WO2023032523A1 - 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

Info

Publication number
WO2023032523A1
WO2023032523A1 PCT/JP2022/028609 JP2022028609W WO2023032523A1 WO 2023032523 A1 WO2023032523 A1 WO 2023032523A1 JP 2022028609 W JP2022028609 W JP 2022028609W WO 2023032523 A1 WO2023032523 A1 WO 2023032523A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ultrasonic
wave
height
sensor element
peak
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/028609
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
光 船越
崇 長井
Original Assignee
ローム株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ローム株式会社 filed Critical ローム株式会社
Publication of WO2023032523A1 publication Critical patent/WO2023032523A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/93—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S15/931—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/521—Constructional features
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/523—Details of pulse systems
    • G01S7/526—Receivers
    • G01S7/527—Extracting wanted echo signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/20—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics
    • H04R1/32—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only
    • H04R1/40—Arrangements for obtaining desired frequency or directional characteristics for obtaining desired directional characteristic only by combining a number of identical transducers

Definitions

  • the present disclosure relates to a sonication device and an ultrasound system.
  • an object of the present disclosure is to provide a sound wave processing device capable of stably detecting the height of obstacles.
  • a sound wave processing apparatus includes a driving unit configured to be capable of driving an ultrasonic sensor element having a plurality of sensor units, and a received wave signal that outputs a received wave signal based on the received ultrasonic wave.
  • a driving unit configured to be capable of driving an ultrasonic sensor element having a plurality of sensor units, and a received wave signal that outputs a received wave signal based on the received ultrasonic wave.
  • an output unit an envelope detection unit that detects the envelope of the received wave signal and outputs an envelope signal
  • a height detection unit that detects the height of the obstacle based on two peak values of the envelope signal.
  • the plurality of sensor units are formed of materials different from each other, and have a configuration in which a wave transmitting surface for transmitting ultrasonic waves is divided into a plurality of surfaces.
  • the sonic processing device According to the sonic processing device according to the present disclosure, it is possible to stably detect the height of obstacles.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a vehicle equipped with an ultrasonic system and an obstacle.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an ultrasound system using a sonication device according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3A is a schematic diagram showing a first configuration example of an ultrasonic sensor element.
  • FIG. 3B is a schematic diagram showing a second configuration example of the ultrasonic sensor element.
  • FIG. 3C is a schematic diagram showing a third configuration example of the ultrasonic sensor element.
  • FIG. 4 is a schematic waveform diagram showing an example of a transmitted wave waveform when the ultrasonic sensor element is driven by the drive signal.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a vehicle equipped with an ultrasonic system and an obstacle.
  • FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an ultrasound system using a sonication device according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3A is a schematic diagram showing
  • FIG. 5 is a schematic waveform diagram showing an example of an ultrasonic waveform, which is the waveform of ultrasonic waves to be transmitted, and an envelope waveform, which is the envelope of the ultrasonic wave.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing how ultrasonic waves are transmitted from ultrasonic sensor elements toward obstacles having different heights.
  • FIG. 7 is a diagram showing a waveform example of an envelope signal.
  • FIG. 8 is a timing chart showing waveform examples related to the embodiment according to the modification.
  • 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 obstacle 1000.
  • Ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic system are reflected by the obstacle 1000 and received by the ultrasonic system as reflected waves.
  • the ultrasonic system detects the height of the obstacle 1000 based on the received reflected waves. For example, by detecting the height of the obstacle 1000, it can be determined that the obstacle 1000 is a curbstone and that the obstacle 1000 is not an obstacle.
  • 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 that includes 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 T4 for establishing electrical connections with the outside.
  • the DA circuit 2 D/A converts the pulsed 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 Tr.
  • the ultrasonic transmitter/receiver 5 has an ultrasonic sensor element 51 (piezoelectric element) 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 drive signal Sdv generated by the drive section 41 .
  • the ultrasonic sensor element 51 is driven, and ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic transmitter/receiver 5 . That is, the drive section 41 drives the ultrasonic sensor element 51 based on the drive signal Sdv.
  • 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 secondary side of the transformer Tr is connected to the 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 the ultrasonic sensor element 51 in the ultrasonic transmission/reception device 5, converted into an electrical signal, and output via the analog front end 3 as a received wave signal Rs.
  • the digital processing unit 4 has a drive unit 41, an envelope detection unit 42, and a height detection unit 43.
  • the envelope detector 42 detects the envelope of the received wave signal Rs and outputs the detected envelope signal Env to the height detector 43 .
  • the height detection unit 43 detects the height of the obstacle by analyzing the waveform characteristics of the envelope signal Env.
  • FIG. 3A is a schematic diagram showing a first configuration example of the ultrasonic sensor element 51.
  • the ultrasonic sensor element 51 shown in FIG. 3A is formed in a cylindrical shape as a whole and has a first sensor portion 51A and a second sensor portion 51B.
  • the first sensor portion 51A and the second sensor portion 51B are made of different materials and are formed in a semi-cylindrical shape. That is, the ultrasonic sensor element 51 has a transmission surface 510 for transmitting ultrasonic waves of the ultrasonic sensor element 51 .
  • Transmitting surface 510 is a circular surface.
  • the first sensor section 51A and the second sensor section 51B divide the wave transmission surface 510 into two lines symmetrically.
  • FIG. 3B is a schematic diagram showing a second configuration example of the ultrasonic sensor element 51.
  • FIG. 3B is formed in a cylindrical shape as a whole and has a first sensor portion 51C to a fourth sensor portion 51F.
  • the first sensor portion 51C to the fourth sensor portion 51F are made of different materials.
  • the first sensor portion 51C to the fourth sensor portion 51F divide the ultrasonic sensor element 51 into four in the circumferential direction around the axial direction in which the ultrasonic sensor element 51 extends, and are each formed in a quarter columnar shape. . That is, the first sensor portion 51C to the fourth sensor portion 51F divide the circular transmitting surface 510 of the ultrasonic sensor element 51 into four parts in the circumferential direction. Note that the number of divisions is not limited to four, and may be three or more.
  • FIG. 3C is a schematic diagram showing a third configuration example of the ultrasonic sensor element 51.
  • the ultrasonic sensor element 51 shown in FIG. 3C is formed in a cylindrical shape as a whole and has a first sensor portion 51G and a second sensor portion 51H.
  • the first sensor portion 51G and the second sensor portion 51H are made of different materials.
  • the first sensor portion 51G is formed in a cylindrical shape.
  • the second sensor portion 51H is formed in an annular columnar shape surrounding the outer circumference of the first sensor portion 51G.
  • the central axis of the first sensor portion 51G and the central axis of the second sensor portion 51H match. That is, the first sensor portion 51G and the second sensor portion 51H divide the wave transmission surface 510 into two by concentric circles centered on the circular wave transmission surface 510 . Note that the number of divisions is not limited to two, and may be three or more.
  • the ultrasonic sensor element 51 of the present embodiment has a plurality of sensor portions made of different materials, and the wave transmitting surface 510 is divided into a plurality of portions by the plurality of sensor portions.
  • the waveform of the ultrasonic wave transmitted from the wave transmitting surface 510 can be modulated, and the reflection reflected by the obstacle can be modulated. It is possible to detect the height of obstacles by giving characteristics to waves.
  • the ultrasonic sensor element 51 is not limited to a columnar shape, and may be formed in, for example, a square columnar shape, a polygonal columnar shape, an elliptical columnar shape, or the like.
  • Waveform> A transmission waveform of ultrasonic waves when using the ultrasonic sensor element 51 configured as described above will be described.
  • FIG. 4 is a schematic waveform diagram showing an example of a transmitted wave waveform when the ultrasonic sensor element 51 is driven by the drive signal Sdv.
  • the transmitted wave waveform shown in FIG. 4 indicates an envelope waveform Wenv of the waveform of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic sensor element 51 .
  • FIG. 5 schematically shows an example of an ultrasonic waveform Ws (solid line), which is the waveform of the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic sensor element 51, and an envelope waveform Wenv (broken line), which is the envelope of the ultrasonic waveform W. is a typical waveform diagram. Note that FIG. 5 shows part of the latter half of the ultrasonic waveform W (that is, part of the first half of the drive period Ta described later is omitted).
  • the driving section 41 outputs a pulsed driving signal Sdv.
  • the ultrasonic sensor element 51 is driven by the DA circuit 2 .
  • the sound pressure of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic sensor element 51 rises and is maintained substantially constant.
  • the reverberation period Tb begins, and the sound pressure of the transmitted ultrasonic waves attenuates.
  • the reverberation period Tb if the ultrasonic sensor element were made of a single material, the sound pressure would be uniformly attenuated. Therefore, as shown in FIG. 5, after the sound pressure attenuates, it increases once and then attenuates again. In this manner, the transmitted waveform can be frequency modulated.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing how ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic sensor elements 51 toward obstacles with different heights.
  • obstacles 1000A, 1000B, and 1000C with different heights are shown, and the size relationship between the respective heights H1, H2, and H3 is H1>H2>H3.
  • FIG. 7 shows a waveform example of the envelope signal Env (denoted as Env1) when the reflected wave from the obstacle 1000A is received, and the middle part of FIG. 7 shows the reflected wave from the obstacle 1000B.
  • 7 shows an example of the waveform of the envelope signal Env (denoted as Env2) when the wave is received, and the lower part of FIG. A waveform example is shown.
  • the envelope signal due to the reflected wave has two peaks as shown in FIG.
  • the first peak P11 (timing t1) of the envelope signal Env1 corresponds to the reflected wave at the upper end U
  • the second peak P12 (timing t4) of the envelope signal Env1 corresponds to the reflected wave at the lower end B. corresponds to
  • the distance L21 between the upper end portion U of the obstacle 1000B and the ultrasonic sensor element 51 is shorter than the distance L22 between the lower end portion B of the obstacle 1000B and the ultrasonic sensor element 51, the reflection at the upper end portion U The wave is received earlier than the reflected wave reflected at the lower end portion B.
  • the first peak P21 (timing t2) of the envelope signal Env2 corresponds to the reflected wave at the upper end U
  • the second peak P22 (timing t4) of the envelope signal Env2 corresponds to the reflected wave at the lower end B. corresponds to
  • the reflection at the upper end U The wave is received earlier than the reflected wave reflected at the lower end portion B.
  • the first peak P31 (timing t3) of the envelope signal Env3 corresponds to the reflected wave at the upper end U
  • the second peak P32 (timing t4) of the envelope signal Env3 corresponds to the reflected wave at the lower end B. corresponds to
  • the time difference ⁇ T1 between the peak P11 and the peak P12 for the obstacle 1000A with a high height, the time difference ⁇ T2 between the peak P21 and the peak P22 for the obstacle 1000B with an intermediate height, and the obstacle 1000C with a low height The time difference ⁇ T3 between the peak P31 and the peak P32 of ⁇ T1> ⁇ T2> ⁇ T3.
  • the peak difference ⁇ P1 between the peak P11 and the peak P12 for the tall obstacle 1000A, the peak difference ⁇ P2 between the peak P21 and the peak P22 for the medium-height obstacle 1000B, and the low-height obstacle 1000C The peak difference ⁇ P3 between the peak P31 and the peak P32 of ⁇ P1> ⁇ P2> ⁇ P3.
  • the time difference between the two peak timings and the peak difference between the two peaks in the envelope signal Env change. It is possible to detect the height of the obstacle based on at least one of the differences.
  • the height may be detected based on, for example, a model for calculating the height using the time difference and the peak difference as parameters.
  • the peak of the received wave signal does not always have a constant height. Therefore, by modulating the ultrasonic waves to be transmitted as described above, it is possible to suppress the influence of the measurement environment on the reflected waves and to suppress fluctuations in the peak of the envelope signal Env. Therefore, by detecting the height of the obstacle based on at least the peak difference, it is possible to stably detect the height.
  • the height may be detected based on the ratio of two peaks instead of the peak difference. That is, the height detection unit 43 should detect the height based on the two peak values.
  • FIG. 8 is a timing chart showing an example of waveforms related to the height detection method according to the modification.
  • waveform examples of the driving signal Sdv, the envelope waveform Wenv of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic sensor element 51, and the envelope signal Env are shown in order from the top.
  • a pulsed drive signal Sdv is output from the drive unit 41 in the first drive period Ta10.
  • the ultrasonic sensor element 51 is driven by the DA circuit 2 .
  • the sound pressure of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic sensor element 51 rises and is maintained substantially constant (envelope waveform Wenv).
  • the output of the drive signal Sdv is stopped, the sound pressure of the transmitted ultrasonic wave is attenuated. That is, the first transmission is performed.
  • the transmitted ultrasonic waves are reflected by obstacles and become reflected waves.
  • the reflected wave reflected by the upper end of the obstacle is first received by the ultrasonic sensor element 51, and the envelope signal Env of the received wave signal Rs is detected (first envelope signal E1).
  • the reflected wave reflected by the lower end of the obstacle 1000 is received by the ultrasonic sensor element 51 with a delay, and the envelope signal Env of the received wave signal Rs is detected (second envelope signal E2).
  • the peak E2p of the second envelope signal E2 is lower than the peak E1p of the first envelope signal E1.
  • the drive signal Sdv is output from the drive unit 41 in the second drive period Ta20, and the sound pressure of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic sensor element 51 rises and becomes substantially constant. maintained (envelope waveform Wenv).
  • envelope waveform Wenv envelope waveform Wenv
  • the drive signal Sdv in the second drive period Ta20 has the same frequency and a lower voltage than the drive signal Sdv in the first drive period Ta10. .
  • a drive signal Sdv for the ultrasonic sensor element 51 is adjusted. It is desirable that the sound pressure in the first transmission is 2 to 5 times the sound pressure in the second transmission. Also, the ratio between the sound pressure in the first wave transmission and the sound pressure in the second wave transmission may be adjustable.
  • the reflected wave from the lower end is received with a delay from the reflected wave from the upper end, and the third envelope signal E3 is generated as shown in FIG. to generate a fourth envelope signal E4.
  • the peak E4p of the fourth envelope signal E4 is lower than the peak E3p of the third envelope signal E3.
  • the peak E3p of the third envelope signal E3 is higher than the peak E1p of the first envelope signal E1.
  • the peak E4p of the fourth envelope signal E4 is lower than the peak E2p of the second envelope signal E2.
  • the ratio between the peak E1p of the first envelope signal E1 and the peak E2p of the second envelope signal E2 substantially matches the ratio between the peak E3p of the third envelope signal E3 and the peak E4p of the fourth envelope signal E4.
  • the height detection unit 43 determines that the ratio between the peak E1p of the first envelope signal E1 and the peak E2p of the second envelope signal E2 is the third envelope signal E3 and the peak E4p of the fourth envelope signal E4.
  • substantially matching is not limited to exact matching, and may be within a predetermined allowable range.
  • the height detection unit 43 determines that the ratios are substantially the same, the height is detected based on the ratio, assuming that there is a high probability that an obstacle with a height corresponding to the ratio exists. On the other hand, if the height detector 43 determines that the ratios do not match, it does not detect the height.
  • the peaks E1p, E2p, E3p, and E4p are less likely to be affected by the measurement environment. .
  • a comparison may be made as to whether the timing and the time difference ⁇ T20 between the timing at which the fourth envelope signal E4 reaches the peak E4p substantially match.
  • the height detection unit 43 detects the height based at least on the ratio. On the other hand, if the ratios do not match or the time differences do not match, the height detection unit 43 does not perform height detection. Thereby, the height of the obstacle can be detected with higher accuracy.
  • 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) includes a driving unit (41) configured to be capable of driving an ultrasonic sensor element (51) having a plurality of sensor units (51A to 51H) and a received wave signal output unit (3) for outputting a received wave signal (Rs) based on the received ultrasonic wave; and an envelope detection unit (3) for detecting the envelope of the received wave signal and outputting an envelope signal (Env). (42), and a height detection section (43) for detecting the height of the obstacle (1000) based on the two peak values of the envelope signal, wherein the plurality of sensor sections are made of different materials.
  • the wave-transmitting surface that is formed and transmits ultrasonic waves is divided into a plurality of surfaces (first configuration).
  • the plurality of sensor units (51A, 51B) may have a configuration in which the transmission surface (510) is divided into two in line symmetry (second configuration, FIG. 3A).
  • the plurality of sensor units (51C to 51F) may be configured such that the wave transmission surface (510) is divided in the circumferential direction around the axial direction in which the ultrasonic sensor element (51) extends. Good (third configuration, FIG. 3B).
  • the plurality of sensor units (51G, 51H) may be configured such that the transmission surface (510) is concentrically divided (fourth configuration, FIG. 3C).
  • the height detector (43) detects the height based on the difference between the two peak values or the ratio between the two peak values. It is good also as composition (the 5th composition).
  • the height detection unit detects the height based on the two peak values and also the time difference between the timings of the two peak values. (sixth configuration).
  • the driving section (41) drives the ultrasonic sensor element (51) so as to sequentially transmit a plurality of ultrasonic waves having different sound pressures.
  • the height detection unit (43) may be configured to be drivable, and may be configured to perform comparison determination based on the peak ratio of the envelope signal (Env) (seventh configuration).
  • the ratio of the sound pressures among the plurality of ultrasonic waves may be adjustable (eighth configuration).
  • the plurality of ultrasonic waves are two ultrasonic waves, and the ratio of the sound pressure between the two ultrasonic waves is 2 to 5 times. Good (ninth configuration).
  • the height detection unit may perform comparison and determination based on the time difference between the peaks of the envelope signal in addition to the comparison and determination based on the ratio of the peaks. (Tenth configuration).
  • an ultrasonic system (10) includes a sound wave processing device (1) having any one of the first to tenth configurations, and an ultrasonic sensor element driven by the sound wave processing device ( 51) and
  • the ultrasonic system (10) is, for example, for in-vehicle use.
  • the present disclosure can be used, for example, in an in-vehicle ultrasonic system.

Abstract

音波処理装置（１）は、複数のセンサ部（５１Ａ～５１Ｈ）を有する超音波センサ素子（５１）を駆動可能に構成される駆動部（４１）と、受波された超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、前記受波信号の２つのピーク値に基づいて障害物（１０００）の高さを検出する高さ検出部（４３）と、を備え、前記複数のセンサ部は、互いに異なる材質により形成され、かつ超音波を送波する送波面（５１０）を複数に分割する。

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（例えば特許文献１）。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。
特開２０２０－６０４１０号公報
　しかしながら、現状、超音波システムでは、障害物までの距離だけでなく、障害物の高さを検出することも要望されている。
　上記状況に鑑み、本開示は、障害物の高さを安定して検出することが可能とな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、複数のセンサ部を有する超音波センサ素子を駆動可能に構成される駆動部と、受波された超音波に基づいて受波信号を出力する受波信号出力部と、前記受波信号のエンベロープを検出してエンベロープ信号を出力するエンベロープ検出部と、前記エンベロープ信号の２つのピーク値に基づいて障害物の高さを検出する高さ検出部と、を備え、前記複数のセンサ部は、互いに異なる材質により形成され、かつ超音波を送波する送波面を複数に分割する構成としている。
　本開示に係る音波処理装置によれば、障害物の高さを安定して検出することが可能となる。
図１は、超音波システムを搭載した車両と、障害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概略構成を示す図である。 図３Ａは、超音波センサ素子の第１構成例を示す模式図である。 図３Ｂは、超音波センサ素子の第２構成例を示す模式図である。 図３Ｃは、超音波センサ素子の第３構成例を示す模式図である。 図４は、駆動信号により超音波センサ素子を駆動した場合の送波波形の一例を示す概略的な波形図である。 図５は、送波される超音波の波形である超音波波形と、超音波波形のエンベロープであるエンベロープ波形の一例を示す概略的な波形図である。 図６は、高さの異なる障害物に向けてそれぞれ超音波センサ素子から超音波を送波した様子を示す模式図である。 図７は、エンベロープ信号の波形例を示す図である。 図８は、変形例に係る実施形態に関する波形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いる。
＜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、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、障害物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、受波した反射波に基づいて障害物１０００の高さを検出する。例えば、障害物１０００の高さを検出することで、障害物１０００が縁石であると判定し、障害物１０００が障害とならないと判断することができる。
　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備え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～Ｔ４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から出力されるパルス状の駆動信号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Ｔｒ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、超音波センサ素子５１（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、超音波センサ素子５１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、駆動信号Ｓｄｖに基づき超音波センサ素子５１を駆動する。
　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２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における超音波センサ素子５１により受波されて電気信に変換され、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、エンベロープ検出部４２と、高さ検出部４３と、を有する。
　エンベロープ検出部４２は、受波信号Ｒｓのエンベロープ（包絡線）を検出し、検出されたエンベロープ信号Ｅｎｖを高さ検出部４３に出力する。
　高さ検出部４３は、エンベロープ信号Ｅｎｖの波形特性を解析することにより障害物の高さを検出する。
＜２．超音波センサ素子の構成＞
　次に、超音波センサ素子５１の構成について述べる。図３Ａは、超音波センサ素子５１の第１構成例を示す模式図である。図３Ａに示す超音波センサ素子５１は、全体として円柱状に形成され、第１センサ部５１Ａと、第２センサ部５１Ｂと、を有する。第１センサ部５１Ａと第２センサ部５１Ｂは、異なる材質により形成され、それぞれ半円柱状に形成される。すなわち、超音波センサ素子５１は、超音波センサ素子５１の超音波を送波する送波面５１０を有する。送波面５１０は、円形の面である。第１センサ部５１Ａと第２センサ部５１Ｂは、送波面５１０を線対称に２分割している。
　また、図３Ｂは、超音波センサ素子５１の第２構成例を示す模式図である。図３Ｂに示す超音波センサ素子５１は、全体として円柱状に形成され、第１センサ部５１Ｃ～第４センサ部５１Ｆと、を有する。第１センサ部５１Ｃ～第４センサ部５１Ｆは、互いに異なる材質により形成されている。
　第１センサ部５１Ｃ～第４センサ部５１Ｆは、超音波センサ素子５１が延びる軸方向周りの周方向に超音波センサ素子５１を４分割しており、それぞれ１／４円柱状に形成されている。すなわち、第１センサ部５１Ｃ～第４センサ部５１Ｆは、超音波センサ素子５１の円形の送波面５１０を周方向に４分割している。なお、分割数は、４つに限らず、３つ以上であればよい。
　また、図３Ｃは、超音波センサ素子５１の第３構成例を示す模式図である。図３Ｃに示す超音波センサ素子５１は、全体として円柱状に形成され、第１センサ部５１Ｇと、第２センサ部５１Ｈと、を有する。第１センサ部５１Ｇと第２センサ部５１Ｈは、異なる材質により形成される。第１センサ部５１Ｇは、円柱状に形成される。第２センサ部５１Ｈは、第１センサ部５１Ｇの外周を囲む円環柱状に形成される。第１センサ部５１Ｇの中心軸と第２センサ部５１Ｈの中心軸は、一致する。すなわち、第１センサ部５１Ｇと第２センサ部５１Ｈは、円形である送波面５１０の中心を中心とする同心円によって送波面５１０を２分割している。なお、分割数は、２つに限らず、３つ以上としてもよい。
　このように本実施形態の超音波センサ素子５１は、互いに異なる材質により形成される複数のセンサ部を有し、上記複数のセンサ部により送波面５１０を複数に分割する構成としている。このような構成とすることにより、後述するように、超音波センサ素子５１を駆動した場合に送波面５１０から送波される超音波の波形に変調をかけることができ、障害物で反射した反射波に特徴を持たせて、障害物の高さを検出することが可能となる。
　なお、超音波センサ素子５１は、円柱状に限らず、例えば、四角柱状、多角形柱状、楕円柱状などで形成してもよい。
＜３．送波波形＞
　上記のような構成とした超音波センサ素子５１を用いた場合の超音波の送波波形について述べる。
　図４は、駆動信号Ｓｄｖにより超音波センサ素子５１を駆動した場合の送波波形の一例を示す概略的な波形図である。なお、図４に示す送波波形は、超音波センサ素子５１から送波される超音波の波形のエンベロープ波形Ｗｅｎｖを示している。
　また、図５は、超音波センサ素子５１から送波される超音波の波形である超音波波形Ｗｓ（実線）と、超音波波形Ｗのエンベロープであるエンベロープ波形Ｗｅｎｖ（破線）の一例を示す概略的な波形図である。なお、図５では、超音波波形Ｗの後半の一部を示している（すなわち、後述する駆動期間Ｔａにおける前半の一部を省略）。
　駆動期間Ｔａにおいて、駆動部４１からパルス状の駆動信号Ｓｄｖが出力される。これにより、ＤＡ回路２によって超音波センサ素子５１が駆動される。このとき、超音波センサ素子５１から送波される超音波の音圧が上昇してほぼ一定に維持される。その後、駆動信号Ｓｄｖの出力が停止されると、残響期間Ｔｂに移行し、送波される超音波の音圧は減衰する。残響期間Ｔｂにおいては、仮に超音波センサ素子が単一の材質で形成される場合は、音圧は一様に減衰するが、本実施形態では先述したような超音波センサ素子５１の構成をとるため、図５に示すように、音圧は減衰した後、一旦増加し、再び減衰する。このように、送波波形に周波数変調をかけることができる。
＜４．高さ検出＞
　次に、上記のような送波波形を有する超音波を用いた障害物の高さ検出について述べる。
　図６は、高さの異なる障害物に向けてそれぞれ超音波センサ素子５１から超音波を送波した様子を示す模式図である。図６では、高さの異なる障害物１０００Ａ，１０００Ｂ，１０００Ｃが示されており、それぞれの高さＨ１，Ｈ２，Ｈ３の大小関係は、Ｈ１＞Ｈ２＞Ｈ３となっている。
　図７の上段は、障害物１０００Ａでの反射による反射波を受波した場合のエンベロープ信号Ｅｎｖ（Ｅｎｖ１と表記）の波形例を示し、図７の中段は、障害物１０００Ｂでの反射による反射波を受波した場合のエンベロープ信号Ｅｎｖ（Ｅｎｖ２と表記）の波形例を示し、図７の下段は、障害物１０００Ｃでの反射による反射波を受波した場合のエンベロープ信号Ｅｎｖ（Ｅｎｖ３と表記）の波形例を示す。超音波センサ素子５１と障害物との距離が短い場合、図７に示すように反射波によるエンベロープ信号は２つのピークを有する。
　障害物１０００Ａの上端部Ｕと超音波センサ素子５１との距離Ｌ１１は、障害物１０００Ａの下端部Ｂと超音波センサ素子５１との距離Ｌ１２よりも短いため、上端部Ｕで反射した反射波のほうが下端部Ｂで反射した反射波よりも早く受波される。エンベロープ信号Ｅｎｖ１の１つ目のピークＰ１１（タイミングｔ１）は、上端部Ｕでの反射波に対応し、エンベロープ信号Ｅｎｖ１の２つ目のピークＰ１２（タイミングｔ４）は、下端部Ｂでの反射波に対応する。
　また、障害物１０００Ｂの上端部Ｕと超音波センサ素子５１との距離Ｌ２１は、障害物１０００Ｂの下端部Ｂと超音波センサ素子５１との距離Ｌ２２よりも短いため、上端部Ｕで反射した反射波のほうが下端部Ｂで反射した反射波よりも早く受波される。エンベロープ信号Ｅｎｖ２の１つ目のピークＰ２１（タイミングｔ２）は、上端部Ｕでの反射波に対応し、エンベロープ信号Ｅｎｖ２の２つ目のピークＰ２２（タイミングｔ４）は、下端部Ｂでの反射波に対応する。
　さらに、障害物１０００Ｃの上端部Ｕと超音波センサ素子５１との距離Ｌ３１は、障害物１０００Ｃの下端部Ｂと超音波センサ素子５１との距離Ｌ３２よりも短いため、上端部Ｕで反射した反射波のほうが下端部Ｂで反射した反射波よりも早く受波される。エンベロープ信号Ｅｎｖ３の１つ目のピークＰ３１（タイミングｔ３）は、上端部Ｕでの反射波に対応し、エンベロープ信号Ｅｎｖ３の２つ目のピークＰ３２（タイミングｔ４）は、下端部Ｂでの反射波に対応する。
　障害物１０００Ａ，１０００Ｂ，１０００Ｃの高さの違いにより、Ｌ１１＜Ｌ２１＜Ｌ３１となり、エンベロープ信号Ｅｎｖ１，Ｅｎｖ２，Ｅｎｖ３の１つ目のピークは、Ｐ１１、Ｐ２１、Ｐ３１の順に早い。また、Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ３１の値は、Ｐ１１＞Ｐ２１＞Ｐ３１となる。
　また、Ｌ１２＝Ｌ２２＝Ｌ３２となるため、エンベロープ信号Ｅｎｖ１，Ｅｎｖ２，Ｅｎｖ３の２つ目のピークＰ１２，Ｐ２２，Ｐ３２のタイミングｔ４は、ほぼ一致する。また、ピークＰ１２，Ｐ２２，Ｐ３２の値は、ほぼ同じとなる。
　従って、高さが高い障害物１０００ＡについてのピークＰ１１とピークＰ１２との時間差ΔＴ１、高さが中間レベルの障害物１０００ＢについてのピークＰ２１とピークＰ２２との時間差ΔＴ２、高さが低い障害物１０００ＣについてのピークＰ３１とピークＰ３２との時間差ΔＴ３は、ΔＴ１＞ΔＴ２＞ΔＴ３となる。また、高さが高い障害物１０００ＡについてのピークＰ１１とピークＰ１２のピーク差ΔＰ１、高さが中間レベルの障害物１０００ＢについてのピークＰ２１とピークＰ２２のピーク差ΔＰ２、高さが低い障害物１０００ＣについてのピークＰ３１とピークＰ３２のピーク差ΔＰ３は、ΔＰ１＞ΔＰ２＞ΔＰ３となる。
　このように、障害物の高さの違いにより、エンベロープ信号Ｅｎｖにおける２つのピークのタイミング間の時間差、および２つのピークのピーク差が変化するため、高さ検出部４３は、上記時間差と上記ピーク差の少なくとも一方に基づき障害物の高さを検出することが可能である。なお、上記時間差と上記ピーク差の両方を用いる場合は、例えば上記時間差と上記ピーク差をパラメータとする高さを算出するモデルに基づいて高さを検出してもよい。
　ここで、障害物で反射した反射波が測定環境（風またはノイズ等）の影響を受けると、受波信号のピークは常に一定の高さであるとは限らない。そこで、先述したように送波する超音波に変調をかけることにより、反射波が測定環境の影響を受けることを抑制し、エンベロープ信号Ｅｎｖのピークの変動を抑制することができる。従って、少なくとも上記ピーク差に基づいて障害物の高さ検出を行うことで、安定して高さ検出を行うことができる。なお、ピーク差に限らず、２つのピークの比率に基づいて高さを検出してもよい。すなわち、高さ検出部４３は、２つのピーク値に基づいて高さを検出すればよい。
＜５．変形例＞
　ここでは、変形例に係る実施形態について述べる。図８は、変形例に係る高さ検出方法に関する波形の一例を示すタイミングチャートである。図８において、上段から順に、駆動信号Ｓｄｖ、超音波センサ素子５１から送波される超音波のエンベロープ波形Ｗｅｎｖ、および、エンベロープ信号Ｅｎｖの波形例を示す。
　第１駆動期間Ｔａ１０において、駆動部４１からパルス状の駆動信号Ｓｄｖが出力される。これにより、ＤＡ回路２によって超音波センサ素子５１が駆動される。このとき、超音波センサ素子５１から送波される超音波の音圧が上昇してほぼ一定に維持される（エンベロープ波形Ｗｅｎｖ）。その後、駆動信号Ｓｄｖの出力が停止されると、送波される超音波の音圧は減衰する。すなわち、１度目の送波が行われる。
　送波された超音波は、障害物で反射されて反射波となる。障害物の上端部で反射された反射波は、先に超音波センサ素子５１により受波され、受波信号Ｒｓのエンベロープ信号Ｅｎｖが検出される（第１エンベロープ信号Ｅ１）。障害物１０００の下端部で反射された反射波は、遅れて超音波センサ素子５１により受波され、受波信号Ｒｓのエンベロープ信号Ｅｎｖが検出される（第２エンベロープ信号Ｅ２）。第２エンベロープ信号Ｅ２のピークＥ２ｐは、第１エンベロープ信号Ｅ１のピークＥ１ｐよりも低い。
　第２エンベロープ信号Ｅ２が減衰した後、第２駆動期間Ｔａ２０において、駆動部４１から駆動信号Ｓｄｖが出力され、超音波センサ素子５１から送波される超音波の音圧が上昇してほぼ一定に維持される（エンベロープ波形Ｗｅｎｖ）。その後、駆動信号Ｓｄｖの出力が停止されると、送波される超音波の音圧は減衰する。すなわち、２度目の送波が行われる。２度目の送波における音圧は、１度目の送波における音圧よりも小さい（エンベロープ波形Ｗｅｎｖのピーク）。音圧を異ならせるために、図８に模式的に示すように第２駆動期間Ｔａ２０における駆動信号Ｓｄｖは、第１駆動期間Ｔａ１０における駆動信号Ｓｄｖと比べて周波数は同じで電圧を低くしている。超音波センサ素子５１の駆動信号Ｓｄｖが調整される。なお、１度目の送波における音圧は、２度目の送波における音圧の２～５倍とすることが望ましい。また、１度目の送波における音圧と、２度目の送波における音圧との比率は、調整可能としてもよい。
　２度目の送波による超音波が障害物で反射された場合、上端部による反射波に遅れて下端部による反射波が受波され、図８に示すように第３エンベロープ信号Ｅ３が生成されてから第４エンベロープ信号Ｅ４が生成される。第４エンベロープ信号Ｅ４のピークＥ４ｐは、第３エンベロープ信号Ｅ３のピークＥ３ｐよりも低い。
　２度目の送波における音圧は、１度目の送波における音圧よりも小さいため、図８に示すように、第３エンベロープ信号Ｅ３のピークＥ３ｐは、第１エンベロープ信号Ｅ１のピークＥ１ｐよりも低く、第４エンベロープ信号Ｅ４のピークＥ４ｐは、第２エンベロープ信号Ｅ２のピークＥ２ｐよりも低い。しかしながら、第１エンベロープ信号Ｅ１のピークＥ１ｐと第２エンベロープ信号Ｅ２のピークＥ２ｐとの比率は、第３エンベロープ信号Ｅ３のピークＥ３ｐと第４エンベロープ信号Ｅ４のピークＥ４ｐとの比率とほぼ一致する。
　そこで、高さ検出部４３は、エンベロープ検出部４２から出力されるエンベロープ信号Ｅｎｖに基づき、第１エンベロープ信号Ｅ１のピークＥ１ｐと第２エンベロープ信号Ｅ２のピークＥ２ｐとの比率は、第３エンベロープ信号Ｅ３のピークＥ３ｐと第４エンベロープ信号Ｅ４のピークＥ４ｐとの比率とほぼ一致するかを比較判定する。ここで、ほぼ一致するかとは、厳密な一致に限らず、所定の許容範囲内であるかとすればよい。
　高さ検出部４３は、もし上記比率がほぼ一致すると判定した場合は、上記比率に応じた高さの障害物が存在する確からしさが高いとして、上記比率に基づく高さを検出する。一方、高さ検出部４３は、もし上記比率が一致しないと判定した場合は、高さ検出は行わない。
　先述したように、超音波センサ素子５１の構成により、ピークＥ１ｐ，Ｅ２ｐ，Ｅ３ｐ，Ｅ４ｐは、測定環境の影響を受けにくいため、ピークの比率が安定化し、判定処理を安定して行うことができる。
　なお、上記比率に基づく判定に加えて、第１エンベロープ信号Ｅ１のピークＥ１ｐとなるタイミングと第２エンベロープ信号Ｅ２のピークＥ２ｐとなるタイミングとの時間差ΔＴ１０と、第３エンベロープ信号Ｅ３のピークＥ３ｐとなるタイミングと第４エンベロープ信号Ｅ４のピークＥ４ｐとなるタイミングとの時間差ΔＴ２０と、がほぼ一致するかを比較判定してもよい。上記比率がほぼ一致することに加えて、上記時間差がほぼ一致することが判定された場合、高さ検出部４３は、少なくとも上記比率に基づいて高さを検出する。一方、上記比率が一致しないか、または上記時間差が一致しない場合は、高さ検出部４３は、高さ検出を行わない。これにより、障害物の高さをより精度良く検出することができる。
＜６．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。
＜７．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、複数のセンサ部（５１Ａ～５１Ｈ）を有する超音波センサ素子（５１）を駆動可能に構成される駆動部（４１）と、受波された超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、前記受波信号のエンベロープを検出してエンベロープ信号（Ｅｎｖ）を出力するエンベロープ検出部（４２）と、前記エンベロープ信号の２つのピーク値に基づいて障害物（１０００）の高さを検出する高さ検出部（４３）と、を備え、前記複数のセンサ部は、互いに異なる材質により形成され、かつ超音波を送波する送波面を複数に分割する構成としている（第１の構成）。
　また、上記第１の構成において、前記複数のセンサ部（５１Ａ，５１Ｂ）は、前記送波面（５１０）を線対称に２分割する構成としてもよい（第２の構成、図３Ａ）。
　また、上記第１の構成において、前記複数のセンサ部（５１Ｃ～５１Ｆ）は、前記超音波センサ素子（５１）の延びる軸方向周りの周方向に前記送波面（５１０）を分割する構成としてもよい（第３の構成、図３Ｂ）。
　また、上記第１の構成において、前記複数のセンサ部（５１Ｇ，５１Ｈ）は、前記送波面（５１０）を同心形状によって分割する構成としてもよい（第４の構成、図３Ｃ）。
　また、上記第１から第４のいずれかの構成において、前記高さ検出部（４３）は、前記２つのピーク値の差、または前記２つのピーク値の比率に基づいて前記高さを検出する構成としてもよい（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、前記高さ検出部は、前記２つのピーク値に加え、前記２つのピーク値のタイミング間の時間差に基づいて前記高さを検出する構成としてもよい（第６の構成）。
　また、上記第１から第６のいずれかの構成において、前記駆動部（４１）は、互いに音圧の異なる複数の超音波を時間的に順に送波するよう前記超音波センサ素子（５１）を駆動可能に構成され、前記高さ検出部（４３）は、前記エンベロープ信号（Ｅｎｖ）のピークの比率に基づく比較判定を行う構成としてもよい（第７の構成）。
　また、上記第７の構成において、前記複数の超音波の間で前記音圧の比率は、調整可能である構成としてもよい（第８の構成）。
　また、上記第７または第８の構成において、前記複数の超音波は、２つの超音波であり、前記２つの超音波の間で前記音圧の比率は、２～５倍である構成としてもよい（第９の構成）。
　また、上記第７から第９のいずれかの構成において、前記高さ検出部は、前記ピークの比率に基づく比較判定に加え、前記エンベロープ信号のピークの時間差に基づく比較判定を行う構成としてもよい（第１０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１０のいずれかの構成の音波処理装置（１）と、前記音波処理装置により駆動される超音波センサ素子（５１）と、を有する。
　また、上記超音波システム（１０）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可能である。
　　　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　　　エンベロープ検出部
　　４３　　　高さ検出部
　　５１　　　超音波センサ素子
　　５１Ａ　　第１センサ部
　　５１Ｂ　　第２センサ部
　　５１Ｃ　　第１センサ部
　　５１Ｄ　　第２センサ部
　　５１Ｅ　　第３センサ部
　　５１Ｆ　　第４センサ部
　　５１Ｇ　　第１センサ部
　　５１Ｈ　　第２センサ部
　　５００　　　車両
　　５１０　　　送波面
　　１０００　　　障害物
　　１０００Ａ，１０００Ｂ，１０００Ｃ　障害物
　　Ｔ１～Ｔ４　　外部端子
　　Ｔｒ　　　トランス

Claims (12)

  1. 　複数のセンサ部を有する超音波センサ素子を駆動可能に構成される駆動部と、
    　受波された超音波に基づいて受波信号を出力する受波信号出力部と、
    　前記受波信号のエンベロープを検出してエンベロープ信号を出力するエンベロープ検出部と、
    　前記エンベロープ信号の２つのピーク値に基づいて障害物の高さを検出する高さ検出部と、
    　を備え、
    　前記複数のセンサ部は、互いに異なる材質により形成され、かつ超音波を送波する送波面を複数に分割する、音波処理装置。
  2. 　前記複数のセンサ部は、前記送波面を線対称に２分割する、請求項１に記載の音波処理装置。
  3. 　前記複数のセンサ部は、前記超音波センサ素子の延びる軸方向周りの周方向に前記送波面を分割する、請求項１に記載の音波処理装置。
  4. 　前記複数のセンサ部は、前記送波面を同心形状によって分割する、請求項１に記載の音波処理装置。
  5. 　前記高さ検出部は、前記２つのピーク値の差、または前記２つのピーク値の比率に基づいて前記高さを検出する、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. 　前記高さ検出部は、前記２つのピーク値に加え、前記２つのピーク値のタイミング間の時間差に基づいて前記高さを検出する、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. 　前記駆動部は、互いに音圧の異なる複数の超音波を時間的に順に送波するよう前記超音波センサ素子を駆動可能に構成され、
    　前記高さ検出部は、前記エンベロープ信号のピークの比率に基づく比較判定を行う、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の音波処理装置。
  8. 　前記複数の超音波の間で前記音圧の比率は、調整可能である、請求項７に記載の音波処理装置。
  9. 　前記複数の超音波は、２つの超音波であり、
    　前記２つの超音波の間で前記音圧の比率は、２～５倍である、請求項７または請求項８に記載の音波処理装置。
  10. 　前記高さ検出部は、前記ピークの比率に基づく比較判定に加え、前記エンベロープ信号のピークの時間差に基づく比較判定を行う、請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の音波処理装置。
  11. 　請求項１から請求項１０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超音波センサ素子と、を有する、超音波システム。
  12. 　車載用である請求項１１に記載の超音波システム。
PCT/JP2022/028609 2021-09-06 2022-07-25 音波処理装置、および超音波システム WO2023032523A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021144401 2021-09-06
JP2021-144401 2021-09-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023032523A1 true WO2023032523A1 (ja) 2023-03-09

Family

ID=85412156

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/028609 WO2023032523A1 (ja) 2021-09-06 2022-07-25 音波処理装置、および超音波システム

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023032523A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08168098A (ja) * 1994-12-15 1996-06-25 Hitachi Ltd 超音波送受波器
US20110259106A1 (en) * 2007-08-21 2011-10-27 Niemz Volker Distance sensor and method for determining a distance
WO2020105166A1 (ja) * 2018-11-22 2020-05-28 三菱電機株式会社 障害物検知装置
JP2020180806A (ja) * 2019-04-23 2020-11-05 株式会社Ｓｏｋｅｎ 物体検知装置
JP2021038977A (ja) * 2019-09-02 2021-03-11 株式会社Ｓｏｋｅｎ 超音波センサ
WO2021112126A1 (ja) * 2019-12-04 2021-06-10 株式会社デンソー 障害物検知装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08168098A (ja) * 1994-12-15 1996-06-25 Hitachi Ltd 超音波送受波器
US20110259106A1 (en) * 2007-08-21 2011-10-27 Niemz Volker Distance sensor and method for determining a distance
WO2020105166A1 (ja) * 2018-11-22 2020-05-28 三菱電機株式会社 障害物検知装置
JP2020180806A (ja) * 2019-04-23 2020-11-05 株式会社Ｓｏｋｅｎ 物体検知装置
JP2021038977A (ja) * 2019-09-02 2021-03-11 株式会社Ｓｏｋｅｎ 超音波センサ
WO2021112126A1 (ja) * 2019-12-04 2021-06-10 株式会社デンソー 障害物検知装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4315325A (en) Echo ranging pulse discrimination circuit
US20200413188A1 (en) Reducing or eliminating transducer reverberation
CN209894972U (zh) 声学距离测量电路
US10345445B2 (en) Circuit for acoustic distance measuring
CN107167808B (zh) 用于声学距离飞行时间补偿的电路
EP3105613A1 (en) Radar level gauge system with multiple receiver branches
US20200200898A1 (en) Acoustic distance measuring circuit and method for low frequency modulated (lfm) chirp signals
KR20180012222A (ko) 모션-보상 거리를 사용하는 장애물 감시
CN112835050A (zh) 在编码超声测距中改善了短距离性能的时变模板
US6614719B1 (en) Ultrasonic doppler effect speed measurement
WO2023032523A1 (ja) 音波処理装置、および超音波システム
NO20022630D0 (no) Fremgangsmåte for svekking av ekko, samt anordning
JPH01196589A (ja) 非接触式距離測定装置
US6404702B1 (en) Surveillance device for signal-echo sensors
CN101487893B (zh) 用于运行超声波传感器的方法以及相应的超声波传感器
WO2023032474A1 (ja) 音波処理装置、および超音波システム
CN209299249U (zh) 扩展局域互连网络总线和从局域互连网络总线收发器
WO2023032524A1 (ja) 音波処理装置、および超音波システム
WO2022260032A1 (ja) 音波処理装置、および超音波システム
CN215415884U (zh) 停车辅助传感器系统和检测所接收的信号的饱和的系统
CN102590614A (zh) 一种超声波频率的检测系统及方法
US20050162975A1 (en) Method and apparatus for damping an ultrasonic transducer suitable for time of flight ranging and level measurement systems
US20210311185A1 (en) Method and apparatus for detecting object
US11899106B1 (en) Dual-channel acoustic distance measurement circuit and method
JP2023031336A (ja) 信号処理装置、音波システム、及び車両

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22864111

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023545160

Country of ref document: JP