JP2003028956A - Distance-measuring apparatus and position-measuring apparatus using ultrasonic waves, and program for them - Google Patents

Distance-measuring apparatus and position-measuring apparatus using ultrasonic waves, and program for them

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JP2003028956A
JP2003028956A JP2001213565A JP2001213565A JP2003028956A JP 2003028956 A JP2003028956 A JP 2003028956A JP 2001213565 A JP2001213565 A JP 2001213565A JP 2001213565 A JP2001213565 A JP 2001213565A JP 2003028956 A JP2003028956 A JP 2003028956A
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JP
Japan
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distance
wave
receiver
transmitter
ultrasonic
Prior art date
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Withdrawn
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JP2001213565A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Fujii
彰 藤井
Hidenori Sekiguchi
英紀 関口
Soichi Hama
壮一 浜
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain high temporal resolution in distance measurement between transmitters and receivers, without making the signal processing system of ultrasonic distance measurement complex. SOLUTION: The approximate distance between a transmitter and a receiver is obtained by detecting the threshold of reception ultrasonic waves, and then correction processing corresponding to the size is executed. Since ultrasonic waves are attenuated by propagation and the reception waveform increases gradually, a case or the like for detecting threshold, only after the second wave by the receiver for example within a distance of A-B from the transmitter is generated. Then, for example, when for example the smaller out of the first and second approximate distances (propagation time * speed), based on the positive and negative threshold detection of reception ultrasonic waves is due to a threshold and is equal to or less than a reference distance D (in the case of the detection of the second wave), a correction amount 'λ/2' of the second wave is subtracted from the approximate distance. Using the next zero-cross point, after detecting the threshold of ultrasonic waves as the end of ultrasonic wave propagation time, is also disclosed. Additionally, the distance measurement method in the above is utilized, to measure the transmitter position on a display screen.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を用いた距
離計測装置や位置計測装置に関し、特に超音波の送信器
から受信器までの伝播時間を用いることにより当該送信
器と当該受信器との間の距離を計測する装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a distance measuring device and a position measuring device using ultrasonic waves, and in particular, to the transmitter and the receiver by using the propagation time of the ultrasonic wave from the transmitter to the receiver. A device for measuring a distance between

【0002】また、送信器および受信器の一方を既知座
標の第1,第2の位置にそれぞれ配するとともに、他方
を任意の位置に一つ配した状態で、当該送信器から当該
受信器までの超音波の第1,第2の伝播時間、および前
記既知座標を用いることにより当該他方の位置座標を特
定する位置計測装置に関する。
In addition, one of the transmitter and the receiver is arranged at each of the first and second positions of known coordinates, and the other is arranged at an arbitrary position, from the transmitter to the receiver. The first and second propagation times of the ultrasonic wave, and the position measuring device that specifies the other position coordinate by using the known coordinate.

【0003】この距離計測・位置計測用の伝播時間とし
ては、本来、超音波の送信時から、その特定波形部分
(例えば第1波部分)を受信器が検出するまでの経過時
間を用いるべきである。
As the propagation time for distance measurement and position measurement, the elapsed time from the time of transmitting an ultrasonic wave until the receiver detects the specific waveform portion (for example, the first wave portion) should be used. is there.

【0004】しかしながら、一般に超音波はその伝播距
離が長くなるに従って減衰するため、送信器から受信器
までの距離が長い場合、当該受信器が、当該送信器から
送られる超音波の立ち上がり波形部分(第1波,第2
波,第3波・・・)の中で、振幅値が後続の受信波形部
分よりも小さな先頭波(第1波)を、ノイズ分から峻別
して、すなわち閾値を越えた波形部分として検出できな
いことがある。なお、送信器が出力する超音波は、当該
送信器の機械インピーダンスのため、振幅が徐々に増大
してから徐々に減衰する波形となる。受信波形も同様で
ある。
However, since ultrasonic waves are generally attenuated as the propagation distance thereof increases, when the distance from the transmitter to the receiver is long, the receiver causes the rising waveform portion () of the ultrasonic wave sent from the transmitter. First wave, second
Wave, the third wave, etc.), the leading wave (first wave) whose amplitude value is smaller than the subsequent received waveform portion cannot be detected as a waveform portion that exceeds the threshold value by being distinguished from the noise component. There is. The ultrasonic wave output by the transmitter has a waveform in which the amplitude gradually increases and then gradually attenuates due to the mechanical impedance of the transmitter. The same applies to the received waveform.

【0005】このとき、受信器が検出する波形部分は、
本来の第1波ではなく、それに続く第2波,第3波・・
・の中で最初に閾値を越える波形部分となり、超音波の
伝播時間もこの後続波の検出タイミングまでの値となっ
てしまう。
At this time, the waveform portion detected by the receiver is
Not the original first wave, but the following second and third waves ...
The waveform part that exceeds the threshold value becomes the first in the above, and the propagation time of the ultrasonic wave also becomes a value up to the detection timing of this subsequent wave.

【0006】この値は、当然のことながら、送信時から
第1波検出時までの真の伝播時間よりも長くなる。
This value is, of course, longer than the true propagation time from the transmission to the detection of the first wave.

【0007】そのため、この値(後続波の検出タイミン
グまでの超音波伝播時間)と音速との乗算により求まる
距離測定値も、検出すべき第1波と実際の検出波形部分
(例えば第3波)とのずれ分だけの誤差を含んだ値とな
る。
Therefore, the distance measurement value obtained by multiplying this value (the ultrasonic wave propagation time until the detection timing of the subsequent wave) by the sound velocity is also the first wave to be detected and the actual detected waveform portion (for example, the third wave). The value includes an error corresponding to the deviation from.

【0008】本発明は、この誤差相当分を補正して、送
信器と受信器との間の距離の計測精度を高めたいという
要請に応えるものである。
The present invention responds to the demand to correct this error amount and to improve the accuracy of measuring the distance between the transmitter and the receiver.

【0009】[0009]

【従来の技術】図16は、一般的な、超音波を用いた距
離測定用の送信器および受信器側装置の構成を示す説明
図である。
2. Description of the Related Art FIG. 16 is an explanatory diagram showing the configuration of a general transmitter-side device and receiver-side device for distance measurement using ultrasonic waves.

【0010】ここで、51は超音波の送信のオン/オフ
を設定するスイッチ, 52は超音波送信用の駆動回路,
53は当該スイッチのオン状態において定期的に超音波
を送信するためのタイマ, 54はLED駆動回路, 55
は超音波駆動回路, 56は超音波の送信タイミングを受
信器側に知らせるための光パルスを出力する赤外線LE
D, 57は超音波発振器をそれぞれ示している。以上
は、送信器の構成要素である。
Here, 51 is a switch for setting ON / OFF of ultrasonic wave transmission, 52 is a drive circuit for ultrasonic wave transmission,
53 is a timer for transmitting ultrasonic waves periodically in the ON state of the switch, 54 is an LED drive circuit, 55
Is an ultrasonic drive circuit, and 56 is an infrared LE that outputs an optical pulse for notifying the receiver side of the ultrasonic transmission timing.
D and 57 are ultrasonic oscillators, respectively. The above are the constituent elements of the transmitter.

【0011】また、61は送信器からの赤外パルス光を
受けるフォトダイオード(赤外線PD), 62送信器か
らの超音波を受ける受信部, 63は受信した超音波(振
幅)を増幅する入力アンプ, 64は当該入力アンプの出
力値(受信超音波の振幅)と所定の閾値とを比較するコ
ンパレータ, 65は当該赤外線検出部の出力で計時動作
を開始して当該コンパレータの出力でこれを停止するタ
イマ, 66は当該タイマの動作時間(赤外パルス受信か
ら超音波の閾値検出までの時間)および超音波の速度を
用いて送信器から受信器までの距離を算出する機能を持
つマイクロコントローラをそれぞれ示している。以上
は、受信器側装置の構成要素である。
Reference numeral 61 is a photodiode (infrared PD) for receiving infrared pulsed light from a transmitter, 62 is a receiver for receiving ultrasonic waves from the transmitter, and 63 is an input amplifier for amplifying the received ultrasonic waves (amplitude). Reference numeral 64 is a comparator for comparing the output value of the input amplifier (amplitude of the received ultrasonic wave) with a predetermined threshold value, and 65 is the output of the infrared detection section to start the time counting operation and the output of the comparator to stop it. The timer 66 is a microcontroller that has a function of calculating the distance from the transmitter to the receiver using the operating time of the timer (time from infrared pulse reception to ultrasonic threshold detection) and ultrasonic velocity. Shows. The above are the components of the receiver-side device.

【0012】図17は、一般的な、超音波の受信波形お
よび受信検出パルスを示す説明図であり、縦軸は送受信
波の振幅を示し、横軸は時間の経過を示している。
FIG. 17 is an explanatory view showing a general ultrasonic wave reception waveform and reception detection pulse. The vertical axis shows the amplitude of the transmission / reception wave and the horizontal axis shows the passage of time.

【0013】ここで、71は送信器から光学的に送られ
て超音波送信時を特定するための送信パルス(光パル
ス), 72は超音波の受信波形, 73はこの受信波形が
最初に閾値を超えるタイミングで生成される受信検出パ
ルスをそれぞれ示している。
Here, 71 is a transmission pulse (optical pulse) optically transmitted from a transmitter for specifying the time of ultrasonic transmission, 72 is an ultrasonic reception waveform, and 73 is this reception waveform as a threshold value. Each of the received detection pulses is generated at a timing that exceeds.

【0014】送信器から受信器までの超音波の伝播時間
trcvは、送信パルス71および受信検出パルス73
それぞれの立ち上がりタイミングの時間差として求ま
る。そして、この時間差と音速とを乗算することによ
り、送信器から受信器までの距離が算出される。
The propagation time trcv of the ultrasonic wave from the transmitter to the receiver is calculated by the transmission pulse 71 and the reception detection pulse 73.
It is calculated as the time difference between the respective rising timings. Then, the distance from the transmitter to the receiver is calculated by multiplying the time difference and the sound velocity.

【0015】図18は、送信器に対する受信器の遠近に
ともなう受信検出パルスの時間的ずれを示す説明図であ
り、 (a)は送信器に近い位置の受信器を示し、 (b)は
(a)よりも送信器から遠い位置の受信器を示している。
また、丸数字は受信超音波の第1波,第2波,第3波の
各波形部分を示している。
FIG. 18 is an explanatory diagram showing the time shift of the reception detection pulse with the distance of the receiver with respect to the transmitter. (A) shows the receiver in the position close to the transmitter, and (b) shows
The receiver is located farther from the transmitter than in (a).
The circled numbers indicate the respective waveform portions of the first wave, the second wave, and the third wave of the received ultrasonic wave.

【0016】(a) のように、受信器の位置が送信器に近
い場合には、送信器から送られる超音波の受信波形72
の減衰も少なく、受信器は、当該受信波形の第1波を閾
値検出してそのタイミングで受信検出パルス73を出力
する。
When the position of the receiver is close to the transmitter as shown in (a), the received waveform 72 of the ultrasonic wave transmitted from the transmitter
Is also small, and the receiver outputs the reception detection pulse 73 at the timing of the threshold detection of the first wave of the reception waveform.

【0017】一方、(b) のように、受信器の位置が送信
器から遠い場合には、送信器から送られる超音波の受信
波形72′の振幅が減衰してその第1波の振幅は閾値以
下となる。
On the other hand, when the position of the receiver is far from the transmitter as shown in (b), the amplitude of the received waveform 72 'of the ultrasonic wave sent from the transmitter is attenuated and the amplitude of the first wave is It is less than or equal to the threshold.

【0018】この場合の受信器は、超音波の受信波形の
例えば第3波を最初に閾値検出してそのタイミングで受
信検出パルス73′を出力する。この出力は(a) の受信
検出パルス73よりも1波長分だけの時間送れになって
いる。
In this case, the receiver first detects the threshold value of, for example, the third wave of the reception waveform of the ultrasonic wave, and outputs the reception detection pulse 73 'at that timing. This output is sent for one wavelength longer than the reception detection pulse 73 in (a).

【0019】このように、距離計測に用いる超音波の伝
播時間が長くなるにつれてその波形(振幅)が減衰する
ため、本来の受信タイミングの検出対象である第1波部
分を検出できない、といった不都合さを解決する距離測
定方式として、次の公開特許公報などで開示のものがあ
る。 1.特開平5−215850号公報 2.特開平8−254454号公報
As described above, since the waveform (amplitude) of the ultrasonic wave used for distance measurement becomes longer as it propagates longer, it is inconvenient that the first wave portion, which is the original detection target of the reception timing, cannot be detected. As a distance measuring method that solves the above problem, there is a method disclosed in the following patent publications and the like. 1. JP-A-5-215850. JP-A-8-254454

【0020】特開平5−215850号公報の超音波に
よる距離測定方式では、受信した超音波波形の包絡線を
閾値として超音波の伝播時間、すなわち送信時から受信
波が最初に閾値を越える時点までの時間を求めている。
In the distance measuring method using ultrasonic waves disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-215850, the propagation time of ultrasonic waves, that is, from the time of transmission to the time when the received wave first exceeds the threshold, with the envelope of the received ultrasonic waveform as a threshold. Seeking time.

【0021】特開平8−254454号公報の超音波に
よる距離測定方式では、受信した超音波波形の複数ピー
クの各レベルをホールドして当該ホールド値から受信波
形の仮想的なゼロクロス点を求め、このゼロクロス点に
所定のオフセット時間(受信器に固有の時間)を加算し
た時点を第1波の受信時としている。
In the ultrasonic distance measuring method disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-254454, each level of a plurality of peaks of a received ultrasonic waveform is held and a virtual zero-cross point of the received waveform is obtained from the hold value. The time when the predetermined offset time (the time peculiar to the receiver) is added to the zero-cross point is the reception time of the first wave.

【0022】[0022]

【発明が解決しようとする課題】従来の、超音波を用い
たこれらの距離計測手法には、以下のような問題点があ
った。
These conventional distance measuring methods using ultrasonic waves have the following problems.

【0023】特開平5−215850号公報の距離計測
手法の場合、超音波の受信のタイミングを決める閾値を
受信波形自体にいわば連動させているので、当該閾値を
固定する手法に比べて超音波伝播時間の検出誤差は少な
くなる。
In the case of the distance measuring method disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 5-215850, since a threshold value for determining the timing of ultrasonic wave reception is interlocked with the received waveform itself, ultrasonic wave propagation is performed as compared with the method of fixing the threshold value. Time detection error is reduced.

【0024】しかしながら、受信波形をなまらせた形の
閾値を用いることになるため、検出時間分解能を高くで
きず、必然的に測定距離の分解能も得にくい。
However, since the threshold value in which the received waveform is blunted is used, the detection time resolution cannot be increased, and the measurement distance resolution is inevitably difficult to obtain.

【0025】また、特開平8−254454号公報の距
離計測手法の場合、受信波形の複数ピークのレベルホー
ルドや、当該ホールド値に基づく受信波形の仮想的なゼ
ロクロス点の算出などの複雑な信号処理が必要となる。
Further, in the case of the distance measuring method disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-254454, complicated signal processing such as level holding of a plurality of peaks of a received waveform and calculation of a virtual zero cross point of the received waveform based on the hold value. Is required.

【0026】そこで、本発明では、受信超音波の固定閾
値検出という通常の方法で送信器から受信器までの概算
情報(超音波伝播時間やこれに対応の概算距離)をいっ
たん求めた上で、当該概算距離などに対して、その大き
さに応じた既設定の補正処理を実行することにより、超
音波距離計測の信号処理系を複雑化させずに、当該距離
計測の高い時間分解能を得ることを目的とする。
Therefore, in the present invention, once the approximate information (ultrasonic wave propagation time and the approximate distance corresponding thereto) from the transmitter to the receiver is once obtained by the ordinary method of detecting the fixed threshold value of the received ultrasonic wave, To obtain high time resolution of the distance measurement without complicating the signal processing system of ultrasonic distance measurement by executing the preset correction processing according to the size of the approximate distance. With the goal.

【0027】また、この距離計測手法を利用して例えば
表示画面上の任意の個所の位置を計測することを目的と
する。
It is another object of the present invention to measure the position of an arbitrary point on the display screen by using this distance measuring method.

【0028】[0028]

【課題を解決するための手段】本発明はこの課題を次の
ようにして解決する。 (1)送信器から受信器までの超音波の伝播時間を用い
ることにより当該送信器と当該受信器との間の距離を算
出する距離計測装置において、 ・前記超音波の受信波形の大きさが閾値を越えるタイミ
ングに基づく伝播時間、またはこの伝播時間に対応した
概算距離からなる、概算情報を求める手段と、 ・前記タイミングが前記受信波形の何波部分であるかを
特定するための基準伝播時間、またはこの基準伝播時間
に対応した基準距離からなる、基準情報を保持する手段
と、 ・前記概算情報と、この保持された前記基準情報との大
小関係に基づき、当該概算情報を補正して前記距離を算
出する手段とを有する。 (2)上記(1)において、前記概算情報を求める手段
は、前記伝播時間の終期として、前記受信波形の前記タ
イミングの次のゼロクロス時点を用いる。 (3)上記(1),(2)において、前記距離を算出す
る手段は、前記概算情報を補正する際に、前記受信波形
の正極性部分および負極性部分の中の、一方部分の前記
タイミングと、これに続く他方部分の前記タイミングと
の差分情報を用いる。 (4)送信器および受信器の一方を既知座標の第1,第
2の位置にそれぞれ配するとともに、他方を任意の位置
に一つ配した状態で、当該送信器から当該受信器までの
超音波の第1,第2の伝播時間、および前記既知座標を
用いることにより当該他方の位置座標を特定する位置計
測装置において、 ・前記超音波の受信波形の大きさが閾値を越えるタイミ
ングに基づく前記第1,第2の伝播時間、またはこの伝
播時間に対応した第1,第2の概算距離からなる、概算
情報を求める手段と、 ・前記タイミングが前記受信波形の何波部分であるかを
特定するための基準伝播時間、またはこの基準伝播時間
に対応した基準距離からなる、基準情報を保持する手段
と、 ・前記概算情報と、この保持された前記基準情報との大
小関係に基づき、当該概算情報を補正して第1,第2の
距離を算出する手段と、 ・前記既知座標と、この算出された前記第1,第2の距
離のそれぞれとを用いることにより前記他方の位置座標
を特定する手段とを有する。
The present invention solves this problem as follows. (1) In a distance measuring device that calculates the distance between the transmitter and the receiver by using the propagation time of the ultrasonic wave from the transmitter to the receiver: Means for obtaining approximate information, which comprises a propagation time based on a timing exceeding a threshold value or an approximate distance corresponding to the propagation time, and a reference propagation time for specifying what part of the received waveform the timing is. Or, a means for holding reference information, which is composed of a reference distance corresponding to the reference propagation time, and, based on the size relationship between the approximate information and the held reference information, corrects the approximate information, and And means for calculating the distance. (2) In the above (1), the means for obtaining the approximate information uses the zero crossing point next to the timing of the received waveform as the end of the propagation time. (3) In the above (1) and (2), the means for calculating the distance, when correcting the approximate information, has the timing of one of the positive polarity portion and the negative polarity portion of the received waveform. And the difference information from the timing of the other part following this is used. (4) With one of the transmitter and the receiver placed at the first and second positions of the known coordinates and the other placed at an arbitrary position, the distance from the transmitter to the receiver is increased. In a position measuring device that specifies the other position coordinate by using the first and second propagation times of the sound wave and the known coordinate, the method is based on the timing at which the size of the received waveform of the ultrasonic wave exceeds a threshold value. A means for obtaining approximate information, which comprises first and second propagation times, or first and second approximate distances corresponding to the propagation times; and-specifying what wave portion of the received waveform the timing is. Means for holding the reference information, which comprises a reference propagation time for performing, or a reference distance corresponding to the reference propagation time, and-based on the magnitude relation between the approximate information and the held reference information. Means for correcting the information to calculate the first and second distances; specifying the other position coordinate by using the known coordinate and each of the calculated first and second distances And means for doing so.

【0029】本発明によれば、上記(1)のように、送
信器から受信器までの距離に関する概算情報(送受信器
間の超音波伝播時間やこれに対応の概算距離)を通常の
手法で求めた上で、当該概算情報に対して、超音波の受
信タイミングに関する既知の基準情報との大小関係に基
づく補正処理を実行し、これにより、距離計測信号処理
系を複雑化させずに、送受信器間距離の計測精度を高め
ている。
According to the present invention, as described in (1) above, approximate information regarding the distance from the transmitter to the receiver (the ultrasonic wave propagation time between the transmitter and the receiver and the approximate distance corresponding thereto) can be obtained by a usual method. After the calculation, the correction information based on the magnitude relation with the known reference information regarding the reception timing of the ultrasonic wave is executed for the rough estimation information, and thereby the transmission / reception is performed without complicating the distance measurement signal processing system. Improves the accuracy of instrument distance measurement.

【0030】送受信器間の超音波伝播時間と、これに対
応の概算距離とは超音波の速度を介して一義的に変換さ
れる。そのため、本発明の距離計測の処理ではこの超音
波伝播時間,概算距離のいずれを用いてよい。同じこと
が、上述の基準伝播時間および基準距離に関してもいえ
る。
The ultrasonic wave propagation time between the transmitter and the receiver and the corresponding approximate distance are uniquely converted via the ultrasonic wave velocity. Therefore, in the distance measurement processing of the present invention, either the ultrasonic wave propagation time or the approximate distance may be used. The same is true for the reference propagation times and reference distances mentioned above.

【0031】本明細書においては、説明の便宜上、概算
距離および基準距離を用いることを前提とするが、これ
らの距離情報の代わりに超音波伝播時間(=概算距離÷
超音波速度)や基準伝播時間(=基準距離÷超音波速
度)を用いてもよいことは勿論である。
In the present specification, it is assumed that the approximate distance and the reference distance are used for convenience of explanation, but instead of the distance information, the ultrasonic wave propagation time (= approximate distance ÷
Of course, the ultrasonic velocity) and the reference propagation time (= reference distance / ultrasonic velocity) may be used.

【0032】また、上記(2)のように、送受信器間の
超音波伝播時間(概算情報)の終期として、超音波受信
波形の閾値検出タイミングの次のゼロクロス時点を用
い、これにより、超音波受信波形の振幅が異なるときの
超音波伝播時間算出の精確化を図り、送受信器間距離の
計測精度を高めている。
Further, as described in (2) above, as the end of the ultrasonic wave propagation time (approximate information) between the transmitter and the receiver, the zero crossing time point next to the threshold value detection timing of the ultrasonic wave reception waveform is used. The ultrasonic wave propagation time is calculated accurately when the amplitude of the received waveform is different, and the measurement accuracy of the distance between the transmitter and the receiver is improved.

【0033】また、上記(3)のように、概算情報に対
する補正量として、超音波受信波形のn波部分の閾値検
出タイミングと、(n+1)波部分の閾値検出タイミン
グとの実際の差分情報を用い、これにより、各波形部分
の実波長が「λ/2」からずれてばらついた値になった
ときの概算情報補正の精確化を図り、送受信器間距離の
計測精度を高めている。
As in (3) above, the actual difference information between the threshold detection timing of the n-wave portion and the threshold detection timing of the (n + 1) -wave portion of the ultrasonic reception waveform is used as the correction amount for the rough estimation information. By using this, the accuracy of the approximate information correction when the actual wavelength of each waveform portion deviates from “λ / 2” and becomes a variable value is improved, and the measurement accuracy of the distance between the transmitter and the receiver is improved.

【0034】また、上記(4)のように、例えば受信器
を既知座標の第1,第2の位置にそれぞれ配して、送信
器を任意の位置に一つ配した状態で、送受信器間の第
1,第2の距離に関する概算情報を通常の手法で求めた
上で、当該概算情報に対して、超音波の受信タイミング
に関する既知の基準情報との大小関係に基づく補正処理
を実行した後、第1,第2の位置の既知座標と、当該補
正後の第1,第2の距離のそれぞれとを用いて送信器の
位置座標を特定し、これにより、距離計測信号処理系を
複雑化させずに、例えば送信器を置いた位置の計測精度
を高めている。
Further, as described in (4) above, for example, the receivers are arranged at the first and second positions of known coordinates, and one transmitter is arranged at an arbitrary position. After the approximate information on the first and second distances of 1 is obtained by a normal method, the approximate information is subjected to correction processing based on the magnitude relationship with known reference information on the reception timing of ultrasonic waves. , The known coordinates of the first and second positions and the corrected first and second distances are used to identify the position coordinates of the transmitter, thereby complicating the distance measurement signal processing system. Instead, the measurement accuracy of the position where the transmitter is placed is increased.

【0035】さらには、受信器として、Qが小さい圧電
フィルムセンサを用いることにより、受信超音波の第1
波をノイズから峻別する形で閾値検出している。
Furthermore, by using a piezoelectric film sensor having a small Q as the receiver,
The threshold is detected by distinguishing the wave from the noise.

【0036】本発明は、このような特徴を持つ距離計測
装置および位置計測装置を対象とし、さらには当該装置
で実行される距離計測用プログラムおよび位置計測用プ
ログラムも対象とする。
The present invention is directed to a distance measuring device and a position measuring device having such characteristics, and further to a distance measuring program and a position measuring program executed by the device.

【0037】[0037]

【発明の実施の形態】図1乃至図15を参照して本発明
の実施の形態を説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0038】これらの図において、11は送信器からの
赤外パルスを受けるフォトダイオード(赤外線PD),
12は送信器からの超音波を受ける超音波受信部,13
は受信超音波(振幅)を増幅する入力アンプ,14,1
4′は入力アンプ13の出力値と「正」の閾値との大小
関係を求める第1のコンパレータ,15,15′は入力
アンプ13の出力値と「負」の閾値との大小関係を求め
る第2のコンパレータ,141,151は受信超音波に
おける閾値検出タイミングの直後のゼロクロス時点を求
めるゼロクロスコンパレータ,142,152はコンパ
レータ14,15の出力により反転して「H」レベルを
出力するフリップフロップ,143,153はゼロクロ
スコンパレータ141, 151およびフリップフロップ
142,152の各出力を入力信号とするAND回路,
16,16′は赤外線フォトダイオード11の出力で計
時動作を開始してコンパレータ14の出力でこれを停止
する第1のタイマ,17,17′は赤外線フォトダイオ
ード11の出力で計時動作を開始してコンパレータ15
の出力でこれを停止する第2のタイマ,18はタイマ1
6, 17の計測時間(超音波の伝播時間)および音速値
を用いて送信器から受信器までの概算距離L1 ,L2 を
算出してから、当該概算距離に対する後述の補正処理
(図3,図5,図15参照)を行なうことにより、本来
の距離Lを出力する機能を持つマイクロコントローラ,
19は外部メモリ,20は超音波の半波長単位での各波
形部分(第1波,第2波,第3波・・・)に対応した基
準距離を保持した基準距離情報テーブル,31は表示画
面,32は表示画面31に移動可能な形で配した超音波
送信器,33は表示画面31の左上隅点に配した第1の
超音波受信器,34は表示画面31の右上隅点に配した
第2の超音波受信器,41は超音波伝播時間に基づき超
音波送信器32と超音波受信器33,34との距離をそ
れぞれ算出・補正し、この距離データを用いることによ
り超音波送信器32の表示画面31における位置座標を
求める機能を持ったマイクロコントローラ,42は基準
距離情報(距離A,B,C,D,Eなど)および超音波
受信器33,34の座標データなどを保持した外部メモ
リをそれぞれ示している。
In these figures, 11 is a photodiode (infrared PD) that receives an infrared pulse from the transmitter,
Reference numeral 12 is an ultrasonic wave reception unit for receiving ultrasonic waves from a transmitter, 13
Is an input amplifier that amplifies received ultrasonic waves (amplitude), 14, 1
Reference numeral 4'is a first comparator for obtaining the magnitude relation between the output value of the input amplifier 13 and the "positive" threshold value, and 15 and 15 'is a first comparator for obtaining the magnitude relation between the output value of the input amplifier 13 and the "negative" threshold value. Two comparators, 141 and 151, are zero-cross comparators that determine the zero-crossing point immediately after the threshold detection timing in the received ultrasonic wave, and 142 and 152 are flip-flops, which are inverted by the outputs of the comparators 14 and 15 and output "H" level, 143. , 153 is an AND circuit using the outputs of the zero-cross comparators 141 and 151 and the flip-flops 142 and 152 as input signals,
Reference numerals 16 and 16 'are first timers that start the timing operation with the output of the infrared photodiode 11 and stop it with the output of the comparator 14, and 17 and 17' start the timing operation with the output of the infrared photodiode 11. Comparator 15
Second timer to stop this with the output of, 18 is timer 1
After calculating the approximate distances L1 and L2 from the transmitter to the receiver using the measurement time (ultrasonic wave propagation time) 6 and 17 and the sound velocity value, the correction processing described later for the approximate distance (FIG. 3, FIG. 5, see FIG. 15), a microcontroller having a function of outputting the original distance L,
Reference numeral 19 is an external memory, 20 is a reference distance information table that holds reference distances corresponding to respective waveform portions (first wave, second wave, third wave, ...) In half-wavelength units of ultrasonic waves, and 31 is displayed. Screen, 32 is an ultrasonic transmitter movably arranged on the display screen 31, 33 is a first ultrasonic receiver arranged at the upper left corner of the display screen 31, and 34 is an upper right corner of the display screen 31. The arranged second ultrasonic wave receivers 41 calculate and correct the distances between the ultrasonic wave transmitters 32 and the ultrasonic wave receivers 33 and 34 based on the ultrasonic wave transit time, and use the distance data to calculate the ultrasonic wave. The microcontroller 42 having a function of obtaining the position coordinates on the display screen 31 of the transmitter 32 displays reference distance information (distances A, B, C, D, E, etc.) and coordinate data of the ultrasonic receivers 33, 34. Show each external memory you have That.

【0039】図1は、受信超音波の各波形部分の検出可
能距離と利用波形部分および補正量との関係(その1)
を示す説明図である。なお,丸数字は、受信超音波の各
波形部分(第1波,第2波,第3波,第4波・・・)を
示している。
FIG. 1 shows the relationship between the detectable distance of each waveform portion of the received ultrasonic wave, the utilized waveform portion and the correction amount (No. 1).
FIG. The circled numbers indicate the respective waveform portions of the received ultrasonic wave (first wave, second wave, third wave, fourth wave, ...).

【0040】図2は、超音波受信波形と正負の閾値との
関係を示す説明図である。この受信波形はある地点に置
いた受信器の出力の時間変化そのものを示している。丸
数字は図1と同じように受信超音波の各波形部分であ
る。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the ultrasonic wave reception waveform and the positive and negative threshold values. This received waveform shows the time change itself of the output of the receiver placed at a certain point. Circled numbers are waveform portions of the received ultrasonic waves, as in FIG.

【0041】図1の原点(距離0)は超音波発振器の位
置を示している。また、図では受信超音波の第5波まで
の閾値検出しか示していないが、これに、第6波以降の
各波形部分の閾値検出に対応した伝播時間(距離)が続
くのは勿論である。
The origin (distance 0) in FIG. 1 indicates the position of the ultrasonic oscillator. Further, although only the threshold value detection up to the fifth wave of the received ultrasonic wave is shown in the figure, it goes without saying that this is followed by the propagation time (distance) corresponding to the threshold value detection of each waveform portion after the sixth wave. .

【0042】ここで、 ・距離Aは受信超音波の第1波(正極性)を閾値検出可
能な限界距離 ・距離Bは受信超音波の第2波(負極性)を閾値検出可
能な限界距離 ・距離Cは受信超音波の第3波(正極性)を閾値検出可
能な限界距離をそれぞれ示している。
Here, the distance A is the limit distance at which the first wave (positive polarity) of the received ultrasonic wave can be threshold-detected, and the distance B is the limit distance at which the second wave (negative polarity) of the received ultrasonic wave can be threshold detected. The distance C indicates the limit distance at which the third wave (positive polarity) of the received ultrasonic wave can be threshold-value detected.

【0043】また、 ・距離Dは受信超音波(負極性)の閾値検出部分を第2
波と判定するための基準距離 ・距離Eは受信超音波(正極性)の閾値検出部分を第3
波と判定するための基準距離をそれぞれ示している。
Also, the distance D is the second threshold value of the received ultrasonic wave (negative polarity).
The reference distance / distance E for determining a wave is the threshold value detection portion of the received ultrasonic wave (positive polarity)
The reference distances for determining waves are shown.

【0044】なお、距離A<距離D<距離B<距離E<
距離Cであり、これらの距離データは基準距離情報テー
ブル20にあらかじめ保持されている。
Note that the distance A <the distance D <the distance B <the distance E <
It is the distance C, and these distance data are held in the reference distance information table 20 in advance.

【0045】発信器から距離Dの部分に位置する受信器
は、受信した超音波の第2波(負極性)以降の波形部分
を閾値検出可能であるが、第1波(正極性)については
閾値検出できない。
The receiver located at the distance D from the transmitter can detect the waveform portion of the received ultrasonic wave after the second wave (negative polarity) by the threshold value, but for the first wave (positive polarity). Threshold cannot be detected.

【0046】また、発信器から距離Eの部分に位置する
受信器は、受信した超音波の第3波(正極性)以降の波
形部分を閾値検出可能であるが、第1波(正極性)およ
び第2波(負極性)については閾値検出できない。
The receiver located at a distance E from the transmitter can detect the waveform portion of the received ultrasonic wave after the third wave (positive polarity) by the threshold value, but the first wave (positive polarity). The threshold value cannot be detected for the second wave (negative polarity).

【0047】図示の場合、 ・原点から距離Dまでの範囲に位置する超音波受信器の
(距離測定のための)利用波は第2波であり、 ・距離Dから距離Eまでの範囲に位置する超音波受信器
の当該利用波は第3波であり、 ・距離Eから次の基準距離までの範囲に位置する超音波
受信器の当該利用波は第4波である。
In the case shown in the figure, the wave used (for distance measurement) of the ultrasonic receiver located in the range from the origin to the distance D is the second wave, and located in the range from the distance D to the distance E. The used wave of the ultrasonic receiver is the third wave, and the used wave of the ultrasonic receiver located in the range from the distance E to the next reference distance is the fourth wave.

【0048】そして、超音波受信器の距離測定用の利用
波形部分が、(1) 第2波の場合、第1波検出に対する補
正量として「λ/2」を用い、(2) 第3波の場合、第1
波検出に対する補正量として「λ」を用い、(3) 第4波
の場合、第1波検出に対する補正量として「3λ/2」
を用いる。
When the used waveform portion for distance measurement of the ultrasonic receiver is (1) the second wave, "λ / 2" is used as the correction amount for detecting the first wave, and (2) the third wave. If, first
“Λ” is used as the correction amount for wave detection, and (3) In the case of the fourth wave, “3λ / 2” is used as the correction amount for the first wave detection.
To use.

【0049】図3は、受信器側装置の構成を示す説明図
である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the configuration of the receiver side device.

【0050】図16の受信器側装置との主な相違点は、 ・受信した超音波の振幅を正負それぞれの閾値と比較す
るための第1, 第2のコンパレータ14,15を設けた
こと ・マイクロコントローラ18が、超音波の送受信器間の
伝播時間から求めた概算距離LAの補正処理を実行する
こと ・この補正処理を担保するための基準距離情報テーブル
20を外部メモリ19に作成したことなどである。
Main differences from the receiver-side device of FIG. 16 are as follows: First and second comparators 14 and 15 for comparing the amplitude of received ultrasonic waves with positive and negative thresholds are provided. The microcontroller 18 executes the correction processing of the approximate distance LA obtained from the propagation time of the ultrasonic wave between the transmitter and the receiver, and creates the reference distance information table 20 in the external memory 19 to ensure the correction processing. Is.

【0051】図4は、図1に対応の距離計測処理手順を
示す説明図であり、その内容は次のようになっている。
実行主体はマイクロコントローラ18である。 (s11) タイマ16の計測時間T1 およびタイマ17の計
測時間T2 を取り込んで、次のステップに進む。この計
測時間は超音波伝播時間を示している。 (s12) このT1 , T2 のそれぞれに音速値を乗算するこ
とにより、受信超音波の「正極性部分」の閾値検出に基
づく概算距離L1 と、「負極性部分」の閾値検出に基づ
く概算距離L2 とを算出して、次のステップに進む。 (s13) 「L2 >距離D(図1参照)」が成立するかどう
かを判断して、「 Yes 」の場合はステップ(s15) に進
み、「No」 の場合は次のステップに進む。ここで、「N
o」 となる場合、受信超音波の負極性部分においては第
2波が最初に閾値を越える。 (s14) 「L=L2 −λ/2」により補正後の距離Lを求
める。 (s15) 「L1 >距離E(図1参照)」が成立するかどう
かを判断して、「 Yes 」の場合はステップ(s17) に進
み、「No」 の場合は次のステップに進む。ここで、「N
o」 となる場合、受信超音波の正極性部分においては第
3波が最初に閾値を越える。 (s16) 「L=L1 −λ」により補正後の距離Lを求め
る。 (s17) 「L2 >次の基準距離」が成立するかどうかを判
断して、「 Yes 」 の場合はL1 についての対応ステップ
に進み、「No」 の場合は次のステップに進む。ここで、
「No」 となる場合、受信超音波の負極性部分においては
第4波が最初に閾値を越える。 (s18) 「L=L2 −3λ/2」により補正後の距離Lを
求める。
FIG. 4 is an explanatory view showing a distance measurement processing procedure corresponding to FIG. 1, and the contents thereof are as follows.
The execution subject is the microcontroller 18. (s11) The measurement time T1 of the timer 16 and the measurement time T2 of the timer 17 are fetched, and the process proceeds to the next step. This measurement time indicates the ultrasonic wave propagation time. (s12) By multiplying each of T1 and T2 by the sound velocity value, an approximate distance L1 based on the threshold detection of the "positive polarity portion" of the received ultrasonic wave and an approximate distance L2 based on the threshold detection of the "negative polarity portion" of the received ultrasonic wave. And are calculated, and the process proceeds to the next step. (s13) It is determined whether or not "L2> distance D (see FIG. 1)" is established. If "Yes", the process proceeds to step (s15), and if "No", the process proceeds to the next step. Where "N
In the case of “o”, the second wave first exceeds the threshold value in the negative polarity portion of the received ultrasonic wave. (s14) The corrected distance L is obtained by "L = L2- [lambda] / 2". (s15) It is determined whether or not "L1> distance E (see FIG. 1)" is established. If "Yes", the process proceeds to step (s17), and if "No", the process proceeds to the next step. Where "N
In the case of “o”, the third wave first exceeds the threshold in the positive polarity portion of the received ultrasonic wave. (s16) The corrected distance L is obtained by "L = L1-λ". (s17) It is determined whether or not "L2> next reference distance" is established, and if "Yes", proceed to the corresponding step for L1. If "No", proceed to the next step. here,
In the case of “No”, the fourth wave first exceeds the threshold value in the negative polarity portion of the received ultrasonic wave. (s18) The corrected distance L is obtained by "L = L2-3? / 2".

【0052】ステップ(s17) で「 Yes 」 の場合の以後の
処理内容は、L1 ,L2 のそれぞれに対し、交互に次の
基準距離との大小関係を比較してステップ(s16) ,(s1
8) と同様の新たな補正を実行することである。この比
較処理を所定回数だけ行っても「No」 とならない場合は
強制終了する。
In the case of "Yes" in step (s17), the contents of the processing thereafter are as follows: for L1 and L2, the magnitude relationship with the next reference distance is alternately compared, and steps (s16) and (s1)
It is to execute the same new correction as in 8). If this comparison process does not result in "No" even if it has been performed a predetermined number of times, it will be forced to end.

【0053】図5は、受信超音波の各波形部分の検出可
能距離と利用波形部分および補正量との関係(その2)
を示す説明図である。
FIG. 5 shows the relationship between the detectable distance of each waveform portion of the received ultrasonic wave, the utilized waveform portion and the correction amount (part 2).
FIG.

【0054】なお、距離A,距離B,距離Cの閾値検出
可能な限界距離としての意味合いや、第6波以降の各波
形部分の閾値検出に対応した伝播時間(距離)を省略し
たことなどは、図1と同様である。
The meanings of the distance A, the distance B, and the distance C as the threshold-detectable limit distances, the omission of the propagation time (distance) corresponding to the threshold detection of each waveform portion after the sixth wave, etc. , As in FIG.

【0055】一方、図1の場合との主な相違点は、 ・距離A,距離B,距離Cのそれぞれを、超音波受信器
の(距離測定のための)利用波を判定するための基準距
離としても用い、 ・算出概算距離が距離A未満の場合の補正量を「0」と
し、 ・算出概算距離が距離A以上で距離B未満の場合の補正
量を「λ/2」とし、 ・算出概算距離が距離B以上で距離C未満の場合の補正
量を「λ」とした、ことなどである。
On the other hand, the main differences from the case of FIG. 1 are as follows: Criteria for judging the distance A, the distance B, and the distance C for the used wave (for distance measurement) of the ultrasonic receiver It is also used as a distance.-The correction amount when the calculated approximate distance is less than the distance A is "0" .- The correction amount when the calculated approximate distance is the distance A or more and less than the distance B is "λ / 2", For example, the correction amount when the calculated approximate distance is greater than or equal to the distance B and less than the distance C is set to “λ”.

【0056】図6は、図5に対応の距離計測処理手順を
示す説明図であり、その内容は次のようになっている。
実行主体はマイクロコントローラ18である。 (s21) タイマ16の計測時間T1 およびタイマ17の計
測時間T2 を取り込んで、次のステップに進む。 (s22) このT1 , T2 のそれぞれに音速値を乗算するこ
とにより、受信超音波の「正極性部分」の閾値検出に基
づく概算距離L1 と、「負極性部分」の閾値検出に基づ
く概算距離L2 とを算出して、次のステップに進む。 (s23) 「L1 >L2 」が成立するかどうかを判断して、
「 Yes 」 の場合はステップ(s25) に進み、「No」 の場合
は次のステップに進む。ここで、「 Yes 」 となるのは、
受信超音波の、最初に閾値を越えるのが負極性部分のと
きである。 (s24) 「L=L1 」として、ステップ(s26) に進む。 (s25) 「L=L2 」として、次のステップに進む。 (s26) 「L>距離A」が成立するかどうかを判断して、
「 Yes 」 の場合はステップ(s27) に進み、「NO」 の場合
は一連の処理を終了する。ここで、「No」 となるのは、
受信器が超音波の第1波を閾値検出したときであり、当
該第1波に基づく距離L(=L1 )についての補正は必
要ない(図4参照)。 (s27) 「L>距離B」が成立するかどうかを判断して、
「 Yes 」 の場合はステップ(s29) に進み、「No」 の場合
は次のステップに進む。ここで、「No」 となるのは、受
信器が超音波の(第1波は閾値検出できずに)第2波を
閾値検出したときである(図4参照)。 (s28) 「L=L−λ/2」により補正後の距離Lを求め
る。 (s29) 「L>距離C」が成立するかどうかを判断して、
「 Yes 」 の場合は当該Lと次の基準距離との比較処理
(図示省略)に移行し、「No」 の場合は次のステップに
進む。ここで、「No」 となるのは、受信器が超音波の
(第1波, 第2波は閾値検出できずに)第3波を閾値検
出したときである(図4参照)。 (s30) 「L=L−λ」により補正後の距離Lを求める。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a distance measurement processing procedure corresponding to FIG. 5, and the contents thereof are as follows.
The execution subject is the microcontroller 18. (s21) The measurement time T1 of the timer 16 and the measurement time T2 of the timer 17 are fetched, and the process proceeds to the next step. (s22) By multiplying each of T1 and T2 by a sound velocity value, an approximate distance L1 based on the threshold detection of the "positive polarity portion" of the received ultrasonic wave and an approximate distance L2 based on the threshold detection of the "negative polarity portion" of the received ultrasonic wave. And are calculated, and the process proceeds to the next step. (s23) Judging whether "L1>L2" is established,
If "Yes", proceed to step (s25). If "No", proceed to next step. Here, "Yes" means
It is when the negative polarity portion of the received ultrasonic wave first exceeds the threshold value. (s24) Set "L = L1" and proceed to step (s26). (s25) Set "L = L2" and proceed to the next step. (s26) Judging whether or not “L> distance A” holds,
If "Yes", the process proceeds to step (s27), and if "NO", the series of processes ends. Here, "No" means
This is when the receiver detects the first wave of the ultrasonic wave with a threshold value, and the correction for the distance L (= L1) based on the first wave is not necessary (see FIG. 4). (s27) Judging whether “L> distance B” is established,
If "Yes", proceed to step (s29). If "No", proceed to next step. Here, “No” is when the receiver threshold-detects the second wave of the ultrasonic wave (the first wave cannot be threshold-detected) (see FIG. 4). (s28) The corrected distance L is obtained by "L = L-λ / 2". (s29) Judging whether “L> distance C” is established,
In the case of "Yes", the process shifts to a comparison process (not shown) between the L and the next reference distance, and in the case of "No", the process proceeds to the next step. Here, “No” is when the receiver threshold-detects the third wave of the ultrasonic wave (the first wave and the second wave cannot be detected by the threshold) (see FIG. 4). (s30) The corrected distance L is obtained by "L = L-λ".

【0057】ステップ(s29) で「 Yes 」 の場合の以後の
処理内容は、Lに対し、交互に次の基準距離との大小関
係を比較してステップ(s28) ,(s30) と同様の新たな補
正を実行することである。この比較処理を所定回数だけ
行っても「NO」 とならない場合は強制終了する。
In the case of "Yes" in step (s29), the subsequent processing contents are the same as those in steps (s28) and (s30) by alternately comparing L with the next reference distance. Correct correction. If this comparison process does not become "NO" even if it is performed a predetermined number of times, it will be forcibly terminated.

【0058】図7は、表示画面上の任意の点の位置座標
を求める超音波送受信ユニットの概要を示す説明図であ
る。
FIG. 7 is an explanatory view showing the outline of an ultrasonic wave transmitting / receiving unit for obtaining the position coordinates of an arbitrary point on the display screen.

【0059】このユニットは、少なくとも、表示画面3
1に配した一つの超音波送信器32および二つの超音波
受信器33,34からなり、当該超音波送信器と当該超
音波受信器のそれぞれとの距離を求める機能を有したも
のである。
This unit has at least the display screen 3
It is composed of one ultrasonic transmitter 32 and two ultrasonic receivers 33, 34 arranged in one, and has a function of obtaining the distance between the ultrasonic transmitter and each of the ultrasonic receivers.

【0060】なお、超音波送信器32の代わりに超音波
受信器を用い、超音波受信器33,34の各位置に超音
波送信器を設けるようにしてもよい。この場合、当該送
信器それぞれからの超音波を超音波受信器の方で弁別で
きるように、第1の送信超音波と第2の送信超音波とを
例えば周波数分割,時分割する。
An ultrasonic wave receiver may be used instead of the ultrasonic wave transmitter 32, and the ultrasonic wave transmitters may be provided at the respective positions of the ultrasonic wave receivers 33 and 34. In this case, the first transmitted ultrasonic wave and the second transmitted ultrasonic wave are frequency-divided or time-divided, for example, so that the ultrasonic wave receiver can discriminate the ultrasonic wave from each of the transmitters.

【0061】図8は、図7に対応の受信器側装置を示す
説明図である。
FIG. 8 is an explanatory view showing a receiver side device corresponding to FIG.

【0062】この位置計測装置は、 ・超音波送信器32から各超音波受信器33,34まで
の超音波の伝播時間「T1 , T2 」,「T3 ,T4 」を
個々に求めるための二組の伝播時間算出手段(図2参
照) ・当該超音波伝播時間に基づき超音波送信器32と各超
音波受信器33,34との距離を算出し(図4,図6参
照)、この距離データを用いることにより超音波送信器
32の表示画面31における位置座標を求める機能を持
ったマイクロコントローラ41 ・基準距離情報(距離A,B,C,D,Eなど)および
後述の座標データ(図9参照)などを保持した外部メモ
リ42などからなっている。
This position measuring device has two sets for individually obtaining the propagation times "T1, T2", "T3, T4" of ultrasonic waves from the ultrasonic transmitter 32 to the ultrasonic receivers 33, 34. Propagation time calculation means (see FIG. 2) -The distance between the ultrasonic transmitter 32 and the ultrasonic receivers 33 and 34 is calculated based on the ultrasonic propagation time (see FIGS. 4 and 6), and this distance data is calculated. Microcontroller 41 having a function of obtaining position coordinates on the display screen 31 of the ultrasonic transmitter 32 by using the reference distance information (distances A, B, C, D, E, etc.) and coordinate data described later (see FIG. 9). (Refer to FIG. 4) and the like.

【0063】超音波受信ユニットの各組のタイマ16,
17(16′,17′)は、それぞれ赤外線検出ダイオ
ード11およびコンパレータ14,15(14′,1
5′)の出力に基づいて、超音波送信器32から自超音
波受信器33,34までの超音波伝播時間T1 , T2 ,
T3 ,T4 を計時する。
Each set of timers 16 of the ultrasonic receiving unit,
Reference numerals 17 (16 ', 17') denote infrared detection diodes 11 and comparators 14, 15 (14 ', 1), respectively.
Based on the output of 5 '), the ultrasonic wave propagation times T1, T2 from the ultrasonic wave transmitter 32 to the own ultrasonic wave receivers 33, 34,
Time T3 and T4.

【0064】マイクロコントローラ41は、この時間情
報T1 , T2 ,T3 ,T4 などを用いて、 ・先ず、図3や図5の距離計測処理を実行して超音波送
信器32から各超音波受信器33,34までの距離r
1, r2を算出し、 ・次に、このr1, r2を用いた後述の手順(三角測量
の手法)により超音波送信器32の二次元位置座標を求
める。
The micro controller 41 uses the time information T1, T2, T3, T4, etc. First of all, the distance measuring process of FIG. 3 and FIG. Distance r to 33, 34
1, r2 is calculated, and then the two-dimensional position coordinates of the ultrasonic transmitter 32 are obtained by the procedure (triangulation method) described later using the r1 and r2.

【0065】図9は、図7の表示画面上における受信器
と送信器との位置関係を示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory view showing the positional relationship between the receiver and the transmitter on the display screen of FIG.

【0066】表示画面31において、 ・原点は左下端部 ・サイズは(m×n) ・表示画面の左上端部に固定した受信器33の位置座標
は(0, n) ・表示画面の右上端部に固定した受信器34の位置座標
は(m, n)である。
On the display screen 31, the origin is the lower left corner, the size is (m × n), the position coordinates of the receiver 33 fixed at the upper left corner of the display screen are (0, n), and the upper right corner of the display screen. The position coordinates of the receiver 34 fixed to the section are (m, n).

【0067】図10は、図9の送信器の位置座標の算出
手順を示す説明図であり、その内容は次のようになって
いる。実行主体はマイクロコントローラ41である。 (s41) 各タイマ16,17,16′,17′の計測時間
T1 , T2 ,T3 ,T4および受信器33,34の位置
座標を取り込んで、次のステップに進む。 (s42) 送信器32から各受信器33,34までの距離r
1,r2を図3のステップ(s12) と同様の処理により算
出して、次のステップに進む。 (s43) 受信器33の位置座標(0, n)を中心として半
径r1の第1の円を示す式を求めて、次のステップに進
む。 (s44) 受信器34の位置座標(m, n)を中心として半
径r2の第2の円を示す式を求めて、次のステップに進
む。 (s45) 第1の円を示す式と第2の円を示す式との解を求
めて送信器32の位置座標とする。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a procedure for calculating the position coordinates of the transmitter shown in FIG. 9, the contents of which are as follows. The execution subject is the microcontroller 41. (s41) The measurement times T1, T2, T3, T4 of the timers 16, 17, 16 ', 17' and the position coordinates of the receivers 33, 34 are fetched, and the process proceeds to the next step. (s42) Distance r from transmitter 32 to each receiver 33, 34
1, r2 are calculated by the same processing as the step (s12) in FIG. 3, and the process proceeds to the next step. (s43) An equation representing the first circle with radius r1 centered on the position coordinate (0, n) of the receiver 33 is obtained, and the process proceeds to the next step. (s44) An equation showing the second circle having a radius r2 centered on the position coordinate (m, n) of the receiver 34 is obtained, and the process proceeds to the next step. (s45) The solution between the equation indicating the first circle and the equation indicating the second circle is obtained and used as the position coordinate of the transmitter 32.

【0068】なお、ステップ(s43) ,(s44) の円の式は
xy座標や極座標などの形式で表せばよい。例えば、第
1の円を示す式は「x2 +(y−n)2 =r12 」や
「x=r1*cosθ,y=n+r1*sinθ」とな
る。
The formula of the circle in steps (s43) and (s44) may be expressed in a format such as xy coordinates or polar coordinates. For example, expression of a first circle is "x 2 + (y-n) 2 = r1 2 " or "x = r1 * cosθ, y = n + r1 * sinθ ".

【0069】また、ステップ(s45) の処理では通常2個
の解が求まるが、その中の「0≦x≦a,0≦y≦b」
を満たすほうを送信器32の位置座標として採用する。
In the process of step (s45), two solutions are usually obtained, and "0≤x≤a, 0≤y≤b" in them is obtained.
The one that satisfies the above is adopted as the position coordinate of the transmitter 32.

【0070】図11は、超音波受信波形の立ち上がり時
間を示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the rising time of the ultrasonic wave reception waveform.

【0071】一般に、圧電セラミック製受信器のQは
「20」以上を示し、圧電フィルム製受信器のQは
「3」前後である。そのため、圧電セラミック製受信器
の立ち上がり時間は圧電フィルム製受信器の立ち上がり
時間に比べて長い。
Generally, the Q of the piezoelectric ceramic receiver is "20" or more, and the Q of the piezoelectric film receiver is around "3". Therefore, the rise time of the piezoelectric ceramic receiver is longer than that of the piezoelectric film receiver.

【0072】このようにQが低い超音波受信器を用いる
ことにより、超音波の第1波をノイズから峻別して閾値
検出可能となる。
By using the ultrasonic wave receiver having a low Q in this way, the first wave of the ultrasonic wave can be discriminated from the noise to detect the threshold value.

【0073】図12は、受信超音波のゼロクロス点を用
いた伝播時間決定手法を示す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory view showing a propagation time determining method using the zero cross points of the received ultrasonic waves.

【0074】ここで、S1 は第1の超音波波形, S2 は
S1 よりも振幅が小さい第2の超音波波形, t1 は第1
の超音波波形S1 が最初に閾値を越える時点, t2 は第
2の超音波波形S2 が最初に閾値を越える時点, t3 は
第1・第2の超音波波形が閾値を越えた後の次のゼロク
ロス時点をそれぞれ示している。
Here, S1 is the first ultrasonic waveform, S2 is the second ultrasonic waveform whose amplitude is smaller than S1, and t1 is the first ultrasonic waveform.
Of the ultrasonic waveform S1 of the first exceeds the threshold, t2 is the time of the second ultrasonic waveform S2 of the first exceeds the threshold, and t3 is the next after the first and second ultrasonic waveforms exceed the threshold. The respective zero crossing points are shown.

【0075】図示のように、振幅が異なる超音波波形S
1 とS2 とでは、閾値を越えるタイミングに「t1 −t
2 」のずれが生じる。
As shown in the figure, the ultrasonic waveform S having different amplitudes
For 1 and S2, "t1-t"
2 ”deviation occurs.

【0076】そのため、同一の送信タイミングに対し、
同一の閾値で、超音波波形S1 を受信したときと超音波
波形S2 を受信したときとではそれぞれの超音波伝播時
間に上記ずれ分だけの違いがでてくる。この違いは、必
然的に、超音波の送信器から受信器までの測定距離(=
超音波伝播時間*音速)の誤差要因となる。
Therefore, for the same transmission timing,
With the same threshold value, there is a difference in the ultrasonic wave propagation time between the time when the ultrasonic wave waveform S1 is received and the time when the ultrasonic wave waveform S2 is received, by the above-mentioned deviation. This difference inevitably means that the measured distance from the ultrasonic transmitter to the receiver (=
It causes an error of ultrasonic wave propagation time * sound velocity).

【0077】図12の伝播時間決定の手法は、この測定
距離の誤差をなくすためのものである。超音波波形S1
, S2 のゼロクロス時点t3 はそれぞれの振幅の大小
にかかわらず同一となることに着目し、超音波波形の、
所定の閾値をこえた次のゼロクロス時点t3 を超音波伝
播時間を求める際のタイミング決定に用いている。
The method of determining the propagation time in FIG. 12 is for eliminating the error in the measurement distance. Ultrasonic wave S1
Paying attention to the fact that the zero crossing time t3 of S2 becomes the same regardless of the magnitude of each amplitude.
The next zero-crossing time point t3 that exceeds the predetermined threshold value is used to determine the timing when obtaining the ultrasonic wave propagation time.

【0078】すなわち、超音波の送信開始時を示す上記
光パルスの検出時からこのゼロクロス時点t3 までの時
間を、超音波伝播時間(上記タイマの計測時間)T1 ,
T2として、図3や図5の距離算出処理を実行する。
That is, the time from the detection of the optical pulse indicating the start of ultrasonic wave transmission to the zero crossing time t3 is the ultrasonic wave propagation time (measurement time of the timer) T1,
As T2, the distance calculation process of FIGS. 3 and 5 is executed.

【0079】ただし、ステップ(s14),(s16),(s18),(s2
8),(s30) それぞれの距離補正処理では半波長分だけの
オフセット分をさらに減じる。また、図6のステップ(s
26) で「No」 となった場合にも当該オフセット分を減じ
る。
However, steps (s14), (s16), (s18), (s2)
8), (s30) In each distance correction process, the offset of only half wavelength is further reduced. In addition, the step (s
Even if "No" is returned in step 26), the offset is reduced.

【0080】その理由は、ゼロクロス時点t3 が超音波
検出時点t1 , t2 よりも略半波長相当分だけ遅くなる
からである。超音波検出時点t1 , t2 が第n波部分
(nは正の整数)のとき、ゼロクロス時点t3 はその次
の第(n+1)波の受信開始時に他ならず、このt1 ,
t2 とt3 との間には略半波長分だけの時間のずれが生
じてしまう。
The reason for this is that the zero-cross time point t3 is later than the ultrasonic wave detection time points t1 and t2 by an amount corresponding to about half a wavelength. When the ultrasonic wave detection time points t1 and t2 are the nth wave portion (n is a positive integer), the zero-crossing time point t3 is nothing but the start of reception of the next (n + 1) th wave.
A time difference of about half a wavelength occurs between t2 and t3.

【0081】図13は、図12の超音波伝播時間決定機
能を備えた受信器側装置の構成を示す説明図である。
FIG. 13 is an explanatory view showing the configuration of the receiver-side device having the ultrasonic wave propagation time determining function of FIG.

【0082】図3の受信器側装置に比べて、新たに付加
した構成要素は、 ・受信超音波波形(入力アンプ3の出力)のゼロレベル
を検出して「H」レベルを出力するゼロクロスコンパレ
ータ141, 151 ・コンパレータ14,15の出力により反転して「H」
レベルを出力するフリップフロップ142,152 ・ゼロクロスコンパレータ141, 151およびフリッ
プフロップ142,152の各出力を入力信号とするA
ND回路143,153などである。
Compared to the receiver side device of FIG. 3, the newly added components are: a zero cross comparator which detects the zero level of the received ultrasonic waveform (the output of the input amplifier 3) and outputs the “H” level. 141, 151 ・ Inverted by the outputs of the comparators 14 and 15, "H"
Flip-flops 142, 152 that output a level A that uses the outputs of the zero-cross comparators 141, 151 and the flip-flops 142, 152 as input signals
ND circuits 143, 153, etc.

【0083】ここで、超音波送信器から送られる光パル
ス(計時開始信号)を赤外線PD1で検出することによ
りタイマ16,17が計時動作を開始する。
Here, the timers 16 and 17 start the time counting operation by detecting the optical pulse (time counting start signal) sent from the ultrasonic transmitter by the infrared PD 1.

【0084】超音波受信部12(入力アンプ13)の出
力波形がコンパレータ14,15それぞれの閾値を超え
た個々の時点で、当該コンパレータはそれぞれ閾値検出
信号を出力して後段のフリップフロップ142,152
に印加する。
At each point in time when the output waveform of the ultrasonic wave receiver 12 (input amplifier 13) exceeds the threshold value of each of the comparators 14 and 15, the comparator outputs a threshold value detection signal and the subsequent flip-flops 142 and 152, respectively.
Apply to.

【0085】この閾値検出信号によりフリップフロップ
142,152はそれぞれ反転動作して「H」レベルを
出力する。この「H」レベルはAND回路143,15
3に印加される。
The flip-flops 142 and 152 invert by the threshold detection signal and output "H" level. This "H" level is the AND circuit 143, 15
3 is applied.

【0086】AND回路143,153はそれぞれ、こ
の「H」レベル状態のとき、ゼロクロスコンパレータ1
41, 151の各出力が印加されるタイミング、すなわ
ち受信した超音波波形が閾値を越えた次のゼロクロスの
タイミングでタイマ16,17の停止信号を出力する。
When the AND circuits 143 and 153 are in the "H" level state, the zero cross comparator 1
The stop signals of the timers 16 and 17 are output at the timing when the outputs of 41 and 151 are applied, that is, at the next zero-cross timing when the received ultrasonic waveform exceeds the threshold value.

【0087】タイマ16,17はそれぞれ、上述の光パ
ルス(計時開始信号)検出時から停止信号出力時までの
超音波伝播時間T1 , T2 を保持する。
The timers 16 and 17 respectively hold the ultrasonic wave propagation times T1 and T2 from the time when the above-mentioned optical pulse (time measurement start signal) is detected to the time when the stop signal is output.

【0088】図14は、受信超音波の波長のばらつきを
示す説明図である。超音波の先頭側波形部分は、上述の
ようにその正負方向の振幅がそれぞれ徐々に大きくなっ
ていくため、連続する各波形部分の実波長は一般に「λ
/2」からずれて互にばらついた値になる。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing variations in the wavelength of the received ultrasonic waves. Since the amplitude of the ultrasonic wave on the leading side of the waveform gradually increases in the positive and negative directions as described above, the actual wavelength of each continuous waveform is generally "λ".
The values deviate from "/ 2" and vary from each other.

【0089】図示(b) の第1波および第2波の各部分の
実波長(実補正量)は「λ/2」からずれている。もち
ろん第1波の実補正量a(=λ/2+α)よりも第2波
の実補正量b(=λ/2+β)のほうが長くなる。
The actual wavelength (actual correction amount) of each portion of the first wave and the second wave shown in FIG. 9 (b) is deviated from "λ / 2". Of course, the actual correction amount b (= λ / 2 + β) of the second wave is longer than the actual correction amount a (= λ / 2 + α) of the first wave.

【0090】図3や図5の補正処理における「λ/2,
λ・・・」に代えて上記の実補正量a,bを用いること
により、このような波長のずれまでを考慮した超音波距
離計測が可能となる。
In the correction processing of FIGS. 3 and 5, "λ / 2,
By using the actual correction amounts a and b instead of λ ..., It is possible to measure the ultrasonic distance in consideration of such a wavelength shift.

【0091】図15は、図14の実補正量の算出手順を
示す説明図であり、その内容は次のようになっている。
ここでは、説明の便宜上、図7の送信器32および受信
器33間の距離計測時の実補正量bを対象にしている。
なお、装置側の実行主体はマイクロコントローラやタイ
マなどである。 (s51) 図7の表示画面31に特定の位置Pを表示する。
なお、受信器33と当該位置Pとの真の距離LPはあら
かじめ外部メモリ42に保持されている。また、位置P
は、受信超音波の第2波部分(負極性)および第3波部
分(正極性)を閾値検出できる(第1波部分は閾値検出
できない)範囲の点である。 (s52) 利用者が、送信器32を表示画面31の位置Pに
設定して、超音波の発信操作を行なう。 (s53) 受信超音波の負極性部分が最初に閾値を越える時
点(第2波の閾値検出時点)t21、および当該超音波の
正極性部分が最初に閾値を越える時点(第3波の閾値検
出時点)t31を求める。 (s54) 「b=(t31−t21)*v」の計算により実補正
量(実波長)bを算出する。vは超音波の速度である。 (s55) 「(t21−t0 )*v」の計算により受信超音波
の第2波伝播距離LP′を算出する。t0 は送信器32
から送られた光パルスの受信時点である。 (s56) 「a=LP′−LP」の計算により実補正量aを
求める。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing the procedure for calculating the actual correction amount shown in FIG. 14, and the contents thereof are as follows.
Here, for convenience of explanation, the actual correction amount b when measuring the distance between the transmitter 32 and the receiver 33 of FIG. 7 is targeted.
The execution subject on the device side is a microcontroller or a timer. (s51) The specific position P is displayed on the display screen 31 of FIG.
The true distance LP between the receiver 33 and the position P is stored in the external memory 42 in advance. Also, the position P
Is a point in a range in which the second wave portion (negative polarity) and the third wave portion (positive polarity) of the received ultrasonic wave can be threshold-detected (the first wave portion cannot be threshold-detected). (s52) The user sets the transmitter 32 to the position P on the display screen 31 and performs an ultrasonic wave transmission operation. (s53) Time t21 at which the negative polarity portion of the received ultrasonic wave first exceeds the threshold value (time point for detecting the second wave threshold value) and time point at which the positive polarity portion of the ultrasonic wave first exceeds the threshold value (third wave threshold value detection) Time point) t31 is calculated. (s54) The actual correction amount (actual wavelength) b is calculated by calculating "b = (t31-t21) * v". v is the ultrasonic velocity. (s55) The second wave propagation distance LP 'of the received ultrasonic wave is calculated by calculating "(t21-t0) * v". t0 is the transmitter 32
It is the time of receiving the optical pulse sent from. (s56) The actual correction amount a is obtained by calculating "a = LP'-LP".

【0092】このように受信超音波の第n波と第(n+
1)波との両方を閾値検出できる位置に受信器をおいて
これら両波の検出時点を求めれば、当該両波間の実波長
(実補正量)を算出できる。
In this way, the nth wave of the received ultrasonic wave and the (n +) th wave are received.
1) If the receiver is placed at a position where both of the waves and the threshold value can be detected and the detection times of these waves are obtained, the actual wavelength (actual correction amount) between the two waves can be calculated.

【0093】そして、この実補正量を用いて図3や図5
における距離補正処理を行なうことにより、超音波の送
受信器間の計測距離精度を高めることができる。
Then, by using this actual correction amount, FIG.
By performing the distance correction processing in (1), it is possible to improve the accuracy of the measured distance between the ultrasonic transmitter and receiver.

【0094】(付記1)送信器から受信器までの超音波
の伝播時間を用いることにより当該送信器と当該受信器
との間の距離を算出する距離計測装置において、 ・前記超音波の受信波形の大きさが閾値を越えるタイミ
ングに基づく伝播時間、またはこの伝播時間に対応した
概算距離からなる、概算情報を求める手段と、 ・前記タイミングが前記受信波形の何波部分であるかを
特定するための基準伝播時間、またはこの基準伝播時間
に対応した基準距離からなる、基準情報を保持する手段
と、 ・前記概算情報と、この保持された前記基準情報との大
小関係に基づき、当該概算情報を補正して前記距離を算
出する手段とを有する、ことを特徴とする超音波を用い
た距離計測装置。 (付記2)前記概算情報を求める手段は、前記伝播時間
の終期として、前記受信波形の前記タイミングの次のゼ
ロクロス時点を用いる、ことを特徴とする付記1記載の
超音波を用いた距離計測装置。 (付記3)前記距離を算出する手段は、前記概算情報を
補正する際に、前記受信波形の正極性部分および負極性
部分の中の、一方部分の前記タイミングと、これに続く
他方部分の前記タイミングとの差分情報を用いる、こと
を特徴とする付記1または2記載の超音波を用いた距離
計測装置。 (付記4)前記受信器として、圧電フィルムセンサを用
いる、ことを特徴とする付記1乃至3記載の超音波を用
いた距離計測装置。 (付記5)送信器および受信器の一方を既知座標の第
1,第2の位置にそれぞれ配するとともに、他方を任意
の位置に一つ配した状態で、当該送信器から当該受信器
までの超音波の第1,第2の伝播時間、および前記既知
座標を用いることにより当該他方の位置座標を特定する
位置計測装置において、 ・前記超音波の受信波形の大きさが閾値を越えるタイミ
ングに基づく前記第1,第2の伝播時間、またはこの伝
播時間に対応した第1,第2の概算距離からなる、概算
情報を求める手段と、 ・前記タイミングが前記受信波形の何波部分であるかを
特定するための基準伝播時間、またはこの基準伝播時間
に対応した基準距離からなる、基準情報を保持する手段
と、 ・前記概算情報と、この保持された前記基準情報との大
小関係に基づき、当該概算情報を補正して第1,第2の
距離を算出する手段と、 ・前記既知座標と、この算出された前記第1,第2の距
離のそれぞれとを用いることにより前記他方の位置座標
を特定する手段とを有する、ことを特徴とする超音波を
用いた位置計測装置。 (付記6)超音波の送信器から受信器までの距離を算出
するためのプログラムにおいて、当該プログラムが、前
記超音波の受信波形の大きさが閾値を越えるタイミング
に基づく伝播時間、またはこの伝播時間に対応した概算
距離からなる、概算情報と、前記タイミングが前記受信
波形の何波部分であるかを特定するための基準伝播時
間、またはこの基準伝播時間に対応した基準距離からな
る、基準情報との大小関係に基づき、当該概算情報を補
正して前記距離を算出する機能を、コンピュータに実現
させるためのものである、ことを特徴とする距離計測用
プログラム。 (付記7)送信器および受信器の一方を既知座標の第
1,第2の位置にそれぞれ配するとともに、他方を任意
の位置に一つ配した状態での、当該他方の位置座標を特
定するためのプログラムにおいて、当該プログラムが、
前記超音波の受信波形の大きさが閾値を越えるタイミン
グに基づく前記第1,第2の伝播時間、またはこの伝播
時間に対応した第1,第2の概算距離からなる、概算情
報と、前記タイミングが前記受信波形の何波部分である
かを特定するための基準伝播時間、またはこの基準伝播
時間に対応した基準距離からなる、基準情報との大小関
係に基づき、当該概算情報を補正して第1,第2の距離
を算出し、前記既知座標と、この算出された前記第1,
第2の距離のそれぞれとを用いることにより前記他方の
位置座標を特定する機能を、コンピュータに実現させる
ためのものである、ことを特徴とする位置計測用プログ
ラム。
(Supplementary Note 1) In the distance measuring device for calculating the distance between the transmitter and the receiver by using the propagation time of the ultrasonic wave from the transmitter to the receiver, the received waveform of the ultrasonic wave Of the propagation time based on the timing at which the magnitude of the threshold value exceeds the threshold value, or an approximate distance corresponding to the propagation time, and means for determining what part of the received waveform the timing is. Means for holding the reference information, which is composed of the reference propagation time of, or a reference distance corresponding to the reference propagation time, and the approximate information based on the size relation between the approximate information and the held reference information. A means for correcting and calculating the distance, the distance measuring apparatus using ultrasonic waves. (Supplementary Note 2) The means for obtaining the approximate information uses the zero crossing point next to the timing of the received waveform as the end of the propagation time, the distance measuring apparatus using ultrasonic waves according to Supplementary Note 1. . (Supplementary Note 3) The means for calculating the distance is configured to correct the approximate information, the timing of one portion of the positive polarity portion and the negative polarity portion of the received waveform and the timing of the other portion subsequent thereto. A distance measuring device using ultrasonic waves according to appendix 1 or 2, characterized in that difference information from timing is used. (Supplementary Note 4) The distance measuring device using ultrasonic waves according to Supplementary Notes 1 to 3, wherein a piezoelectric film sensor is used as the receiver. (Supplementary Note 5) One of the transmitter and the receiver is arranged at each of the first and second positions of known coordinates, and the other one is arranged at an arbitrary position. A position measuring device that specifies the other position coordinates by using the first and second propagation times of the ultrasonic wave and the known coordinates, based on the timing at which the size of the received waveform of the ultrasonic waves exceeds a threshold value. A means for obtaining rough estimation information comprising the first and second propagation times, or first and second rough distances corresponding to the propagation times; and what wave portion of the received waveform the timing is. A means for holding reference information, which comprises a reference propagation time for specifying, or a reference distance corresponding to the reference propagation time; and-based on the magnitude relation between the approximate information and the held reference information, Means for correcting the calculation information to calculate the first and second distances; -using the known coordinates and each of the calculated first and second distances, the other position coordinates are calculated. A position measuring device using ultrasonic waves, comprising: a means for specifying. (Supplementary Note 6) In a program for calculating a distance from a transmitter of an ultrasonic wave to a receiver, the program has a propagation time based on a timing at which the size of the received waveform of the ultrasonic wave exceeds a threshold value, or this propagation time. And an approximate information consisting of an approximate distance and a reference propagation time for specifying what part of the received waveform the timing is, or reference information consisting of a reference distance corresponding to the reference propagation time, and A distance measuring program for causing a computer to realize a function of correcting the approximate information and calculating the distance based on the magnitude relation of. (Supplementary Note 7) One of the transmitter and the receiver is arranged at each of the first and second positions of known coordinates, and the other position coordinate is specified while the other is arranged at an arbitrary position. In the program for
Approximate information consisting of the first and second propagation times based on the timing when the size of the received waveform of the ultrasonic wave exceeds a threshold value, or the first and second approximate distances corresponding to the propagation times, and the timing. Is composed of a reference propagation time for specifying what part of the received waveform is, or a reference distance corresponding to this reference propagation time, based on the magnitude relationship with the reference information, the approximate information is corrected to The first and second distances are calculated, and the known coordinates and the calculated first and second distances are calculated.
A position measuring program for causing a computer to realize a function of specifying the other position coordinate by using each of the second distances.

【0095】[0095]

【発明の効果】本発明は、このように、送信器から受信
器までの距離に関する概算情報(送受信器間の超音波伝
播時間やこれに対応の概算距離)を通常の手法で求めた
上で、当該概算情報に対して、超音波の受信タイミング
に関する既知の基準情報との大小関係に基づく補正処理
を実行するので、距離計測信号処理系を複雑化させず
に、送受信器間距離の計測精度を高めることができる。
As described above, according to the present invention, the approximate information regarding the distance from the transmitter to the receiver (the ultrasonic wave propagation time between the transmitter and the receiver and the approximate distance corresponding thereto) is obtained by the usual method. Since the correction processing based on the magnitude relation with the known reference information regarding the reception timing of the ultrasonic wave is executed for the rough estimation information, the measurement accuracy of the distance between the transmitter and the receiver can be achieved without complicating the distance measurement signal processing system. Can be increased.

【0096】また、送受信器間の超音波伝播時間(概算
情報)の終期として、超音波受信波形の閾値検出タイミ
ングの次のゼロクロス時点を用いるので、超音波受信波
形の振幅が異なるときの超音波伝播時間算出の精確化を
図り、送受信器間距離の計測精度を高めることができ
る。
Further, since the zero crossing point next to the threshold detection timing of the ultrasonic wave reception waveform is used as the end of the ultrasonic wave propagation time (approximate information) between the transmitter and the receiver, the ultrasonic wave when the amplitude of the ultrasonic wave reception waveform is different. It is possible to improve the accuracy of the propagation time calculation and improve the measurement accuracy of the distance between the transmitter and the receiver.

【0097】また、概算情報に対する補正量として、超
音波受信波形のn波部分の閾値検出タイミングと、(n
+1)波部分の閾値検出タイミングとの実際の差分情報
を用いるので、各波形部分の実波長が「λ/2」からず
れてばらついた値になったときの概算情報補正の精確化
を図り、送受信器間距離の計測精度を高めることができ
る。
As the correction amount for the rough estimation information, the threshold value detection timing of the n-wave portion of the ultrasonic wave reception waveform and (n
+1) Since the actual difference information from the threshold detection timing of the wave portion is used, the accuracy of the approximate information correction when the actual wavelength of each waveform portion deviates from "λ / 2" and becomes a scattered value, It is possible to improve the measurement accuracy of the distance between the transmitter and the receiver.

【0098】また、例えば受信器を既知座標の第1,第
2の位置にそれぞれ配して、送信器を任意の位置に一つ
配した状態で、送受信器間の第1,第2の距離に関する
概算情報を通常の手法で求めた上で、当該概算情報に対
して、超音波の受信タイミングに関する既知の基準情報
との大小関係に基づく補正処理を実行した後、第1,第
2の位置の既知座標と、当該補正後の第1,第2の距離
のそれぞれとを用いて送信器の位置座標を特定するの
で、距離計測信号処理系を複雑化させずに、例えば送信
器を置いた位置の計測精度を高めることができる。
In addition, for example, with the receiver placed at the first and second positions of known coordinates and the transmitter placed at an arbitrary position, the first and second distances between the transmitter and the receiver are set. After the approximate information on the first and second positions is calculated by a normal method, the approximate information is subjected to correction processing based on the magnitude relationship with known reference information regarding the reception timing of the ultrasonic waves. Since the position coordinates of the transmitter are specified by using the known coordinates of and the corrected first and second distances, for example, the transmitter is placed without complicating the distance measurement signal processing system. The position measurement accuracy can be improved.

【0099】さらには、受信器として、Qが低い圧電フ
ィルムセンサを用いるので、受信超音波の第1波をノイ
ズから峻別する形で閾値検出することができる。
Furthermore, since a piezoelectric film sensor having a low Q is used as the receiver, the first wave of the received ultrasonic wave can be threshold-detected in a form that is distinct from noise.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の、受信超音波の各波形部分の検出可能
距離と利用波形部分および補正量との関係(その1)を
示す説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a relationship (part 1) between a detectable distance of each waveform portion of a received ultrasonic wave, a utilized waveform portion, and a correction amount according to the present invention.

【図2】本発明の、超音波受信波形と正負の閾値との関
係を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship between an ultrasonic wave reception waveform and positive and negative threshold values according to the present invention.

【図3】本発明の、受信器側装置の構成を示す説明図で
ある。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration of a receiver-side device of the present invention.

【図4】本発明の、図1に対応の距離計測処理手順を示
す説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a distance measurement processing procedure corresponding to FIG. 1 of the present invention.

【図5】本発明の、受信超音波の各波形部分の検出可能
距離と利用波形部分および補正量との関係(その2)を
示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship (part 2) between a detectable distance of each waveform portion of a received ultrasonic wave, a utilized waveform portion, and a correction amount according to the present invention.

【図6】本発明の、図5に対応の距離計測処理手順を示
す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a distance measurement processing procedure corresponding to FIG. 5 of the present invention.

【図7】本発明の、表示画面上の任意の点の位置座標を
求める超音波送受信ユニットの概要を示す説明図であ
る。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an outline of an ultrasonic transmission / reception unit for obtaining position coordinates of an arbitrary point on a display screen according to the present invention.

【図8】本発明の、図7に対応の受信器側装置を示す説
明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a receiver-side device corresponding to FIG. 7 of the present invention.

【図9】本発明の、図7の表示画面上における受信器と
送信器との位置関係を示す説明図である。
9 is an explanatory diagram showing a positional relationship between a receiver and a transmitter on the display screen of FIG. 7 according to the present invention.

【図10】本発明の、図9の送信器の位置座標の算出手
順を示す説明図である。
10 is an explanatory diagram showing a procedure of calculating position coordinates of the transmitter of FIG. 9 according to the present invention.

【図11】本発明の、超音波受信波形の立ち上がり時間
を示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the rising time of the ultrasonic reception waveform of the present invention.

【図12】本発明の、受信超音波のゼロクロス点を用い
た伝播時間決定手法を示す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a propagation time determination method using a zero-cross point of a received ultrasonic wave according to the present invention.

【図13】本発明の、図12の超音波伝播時間決定機能
を備えた受信器側装置の構成を示す説明図である。
13 is an explanatory diagram showing the configuration of a receiver-side device having the ultrasonic propagation time determination function of FIG. 12 of the present invention.

【図14】本発明の、受信超音波の波長のばらつきを示
す説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing variations in wavelength of received ultrasonic waves according to the present invention.

【図15】本発明の、図14の実補正量の算出手順を示
す説明図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a procedure for calculating the actual correction amount of FIG. 14 according to the present invention.

【図16】一般的な、超音波を用いた距離測定用の送信
器および受信器側装置の構成を示す説明図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram showing a configuration of a general transmitter and receiver side device for distance measurement using ultrasonic waves.

【図17】一般的な、超音波の受信波形および受信検出
パルスを示す説明図であり、縦軸は送受信波の振幅を示
し、横軸は時間の経過を示している。
FIG. 17 is an explanatory diagram showing a general ultrasonic reception waveform and reception detection pulse, in which the vertical axis represents the amplitude of the transmission / reception wave and the horizontal axis represents the passage of time.

【図18】一般的な、送信器に対する受信器の遠近にと
もなう受信検出パルスの時間的ずれを示す説明図であ
る。
FIG. 18 is an explanatory diagram showing a general time shift of a reception detection pulse depending on the distance between a transmitter and a receiver.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11:フォトダイオード(赤外線PD) 12:超音波受信部 13:入力アンプ 14,14′:「正」の閾値を持つ第1のコンパレータ 15,15′:「負」の閾値を持つ第2のコンパレータ 141,151:ゼロクロスコンパレータ 142,152:フリップフロップ 143,153:AND回路 16,16′:第1のタイマ 17,17′:第2のタイマ 18:距離算出・補正機能を持つマイクロコントローラ 19:外部メモリ 20:基準距離情報テーブル 31:表示画面 32:超音波送信器 33:超音波受信器 34:超音波受信器 41:距離算出・補正機能および位置算出機能を持つマ
イクロコントローラ 42:外部メモリ T1 ,T2 ,T3 ,T4:送受信器間の超音波伝播時間
(タイマの動作時間) L1 ,L2:T1 ,T2 に基づく送受信器間の概算距離 L :補正処理後の送受信器間の距離 m,n:表示画面31のサイズ r1 :超音波送信器32と超音波受信器33との距離 r2 :超音波送信器32と超音波受信器34との距離 S1 :第1の超音波波形 S2 :S1 よりも振幅が小さい第2の超音波波形 t1 :超音波波形S1 が最初に閾値を越える時点 t2 :超音波波形S2 が最初に閾値を越える時点 t3 :超音波波形S1 ,S2 が閾値を越えた後の次のゼ
ロクロス時点 a,b:距離の実補正量 t0 :光パルスの受信時点(タイマの動作開始時点) t21:受信超音波(第2波)の閾値検出時点 t31:受信超音波(第3波)の閾値検出時点 P :表示画面31の特定点 LP:受信器33と特定点Pとの真の距離 LP′:受信超音波の伝播距離 51:超音波送信用のスイッチ 52:超音波送信用の駆動回路 53:超音波送信用のタイマ 54:LED駆動回路 55:超音波駆動回路 56:赤外線LED 57:超音波発振器 61:フォトダイオード 62:超音波受信部 63:入力アンプ 64:コンパレータ 65:超音波伝播時間計測用のタイマ 66:距離算出機能を持つマイクロコントローラ 71:送信パルス(光受信パルス) 72,72′:超音波の受信波形 73,73′:受信検出パルス
11: Photodiode (infrared PD) 12: Ultrasonic wave receiver 13: Input amplifiers 14, 14 ': First comparators 15 and 15': "Positive" thresholds, Second comparators having "negative" thresholds 141, 151: Zero-cross comparators 142, 152: Flip-flops 143, 153: AND circuits 16, 16 ': First timer 17, 17': Second timer 18: Microcontroller 19 having distance calculation / correction function: External Memory 20: Reference distance information table 31: Display screen 32: Ultrasonic transmitter 33: Ultrasonic receiver 34: Ultrasonic receiver 41: Microcontroller 42 having distance calculation / correction function and position calculation function: External memory T1, T2, T3, T4: Ultrasonic propagation time between transmitter and receiver (timer operating time) L1, L2: Between transmitter and receiver based on T1, T2 Estimated distance L: Distance between transmitter and receiver after correction m, n: Size of display screen 31 r1: Distance between ultrasonic transmitter 32 and ultrasonic receiver 33 r2: Ultrasonic transmitter 32 and ultrasonic reception Distance from the device 34: first ultrasonic waveform S2: second ultrasonic waveform t1 whose amplitude is smaller than S1: time point at which the ultrasonic waveform S1 first exceeds the threshold value t2: ultrasonic waveform S2 reaches the threshold value first Time point t3: next zero-cross time point after the ultrasonic waveforms S1 and S2 exceed the threshold value a, b: actual distance correction amount t0: light pulse reception time point (timer operation start time point) t21: received ultrasonic wave (Second wave) threshold detection time t31: Reception ultrasonic wave (third wave) threshold detection time P: Specific point LP on display screen 31: True distance LP 'between receiver 33 and specific point P: Super reception Sound wave propagation distance 51: switch for ultrasonic wave transmission 52: drive for ultrasonic wave transmission Path 53: Ultrasonic wave transmission timer 54: LED drive circuit 55: Ultrasonic wave drive circuit 56: Infrared LED 57: Ultrasonic oscillator 61: Photodiode 62: Ultrasonic wave receiver 63: Input amplifier 64: Comparator 65: Ultrasonic wave Propagation time measuring timer 66: Microcontroller 71 with distance calculation function: Transmission pulse (optical reception pulse) 72, 72 ': Ultrasonic wave reception waveform 73, 73': Reception detection pulse

フロントページの続き (72)発明者 浜 壮一 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 Fターム(参考) 5J083 AA04 AC07 AC28 AD01 AD04 AE07 BA01 BE13 BE21 CB01Continued front page    (72) Inventor Soichi Hama             4-1, Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             No. 1 within Fujitsu Limited F term (reference) 5J083 AA04 AC07 AC28 AD01 AD04                       AE07 BA01 BE13 BE21 CB01

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 送信器から受信器までの超音波の伝播時
間を用いることにより当該送信器と当該受信器との間の
距離を算出する距離計測装置において、 前記超音波の受信波形の大きさが閾値を越えるタイミン
グに基づく伝播時間、またはこの伝播時間に対応した概
算距離からなる、概算情報を求める手段と、 前記タイミングが前記受信波形の何波部分であるかを特
定するための基準伝播時間、またはこの基準伝播時間に
対応した基準距離からなる、基準情報を保持する手段
と、 前記概算情報と、この保持された前記基準情報との大小
関係に基づき、当該概算情報を補正して前記距離を算出
する手段とを有する、ことを特徴とする超音波を用いた
距離計測装置。
1. A distance measuring device for calculating the distance between the transmitter and the receiver by using the propagation time of the ultrasonic wave from the transmitter to the receiver, the magnitude of the received waveform of the ultrasonic wave. Is a propagation time based on the timing of exceeding a threshold value, or means for obtaining approximate information, which is composed of an approximate distance corresponding to the propagation time, and a reference propagation time for specifying what part of the received waveform the timing is. , Or a means for holding reference information, which is composed of a reference distance corresponding to the reference propagation time, and the approximate information is corrected based on the size relationship between the approximate information and the held reference information. And a means for calculating the distance.
【請求項2】 前記概算情報を求める手段は、前記伝播
時間の終期として、前記受信波形の前記タイミングの次
のゼロクロス時点を用いる、ことを特徴とする請求項1
記載の超音波を用いた距離計測装置。
2. The means for obtaining the approximate information uses the zero crossing point next to the timing of the received waveform as the end of the propagation time.
A distance measuring device using the described ultrasonic waves.
【請求項3】 送信器および受信器の一方を既知座標の
第1,第2の位置にそれぞれ配するとともに、他方を任
意の位置に一つ配した状態で、当該送信器から当該受信
器までの超音波の第1,第2の伝播時間、および前記既
知座標を用いることにより当該他方の位置座標を特定す
る位置計測装置において、 前記超音波の受信波形の大きさが閾値を越えるタイミン
グに基づく前記第1,第2の伝播時間、またはこの伝播
時間に対応した第1,第2の概算距離からなる、概算情
報を求める手段と、 前記タイミングが前記受信波形の何波部分であるかを特
定するための基準伝播時間、またはこの基準伝播時間に
対応した基準距離からなる、基準情報を保持する手段
と、 前記概算情報と、この保持された前記基準情報との大小
関係に基づき、当該概算情報を補正して前記第1,第2
の距離を算出する手段と、 前記既知座標と、この算出された前記第1,第2の距離
のそれぞれとを用いることにより前記他方の位置座標を
特定する手段とを有する、ことを特徴とする超音波を用
いた位置計測装置。
3. From the transmitter to the receiver in a state where one of the transmitter and the receiver is arranged at the first and second positions of known coordinates and the other is arranged at an arbitrary position. In the position measuring device that specifies the other position coordinate by using the first and second propagation times of the ultrasonic wave and the known coordinate, based on the timing when the size of the received waveform of the ultrasonic wave exceeds the threshold value. A means for obtaining rough estimation information composed of the first and second propagation times or first and second rough distances corresponding to the propagation times; and specifying what wave portion of the received waveform the timing is. A reference propagation time for performing, or a means for holding reference information, which is composed of a reference distance corresponding to the reference propagation time, the rough estimate information, and the rough approximation based on the magnitude relation between the held reference information. The first and second information is corrected by correcting the information.
And means for calculating the distance, and means for specifying the other position coordinate by using the known coordinate and each of the calculated first and second distances. Position measuring device using ultrasonic waves.
【請求項4】 超音波の送信器から受信器までの距離を
算出するためのプログラムにおいて、 当該プログラムが、 前記超音波の受信波形の大きさが閾値を越えるタイミン
グに基づく伝播時間、またはこの伝播時間に対応した概
算距離からなる、概算情報と、前記タイミングが前記受
信波形の何波部分であるかを特定するための基準伝播時
間、またはこの基準伝播時間に対応した基準距離からな
る、基準情報との大小関係に基づき、当該概算情報を補
正して前記距離を算出する機能を、コンピュータに実現
させるためのものである、ことを特徴とする距離計測用
プログラム。
4. A program for calculating the distance from a transmitter of an ultrasonic wave to a receiver, wherein the program is a propagation time based on a timing at which the magnitude of the received waveform of the ultrasonic wave exceeds a threshold value, or this propagation time. Approximate information consisting of an approximate distance corresponding to time, reference propagation time for specifying what wave portion of the received waveform the timing is, or reference information consisting of a reference distance corresponding to the reference propagation time A distance measuring program for causing a computer to realize a function of correcting the approximate information and calculating the distance based on the magnitude relationship with
【請求項5】 送信器および受信器の一方を既知座標の
第1,第2の位置にそれぞれ配するとともに、他方を任
意の位置に一つ配した状態での、当該他方の位置座標を
特定するためのプログラムにおいて、 当該プログラムが、 前記超音波の受信波形の大きさが閾値を越えるタイミン
グに基づく前記第1,第2の伝播時間、またはこの伝播
時間に対応した第1,第2の概算距離からなる、概算情
報と、前記タイミングが前記受信波形の何波部分である
かを特定するための基準伝播時間、またはこの基準伝播
時間に対応した基準距離からなる、基準情報との大小関
係に基づき、当該概算情報を補正して第1,第2の距離
を算出し、 前記既知座標と、この算出された前記第1,第2の距離
のそれぞれとを用いることにより前記他方の位置座標を
特定する機能を、コンピュータに実現させるためのもの
である、ことを特徴とする位置計測用プログラム。
5. A position coordinate of the other is specified in a state where one of the transmitter and the receiver is arranged at each of first and second positions of known coordinates and the other is arranged at an arbitrary position. In the program for performing the above, the program includes the first and second propagation times based on the timing at which the magnitude of the received waveform of the ultrasonic wave exceeds a threshold value, or the first and second approximate calculations corresponding to the propagation times. Approximate information consisting of a distance, and a reference propagation time for specifying what wave portion of the received waveform the timing is, or consisting of a reference distance corresponding to the reference propagation time, in relation to the reference information, Based on this, the approximate information is corrected to calculate the first and second distances, and the other position coordinates are calculated by using the known coordinates and the calculated first and second distances, respectively. specific A position measuring program for causing a computer to realize the function to perform.
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