JP2889661B2

JP2889661B2 - 超音波物体認識装置

Info

Publication number: JP2889661B2
Application number: JP18213090A
Authority: JP
Inventors: 英行渡辺; 哲也森田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1989-09-21
Filing date: 1990-07-10
Publication date: 1999-05-10
Anticipated expiration: 2014-05-10
Also published as: JPH03282288A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は超音波ホログラフィー法により物体の認識を
行う超音波物体認識装置に関する。

〔従来の技術〕

超音波物体認識装置は寺本，勅使川原著「ホログラ
フィー法を用いた３次元空中超音波映像化技術」（OMRO
N TECHNICS Vol.26 No.3 1986）、互野著「超音波に
よる運動の解析」（トランジスタ技術９月 1987）、
沖野ほか著「ホログラフィックスキャンニングソナ
ー」（日本無線技法 No.10 1976）などにより知られて
いる。

超音波物体認識装置は主なものとしてパルスエコー法
により物体の認識を行うものと、超音波ホログラフィー
法により物体の認識を行うものがある。

パルスエコー法により物体の認識を行う超音波物体認
識装置においては送波用超音波センサにより超音波が送
波され、物体で反射された超音波が複数個の受波用超音
波センサにより受波されてその受波信号がそれぞれ遅延
回路で遅延される。この受波信号の各遅延時間が制御さ
れることで超音波の収束が電子的に行われ、その超音波
の走査が電子的に行われて物体が認識される。

このパルスエコー法により物体の認識を行う超音波物
体認識装置は超音波探傷器、診断装置、水中ソナーなど
に利用されている。

また、超音波ホログラフィー法により物体の認識を行
う超音波物体認識装置においては送波用超音波センサに
よりバースト波が送波され、物体による反射波が複数個
の２次元に配置された受波用超音波センサにより受波さ
れてその振幅と位相が測定される。この測定量はホログ
ラムと呼ばれる干渉縞であり、その演算処理により物体
が認識される。

第８図は超音波ホログラフィー法により物体の認識を
行う超音波物体認識装置の一例を示す。発振回路11は例
えば40KHZのバースト信号を生成し、このバースト信号
が増幅器12により増幅される。送波用超音波センサ13は
増幅器12の出力信号により駆動されてバースト波（超音
波）を送波し、この超音波が物体14により反射されて受
波器15における複数個の受波用超音波センサ15₁，15₂，
15₃，・・・で受波されることによりその振幅と位相が
測定される。複数個の受波用超音波センサ15₁，15₂，15
₃，・・・は２次元に配置され、受波用超音波センサ1
5₁，15₂，15₃，・・・からの受波信号はフィルタ，増幅
器16を介してアナログ／ディジタル（A/D）変換器17に
よりA/D変換される。ミニコンピュータ18はA/D変換器17
からのデータを演算処理して物体14を認識する。

上記超音波物体認識装置は超音波ホログラフィー法
により物体お認識を行う超音波物体認識装置であり、デ
ータの演算処理に16BIT汎用パーソナルコンピュータが
用いられている。また、上記超音波物体認識装置は同
様に超音波ホログラフィー法により物体の認識を行う超
音波物体認識装置であって、複数個の受波用超音波セン
サからの受波信号がマルチプレクサによりサンプリング
されて１つの時系列信号となり、この時系列信号がA/D
変換器でA/D変換されてデータ処理部で演算処理される
ことにより物体が認識される。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記パルスエコー法により物体の認識を行う超音波物
体認識装置では水平方向の分解能だけ超音波の送受波を
行う必要があるので、超音波の伝播速度が遅い空中の物
体を認識する場合には処理速度が遅くなることは避けら
れない。さらに、３次元的に超音波の電子的収束を行う
場合には複数個の受波用超音波センサからの受波信号の
遅延時間を制御することが困難となり、回路が大規模化
するという欠点がある。

また、超音波ホログラフィー法により物体の認識を行
う超音波物体認識装置では１回の超音波送受波で物体を
比較的高速に認識することができ、マイクロプロセッサ
の進歩により回路の小型化が可能である。しかし、送波
用超音波センサと受波用超音波センサとが独立している
ので、物体の認識を行う上で送波用超音波センサの指向
性などによって設置条件が制約され、物体の認識が可能
な超音波センサと物体との間の距離が一定の範囲に決ま
っていて設置条件が制約される。超音波センサと物体と
の間の距離がその一定の範囲より大きい場合には受波用
超音波センサからの受波信号が小さくなって物体認識の
精度が落ち、逆に超音波センサと物体との間の距離がそ
の一定の範囲より小さい場合には受波用超音波センサら
の受波信号が大きくなり過ぎて物体認識の精度が落ち
る。

また、上記超音波物体認識装置ではデータの演算処
理に16BIT汎用パーソナルコンピュータが用いられてい
るので、データの演算処理に長い時間がかかる。さら
に、上記超音波物体認識装置では複数個の受波用超音
波センサに対してA/D変換器，データ処理部が１組しか
無いので、実時間処理ができない。

本発明は超音波ホログラフィー法により物体の認識を
行う超音波物体認識装置であって、物体認識の精度を向
上させることができて設置条件の制約を少なくすること
ができ、かつ処理時間を大幅に短縮することができる超
音波物体認識装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、超
音波を送波し、物体で反射された超音波を測定してその
測定信号を処理することで超音波ホログラフィー法によ
る物体の認識を行う超音波物体認識装置において、第１
図に示すように、バースト信号を生成する発振回路101
と、この発振回路101からのバースト信号により駆動さ
れて超音波に送波し物体で反射された超音波を受波す
る、ｍ行ｎ列に配置された複数のセンサからなる超音波
センサ行列102aと、この超音波センサ行列102aが超音波
を送波した後に該超音波センサ行列102aの振動を抑制す
る共振抑制回路103と、前記超音波センサ行列102aから
のｍ×ｎ個の受波信号をｐ×ｑ（ｍ＞ｐ≧1,n＞ｑ≧
１）個の受波信号となるように順次に選択する選択手段
106と、この選択手段106からのｐ×ｑ個の受波信号を同
時に別々にアナログ／ディジタル変換するアナログ／デ
ィジタル変換手段104aと、このアナログ／ディジタル変
換手段104aの出力データを演算処理するデータ処理手段
105とを備えたものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の超音波物体認
識装置において、図３（ｂ）に示すように、物体との間
の距離を測定してこの距離に応じて前記超音波センサ行
列102aの送波出力を制御する超音波距離計107を備えた
ものである。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の超音波物体認
識装置において、図４（ｂ）に示すように、前記超音波
センサ行列102aから前記データ処理手段105への受波信
号を増幅する増幅器108と、物体との間の距離を測定し
てこの距離に応じて前記増幅器108の利得を制御する超
音波距離計109とを備えたものである。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の超音波物体認
識装置において、図５（ｂ）に示すように、前記超音波
センサ行列102aから前記データ処理手段105への受波信
号を増幅する増幅器110と、この増幅器110の利得を受波
時の前記超音波センサ行列102aの出力レベルのピークに
応じて制御する利得制御手段111とを備えたものであ
る。

請求項５記載の発明は、請求項１記載の超音波物体認
識装置において、図６（ｂ）に示すように、前記超音波
センサ行列102aから前記データ処理手段105への受波信
号を増幅する増幅器112と、この増幅器112の利得を受波
時の所定の区間における前記超音波センサ行列102aの出
力レベルのピークに応じて制御する利得制御手段113と
を備えたものである。

〔作用〕

請求項１記載の発明では、発信回路101がバースト信
号を生成し、超音波センサ行列102aが発振回路101から
のバースト信号により駆動されて超音波を送波し物体で
反射された超音波を受波する。この超音波センサ行列10
2aが超音波を送波した後に共振抑制回路103が超音波セ
ンサ行列102aの振動を抑制し、選択手段106が超音波セ
ンサ行列102aからのｍ×ｎ個の受波信号をｐ×ｑ個の受
波信号となるように順次に選択する。アナログ／ディジ
タル変換手段104aが選択手段106からのｐ×ｑ個の受波
信号を同時に別々にアナログ／ディジタル変換し、デー
タ処理手段105がアナログ／ディジタル変換手段104aの
出力データを演算処理する。

請求項２記載の発明では、超音波距離計107が物体と
の間の距離を測定してこの距離に応じて前記超音波セン
サ行列102aの送波出力を制御する。

請求項３記載の発明では、増幅器108が前記超音波セ
ンサ行列102aから前記データ処理手段105への受波信号
を増幅し、超音波距離計109が物体との間の距離を測定
してこの距離に応じて前記増幅器108の利得を制御す
る。

請求項４記載の発明では、増幅器110が前記超音波セ
ンサ行列102aから前記データ処理手段105への受波信号
を増幅し、利得制御手段111が増幅器110の利得を受波時
の前記超音波センサ行列102aの出力レベルのピークに応
じて制御する。

請求項５記載の発明では、増幅器112が前記超音波セ
ンサ行列102aから前記データ処理手段105への受波信号
を増幅し、利得制御手段113が増幅器112の利得を受波時
の所定の区間における前記超音波センサ行列102aの出力
レベルのピークに応じて制御する。

〔実施例〕

第７図は本発明の第１の実施例の前提となる第１の超
音波物体認識装置を示す。

発振回路21は例えば40KHZのバースト信号を生成し、
このバースト信号が増幅器22により増幅されたスイッチ
23,スイッチバンク24を介して送受波用超音波センサ25
に送られる。送受波用超音波センサ25は複数個の超音波
振動子からなる超音波センサ25₁，25₂，25₃，・・・が
２次元に（平面上に）配置されたものであり、超音波セ
ンサ25₁，25₂，25₃，・・・はスイッチ23がオンした時
に増幅器22からスイッチ23,スイッチバンク24を介して
バースト信号が印加されて駆動されることによりバース
ト波（超音波）を送波する。共振抑制回路26はスイッチ
27,スイッチバンク24を介して超音波センサ25₁，25₂，2
5₃，・・・に接続されており、スイッチ27がオンした時
には超音波センサ25₁，25₂，25₃，・・・の振動を抑制
する。超音波センサの周波数特性は一般に先鋭度が高
く、超音波センサは一旦振動すると、振動がしばらく持
続する性質を持つ。このため、超音波センサは超音波送
波後にも振動が持続していてこの振動持続分と近距離の
舞台に対する受波信号とを分離できず、送波用超音波セ
ンサと受波用超音波センサとを同一の超音波センサで兼
用することはできなかった。この第１の超音波物体認識
装置ではスイッチ23,27は通常、オフしており、物体の
認識を行うときにはミニコンピュータ32からの制御信号
によりスイッチ23が所定の送波時間だけオンした直後に
スイッチ27が所定の振動抑制時間だけオンする。したが
って、超音波センサ25₁，25₂，25₃，・・・は増幅器22
からスイッチ23,スイッチバンク24を介してバースト波
が印加されて振動することにより超音波を送波した後に
共振抑制回路26により振動が抑制される。そして超音波
センサ25₁，25₂，25₃，・・・は振動抑制後には対象と
する物体28により反射された超音波を受波することによ
りその振幅と位相を測定し、スイッチバンク24が超音波
センサ25₁，25₂，25₃，・・・からの受波信号をフィル
タ29へ送る。このため、超音波センサ25₁，25₂，25₃，
・・・は送波用超音波センサと受波用超音波センサとを
兼用することになり、近距離の物体で反射された超音波
を受波することも可能である。スイッチバンク24からの
受波信号はフィルタ29を通って増幅器30で増幅され、A/
D変換器31によりA/D変換される。ミニコンピュータ32は
A/D変換器31からの受波信号の演算処理を行って超音波
ホログラフィー法による物体28の認識を行う。

この第１の超音波物体認識装置によれば送波用超音波
センサと受波用超音波センサとを同一の超音波センサ25
₁，25₂，25₃，・・・で兼用したので、送波用超音波セ
ンサの指向性などによる設置条件の制約が少なくなる。

第18図は上記第１の超音波物体認識装置の一部の具体
的な構成を示し、第19図はそのタイミングチャートであ
る。

スイッチバンク24はスイッチにより構成され、スイッ
チ27および共振制御回路26はトランジスタ61,抵抗62に
より構成されている。送波期間にはミニコンピュータ32
からの制御信号によりスイッチ23が閉じてスイッチ24が
開き、トランジスタ61はミニコンピュータ32から抵抗62
を介してベースに制御信号が入力されてオフとなる。そ
して、発振回路21からのバースト信号は増幅器22により
増幅されてスイッチ23を通して送受波用超音波センサ25
に印加され、送受波用超音波センサ25が振動して超音波
を送波する。送波期間が経過すると、スイッチ23がミニ
コンピュータ32からの制御信号によりオフとなる。送波
期間の直後にはトランジスタ61がミニコンピュータ32か
らの制御信号によりオンし、送受波用超音波センサ25は
トランジスタ61による短絡でダンプして振動が抑制され
る。次に、ミニコンピュータ32からの制御信号によりト
ランジスタ61がオフとなった後に受波期間でスイッチ24
がオンし、送受波用超音波センサ25が振動抑制後に、対
象とする物体28で反射された超音波を受波してその振幅
と位相を測定する。この送受波用超音波センサ25からの
受波信号はスイッチ24を通して増幅器30へ出力される。
なお、第18図ではフィルタ29が省略されている。

この第１の超音波物体認識装置の基本構成は、超音波
を送波し、物体で反射された超音波を測定してその測定
信号を処理することで超音波ホログラフィー法による物
体の認識を行う超音波物体認識装置において、第２図に
示すように、バースト信号を生成する発振回路101と、
この発振回路101からのバースト信号によ駆動されて超
音波を送波し物体で反射された超音波を受波する超音波
センサ102と、この超音波センサ102が超音波を送波した
後に該超音波センサ102の振動を抑制する共振抑制回路1
03と、前記超音波センサ102の受波信号をアナログ／デ
ィジタル変換するアナログ／ディジタル変換手段104
と、このアナログ／ディジタル変換手段104の出力デー
タを演算処理するデータ処理手段105とを備えたものと
なる。

第９図は請求項１記載の発明の一実施例を示す。

この実施例はｐ個（例えば４個）のブロック33₁〜33₄
と、ホストコンピュータ34と、各ブロック33₁〜33₄とホ
ストコンピュータ34とを接続するデータバス35及びコン
トロールバス36からなる通信手段とで構成されている。
ブロック33₁はｎ個（例えば４個）の超音波センサ37₁〜
37₄と、この超音波センサ37₁〜37₄をそれぞれ駆動する
駆動部38₁〜38₄と、超音波センサ37₁〜37₄からの各受波
信号をぞれぞれ増幅する増幅器39₁〜39₄と、この増幅器
39₁〜39₄の出力信号を選択するｑ個（例えば２個）の選
択手段としてのマルチプレクサ40₁，40₂と、このマルチ
プレクサ40₁，40₂の出力信号をA/D（アナログ／ディジ
タル）変換するA/D変換手段としてのA/D変換部41₁，41₂
と、このA/D変換部41₁，41₂からのデータを記憶するメ
モリ42₁，42₂と、このメモリ42₁，42₂のデータを計算し
てメモリ42₁，42₂に記憶させるデータ処理手段としての
データ処理部43と、ホストコンピュータ34からの指令に
基づいて駆動部38₁〜38₄，マルチプレクサ40₁，40₂,A/D
変換部41₁，41₂，メモリ42₁，42₂，データ処理部43を制
御する制御部44とで構成されている。他のブロック33₂
〜33₄はブロック33₁と同様に構成され、ブロック33₁に
おける駆動部38₁〜38₄及び他のブロック33₂〜33₄におけ
る駆動部は上記第１の超音波物体認識装置と同様に上記
発振回路21,増幅器22,スイッチ23,共振抑制回路26,スイ
ッチ27及びスイッチバンク24により構成されている。ブ
ロック33₁におけるｎ個の超音波センサ37₁〜37₄及び他
の（ｑ−１）個のブロック33₂〜33₄における各ｎ個の超
音波センサ37₅〜37₈，37₉〜37₁₂，37₁₃〜37₁₆は第10図
に示すようにｍ行ｎ列の超音波センサ行列となるように
２次元に（平面上に）配置されて上記送受波用超音波セ
ンサ25を構成している。この場合、超音波センサ37₁〜3
7₄，37₅〜37₈，37₉〜37₁₂，37₁₃〜37₁₆は行方向及び列
方向について送波する超音波の波長λに等しい間隔をお
いて配置される。

第11図はこの実施例の超音波送受波の様子を示し、第
12図及び第13図はこの実施例の動作を示すフローチャー
トである。

各ブロック33₁〜33₄の超音波センサ37₁〜37₄，37₅〜3
7₈，37₉〜37₁₂，37₁₃〜37₁₆は各ブロック33₁〜33₄の駆
動部38₁〜38₄・・・・・により上記第１の超音波物体認
識装置と同様に駆動されて超音波を送波した後に振動が
抑制され、対象とする物体で反射された超音波を受波す
ることによりその振幅と位相を測定する。超音波センサ
37₁〜37₄，37₅〜37₈，37₉〜37₁₂，37₁₃〜37₁₆からの各
受波信号は各ブロック33₁〜33₄の増幅器39₁〜39₄・・・
・・によりそれぞれ増幅され、各２個づつの増幅器3
9₁，39₂、39₃，39₄、・・・・・の出力信号がそれぞれ
マルチプレクサ40₁，40₂・・・により順次に選択されて
A/D変換部41₁，41₂・・・によりA/D変換された後にメモ
リ42₁，42₂・・・に書き込まれる。各ブロック33₁〜33₄
のデータ処理部43は各ブロック33₁〜33₄内のメモリ4
2₁，42₂・・・のデータを演算してその結果を再びメモ
リ42₁，42₂・・・に記憶させ、このメモリ42₁，42₂・・
・のデータがホストコンピュータ34に送信されて処理さ
れることにより超音波ホログラフィー法による物体28の
認識が行われる。

この実施例ではマルチプレクサ40₁，40₂，・・・、A/
D変換部41₁，42₂・・・、メモリ42₁，42₂・・・が超音
波センサ37₁〜37₄，37₅〜37₈，37₉〜37₁₂，37₁₃〜37₁₆
の1/2個だけあるので、超音波センサ37₁〜37₄，37₅〜37
₈，37₉〜37₁₂，37₁₃〜37₁₆からの受波信号を２回の取り
込みでメモリ42₁，42₂・・・に記憶できる。しかも、各
ブロック33₁〜33₄で並列処理を行うので、前述したA/D
変換器，データ処理部が１組しか無い超音波物体認識装
置に比べて1/8の取り込み回数で受波信号をメモリに
記憶でき、データ処理速度が４倍になる。

第14図は請求項２に係る本発明の実施例の前提となる
第２の超音波物体認識装置を示す。

この第２の超音波物体認識装置は、基本的には上記第
１の超音波物体認識装置において、第３図（ａ）に示す
ように超音波距離計107を設けたものであり、具体的に
は超音波距離計は発振回路21、増幅器22a、共振抑制回
路26、スイッチ23,27、スイッチバンク24、送受波用超
音波センサ25、フィルタ29、増幅器30、ミニコンピュー
タ45をこの第２の超音波物体認識装置の本体（超音波物
体認識部）と共有し、これらとコンパレータ46、基準電
圧源47、ゲート生成器48、カウンタ49とでこの実施例が
構成されている。

第15図はこの第２の超音波物体認識装置のタイミング
チャートを示す。

送波時にはまず、スイッチ23がミニコンピュータ45か
らの制御信号により一定期間閉じ、発振回路21からのバ
ースト信号が増幅器22a,スイッチ23,スイッチバンク24
を介して送受波用超音波センサ25に印加されてバースト
波（超音波）が送受波用超音波センサ25より送波され
る。このバースト波の送波開始と同時にゲート生成器48
がミニコンピュータ45からの制御信号によりスタート信
号をカウンタ49へ出力する。カウンタ49はゲート生成器
48からのスタート信号によりリセットされて発振回路21
からのパルスのカウントを開始する。次に、ミニコンピ
ュータ45からの制御信号によりスイッチ23が開いてバー
スト波の送波が終了すると同時にスイッチ27がミニコン
ピュータ45からの制御信号により一定期間閉じると、共
振抑制回路26がスイッチ27,スイッチバンク24を介して
送受波用超音波センサ25に接続されて送受波用超音波セ
ンサ25の振動が抑制される。次に、物体28で反射された
超音波が送受波用超音波センサ25により受波され、この
送受波用超音波センサ25からの受波信号がフィルタ29を
通って増幅器30で増幅される。この増幅器30の出力信号
はA/D変換器31及びコンパレータ46へ出力され、コンパ
レータ46は増幅器30の出力信号を基準電圧源47からの基
準電圧と比較して増幅器30の出力信号が基準電圧源47か
らの基準電圧以上になった時に出力電圧が低レベルに反
転する。ゲート生成器48はコンパレータ46の出力電圧が
入力され、このコンパレータ46の出力電圧が低レベルに
なることによりカウントストップ信号をカウンタ49へ出
力する。カウンタ49はゲート生成器48からのカウントス
トップ信号によりカウント動作を停止し、この時のカウ
ント値を出力する。このカウンタ49のカウント値は送受
波用超音波センサ25がバースト波の送波を開始してから
物体28による反射波を受波するまでの超音波伝達時間に
対応しており、送受波用超音波センサ25と物体28との間
の距離が測定されたことになる。増幅器22aはカウンタ4
9の上記距離に応じたカウント値により利得が送受波用
超音波センサ25と物体28との間の距離に応じて制御さ
れ、送受波用超音波センサ25の送波出力が送受波用超音
波センサ25と物体28との間の距離に応じて制御される。
ミニコンピュータ45はA/D変換器31からのデータとカウ
ンタ49のカウント値を演算処理して超音波ホログラフィ
ー法による物体28の認識を行う。

第16図は上記増幅器22aの構成を示す。

増幅器22aは演算増幅器50、複数個の内部スイッチSW1
〜SWxを有するアナログスイッチ51、抵抗R1〜Rx、利得
制御回路52により構成され、発振回路21からのバースト
信号を演算増幅器50で増幅してスイッチ23へ出力する。
利得制御回路52はカウンタ49のカウント値をアナログス
イッチ51に必要なｘビットのデータに変換し、アナログ
スイッチ51は利得制御回路52からのデータにより内部ス
イッチSW1〜SWxのいずれか１つが選択的にオンして他が
オフする。抵抗R1〜Rxはアナログスイッチ51の内部スイ
ッチSW1〜SWxにより選択的に演算増幅器50に悦族されて
演算増幅器50の利得を決定し、例えば内部スイッチSW1
のみがオンした場合には演算増幅器50の利得G1は G1＝（R1＋R2＋R3＋・・・＋Rx）となる。内部スイッチSWkのみがオンした場合には演算
増幅器50の利得Gkはとなる。R1＝R2,Rx＝2Rx−１（ｘ＞２）とすると、Gkは
２の乗数のステップで１から２のｘ乗倍まで設定するこ
とが可能である。

この第２の超音波物体認識装置では送受波用超音波セ
ンサ25の送波出力が送受波用超音波センサ25と物体28と
の間の距離に応じて制御されるので、送受波用超音波セ
ンサ25と物体28との間の距離が大きい場合送受波用超音
波センサ25からの受波信号が小さくなり過ぎることが無
くて物体認識の精度が落ちず、逆に送受波用超音波セン
サ25と物体28との間の距離が小さい場合にも送受波用超
音波センサ25からの受波信号が大きくなり過ぎることが
無くて物体認識の精度が落ちない。したがって、物体認
識の精度を向上させることができ、設置条件の制約が少
なくなる。

請求項２に係る発明は、請求項１記載の超音波物体認
識装置において、図３（ｂ）に示すように、物体との間
の距離を測定してこの距離に応じて前記超音波センサ行
列102aの送波出力を制御する超音波距離計107を備えた
ものであり、例えば上記第１の実施例において、上記第
２の超音波物体認識装置と同様に超音波距離計107を設
けるようにすればよい。

第17図は本発明の請求項３に係る発明の実施例の前提
となる第３の超音波物体認識装置を示す。

このこの第３の超音波物体認識装置は、基本的には上
記第１の超音波物体認識装置において、第４図（ａ）に
示すように、前記超音波センサ行列102aから前記データ
処理手段105への受波信号を増幅する増幅器108と、物体
との間の距離を測定してこの距離に応じて前記増幅器10
8の利得を制御する超音波距離計109とを備えたものであ
り、具体的には発振回路21からのバースト信号が増幅器
22により増幅されてスイッチ23へ出力され、フィルタ29
の出力信号が増幅器30aにより増幅されてA/D変換器31及
びコンパレータ46へ出力される。増幅器30aは上記第16
図の増幅器が用いられ、カウンタ49のカウント値により
利得が送受波用超音波センサ25と物体28との間の距離に
応じて制御され、送受波用超音波センサ25からの受波信
号のゲインが送受波用超音波センサ25と物体28との間の
距離に応じて制御される。

この第３の超音波物体認識装置では送受波用超音波セ
ンサ25からの受波信号のゲインが送受波用超音波センサ
25と物体28との間の距離に応じて制御されるので、送受
波用超音波センサ25と物体28との間の距離が大きい場合
では増幅器30aからの受波信号が小さくなり過ぎること
が無くて物体認識の精度が落ちず、逆に送受波用超音波
センサ25と物体28との間の距離が小さい場合にも増幅器
30aからの受波信号が大きくなり過ぎることが無くて物
体認識の精度が落ちない。したがって、物体認識の精度
を向上させることができ、設置条件の制約が少なくな
る。

請求項３に係る本発明は、請求項１記載の超音波物体
認識装置において、図４（ｂ）に示すように、前記超音
波センサ行列102aから前記データ処理手段105への受波
信号を増幅する増幅器108と、物体との間の距離を測定
してこの距離に応じて前記増幅器108の利得を制御する
超音波距離計109とを備えたものであり、例えば上記第
１の実施例において、上記第３の超音波物体認識装置と
同様に前記超音波センサ行列102aから前記データ処理手
段105への受波信号を増幅する増幅器108と、物体との間
の距離を測定してこの距離に応じて前記増幅器108の利
得を制御する超音波距離計109とを備えるようにすれば
よい。

ところで、上記第２の超音波物体認識装置では送受波
用超音波センサ25の出力レベルが極大値または最小値を
とるときには増幅器22aの利得を制御できないので、物
体認識の精度が悪くなる。また、上記第３の超音波物体
認識装置でも送受波用超音波センサ25の出力レベルが極
大値または極小値をとるときには増幅器30aの利得を制
御できないので、物体認識の精度が悪くなる。そこで、
本発明の請求項４に係る発明の実施例の前提となる第４
の超音波物体認識装置では送受波用超音波センサ25の出
力レベルのピークを判定してこのピークに応じて増幅器
30aの利得を制御する。このため、送受波用超音波セン
サ25の出力レベルが極大値または極小値をとるときにも
増幅器30aの利得を制御できて物体認識の精度を向上さ
せることができる。

第20図はこの第４の超音波物体認識装置を示す。

この第４の超音波物体認識装置は、基本的には上記第
１の超音波物体認識装置において、第５図（ａ）に示す
ように、前記超音波センサ行列102aから前記データ処理
手段105への受波信号を増幅する増幅器110と、この増幅
器110の利得を受波時の前記超音波センサ行列102aの出
力レベルのピークに応じて制御する利得制御手段111と
を備えるようにしたものであり、具体的には超音波距離
計およびコンパレータ46a,基準電圧源47,ゲート生成器4
8,カウンタ49が省略され、ピーク検出回路50および利得
制御回路51が設けられている。

増幅器30aの利得は物体認識の前に決定され、この利
得決定時にはまず、スイッチ23がミニコンピュータ45か
らの制御信号により一定期間閉じる。この期間には発振
回路21からのバースト信号が増幅器22,スイッチ23,スイ
ッチバンク24を介して送受波用超音波センサ25に送ら
れ、送受波用超音波センサ25がそのバースト信号により
駆動されて超音波を送波する。次に、ミニコンピュータ
45からの制御信号によりスイッチ23が開いてスイッチ27
が一定の期間閉じ、送受波用超音波センサ25の振動が共
振制御回路26により抑制される。次に、送受波用超音波
センサ25は対象とする物体28により反射された超音波を
受波し、その受波信号がフィルタ29を介して増幅器30a
およびピーク検出回路50に入力される。ピーク検出回路
50はフィルタ29からの受波信号のピークを検出し、利得
制御回路51は増幅器30aの利得をピーク検出回路50の出
力信号に応じて決定する。物体認識時には上記第４の実
施例と同様に動作し、フィルタ29からの受波信号は増幅
器30aにより増幅されてA/D変換器31へ送られる。

第21図は上記ピーク検出回路50の構成を示し、第22図
はそのタイミングチャートを示す。

上記ピーク検出回路50は絶対値回路52,基準電圧源53
およびコンパレータ54により構成される。第22図に示す
ようにフィルタ29からの受波信号は絶対値回路52により
負の成分が正に変換され、コンパレータ54にて基準電圧
源53の基準電圧と比較される。コンパレータ54は絶対値
回路52の出力信号が基準電圧源53の基準電圧より大きけ
れば出力信号を利得制御回路51へ出力し、利得制御回路
51はコンパレータ54の出力信号により増幅器30aの利得
を決定する。

請求項４に係る発明は、請求項１記載の超音波物体認
識装置において、図５（ｂ）に示すように、前記超音波
センサ行列102aから前記データ処理手段105への受波信
号を増幅する増幅器110と、この増幅器110の利得を受波
時の前記超音波センサ行列102aの出力レベルのピークに
応じて制御する利得制御手段111とを備えたものであ
り、例えば上記第１の実施例において、上記第４の超音
波物体認識装置と同様に前記超音波センサ行列102aから
前記データ処理手段105への受波信号を増幅する増幅器1
10と、この増幅器110の利得を受波時の前記超音波セン
サ行列102aの出力レベルのピークに応じて制御する利得
制御手段111とを備えるようにすればよい。

第23図は本発明の請求項５に係る発明の実施例の前提
となる第５の超音波物体認識装置を示し、第24図はその
タイミングチャートを示す。

この第５図の超音波物体認識装置は、基本的には上記
第１の超音波物体認識装置において、第６図（ａ）に示
すように、前記超音波センサ行列102aから前記データ処
理手段105への受波信号を増幅する増幅器112と、この増
幅器112の利得を受波時の所定の区間における前記超音
波センサ行列102aの出力レベルのピークに応じて制御す
る利得制御手段113とを備えるようにしたものであり、
具体的にはフィルタ29とピーク検出回路50との間にゲー
ト55,を設けたものである。第24図に示すようにこのゲ
ート55はミニコンピュータ45からの制御信号により利得
決定時においてフィルタ29からの受波信号の物体認識に
必要な情報のある一定の区間に開き、フィルタ29からの
受波信号はゲート55により物体認識に必要な情報のみが
とり出されてピーク検出回路50に出力される。

この第５の超音波物体認識装置ではフィルタ29からの
受波信号はゲート55により物体認識に必要な情報のみが
ピーク検出回路50に入力されるので、物体認識に不必要
な情報により増幅器30aの利得が制御されるおそれがな
く、物体認識の精度をさらに上げることができる。

請求項５に係る発明は、請求項１記載の超音波物体認
識装置において、図６（ｂ）に示すように、前記超音波
センサ行列102aから前記データ処理手段105への受波信
号を増幅する増幅器112と、この増幅器112の利得を受波
時の所定の区間における前記超音波センサ行列102aの出
力レベルのピークに応じて制御する利得制御手段113と
を備えたものであり、例えば上記第１の実施例におい
て、上記第５の超音波物体認識装置と同様に前記超音波
センサ行列102aから前記データ処理手段105への受波信
号を増幅する増幅器112と、この増幅器112の利得を受波
時の所定の区間における前記超音波センサ行列102aの出
力レベルのピークに応じて制御する利得制御手段113と
を備えるようにすればよい。

なお、上記実施例において、ミニコンピュータ45はワ
ークステーションなどを用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように請求項１に係る本発明によれば、超音波
を送波し、物体で反射された超音波を測定してその測定
信号を処理することで超音波ホログラフィー法による物
体の認識を行う超音波物体認識装置において、バースト
信号を生成する発振回路と、この発振回路からのバース
ト信号により駆動されて超音波を送波し物体で反射され
た超音波を受波する、ｍ行ｎ列に配置された複数のセン
サからなる超音波センサ行列と、この超音波センサ行列
が超音波を送波した後に該超音波センサ行列の振動を抑
制する共振抑制回路と、前記超音波センサ行列からのｍ
×ｎ個の受波信号をｐ×ｑ（ｍ＞ｐ≧1,n＞ｑ≧１）個
の受波信号となるように順次に選択する選択手段と、こ
の選択手段からのｐ×ｑ個の受波信号を同時に別々にア
ナログ／ディジタル変換するアナログ／ディジタル変換
手段と、このアナログ／ディジタル変換手段の出力デー
タを演算処理するデータ処理手段とを備えたので、送波
用超音波センサと受波用超音波センサとを同一の超音波
センサで構成でき、送波用超音波センサの指向性などに
よる設置条件の制約を少なくすることができ、ｍ×ｎ個
のセンサからの受波信号をｍ×n/（ｐ×ｑ）の取り込み
で処理できて処理時間を大幅に短縮することができる。
さらに、ｍ×ｎ個の受波信号を選択手段でｐ×ｑ（ｍ＞
ｐ≧1,n＞ｑ≧１）個の受波信号となるように順次に選
択することにより、アナログ／ディジタル変換手段など
を減少させて低コストにできる。

請求項２に係る発明によれば、請求項１記載の超音波
物体認識装置において、物体との間の距離を測定してこ
の距離に応じて前記超音波センサ行列の送波出力を制御
する超音波距離計を備えたので、超音波センサ行列と物
体との間の距離による制約が少なくなって物体認識の精
度を向上させることができ、接地条件の制約を少なくす
ることができる。

請求項３に係る発明によば、請求項１記載の超音波物
体認識装置において、前記超音波センサ行列から前記デ
ータ処理手段への受波信号を増幅する増幅器と、物体と
の間の距離を測定してこの距離に応じて前記増幅器の利
得を制御する超音波距離計とを備えたので、超音波セン
サ行列と物体との間の距離による制約が少なくなって物
体認識の精度を向上させることでき、接地条件の制約を
少なくすることができる。

請求項４に係る発明によば、請求項１記載の超音波物
体認識装置において、前記超音波センサ行列から前記デ
ータ処理手段への受波信号を増幅する増幅器と、この増
幅器の利得を受波時の前記超音波センサ行列の出力レベ
ルのピークに応じて制御する利得制御手段とを備えたの
で、超音波センサ行列の出力レベルが極大値または極小
値をとるときにも上記増幅器の利得を制御できて物体認
識の精度を向上させることができる。

請求項５に係る発明によば、請求項１記載の超音波物
体認識装置において、前記超音波センサ行列から前記デ
ータ処理手段への受波信号を増幅する増幅器と、この増
幅器の利得を受波時の所定の区間における前記超音波セ
ンサ行列の出力レベルのピークに応じて制御する利得制
御手段とを備えたので、物体認識に不必要な情報により
上記増幅器の利得を制御するおそれがなく、物体認識の
精度をさらに上げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１記載の発明を示すブロック図、第２図
は請求項１記載の発明の実施例の前提となる第１の超音
波物体認識装置を示すブロック図、第３図（ａ）（ｂ）
は請求項２記載の発明の実施例の前提となる第２の超音
波物体認識装置及び請求項２記載の発明の実施例を示す
ブロック図、第４図（ａ）（ｂ）は請求項３記載の発明
の実施例の前提となる第３の超音波物体認識装置及び請
求項３記載の発明の実施例を示すブロック図、第５図
（ａ）（ｂ）は請求項４記載の発明の実施例の前提とな
る第４の超音波物体認識装置及び請求項４記載の発明の
実施例を示すブロック図、第６図（ａ）（ｂ）は請求項
５記載の発明の実施例の前提となる第５の超音波物体認
識装置及び請求項５記載の発明の実施例を示すブロック
図、第７図は上記第１の超音波物体認識装置を示すブロ
ック図、第８図は従来の超音波物体認識装置を示すブロ
ック図、第９図は請求項１記載の発明の一実施例を示す
ブロック図、第10図は同実施例の送受波用超音波センサ
行列を示す平面図、第11図は同実施例を説明するための
概略図、第12図及び第13図は同実施例の動作フローを示
すフローチャート、第14図は上記第２の超音波物体認識
装置を示すブロック図、第15図は同第２の超音波物体認
識装置のタイミングチャート、第16図は同第２の超音波
物体認識装置における増幅器の構成を示すブロック図、
第17図は上記第３の超音波物体認識装置を示すブロック
図、第18図は同第３の超音波物体認識装置の一部を示す
ブロック図、第19図は同第３の超音波物体認識装置のタ
イミングチャート、第20図は上記第４の超音波物体認識
装置を示すブロック図、第21図は同第４の超音波物体認
識装置のピーク検出回路を示すブロック図、第22図は同
ピーク検出回路のタイミングチャート、第23図は上記第
５の超音波物体認識装置を示すブロック図、第24図は同
第５の超音波物体認識装置のタイミングチャートであ
る。 101……発振回路、102,102aa……超音波センサ、103…
…共振抑制回路、104,104a……A/D変換手段、105……デ
ータ処理手段、106……選択手段、107……超音波距離
計、108……増幅器、109……超音波距離計、110,112…
…増幅器、111,113……利得制御手段。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−258182（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−38878（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−282282（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−187179（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−186173（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−187180（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−58484（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−288185（ＪＰ，Ａ) 実開昭59−149071（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01S 3/80 - 3/86 G01S 5/18 - 5/30 G01S 7/52 - 7/64 G01S 15/00 - 15/96 G01B 17/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波を送波し、物体で反射された超音波
を測定してその測定信号を処理することで超音波ホログ
ラフィー法による物体の認識を行う超音波物体認識装置
において、バースト信号を生成する発振回路と、この発
振回路からのバースト信号により駆動されて超音波を送
波し物体で反射された超音波を受波する、ｍ行ｎ列に配
置された複数のセンサからなる超音波センサ行列と、こ
の超音波センサ行列が超音波を送波した後に該超音波セ
ンサ行列の振動を抑制する共振抑制回路と、前記超音波
センサ行列からのｍ×ｎ個の受波信号をｐ×ｑ（ｍ＞ｐ
≧1,n＞ｑ≧１）個の受波信号となるように順次に選択
する選択手段と、この選択手段からのｐ×ｑ個の受波信
号を同時に別々にアナログ／ディジタル変換するアナロ
グ／ディジタル変換手段と、このアナログ／ディジタル
変換手段の出力データを演算処理するデータ処理手段と
を備えたことを特徴とする超音波物体認識装置。
【請求項２】請求項１記載の超音波物体認識装置におい
て、物体との間の距離を測定してこの距離に応じて前記
超音波センサ行列の送波出力を制御する超音波距離計を
備えたことを特徴とする超音波物体認識装置。
【請求項３】請求項１記載の超音波物体認識装置におい
て、前記超音波センサ行列から前記データ処理手段への
受波信号を増幅する増幅器と、物体との間の距離を測定
してこの距離に応じて前記増幅器の利得を制御する超音
波距離計とを備えたことを特徴とする超音波物体認識装
置。
【請求項４】請求項１記載の超音波物体認識装置におい
て、前記超音波センサ行列から前記データ処理手段への
受波信号を増幅する増幅器と、この増幅器の利得を受波
時の前記超音波センサ行列の出力レベルのピークに応じ
て制御する利得制御手段とを備えたことを特徴とする超
音波物体認識装置。
【請求項５】請求項１記載の超音波物体認識装置におい
て、前記超音波センサ行列から前記データ処理手段への
受波信号を増幅する増幅器と、この増幅器の利得を受波
時の所定の区間における前記超音波センサ行列の出力レ
ベルのピークに応じて制御する利得制御手段とを備えた
ことを特徴とする超音波物体認識装置。