JP3141274B2 - 超音波センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駐車場などの監視
空間に超音波を送波し、その反射波を検出して、車両な
どの有無を検知する超音波センサの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】駐車場などに使用される超音波センサ
は、超音波振動子を使用して所定の周波数の超音波を監
視空間内に送波し、監視空間内にある物体からの反射波
を超音波振動子によって受波することにより物体の存在
を検出している。即ち、監視空間内に物体が存在しない
場合の反射波の到達時間と、監視空間内に物体が存在す
る場合の反射波の到達時間の違いから、超音波の反射対
象が、床面であるか、監視空間内に存在する物体である
かを判別する。

【０００３】ここで、監視空間とは、送波された超音波
が侵入物によって反射された場合に、その反射波を超音
波センサが受波できる空間をいい、超音波センサによる
侵入物の検知が可能な空間を意味する。従来の超音波セ
ンサの構成例を図３に示す。この超音波センサ１００
は、発振器１０１と、送波回路１０２と、超音波送受波
器１０３と、増幅回路１０４と、検波回路１０５と、現
状記憶回路１０６と、環境記憶回路１０７と、比較回路
１０８と、検知判断回路１０９とにより構成される。

【０００４】発振器１０１から出力される発振信号は、
送波回路１０２においてトーンバースト波となり、超音
波送受波器１０３からパルス列として送波され、監視空
間内の物体により反射されて超音波送受波器１０３によ
り受波される。この受波信号は、増幅回路１０４により
増幅され、検波回路１０５により検波される。このよう
にして得られる検波波形が、所定の閾値を越えるまでの
到達時間を超音波の送波時を基準として計測すれば、反
射した物体までの距離が得られる。

【０００５】環境記憶回路１０７には、電源投入時、あ
るいは、リセットスイッチの操作時などの環境設定時
（監視空間に物体が存在しないとき）に計測された反射
波の到達時間が記憶されており、現状記憶回路１０６に
は、電源投入中である通常の監視時に一定時間毎に計測
される反射波の到達時間が格納される。そして、比較回
路１０８が環境記憶回路１０７及び現状記憶回路１０６
に保持されている到達時間を比較し、その比較結果に基
づいて、検知判断回路１０９が監視空間内の物体の有無
を判断する。

【０００６】即ち、現状記憶回路１０６に保持されてい
る到達時間が、環境記憶回路１０７に保持されている環
境設定時の到達時間よりも短い場合には、物体が存在す
ると判断して検知信号を出力する一方、それ以外の場合
には、検知信号を出力しない。なお、物体が存在すると
判断する場合を、現状記憶回路１０６に保持されている
到達時間が、環境記憶回路１０７に保持されている環境
設定時の到達時間よりも短く、且つ、これらの到達時間
の差が、物体の存在を確実に検知するために予め定めた
時間以上である場合としてもよい。このような超音波セ
ンサ１００を、例えば、屋内駐車場の天井面に設置し、
床面を監視させることにより、駐車場に車両が駐車され
ているかどうかを認識することができる。

【０００７】このときの様子を図４に示す。（ａ）は環
境設定時の場合であり、（ｂ）は監視時に監視空間に車
両が侵入した場合である。環境設定は、監視空間内に車
両等が侵入していない状態で行われ、超音波センサ１０
０から超音波を送波した後、到達時間ｔ１を要して床面
による反射波ｗ２を超音波センサ１００で受波する。こ
こで要した到達時間ｔ１が、検知ゲートと呼ばれ、以降
の監視時に使用される。

【０００８】監視時には、一定時間毎に超音波センサ１
００からの送波ｗ１が繰り返され、検知ゲート内で反射
波ｗ３を受波すると、車両Ｃなどが存在すると判断でき
る一方、（ａ）のときと同じ反射波ｗ２（到達時間ｔ
１）を受波すれば、監視空間内に物体が存在しないと判
断できる。なお、到達時間ｔ１の経過時に反射波ｗ２を
受波しないときも、送波ｗ１が吸収されたとして、物体
が存在すると判断できる。この図には、車両Ｃの存在に
より、反射波ｗ３の到達時間ｔ２が環境設定時の到達時
間ｔ１よりも短かった場合（ｔ１＞ｔ２）を示してい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の超音波センサでは、天井などに設置するときに、誤
って超音波送受波器（ホーン）を傾けたまま設置する
と、環境設定時に床面による反射波を受波できず、その
後、監視状態になったときでも、続けて反射波を受波で
きないので、監視空間に物体があると判断していた。

【００１０】また、反射波によって床面の存在が認識で
きるまで送波を繰り返したり、異常信号を出力すること
もできるが、これらの場合は、設置状態が正常に戻され
ない限り、監視空間内の物体の検出ができなくなってい
た。本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであ
り、環境設定時に設置状態が異常であり、反射波が受波
できないような状態であっても、監視空間への侵入物を
検知することができ、設置を正常に戻すように指示でき
る超音波センサを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するた
めに提案される請求項１に記載の超音波センサは、監視
中の反射波の到達時間を記憶する第１の記憶手段と、環
境設定時の反射波の到達時間を記憶する第２の記憶手段
と、第１の記憶手段と第２の記憶手段に記憶された反射
波の到達時間を比較する比較手段と、比較手段による比
較の結果、第１の記憶手段の到達時間が第２の記憶手段
の到達時間より短かったとき、又は、監視中の反射波を
第２の記憶手段の到達時間内に受波しなかったときに、
監視空間内に物体が有ると判断する検知判断手段とを備
え、環境設定時に送波した超音波に対する反射波を、監
視範囲内で最遅となる反射波の到達時間までに受波しな
かったときは、この到達時間を比較手段で比較する第２
の記憶手段の到達時間とするとともに、検知判断手段
は、監視中の反射波を第２の記憶手段の到達時間内に受
波しなかった場合でも、監視空間内に物体が有ると判断
しないようにする。これによって、監視状態に入って
も、侵入物による反射波を受波して、監視空間内に物体
が存在すると判断できる。

【００１２】なお、第１の記憶手段と第２の記憶手段
は、その記憶領域を異ならせて、同一の記憶手段を共用
する構成とすることができることは、もちろんである。
また、これらの記憶手段には、反射波の到達時間から算
出できる距離データや、反射波を検波後にデジタル変換
した波形パターンを記憶して、両者を比較判断するよう
にしてもよい。

【００１３】更に、監視範囲内で最遅となる反射波の到
達時間とは、予め定められた、この超音波センサが物体
の検知を保証する距離（例えば３．５ｍ）に物体が存在
したときの反射波の到達時間である。請求項２に記載の
超音波センサは、請求項１において、この超音波センサ
の動作状態を示す表示手段を更に備え、環境設定時に送
波した超音波に対する反射波を、監視範囲内で最遅とな
る反射波の到達時間までに受波しなかったときは、表示
手段に異常状態を示す。ここに、表示手段はＬＥＤ等で
構成され、点灯または点滅することによって、反射波が
受波できていないことを知らせ、設置状態の確認などを
促す。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
実施の形態について説明する。図１は、本発明の超音波
センサの構成の一例を示すブロック図である。この超音
波センサＳは、屋内駐車場の天井に設置され、監視空間
内の車両の有無を検知するための車両センサなどとして
使用され、図３に示した従来の超音波センサの構成と同
様に、発振器１と、送波回路２と、超音波送受波器３
と、増幅回路４と、検波回路５と、第１の記憶手段であ
りＲＡＭ等で構成された現状記憶回路６と、第２の記憶
手段でありＥＥＰＲＯＭ等で構成された環境記憶回路７
と、比較手段である比較回路８と、検知判断手段である
検知判断回路９とを備え、更に、環境記憶回路７に記憶
された反射波の到達時間から床面の存在を判断する床面
判断回路１０と、この床面判断回路１０の判断結果によ
って検知ゲートを比較回路８に設定する検知ゲート設定
回路１１と、このセンサＳの動作状態を示す表示手段で
ある表示器１２とを備える。

【００１５】発振器１の発振信号を、送波回路２におい
てトーンバースト波とし、超音波送受波器３からパルス
列として送波して、監視空間内の物体による反射波を超
音波送受波器３により受波する。この受波信号を増幅回
路４により増幅し、検波回路５により検波する。このよ
うにして得られる検波波形が、所定の閾値を越えるまで
の到達時間を超音波の送波時を基準として計測すれば、
反射した物体までの距離が得られる。

【００１６】環境記憶回路７には、電源投入時や、リセ
ットスイッチあるいは環境設定スイッチの操作時などの
環境設定時に計測された反射波の到達時間が記憶されて
おり、現状記憶回路６には、電源投入中である通常の監
視時に一定時間毎に計測される反射波の到達時間が格納
される。そして、比較回路８が環境記憶回路７及び現状
記憶回路６に保持されている到達時間を比較し、その比
較結果に基づいて、検知判断回路９が監視空間内の物体
の有無を判断する。

【００１７】即ち、現状記憶回路６に保持されている到
達時間が、環境記憶回路７に保持されている環境設定時
の到達時間よりも短い場合には、物体が存在すると判断
して検知信号を出力する一方、それ以外の場合には、検
知信号を出力しない。なお、物体が存在すると判断する
場合を、現状記憶回路６に保持されている到達時間が、
環境記憶回路７に保持されている環境設定時の到達時間
よりも短く、且つ、これらの到達時間の差が、物体の存
在を確実に検知するために予め定めた時間以上である場
合としてもよい。なお、双方の記憶回路６，７には、反
射波の到達時間から算出できる距離データや、検波後に
デジタル変換された波形パターンを記憶するようにし
て、両者を比較判断して、物体の存在を検知してもよ
い。また、環境記憶回路７には、初期値として、標準的
な屋内駐車場の床面から天井までの距離（例えば２．２
ｍ）に対応する到達時間を設定しておいてもよい。

【００１８】比較回路８では、通常は、現状記憶回路６
に保持される反射波の到達時間と環境記憶回路７に保持
された反射波の到達時間とを比較して、その比較結果を
出力するが、本発明では、環境設定時に床面判断回路１
０で床面の存在を検出できなかったとき、つまり、送波
した超音波に対する反射波（第１反射波）を、床面判断
回路１０に予め記憶した最遅到達時間までに受波しなか
ったときは、比較回路８で比較する環境記憶回路７の到
達時間を検知ゲート設定回路１１によって、この最遅到
達時間に変更設定する。

【００１９】ここに、最遅到達時間とは、監視範囲内で
最遅となる反射波の到達時間、つまり、この超音波セン
サＳが物体の検知を保証する距離（例えば３．５ｍ）に
物体が存在したときの反射波の到達時間であり、予め、
この超音波センサＳのタイプ毎に標準的な設置環境に応
じて記憶されている。図２には、上述した超音波センサ
Ｓの動作の一例を示す。

【００２０】（ａ）は、ホーンが傾いたままでこのセン
サＳが天井に設置された場合である。この状態で環境設
定を行うと、超音波の送波ｗ１に対して、最遅到達時間
ｔ以内には反射波を受波しないか、受波してもその検波
波形が所定の閾値を越えない（反射波ｗ’）ようにな
る。このようになれば、最遅到達時間ｔを検知ゲートと
した後に、監視状態に移行する。

【００２１】また、このときは同時に、表示器１２のＬ
ＥＤ等を点灯、点滅表示させることによって異常状態を
示す。これによって、設置状態が異常であることを知ら
せ、正常な設置を促すことができる。（ｂ）は、環境設
定時が（ａ）の場合であり、その後、監視状態に移行し
た場合である。監視空間は超音波センサＳが傾いた方向
の範囲にある程度限定されるが、この状態で車両Ｃが侵
入すると、検知ゲートは反射波の受波が可能な最も長い
時間帯（ｔ）に設定されているので、到達時間がｔ’
（ｔ’＜ｔ）である反射波ｗ３を受波して、確実に車両
Ｃの存在（物体有り）を検知することができる。なお、
このときは送波ｗ１に対し反射波がない場合の物体検知
は行わないので、誤動作する場合もない。

【００２２】（ｃ）は、表示器１２の表示を見て、超音
波センサＳを正常に設置した場合である。設置をし直し
たときには、再度、環境設定の操作を行って、正常な検
知ゲートを設定する。即ち、物体が存在しない状態で、
送波ｗ１に対して床面からの反射波ｗ２を受波し、その
ときの到達時間ｔ１を検知ゲートとする。なお、このと
きは送波ｗ１に対し反射波がない場合の物体検知も行う
ようにすればよい。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から理解できるように、本発
明の請求項１及び請求項２に記載の超音波センサによれ
ば、天井に傾いて設置されたような場合に、環境設定時
の反射波が受波できなくても、物体の反射波を検知する
ために、監視する時間帯を最大にするので、その後、監
視状態になったときには、監視空間内の物体の存在を検
出することができる。また、環境設定時の反射波が受波
できなかったときは、監視時に反射波がない場合の物体
検知を行わないので、誤動作する場合もない。

【００２４】請求項２に記載の超音波センサによれば、
環境設定時に送波した超音波に対する反射波が受波でき
なかったことを表示できるので、設置の異常などに対し
て迅速に対処できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波センサの内部構成の一例を示す
ブロック図である。

【図２】本発明の超音波センサの動作の一例を示す図で
ある。

【図３】従来の超音波センサの内部構成の一例を示すブ
ロック図である。

【図４】従来の超音波センサの動作の一例を示す図であ
る。

【符号の説明】

Ｓ・・・超音波センサ ６・・・現状記憶回路（第１の記憶手段） ７・・・環境記憶回路（第２の記憶手段） ８・・・比較回路（比較手段） ９・・・検知判断回路（検知判断手段） １０・・・床面判断回路 １１・・・検知ゲート設定回路 １２・・・表示器（表示手段） ｗ１・・・送波 ｗ２・・・床面による反射波 ｗ３・・・車両による反射波 ｔ・・・最遅到達時間（監視範囲内で最遅となる反射波
の到達時間） ｔ’・・・車両による反射波の到達時間 ｔ１・・・床面による反射波の到達時間 Ｃ・・・車両

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河原 英喜 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電 工株式会社内 (72)発明者 小田 悟朗 大阪府門真市大字門真1048番地 松下電 工株式会社内 (56)参考文献 特開 昭52−135299（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−83190（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−60947（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−238383（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−238382（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−134176（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−331738（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−14439（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−32385（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 15/00 - 15/96

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】監視中に一定時間毎に送波する超音波に対
   する反射波の到達時間と、環境設定時に送波した超音波
   に対する反射波の到達時間とを比較して、監視空間内の
   物体の有無を検知する超音波センサにおいて、 監視中の反射波の到達時間を記憶する第１の記憶手段
   と、 環境設定時の反射波の到達時間を記憶する第２の記憶手
   段と、 上記第１の記憶手段と第２の記憶手段に記憶された反射
   波の到達時間を比較する比較手段と、 上記比較手段による比較の結果、第１の記憶手段の到達
   時間が第２の記憶手段の到達時間より短かったとき、又
   は、監視中の反射波を第２の記憶手段の到達時間内に受
   波しなかったときに、上記監視空間内に物体が有ると判
   断する検知判断手段とを備え、 環境設定時に送波した超音波に対する反射波を、上記監
   視範囲内で最遅となる反射波の到達時間までに受波しな
   かったときは、この到達時間を上記比較手段で比較する
   第２の記憶手段の到達時間とするとともに、上記検知判
   断手段は、監視中の反射波を第２の記憶手段の到達時間
   内に受波しなかった場合でも、上記監視空間内に物体が
   有ると判断しないようにすることを特徴とする超音波セ
   ンサ。
2. 【請求項２】請求項１において、 この超音波センサの動作状態を示す表示手段を更に備
   え、 環境設定時に送波した超音波に対する反射波を、上記監
   視範囲内で最遅となる反射波の到達時間までに受波しな
   かったときは、上記表示手段に異常状態を示すことを特
   徴とする超音波センサ。