WO2022260032A1 - 音波処理装置、および超音波システム - Google Patents

音波処理装置、および超音波システム Download PDF

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Definitions

  • the present disclosure relates to a sonication device and an ultrasound system.
  • an ultrasonic system that measures the distance to an obstacle by measuring the time TOF (Time Of Flight) from the generation of sound waves to the return of reflected waves from the obstacle.
  • TOF Time Of Flight
  • ultrasonic systems are often installed in vehicles, and one example is known as an in-vehicle clearance sonar.
  • Patent Document 1 discloses an ultrasonic system that transmits ultrasonic waves by driving a sensor element (piezoelectric element) based on a burst drive pattern of burst waves with time intervals. It is
  • an ID is given to the ultrasonic system by giving characteristics to the ultrasonic waves to be transmitted according to the burst wave interval, the burst duration time, etc., and the ultrasonic waves transmitted from the own ultrasonic system It has a self-wave determination function to determine whether a reflected ultrasonic wave (self-wave) has been received.
  • reverberant waves are generated in the transmitted ultrasonic waves due to damped vibration of the sensor element at time intervals in the burst drive pattern, and self-wave determination is performed by receiving the reflected waves of the reverberant waves.
  • self-wave determination is performed by receiving the reflected waves of the reverberant waves.
  • an object of the present disclosure is to provide a sound wave processing device capable of suppressing erroneous self-wave determination due to the influence of reverberation.
  • the sound wave processing device includes a drive unit that outputs a burst drive signal and drives a sensor element for transmitting sound waves; a received wave signal output unit that outputs a received wave signal based on the received sound wave; a bandpass filter to which the received wave signal is input; a self-wave determination unit that determines, based on the output of the bandpass filter, whether the received sound wave is a reflected wave based on a sound wave transmitted from an ultrasonic system including its own sound wave processing device; has The burst drive signal has a sensor drive period for transmitting a first drive signal and an interval period for transmitting a second drive signal provided between the adjacent sensor drive periods, the frequency of the first drive signal is within the frequency band of the bandpass filter; The frequency of the second drive signal is different from the resonance frequency of the sensor element and outside the frequency band of the band-pass filter.
  • the sound wave processing device it is possible to suppress erroneous self-wave determination due to the influence of reverberation.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a vehicle equipped with an ultrasonic system and an object.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of an ultrasound system using a sonication device according to an exemplary embodiment of the present disclosure;
  • FIG. 3 is a timing chart showing an operation example when the sensor driving method according to the comparative example is implemented.
  • FIG. 4 is a timing chart showing an operation example when implementing the sensor driving method according to the present disclosure.
  • the ultrasonic system according to the embodiment described below is assumed to be installed in a vehicle as an example, and measures the distance between the vehicle and an object to provide an alarm function, an automatic braking function, and an automatic parking function. Can be used for functions, etc.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a vehicle 500 equipped with an ultrasonic system (not shown), which will be described later, and an object (obstacle) 1000.
  • the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic system are reflected by the object 1000 and received by the ultrasonic system as reflected waves.
  • the ultrasonic system measures the distance between the vehicle 500 and the object 1000 based on the time from when the ultrasonic waves are transmitted to when they are received. That is, the ultrasonic system performs distance measurement by a so-called TOF (Time Of Flight) method.
  • TOF Time Of Flight
  • FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an ultrasound system 10 using the sonication device 1 according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the ultrasonic system 10 has an ultrasonic processing device 1, an ultrasonic transmission/reception device 5, and a transformer Tr.
  • the ultrasonic transmission/reception device 5 is externally connected to the ultrasonic processing device 1 via a transformer Tr.
  • the transformer Tr may not necessarily be provided.
  • the sound wave processing device 1 is a semiconductor device having a DA circuit 2, an analog front end 3, and a digital processing section 4 integrated on one chip.
  • the sonication device 1 further has external terminals T1 to T5 for establishing electrical connections with the outside.
  • the DA circuit 2 D/A converts the burst driving signal Sdv output from the driving section 41 included in the digital processing section 4 from a digital signal to an analog signal.
  • the DA circuit 2 is connected to the primary side of the transformer Tr via external terminals T1 and T2.
  • the ultrasonic transmission/reception device 5 is connected to the secondary side of the transformer Tr1.
  • the ultrasonic transmission/reception device 5 has a sensor element (piezoelectric element) (not shown) and transmits and receives ultrasonic waves. That is, the ultrasonic transmission/reception device 5 functions both as a sound source and as a reception section.
  • the DA circuit 2 causes current to flow through the transformer Tr based on the burst drive signal Sdv generated by the drive section 41 .
  • the sensor element is driven, and ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic transmission/reception device 5 . That is, the drive section 41 drives the sensor element based on the burst drive signal Sdv.
  • the configuration of the burst drive signal Sdv will be described later.
  • the analog front end 3 (received signal output section) has an LNA (low noise amplifier) 31, an LPF (low pass filter) 32, and an A/D converter 33.
  • LNA low noise amplifier
  • LPF low pass filter
  • A/D converter 33 The primary side of transformer Tr is connected to LNA 31 via external terminals T3 and T4.
  • the output of LNA 31 is input to A/D converter 33 via LPF 32 .
  • the ultrasonic wave is received by a sensor element in the ultrasonic wave transmitting/receiving device 5, converted into an electric signal, and output as a received wave signal RS via the transformer Tr and the analog front end 3.
  • the digital processing unit 4 includes a driving unit 41, a BPF (band pass filter) 42, a sensor driving period detecting unit 43, an interval period detecting unit 44, a self wave determining unit 45, a TOF measuring unit 46, and a serial interface. 47 and .
  • BPF band pass filter
  • the BPF 42 passes only signals in a predetermined frequency band from the received wave signal RS output from the analog front end 3, and removes signals outside the frequency band.
  • the sensor drive period detection unit 43 detects the sensor drive period based on the output of the BPF 42 . More specifically, the number of sensor drive periods is detected. Note that the sensor driving period is a period included in the burst driving signal Sdv, as will be described later, and is a period during which the driving signal is transmitted to drive the sensor element.
  • the interval period detector 44 detects the interval period based on the output of the BPF 42 . More specifically, the length of the interval period is detected. Note that the interval period is a period included in the burst drive signal Sdv as described later, and is provided between adjacent sensor drive periods.
  • the self-wave determination unit 45 determines that the received ultrasonic waves are transmitted from the own ultrasonic system 10 and detected by the object. It is determined whether it is a reflected wave (self wave). By setting parameters such as the number of sensor drive periods and the length of the interval period in the burst drive signal Sdv, it is possible to give characteristics to the ultrasonic waves to be transmitted and to give an ID to the ultrasonic system 10 .
  • the self-wave determination unit 45 confirms whether the detection result of the sensor drive period detection unit 43 and the detection result of the interval period detection unit 44 match the parameters set in its own ultrasonic system 10 (sound wave processing apparatus 1). By doing so, it is possible to determine whether it is the self wave.
  • the TOF measurement unit 46 uses a counter 461 to measure the time (TOF) from the transmission of ultrasonic waves to the reception of reflected waves from the object. More specifically, the TOF measurement unit 46 determines that the self-wave is determined by the self-wave determination unit 45 after the drive unit 41 starts outputting the burst drive signal Sdv (that is, after the sensor element starts to be driven). The count value up to is obtained as the measured distance information.
  • the serial interface 47 conforms to DSI3 as an example, and communicates with an external ECU (vehicle electronic control unit) (not shown) via an external terminal T5.
  • the obtained count value is sent to the ECU via the serial interface 47 .
  • the reflected wave Wr is a reflected wave based on an ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic transmission/reception device 5 by driving the sensor element with the burst drive signal Sdv.
  • the burst drive signal Sdv has a sensor drive period Tdv and an interval period Tit.
  • a drive signal SGD composed of a pulse signal (unit pulse wave) is transmitted.
  • the frequency of the drive signal SGD is preferably the resonance frequency of the sensor element.
  • FIG. 3 shows an example in which the frequency of the drive signal SGD is set to the resonance frequency.
  • An interval period Tit is provided between adjacent sensor driving periods Tdv. That is, the burst drive signal Sdv intermittently transmits the drive signal SGD. In the sensor driving method of the comparative example, no driving signal is transmitted during the interval period Tit.
  • the number of sensor drive periods Tdv since the number of sensor drive periods Tdv is set to three, two interval periods Tit are provided. Also, in the example of FIG. 3, the lengths of the two interval periods Tit are set to be the same. However, the number of sensor drive periods Tdv may be set to a number other than three, and when a plurality of interval periods Tit are provided, the interval periods Tit may have different lengths. In this way, by setting the number of sensor drive periods Tdv and the length of the interval period Tit, it is possible to give characteristics to the ultrasonic waves to be transmitted.
  • the reflected wave Wr shown in FIG. 3 is simplified as a rectangular wave for the sake of convenience.
  • the reflected wave Wr has a driving wave W1 corresponding to the driving signal SGD during the sensor driving period Tdv.
  • the reflected wave Wr includes the reverberation wave W2 due to damped vibration of the sensor element.
  • the sound pressure SPwr is attenuated and the frequency converges to the resonance frequency.
  • the resonance frequency is the center frequency of the frequency band.
  • the output signal OUT1 of the resonance frequency appears in the output BPF#OUT of the BPF 42 corresponding to the waveform of the resonance frequency in the drive wave W1.
  • the output BPF_OUT is simplified and illustrated as a rectangular wave for convenience, and the output BPF_OUT actually has the frequency of the rectangular wave shown in the drawing. Together with this, a waveform having a sound pressure corresponding to the sound pressure SPwr is obtained.
  • the output signal OUT2 of the resonance frequency appears in the output BPF#OUT corresponding to the waveform of the resonance frequency in which the sound pressure SPwr in the reverberant wave W2 is equal to or higher than a certain level. That is, the BPF 42 cannot remove the waveform of the resonance frequency in which the sound pressure SPwr in the reverberant wave W2 is equal to or higher than a certain level.
  • the sensor drive period detection unit 43 detects the number of sensor drive periods, for example, by detecting the number of locations where the sound pressure of the output BPF#OUT of the BPF 42 is equal to or higher than a predetermined level.
  • the number of sensor driving periods Tdv is set to three, but the detection result of the number of sensor driving periods Tdv based on the output BPF#OUT shows that the output signal OUT2 due to the influence of the reverberation wave W2 is also counted. is detected as 5 by being included in the count of .
  • the self-wave determining unit 45 may erroneously determine that the wave is not the self-wave.
  • the interval period detection unit 44 detects, for example, the length of the period during which the sound pressure level of the output BPF#OUT of the BPF 42 is equal to or lower than a predetermined level as the interval period.
  • the period between the output signals OUT1 and OUT2 is detected as the interval period due to the output signal OUT2 affected by the reverberation wave W2. Since the length of the detected period does not match the length of the set interval period Tit, there is a possibility that the self wave determination unit 45 may erroneously determine that the wave is not the self wave.
  • a sensor driving method according to the present disclosure is implemented to solve the above problems.
  • FIG. 4 is a timing chart showing an operation example when the sensor driving method according to the present disclosure is implemented in the ultrasound system 10 (FIG. 2).
  • the first driving signal SGD1 in the burst driving signal Sdv, the first driving signal SGD1 is transmitted during the sensor driving period Tdv as in the comparative example (FIG. 3), but during the interval period Tit Unlike the comparative example, the second drive signal SGD2 is transmitted. That is, in the sensor driving method according to the present disclosure, the first driving signal SGD1, which is the main driving signal, is intermittently transmitted by the burst driving signal Sdv.
  • the frequency of the second drive signal SGD2 is set to a frequency higher than the frequency band of the BPF 42 in FIG. 4, it may be set to a frequency lower than the frequency band.
  • the interval period Tit can be shortened with respect to the same wave number of the unit pulse waves forming the second drive signal SGD2. Therefore, the overall length of the burst drive signal Sdv can be shortened.
  • the drive wave W1 appears corresponding to the first drive signal SGD1.
  • the frequency of the drive wave W3 is the frequency of the second drive signal SGD2.
  • the output signal OUT1 appears corresponding to the drive wave W1, as in the comparative example.
  • the drive wave W3 generated in the reflected wave Wr in the interval period Tit has a frequency outside the frequency band of the BPF 42, so the drive wave W3 is removed by the BPF 42 and does not appear in the output BPF_OUT.
  • no waveform occurs after the drive wave W3, so no waveform occurs in the output BPF#OUT.
  • the second drive signal SGD2 set to a frequency different from the resonance frequency is transmitted in the interval period Tit, no waveform is generated in the reflected wave Wr in the interval period Tit.
  • the frequency is outside the frequency band of the BPF 42, so that the output BPF#OUT can be prevented from generating a waveform during the interval period Tit. Therefore, since the detection results of the sensor drive period detection section 43 and the interval period detection section 44 match the settings, the self wave determination section 45 determines that the wave is a self wave, and erroneous determination can be avoided.
  • interval period Tit is desirably set to a length equal to or longer than four unit pulse waves forming the second drive signal SGD2 in consideration of the follow-up of the sensor element to the second drive signal SGD2.
  • the DA circuit 2 may be connected with an ultrasonic transmitter for transmitting waves, and the analog front end 3 may be connected with an ultrasonic receiver for receiving waves other than the ultrasonic transmitter. . That is, the sound source and the receiving section may not be the same device.
  • the ultrasonic system including the sonication device can be mounted on a moving body other than a vehicle, for example, it may be mounted on an unmanned carrier robot or a service robot that transports luggage. Also, the ultrasound system may be mounted on a stationary object instead of a mobile object.
  • the sonication device (1) is a drive unit (41) that outputs a burst drive signal (Sdv) and drives a sensor element for transmitting sound waves; a received wave signal output unit (3) that outputs a received wave signal (RS) based on the received sound wave; a bandpass filter (42) to which the received wave signal is input; Based on the output of the bandpass filter, a self-wave determination unit ( 45) and has
  • the burst drive signal includes a sensor drive period (Tdv) for transmitting the first drive signal (SGD1) and an interval period (Tit) provided between the adjacent sensor drive periods for transmitting the second drive signal (SGD2). ), and the frequency of the first drive signal is within the frequency band of the bandpass filter;
  • the frequency of the second drive signal is different from the resonance frequency of the sensor element and outside the frequency band of the band-pass filter (first configuration).
  • the frequency of the second drive signal may be higher than the frequency band of the band-pass filter (second configuration).
  • the frequency of the first drive signal may be the resonance frequency (third configuration).
  • the interval period may have a length of four or more unit waveforms forming the second drive signal (fourth configuration).
  • a sensor drive period detection section (43) for detecting the number of the sensor drive periods based on the output of the bandpass filter is further provided, and the self wave determination is performed.
  • the unit may be configured to perform self-wave determination based on the detection result of the sensor driving period detection unit (fifth configuration).
  • an interval period detection section (44) for detecting the length of the interval period based on the output of the band-pass filter is further provided, and the self-wave determination section may be configured to perform self-wave determination based on the detection result of the interval period detection section (sixth configuration).
  • the sixth configuration it may be configured such that the interval periods with different lengths can be set in a plurality of the interval periods (seventh configuration).
  • the configuration further includes a DA circuit (2) for driving the sensor element by D/A converting the burst drive signal output from the drive section. (eighth configuration).
  • the received wave signal output unit includes an LNA (low noise amplifier) (31) and an LPF (low pulse filter) (32) arranged after the LNA. and an A/D converter (33) arranged after the LPF (ninth configuration).
  • LNA low noise amplifier
  • LPF low pulse filter
  • A/D converter A/D converter
  • an ultrasound system (10) includes a sonic processing device having any one of the first to ninth configurations and a sensor element driven by the sonic processing device.
  • the above ultrasonic system is for in-vehicle use, for example.
  • the present disclosure can be used, for example, in an in-vehicle ultrasonic system.

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Abstract

バースト駆動信号（Ｓｄｖ）は、第１駆動信号（ＳＧＤ１）を送信するセンサ駆動期間（Ｔｄｖ）と、隣り合う前記センサ駆動期間の間に設けられて第２駆動信号（ＳＧＤ２）を送信するインターバル期間（Ｔｉｔ）と、を有し、前記第１駆動信号の周波数は、バンドパスフィルタの周波数帯域内であり、前記第２駆動信号の周波数は、センサ素子の共振周波数とは異なる周波数であり、かつ、前記バンドパスフィルタの周波数帯域外である。

Description

音波処理装置、および超音波システム
　本開示は、音波処理装置、および超音波システムに関する。
　従来、音波を発生させて障害物からの反射波が返ってくるまでの時間ＴＯＦ（Time　Of　Flight）を計測することにより障害物までの距離を測定する超音波システムが知られている。従来、このような超音波システムは車両に搭載されることが多く、一例として車載用クリアランスソナーが知られている。
　超音波システムの一例として、特許文献１には、時間間隔を間に設けたバースト波によるバースト駆動パターンに基づきセンサ素子（圧電素子）を駆動することで超音波を送波する超音波システムが開示されている。
特開２０２０－６０４１０号公報
　上記特許文献１の超音波システムでは、バースト波間隔、バースト継続時間等により送波させる超音波に特徴を持たせることで超音波システムにＩＤを付与し、自己の超音波システムから送波された超音波の反射波（自波）を受波したかを判定する自波判定機能を有している。
　しかしながら、上記超音波システムでは、バースト駆動パターンにおける時間間隔でのセンサ素子の減衰振動による残響波が、送波する超音波に発生し、当該残響波の反射波を受波することで自波判定に誤判定が生じる虞があり、改善の余地があった。
　上記状況に鑑み、本開示は、残響の影響により自波判定に誤判定が生じることを抑制することができる音波処理装置を提供することを目的とする。
　例えば、本開示に係る音波処理装置は、バースト駆動信号を出力して、音波を送波するためのセンサ素子を駆動する駆動部と、
　受波された音波に基づいて受波信号を出力する受波信号出力部と、
　前記受波信号が入力されるバンドパスフィルタと、
　前記バンドパスフィルタの出力に基づいて、受波された音波が自己の音波処理装置を含む超音波システムから送波された音波に基づく反射波であるかを判定する自波判定部と、
　を有し、
　前記バースト駆動信号は、第１駆動信号を送信するセンサ駆動期間と、隣り合う前記センサ駆動期間の間に設けられて第２駆動信号を送信するインターバル期間と、を有し、
　前記第１駆動信号の周波数は、前記バンドパスフィルタの周波数帯域内であり、
　前記第２駆動信号の周波数は、前記センサ素子の共振周波数とは異なる周波数であり、かつ、前記バンドパスフィルタの周波数帯域外である構成としている。
　本開示に係る音波処理装置によれば、残響の影響により自波判定に誤判定が生じることを抑制することができる。
図１は、超音波システムを搭載した車両と、対象物との一例を模式的に示す図である。 図２は、本開示の例示的な実施形態に係る音波処理装置を用いた超音波システムの構成を示す図である。 図３は、比較例に係るセンサ駆動方法を実施した場合の動作例を示すタイミングチャートである。 図４は、本開示に係るセンサ駆動方法を実施した場合の動作例を示すタイミングチャートである。
　以下に、本開示の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下説明する実施形態に係る超音波システムは、一例として車両に搭載することを想定しており、車両と対象物との間の距離を測定することによる警報機能、自動ブレーキ機能および自動駐車機能等に利用できる。
＜１．超音波システムの構成＞
　図１は、後述する超音波システム（不図示）を搭載した車両５００と、対象物（障害物）１０００との一例を模式的に示す図である。超音波システムから送波された超音波は、対象物１０００で反射して反射波として超音波システムにより受波される。超音波システムは、超音波の送波から受波までの時間に基づき、車両５００と対象物１０００との間の距離を測定する。すなわち、超音波システムは、いわゆるＴＯＦ（Time　Of　Flight）方式により距離測定を行う。
　図２は、本開示の例示的な実施形態に係る音波処理装置１を用いた超音波システム１０の構成を示す図である。
　超音波システム１０は、音波処理装置１と、超音波送受信装置５と、トランスＴｒと、を有する。超音波送受信装置５は、音波処理装置１に対してトランスＴｒを介して外付けに接続される。なお、トランスＴｒは、必ずしも設けなくてもよい。
　音波処理装置１は、ＤＡ回路２と、アナログフロントエンド３と、デジタル処理部４と、を１つのチップに集積して有する半導体装置である。また、音波処理装置１は、外部との電気的接続を確立するための外部端子Ｔ１～Ｔ５をさらに有する。
　ＤＡ回路２は、デジタル処理部４に含まれる駆動部４１から出力されるバースト駆動信号Ｓｄｖをデジタル信号からアナログ信号へＤ／Ａ変換する。ＤＡ回路２は、外部端子Ｔ１，Ｔ２を介してトランスＴｒの１次側に接続される。
　トランスＴｒ１の２次側には超音波送受信装置５が接続される。超音波送受信装置５は、不図示のセンサ素子（圧電素子）を有し、超音波の送波および受波を行う。すなわち、超音波送受信装置５は、音源としても受信部としても機能する。
　ＤＡ回路２は、駆動部４１により生成されたバースト駆動信号Ｓｄｖに基づきトランスＴｒに電流を流す。これにより、センサ素子が駆動され、超音波送受信装置５から超音波が送波される。すなわち、駆動部４１は、バースト駆動信号Ｓｄｖに基づきセンサ素子を駆動する。なお、バースト駆動信号Ｓｄｖの構成については、後述する。
　アナログフロントエンド３（受波信号出力部）は、ＬＮＡ（ローノイズアンプ）３１と、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）３２と、Ａ／Ｄコンバータ３３と、を有する。トランスＴｒの１次側は、外部端子Ｔ３，Ｔ４を介してＬＮＡ３１に接続される。ＬＮＡ３１の出力は、ＬＰＦ３２を介してＡ／Ｄコンバータ３３に入力される。
　超音波は、超音波送受信装置５におけるセンサ素子により受波されて電気信号に変換され、トランスＴｒおよびアナログフロントエンド３を介して受波信号ＲＳとして出力される。
　デジタル処理部４は、駆動部４１と、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）４２と、センサ駆動期間検出部４３と、インターバル期間検出部４４と、自波判定部４５と、ＴＯＦ計測部４６と、シリアルインタフェース４７と、を有する。
　ＢＰＦ４２は、アナログフロントエンド３から出力される受波信号ＲＳに対して所定の周波数帯域の信号のみを通過させ、上記周波数帯域外の信号は除去する。
　センサ駆動期間検出部４３は、ＢＰＦ４２の出力に基づき、センサ駆動期間の検出を行う。より具体的には、センサ駆動期間の個数を検出する。なお、センサ駆動期間は、後述するようにバースト駆動信号Ｓｄｖに含まれる期間であり、駆動信号を送信してセンサ素子を駆動する期間である。
　インターバル期間検出部４４は、ＢＰＦ４２の出力に基づき、インターバル期間の検出を行う。より具体的には、インターバル期間の長さを検出する。なお、インターバル期間は、後述するようにバースト駆動信号Ｓｄｖに含まれる期間であり、隣り合うセンサ駆動期間の間に設けられる。
　自波判定部４５は、センサ駆動期間検出部４３の検出結果およびインターバル期間検出部４４の検出結果に基づき、受波された超音波が、自己の超音波システム１０から送波されて対象物で反射された反射波（自波）であるかを判定する。バースト駆動信号Ｓｄｖにおいてセンサ駆動期間の個数およびインターバル期間の長さというパラメータを設定することで、送波させる超音波に特徴を持たせ、超音波システム１０にＩＤを付与することが可能となる。自波判定部４５は、センサ駆動期間検出部４３の検出結果およびインターバル期間検出部４４の検出結果が、自己の超音波システム１０（音波処理装置１）に設定されたパラメータと合致するかを確認することで、自波であるかを判定することができる。
　ＴＯＦ計測部４６は、カウンタ４６１を用いて、超音波を送波してから対象物での反射による反射波を受波するまでの時間（ＴＯＦ）を計測する。より具体的には、ＴＯＦ計測部４６は、駆動部４１がバースト駆動信号Ｓｄｖを出力開始してから（すなわちセンサ素子の駆動を開始してから）、自波判定部４５により自波と判定されるまでのカウント値を測定距離情報として取得する。
　シリアルインタフェース４７は、一例としてＤＳＩ３に準拠し、外部端子Ｔ５を介して不図示の外部のＥＣＵ（車両電子制御ユニット）との間で通信を行う。上記取得されたカウント値は、シリアルインタフェース４７によりＥＣＵに送出される。
＜２．比較例＞
　ここで、上記構成の超音波システム１０における本開示に係るセンサ駆動方法について説明する前に、比較例に係るセンサ駆動方法について説明する。図３は、超音波システム１０（図２）において比較例に係るセンサ駆動方法を実施した場合の動作例を示すタイミングチャートである。なお、図３（および後述する図４）において、上段から順に、バースト駆動信号Ｓｄｖ、反射波Ｗｒ、反射波Ｗｒの音圧ＳＰｗｒ（最も低いレベル＝０）、および、ＢＰＦ４２の出力ＢＰＦ#ＯＵＴの各波形例を示している。反射波Ｗｒは、バースト駆動信号Ｓｄｖによりセンサ素子が駆動されることで超音波送受信装置５から送波された超音波に基づく反射波である。
　図３に示すように、バースト駆動信号Ｓｄｖは、センサ駆動期間Ｔｄｖと、インターバル期間Ｔｉｔと、を有する。センサ駆動期間Ｔｄｖでは、パルス信号（単位パルス波）からなる駆動信号ＳＧＤが送信される。駆動信号ＳＧＤの周波数は、センサ素子の共振周波数とすることが望ましい。これにより、駆動信号ＳＧＤによりセンサ素子を駆動した場合に、送波される超音波の音圧を大きくすることができる。図３は、駆動信号ＳＧＤの周波数を共振周波数とした場合の例を示している。
　隣り合うセンサ駆動期間Ｔｄｖの間には、インターバル期間Ｔｉｔが設けられる。すなわち、バースト駆動信号Ｓｄｖでは、駆動信号ＳＧＤが間欠的に送信される。比較例のセンサ駆動方法においては、インターバル期間Ｔｉｔで駆動信号は送信されない。
　図３の例では、センサ駆動期間Ｔｄｖの個数が３個に設定されているため、インターバル期間Ｔｉｔは２個設けられる。また、図３の例では、２個のインターバル期間Ｔｉｔの長さは、同じに設定されている。ただし、センサ駆動期間Ｔｄｖの個数は３個以外の複数に設定してもよいし、インターバル期間Ｔｉｔが複数設けられる場合にインターバル期間Ｔｉｔは長さの異なるものが含まれていてもよい。このように、センサ駆動期間Ｔｄｖの個数、およびインターバル期間Ｔｉｔの長さの設定により、送波させる超音波に特徴を持たせることができる。
　バースト駆動信号Ｓｄｖによりセンサ素子が駆動されることで送波される超音波が対象物で反射されて図３に示す反射波Ｗｒが生成される。ここで、図３（および後述する図４）に示す反射波Ｗｒは、便宜上、矩形波に簡略化して図示しているが、実際には図に示す矩形波の周波数を有し、かつ図に示す音圧ＳＰｗｒを有するアナログ波形（例えば正弦波波形）である。
　図３に示すように、反射波Ｗｒは、センサ駆動期間Ｔｄｖにおける駆動信号ＳＧＤに対応して駆動波Ｗ１を有している。駆動波Ｗ１は、センサ素子の駆動立ち上がり後に駆動信号ＳＧＤの周波数（＝共振周波数）に収束している。周波数の収束に伴い、音圧ＳＰｗｒは高いレベルに保持される。
　また、インターバル期間Ｔｉｔにおいて駆動信号は送信されないが、センサ素子の減衰振動によって、反射波Ｗｒには残響波Ｗ２が含まれる。残響波Ｗ２において、音圧ＳＰｗｒは減衰するとともに、周波数は共振周波数に収束する。
　ここで、共振周波数（＝駆動信号ＳＧＤの周波数）は、ＢＰＦ４２の周波数帯域に含まれる。例えば、共振周波数は、上記周波数帯域の中心周波数である。これにより、図３に示すように、ＢＰＦ４２の出力ＢＰＦ#ＯＵＴには、駆動波Ｗ１における共振周波数の波形に対応して、共振周波数の出力信号ＯＵＴ１が現れる。なお、図３（および後述する図４）では、出力ＢＰＦ#ＯＵＴは、便宜上、矩形波に簡略化して図示しており、実際には出力ＢＰＦ#ＯＵＴは、図に示す矩形波の周波数を有するとともに、音圧ＳＰｗｒに応じた音圧を有する波形となる。
　また、残響波Ｗ２における音圧ＳＰｗｒが一定レベル以上の共振周波数の波形に対応して、出力ＢＰＦ#ＯＵＴには共振周波数の出力信号ＯＵＴ２が現れる。すなわち、残響波Ｗ２における音圧ＳＰｗｒが一定レベル以上の共振周波数の波形は、ＢＰＦ４２において除去することができない。
　ここで、センサ駆動期間検出部４３は、例えば、ＢＰＦ４２の出力ＢＰＦ#ＯＵＴの音圧が所定のレベル以上となる箇所の個数を検出することで、センサ駆動期間の個数を検出する。図３の例では、センサ駆動期間Ｔｄｖの個数が３個に設定されているが、出力ＢＰＦ#ＯＵＴに基づくセンサ駆動期間Ｔｄｖの個数の検出結果は、残響波Ｗ２の影響による出力信号ＯＵＴ２も個数のカウントに含まれることで５個と検出される。これにより、自波判定部４５によって自波でないと誤判定される虞がある。
　また、インターバル期間検出部４４は、例えば、ＢＰＦ４２の出力ＢＰＦ#ＯＵＴの音圧レベルが所定のレベル以下となる期間の長さをインターバル期間として検出する。しかしながら、図３の例では、残響波Ｗ２の影響による出力信号ＯＵＴ２により、出力信号ＯＵＴ１とＯＵＴ２との間の期間がインターバル期間として検出される。検出された期間の長さが設定されたインターバル期間Ｔｉｔの長さと合致しないため、自波判定部４５により自波でないと誤判定される虞がある。
　このように、比較例においては、センサ素子駆動時の残響の影響により自波判定に誤判定が生じる虞がある。以下説明する本開示に係るセンサ駆動方法は、上記のような課題を解決すべく実施される。
＜３．本開示に係るセンサ駆動方法＞
　図４は、超音波システム１０（図２）において本開示に係るセンサ駆動方法を実施した場合の動作例を示すタイミングチャートである。本開示に係るセンサ駆動方法では、図４に示すように、バースト駆動信号Ｓｄｖにおいて、センサ駆動期間Ｔｄｖでは比較例（図３）と同様に第１駆動信号ＳＧＤ１を送信するが、インターバル期間Ｔｉｔでは比較例とは異なり、第２駆動信号ＳＧＤ２を送信する。すなわち、本開示に係るセンサ駆動方法では、バースト駆動信号Ｓｄｖによって主たる駆動信号である第１駆動信号ＳＧＤ１を間欠的に送信する。
　第２駆動信号ＳＧＤ２は、ＢＰＦ４２の周波数帯域外の周波数に設定される。すなわち、第２駆動信号ＳＧＤ２の周波数は、第１駆動信号ＳＧＤ１（＝共振周波数）とは異なる周波数に設定される。
　なお、図４では、第２駆動信号ＳＧＤ２の周波数は、ＢＰＦ４２の周波数帯域よりも高い周波数に設定しているが、上記周波数帯域よりも低い周波数に設定してもよい。ただし、ＢＰＦ４２の周波数帯域よりも高い周波数に設定したほうが、第２駆動信号ＳＧＤ２を構成する単位パルス波の同じ波数に対してインターバル期間Ｔｉｔを短くすることができる。従って、バースト駆動信号Ｓｄｖの全体の長さを短くすることができる。
　この場合、図４に示すように、反射波Ｗｒにおいては、比較例と同様に、第１駆動信号ＳＧＤ１に対応して駆動波Ｗ１が現れる。しかしながら、第２駆動信号ＳＧＤ２は共振周波数とは異なるため、センサ素子の駆動により送波される超音波の音圧は小さくなる（ほぼ０となる）。そのため、図４に示すように、反射波Ｗｒにおいては、第２駆動信号ＳＧＤ２に対応する期間（インターバル期間Ｔｉｔ）において、音圧ＳＰｗｒが減衰するときの駆動波Ｗ３の後に波形は現れていない（音圧ＳＰｗｒ＝０）。なお、駆動波Ｗ３の周波数は、第２駆動信号ＳＧＤ２の周波数である。
　これにより、図４に示すように、ＢＰＦ４２の出力ＢＰＦ#ＯＵＴにおいては、比較例と同様に、駆動波Ｗ１に対応して出力信号ＯＵＴ１が現れる。しかしながら、インターバル期間Ｔｉｔにおいて反射波Ｗｒに生じる駆動波Ｗ３は、周波数がＢＰＦ４２の周波数帯域外であるため、駆動波Ｗ３はＢＰＦ４２により除去され、出力ＢＰＦ#ＯＵＴには現れない。また、インターバル期間Ｔｉｔにおいて、駆動波Ｗ３より後に波形が生じないため、出力ＢＰＦ#ＯＵＴにも波形は生じない。
　このように、本開示に係るセンサ駆動方法では、インターバル期間Ｔｉｔにおいて、共振周波数とは異なる周波数に設定された第２駆動信号ＳＧＤ２を送信するため、反射波Ｗｒにおいてインターバル期間Ｔｉｔで波形を生じさせない、あるいは波形が生じた場合でもＢＰＦ４２の周波数帯域外の周波数であるため、出力ＢＰＦ#ＯＵＴにおいてインターバル期間Ｔｉｔで波形を生じさせないようにすることができる。従って、センサ駆動期間検出部４３およびインターバル期間検出部４４の検出結果が設定と合致するため、自波判定部４５により自波であると判定され、誤判定を回避することができる。
　なお、インターバル期間Ｔｉｔは、センサ素子の第２駆動信号ＳＧＤ２への追従を考慮し、第２駆動信号ＳＧＤ２を構成する単位パルス波の４波分以上の長さとすることが望ましい。
＜４．その他＞
　以上、例示的な実施形態について説明したが、本発明の趣旨の範囲内において、実施形態は種々に変形が可能である。
　例えば、ＤＡ回路２には、送波用の超音波送信装置を接続し、アナログフロントエンド３には、上記超音波送信装置とは別の受波用の超音波受信装置を接続してもよい。すなわち、音源と受信部とは同じ装置でなくてもよい。
　また、音波処理装置を含んだ超音波システムは、車両以外の移動体に搭載することも可能であり、例えば荷物を運搬する無人搬送ロボットあるいはサービスロボット等に搭載してもよい。また、超音波システムは、移動体ではなく、定置物に搭載してもよい。
＜５．付記＞
　以上の通り、本開示の一側面に係る音波処理装置（１）は、
　バースト駆動信号（Ｓｄｖ）を出力して、音波を送波するためのセンサ素子を駆動する駆動部（４１）と、
　受波された音波に基づいて受波信号（ＲＳ）を出力する受波信号出力部（３）と、
　前記受波信号が入力されるバンドパスフィルタ（４２）と、
　前記バンドパスフィルタの出力に基づいて、受波された音波が自己の音波処理装置を含む超音波システム（１０）から送波された音波に基づく反射波であるかを判定する自波判定部（４５）と、
　を有し、
　前記バースト駆動信号は、第１駆動信号（ＳＧＤ１）を送信するセンサ駆動期間（Ｔｄｖ）と、隣り合う前記センサ駆動期間の間に設けられて第２駆動信号（ＳＧＤ２）を送信するインターバル期間（Ｔｉｔ）と、を有し、
　前記第１駆動信号の周波数は、前記バンドパスフィルタの周波数帯域内であり、
　前記第２駆動信号の周波数は、前記センサ素子の共振周波数とは異なる周波数であり、かつ、前記バンドパスフィルタの周波数帯域外である構成としている（第１の構成）。
　また、上記第１の構成において、前記第２駆動信号の周波数は、前記バンドパスフィルタの前記周波数帯域よりも高い周波数である構成としてもよい（第２の構成）。
　また、上記第１または第２の構成において、前記第１駆動信号の周波数は、前記共振周波数である構成としてもよい（第３の構成）。
　また、上記第１から第３のいずれかの構成において、前記インターバル期間は、前記第２駆動信号を構成する単位波形の４波分以上の長さである構成としてもよい（第４の構成）。
　また、上記第１から第４のいずれかの構成において、前記バンドパスフィルタの出力に基づき、前記センサ駆動期間の個数を検出するセンサ駆動期間検出部（４３）をさらに有し、前記自波判定部は、前記センサ駆動期間検出部の検出結果に基づき自波判定を行う構成としてもよい（第５の構成）。
　また、上記第１から第５のいずれかの構成において、前記バンドパスフィルタの出力に基づき、前記インターバル期間の長さを検出するインターバル期間検出部（４４）をさらに有し、前記自波判定部は、前記インターバル期間検出部の検出結果に基づき自波判定を行う構成としてもよい（第６の構成）。
　また、上記第６の構成において、複数の前記インターバル期間において、長さの異なる前記インターバル期間を設定可能である構成としてもよい（第７の構成）。
　また、上記第１から第７のいずれかの構成において、前記駆動部から出力される前記バースト駆動信号をＤ／Ａ変換することで前記センサ素子を駆動するＤＡ回路（２）をさらに有する構成としてもよい（第８の構成）。
　また、上記第１から第８のいずれかの構成において、前記受波信号出力部は、ＬＮＡ（ローノイズアンプ）（３１）と、前記ＬＮＡの後段に配置されるＬＰＦ（ローパルフィルタ）（３２）と、前記ＬＰＦの後段に配置されるＡ／Ｄコンバータ（３３）と、を有する構成としてもよい（第９の構成）。
　また、本開示の一側面に係る超音波システム（１０）は、上記第１から第９のいずれかの構成の音波処理装置と、前記音波処理装置により駆動されるセンサ素子と、を有する。
　また、上記超音波システムは、例えば、車載用である。
　本開示は、例えば車載用の超音波システムに利用することができる。
　　　１　　　音波処理装置
　　　２　　　ＤＡ回路
　　　３　　　アナログフロントエンド
　　　４　　　デジタル処理部
　　　５　　　超音波送受信装置
　　１０　　　超音波システム
　　３１　　　ＬＮＡ
　　３２　　　ＬＰＦ
　　３３　　　Ａ／Ｄコンバータ
　　４１　　　駆動部
　　４２　　　ＢＰＦ
　　４３　　　センサ駆動期間検出部
　　４４　　　インターバル期間検出部
　　４５　　　自波判定部
　　４６　　　ＴＯＦ計測部
　　４７　　　シリアルインタフェース
　４６１　　　カウンタ
　５００　　　車両
１０００　　　対象物
Ｔ１～Ｔ５　　外部端子

Claims (11)

  1. 　バースト駆動信号を出力して、音波を送波するためのセンサ素子を駆動する駆動部と、
    　受波された音波に基づいて受波信号を出力する受波信号出力部と、
    　前記受波信号が入力されるバンドパスフィルタと、
    　前記バンドパスフィルタの出力に基づいて、受波された音波が自己の音波処理装置を含む超音波システムから送波された音波に基づく反射波であるかを判定する自波判定部と、
    　を有し、
    　前記バースト駆動信号は、第１駆動信号を送信するセンサ駆動期間と、隣り合う前記センサ駆動期間の間に設けられて第２駆動信号を送信するインターバル期間と、を有し、
    　前記第１駆動信号の周波数は、前記バンドパスフィルタの周波数帯域内であり、
    　前記第２駆動信号の周波数は、前記センサ素子の共振周波数とは異なる周波数であり、かつ、前記バンドパスフィルタの周波数帯域外である、音波処理装置。
  2. 　前記第２駆動信号の周波数は、前記バンドパスフィルタの前記周波数帯域よりも高い周波数である、請求項１に記載の音波処理装置。
  3. 　前記第１駆動信号の周波数は、前記共振周波数である、請求項１または請求項２に記載の音波処理装置。
  4. 　前記インターバル期間は、前記第２駆動信号を構成する単位波形の４波分以上の長さである、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の音波処理装置。
  5. 　前記バンドパスフィルタの出力に基づき、前記センサ駆動期間の個数を検出するセンサ駆動期間検出部をさらに有し、
    　前記自波判定部は、前記センサ駆動期間検出部の検出結果に基づき自波判定を行う、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の音波処理装置。
  6. 　前記バンドパスフィルタの出力に基づき、前記インターバル期間の長さを検出するインターバル期間検出部をさらに有し、
    　前記自波判定部は、前記インターバル期間検出部の検出結果に基づき自波判定を行う、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の音波処理装置。
  7. 　複数の前記インターバル期間において、長さの異なる前記インターバル期間を設定可能である、請求項６に記載の音波処理装置。
  8. 　前記駆動部から出力される前記バースト駆動信号をＤ／Ａ変換することで前記センサ素子を駆動するＤＡ回路をさらに有する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の音波処理装置。
  9. 　前記受波信号出力部は、ＬＮＡ（ローノイズアンプ）と、前記ＬＮＡの後段に配置されるＬＰＦ（ローパルフィルタ）と、前記ＬＰＦの後段に配置されるＡ／Ｄコンバータと、を有する、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の音波処理装置。
  10. 　請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の音波処理装置と、前記音波処理装置により駆動されるセンサ素子と、を有する、超音波システム。
  11. 　車載用である請求項１０に記載の超音波システム。
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