔ３では、移動体の動きが小さいので、フレーム間差分Ｘｉはしきい値ＴｈＸｉを挟んで上下し、移動体検出部３４は、フレーム間差分Ｘｉに基づいて、移動体が存在すると判定することができない。

一方、時刻ｔ１〜ｔ５では、移動体の動きが小さい時刻ｔ２〜ｔ３を含めて、フレーム間差分の所定の期間の分散Ｕがしきい値ＴｈＵを超えていて、移動体検出部３４は、分散Ｕに基づいて、移動体が存在すると判定することができる。

つまり、本実施の形態４に係る超音波移動体検出装置１は、時刻ｔ１において、フレーム間差分Ｘｉに基づいて、短い時間で感度良く移動体の存在を検出し、時刻ｔ１〜ｔ５において、分散Ｕに基づいて、比較的長い時間の分析により、確実に移動体の存在を検出し、時刻ｔ５において、フレーム間差分Ｘｉ及び分散Ｕに基づいて、感度良く、そして、比較的長い時間の分析により、確実に移動体の不在を検出することができる。

特に、フレーム間差分Ｘｉに基づく時刻ｔ１〜ｔ２、時刻ｔ３〜ｔ４の検出結果では、同一の移動体を２回検出したのか、別々の移動体をそれぞれ検出したのかが分からないようなときでも、分散Ｕに基づく時刻ｔ１〜ｔ５の検出結果を併用することにより、同一の移動体を連続して検出していること、すなわち、検出した移動体が領域に留まっていることが分かる。

そして、例えば、超音波移動体検出装置１の判定結果に基づいてカメラを動作させるような場合には、フレーム間差分Ｘｉがしきい値ＴｈＸｉよりも大きくなったとき（時刻ｔ１）にカメラを起動し、フレーム間差分Ｘｉがしきい値ＴｈＸｉよりも大きいか、又は、分散Ｕがしきい値ＴｈＵよりも大きいとき（時刻ｔ１〜ｔ５）は、カメラを動作させ続け、フレーム間差分Ｘｉがしきい値ＴｈＸｉよりも小さくなり、かつ、分散Ｕがしきい値ＴｈＵよりも小さくなったとき（時刻ｔ５）に、カメラを停止させることもできる。
なお、本実施の形態４に係る超音波移動体検出装置１は、フレーム間差分Ｘｉを用いず
に、フレーム間差分の分散Ｕだけを用いて、移動体を検出しても良い。

以上、説明したように、本実施の形態４に係る超音波移動体検出装置１は、移動体検出部３４が、所定の期間における、連続するフレーム間の差分の分散Ｕが所定のしきい値ＴｈＵを超えたときに、移動体を検出したと判定することが好ましい。
このような構成により、微小な動きを示す移動体を高精度に検出することができる。

（実施の形態５）
実施の形態４に係る超音波移動体検出装置１は、時間的に連続するフレーム間の差分値Ｘｉの所定の期間の分散Ｕに基づいて移動体の有無を判定するものであったが、本実施の形態５に係る超音波移動体検出装置は、移動体がないことがわかっているときに算出したフレームと、順次出力されるフレームとの差分に基づいて移動体の有無を判定するものである。
本実施の形態５に係る超音波移動体検出装置の概略構成も、実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１のものと同様で良く、ここでは、図１を参照して、本実施の形態５に係る超音波移動体検出装置１の動作を説明する。

相関値算出部３１は、実施の形態１のときと同様に、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、相関値を算出して、差分算出部３３に順次出力する。
差分算出部３３は、時間的に連続する２フレームの間の差分Ｘｉを算出するとともに、移動体がないことがわかっているときにあらかじめ算出して記憶しておいたＰＮ符号の１周期分の相関値（以下、「環境フレーム」という。）と、相関値算出部３１から順次出力される各フレームとの差分（以下、「環境フレーム差分」という。）Ｅを順次算出し、移動体検出部３４に出力する。

移動体検出部３４は、フレーム間差分値Ｘｉと所定のしきい値ＴｈＸｉとを比較し、また、環境フレーム差分Ｅと所定のしきい値ＴｈＥとを比較して、移動体の移動体の有無の判定を行い、判定結果を出力する。
図１４は、本実施の形態５に係るフレーム間差分Ｘｉ及び環境フレーム差分Ｅの例を示す図である。横軸は時間を示し、縦軸はフレーム間差分Ｘｉ又は環境フレーム差分Ｅの大きさを示す。

この例も、超音波移動体検出装置１の検出領域に、人が入って来て（時刻ｔ１１〜ｔ１２）、そこでしばらく静止し（時刻ｔ１２〜ｔ１３）、出て行った（時刻ｔ１３〜ｔ１４）ときのものである。
移動体検出部３４が、フレーム間差分Ｘｉに基づいて、時刻ｔ１１〜ｔ１２、時刻ｔ１３〜ｔ１４では移動体が存在すると判定し、時刻ｔ１２〜ｔ１３では移動体が存在すると判定することができない点は、実施の形態４の場合と同様である。

一方、時刻ｔ１１〜ｔ１４では、移動体の動きが小さい時刻ｔ１２〜ｔ１３を含めて、環境フレーム差分Ｅがしきい値ＴｈＥを超えており、移動体検出部３４は、環境フレーム差分Ｅに基づいて、時刻ｔ１１〜ｔ１４に移動体が存在すると判定することができる。
つまり、本実施の形態５に係る超音波移動体検出装置１は、時刻ｔ１１において、フレーム間差分Ｘｉに基づいて、短い時間で感度良く移動体の存在を検出し、時刻ｔ１１〜ｔ１４において、環境フレーム差分Ｅに基づいて、確実に移動体の存在を検出し、時刻ｔ１４において、フレーム間差分Ｘｉ及び環境フレーム差分Ｅに基づいて、短い時間で感度良く、そして、確実に移動体の不在を検出することができる。

このときも、フレーム間差分Ｘｉに基づく時刻ｔ１１〜ｔ１２、時刻ｔ１３〜ｔ１４の検出結果と、環境フレーム差分Ｅに基づく時刻ｔ１１〜ｔ１４の検出結果とを併用することにより、検出した移動体が検出領域に留まっていることが分かる。

そして、例えば、超音波移動体検出装置１の判定結果に基づいてカメラを動作させるような場合に、フレーム間差分Ｘｉがしきい値ＴｈＸｉよりも大きくなったとき（時刻ｔ１１）にカメラを起動し、フレーム間差分Ｘｉがしきい値ＴｈＸｉよりも小さくなり、かつ、環境フレーム差分Ｅがしきい値ＴｈＥよりも小さくなったとき（時刻ｔ１４）に、カメラを停止させるようにすることができるのは、実施の形態４の場合と同様である。

なお、本実施の形態５に係る環境フレームは、移動体がないことがわかっているときに算出した複数フレームの平均値であっても良い。
また、本実施の形態５に係る超音波移動体検出装置１は、フレーム間差分Ｘｉを用いずに、環境フレーム差分Ｅだけを用いて、移動体を検出しても良い。

以上、説明したように、本実施の形態５に係る超音波移動体検出装置１は、所定の２フレームが、移動体がないことがわかっているときに算出した相関値である環境フレーム、及び、相関値算出部３１が順次出力するフレームであることが好ましい。
このような構成により、微小な動きを示す移動体を高精度に検出することができる。

（実施の形態６）
実施の形態１〜５に係る超音波移動体検出装置は、超音波を送受信して、移動体の有無を判定したり、移動体までの距離を算出したりするものであったが、本実施の形態６に係る超音波移動体検出装置は、超音波を送受信して、移動体の有無を判定したり、移動体までの距離を算出したりするときに、送信部と受信部との間の直接波や、雨粒などの近距離非検出対象物体からの反射波（以下、「近接反射波」という。）に対して、それらの信号レベル及び遅延時間を検出して、受信信号から減算するもので、これにより、直接波又は近接反射波の影響を排除して、更に精度の高い移動体検出、距離算出を可能にするものである。

図１５は、本実施の形態６に係る超音波移動体検出装置３０１の概略構成を示すブロック図である。
超音波移動体検出装置３０１は、実施の形態３に係る超音波移動体検出装置２０１と同様のＰＮ符号発生部１１、キャリア信号発生部１２などの構成に加えて、オペアンプ３４１、ヒステリシスコンパレータ（Ｃｏｍｐ）３４２、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３４３、電圧制御可変ゲインアンプ（ＶＧＡ）３４４、ＶＧＡゲイン調整部３４５、ＤＡコンバータ（ＤＡＣ）３４６などを備えている。

上記したように、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３に係る超音波移動体検出装置２０１のものと同様であって、ここでは、説明を省略する。

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とし、オペアンプ３４１とヒステリシスコンパレータ３４２とに出力する。
ヒステリシスコンパレータ３４２は、そのしきい値Ｖ＋と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の振幅よりも小さく設定されていて、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）情報を有するキャンセル用信号を生成して、バンドパスフィルタ３４３に出力する。

バンドパスフィルタ３４３は、送信部１５及び受信部２１の周波数特性（帯域特性）と同様の特性を有する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３４４に出力する。
電圧制御可変ゲインアンプ３４４は、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３４１に出力する。
オペアンプ３４１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に基づくピーク（以下、「非対象ピーク」という。）のレベルが減少するようにする。

一方、相関ピーク検出部２３６は、相関値算出部３１が算出した各フレームを監視し、移動体が存在すると考えられている距離よりも近い距離（例えば、０．５ｍ以内）に対応する時間的位置（サンプル番号）に、所定のしきい値よりも大きい相関ピークが現れた場合に、これを非対象ピークとして検出し、非対象ピークの位置及び大きさをＶＧＡゲイン調整部３４５に出力する。

ＶＧＡゲイン調整部３４５は、当該非対象ピークの大きさが減少するように、ＤＡコンバータ３４６を介して電圧制御可変ゲインアンプ３４４のゲインを調整する。
図１６は、本実施の形態６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６に係るキャンセル用信号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６に係るキャンセル用信号を用いた場合の相関出力である。

図１６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、本来の検出対象からの反射波による相関ピークが見え難くなっている。これに対して、図１６の下図では、検出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ので、フレーム間差分を用いた移動体の検出や、ピーク位置の位相差（遅延時間Δｔ）を用いた距離の算出の精度を更に向上させることができる。

なお、実施の形態６に係る超音波移動体検出装置３０１を、距離測定などの移動体検出以外の用途向けの超音波送受信装置、電波、光線などの超音波以外の直接波又は近接反射波をキャンセルするための直接波近接反射波キャンセル装置などとして構成しても良い。

以上、説明したように、本実施の形態６に係る超音波移動体検出装置３０１は、受信信号からキャンセル用信号を生成するヒステリシスコンパレータ３４２と、算出したフレームの中から、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２３６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３４１とを更に備えることが好ましい。
このような構成により、直接波又は近接反射波の影響を排除して、高い精度で移動体を検出することができる。

（実施の形態７）
実施の形態６に係る超音波移動体検出装置３０１は、送信部と受信部との間の直接波や、雨粒などからの近接反射波に対して、それらの信号レベル及び遅延時間を検出して、受信信号から減算するものであったが、本実施の形態７に係る超音波移動体検出装置は、送信信号、受信信号の符号の要素毎に送信休止期間、受信期間を設けて、直接波及び近接反射波による、検出対象物からの反射波への影響を軽減するものである。

図１７は、本実施の形態７に係る超音波移動体検出装置４０１の概略構成を示すブロック図である。
超音波移動体検出装置４０１は、実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１と同様のＰＮ符号発生部１１、キャリア信号発生部１２などの構成に加えて、送信休止期間設定部４５１、受信期間設定部４５２、相関ピークタイミング検出部４５３などを備えている。

上記したように、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に係る超音波移動体検出装置１のものと同様であり詳細な説明は省略するが、ＰＮ符号発生部１１は、ここでは、周期１２７ビットのＰＮ符号を１．５ｍｓ単位で「０」又は「１」の値をとるように、つまり、１周期が１９０．５ｍｓとなるように発生する。

混合部１３は、キャリア信号をＰＮ符号によりＡＭ変調し、符号の各要素が隙間なしで連続する、つまり、デューティ比が１００％の送信信号Ｂを送信休止期間設定部４５１に出力する。
図１８は、本実施の形態７に係る超音波移動体検出装置４０１の各信号を説明するための図である。上から順番に、送信信号Ｂ、間欠送信信号Ｈ、近接反射波Ｉ、検出対象物からの反射波Ｊ、受信期間Ｗ、間欠受信信号Ｋを示す。横軸は時間を示し、各信号については、縦軸は信号の大きさを示す。

送信休止期間設定部４５１は、送信信号Ｂについて、符号の各要素の間に隙間ができるように、そのデューティ比を２０〜５０％程度にまで小さくし、例えば、０．５ｍｓの送信期間と、１．０ｍｓの送信休止期間とを交互に有する間欠送信信号Ｈとして、ドライバ回路１４に出力する。
そして、ドライバ回路１４は、間欠送信信号Ｈを必要な電圧に増幅し、超音波送信部１５は、増幅された間欠送信信号Ｈを超音波信号に変換して空間に放出する。

一方、超音波受信部２１は、間欠送信信号Ｈの送信から、例えば、０．６〜０．８ｍｓ遅れて届く、近接非対象物からの間欠した強い近接反射波Ｉと、検出対象物などからの連続した弱い反射波Ｊとを受信して電気信号に変換する。
そして、増幅部２２が、電気信号に変換された近接反射波Ｉと反射波Ｊとを増幅し、ＡＤコンバータ２４が、これらをデジタル信号に変換して、受信期間設定部４５２に出力する。

受信期間設定部４５２は、近接反射波又は直接波に対応する信号が小さいか、存在しない位置（時間）に受信期間Ｗを設け、近接反射波Ｉに対応する信号を遮断し、反射波Ｊに対応する信号のうちの受信期間Ｗのものを間欠受信信号Ｋとして、ＡＭ検波部２５に出力する。
このとき、受信期間設定部４５２は、直接波又は近接反射波に対応する信号を遮断するために、受信期間Ｗの長さを送信休止期間の長さ以下、例えば、０．９５ｍｓとし、また、受信期間Ｗの周期を送信休止期間の周期と同一の、ここでは、１．５ｍｓとする。

ＡＭ検波部２５は、間欠受信信号ＫをＡＭ復調して相関値算出部３１に出力する。
相関値算出部３１は、復調した間欠受信信号Ｋと、送信時に用いたＰＮ符号との相関演算を行い、相関値を逐次算出して、差分算出部３３と相関ピークタイミング検出部４５３とに出力する。このとき、算出した相関値は、直接波又は近接反射波に対応するピーク（非対象ピーク）が小さくなり、又は、消滅し、検出対象物に対応するピークが明確になっている。
そして、差分算出部３３が時間的に連続する２フレームの差分を算出し、移動体検出部３４が移動体を検出する。

また、相関ピークタイミング検出部４５３は、相関値の中に非対象ピークがあれば、これを検出し、そのピーク位置及び大きさを受信期間設定部４５２に出力する。
受信期間設定部４５２は、非対象ピークの大きさが減少するように、受信期間Ｗを設定する。すなわち、受信期間設定部４５２は、受信期間Ｗを、例えば、０．１ｍｓずつ時間的に前後にずらして、非対象ピークが最も小さくなる受信期間Ｗの位置を適応的に設定しても良いし、検出した非対象ピークの位置から受信期間Ｗの位置を計算により求めても良い。図１８では、受信期間Ｗに重ね合わせた矢印が、受信期間Ｗが取り得る位置を示す。

なお、本実施の形態７に係る超音波移動体検出装置４０１では、間欠送信信号Ｈは、符号の各要素について、０．５ｍｓの送信期間と、１．０ｍｓの送信休止期間とを有していたが、送信期間、送信休止期間の長さは、直接波、近接反射波の予想される位置（時間）や、超音波移動体検出装置４０１の構成に応じて変更することができる。
また、本実施の形態７に係る超音波移動体検出装置４０１では、送信休止期間設定部４５１が、送信信号Ｂの符号の要素毎に送信休止期間を設けていたが、ＰＮ符号発生部１１が、符号の各要素について、０．５ｍｓ送信期間と、１．０ｍｓの送信休止期間とを有する間欠ＰＮ符号を発生し出力しても良い。このときは、送信休止期間設定部４５１は不要となり、また、相関値算出部３１は、復調した間欠受信信号Ｋと、送信時に用いた間欠ＰＮ符号との相関演算を行い、相関値を逐次算出する。

以上、説明したように、本実施の形態７に係る超音波移動体検出装置４０１は、送信信号が、符号の要素「０」「１」毎に第１の送信休止期間を有し、受信部２１〜２５は、第１の送信休止期間以下の長さの期間であって第１の送信休止期間と同一の周期を有する受信期間Ｗ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の影響を軽減して、高い精度で移動体を検出することができる。

また、本実施の形態７に係る超音波移動体検出装置４０１は、受信部２１〜２５、４５２、４５３は、算出した相関値の中の、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の大きさが減少するように、受信期間Ｗを時間的に前後させることが好ましい。
このような構成により、より精度良く直接波又は近接反射波の影響を排除することができる。

また、本実施の形態７に係る超音波移動体検出装置４０１は、受信部２１〜２５、４５２、４５３は、算出した相関値の中の、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の時間的な位置に基づいて、受信期間の時間的位置を決定することが好ましい。
このような構成により、より短時間に直接波又は近接反射波の影響を排除することができる。

（実施の形態８）
実施の形態７に係る超音波移動体検出装置４０１は、送信信号、受信信号の符号の要素毎に送信休止期間、受信期間を設けて直接波及び近接反射波の影響を軽減するものであったが、本実施の形態８に係る超音波移動体検出装置は、符号系列信号の周期毎に送信休止期間を設け、直接波及び近接反射波の影響を軽減するものである。
本実施の形態８に係る超音波移動体検出装置の概略構成は、実施の形態１に係る超音波移動体検出装置１のものと同様で良く、ここでは、図１を参照して、本実施の形態８に係る超音波移動体検出装置１の動作を説明する。

ＰＮ符号発生部１１は、１ｍｓ単位で「０」又は「１」の値をとる周期１５ビットのＰＮ符号を６０ｍｓ毎に発生する。
図１９は、本実施の形態８に係る送信波と、直接波及び反射波との関係を説明するための図である。上図は、比較例としての従来技術に係る送信波と、その直接波及び反射波とを示し、下図は、本実施の形態８に係る送信波と、その直接波及び反射波とを示す。横軸は時間を示し、縦軸は各信号の大きさを示す。

従来技術では、ＰＮ符号発生部が１２７ビットで周期１２７ｍｓのＰＮ符号を連続的に発生し、超音波送信部が連続的に空間に放出した超音波信号（送信波）について、超音波受信部が、超音波の送信からほとんど遅延しない強い直接波、近接反射波、又は、多少遅延する検出対象物からの弱い反射波として連続して受信する。このため、反射波は、直接波、近接反射波に埋もれて、判別できないこともあった。

これに対して、本実施の形態８の超音波移動体検出装置１は、ＰＮ符号発生部１１が、１５ビットで周期１５ｍｓのＰＮ符号を発生し、次に４５ｍｓの送信休止期間を設け、また、１５ビットで周期１５ｍｓのＰＮ符号を発生し、次に送信休止期間を設けるというように、送信期間と送信休止期間とを交互に繰り返すようにしている。
これにより、超音波送信部１５も、ＡＭ変調され、増幅されたＰＮ符号を超音波信号に変換して、１５ｍｓの送信期間と４５ｍｓの送信休止期間とを繰り返しながら、空間に放出する。

超音波受信部２１は、超音波の送信からほとんど遅延しない強い直接波、近接反射波を送信期間に対応する長さの期間（約１５ｍｓ）だけ受信するが、その後の送信休止期間に対応する長さの期間（約４５ｍｓ）は、直接波又は近接反射波の影響を受けない検出対象物からの反射波を受信することができる。図１９に示す例では、超音波受信部２１は、５ｍ離れた人からの反射波を、直接波などの影響を受けずに、やはり、送信期間に対応する長さの期間（約１５ｍｓ）だけ受信する。

本実施の形態８に係る超音波移動体検出装置１の超音波を受信した後の動作は、実施の形態１のものと同様であるが、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周期分（１５ｍｓ）の信号と、ＰＮ符号の１周期分（１５ｍｓ）の信号との相関値を算出する。

そして、本実施の形態８に係る超音波移動体検出装置１では、検出対象物までの距離にかかわらず、検出対象物を良好に検出することができる。
図２０は、本実施の形態８に係る送信波と、直接波及び反射波との関係を説明するための別の図である。上から順番に、送信波、検出対象物（人）までの距離が１〜５ｍのときの直接波及び反射波を示す。横軸は時間を示し、縦軸は各信号の大きさを示す。

人までの距離が１〜２ｍのときは、直接波と反射波との重なりが大きいが、反射波の強度が大きく、超音波移動体検出装置１は、ＰＮ符号の符号化利得により、反射波から信号を適切に復調することができる。また、人までの距離が３〜５ｍのときは、反射波の強度は小さいが、直接波と反射波との重なりがなく、超音波移動体検出装置１は、反射波から信号を問題なく復調することができる。

図２１は、本実施の形態８に係る超音波移動体検出装置１の動作例を説明するための図である。上図は省電力モードのときの、下図は通常モードのときの、送信波と、直接波又は反射波との関係を示している。横軸は時間を、縦軸は各信号の大きさを示す。また、横軸下の太線は、送信部又は受信部が動作している期間を示す。

超音波移動体検出装置１は、動作モードとして、省電力モードと通常モードとを有しており、ふだんは、省電力モードで動作する。
超音波移動体検出装置１は、省電力モードでは、離れたところから超音波移動体検出装置１の方に接近してくる移動体を検出できるように、例えば、距離が６ｍ程度の対象物を検出するための、超音波の送信から３５〜５０ｍｓ遅れた位置に１５ｍｓの受信期間を設けている。そして、送信期間も受信期間も１５ｍｓとして省電力を実現する。

また、超音波移動体検出装置１は、省電力モードにおいて移動体を検出すると、動作モードを通常モードに変更し、受信期間を連続する期間として反射波を受信する。
そして、超音波移動体検出装置１が、実施の形態２と同様に、複数の差分算出部、複数の移動体検出部、及び、移動体数距離判定部を備えていれば、複数の受信期間（受信区間）と対象物までの距離（例えば、１〜５ｍ）を対応付けておいて、移動体までの距離や移動体の数、更には、移動体の動きを検出することもできる。

以上、説明したように、本実施の形態８に係る超音波移動体検出装置１は、送信信号は、特定の符号の１周期分の送信期間と、第２の送信休止期間とを交互に有し、差分算出部３３は、第２の送信休止期間に相当する期間を間に挟んだ連続する２フレームの間での相関値の差分を算出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の影響を軽減して、高い精度で移動体を検出することができる。

また、本実施の形態８に係る超音波移動体検出装置１は、受信部２１〜２５は、送信期間と略同一の長さの受信期間を有することが好ましい。
このような構成により、装置の消費電力を削減することができる。
また、本実施の形態８に係る超音波移動体検出装置１は、複数の受信期間と移動体までの距離とを対応付けて記憶する距離算出部を更に備え、受信部２１〜２５は、複数の受信期間を有し、移動体検出部は、受信期間毎に移動体を検出し、距離算出部は、移動体検出部が移動体を検出したと判定したときに、受信期間に基づいて移動体までの距離を算出することが好ましい。
このような構成により、距離の異なる複数の移動体を同時に検出することができる。

１、１０１、２０１、３０１、４０１ 超音波移動体検出装置
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
３３、１３３ 差分算出部
３４、１３４ 移動体検出部
１３２ 区間分割部
１３５ 移動体数距離判定部
２３６ 相関ピーク検出部
２３７ 距離算出部
３４１ オペアンプ
３４２ ヒステリシスコンパレータ
３４３ バンドパスフィルタ
３４４ 電圧制御可変ゲインアンプ
３４５ ＶＧＡゲイン調整部
３４６ ＤＡコンバータ
４５１ 送信休止期間設定部
４５２ 受信期間設定部
４５３ 相関ピークタイミング設定部
Ａ ＰＮ符号
Ｂ 送信信号
Ｃ 受信信号
Ｄ 復調受信信号
Ｈ 間欠送信信号
Ｉ 近接反射波
Ｊ 反射波
Ｗ 受信期間
Ｋ 間欠受信信号

Claims (19)

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、
   前記特定の符号の１周期分に相当する前記相関値を１フレームとしたときの、所定の２フレームの差分を算出する差分算出部と、
   前記差分が所定のしきい値よりも大きいときに、移動体を検出したと判定する移動体検出部と
   を備える超音波移動体検出装置。
2. 前記所定の２フレームが、時間的に連続する２フレームである
   請求項１記載の超音波移動体検出装置。
3. 前記移動体検出部は、前記差分の大きさと、移動体までの距離とを対応付けて記憶し、前記算出した差分の大きさから、前記検出した移動体までの距離を推定する
   請求項１又は請求項２記載の超音波移動体検出装置。
4. 前記移動体検出部は、所定の期間における前記差分の平均値が前記しきい値を超えたときに、移動体を検出したと判定する
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の超音波移動体検出装置。
5. 前記移動体検出部は、前記差分の最小値に基づいて、前記しきい値を設定する
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の超音波移動体検出装置。
6. 前記フレームの全体あるいは一部を複数の区間に分割する区間分割部を更に備え、
   前記差分算出部は、時間的に連続する２フレームの対応する前記区間の間での前記相関値の差分を算出し、
   前記移動体検出部は、前記対応する区間の間での前記差分が所定のしきい値よりも大きいときに、前記区間で移動体を検出したと判定する
   請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載の超音波移動体検出装置。
7. 前記区間と移動体までの距離とを対応付けて記憶し、前記移動体検出部が前記区間で移動体を検出したと判定したときに、前記移動体までの距離を算出する距離算出部を
   更に備える請求項６記載の超音波移動体検出装置。
8. 前記移動体検出部が移動体を検出したと判定したときに、前記差分が前記しきい値を超えたときの相関値のピークを検出するピーク検出部と、
   前記検出したピークの時間的位置から、前記検出した移動体との距離を算出する距離算出部と
   を更に備える請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の超音波移動体検出装置。
9. 前記移動体検出部は、所定の期間における前記差分の分散が、所定のしきい値を超えたときに、移動体を検出したと判定する
   請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の超音波移動体検出装置。
10. 前記所定の２フレームが、移動体がないことがわかっているときに前記算出した相関値である環境フレーム、及び、前記相関値算出部が順次出力するフレームである
    請求項１乃至請求項９のいずれか１項記載の超音波移動体検出装置。
11. 前記受信信号からキャンセル用信号を生成するヒステリシスコンパレータと、
    前記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
    を更に備える請求項１乃至請求項１０のいずれか１項記載の超音波移動体検出装置。
12. 前記送信信号は、前記符号の要素毎に第１の送信休止期間を有し、
    前記受信部は、前記第１の送信休止期間以下の長さの期間であって前記第１の送信休止期間と同一の周期を有する受信期間を有する
    請求項１乃至請求項１１のいずれか１項記載の超音波移動体検出装置。
13. 前記受信部は、前記算出した相関値の中の、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の大きさが減少するように、前記受信期間を時間的に前後させる
    請求項１２記載の超音波移動体検出装置。
14. 前記受信部は、前記算出した相関値の中の、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の時間的な位置に基づいて、前記受信期間の時間的位置を決定する
    請求項１２又は請求項１３記載の超音波移動体検出装置。
15. 前記送信信号は、前記特定の符号の１周期分の送信期間と、第２の送信休止期間とを交互に有し、
    前記差分算出部は、前記第２の送信休止期間に相当する期間を間に挟んだ連続する２フレームの間での前記相関値の差分を算出する
    請求項１乃至請求項１４のいずれか１項記載の超音波移動体検出装置。
16. 前記受信部は、前記送信期間と略同一の長さの受信期間を有する
    請求項１５記載の超音波移動体検出装置。
17. 複数の前記受信期間と移動体までの距離とを対応付けて記憶する距離算出部を更に備え、
    前記受信部は、前記複数の受信期間を有し、
    前記移動体検出部は、前記受信期間毎に移動体を検出し、
    前記距離算出部は、前記移動体検出部が移動体を検出したと判定したときに、前記受信期間に基づいて前記移動体までの距離を算出する
    請求項１６記載の超音波移動体検出装置。
18. 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、
    前記特定の符号の１周期分に相当する前記相関値を１フレームとしたときの、所定の２フレームの差分を算出するステップと、
    前記差分が所定のしきい値よりも大きいときに、移動体を検出したと判定するステップと
    を有する超音波移動体検出方法。
19. 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、
    前記特定の符号の１周期分に相当する前記相関値を１フレームとしたときの、所定の２フレームの差分を算出する手順と、
    前記差分が所定のしきい値よりも大きいときに、移動体を検出したと判定する手順と
    を実行させるための超音波移動体検出プログラム。