JP2000111645A - 送受信分離型反射方式の超音波距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性高く、測定距離を長くでき、測定精度
を向上できる送受信分離型反射方式の超音波距離測定装
置を提供する。 【解決手段】 受信用超音波センサ１３の受信信号を第
１の周波数変換手段１４０において、少なくとも中間周
波数以上の周波数に高くする。この周波数信号をＲＦ増
幅回路３０２で増幅し、第２の周波数変換手段３０４に
おいて中間周波数に変換し、中間周波数増幅回路３０６
が増幅して包絡線検波回路３０８が受信超音波信号を包
絡線検波する。距離測定演算制御回路１２２Ａは超音波
発振したときから包絡線検波信号で受信を検出したとき
までの時間を計測して、その時間から距離測定対象物体
までの距離を算出する。上記のごとく周波数を高めて信
号処理することにより、総合利得を低下させ、雑音など
との分離を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波センサを用い
て距離を測定する送受信分離型反射方式の超音波距離測
定装置に関する。より特定的には、本発明は、超音波セ
ンサを２個用いて距離測定を行う送受信分離型反射方式
の超音波距離測定装置において、超音波センサの周波数
を高めて信号処理して性能を向上させる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波センサを用いた距離測定方法は知
られている。そのような超音波センサによる距離測定方
式としては、１つの超音波センサを送信と受信の両方に
用いる単眼方式の距離測定装置と、送信用超音波センサ
と受信用超音波センサとを独立に用いる送受信分離型反
射方式の超音波距離測定装置とに大別できる。

【０００３】単眼方式の距離測定装置は、超音波センサ
が１個だけなので、超音波センサの価格が低価格になる
という利点がある。しかしながら、超音波センサを送信
と受信に共用するので、送信タイミングと受信タイミン
グで回路を切り換える必要がある他、短い距離の測定が
困難になる場合がある。

【０００４】送受信分離型反射方式の超音波距離測定装
置は送信用超音波センサと受信用超音波センサとを独立
して設けた２眼方式の超音波距離測定装置であり、上述
した単眼方式の距離測定装置の問題を克服する。本願発
明は送受信分離型反射方式の超音波距離測定装置に関す
る。図１は送受信分離型反射方式の超音波距離測定装置
の構成図である。この送受信分離型反射方式の超音波距
離測定装置は、超音波送信機１、送信用超音波センサ３
および送信用ホーンアンテナ５を有する送信側と、超音
波受信機１１、受信用超音波センサ１３および受信用ホ
ーンアンテナ１５を有する受信側とで構成されている。
この送受信分離型反射方式の超音波距離測定装置は、送
信側および受信側はある装置、たとえば、車両に搭載さ
れていて、車両から距離測定対象物体７までの距離を測
定するのに使用する。

【０００５】送信用超音波センサ３の中心軸（または送
信用ホーンアンテナ５の指向の中心軸）と、受信用超音
波センサ１３の中心軸（または受信用ホーンアンテナ１
５の指向の中心軸）とのなす角度θは極力０に近いほう
が好ましい。角度θが大きくなると、送信用超音波セン
サ３から放射され距離測定対象物体７で反射した超音波
の受信が困難になるからである。また、送信用ホーンア
ンテナ５および受信用ホーンアンテナ１５を用いて距離
測定環境の周囲の雑音を極力排除している。さらに受信
用ホーンアンテナ１５を用いて反射超音波を集束させて
いる。送信用超音波センサ３の振動の影響を極力回避す
る観点から、送信用超音波センサ３の搭載基板と受信用
超音波センサ１３の搭載基板とは分離しておくことが望
ましい。

【０００６】送信用超音波センサ３としては、圧電セラ
ミック式超音波センサ、たとえば、ニオブ酸リチウムな
どの圧電センサを用いることができる。その場合、送信
用超音波センサ３の励起電圧はたとえば、発振周波数４
０ＫＨｚのとき約１００Ｖ（ｒｍｓ）である。受信用超
音波センサ１３も、送信用超音波センサ３と同様、圧電
セラミック式超音波センサ、たとえば、ニオブ酸リチウ
ムなどの圧電センサを用いることができる。

【０００７】図１に図解した送受信分離型反射方式の超
音波距離測定装置における距離測定方法を述べる。超音
波送信機１が送信用超音波センサ３を励起させて送信用
超音波センサ３から超音波を発生させる。送信用超音波
センサ３からの超音波は送信用ホーンアンテナ５を介し
て距離測定対象物体７に向けて指向され距離測定対象物
体７に当たる。距離測定対象物体７で反射した超音波は
受信用ホーンアンテナ１５を介して受信用超音波センサ
１３に入射し、受信用超音波センサ１３が、入射した超
音波のレベルに応じた電気信号を出力する。超音波受信
機１１は、送信用超音波センサ３が超音波を放射し受信
用超音波センサ１３で受信するまでの時間を測定し、こ
の測定時間から距離測定対象物体７と送信用超音波セン
サ３との間の距離を算出する。測定すべき距離Ｌｘは下
記式に基づいて計算できる。

【０００８】 Ｌｘ＝（Ｖ×Ｓ）／２ ・・・（１） ただし、Ｖは超音波の空気中、温度ｔにおける伝搬速度
である。 Ｖ＝３３１．５＋０．６ｔ （ｍ／秒） Ｓは送信用超音波センサ３の発振開始から、受信用超音
波センサ１３で最初の反射波を受信したときまでの時間
である。

【０００９】この測定時の温度は、基準の温度、たとえ
ば、ｔ＝２０°Ｃにおける超音波の伝搬速度について測
定する。ｔ＝２０°Ｃのときの超音波の伝搬速度Ｖは３
３２．７（ｍ／秒）である。

【００１０】図１に図解した送受信分離型反射方式の超
音波距離測定装置において、送信用超音波センサ３およ
び受信用超音波センサ１３としては、車両などに使用す
るときは、室外における風雨に耐えるため防滴型の超音
波センサを用いることが多い。防滴型の超音波センサは
カバーが設けられているから、総合利得を低下させる。
したがって、送信用超音波センサ３および受信用超音波
センサ１３に防滴型超音波センサを用いた場合、距離測
定範囲は短くなる。たとえば、防滴型の超音波センサを
用いて安定に距離測定（測距）を行う場合、通常、４〜
５ｍ程度の測距にしか適用できない。しかしながら車両
の接近センサとして送受信分離型反射方式の超音波距離
測定装置を用いる場合などには、さらに長い距離の測定
も要望されており、防滴型超音波センサを用いた送受信
分離型反射方式の超音波距離測定装置の改善が要望され
ていた。

【００１１】本願発明者は上述した問題を克服する方法
として、たとえば、１９９８年４月１５日に出願した特
願平１０−１０４８１２号、「送受信分離型反射方式の
超音波距離測定装置とその方法」において提案したよう
に、距離測定対象物体の種類および測定すべき距離に応
じて感度補正を行う方法と装置を提案した。

【００１２】そのような感度補正をも行った、超音波受
信機１１について述べる。図２は送受信分離型反射方式
の超音波距離測定装置のうち、超音波受信機１１の回路
構成を中心に図解した図である。超音波受信機１１は、
前段増幅回路・バッファ回路１１０、高周波信号濾波回
路１１２、測距感度補正回路１１４、低周波信号濾波回
路・バッファ回路１１６、検波回路１１８、バッファ回
路／比較回路１２０、距離測定演算制御回路１２２を有
する。

【００１３】超音波受信機１１の個々の回路の動作を述
べる。前段増幅回路・バッファ回路１１０は増幅回路を
有しており、受信用超音波センサ１３からの微弱な電気
信号を、後段の回路で信号処理可能な所定レベルまで増
幅する。高周波信号濾波回路１１２は、前段増幅回路・
バッファ回路１１０で増幅した反射超音波に対応した信
号のうち、高周波成分を通過させ、低周波成分を除去す
る。これにより、距離測定対象物体７からの反射超音波
に含まれる低周波雑音が除去できる。測距感度補正回路
１１４は可変利得増幅回路を有しており、高周波信号濾
波回路１１２からの信号を感度補正する。この詳細は下
記に詳述する。低周波信号濾波回路・バッファ回路１１
６は、その後段の検波回路１１８で検波可能なように、
測距感度補正回路１１４からの出力信号のうち低周波信
号成分を通過させる。検波回路１１８は、低周波信号濾
波回路・バッファ回路１１６からの出力信号を検波す
る。検波回路１１８における検波としては、たとえば、
包絡線検波を行う。バッファ回路／比較回路１２０は検
波回路１１８で検波した連続的な信号を順次ディジタル
データとして保存し、所定のレベル信号と比較して受信
した反射波が所定のレベル以上のとき、希望する反射波
が受信されたことを示す信号を出力する。距離測定演算
制御回路１２２は、送信用超音波センサ３からの超音波
発振から、バッファ回路／比較回路１２０による受信波
の受信までの時間を測定し、式１に従って、距離を算出
する。

【００１４】なお、上記の実際の測定に先立って、距離
測定演算制御回路１２２において測距感度補正回路１１
４において感度補正するための超音波センサ感度補正デ
ータを生成し、その超音波センサ感度補正データに基づ
いて測距感度補正回路１１４において受信超音波信号の
感度補正する。そのため、測距感度補正回路１１４で用
いる超音波センサ感度補正データを事前に収集してお
く。以下、その方法を述べる。送信用超音波センサ３を
駆動させ、測距感度補正回路１１４における感度補正を
しない状態で、受信用超音波センサ１３の受信信号から
距離測定演算制御回路１２２において仮の距離を測定す
る。距離測定演算制御回路１２２は、求められた仮の距
離と、測距感度補正回路１１４で行う超音波センサ感度
補正データを生成して、測距感度補正回路１１４に設定
する。

【００１５】その後、再び、送信用超音波センサ３を駆
動する。受信用超音波センサ１３で受信された信号は測
距感度補正回路１１４において感度補正される。その感
度補正された受信信号を検波回路１１８で検波して、検
波信号をバッファ回路／比較回路１２０を経由して、距
離測定演算制御回路１２２に送信し、距離測定演算制御
回路１２２で送信用超音波センサ３からの超音波の送信
から受信用超音波センサ１３における反射波の受信まで
の時間から、式１に従って、実際の距離を算出する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】受信用超音波センサ１
３の周波数は４０ｋＨｚ程度である。したがって、前段
増幅回路・バッファ回路１１０からの出力信号は４０ｋ
Ｈｚ程度であり、その周波数で、高周波信号濾波回路１
１２、測距感度補正回路１１４、低周波信号濾波回路・
バッファ回路１１６、検波回路１１８まで信号処理す
る。すなわち、受信用超音波センサ１３の周波数は比較
的低いから、その周波数で信号処理を行うと、超音波受
信機１１の総合利得が大きくなる。総合利得を低下させ
て超音波受信機１１を安定に動作させると、送信用超音
波センサ３の発振波の到達距離が短くなり、検出能力が
低下する。

【００１７】検出能力を低下させずに超音波受信機１１
を安定に動作させるには種々の対策が必要となる。第１
に、送信用超音波センサ３の発振時、送信用超音波セン
サ３が搭載されている基板が振動し、検出物体７からの
反射波の受信の前に、受信用超音波センサ１３が基板の
振動の影響を受けて振動し、誤検出をする。この誤検出
を防止するには種々の対策が可能であるが、反射波の周
波数に近い基板の振動周波数との識別が難しいので、そ
の処理が厄介である。

【００１８】超音波の周波数領域は、外来ノイズが多く
存在しており、受信側では送信用超音波センサ３の発振
周波数とかけ離れた周波数でも入力レベルが大きいと受
信してしまう。このように、外部雑音の周波数は送信用
超音波センサ３の発振周波数に近いものも多く、その識
別の困難さから、雑音処理対策が厄介である。

【００１９】以上は、測距感度補正回路１１４を設けた
場合について述べたが、測距感度補正回路１１４を設け
ない場合でも、距離測定範囲が短くなるということを除
いて、上述した問題に遭遇する。

【００２０】本発明の目的は、超音波センサを２個用い
て距離測定を行う送受信分離型反射方式の超音波距離測
定装置において、測距感度補正を行うか否かに係わりな
く、超音波センサの周波数を高めて信号処理して性能を
向上させた送受信分離型反射方式の超音波距離測定装置
を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、送信用
超音波センサから放射された超音波が距離測定対象物体
で反射され、該反射した超音波を受信用超音波センサで
受信し、超音波の送信から超音波の受信までの時間を測
定し、該計測時間から前記送信用超音波センサまたは前
記受信用超音波センサから前記距離測定対象物体までの
距離を測定する送受信分離型反射方式の超音波距離測定
装置であって、該超音波距離測定装置は、前記送信用超
音波センサの駆動制御を行う送信装置と、前記受信用超
音波センサからの信号を処理して距離測定を行う受信装
置とを有し、前記受信装置は、前記受信用超音波センサ
の第１の周波数の受信信号を該１の周波数より高い第２
の周波数の信号に変換する第１の周波数変換手段と、該
第１の周波数変換手段で変換した第２の周波数を中間周
波数に変換する第２の周波数変換手段と、該中間周波数
の信号を包絡線検波する包絡線検波手段と、前記包絡線
検波手段で検波した信号から受信波を検出する受信波検
出手段と、前記送信用超音波センサの放射から前記受信
波検出までの時間を測定する計時手段と、該測定した時
間から、前記送信用超音波センサから前記距離測定対象
までの距離を算出する距離算出手段とを有する送受信分
離型反射方式の超音波距離測定装置が提供される。

【００２２】好ましくは、前記第２の周波数変換手段、
前記包絡線検波手段はラジオ用回路を用いる。

【００２３】さらに好ましくは、ラジオ用アンテナと前
記第１の周波数変換手段の出力を選択的に切り換える第
１のスイッチング手段と、該第１のスイッチング手段が
前記ラジオアンテナからの信号を選択したとき前記包絡
線検波手段の出力をラジオ受信機に接続し、前記第１の
スイッチング手段が前記第１の周波数変換手段の出力を
選択したとき前記受信検出手段に接続する第２のスイッ
チング手段とを有する。

【００２４】また本発明によれば、送信用超音波センサ
から放射された超音波が距離測定対象物体で反射され、
該反射した超音波を受信用超音波センサで受信し、超音
波の送信から超音波の受信までの時間を測定し、該計測
時間から前記送信用超音波センサまたは前記受信用超音
波センサから前記距離測定対象物体までの距離を測定す
る送受信分離型反射方式の超音波距離測定装置であっ
て、該超音波距離測定装置は、前記送信用超音波センサ
の駆動制御を行う送信装置と、前記受信用超音波センサ
からの信号を処理して距離測定を行う受信装置とを有
し、前記受信装置は、前記受信用超音波センサの第１の
周波数の受信信号を該第１の周波数より高い第２の周波
数の信号に変換する第１の周波数変換手段と、該第１の
周波数変換手段で変換した第２の周波数を中間周波数に
変換する第２の周波数変換手段と、該中間周波数の信号
を包絡線検波する包絡線検波手段と、前記包絡線検波手
段で検波した信号から受信波を検出する受信波検出手段
と、前記送信用超音波センサの放射から前記受信波検出
までの時間を測定する計時手段と、該測定した時間か
ら、前記送信用超音波センサから前記距離測定対象まで
の距離を算出する距離算出手段とを有する送受信分離型
反射方式の超音波距離測定装置が提供される。

【００２５】

【発明の実施の形態】第１の実施の形態 図１および図３を参照して、本発明の送受信分離型反射
方式の超音波距離測定装置の第１の実施の形態としての
送受信分離型反射方式の超音波距離測定装置について述
べる。本発明の送受信分離型反射方式の超音波距離測定
装置の前段部分の基本構成は図１に図解した構成とな
る。したがって、図１を参照して述べた、本発明の送受
信分離型反射方式の超音波距離測定装置の基本動作は本
実施の形態においても同じである。しかしながら、本実
施の形態において、図２を参照して述べた超音波受信機
１１の構成と信号処理は、図３を参照して詳述するよう
に異なる。

【００２６】図３は図２に図解した超音波受信機１１に
相当する超音波受信機１１Ａの構成を示す図である。超
音波受信機１１Ａは、受信用超音波センサ１３の受信信
号を増幅する前段増幅回路・バッファ回路１１０、第１
の周波数変換手段１４０、制御手段１５０、キースイッ
チ１６０、第１のスイッチング回路２００、ＲＦ増幅回
路３０２、第２の周波数変換手段３０４、中間周波数増
幅回路３０６、包絡線検波回路３０８、ＡＧＣ増幅回路
／低周波濾波回路３１０、低周波濾波回路３１２および
距離測定演算制御回路１２２Ａを有する。本実施の形態
において、ＲＦ増幅回路３０２、第２の周波数変換手段
３０４、中間周波数増幅回路３０６、包絡線検波回路３
０８、ＡＧＣ増幅回路／低周波濾波回路３１０および低
周波濾波回路３１２をラジオ受信回路３００と呼ぶ。

【００２７】図３の回路構成と、図２の回路構成とを比
較すると、図３の超音波受信機１１Ａには、高周波信号
濾波回路１１２、低周波信号濾波回路・バッファ回路１
１６、バッファ回路／比較回路１２０が削除されてお
り、その反面、第１の周波数変換手段１４０、制御手段
１５０、キースイッチ１６０、第１のスイッチング回路
２００、ラジオ受信回路３００が設けられている。ま
た、図２の距離測定演算制御回路１２２と図３の距離測
定演算制御回路１２２Ａとは後述する相違がある。

【００２８】前段増幅回路・バッファ回路１１０は図２
を参照して述べたように、増幅回路を有しており、受信
用超音波センサ１３からの微弱な電気信号を、後段の回
路におて信号処理可能なレベルまで増幅する。なお、受
信用超音波センサ１３からの受信反射波の周波数（これ
を第１の周波数と呼ぶ）は４０ＫＨｚ程度であるから、
前段増幅回路・バッファ回路１１０の周波数帯域も４０
ＫＨｚを中心として所定幅の帯域である。

【００２９】第１の周波数変換手段１４０、制御手段１
５０およびキースイッチ１６０からなる本発明の第１の
周波数変換手段について述べる。この第１の周波数変換
手段においては、前段増幅回路・バッファ回路１１０か
ら出力された第１の周波数、たとえば、約４０ＫＨｚの
信号を、第３の周波数変換手段３０６における中間周波
数（これを第３の周波数という）より高いラジオ周波数
（ＲＦ）の帯域、たとえば、５３１ＫＨｚ〜１６２９Ｋ
Ｈｚ程度の帯域の任意の周波数まで上昇させる。特に、
好ましくは、上記ラジオ周波数帯域のなかで、現在空い
ている６〜７チャネルの周波数、たとえば、４５２．５
ＫＨｚ、４５５ＫＨｚ、４７０ＫＨｚなどの周波数にす
る。そうすることにより、本願発明の超音波受信機１１
Ａとラジオ受信機との共用が可能となる。その理由につ
いては後述する。キースイッチ１６０は、第１の周波数
変換手段１４０における周波数変換後の周波数（これを
第２の周波数という）をキースイッチで設定する部分で
ある。制御手段１５０はキースイッチ１６０の設定状態
を入力し、第１の周波数変換手段１４０における変換後
の周波数がキースイッチ１６０に指定された第２の周波
数になるように、第１の周波数変換手段１４０を制御す
る。第１の周波数変換手段１４０は、前段増幅回路・バ
ッファ回路１１０からのほほぼ４０ＫＨｚの第１の周波
数の信号を制御手段１５０で指定された周波数に変換す
る。第１の周波数変換手段１４０の実際の回路構成とし
ては、種々の周波数で発振する複数の発振器と、それら
の発振器を切り換える選択回路と、選択回路の信号と前
段増幅回路・バッファ回路１１０からの信号とを混合し
て（ミキンシグして）、キースイッチ１６０で指定した
第２の周波数の信号を生成する回路とすることができ
る。この場合、制御手段１５０が選択回路を制御して所
望の局部発振周波数がミキサに印加されるようにする。
第１の周波数変換手段１４０の実際の他の回路構成とし
ては、位相同期回路（ＰＬＬ）を用いて、希望する第２
の周波数に変換することである。この場合、制御手段１
５０はＰＬＬのＶＣＯの発振周波数を制御する。第１の
周波数変換手段１４０の実際のさらに他の回路構成とし
ては、周波数シンセサイザを用いて、希望する第２の周
波数に変換することである。第１の周波数変換手段１４
０の実際のさらに他の回路構成としては、上述した以外
の公知の回路構成をとることができる。

【００３０】以上の第１の周波数変換手段において、第
１の周波数の信号がその周波数より高い第２の周波数に
変換された。第２の周波数に変換されたことにより、外
部雑音、送信用超音波センサ３の搭載されている基板の
振動数とは異なる第２の周波数になり、換言すれば、基
板の振動周波数、外来雑音などより相当高い第２の周波
数となり、基板の振動、外来雑音などとの識別（分離）
が容易になり、それらの周波数の影響を受けなくするこ
とが容易になる。

【００３１】第１の周波数変換手段１４０からの出力信
号は、第１のスイッチング回路２００を経由してＲＦ増
幅回路３０２に印加されて高周波領域で増幅される。

【００３２】本発明の第２の周波数変換手段としての第
２の周波数変換手段について述べる。第２の周波数変換
手段３０４も第１の周波数変換手段１４０と同等の回路
構成をとることができる。たとえば、第２の周波数変換
手段３０４は、局部発振回路とミキサーとで構成され
る。しかしながら、第２の周波数変換手段３０４は、第
１の周波数変換手段１４０でＲＦ周波数帯域まで上昇さ
せた第２の周波数を、中間周波数増幅回路３０６におい
て増幅可能な周波数である中間周波数（これを第３の周
波数という）まで低下させる。

【００３３】中間周波数増幅回路３０６中間周波数の信
号を増幅する。

【００３４】包絡線検波回路３０８は、中間周波数増幅
回路３０６で増幅した中間周波数領域の超音波受信信号
を包絡線検波して、距離測定演算制御回路１２２Ａに出
力する。距離測定演算制御回路１２２Ａにおける信号処
理については後述する。

【００３５】低周波濾波回路３１２は包絡線検波回路３
０８における包絡線検波信号のうち、低周波成分を通過
させる。

【００３６】低周波濾波回路３１２の濾波信号は、ＡＧ
Ｃ増幅回路／低周波濾波回路３１０に印加され、ＡＧＣ
増幅回路／低周波濾波回路３１０において、ＲＦ増幅回
路３０２における適切な増幅度が決定されてＲＦ増幅回
路３０２に印加される。したがって、低周波濾波回路３
１２およびＡＧＣ増幅回路／低周波濾波回路３１０はＡ
ＧＣの負帰還回路を構成しており、ＲＦ増幅回路３０２
は受信した超音波信号レベルに応じた適切な自動利得
（ＡＧＣ）増幅を行う。このように、第１の周波数変換
手段１４０からの信号が自動利得制御されるので、適切
なレベルで信号処理される。

【００３７】距離測定演算制御回路１２２Ａは、包絡線
検波回路３０８を経由して印加された受信超音波の包絡
線検波信号を信号処理して、正確な反射波の受信を検出
する。反射波の受信検出の最も簡単な方法は、図２のバ
ッファ回路／比較回路１２０を用いて２値比較である。
距離測定演算制御回路１２２Ａにおいても、基準レベル
と包絡線検波信号とを比較して包絡線検波信号が基準レ
ベルを越えたとき、制式の反射波を受信したと判断する
ことができる。しかしながら、本実施の形態において
は、好ましくは、外部雑音の完全な排除、送信用超音波
センサ３が搭載されている基板の振動の完全な排除など
を考慮して、距離測定演算制御回路１２２Ａには通常、
マイクロコンピュータなどの演算処理装置が内蔵されて
いるから、その演算処理機能を用いて統計的な信号処理
を行って、雑音などの影響を受けない受信反射波の検出
を行う。以上の処理によって、受信反射波の受信を検出
すると、図２の距離測定演算制御回路１２２と同様に、
距離測定演算制御回路１２２Ａは、送信用超音波センサ
３の発振開始から受信用超音波センサ１３による反射波
の受信までの時間を計測し、その時間を用いて、式１か
ら距離測定対象物体７までの距離を算出する。

【００３８】以上のように、距離測定演算制御回路１２
２Ａは、本発明の受信波検出手段、計時手段、距離算出
手段として機能する。

【００３９】上述した処理機能は基本的に、図２を参照
して述べた送受信分離型反射方式の超音波距離測定装置
と実質的に同じてあるが、本実施の形態においては、中
波帯のＡＭラジオ受信機の高周波帯の周波数まで、約１
２〜４０倍の周波数まで上昇（アップコンバージョン）
することにより、超音波受信機１１Ａの総合利得が前段
増幅回路・バッファ回路１１０と、第１の周波数変換手
段１４０、ＲＦ増幅回路３０２以降の回路とに分離さ
れ、超音波センサの振動雑音、外部雑音などの影響を受
けなくなる。その結果、従来行っていた振動対策および
回路的な対策が不要となり、超音波受信機１１Ａが低価
格で製造できる。本実施の形態によれば、総合利得が低
下するから、安定に動作する。

【００４０】以上の説明においては、第１のスイッチン
グ回路２００において、接点ａに接続されたときを述べ
たが、制御手段１５０の制御によって、接点ｂに切り換
えることができる。接点ｂはラジオアンテナに接続され
ている。換言すれば、第１のスイッチング回路２００以
降の回路、すなわち、ＲＦ増幅回路３０２、第２の周波
数変換手段３０４、第３の周波数変換手段３０６、包絡
線検波回路３０８、ＡＧＣ増幅回路／低周波濾波回路３
１０、低周波濾波回路３１２からなるラジオ受信回路３
００を超音波受信機の回路をそのまま流用できる。した
がって、図３に図解した超音波受信機１１Ａは超音波測
距装置に使用できるだけでなく、ラジオ受信機そのもの
としても使用できる。また換言すれば、周知のラジオ受
信機の回路を部分的に流用することで超音波受信機１１
Ａを構成できる。

【００４１】その観点から図３の回路構成を考察する
と、第１の周波数変換手段１４０において、ラジオ受信
機のＲＦ増幅回路３０２で増幅可能な高周波まで周波数
変換し、第２の周波数変換手段３０４および第３の周波
数変換手段３０６において中間周波数まで低下させて包
絡線検波回路３０８において検波し、その検波結果を距
離測定演算制御回路１２２Ａにおいて測距に使用する。

【００４２】第２の実施の形態 図４を参照して本発明の送受信分離型反射方式の超音波
距離測定装置の第２の実施の形態を述べる。図４は図３
に図解した超音波受信機１１Ａの変形態様とも言える回
路構成を図解しており、図３における第１のスイッチン
グ回路２００を削除して、第２のスイッチング回路２０
２を設けた回路構成を図解している。前段増幅回路・バ
ッファ回路１１０、第１の周波数変換手段１４０、制御
手段１５０、ＲＦ増幅回路３０２、第２の周波数変換手
段３０４、第３の周波数変換手段３０６、包絡線検波回
路３０８、ＡＧＣ増幅回路／低周波濾波回路３１０、低
周波濾波回路３１２および距離測定演算制御回路１２２
Ａは図３を参照して述べたものと実質的に同じである。

【００４３】図４に図解の超音波受信機１１Ｂにおいて
は、第１の周波数変換手段１４０の第２の周波数信号が
第２のスイッチング回路２０２において選択されて第３
の周波数変換手段３０６に印加される。すなわち、図３
に図解したように、第１の周波数変換手段１４０の出力
信号は、ＲＦ増幅回路３０２で増幅されることなく、第
２の周波数変換手段３０４においてさらに周波数変換さ
れることなく、第３の周波数変換手段３０６に印加され
る。一方、ラジオアンテナの受信信号はＲＦ増幅回路３
０２で増幅され、第２の周波数変換手段３０４で周波数
変換されて、第２のスイッチング回路２０２で選択され
て第３の周波数変換手段３０６に印加される。したがっ
て、第２の周波数変換手段３０４から出力される信号の
周波数と第１の周波数変換手段１４０から出力される信
号の周波数は同じになっている必要がある。そのため、
第１の周波数変換手段１４０においては、中間周波数レ
ベルまでアップコンバージョンする（周波数を高め
る）。

【００４４】図４に図解した超音波受信機１１Ｂは、超
音波受信信号の周波数変換が第１実施の形態ほど高くな
いから、雑音との分離性能が幾分低下するが、ＲＦ増幅
回路３０２および第２の周波数変換手段３０４における
回路動作条件に規定されないだけ回路の製造は簡単にな
る。第１の実施の形態について、その他の効果について
は、第１の実施の形態と同様である。

【００４５】第３の実施の形態 図５を参照して本発明の送受信分離型反射方式の超音波
距離測定装置の第３の実施の形態を述べる。図５は図４
に図解した超音波受信機１１Ｂの変形態様とも言える回
路構成を図解しており、図３における第１のスイッチン
グ回路２００を削除して、第３のスイッチング回路２０
４を設けた回路構成を図解している。しかしながら、第
３のスイッチング回路２０４は図４の第２のスイッチン
グ回路２０２と実質的に同じスイッチ回路である。前段
増幅回路・バッファ回路１１０、第１の周波数変換手段
１４０、制御手段１５０、ＲＦ増幅回路３０２、第２の
周波数変換手段３０４、第３の周波数変換手段３０６、
包絡線検波回路３０８、ＡＧＣ増幅回路／低周波濾波回
路３１０、低周波濾波回路３１２および距離測定演算制
御回路１２２Ａと図３を参照して述べたものと実質的に
同じである。

【００４６】第３の実施の形態について、その他の効果
については、第２の実施の形態と同様である。

【００４７】第４の実施の形態 上述した第１〜第３の実施の形態においては、記述を簡
単にするため、図２に図解した測距感度補正回路１１４
および距離測定演算制御回路１２２との協動による補正
処理を行わない場合について述べたが、本発明の実施に
際しては、上述した第１〜第３実施の形態に、測距感度
補正回路１１４および高周波信号濾波回路１１２との補
正処理を付加することができる。その場合、図３〜図５
の前段増幅回路・バッファ回路１１０と第１の周波数変
換手段１４０との間に測距感度補正回路１１４を設け、
距離測定演算制御回路１２２Ａは上述した距離測定演算
制御回路１２２と同様、測距感度補正回路１１４との協
動処理を行う。

【００４８】本発明の実施に際しては上述した例示に限
定されず、種々の変形態様をとることができる。たとえ
ば、本発明の好適な実施の形態として、第２の周波数を
例示したが、本発明においては上述した例示には限定さ
れず、任意の周波数に設定できる。もちろん、ラジオ受
信回路３００を構成する回路もラジオ受信機に活用され
たものに代えて、上述したものと同等の別途のものを適
用できる。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、アップコンバージョン
（周波数を高める処理）を行うことにより、総合利得を
低下させ、装置を安定に操作させることができるから、
測距の精度が向上する。すなわち、本発明によれば、外
部雑音、送信用超音波センサの搭載されている基板の振
動数より高い周波数で信号処理するので、基板の振動、
外来雑音などとの識別（分離）が容易になり、それらの
周波数の影響を受けなくすることが容易になる。その結
果、従来行っていた振動対策および回路的な対策が不要
となり、送受信分離型反射方式の超音波距離測定装置が
低価格で製造できる。また本発明においては、自動利得
制御しているので、適切なレベルで信号処理でき、測距
の精度が向上する。

【００５０】また本発明によれば、ラジオ受信回路をそ
のまま流用できるし、切り替えにより、ラジオ受信機そ
のものとしても使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は送受信分離型反射方式の超音波距離測定
装置の構成図である。

【図２】図２は本発明の送受信分離型反射方式の超音波
距離測定装置の受信機の基本構成図である。

【図３】図３は本発明の第１の実施の形態としての送受
信分離型反射方式の超音波距離測定装置における超音波
受信機の構成図である。

【図４】図４は本発明の第２の実施の形態としての送受
信分離型反射方式の超音波距離測定装置における超音波
受信機の構成図である。

【図５】図５は本発明の第３の実施の形態としての送受
信分離型反射方式の超音波距離測定装置における超音波
受信機の構成図である。

【符号の説明】

１・・超音波送信機 ３・・送信用超音波センサ ５・・送信用ホーンアンテナ ７・・距離測定対象物体 １１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ・・超音波受信機 １１０・・前段増幅回路・バッファ回路 １１２・・高周波信号濾波回路 １１４・・測距感度補正回路 １１６・・低周波信号濾波回路・バッファ回路 １１８・・検波回路 １２０・・バッファ回路／比較回路 １２２，１２２Ａ・・距離測定演算制御回路 １４０・・第１の周波数変換手段 １５０・・制御手段 １６０・・キースイッチ ２００・・第１のスイッチング回路 ２０２・・第２のスイッチング回路 ２０４・・第３のスイッチング回路 ２０６・・第４のスイッチング回路 ３００・・ラジオ受信回路 ３０２・・ＲＦ増幅回路 ３０４・・第２の周波数変換手段 ３０６・・中間周波数増幅回路 ３０８・・包絡線検波回路 ３１０・・ＡＧＣ増幅回路／低周波濾波回路 ３１２・・低周波濾波回路 １３・・受信用超音波 １５・・受信用ホーンアンテナ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送信用超音波センサから放射された超音波
   が距離測定対象物体で反射され、該反射した超音波を受
   信用超音波センサで受信し、超音波の送信から超音波の
   受信までの時間を測定し、該計測時間から前記送信用超
   音波センサまたは前記受信用超音波センサから前記距離
   測定対象物体までの距離を測定する送受信分離型反射方
   式の超音波距離測定装置であって、該超音波距離測定装
   置は、 前記送信用超音波センサの駆動制御を行う送信装置と、 前記受信用超音波センサからの信号を処理して距離測定
   を行う受信装置とを有し、 前記受信装置は、 前記受信用超音波センサの第１の周波数の受信信号を該
   １の周波数より高い第２の周波数の信号に変換する第１
   の周波数変換手段と、 該第１の周波数変換手段で変換した第２の周波数を中間
   周波数に変換する第２の周波数変換手段と、 該中間周波数の信号を包絡線検波する包絡線検波手段
   と、 前記包絡線検波手段で検波した信号から受信波を検出す
   る受信波検出手段と、 前記送信用超音波センサの放射から前記受信波検出まで
   の時間を測定する計時手段と、 該測定した時間から、前記送信用超音波センサから前記
   距離測定対象までの距離を算出する距離算出手段とを有
   する送受信分離型反射方式の超音波距離測定装置。
2. 【請求項２】前記第１の周波数変換手段と前記第２の周
   波数変換手段との間に第１の周波数の信号を増幅する第
   １の増幅手段を設けた請求項１記載の送受信分離型反射
   方式の超音波距離測定装置。
3. 【請求項３】該第２の周波数変換手段と前記包絡線検波
   手段との間に、中間周波数の信号を増幅する第２の増幅
   手段を設けた請求項２記載の送受信分離型反射方式の超
   音波距離測定装置。
4. 【請求項４】前記第２の周波数変換手段、前記包絡線検
   波手段はラジオ用回路を用いる請求項１記載の送受信分
   離型反射方式の超音波距離測定装置。
5. 【請求項５】ラジオ用アンテナと前記第１の周波数変換
   手段の出力を選択的に切り換える第１のスイッチング手
   段と、 該第１のスイッチング手段が前記ラジオアンテナからの
   信号を選択したとき前記包絡線検波手段の出力をラジオ
   受信機に接続し、前記第１のスイッチング手段が前記第
   １の周波数変換手段の出力を選択したとき前記受信検出
   手段に接続する第２のスイッチング手段とを有する請求
   項２記載の送受信分離型反射方式の超音波距離測定装
   置。
6. 【請求項６】送信用超音波センサから放射された超音波
   が距離測定対象物体で反射され、該反射した超音波を受
   信用超音波センサで受信し、超音波の送信から超音波の
   受信までの時間を測定し、該計測時間から前記送信用超
   音波センサまたは前記受信用超音波センサから前記距離
   測定対象物体までの距離を測定する送受信分離型反射方
   式の超音波距離測定装置であって、該超音波距離測定装
   置は、 前記送信用超音波センサの駆動制御を行う送信装置と、 前記受信用超音波センサからの信号を処理して距離測定
   を行う受信装置とを有し、 前記受信装置は、 前記受信用超音波センサの第１の周波数の受信信号を該
   第１の周波数より高い第２の周波数の信号に変換する第
   １の周波数変換手段と、 該第１の周波数変換手段で変換した第２の周波数を中間
   周波数に変換する第２の周波数変換手段と、 該中間周波数の信号を包絡線検波する包絡線検波手段
   と、 前記包絡線検波手段で検波した信号から受信波を検出す
   る受信波検出手段と、 前記送信用超音波センサの放射から前記受信波検出まで
   の時間を測定する計時手段と、 該測定した時間から、前記送信用超音波センサから前記
   距離測定対象までの距離を算出する距離算出手段とを有
   する送受信分離型反射方式の超音波距離測定装置。