JP2004045188A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波を用いて測定対象物までの距離を非接触で測定する距離測定装置において、どのような場合でも測定対象物の距離を測定すること。
【解決手段】距離測定対象とする測定対象物の状態、または超音波によって測定対象物との距離を測定する距離測定装置の状態に応じて、超音波の受信条件を変更する構成とした。これにより、測定対象物の状態、距離測定装置の状態に応じて、受信波の感度、受信波判別用の閾値を調節することにより、どのような場合でも測定対象物の距離を測定できるようになる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を用いて測定対象物までの距離を非接触で測定する距離測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術に対して図１７、図３で説明する。
【０００３】
まず、従来の技術の構成について図１７で説明する。
【０００４】
図１７において、２０は距離測定開始手段であり、距離測定を開始する際に距離測定開始信号を出力する。
【０００５】
送信信号出力手段２１は、距離測定開始手段による距離測定開始信号が入力されると、超音波送信センサにある特定周波数の信号を送信する。
【０００６】
２２は超音波送信センサであり、送信信号出力手段による特定周波数の信号が入力されることにより、距離を測定する測定対象物に対して超音波を送信する。
【０００７】
１０は超音波受信センサであり、超音波送信センサ２２から送信された超音波の測定対象物の反射波を受信し、受信波を出力する。
【０００８】
また、距離測定手段２３は、超音波受信センサの受信波と閾値記憶手段による閾値を比較して、受信波到達時間を決定して距離測定手段に出力する。
【０００９】
距離測定手段２３は、距離測定開始手段２０による距離測定開始信号と距離測定手段２３による受信波到達時間を入力とし、距離測定開始信号と受信信号から測定対象物までの距離を計算し、距離出力として出力する。
【００１０】
また、従来の技術の動作について図３で説明する。
【００１１】
図３は超音波送信センサによる超音波の送信波、直接波、超音波受信センサによる反射波を示した図である。だだし、横軸を時間、縦軸を波形の振幅とする。
【００１２】
図３に示すように、超音波送信センサの超音波の送信波と超音波受信センサの反射波には時間のずれΔｔが生じている。これは、超音波送信センサから送信された超音波が測定対象物に反射して超音波受信センサに返ってくるまでに時間Δｔかかることを示している。
【００１３】
よって、時間のずれΔｔは、
Δｔ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｖ
と表すことができる。
【００１４】
だだし、超音波送信センサから測定対象物までの距離Ｌ１（ｃｍ）、測定対象物から超音波受信センサまでの距離Ｌ２（ｃｍ）、超音波の速度をＶ（ｃｍ／ｓｅｃ）とする。
【００１５】
超音波送信センサ２２と超音波受信センサ１０はほぼ同じ場所に設置されるとすると、距離測定装置と測定対象物の距離ＬはＬ＝Ｌ１＝Ｌ２となるので、上記式は以下のように表すことができる。
【００１６】
Ｌ（ｃｍ）＝１７（ｃｍ／ｍｓｅｃ）×Δｔ
だだし、超音波の速度を３４０００（ｃｍ／ｓｅｃ）として計算した。
【００１７】
また、図３に直接波も同時に示した。直接波とは、超音波送信センサから超音波受信センサへプリント基板、筐体等により直接伝達する超音波波形であり、その時間、振幅は送信波の送信時間、送信エネルギ等によって決定する。
【００１８】
さらに、図３は超音波の受信波と受信波検知用の閾値との関係を示した図である。だだし、横軸を時間、縦軸を受信波、受信波検知用閾値を示した。図３に示すように、受信波の到達時間を受信波が閾値を超えた時間ｔ２とする。
【００１９】
故に、距離測定開始信号の出力時間である超音波送信時間ｔ１、図の受信波が閾値を超えた受信波到達時間ｔ２を測定し、その時間差Δｔを求めることによって距離測定装置と測定対象物の距離を測定することができる。
【００２０】
距離測定手段２３は、距離測定開始手段２０による距離測定開始信号の出力時間ｔ１と超音波受信センサ１０による受信波到達時間ｔ２を測定し、その時間差Δｔを求めることにより、距離を測定するものである。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術の構成、動作によると、超音波の送信時間ｔ１、受信時間ｔ２を測定し、その時間差Δｔを計算することにより、距離測定装置と測定対象物の距離Ｌを測定することができる。
【００２２】
しかし、超音波が伝搬する際のエネルギは距離に反比例して小さくなるため、超音波送信センサの送信波エネルギが小さく、測定対象物の反射波である受信波感度が低い場合、距離を測定することができない。
【００２３】
一般に超音波によって距離を測定する場合、長中距離を測定できるように、測定対象物が反射しにくい場合でも測定できるように、エネルギが大きな超音波の送信波を送信したり、受信波の感度を上げることを距離測定装置で行っている。
【００２４】
しかし、超音波送信センサから送信される送信波のエネルギが大きくすることにより、受信波のエネルギも大きくなるが、超音波送信センサから超音波受信センサへの直接波のエネルギも大きくなる。
【００２５】
また、受信波の感度を上げることにより、直接波までの検知したり、ノイズまでの検知してしまう等の原因により、距離のご検知をする可能性が生じる。
【００２６】
故に、上記従来の技術の構成、動作によると、超音波測定できる範囲は超音波送信センサの超音波の送信エネルギ、および、受信センサの感度で決まるが、送信エネルギが大きい場合、また、受信センサの感度が大きい場合、測定対象物の距離が小さいときは正確に測定できず、逆に、エネルギが小さい場合、また、受信センサの感度が小さい場合、測定対象物の距離が長いもの、測定対象物が反射しにくい材料であるものを測定することができない。
【００２７】
よって、上記従来の技術では、超音波装置の測定範囲は限定されるという課題があった。
【００２８】
本発明は、上記課題を解決するもので、どのような場合でも測定対象物の距離を測定することができる距離測定装置の提供を目的とする。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、距離測定対象とする測定対象物の状態、超音波によって測定対象物との距離を測定する距離測定装置の状態に応じて、超音波の受信条件を変更する構成を備えるものである。
【００３０】
上記本発明の構成、動作によると、例えば、まず、超音波受信波の感度を下げること、または、受信波検知用の閾値を大きくすることにより、短距離の距離測定を可能とするものであり、次に、超音波受信波の感度を上げること、または、受信波判別用の閾値を下げることにより、測定対象物の距離が長い場合、測定対象物が反射しにくい材料である場合でも距離測定を可能とするものである。
【００３１】
故に、測定対象物の状態、距離測定装置の状態に応じて、受信波の感度、受信波判別用の閾値を調節することにより、どのような場合でも測定対象物の距離を測定することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
請求項１の発明は、距離測定対象とする測定対象物の状態、超音波によって測定対象物との距離を測定する距離測定装置の状態に応じて、超音波の受信条件を変更する構成とするものである。
【００３３】
上記請求項１の発明の構成、動作によると、例えば、まず、超音波受信波の感度を下げること、または、受信波検知用の閾値を大きくすることにより、短距離の距離測定を可能とするものであり、次に、超音波受信波の感度を上げること、または、受信波判別用の閾値を下げることにより、測定対象物の距離が長い場合、測定対象物が反射しにくい材料である場合でも距離測定を可能とするものである。
【００３４】
故に、測定対象物の状態、距離測定装置の状態に応じて、受信波の感度、受信波判別用の閾値を調節することにより、どのような場合でも測定対象物の距離を測定することができる。
【００３５】
また、請求項２の発明は、距離測定対象とする測定対象物と超音波によって測定対象物との距離を測定する距離測定装置との距離に応じて、超音波の受信条件を変更するものである。
【００３６】
上記請求項２の構成、動作によると、狙いとする距離が長い場合は超音波検知の感度を上げ、距離が短い場合は超音波検知の感度をさげることにより、どのような距離でも測定対象物の距離を測定することができる。
【００３７】
また、設定距離に測定対象物が存在するかどうかを測定するピンポイントの距離測定を行うので、測定対象物の距離範囲の測定、複数の測定対象物の距離の同時測定等を行うことができる。
【００３８】
請求項３の発明は、請求項２の発明に加えて、超音波の受信条件を測定対象物と距離測定装置との距離に応じた受信波検知用閾値とする構成とするものであり、上記請求項３の発明の構成、動作によると、受信検知用の閾値の設定を行うだけで距離範囲の拡大、複数の測定対象物の距離測定ができるので、簡単に目的を達成ずることができる。
【００３９】
次に、請求項４の発明は、超音波の送信条件を記憶する送信条件記憶手段と、前記送信条件記憶手段による送信条件に従って超音波を送信する超音波送信手段と、複数の測定距離範囲を設定した設定距離範囲記憶手段と、前記設定距離範囲記憶手段が記憶する複数の設定距離に応じた超音波の受信条件を記憶する受信条件記憶手段と、受信条件記憶手段の受信条件に従って受信波を検知する超音波受信手段と、送信条件記憶手段の送信条件と超音波受信手段の受信波から測定対象物までの距離測定を行う距離測定手段を備える構成とするものである。
【００４０】
上記請求項４の発明の構成、動作によると、設定範囲に最適な超音波送信部への送信条件を記憶し、その条件下で超音波による距離測定を行うので、より広範囲な距離測定をより容易に行うことができる。
【００４１】
請求項５の発明は、請求項３の発明に加えて、受信条件記憶手段の受信条件を設定距離範囲記憶手段が記憶する設定距離に応じた受信波検知用の閾値とする構成とするものであり、上記請求項５の発明の構成、動作によると、閾値の設定は簡単な構成で実現することができるので、容易で単純な構成でより広範囲な距離測定を行うことができる。
【００４２】
請求項６の発明は、請求項４、５のいずれかの発明に加えて、受信条件記憶手段の受信条件を設定距離範囲記憶手段が記憶する設定距離に応じた複数の受信波検知用の閾値と閾値時間とする構成とするものである。
【００４３】
上記請求項６の発明の構成、動作によると、一つの設定距離範囲記憶手段による設定距離に対して複数の受信波検知用の閾値とその閾値とする時間である閾値時間を設定することにより、細かな受信設定をすることが可能となるため、より正確な距離測定をすることができる。
【００４４】
請求項７の発明は、請求項３から６のいずれかの発明に加えて、設定距離範囲記憶手段を距離対象物の距離が測定できた場合は設定距離範囲の出力を停止する構成とするものであり、上記請求項７の発明の構成、動作によると、距離測定ができた場合は距離測定を停止することにより無駄な距離測定時間を消費することがなくなるので、よりスピーディな距離測定をすることができる。
【００４５】
また、請求項８の発明は、超音波の送信条件を記憶する送信条件記憶手段と、前記送信条件記憶手段による送信条件に従って超音波を送信する超音波送信手段と、送信条件記憶手段が記憶する送信条件に応じた超音波の受信条件を記憶する送受信条件記憶手段と、送受信条件記憶手段の受信条件に従った受信波を検知する超音波受信手段と、送信条件記憶手段の送信条件と超音波受信手段の受信波から測定対象物までの距離測定を行う距離測定手段を備えるものである。
【００４６】
上記請求項８の発明、動作によると、送信条件に合わせて受信条件を設定することができるので、例えば、超音波送信波の振幅が大きいときは、受信感度を下げたり、逆に、超音波送信波の振幅が小さいときは受信感度を上げることにより、距離測定をより正確で確実にすることができる。
【００４７】
さらに、請求項９の発明は、請求項８の発明に加えて、送受信条件記憶手段を送信条件である送信波振幅に応じた受信波検知用の閾値を記憶する構成とするものであり、上記請求項９の発明の構成、動作によると、例えば、超音波送信波の振幅が大きいときは、閾値を上げたり、逆に、超音波送信波の振幅が小さいときは閾値を下げることにより、距離測定をより正確で確実にすることができる。また、閾値設定は簡単な構成で実現することができるので、容易で単純な構成でより広範囲な距離測定を行うことができる。
【００４８】
また、請求項１０の発明は、請求項８、９のいずれかの発明に加えて、送受信条件記憶手段を送信条件の送信波時間に応じた受信波検知用の閾値時間を記憶する構成とするものである。
【００４９】
上記請求項１０の発明の構成、動作によると、例えば、超音波送信波の振幅が大きいときは、閾値時間を長くしたり、逆に、超音波送信波の振幅が小さいときは閾値時間を短くしたりすることにより、距離測定をより確実にすることができる。また、閾値設定は簡単な構成で実現することができるので、容易で単純な構成でより広範囲な距離測定を行うことができる。さらに、送信波の条件に従った閾値時間を設定することにより、設定時間外のノイズを受信する可能性が小さくすることができるので、より正確な距離測定を行うことができる。
【００５０】
請求項１１の発明は、請求項８から１１のいずれかの発明に加えて、送受信条件記憶手段を送信条件が超音波送信手段に送信されたにも関わらず受信波が受信できない場合は送信する超音波の振幅を大きくする構造とするものであり、上記請求項１１の構成、動作によると、超音波の送信波の振幅を大きくすることにより、送信波のエネルギを大きくすることができるので、より色々な条件での測定対象物の測定を行うことができる。
【００５１】
また、請求項１２の発明は、請求項８から１０のいずれかの発明に加えて、送受信条件記憶手段を送信条件が超音波送信手段に送信されたにも関わらず受信波が受信できない場合は超音波の閾値を下げる構造とするものであり、上記請求項１２の発明の構成、動作によると、超音波の受信波用閾値を下げることにより、受信波の感度を上げることができるので、より色々な条件での測定対象物でも距離測定を行うことができる。また、閾値設定は簡単な構成で実現することができるので、容易で単純な構成でより広範囲な距離測定を行うことができる。
【００５２】
請求項１３の発明は、請求項８から１２のいずれかの発明に加えて、送受信条件記憶手段を送信条件が超音波送信手段に送信されたにも関わらず受信波が受信できない場合は送信する超音波の送信時間を長くする構造とするものであり、上記請求項１３の発明の構成、動作によると、超音波の送信エネルギを大きくすることにより、より色々な条件での測定対象物でも距離測定を行うことができる。また、送信波の時間設定はマイコン内の設定時間変更等の非常に簡単な構成で、かつ、コストアップすることなしに、実現することができるので、容易で単純な構成でより広範囲な距離測定を行うことができる。
【００５３】
請求項１４の発明は、請求項３から１３のいずれかの発明に加えて、距離測定手段を受信波検知用の閾値を超える時間が雑音判定時間記憶手段の雑音判定時間以下である場合は、受信信号が雑音であると判定する構成とするものであり、上記請求項１４の発明の構成、動作によると、簡単な構成で、かつ、コストアップすることなく実現することができるので、容易で安価に距離測定の誤検知を防ぐことができる。
【００５４】
請求項１５の発明は、請求項３から１４のいずれかの発明に加えて、距離測定手段を受信波検知用の閾値を超える時間が直接波判定時間記憶手段の直接波判定時間以下である場合は、受信信号が直接波であると判定する構成とするものであり、上記請求項１５の発明の構成、動作によると、簡単な構成で、かつ、コストアップすることなく直接波と反射波の区別を行うことができるので、容易、かつ、安価に直接波による誤検知を防ぐことができる。
【００５５】
請求項１６の発明は、請求項３から１５のいずれかの発明に加えて、距離測定手段を受信波検知用の閾値を超える時間帯の数が直接波判定回数記憶手段の直接波判定回数以下である場合は、受信信号が直接波であると判定する構成とするものである。上記請求項１６の発明の構成、動作によると、簡単な構成で、かつ、コストアップすることなく直接波と反射波の区別を行うことができるので、容易、かつ、安価に直接波の誤検知を防ぐことができる。
【００５６】
また、経時変化、個体ばらつき等の超音波受信手段の直接波時間が変化した場合でも直接波のしきい値を超える回数は変わらないので、安定して直接波による誤検知を防ぐことができる。
【００５７】
請求項１７の発明は、請求項３から１６のいずれかの発明に加えて、距離測定手段を送信条件記憶手段による送信条件の超音波送信手段への出力時間と超音波の受信波の立ち上がり時間から距離を測定する構成とするものであり、上記請求項１７の発明の構成、動作によると、受信波到達時間である超音波受信波の波形の立ち上がりを用いて距離測定を行うので、より正確に距離測定を行うことができる。
【００５８】
請求項１８の発明は、請求項３から１７のいずれかの発明に加えて、距離測定手段を送信条件記憶手段による送信条件の超音波送信手段への出力時間と超音波の受信波のピーク値を示す時間から距離を測定する構成とするものであり、上記請求項１８の発明の構成、動作によると、一般に測定対象物からの反射波が最も大きくなるように距離測定装置のパラメータを設定しているので、超音波の受信波のピークを調べることにより測定対象物の距離をより正確に、かつ、誤検知少ない状態で測定することができる。
【００５９】
また、請求項１９の発明は、請求項３から１８のいずれかの発明に加えて、距離測定手段を送信条件記憶手段による送信条件の超音波送信手段への出力時間と超音波の受信波が受信波検知用の閾値を超え始める時間から距離を測定する構成とするものである。上記請求項１９の発明の構成、動作によると、閾値設定は簡単な構成で実現することができるので、容易で単純な構成でより正確な距離測定を行うことができる。
【００６０】
請求項２０の発明は、請求項３から１９のいずれかの発明に加えて、距離測定手段を送信条件記憶手段による送信条件の超音波送信手段への出力時間と超音波の受信波が受信波検知用のしきい値を超えている時間帯の中心時間から距離を測定する構成とするものである。上記請求項２０の発明の構成、動作によると、超音波の受信波が受信検知用のしきい値を超えている時間帯の中心時間は超音波の受信波のピーク時間とほぼ同時刻であることから、より正確に、かつ、誤検知少ない状態で測定対象物までの距離を測定することができる。また、閾値設定は簡単な構成で実現することができるので、容易で単純な構成で実現することができる。
【００６１】
請求項２１の発明は、請求項３から２０の発明に加えて、距離制御手段を距離測定時間記憶手段が記憶する距離測定時間の間隔で距離制御信号を出力する構成とするものであり、上記請求項２１の発明の構成、動作によると、距離測定時間記憶手段が記憶する距離計測時間の間隔で距離計測を行うので、常に最新の距離情報を収集することができる。
【００６２】
請求項２２の発明は、請求項２１の発明に加えて、距離測定時間記憶手段が記憶する距離測定時間を設定距離範囲記憶手段が記憶する設定距離によって決定する最小距離時間以上である構成とするものであり、上記請求項２２の発明の構成、動作によると、距離測定時間に最小時間を設定することにより、実際には距離が測定できているが、距離測定時間が短いために、次の距離測定周期が始まり、距離測定ができないということがなくなるので、距離測定の結果の信頼性をより上げることができる。
【００６３】
請求項２３の発明は、請求項１９から２２の発明に加えて、距離制御手段を距離測定時間記憶手段が記憶する時間間隔までに距離測定ができなかった場合は測定対象物までの距離が設定範囲以上であると判定する構成とするものであり、上記請求項２３の発明の構成、動作によると、測定対象物が設定距離以上にあると判定することより、距離測定中に無駄な時間を消費することなく測定時間のスピードアップを図ることができる。
【００６４】
請求項２４の発明は、請求項３から２３のいずれかの発明に加えて、受信条件記憶手段を設定範囲記憶手段による設定範囲に応じた超音波の周波数を出力し、超音波受信手段は受信条件記憶手段による周波数を検波する構成とするものである。
【００６５】
上記請求項２４の発明の構成、動作によると、設定範囲に応じた超音波の周波数を変更することにより、超音波受信センサに超音波の反射波が一度に多く返ってきた場合でもどの設定範囲のときの周波数であるかを調べることにより、誤検知することなく、より正確に測定対象物の距離を測定することができる。
【００６６】
請求項２５の発明は、請求項７から２４のいずれかの発明に加えて、送受信条件記憶手段を送信条件記憶手段が出力する超音波の送信周波数と同じ周波数を出力し、超音波受信手段は送受信条件記憶手段による周波数を検波する構成とするものである。
【００６７】
上記請求項２５の発明の構成、動作によると、送信条件と同じ超音波の周波数を変更することにより、超音波受信センサに超音波の反射波が一度に多く返ってきた場合でもどの送信条件のときの周波数であるかを調べることにより、誤検知することなく、より正確に測定対象物の距離を測定することができる。
【００６８】
【実施例】
以下で実施例の構成、動作について説明する。
【００６９】
（実施例１）
まず、実施例１の構成について図１、図２で説明する。図１において、１は距離制御手段であり、距離測定命令が与えられると制御間隔記憶手段８が記憶する時間間隔Ｔで設定距離範囲記憶手段２に距離制御信号を出力し、距離測定を開始する。設定距離範囲記憶手段２は複数の超音波による距離測定の設定距離を記憶しており、距離制御手段１の距離制御信号が入力されると一般に短い距離から順番に設定距離範囲を送信条件記憶手段３、受信条件記憶手段４へ出力する。３は送信条件記憶手段であり、設定距離範囲に対応した超音波送信部５への送信条件を記憶しており、設定距離範囲記憶手段２による設定距離範囲が入力されると超音波送信部５、受信条件記憶手段４へその送信条件信号を出力する。
【００７０】
また、４は受信条件記憶手段であり、設定距離範囲に対応した超音波受信部への受信条件を記憶しており、送出条件記憶手段３による送信条件、または、設定距離範囲記憶手段２による設定距離範囲が入力されると超音波受信部６への受信条件を出力する。超音波送信部５は、送信条件記憶手段３が記憶する送信条件信号に従って、超音波送信センサの状態を変更し、測定対象物に対して超音波を照射する。超音波受信部６は、受信条件記憶手段４が記憶する受信条件信号に従って超音波送信部５から測定対象物への超音波の反射波を受信し、その波形を検波して超音波受信信号として出力する。
【００７１】
距離計算手段７は、送信条件記憶手段３の送信条件信号と超音波受信部６の超音波受信信号を入力としており、送信条件信号と超音波受信信号の時間間隔Δｔから測定対象物までの距離Ｌを以下の式で計算し、距離出力として出力する。
【００７２】
Ｌ（ｃｍ）＝Δｔ（ｍｓｅｃ）・１７（ｃｍ／ｍｓｅｃ）
また、距離計算手段７は、制御間隔記憶手段９の制御間隔Ｔも入力としており、送信条件が入力されて始めてから次の距離制御信号が出力される制御間隔Ｔ以上になるまで、超音波受信信号の入力がないと、測定対象物までの距離が最大設定距離Ｌｍａｘ以上であるとする。
【００７３】
８は距離測定停止手段であり、距離計算手段７による距離出力Ｌが出力されると距離が確定したとして、設定距離範囲停止信号を設定距離範囲記憶手段２に出力して、設定距離範囲記憶手段２の設定範囲出力を停止する。
【００７４】
次に、図２を用いて、超音波受信部についてさらに詳しく説明する。
【００７５】
１０は受信センサであり、超音波の受信波を受信するセンサである。受信センサで受信された受信波は、感度記憶手段１１による感度で受信波増幅手段１２により増幅され、受信波増幅信号として出力される。また、１３は受信波検波手段であり、受信波増幅手段１２で増幅された受信波増幅信号と受信波閾値記憶手段１４が記憶する閾値を比較して受信波を検出する。感度記憶手段１１は受信波用の感度を記憶しており、受信条件記憶手段４による受信条件の中で感度変更の命令があるまで受信波感度を出力する。また、受信波閾値記憶手段１４は受信波検波用の閾値を記憶しており、受信条件記憶手段４による受信条件の中で受信波閾値変更の命令があるまで受信波閾値を出力する。
【００７６】
次に、実施例１の動作について説明する。
【００７７】
まず、超音波の送信波、受信波、直接波について図３で説明する。図３は、超音波の送信波、受信波、反射波のタイムチャートを示した図である。だだし、縦軸として超音波の振幅Ａ１，Ａ２、横軸として時間ｔとした。図３に示すように、一般に約４０ｋＨｚの超音波領域に属する超音波を測定対象物に対して超音波送信部５から発信される。測定対象物から反射した超音波の反射波は、受信波が発信されてから時間差Δｔに超音波受信部６で受信される。
【００７８】
また、超音波送信部５と超音波受信部６は同じ距離測定装置に設定されているので、送信波が距離測定装置のボディ、プリント基板を介して時間Δｔ１の直接波となって超音波受信部６に伝搬する。
【００７９】
まず、超音波測定装置による距離測定の原理について説明する。
【００８０】
超音波受信部４から測定対象物までの距離をＬ１、測定対象物までの距離をＬ２とすると、
Δｔ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｖ
と計算することができる。だだし、Ｖは音波の速度であり、
Ｖ≒約３４０００（ｃｍ／ｓｅｃ）
となる。
【００８１】
超音波送信部５と超音波受信部６の設定位置が同じ場所であるとすると、
Ｌ＝Ｌ１＝Ｌ２
となるから、上式は
Ｌ（ｃｍ）＝Δｔ（ｍｓｅｃ）・１７（ｃｍ／ｍｓｅｃ）　　　（１）
と変形することができ、（１）式に測定した時間差Δｔを代入することにより超音波装置と測定対象物の距離Ｌを求めることができる。
【００８２】
次に、超音波の直接波に関して説明する。
【００８３】
図３の超音波の直接波のエネルギは一般に送信波のエネルギが大きければ大きいほど、ほぼ比例して大きくなることが経験的に分かっている。また、超音波の直接波が存在する時間帯に反射波を受信しても、直接波と反射波を区別することができない。よって、図３の超音波測定装置は、超音波の送信波が送信してから直接波がなくなる時間Δｔ１までは距離を測定することができない不感時間をもつことがわかる。
【００８４】
次に、超音波の反射波について説明する。
【００８５】
超音波のエネルギＥは空気を伝搬するうちに減衰し、一般に超音波のエネルギは伝搬距離ｒに対して以下の式で表すことができる。
【００８６】
Ｅ　∝　１／ｒ＾２
つまり、測定対象物までの距離Ｌが遠ければ遠いほど、超音波受信部４の反射波のエネルギはその距離の二乗に反比例して小さくなることがわかる。
【００８７】
まず、図４、図５で超音波受信部４の動作を説明する。
【００８８】
図４は、超音波受信センサ１０による超音波の受信波と増幅した増幅受信波を示している。だだし、横軸を時間ｔ、縦軸を受信波の振幅、増幅受信波の振幅とする。図４に示すように受信波を受信感度で決定する増幅率で増幅する。受信波の感度をよくする場合は増幅率を大きくし、受信波の感度を悪くする場合は増幅率を小さくする。このように、感度を決定することにより受信波の増幅率を決めることができる。感度記憶手段１１は設定された感度になるように記憶した増幅率を受信波増幅手段１２に出力する。受信波増幅手段１２は感度記憶手段１１による増幅率で超音波受信センサ１０の受信波を増幅する。
【００８９】
図５は、受信波増幅手段１２による増幅受信波と受信波敷居値の関係を示した図である。だだし、横軸を時間ｔ、縦軸を増幅受信波の振幅、受信波敷居値とする。図５に示すように、増幅受信波の振幅が受信波敷居値を上回った場合、受信波が到達したと判断し、受信波到達時間とする。容易にわかるように、受信波敷居値の大きさが受信波到達時間を決定する。つまり、振幅が大きい受信波を受信したい場合は受信波敷居値を大きくし、振幅が小さい受信波を受信したい場合は受信波敷居値を小さくすることで、受信波の感度を調節することができる。
【００９０】
また、図５の斜線部は増幅受信波の不感時間であり、一般に超音波の送信波が送信してからの時間を０時間として１〜２ｍｓｅｃに設定し、超音波の直接波が受信センサに入力される最大時間を規定している。よって、不感時間内で受信波敷居値により受信したと判断した場合でもその受信波は直接波であり、距離測定には不必要であると判断する。
【００９１】
また、図５には直接波、反射波に加えてノイズも同時に示している。しかし、一般にノイズはインパルス的な波形であるので、受信波の敷居値を越える時間が短いものはノイズであるとして判断することにより、ノイズと超音波の反射波、直接波を容易に区別することができる。
【００９２】
また、図５に示すように、受信波敷居値を時間ｔ１でＨ１からＨ２に変更している。これは、測定対象物の距離ｘと送信波と受信波の時間差Δｔの関係、及び、受信波のエネルギと測定対象物までの距離ｘの関係より、時間差が長ければ長いほど受信波の振幅は小さくなる。よって、図６に示すように測定対象物の距離が遠い場合、つまり、時間差が長い場合は敷居値の値を小さくすることにより測定対象物の反射波を受信できるようにする。故に、複数の受信波敷居値とそれぞれの受信波敷居値に対応する受信波敷居値時間を持ち、時間経過とともに敷居値も小さくすることにより遠くの測定対象物を常に測定することができる。
【００９３】
また、測定対象物までの距離が同じ場合でも、超音波の送信波の振幅と受信波の振幅はほぼ比例の関係があるから、超音波の送信条件の一つである振幅に従って受信波の振幅も小さくなる。よって、図７に示すように超音波の送信波の振幅が小さいときは受信波の敷居値も小さくすることにより測定対象物の反射波を受信できるようにする。
【００９４】
次に、設定距離範囲記憶手段３、送信条件記憶手段４の動作について図８で説明する。図８は、超音波の送信波、受信波、反射波のタイムチャートを示した図である。だだし、縦軸として超音波の振幅Ａ１，Ａ２、横軸として時間ｔとした。図８は、距離測定装置の測定距離範囲を広げるために本実施例で使用する方法を示している。
【００９５】
まず、測定対象物までの距離が短い範囲を測定するために送信波エネルギが小さい第一送信波を送信し、時間Ｔ１後、距離が長い範囲を測定するために送信波エネルギが大きい第二送信波を送信する。つまり、第一の送信波によって距離範囲ｘ１からｘ２まで第一の距離時間Ｔ１測定し、第二の送信波によって距離範囲ｘ３からｘ４を第二の距離測定時間Ｔ２測定する。
【００９６】
だだし、ｘ１＜ｘ２、ｘ３＜ｘ４とする。
【００９７】
第一の設定距離時間Ｔ１内に第二の反射波が返ってこない場合は、測定対象物の距離は設定距離ｘ２以上であると判定する。その後、第二の送信波を送信し、第二の設定距離時間Ｔ２内に受信波が時間差Δｔで返ることにより、測定対象物までの距離Ｌを
Ｌ（ｃｍ）＝Δｔ（ｍｓｅｃ）・１７（ｃｍ／ｍｓｅｃ）
から計算することで測定対象物までの距離を測定することができる。
だだし、ｘ３＜Ｌ＜ｘ４となる。
【００９８】
故に、図８に示す方式の距離測定装置は、測定範囲ｘ１からｘ２、または、測定範囲ｘ３からｘ４の送信波が１つだけの場合と比べて、測定範囲ｘ１からｘ４までの距離を測定することができる。よって、送信波エネルギを変えて複数の送信波を送信することにより、距離測定装置の測定範囲を飛躍的に広げることができる。
【００９９】
図８の例を一例として示すと、設定距離範囲記憶手段２は設定距離範囲ｘ１からｘ２、または、設定距離範囲ｘ３からｘ４を記憶しており、距離制御手段１から距離制御信号が入力されると、最初に、設定距離範囲ｘ１からｘ２、次に、設定距離範囲ｘ３からｘ４を送信条件記憶手段３へ出力する。送信条件記憶手段３は、設定距離範囲記憶手段２による設定距離範囲ｘ１からｘ２が入力されると第一の送信波の送信条件、例えば、送信時間、送信波の振幅を超音波送信部４に出力する。また、送信波条件記憶手段３は、設定距離範囲記憶手段３による設定距離距離範囲がｘ３からｘ４であるとすると、同様に第二の送信波の送信条件を超音波送信部４に出力する。
【０１００】
なお、上記説明では、送信波エネルギを変更する方法として、送信波の振幅、送信時間を述べたが、最も簡単な方法は送信波の送信時間を変更することであり、その方法では超音波送信部４の複雑な構成の変更も必要ないので安易に実現できる。
【０１０１】
また、送信周波数を第一の送信波と第二の送信波で変更することにより、第一の送信波による反射波と第二の送信波による反射波の区別が超音波周波数を調べることにより容易にできるために、第一の設定距離時間Ｔ１を長くとる必要はなく、第一の直接波がなくなる時間以上であればよい。よって、送信周波数を送信波毎に変更することにより、超音波による距離測定のスピードアップを図ることができる。
【０１０２】
次に、設定距離範囲記憶手段３、受信条件記憶手段５の動作について図８で説明する。図９は、超音波の送信波、受信波、反射波、受信用敷居値のタイムチャートを示した図である。だだし、縦軸として超音波の振幅Ａ１，Ａ２、敷居値Ｈ、横軸として時間ｔとした。図９は、距離測定装置の測定距離範囲を広げるために本実施例で使用する方法を示している。
【０１０３】
まず、測定対象物までの距離が短い範囲を測定するために第一送信波を送信し、時間Ｔ１後、距離が長い範囲を測定するために第二送信波を送信する。つまり、第一の送信波によって距離範囲ｘ１からｘ２まで第一の距離時間Ｔ１測定し、第二の送信波によって距離範囲ｘ３からｘ４を第二の距離測定時間Ｔ２測定する。
【０１０４】
だだし、ｘ１＜ｘ２、ｘ３＜ｘ４とする。
【０１０５】
受信波のエネルギは上記で述べたように測定対象物までの距離の二乗に反比例して小さくなる。よって、距離範囲が長くなるほど受信波の敷居値を小さくして、測定対象物までの距離が遠い場合でも安定した距離測定測定をはかる。第一の設定距離時間Ｔ１内に敷居値Ｈ１を越える第一の反射波が返ってこない場合は、測定対象物の距離は設定距離ｘ２以上であると判定する。その後、第二の送信波を送信し、第二の設定距離時間Ｔ２内に敷居値Ｈ２を越える受信波が時間差Δｔで返ることにより、測定対象物までの距離Ｌを
Ｌ（ｃｍ）＝Δｔ（ｍｓｅｃ）・１７（ｃｍ／ｍｓｅｃ）
から計算することで測定対象物までの距離を測定することができる。
【０１０６】
だだし、ｘ３＜Ｌ＜ｘ４、Ｈ１＞Ｈ２とする。
【０１０７】
故に、図９に示す方式の距離測定装置は、測定範囲ｘ１からｘ２、または、測定範囲ｘ３からｘ４の送信波が１つだけの場合と比べて、敷居値Ｈを変化させることにより測定範囲ｘ１からｘ４までの距離を測定することができる。よって、敷居値を変化させて複数の受信波を検波することにより、距離測定装置の測定範囲を飛躍的に広げることができる。
【０１０８】
図９の例を一例として示すと、設定距離範囲記憶手段２は設定距離範囲ｘ１からｘ２、または、設定距離範囲ｘ３からｘ４を記憶しており、距離制御手段１から距離制御信号が入力されると、最初に、設定距離範囲ｘ１からｘ２、次に、設定距離範囲ｘ３からｘ４を受信条件記憶手段４へ出力する。受信条件記憶手段４は、設定距離範囲記憶手段２による設定距離範囲ｘ１からｘ２が入力されると第一の送信波の受信条件、例えば、敷居値Ｈ１を敷居値記憶手段１４に出力する。
【０１０９】
また、受信条件記憶手段４は、設定距離範囲記憶手段２による設定距離距離範囲がｘ３からｘ４であるとすると、同様に第二の送信波の受信条件を超音波受信部４に出力する。だだし、距離間隔記憶手段による距離間隔時間経過しても測定対象物までの距離を測定できないとき、測定対象物の角度、材質等の理由によりうまく受信できないとして、受信波敷居値を小さくすることにより受信波を受信する。さらに、距離計算手段７は、送信波条件記憶手段３による送信条件が出力される時刻をトリガーとして超音波受信部６に受信波が入力されるまでの時間Δｔを計測し、（１）式に代入して距離を計算して、距離出力を行う。
【０１１０】
また、距離測定停止手段８は、距離計算手段７による距離出力がされると、測定対象物の距離が測定できたとして、設定距離範囲記憶手段２に距離測定停止信号を出力して、超音波の送信を停止する。
【０１１１】
なお、上記説明では、受信波の感度を変更する方法として、受信波用敷居値を述べたが、最も簡単な方法は敷居値を変更することであり、その方法では超音波受信部５の複雑な構成の変更も必要ないので安易に実現できる。
【０１１２】
また、送信周波数を第一の送信波と第二の送信波で変更し、受信波の対象周波数を送信条件と同じものにより第一の送信波による反射波と第二の送信波による反射波の区別が容易にできるために、第一の設定距離時間Ｔ１を長くとる必要はなく、第一の直接波がなくなる時間以上であればよい。
【０１１３】
よって、送信周波数、受信周波数を送信波毎に変更することにより、超音波による距離測定のスピードアップを図ることができる。
【０１１４】
次に、距離制御手段１、制御間隔記憶手段８の動作について図９で説明する。図１０は、超音波の送信波、受信波、反射波、受信波検知用敷居値のタイムチャートを示した図である。だだし、縦軸として超音波の振幅Ａ１，Ａ２、横軸として時間ｔとした。また、図１０は、図８、図９と同様に、第一の送信波によって距離範囲ｘ１からｘ２まで第一の距離時間Ｔ１測定し、第二の送信波によって距離範囲ｘ３からｘ４を第二の距離測定時間Ｔ２測定した結果を示している。
【０１１５】
図１０に示すように、距離範囲ｘ１からｘ２間の距離を測定する第一の設定距離時間Ｔ１、距離範囲ｘ３からｘ４間の距離を測定する第二の設定距離Ｔ２になっても受信波は受信されていない。つまり、測定対象物と距離測定装置の距離Ｌは設定距離範囲の最大距離ｘ４以上であることがわかる。そこで、図１０の一例にして示すように、第一の設定距離時間Ｔ１と第二の設定距離時間Ｔ２を加えた最小距離時間Ｔｍａｘを制御間隔Ｔとして設定し、距離測定を開始してから制御間隔Ｔ時間以上であれば、測定対象物と距離測定装置との距離は設定距離の最大距離ｘ４以上とする。そして、制御間隔Ｔ時間を経過すると、第一の送信波を再び送信して、距離計測を行うこととする。よって、制御間隔Ｔ時間のサイクルで距離計測が行え、距離計測のスピードアップを図ることができる。
【０１１６】
なお、図１０の制御間隔Ｔ時間の最も短い時間は、第一の設定距離時間Ｔ１、第二の設置時間Ｔ２を加えたものであるが、一般には送信条件記憶手段３が記憶する超音波送信部４の超音波送信時間を全て加えた最小距離時間以上であればあればよい。距離制御手段１は、制御間隔記憶手段８が記憶する制御間隔Ｔのサイクルで距離計測を行うように、設定距離範囲記憶手段２に距離制御信号を出力する。また、距離計算手段７は、距離測定から制御間隔記憶手段８による制御間隔Ｔ毎に距離計測のリフレッシュ化を行い、また、制御間隔Ｔ以内に受信波が入力されなかった場合は測定対象物と距離測定装置の距離Ｌは設定距離の最大距離以上であるとして距離出力を行う。
【０１１７】
上記実施例１の発明は、複数の測定距離範囲を設定した設定距離範囲記憶手段と、前記設定距離範囲記憶手段が記憶する複数の設定距離に応じた超音波の受信条件を記憶する受信条件記憶手段と、受信条件記憶手段の受信条件に従って受信波を検知する超音波受信手段を備えるものである。
【０１１８】
上記実施例１の発明の構成、動作によると、設定範囲に最適な超音波受信部への受信条件を記憶し、その条件下で超音波による距離測定を行うので、より広範囲な距離測定をより容易に行うことができる。また、実施例１の発明は、受信条件記憶手段の受信条件を設定距離範囲記憶手段が記憶する設定距離に応じた受信波検知用の閾値とする構成とするものであり、上記実施例１の発明の構成、動作によると、閾値の設定は簡単な構成で実現することができるので、容易で単純な構成でより広範囲な距離測定を行うことができる。
【０１１９】
実施例１の発明は、受信条件記憶手段の受信条件を設定距離範囲記憶手段が記憶する設定距離に応じた複数の受信波検知用の閾値と閾値時間とする構成とするものである。上記実施例１の発明の構成、動作によると、一つの設定距離範囲記憶手段による設定距離に対して複数の受信波検知用の閾値とその閾値とする時間である閾値時間を設定することにより、細かな受信設定をすることが可能となるため、より正確な距離測定をすることができる。
【０１２０】
実施例１の発明は、設定距離範囲記憶手段を距離対象物の距離が測定できた場合は設定距離範囲の出力を停止する構成とするものであり、上記実施例１の発明の構成、動作によると、距離測定ができた場合は距離測定を停止することにより無駄な距離測定時間を消費することがなくなるので、よりスピーディな距離測定をすることができる。
【０１２１】
また、実施例１の発明は、超音波の送信条件を記憶する送信条件記憶手段と、前記送信条件記憶手段による送信条件に従って超音波を送信する超音波送信手段と、送信条件記憶手段が記憶する送信条件に応じた超音波の受信条件を記憶する送受信条件記憶手段と、送受信条件記憶手段の受信条件に従った受信波を検知する超音波受信手段と、送信条件記憶手段の送信条件と超音波受信手段の受信波から測定対象物までの距離測定を行う距離測定手段を備えるものである。上記実施例１の発明の構成、動作によると、送信条件に合わせて受信条件を設定することができるので、例えば、超音波送信波の振幅が大きいときは、受信感度を下げたり、逆に、超音波送信波の振幅が小さいときは受信感度を上げることにより、距離測定をより正確で確実にすることができる。
【０１２２】
さらに、実施例１の発明は、送受信条件記憶手段を送信条件である送信波振幅に応じた受信波検知用の閾値を記憶する構成とするものであり、上記実施例１の発明の構成、動作によると、例えば、超音波送信波の振幅が大きいときは、閾値を上げたり、逆に、超音波送信波の振幅が小さいときは閾値を下げることにより、距離測定をより正確で確実にすることができる。また、閾値設定は簡単な構成で実現することができるので、容易で単純な構成でより広範囲な距離測定を行うことができる。
【０１２３】
また、実施例１の発明は、送受信条件記憶手段を送信条件の送信波時間に応じた受信波検知用の閾値時間を記憶する構成とするものである。上記実施例１の発明は、例えば、超音波送信波の振幅が大きいときは、閾値時間を長くしたり、逆に、超音波送信波の振幅が小さいときは閾値時間を短くしたりすることにより、距離測定をより確実にすることができる。また、閾値設定は簡単な構成で実現することができるので、容易で単純な構成でより広範囲な距離測定を行うことができる。さらに、送信波の条件に従った閾値時間を設定することにより、設定時間外のノイズを受信する可能性が小さくすることができるので、より正確な距離測定を行うことができる。
【０１２４】
また、実施例１の発明は、請求項８から１０のいずれかの発明に加えて、送受信条件記憶手段を送信条件が超音波送信手段に送信されたにも関わらず受信波が受信できない場合は超音波の閾値を下げる構造とするものであり、上記実施例１の発明の構成、動作によると、超音波の受信波用閾値を下げることにより、受信波の感度を上げることができるので、より色々な条件での測定対象物でも距離測定を行うことができる。また、閾値設定は簡単な構成で実現することができるので、容易で単純な構成でより広範囲な距離測定を行うことができる。
【０１２５】
実施例１の発明は、送受信条件記憶手段を送信条件が超音波送信手段に送信されたにも関わらず受信波が受信できない場合は送信する超音波の送信時間を長くする構造とするものであり、上記実施例の発明の構成、動作によると、超音波の送信エネルギを大きくすることにより、より色々な条件での測定対象物でも距離測定を行うことができる。
【０１２６】
また、送信波の時間設定はマイコン内の設定時間変更等の非常に簡単な構成で、かつ、コストアップすることなしに、実現することができるので、容易で単純な構成でより広範囲な距離測定を行うことができる。
【０１２７】
実施例１の発明は、距離測定手段を受信波検知用の閾値を超える時間が雑音判定時間記憶手段の雑音判定時間以下である場合は、受信信号が雑音であると判定する構成とするものであり、上記実施例１の発明の構成、動作によると、簡単な構成で、かつ、コストアップすることなく実現することができるので、容易で安価に距離測定の誤検知を防ぐことができる。
【０１２８】
実施例１の発明は、請求項３から１４のいずれかの発明に加えて、距離測定手段を受信波検知用の閾値を超える時間が直接波判定時間記憶手段の直接波判定時間以下である場合は、受信信号が直接波であると判定する構成とするものであり、上記第一の実施例の発明の構成、動作によると、簡単な構成で、かつ、コストアップすることなく直接波と反射波の区別を行うことができるので、容易、かつ、安価に直接波による誤検知を防ぐことができる。
【０１２９】
実施例１の発明は、距離制御手段を距離測定時間記憶手段が記憶する距離測定時間の間隔で距離制御信号を出力する構成とするものであり、上記実施例１の発明の構成、動作によると、距離測定時間記憶手段が記憶する距離計測時間の間隔で距離計測を行うので、常に最新の距離情報を収集することができる。
【０１３０】
実施例１の発明は、距離測定時間記憶手段が記憶する距離測定時間を設定距離範囲記憶手段が記憶する設定距離によって決定する最小距離時間以上である構成とするものであり、上記実施例１の発明の構成、動作によると、距離測定時間に最小時間を設定することにより、実際には距離が測定できているが、距離測定時間が短いために、次の距離測定周期が始まり、距離測定ができないということがなくなるので、距離測定の結果の信頼性をより上げることができる。
【０１３１】
実施例１の発明は、距離制御手段を距離測定時間記憶手段が記憶する時間間隔までに距離測定ができなかった場合は測定対象物までの距離が設定範囲以上であると判定する構成とするものであり、上記実施例１の発明の構成、動作によると、測定対象物が設定距離以上にあると判定することより、距離測定中に無駄な時間を消費することなく測定時間のスピードアップを図ることができる。
【０１３２】
実施例１の発明は、請求項３から２３のいずれかの発明に加えて、受信条件記憶手段を設定範囲記憶手段による設定範囲に応じた超音波の周波数を出力し、超音波受信手段は受信条件記憶手段による周波数を検波する構成とするものである。上記実施例１の発明の構成、動作によると、設定範囲に応じた超音波の周波数を変更することにより、超音波受信センサに超音波の反射波が一度に多く返ってきた場合でもどの設定範囲のときの周波数であるかを調べることにより、誤検知することなく、より正確に測定対象物の距離を測定することができる。
【０１３３】
実施例１の発明は、請求項７から２４のいずれかの発明に加えて、送受信条件記憶手段を送信条件記憶手段が出力する超音波の送信周波数と同じ周波数を出力し、超音波受信手段は送受信条件記憶手段による周波数を検波する構成とするものである。上記実施例１の発明の構成、動作によると、送信条件と同じ超音波の周波数を変更することにより、超音波受信センサに超音波の反射波が一度に多く返ってきた場合でもどの送信条件のときの周波数であるかを調べることにより、誤検知することなく、より正確に測定対象物の距離を測定することができる。
【０１３４】
（実施例２）
次に、実施例２について説明する。
【０１３５】
実施例２の構成、動作は、実施例１の構成、動作に、測定対象物の種類によって超音波の送信条件を変更する構成、動作を加えたものである。よって、以下では実施例２の構成、動作について、実施例１の構成、動作との相違点を中心に述べ、その他の構成、動作は実施例１と同じものとする。
【０１３６】
図１１において、１５は測定状態情報記憶手段であり、超音波で測定する測定対象物の色、素材、距離測定装置の超音波の角度、周波数等の測定状態情報を記憶し、距離制御手段１による距離制御信号が入力されると測定状態情報を出力する。測定状態受信条件記憶手段１６は、測定状態情報記憶手段９による測定状態情報から超音波受信部４の受信条件を決定して、測定状態受信条件として出力する。
【０１３７】
次に、実施例２の動作について説明する。まず、測定状態受信条件記憶手段１６の動作について図１２、図１３で一例にて説明する。図１２、図１３は、超音波の送信波、受信波、反射波のタイムチャートを示した図である。だだし、縦軸として超音波の振幅Ａ１，Ａ２、横軸として時間ｔとした。
【０１３８】
また、図１２は測定対象物としてソファとした場合、図１３は測定測定対象物として木壁とした場合の測定結果を示している。ソファは木壁と比べて材質が柔らかいために超音波が反射しにくい。よって、図１２、図１３に示すように、ソファで反射した超音波の受信波は、木壁で反射した超音波の受信波と比較して、振幅は小さくなる。つまり、ソファまでの距離を安定して検知するためには、超音波の受信波の感度を大きくしなければならない。或いは、超音波の受信波入力の有無を判定する際に使用する受信波用閾値の値を小さくしなければならない。故に、短距離測定目的としてエネルギが小さい超音波を送信してある設定された超音波用受信感度、または、受信波閾値を用いて測定対象物までの距離測定を行い、もしも測定不能であった場合は測定可能範囲は狭くなるが超音波の受信感度を大きくしたり、超音波用閾値を小さくすることにより、ソファ等の超音波が反射しにくい測定対象物の距離測定を可能にする。
【０１３９】
なお、上記では測定対象物の情報を測定対象物の材質として距離測定装置の動作を述べたが、測定対象物の角度、距離、構造、また、超音波測定装置の超音波の角度、品番等に示すように超音波の反射率に影響を与える情報であれば何でも良い。
【０１４０】
測定状態受信条件記憶手段１０は、上記で一例にて測定対象物の材質として述べたように、測定状態情報記憶手段９が記憶する測定状態の情報に従った超音波受信部４の受信条件を記憶している。測定状態情報記憶手段９から測定対象物の情報が入力されると、測定状態受信条件記憶手段１６は、対応する超音波受信部５の受信条件を超音波受信部５へ出力するものである。
【０１４１】
実施例２の発明は、距離測定対象とする測定対象物の状態、超音波によって測定対象物との距離を測定する距離測定装置の状態に応じて、超音波の受信条件を変更するものである。上記実施例２の構成、動作によると、例えば、まず、超音波用感度を小さくしたり、超音波受信用閾値を大きくすることにより、超音波の直接波を低減して、短距離の距離測定を可能とするものであり、次に、超音波用感度を大きくしたり、超音波受信用閾値を小さくすることによって、超音波の反射波を大きくすることにより、測定対象物の距離が長い場合、測定対象物が反射しにくい材料である場合の距離測定を可能とするものである。故に、測定対象物の状態、距離測定装置の状態に応じて、超音波送信センサによる超音波の送信エネルギを変更することにより、どのような場合でも測定対象物の距離を測定することができる。
【０１４２】
（実施例３）
次に、実施例３について説明する。実施例３の構成、動作は、実施例１、２の構成、動作に、測定対象物と距離測定装置の距離によって超音波の受信条件を変更する構成、動作を加えたものである。よって、以下では実施例３の構成、動作について、実施例１、２の構成、動作との相違点を中心に述べ、その他の構成、動作は実施例１、２と同じものとする。
【０１４３】
実施例３の構成について図１４で説明する。図１４において、設定距離記憶手段１７であり、超音波で測定する距離、設定距離を複数個記憶している。設定距離記憶手段１７は、距離制御手段１の距離制御信号が入力されると、記憶した設定距離を順番に距離受信条件記憶手段１２に出力する。距離受信条件記憶手段１２は、設定距離記憶手段１１が出力した設定距離を入力とし、設定距離から超音波受信部４への受信条件を出力する。
【０１４４】
また、１９は距離判断手段であり、設定距離記憶手段１７による設定距離、距離受信条件記憶手段１８による受信条件と超音波受信部５による受信波入力信号を入力とする。距離判断手段１９は、設定距離記憶手段１７の設定距離と距離受信条件記憶手段１８の受信条件より設定距離に測定対象物があるかどうかを判断し、測定対象物があれば、その設定距離を距離出力として出力する。
【０１４５】
次に、実施例３の動作について一例にて説明する。図１５は、設定距離ｘと超音波送信部４による超音波の受信波の感度Ｓを示した図である。だだし、横軸を設定距離ｘ、感度Ｓとして図示した。図１５に示すように、超音波で測定する設定距離ｘが長くなればなるほど、感度Ｓを大きくする。これは、設定距離ｘが長いほど、測定対象物からの反射波が小さくなるので、感度Ｓを大きくしなければならないからである。設定距離記憶手段１７は、距離制御手段１による距離制御信号が入力されると、連続的に設定距離ｘを出力する。
【０１４６】
なお、上記では、図１５を用いて、設定距離ｘに対して超音波の受信波の感度Ｓを変化させる方法を述べたが、要は受信波の受信できる割合である受信率を変化させる方法であればよく、それ以外の方法、送信波の振幅の変化等の方法でもかまわない。距離送信条件記憶手段１７は、設定距離記憶手段１８の設定距離ｘに対応した超音波の受信条件、図１５の例によると受信波の感度Ｓを超音波送信部４へ出力する。
【０１４７】
次に、距離判断手段１９の動作について一例にて図１６で説明する。図１６は、超音波の送信波、受信波、反射波のタイムチャートを示した図である。だだし、縦軸として超音波の振幅Ａ１，Ａ２、横軸として時間ｔとした。図１６において、測定対象物までの距離ｘであるとき、超音波の送信波と受信波の時間差Δｔは、
Δｔ（ｍｓｅｃ）＝ｘ（ｃｍ）／１７（ｃｍ／ｍｓｅｃ）
となる。
【０１４８】
すなわち、設定距離ｘに対して時間差　Δｔ＝ｘ／１７のときに超音波の受信波が入力されているかどうかを判断することにより、測定対象物が測定距離ｘになるかどうかを知ることができる。
【０１４９】
距離判断手段１９は、距離送信手段１２の送信条件が出力された時間ｔ１１と超音波受信部５の受信波入力信号ｔ１２から時間差Δｔ１＝ｔ１１−ｔ１２を計算し、設定距離記憶手段１１による設定距離ｘでの時間差Δｔ（＝ｘ／１７）がΔｔ１と同値であるかどうかを判断する。同値であると判断すると、測定対象物が設定距離ｘに存在するものとして、距離出力を行う。
【０１５０】
実施例３の発明は、距離測定対象とする測定対象物と距離測定装置との距離に応じて、超音波の送信条件を変更するものである。上記実施例３の構成、動作によると、狙いとする距離が長い場合は超音波の受信波の感度を大きくし、距離が短い場合は超音波の受信波の感度を小さくすることにより、どのような距離でも測定対象物の距離を測定することができる。また、設定距離に測定対象物が存在するかどうかを測定するピンポイントの距離測定を行うので、測定対象物の距離範囲の測定、複数の測定対象物の距離の同時測定等を行うことができる。
【０１５１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、どのような場合でも測定対象物の距離を測定することができる距離測定装置が提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における距離測定装置の構成を示す図
【図２】同、超音波受信部の構成を示す図
【図３】同、超音波による距離測定の原理を示す図
【図４】同、受信波増幅手段の動作を示す図
【図５】同、超音波受信部の動作を示す図
【図６】同、測定対象物までの距離と敷居値の関係を示す図
【図７】同、送信波の振幅と敷居値の関係を示す図
【図８】同、送信条件記憶手段の動作を示す図
【図９】同、受信条件記憶手段の動作を示す図
【図１０】同、制御間隔記憶手段の動作を示す図
【図１１】本発明の実施例２における距離測定装置の構成を示す図
【図１２】同、超音波の受信波を示す図
【図１３】同超音波の受信波を示す他の図
【図１４】本発明の実施例３における距離測定装置の構成を示す図
【図１５】同、測定対象物までの距離と感度Ｓの関係を示す図
【図１６】同、距離判断手段の動作を示す図
【図１７】従来の距離測定装置の構成を示す図
【符号の説明】
１　距離制御手段
２　設定距離範囲記憶手段
３　送信条件記憶手段
４　受信条件記憶手段
５　超音波送出部
６　超音波受信部
７　距離計算手段
８　距離測定停止手段
９　制御間隔記憶手段
１０　受信センサ
１１　感度記憶手段
１２　受信波増幅手段
１３　検波手段
１４　受信波敷居値記憶手段
１５　測定状態情報記憶手段
１６　測定状態記憶手段
１７　設定距離記憶手段
１８　距離受信条件記憶手段
１９　距離判断手段
２０　距離測定開始手段
２１　送信信号出力手段
２２　超音波送信センサ
２３　距離測定手段

Claims (25)

1. 距離測定対象とする測定対象物の状態、または超音波によって測定対象物との距離を測定する距離測定装置の状態に応じて、超音波の受信条件を変更する構成とする超音波による距離測定装置。
2. 距離測定対象とする測定対象物と超音波によって測定対象物との距離を測定する距離測定装置との距離に応じて、超音波の受信条件を変更する構成とする超音波による距離測定装置。
3. 超音波の受信条件は、測定対象物と距離測定装置との距離に応じた受信波検知用閾値とする構成とする請求項２記載の距離測定装置。
4. 超音波の送信条件を記憶する送信条件記憶手段と、前記送信条件記憶手段による送信条件に従って超音波を送信する超音波送信手段と、複数の測定距離範囲を設定した設定距離範囲記憶手段と、前記設定距離範囲記憶手段が記憶する複数の設定距離に応じた超音波の受信条件を記憶する受信条件記憶手段と、受信条件記憶手段の受信条件に従って受信波を検知する超音波受信手段と、送信条件記憶手段の送信条件と超音波受信手段の受信波から測定対象物までの距離測定を行う距離測定手段を備える構成とする超音波による距離測定装置。
5. 受信条件記憶手段の受信条件は、設定距離範囲記憶手段が記憶する設定距離に応じた受信波検知用の閾値とする請求項４に記載の距離測定装置。
6. 受信条件記憶手段の受信条件は、設定距離範囲記憶手段が記憶する設定距離に応じた複数の受信波検知用の閾値と閾値時間とする請求項４に記載の距離測定装置。
7. 設定距離範囲記憶手段は、距離対象物の距離が測定できた場合は設定距離範囲の出力を停止する構成とする請求項３から６のいずれか１項に記載の超音波による距離測定装置。
8. 超音波の送信条件を記憶する送信条件記憶手段と、前記送信条件記憶手段による送信条件に従って超音波を送信する超音波送信手段と、送信条件記憶手段が記憶する送信条件に応じた超音波の受信条件を記憶する送受信条件記憶手段と、送受信条件記憶手段の受信条件に従った受信波を検知する超音波受信手段と、送信条件記憶手段の送信条件と超音波受信手段の受信波から測定対象物までの距離測定を行う距離測定手段を備える構成とする超音波による距離測定装置。
9. 送受信条件記憶手段は、送信条件である送信波振幅に応じた受信波検知用の閾値を記憶する構成とする請求項８に記載の超音波による距離測定装置。
10. 送受信条件記憶手段は、送信条件の送信波時間に応じた受信波検知用の閾値時間を記憶する構成とする請求項８または９に記載の超音波による距離測定装置。
11. 送受信条件記憶手段は、送信条件が超音波送信手段に送信されたにも関わらず受信波が受信できない場合は送信する超音波の振幅を大きくする構造とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の超音波による距離測定装置。
12. 送受信条件記憶手段は、送信条件が超音波送信手段に送信されたにも関わらず受信波が受信できない場合は超音波の閾値を下げる構造とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の超音波による距離測定装置。
13. 送受信条件記憶手段は、送信条件が超音波送信手段に送信されたにも関わらず受信波が受信できない場合は送信する超音波の送信時間を長くする構造とする請求項８から１２のいずれか１項に記載の超音波による距離測定装置。
14. 距離測定手段は、受信波検知用の閾値を超える時間が雑音判定時間記憶手段の雑音判定時間以下である場合は、受信信号が雑音であると判定する構成とする請求項３から１３のいずれか１項に記載の超音波による距離測定装置。
15. 距離測定手段は、受信波検知用の閾値を超える時間が直接波判定時間記憶手段の直接波判定時間以下である場合は、受信信号が直接波であると判定する構成とする請求項３から１４のいずれか１項に記載の超音波による距離測定装置。
16. 距離測定手段は、受信波検知用の閾値を超える時間帯の数が直接波判定回数記憶手段の直接波判定回数以下である場合は、受信信号が直接波であると判定する構成とする請求項３から１５のいずれか１項に記載の超音波による距離測定装置。
17. 距離測定手段は、送信条件記憶手段による送信条件の超音波送信手段への出力時間と超音波の受信波の立ち上がり時間から距離を測定する構成とする請求項３から１６のいずれか１項に記載の超音波による距離測定装置。
18. 距離測定手段は、送信条件記憶手段による送信条件の超音波送信手段への出力時間と超音波の受信波のピーク値を示す時間から距離を測定する構成とする請求項３から１７のいずれか１項に記載の超音波による距離測定装置。
19. 距離測定手段は、送信条件記憶手段による送信条件の超音波送信手段への出力時間と超音波の受信波が受信波検知用の閾値を超え始める時間から距離を測定する構成とする請求項３から１８のいずれか１項に記載の超音波による距離測定装置。
20. 距離測定手段は、送信条件記憶手段による送信条件の超音波送信手段への出力時間と超音波の受信波が受信波検知用の値を超えている時間帯の中心時間から距離を測定する構成とする請求項３から１９のいずれか１項に記載の超音波による距離測定装置。
21. 距離制御手段は、距離測定時間記憶手段が記憶する距離測定時間の間隔で距離制御信号を出力する構成とする請求項３から２０のいずれか１項に記載の距離測定装置。
22. 距離測定時間記憶手段が記憶する距離測定時間は、設定距離範囲記憶手段が記憶する設定距離によって決定する最小距離時間以上である構成とする請求項２１に記載の距離測定装置。
23. 距離制御手段は、距離測定時間記憶手段が記憶する時間間隔までに距離測定ができなかった場合は測定対象物までの距離が設定範囲以上であると判定する構成とする請求項１９から２２のいずれか１項に記載の距離測定装置。
24. 受信条件記憶手段は、設定範囲記憶手段による設定範囲に応じた超音波の周波数を出力し、超音波受信手段は受信条件記憶手段による周波数を検波する構成とする請求項３から２３のいずれか１項に記載の距離測定装置。
25. 送受信条件記憶手段は、送信条件記憶手段が出力する超音波の送信周波数と同じ周波数を出力し、超音波受信手段は送受信条件記憶手段による周波数を検波する構成とする請求項７から２４のいずれか１項に記載の距離測定装置。

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