JP6946834B2 - 物体検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、物体検知装置に関するものである。

自動車に搭載されて障害物を検知する物体検知装置について、探査波として用いる超音波の周波数を時間とともに変化させて、周辺を走行中の他の自動車が送信する超音波との混信を回避する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

欧州特許第２３７３４３４号明細書

超音波センサに用いられるマイクロホンは一般的に帯域が狭いため、周波数を変化させながら送信波を生成すると、共振周波数から離れた周波数では送信波および受信波の振幅が小さくなり、受信波の周波数の検出が困難になる。このため、周波数を検出できる範囲が狭く、周波数の変化を十分にとらえることができない。

本発明は上記点に鑑みて、周波数の変化の検出が容易な物体検知装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、周波数が時間とともに変化するパルス信号を生成する信号生成部（２）と、信号生成部が生成したパルス信号が入力されて、該パルス信号に応じた探査波を送信する送信部（１、３、４）と、探査波の反射波を受信するための受信部（１、５、６、７）と、受信部が受信した受信波の周波数を算出する周波数算出部（１１）と、周波数算出部が算出した周波数の変化と、信号生成部から送信部に入力されるパルス信号の周波数の変化との比較に基づいて、受信波が探査波の反射波であるか否かを判定する周波数判定部（１２）と、周波数判定部によって受信波が探査波の反射波であると判定されたときに、送信部が探査波を送信してから受信部が探査波の反射波を受信するまでの時間に基づいて、探査波を反射した物体との距離を算出する距離算出部（１３）と、を備える物体検知装置であって、受信部が受信波に応じて出力する信号をフィルタ処理するフィルタ部（９）を備え、周波数算出部は、フィルタ部の出力信号に基づいて受信波の周波数を算出し、フィルタ部のゲインは、入力される信号の周波数によって変化し、信号生成部は、生成するパルス信号の周波数を第１の値から第２の値に変化させ、探査波の振幅は、信号生成部から送信部に入力されるパルス信号の周波数に応じて変化し、フィルタ部に入力される信号の周波数が第１の値から第２の値に変化したときのフィルタ部のゲインの増減は、信号生成部から送信部に入力されるパルス信号の周波数が第１の値から第２の値に変化したときの探査波の振幅の増減と逆とされており、フィルタ部のゲイン特性を切り替える切替部（１４）を備える。

このように、フィルタ部のゲイン特性が、送信部の周波数特性を補うように設定されている。これにより、探査波の周波数が共振周波数から離れていて振幅が小さいときにも、受信波に応じて受信部が出力する信号が増幅されて、受信波の周波数の変化が大きくなる。したがって、所望の周波数変化を検出可能な範囲が広がり、周波数の変化をとらえやすくなる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態にかかる物体検知装置の構成を示す図である。 図１に示す処理部の構成を示す図である。 図１に示すマイクロホンから送信される探査波の振幅とフィルタ部のゲイン特性との関係を示すグラフである。 図２に示すフィルタ部のゲイン特性を示すグラフである。 従来の物体検知装置における受信周波数幅を示すグラフである。 第１実施形態における受信周波数幅を示すグラフである。 第２実施形態における処理部の構成を示す図である。 第２実施形態におけるフィルタ部の構成を示す図である。 第２実施形態におけるフィルタ部の構成を示す図である。 第３実施形態におけるフィルタ部の構成を示す図である。 第４実施形態における処理部の構成を示す図である。 振幅の判定結果とフィルタ特性の切り替えのタイミングとの関係を示すタイムチャートである。 他の実施形態における探査波の振幅とフィルタ部のゲイン特性との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。本実施形態の物体検知装置は、いわゆる超音波ソナー装置であって、車両の周囲における物体の存在及び物体との距離などを検知するものである。

図１に示すように、物体検知装置は、マイクロホン１と、信号生成部２と、ＤＡ変換部３と、送信回路４と、受信回路５と、増幅器６と、ＡＤ変換部７と、処理部８とを備えている。

マイクロホン１は、車両の外表面に面して配置されており、物体を検知するための探査波である超音波を車両の外側に向けて送信するものである。

信号生成部２は、周波数が時間とともに変化するパルス信号を生成するものである。信号生成部２は、例えば、周波数が単調増加するパルス信号、または、周波数が単調減少するパルス信号を生成するように構成されており、物体検知装置では、必要に応じてこれらのパルス信号を切り替えて使用する。このようにパルス信号の周波数を変化させることにより、周波数が時間とともに変化するチャープ信号が含まれた探査波がマイクロホン１から送信される。信号生成部２が生成するパルス信号の周波数をｆｐとする。

信号生成部２が生成したパルス信号は、ＤＡ変換部３および送信回路４を介してマイクロホン１に入力される。具体的には、ＤＡ変換部３は、信号生成部２から入力されたパルス信号をＤ／Ａ変換し、これにより生成された交流電圧を出力する。ＤＡ変換部３の出力電圧は送信回路４に入力され、送信回路４は、入力された交流電圧の振幅等を調整してマイクロホン１に印加する。マイクロホン１は、互いに対向する２つの電極の間に圧電膜が配置された構成の図示しない圧電素子を備えている。そして、マイクロホン１が備える２つの電極に送信回路４から交流電圧が印加されて圧電膜が変形することにより、マイクロホン１から車両の外側へ超音波が送信される。このように、マイクロホン１、ＤＡ変換部３、および、送信回路４は、信号生成部２から入力されたパルス信号に応じた探査波を送信するものであり、送信部に相当する。

また、マイクロホン１は、探査波の反射波を受信するためのものでもある。マイクロホン１は、受信した超音波の音圧に応じた電圧を出力する。具体的には、マイクロホン１が備える圧電素子の２つの電極は、受信回路５にも接続されており、超音波を受信して圧電膜が変形したときの２つの電極間の電圧が受信回路５に入力されるようになっている。

受信回路５は、入力された電圧にクランプ等の処理を施して出力するものであり、受信回路５の出力電圧は、増幅器６によって増幅された後、ＡＤ変換部７によってＡ／Ｄ変換される。このように、マイクロホン１、受信回路５、増幅器６、ＡＤ変換部７は、マイクロホン１で受信した超音波に応じた信号を出力するように構成されており、受信部に相当する。ＡＤ変換部７でのＡ／Ｄ変換により生成された信号は、ＡＤ変換部７から処理部８に入力される。

処理部８は、ＡＤ変換部７の出力信号を処理し、物体との距離の算出等を行うものである。処理部８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏなどを備えた周知のマイクロコンピュータによって構成され、ＲＯＭなどに記憶されたプログラムに従って、所定の処理を実行する。

図２に示すように、処理部８は、フィルタ部９と、振幅算出部１０と、周波数算出部１１と、周波数判定部１２と、距離算出部１３と、切替部１４と、振幅判定部１５と、を備えている。マイクロホン１が受信した超音波に応じてＡＤ変換部７が出力する信号は、フィルタ部９でフィルタ処理された後に、振幅算出部１０および周波数算出部１１に入力されるようになっている。

振幅算出部１０および周波数算出部１１は、それぞれ、フィルタ部９の出力信号に基づいて、直交復調を用いて、マイクロホン１が受信した超音波の振幅および周波数を算出する。

具体的には、フィルタ部９は、乗算器１６と、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１７と、乗算器１８と、ＬＰＦ１９とを備えており、フィルタ部９のゲインは、入力される信号の周波数によって変化するようになっている。

ＡＤ変換部７の出力信号は、乗算器１６に入力されてｓｉｎ２πｆ０ｔを掛けられた後にＬＰＦ１７に入力される。また、ＡＤ変換部７の出力信号は乗算器１８にも入力され、ｃｏｓ２πｆ０ｔを掛けられた後にＬＰＦ１９に入力される。ここで、ｆ０はマイクロホン１の共振周波数であり、ｔは時間である。

ＬＰＦ１７、ＬＰＦ１９のカットオフ周波数は、入力された信号から周波数が２ｆ０以上の成分を除去するように設定されている。ＬＰＦ１７およびＬＰＦ１９は振幅算出部１０に接続されており、ＬＰＦ１７およびＬＰＦ１９の出力信号は振幅算出部１０に入力されるようになっている。振幅算出部１０は、ＬＰＦ１７の出力信号の大きさをＩとし、ＬＰＦ１９の出力信号の大きさをＱとし、受信波の振幅をＡｒとして、Ａｒ＝（Ｉ^２＋Ｑ^２）^１／２によりＡｒを算出する。

また、ＬＰＦ１７およびＬＰＦ１９の出力信号は周波数算出部１１にも入力されるようになっている。周波数算出部１１は、受信波の位相をＰとして、Ｐ＝ａｔａｎ（Ｑ／Ｉ）によりＰを算出し、受信波の周波数をｆｒとして、ｆｒ＝１／（２π）・ｄＰ／ｄｔ＋ｆｐによりｆｒを算出する。周波数算出部１１は、算出した周波数ｆｒに応じた信号を出力し、周波数算出部１１の出力信号は、周波数判定部１２に入力される。

周波数判定部１２は、受信波が探査波の反射波であるか否かを判定するものである。周波数判定部１２は、周波数算出部１１が算出した周波数ｆｒの変化と、信号生成部２からＤＡ変換部３に入力されるパルス信号の周波数ｆｐの変化との比較に基づいて、受信波が探査波の反射波であるか否かを判定する。

例えば、周波数ｆｐが時間の経過とともに増加するパルス信号が生成された場合には、受信波の周波数ｆｒが周波数ｆｐと同様に増加しているときに、受信波が探査波の反射波であると判定される。また、例えば、周波数ｆｐが時間の経過とともに減少するパルス信号が生成された場合には、受信波の周波数ｆｒが周波数ｆｐと同様に減少しているときに、受信波が探査波の反射波であると判定される。周波数判定部１２は、判定結果に応じた信号を出力し、周波数判定部１２の出力信号は、距離算出部１３に入力される。

距離算出部１３は、物体との距離を算出するものである。距離算出部１３は、周波数判定部１２によって受信波が探査波の反射波であると判定されたときに、マイクロホン１が探査波を送信してから探査波の反射波を受信するまでの時間に基づいて、探査波を反射した物体との距離を算出する。処理部８は、図示しないＥＣＵに接続されており、距離算出部１３が算出した距離に基づいて、近距離に物体があることのドライバーへの報知や、自動ブレーキング等が行われる。

なお、前述したように、ＬＰＦ１７、ＬＰＦ１９は、入力信号のうち周波数が２ｆ０以上の成分を除去するようにカットオフ周波数が設定されているが、さらに本実施形態では、マイクロホン１の特性を補うようにゲイン特性が設定されている。すなわち、フィルタ部９に入力される信号の周波数が第１の値から第２の値に変化したときのフィルタ部９のゲインの増減は、パルス信号の周波数ｆｐが第１の値から第２の値に変化したときの探査波の振幅の増減と逆とされている。

具体的には、図３に示すように、マイクロホン１が送信する探査波の振幅Ａｔは、パルス信号の周波数ｆｐに応じて変化し、ｆｐ＝ｆ０で極大値をとる。そして、フィルタ部９に入力される信号の周波数をｆｉとすると、フィルタ部９のゲイン特性は、ｆｉ＝ｆ０で極小値をとる。

本実施形態では、互いに異なる３つの周波数を小さい順にｆ１、ｆ２、ｆ３として、信号生成部２は、生成するパルス信号の周波数ｆｐを、ｆ１からｆ３、あるいは、ｆ３からｆ１に変化させる。周波数ｆｐがｆ１からｆ３に変化する場合には、ｆ１、ｆ３の値はそれぞれ第１の値、第２の値に相当する。周波数ｆｐがｆ３からｆ１に変化する場合には、ｆ１、ｆ３の値はそれぞれ第２の値、第１の値に相当する。

ＤＡ変換部３に周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３のパルス信号が入力されたときの探査波の振幅をそれぞれＡｔ１、Ａｔ２、Ａｔ３とすると、ｆ１、ｆ２、ｆ３は、Ａｔ１＜Ａｔ２かつＡｔ２＞Ａｔ３となるように設定されている。そして、フィルタ部９の周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の入力信号に対するゲインをそれぞれＧ１、Ｇ２、Ｇ３とすると、Ｇ１＞Ｇ２かつＧ２＜Ｇ３とされている。さらに本実施形態では、ｆ１＜ｆ０＜ｆ３となるように周波数ｆ１、ｆ３が設定されている。

なお、Ｇ１およびＧ３については、Ｇ１＞Ｇ３でもよいし、Ｇ１＜Ｇ３でもよい。また、Ｇ１＝Ｇ３でもよい。また、マイクロホン１の共振特性とフィルタ部９のゲイン特性において、極値をとる周波数が完全には一致していなくてもよい。

このようなゲイン特性は、ＬＰＦ１７およびＬＰＦ１９のＱ値によって設定することができる。ＬＰＦ１７、ＬＰＦ１９は、所定の周波数、ここでは、周波数ｆ０を中心として周波数軸で対称なゲイン特性を有する。すなわち、ＬＰＦ１７、ＬＰＦ１９は、周波数ｆ０を中心とした所定の範囲に含まれる周波数の信号を通過させ、他の信号を遮断する。そして、ＬＰＦ１７およびＬＰＦ１９のＱ値を所定の値よりも大きくすると、通過させる信号を増幅するようにゲイン特性が変化する。

例えば、図４の破線で示すように、Ｑ値が小さいときにはゲイン特性のグラフは上に凸のＵ字型となる。そして、図４の実線で示すように、Ｑ値が大きくなると、中心周波数の両側の部分が、通過させる信号の振幅を増加させるように上に向かって変形し、ゲイン特性のグラフがＭ字型になる。

このようにして、マイクロホン１の特性を補うようにゲイン特性を設定することにより、周波数算出部１１に入力される信号が増幅され、チャープ信号の検出が容易になる。

ただし、信号生成部２は、周波数ｆｐの掃引終了後には探査波の振幅Ａｔが０に収束するようにパルス信号を生成するが、フィルタ部９のゲイン特性が常にＭ字型とされていると、振幅算出部１０が算出する振幅Ａｒの収束が遅れる。そして、これにより、物体との距離の算出精度が低下するおそれがある。

そこで本実施形態では、処理部８に切替部１４および振幅判定部１５を配置し、フィルタ部９によるゲイン補正を、振幅算出部１０が算出した振幅Ａｒの増加時にのみ用いることで、振幅の収束の遅れを低減する。

切替部１４は、振幅算出部１０が算出した振幅に基づいて、フィルタ部９のゲイン特性を切り替えるものである。具体的には、振幅算出部１０は、算出した振幅Ａｒの大きさに応じた信号を振幅判定部１５に出力するようになっており、振幅判定部１５は、振幅算出部１０の出力信号に基づいて受信波の振幅が増加しているか否かを判定する。例えば、振幅算出部１０が算出した振幅Ａｒが所定時間以上増加し続けているときに、振幅判定部１５は受信波の振幅が増加していると判定する。

周波数ｆｐの掃引開始直後で周波数ｆｐがｆ０から離れているときには、探査波の振幅Ａｔは小さく、振幅Ａｔは時間の経過とともに増加する。これに対応して、マイクロホン１が探査波の反射波を受信した直後には、受信波の振幅が小さく、受信波の振幅は時間の経過とともに増加する。そして、振幅算出部１０が算出する振幅Ａｒが増加し、振幅判定部１５は受信波の振幅が増加していると判定する。

振幅判定部１５は、切替部１４に接続されており、受信波の振幅が増加していると判定すると、切替部１４に、フィルタ部９のゲインを増加させるように切り替え指示を送信する。

振幅算出部１０が算出した振幅Ａｒが一定であるとき、または、減少しているときには、振幅判定部１５は、受信波の振幅が増加していないと判定する。振幅判定部１５は、受信波の振幅が増加していないと判定すると、切替部１４に、フィルタ部９のゲインを受信波の振幅が増加しているときよりも小さくするように切り替え指示を送信する。そして、振幅判定部１５から切り替え指示を受信すると、切替部１４は、フィルタ部９にゲイン特性を切り替えるための信号を送信する。

フィルタ部９が備えるＬＰＦ１７およびＬＰＦ１９は、外部からの信号によってＱ値が変化するように構成されており、切替部１４は、振幅判定部１５からの切り替え指示を受信すると、ＬＰＦ１７およびＬＰＦ１９に信号を出力し、Ｑ値を変化させる。

すなわち、切替部１４は、振幅判定部１５からフィルタ部９のゲインを増加させる切り替え指示を受信すると、ＬＰＦ１７およびＬＰＦ１９のＱ値を大きくして、フィルタ部９のゲイン特性をＭ字型とする。また、切替部１４は、フィルタ部９のゲインを小さくする切り替え指示を受信すると、ＬＰＦ１７およびＬＰＦ１９のＱ値を小さくして、フィルタ部９のゲイン特性をＵ字型とする。

なお、信号を通過させる帯域を保持しつつ信号の増幅を抑えるために、ＬＰＦ１７およびＬＰＦ１９のゲインを小さくするときには、ＬＰＦ１７およびＬＰＦ１９のＱ値を０．５よりも大きく０．８よりも小さい値とすることが好ましい。

物体検知装置の動作について説明する。物体検知装置が起動すると、信号生成部２がパルス信号の生成を開始し、このパルス信号をＤＡ変換部３がＤ／Ａ変換することにより交流電圧が生成される。そして、送信回路４が交流電圧の振幅等を調整し、マイクロホン１に交流電圧が印加されて探査波である超音波が送信される。

また、マイクロホン１が外部からの超音波を受信すると、マイクロホン１が備える圧電素子の電極間に、受信した超音波の音圧に応じた電圧が発生する。この電圧は受信回路５に入力され、クランプ等の処理が施された後、増幅器６によって増幅されて、ＡＤ変換部７に入力される。ＡＤ変換部７は、入力された電圧をＡ／Ｄ変換し、これにより生成された信号を処理部８に入力する。

処理部８は、入力された信号に基づいて、マイクロホン１が受信した超音波が探査波の反射波であるか否かを判定し、マイクロホン１が受信した超音波が探査波の反射波であると判定した場合には、探査波を反射した物体との距離を算出する。

具体的には、ＡＤ変換部７の出力信号が、乗算器１６およびＬＰＦ１７で順に処理されて振幅算出部１０、周波数算出部１１に入力され、また、乗算器１８およびＬＰＦ１９で順に処理されて振幅算出部１０、周波数算出部１１に入力される。そして、ＬＰＦ１７、ＬＰＦ１９の出力信号の大きさをそれぞれＩ、Ｑとして、振幅算出部１０においてＡｒ＝（Ｉ^２＋Ｑ^２）^１／２により受信波の振幅Ａｒが算出される。また、周波数算出部１１においてＰ＝ａｔａｎ（Ｑ／Ｉ）、ｆｒ＝１／（２π）・ｄＰ／ｄｔ＋ｆｐにより受信波の周波数ｆｒが算出される。また、振幅判定部１５は、振幅算出部１０が算出した振幅Ａｒに基づいて、受信波の振幅が増加しているか否かを判定する。

物体検知装置の起動直後、および、車外の物体との距離が遠いとき等には、振幅Ａｒは小さい値でほぼ一定となるため、振幅判定部１５は受信波の振幅が増加していないと判定し、切替部１４にフィルタ部９のゲインを小さくする切り替え指示を送信する。

そして、切替部１４によって、フィルタ部９が備えるＬＰＦ１７およびＬＰＦ１９のゲイン特性が図４の破線で示すようにＵ字型に設定される。振幅算出部１０および周波数算出部１１は、ＬＰＦ１７およびＬＰＦ１９の出力信号に基づいて、受信波の振幅Ａｒおよび周波数ｆｒを算出する。

一方、近距離に物体が存在し、この物体で反射した超音波をマイクロホン１が受信して、振幅算出部１０が算出する振幅Ａｒが時間の経過とともに増加すると、振幅判定部１５は、受信波の振幅が増加していると判定する。そして、振幅判定部１５は、切替部１４にフィルタ部９のゲインを増加させるように切り替え指示を送信する。

そして、切替部１４によって、フィルタ部９が備えるＬＰＦ１７およびＬＰＦ１９のゲイン特性が図４の実線で示すようにＭ字型に設定される。探査波の反射波がマイクロホン１に到達し始めたときには、反射波の振幅が小さいため、フィルタ部９で信号を増幅しないままでは周波数の検出が困難であるが、Ｍ字型のゲイン特性によって信号を増幅することにより、周波数の検出が容易になる。

周波数算出部１１は、増幅されたＩ成分およびＱ成分に基づいて、受信波の周波数ｆｒを算出する。そして、周波数判定部１２は、周波数算出部１１が算出した周波数ｆｒと周波数ｆｐとを比較し、これらが同様に変化している場合には、受信波が探査波の反射波であると判定する。周波数判定部１２によって受信波が探査波の反射波であると判定されると、距離算出部１３は、マイクロホン１が探査波を送信してから探査波の反射波を受信するまでの時間に基づいて、探査波を反射した物体との距離を算出する。

このように、本実施形態では、振幅Ａｒの増加時、すなわち、反射波がマイクロホン１に到達した直後で反射波の振幅が小さいときには、マイクロホン１の共振特性とは逆の向きに増減するゲイン特性をフィルタ部９に持たせて、ＡＤ変換部７の出力信号を増幅する。

図５は、ＡＤ変換部７の出力信号をＬＰＦ１７、ＬＰＦ１９で増幅せずに周波数算出部１１に入力した場合の、周波数の変化が検出可能な範囲を示すグラフである。図６は、周波数算出部１１に入力する信号を図４の実線に示すゲイン特性のフィルタで増幅した場合の、周波数の変化が検出可能な範囲を示すグラフである。図５および図６において、実線は周波数算出部１１が算出した受信波の周波数を示し、破線は周波数算出部１１に入力された信号の振幅を示す。図５および図６に示すように、周波数算出部１１に入力される信号を増幅することによって、周波数の変化を検出できる範囲が広がる。

なお、図５および図６では、図３の実線矢印に示すように周波数ｆｐをｆ３からｆ１まで変化させた場合について示しているが、図３の破線矢印で示すように周波数ｆｐをｆ１からｆ３まで変化させた場合にも、同様に、周波数の変化を検出できる範囲が広がる。

以上説明したように、本実施形態では、探査波のうち周波数がマイクロホン１の共振周波数から離れていて振幅が小さい部分の反射波をマイクロホン１が受信したときに、受信波に応じて受信部が出力する信号がフィルタ部９によって増幅される。したがって、受信波の振幅が小さいときにも受信波の周波数の算出が容易になり、周波数の変化を検出可能な時間が広がり、周波数の特徴をとらえやすくなる。また、周波数による振幅の差が小さくなることで、周波数の変化を正しく検出しやすくなる。

また、本実施形態では、切替部１４および振幅判定部１５を配置し、フィルタ部９によるゲイン補正を受信波の振幅の増加時にのみ用いている。これにより、振幅算出部１０が算出する振幅Ａｒの収束の遅れを低減することができる。また、ゲイン補正によるノイズの増幅を低減しつつ振幅Ａｒを大きくすることができ、より長距離の検出が可能になる。

また、本実施形態のフィルタ部９は、直交復調に用いる既存のＬＰＦのＱ値を切り替え可能にするだけで簡易に構成することができるため、フィルタ部９を配置するためのコストを低減することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してフィルタ部９の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図７に示すように、本実施形態のフィルタ部９は、ＡＤ変換部７と乗算器１６および乗算器１８との間に配置されており、ＡＤ変換部７が出力した信号は、フィルタ部９によって処理された後に乗算器１６および乗算器１８に入力される。

また、本実施形態では、切替部１４からの信号によってフィルタ部９の構成が変更される。具体的には、振幅判定部１５から切替部１４にフィルタ部９のゲインを増加させるように切り替え指示が送信されると、切替部１４は、フィルタ部９が図８に示す構成となるように信号を出力する。すなわち、切替部１４からの信号によって、フィルタ部９は、中心周波数付近の信号を通過させ、他の信号を遮断するＢＰＦ（バンドパスフィルタ）２０と、中心周波数付近の信号の振幅を減少させるノッチフィルタ２１と、増幅器２２とを備える構成とされる。

ＢＰＦ２０とノッチフィルタ２１は、中心周波数が互いに等しくされており、ここでは、ＢＰＦ２０とノッチフィルタ２１の中心周波数はｆ０とされている。また、ノッチフィルタ２１によって振幅が減少する周波数の範囲は、ＢＰＦ２０によって振幅が増加する周波数の範囲よりも狭く設定されている。そして、ＢＰＦ２０とノッチフィルタ２１のゲイン特性が重なることによって、フィルタ部９のゲイン特性が第１実施形態と同様にＭ字型となる。ＡＤ変換部７の出力信号は、ＢＰＦ２０、ノッチフィルタ２１で順に処理された後に、増幅器２２で増幅され、乗算器１６および乗算器１８に入力される。

一方、振幅判定部１５から切替部１４にフィルタ部９のゲインを小さくするように切り替え指示が送信されると、切替部１４は、フィルタ部９が図９に示す構成となるように信号を出力する。すなわち、切替部１４からの信号によって、フィルタ部９は、ノッチフィルタ２１および増幅器２２を備えず、ＢＰＦ２０を備える構成とされる。これにより、ＡＤ変換部７の出力信号がＢＰＦ２０によって処理された後に、ノッチフィルタ２１および増幅器２２を介さずに直接乗算器１６および乗算器１８に入力されるようになる。

このような構成の本実施形態においても、受信波の振幅が増加しているときに周波数算出部１１に入力される信号が増幅され、周波数の変化をとらえやすくなる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第２実施形態に対してフィルタ部９の構成を変更したものであり、その他については第２実施形態と同様であるため、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態では、振幅判定部１５から切替部１４にフィルタ部９のゲインを増加させるように切り替え指示が送信されると、切替部１４は、フィルタ部９が図１０に示す構成となるように信号を出力する。すなわち、切替部１４からの信号によって、フィルタ部９は、ＢＰＦ２３と、ＢＰＦ２４と、平均値算出部２５とを備えた構成とされる。

ＡＤ変換部７の出力信号はＢＰＦ２３およびＢＰＦ２４でそれぞれ処理される。ＢＰＦ２３とＢＰＦ２４は互いに中心周波数が異なり、ＢＰＦ２３の中心周波数はｆ０よりも小さくされており、ＢＰＦ２４の中心周波数はｆ０よりも大きくされている。また、ＢＰＦ２３の中心周波数とｆ０との差は、ＢＰＦ２４の中心周波数とｆ０との差と等しくされており、それぞれのゲイン特性が周波数ｆ０に対して互いに対称となるように設定されている。

平均値算出部２５は、ＢＰＦ２３の出力信号とＢＰＦ２４の出力信号との平均値を算出し、算出した平均値に応じた信号を出力する。

本実施形態では、このような構成により、フィルタ部９のゲイン特性が周波数ｆ０を中心としてＭ字型とされている。

このような構成の本実施形態においても、受信波の振幅が増加しているときに周波数算出部１１に入力される信号が増幅され、周波数の変化をとらえやすくなる。

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してフィルタ部９の特性の切り替え方法を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

第１実施形態では、振幅算出部１０が算出した受信波の振幅Ａｒをリアルタイムにモニタして、振幅Ａｒの増加時には切替部１４に切り替え指示を送信してフィルタ部９の特性を切り替えるとともに、周波数をモニタしてチャープ信号の判定を行った。

これとは異なり、本実施形態では、まず、ＡＤ変換部７の出力信号を記憶するとともに、受信波の振幅を算出して振幅が増加するタイミングを記憶する。そして、記憶した振幅が増加するタイミングに基づいてフィルタ部９のゲイン特性を切り替えながら、記憶したＡＤ変換部７の出力信号に基づいて受信波の周波数を算出する。

具体的には、図１１に示すように、本実施形態の処理部８はバッファ２６を備えている。バッファ２６は、ＡＤ変換部７の出力信号を記憶するものであり、ＡＤ変換部７の出力信号は乗算器１６および乗算器１８に加えてバッファ２６にも入力される。

また、処理部８は乗算器２７、ＬＰＦ２８、乗算器２９、ＬＰＦ３０を備えており、フィルタ部９は乗算器２７、ＬＰＦ２８、乗算器２９、ＬＰＦ３０で構成されている。乗算器２７、ＬＰＦ２８、乗算器２９、ＬＰＦ３０は、第１実施形態の乗算器１６、ＬＰＦ１７、乗算器１８、ＬＰＦ１９と同様の構成とされており、バッファ２６に記憶されたＡＤ変換部７の出力信号は乗算器２７および乗算器２９に入力されるようになっている。

そして、切替部１４は振幅判定部１５からの信号に応じてＬＰＦ２８、ＬＰＦ３０のゲイン特性を切り替える。周波数算出部１１は、ＬＰＦ２８およびＬＰＦ３０の出力信号に基づいて、第１実施形態と同様に受信波の周波数ｆｒを算出する。

なお、本実施形態ではＬＰＦ１７およびＬＰＦ１９のゲイン特性はＵ字型に固定されており、振幅算出部１０は、ゲイン特性が固定されたＬＰＦ１７およびＬＰＦ１９の出力信号に基づいて振幅Ａｒを算出する。振幅判定部１５は、振幅算出部１０の出力信号に基づいて受信波の振幅が増加しているか否かの判定を行い、判定結果を記憶する。

例えば、振幅判定部１５は、図１２に示すように判定結果を記憶する。すなわち、時点ｔ１で反射波がマイクロホン１に到達し、振幅算出部１０が算出した振幅Ａｒが時点ｔ２まで増加し続けた場合、振幅判定部１５は、振幅Ａｒが増加し始めたタイミング、振幅Ａｒの増加が終了したタイミングとして時点ｔ１、ｔ２を記憶する。

同様に、時点ｔ３で次の反射波がマイクロホン１に到達し、時点ｔ４まで振幅Ａｒが増加し続けた場合、振幅判定部１５は、振幅Ａｒが増加し始めたタイミング、振幅Ａｒの増加が終了したタイミングとして時点ｔ３、ｔ４を記憶する。また、同様に、時点ｔ５で次の反射波がマイクロホン１に到達し、時点ｔ６まで振幅Ａｒが増加し続けた場合、振幅判定部１５は、振幅Ａｒが増加し始めたタイミング、振幅Ａｒの増加が終了したタイミングとして時点ｔ５、ｔ６を記憶する。

このような動作を所定時間行った後、処理部８は、周波数ｆｒの算出を行う。具体的には、周波数算出部１１は、バッファ２６に記憶されたＡＤ変換部７の出力信号をフィルタ部９でフィルタ処理して生成された信号に基づいて、周波数ｆｒの算出を行う。その際、切替部１４は、振幅判定部１５に記憶された振幅Ａｒの増加の開始と終了のタイミングに基づいて、ＬＰＦ２８、ＬＰＦ３０のゲイン特性の切り替えを行う。

すなわち、図１２に示すように、時点ｔ１まではＬＰＦ２８、ＬＰＦ３０のゲイン特性を通常の状態、すなわち、図４の破線で示すＵ字型に設定し、ゲインを小さくする。そして、時点ｔ１でＬＰＦ２８、ＬＰＦ３０のゲイン特性を図４の実線で示すＭ字型に切り替え、ＡＤ変換部７の出力信号を増幅する。その後、切替部１４は、時点ｔ２でＬＰＦ２８、ＬＰＦ３０のゲイン特性を通常の状態に戻す。

同様に、切替部１４は、時点ｔ３でフィルタ部９のゲインを増加させ、時点ｔ４で通常のゲイン特性に戻す。また、切替部１４は、時点ｔ５でフィルタ部９のゲインを増加させ、時点ｔ６で通常のゲイン特性に戻す。

以上説明したように、本実施形態では、所定時間分のＡＤ変換部７の出力信号、および、振幅Ａｒの増加の開始と終了のタイミングを記憶し、記憶したデータに基づいてフィルタ部９のゲイン特性の切り替えおよび周波数ｆｒの算出を行う。このような本実施形態においても、第１実施形態と同様の効果が得られる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

例えば、上記第１〜第４実施形態では、処理部８が切替部１４を備え、受信波の振幅に応じてフィルタ部９の特性を切り替えているが、処理部８が切替部１４を備えず、フィルタ部９の特性を切り替えずにＡＤ変換部７の出力信号の処理を行ってもよい。また、受信波の振幅Ａｒが増加している時間のうち一部のみにおいてフィルタ部９のゲインを大きくしてもよい。

また、探査波の振幅Ａｔがｆ０以外の周波数で極大値をとる場合には、この周波数がｆ１より大きくｆ３未満となるように、周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３を設定してもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、フィルタ部９の利得のグラフがＭ字型となるようにＱ値を設定したが、フィルタ部９のゲイン特性はこれに限らず、マイクロホン１の周波数特性を補うものであればよい。例えば、周波数ｆｐがｆ４からｆ５に変化する場合であって、図１３に示すように、Ａｔ４＜Ａｔ５である場合には、フィルタ部９のゲインがＧ４＞Ｇ５となるように設定されていればよい。なお、Ａｔ４、Ａｔ５は、それぞれ、周波数がｆ４、ｆ５のパルス信号が生成されたときの探査波の振幅である。また、Ｇ４、Ｇ５は、それぞれ、フィルタ部９の周波数ｆ４、ｆ５の入力信号に対するゲインである。この場合、ｆ４、ｆ５の値がそれぞれ第１の値、第２の値に相当する。

また、探査波として電磁波等を用いてもよい。

１ マイクロホン
２ 信号生成部
９ フィルタ部
１１ 周波数算出部
１２ 周波数判定部
１３ 距離算出部

Claims (10)

1. 周波数が時間とともに変化するパルス信号を生成する信号生成部（２）と、
   前記信号生成部が生成したパルス信号が入力されて、該パルス信号に応じた探査波を送信する送信部（１、３、４）と、
   前記探査波の反射波を受信するための受信部（１、５、６、７）と、
   前記受信部が受信した受信波の周波数を算出する周波数算出部（１１）と、
   前記周波数算出部が算出した周波数の変化と、前記信号生成部から前記送信部に入力されるパルス信号の周波数の変化との比較に基づいて、前記受信波が前記探査波の反射波であるか否かを判定する周波数判定部（１２）と、
   前記周波数判定部によって前記受信波が前記探査波の反射波であると判定されたときに、前記送信部が前記探査波を送信してから前記受信部が前記探査波の反射波を受信するまでの時間に基づいて、前記探査波を反射した物体との距離を算出する距離算出部（１３）と、を備える物体検知装置であって、
   前記受信部が前記受信波に応じて出力する信号をフィルタ処理するフィルタ部（９）を備え、
   前記周波数算出部は、前記フィルタ部の出力信号に基づいて前記受信波の周波数を算出し、
   前記フィルタ部のゲインは、入力される信号の周波数によって変化し、
   前記信号生成部は、生成するパルス信号の周波数を第１の値から第２の値に変化させ、
   前記探査波の振幅は、前記信号生成部から前記送信部に入力されるパルス信号の周波数に応じて変化し、
   前記フィルタ部に入力される信号の周波数が前記第１の値から前記第２の値に変化したときの前記フィルタ部のゲインの増減は、前記信号生成部から前記送信部に入力されるパルス信号の周波数が前記第１の値から前記第２の値に変化したときの前記探査波の振幅の増減と逆とされており、
   前記フィルタ部のゲイン特性を切り替える切替部（１４）を備える物体検知装置。
2. 前記探査波は超音波である請求項１に記載の物体検知装置。
3. 互いに異なる３つの周波数を小さい順にｆ１、ｆ２、ｆ３とし、
   前記信号生成部は、生成するパルス信号の周波数を前記周波数ｆ１から前記周波数ｆ３に、あるいは、前記周波数ｆ３から前記周波数ｆ１に変化させ、
   前記送信部は、前記送信部に前記周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３のパルス信号が入力されたときの前記探査波の振幅をそれぞれＡｔ１、Ａｔ２、Ａｔ３として、Ａｔ１＜Ａｔ２かつＡｔ２＞Ａｔ３となる特性を有しており、
   前記フィルタ部のゲイン特性は、前記フィルタ部の前記周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の入力信号に対するゲインをそれぞれＧ１、Ｇ２、Ｇ３として、Ｇ１＞Ｇ２かつＧ２＜Ｇ３となるように設定されている請求項１または２に記載の物体検知装置。
4. 前記送信部の共振周波数が前記周波数ｆ１よりも大きく前記周波数ｆ３よりも小さい請求項３に記載の物体検知装置。
5. 前記フィルタ部は、所定の周波数を中心として周波数軸で対称なゲイン特性を有する請求項１ないし４のいずれか１つに記載の物体検知装置。
6. 前記受信波の振幅を算出する振幅算出部（１０）を備え、
   前記切替部は、前記振幅算出部が算出した振幅に基づいて、前記フィルタ部のゲイン特性を切り替える請求項１ないし５のいずれか１つに記載の物体検知装置。
7. 前記切替部は、前記振幅算出部が算出した振幅が増加しているとき、前記周波数算出部に入力される信号が増幅されるように前記フィルタ部のゲイン特性を切り替える請求項６に記載の物体検知装置。
8. 前記フィルタ部は、バンドパスフィルタ（２０）と、前記バンドパスフィルタと中心周波数が等しいノッチフィルタ（２１）とを備えている請求項１ないし７のいずれか１つに記載の物体検知装置。
9. 前記フィルタ部は、中心周波数が互いに異なる２つのバンドパスフィルタ（２３、２４）を備えている請求項１ないし７のいずれか１つに記載の物体検知装置。
10. 前記信号生成部は、周波数が単調増加するパルス信号、または、周波数が単調減少するパルス信号を生成する請求項１ないし９のいずれか１つに記載の物体検知装置。

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