JP3141278B2 - 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、超音波センサに係
り、更に詳しくは、駐車場などに使用され、監視空間に
超音波を送波し、その反射波を検出して、監視空間内の
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】屋内駐車場の天井面などに設置される超
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
物体の存在を検知する。ここで、監視空間とは、送波さ
れた超音波が侵入物により反射された場合に、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。

【０００３】従来の超音波センサの構成例を図８に示
す。この超音波センサ１００は、発振器１１０から出力
される発振信号を、送波回路１１１においてトーンバー
スト波とし、マイクロコンピュータで構成された送波間
隔決定器１１２が送波間隔を決定して、超音波送受波器
１１３からパルス列として送波する。この送波した超音
波に対して、監視空間内の物体による反射波を超音波送
受波器１１３で受波し、増幅回路１１４により増幅し
て、検波回路１１５により検波する。

【０００４】このようにして得られた検波波形のデータ
は、デジタル変換された波形パターンとして現状記憶回
路１１６に記憶される。一方、同様の方法により、環境
記憶回路１１７には、予め監視空間内に侵入物が存在し
ない状態における検波波形のパターンが格納されてい
る。このため、比較回路１２０が、現状記憶回路１１６
に格納された波形パターンと、環境記憶回路１１７に保
持されている波形パターンとを比較すれば、この比較結
果に基づいて、侵入物の有無を判別することができる。

【０００５】即ち、両者の波形パターンが同じであれ
ば、監視空間内に侵入物が存在しないと判断でき、波形
パターンに相違があれば、監視空間内に侵入物が存在す
ると判断できる。ところが、この超音波センサ１００が
送波した超音波が複数回反射したり、このセンサ１００
を複数設置したときに、他のセンサによる反射波を受け
たりして、これらが検波した波形パターンに混入し、誤
動作する場合がある。

【０００６】このような場合に対処するために、現状記
憶回路１１６に格納した波形パターンを前回記憶回路１
１８に転送し、次の送波によって現状記憶回路１１６に
格納された波形パターンとの論理積を論理積回路１１９
によって算出するようにし、この算出した波形パターン
と、現状記憶回路１１７に格納された波形パターンと
を、比較回路１２０によって比較して、検知判断回路１
２１で、監視空間内の侵入物（車両）の有無の判断を行
い、検知信号を出力するようにした。

【０００７】このようにして、超音波センサ１００は、
超音波を所定の間隔で繰り返し送波し、侵入物の検知を
行っている。図９は、送波した超音波が複数回反射した
ときの動作を説明するための図である。図中の（ａ）は
検波回路１１５に入力される受波信号、（ｂ）は検知ゲ
ート信号、（ｃ）は前回記憶回路１１８と現状記憶回路
１１６に格納される波形データ、（ｄ）は論理積回路１
１９が出力する波形パターンである。

【０００８】（ａ）の検波回路１１５に入力される受波
信号は、破線で示している閾値レベルを超える信号とし
て、送波２００，３００，４００と、これに引き続く残
響波２０１，３０１，４０１と、その後に検出される反
射波２１０，２１１，２１２，３１０，３１１，３１
２，４１０とを含んでいる。（ｂ）の検知ゲート信号３
２０，４２０は、送波３００，４００に対応して、反射
波３１０，４１０のみを検出するタイミングを与えるた
めの信号であり、超音波の送波から一定時間後の一定期
間として与えられている。

【０００９】（ｃ）の各記憶回路１１８，１１６の記憶
内容は、デジタル変換された反射波の波形パターンデー
タであり、検知ゲート期間、即ち、検知ゲート信号３２
０，４２０がアクティブの期間を、一定の量子化時間ｔ
ｓで分割し、閾値レベルを超えた期間を「１」、閾値レ
ベルを超えない期間を「０」として２値化したものであ
る。

【００１０】ここでは、複数回反射により、送波２００
の反射波２１２が、次の送波３００に対する検知ゲート
信号３２０のアクティブ期間中において、閾値レベルを
超えているため、現状記憶回路１１６を介して前回記憶
回路１１８に格納される波形パターンは、本来の反射波
３１０と前回の反射波２１２とにより構成されている。
また、同様に、送波３００についての複数回反射による
反射波３１２が、次の送波４００に対する検知ゲート信
号４２０のアクティブ期間中において、閾値レベルを超
えているため、現状記憶回路１１６に格納される波形パ
ターンは、本来の反射波４１０と前回の反射波３１２と
により構成されている。

【００１１】しかし、送波間隔決定器１１２の制御によ
って、送波２００と送波３００の間隔ｔ１と、送波３０
０と送波４００の間隔ｔ２を異ならせているので、前回
記憶回路１１８の波形パターンにおける反射波２１２の
位置と、現状記憶回路１１６の波形パターンにおける反
射波３１２の位置とが異なる。従って、論理積回路１１
９において、これらの波形パターンの論理積（ともに
「１」となっている場合のみデータを「１」とし、他の
場合にはデータ「０」とする）を求めれば、複数回反射
による反射波２１２，３１２は消去されて、本来の反射
波３１０、４１０のみが波形パターンとして残る。

【００１２】この波形パターンを、環境記憶回路１１７
に記憶されている波形パターンと比較すれば、監視空間
内の侵入物の有無を検知することができる。このよう
に、複数の反射波の波形パターンの論理積を算出するよ
うにすれば、複数回反射の影響だけではなく、周期的ノ
イズにより、反射波の波形パターンにノイズ波が混入し
た場合であっても、送波間隔を変化させているため、２
つの波形パターンにおいてノイズ波が一致することはな
く、ノイズ波を消去できる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
超音波センサでは、近隣の他のセンサが送波した超音波
が床面、天井面、監視空間内の物体、壁面などで反射し
て、干渉波として混入してきた場合に、以下のような原
因により、その干渉波の波形パターンを削除することが
できない場合がある。

【００１４】即ち、近隣の超音波センサと供給電源が共
通であれば、近隣に設置されたセンサ同士の立ち上がり
は同時になり、個々のセンサで、ランダム送波を行った
としても、同じ送波間隔決定器により送波間隔を決定し
ているので、各センサの送波タイミングは同時になり、
他のセンサからの干渉波も一定のタイミングで混入し、
削除することができなかった。

【００１５】また、複数の超音波センサを集中管理して
いるシステムでは、各センサに割り当てられたアドレス
を使用して、送波間隔決定器が決定する送波間隔の順序
をずらすことが提案されている。例えば、送波間隔決定
器がいくつかの送波間隔を順に循環的に使用するとした
ときに、アドレス「１」のセンサでは１つ目の送波間隔
から使用し、アドレス「２」のセンサでは２つ目の送波
間隔から使用するような場合である。

【００１６】ところが、この場合でも、送波間隔決定器
の処理速度を決定しているクロック（発振子）部品の製
造時のばらつきや、温度変化などにより、時間経過に伴
って、順に選択している送波間隔が同じものになる場合
があった。本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、各超音波センサにおいて、全く異なるランダム
な送波間隔が設定できるようにして、近隣の超音波セン
サによる干渉波の影響を受けないようにした超音波セン
サを提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載した本発明による超音波センサは、
センサ施工時に伝送用のアドレスを設定するアドレス設
定手段と、設定可能な範囲の複数のアドレスのそれぞれ
に対応して、予め、複数の異なる送波間隔を記憶した複
数の送波間隔記憶手段と、超音波の送波間隔を制御する
送波間隔制御手段とを備え、この送波間隔制御手段は、
アドレス設定手段によって設定されたアドレスに対応し
た送波間隔記憶手段を選択し、この選択した送波間隔記
憶手段に記憶された複数の送波間隔にしたがって、順に
超音波を送波する。

【００１８】ここに、複数の送波間隔記憶手段のそれぞ
れには、ランダム送波を行うときに使用する送波間隔が
複数記憶されており、すべての送波間隔記憶手段の送波
間隔は、どのタイミングから参照されたとしても、一致
しないように設定しておくことが望ましい。請求項２に
記載した本発明による超音波センサは、センサ施工時に
伝送用のアドレスを設定するアドレス設定手段と、予
め、複数の異なる送波間隔を記憶した送波間隔記憶手段
と、超音波の送波間隔を制御する送波間隔制御手段と、
アドレス設定手段によって設定されたアドレスを基に、
超音波の送波間隔の変更値を算出する変更値算出手段を
備え、送波間隔制御手段は、送波間隔記憶手段に記憶さ
れた複数の送波間隔のそれぞれに、変更値算出手段で算
出した変更値を用いて演算を行い、この演算した送波間
隔にしたがって、順に超音波を送波する。

【００１９】ここに、変更値算出手段は、アドレスをそ
のまま変更値としてもよく、また、アドレスの整数倍し
た値、アドレスに予め定められた値を加算した値などを
変更値としてもよい。送波間隔制御手段は、この変更値
を用いて、更に、送波間隔記憶手段に記憶された送波間
隔に、加算、減算など、その他の計算式を用いた演算を
施して、実際の送波間隔とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
実施の形態を説明する。図１は、本発明の請求項１に記
載の超音波センサ１の構成を示すブロック図である。こ
の超音波センサ１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であ
り、図８に示した従来の超音波センサ１００に加え、ア
ドレス設定回路２２（アドレス設定手段）と、複数の送
波間隔記憶回路２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，…（送波間隔
記憶手段）とを設けて構成される。

【００２１】この超音波センサ１は、発振器１０から出
力される発振信号を、送波回路１１においてトーンバー
スト波とし、マイクロコンピュータで構成された送波間
隔決定器１２（送波間隔制御手段）が送波間隔を決定し
て、超音波送受波器１３からパルス列として送波する。
この送波した超音波に対し、監視空間内の物体による反
射波を超音波送受波器１３で受波すると、増幅回路１４
により増幅して、検波回路１５により検波する。

【００２２】このようにして得られた検波波形のデータ
は、デジタル変換された波形パターンとして現状記憶回
路１６に記憶される。一方、同様の方法により、環境記
憶回路１７には、予め監視空間内に侵入物が存在しない
状態における検波波形のパターンが格納されている。現
状記憶回路１６に格納した波形パターンを、超音波を送
波し、反射波を受波する度に、順次、前回記憶回路１８
に転送し、論理積回路１９によって、前回記憶回路１８
と、現状記憶回路１６に格納された波形パターンの２値
データの論理積を算出する。そして、この算出した波形
パターンと、環境記憶回路１７に格納された波形パター
ンとを、比較回路２０によって比較し、検知判断回路２
１が、監視空間内の侵入物（車両）の有無の判断を行っ
て、検知信号を出力する。

【００２３】即ち、検知判断回路２１は、両者の波形パ
ターンが同じであれば、監視空間内に侵入物が存在しな
いと判断し、波形パターンに相違があれば、監視空間内
に侵入物が存在すると判断する。本発明は、送波間隔決
定器２０がランダム制御する、送波回路１１により生成
されるトーンバースト波の生成間隔を、各超音波センサ
１において、アドレスに対応させ、変化させているとこ
ろに特徴がある。

【００２４】即ち、ディップスイッチや、リモコンから
のワイヤレス信号などによって、アドレス設定回路２２
に多重伝送用のアドレスが設定されると、送波間隔決定
器１２は、複数の送波間隔記憶回路２３ａ，２３ｂ，２
３ｃ，…の中から、設定されたアドレスに対応した送波
間隔記憶回路２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，…を選択し、こ
れに記憶された複数の送波間隔の値にしたがって、送波
間隔を決定する。

【００２５】これによって、複数の超音波センサ１が、
図２に示すように設置され、この図のように、「センサ
ａ」に「センサｂ」からの干渉波が混入しても、「セン
サａ」では、この干渉波の影響を受けることがない。図
３には、送波間隔記憶回路２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，…
の構成例を示している。

【００２６】送波間隔記憶回路２３ａ，２３ｂ，２３
ｃ，…は、アドレスのそれぞれに対応して、予め、複数
の送波間隔を記憶しており、これらの送波間隔は、前々
回及び前回の送波の間隔と、前回及び今回の送波の間隔
が異なり、ランダムに変化するように、設定されてい
る。送波間隔決定器１２は、図２中の「センサａ」であ
れば、アドレスが「０００１」であるので、図３の送波
間隔記憶回路２３ａを選択し、「センサｂ」であれば、
アドレスが「００１０」であるので、送波間隔記憶回路
２３ｂを選択する。

【００２７】図４は、上述した超音波センサ１の基本動
作をタイムチャートで示している。ここには、図２に示
したように設置された２つの超音波センサ１（センサ
ａ，ｂ）のそれぞれが、図３に示した送波間隔記憶回路
２３ａ，２３ｂに記憶された送波間隔に従って、超音波
を送波する場合を示している。図からも分かるように、
「センサａ」と「センサｂ」では、ランダム送波の送波
間隔が異なっているので、「センサａ」の検知エリア内
に「センサｂ」の干渉波が混入した場合でも、「センサ
ａ」は、混入した干渉波を除去することができ、誤動作
が発生することがない。

【００２８】即ち、「センサａ」の送波に対する検知ゲ
ート信号のアクティブ期間中に、閾値レベルを超え、前
回記憶回路１８あるいは現状記憶回路１６に格納される
波形パターンには、この送波に対する反射波に加え、
「センサｂ」からの干渉波が含まれる。ところが、双方
のセンサの送波間隔決定器１２の制御によって、別々の
送波間隔に従ってランダム送波が行われるため、「セン
サａ」では、前回記憶回路１８の波形パターンにおける
干渉波の位置と、現状記憶回路１６の波形パターンにお
ける干渉波の位置とが異なり、論理積回路１９で、これ
らの波形パターンの論理積を求めれば、双方の波形パタ
ーンの干渉波は消去されて、一致する本来の反射波のみ
を波形パターンとして残すことができる。

【００２９】また、このような構成によれば、複数回反
射の場合や、周期的なノイズ波が混入した場合であって
も、送波間隔が変化しているため、前回記憶回路１８と
現状記憶回路１６の２つの波形パターンの論理積演算に
よって、複数回反射波、ノイズ波を消去できる。このよ
うにして、本発明の超音波センサ１では、波形パターン
から、他のセンサからの干渉波の影響、複数回反射の影
響、周期的ノイズの影響を排除することができるので、
監視空間内の物体の有無を正確に判別することができ
る。

【００３０】次に、本発明の請求項２に記載の超音波セ
ンサ１の構成を図５に示す。この超音波センサ１は、図
１に示した超音波センサ１の構成に加えて、変更値算出
回路２４（変更値算出手段）を備え、送波間隔記憶回路
２３（送波間隔記憶手段）を１つで構成して、各センサ
において同じ内容を記憶している。請求項２では、変更
値算出回路２４が、アドレス設定回路２２によって設定
されたアドレスを基に、送波間隔の変更値を算出し、こ
の変更値を用いて、送波間隔決定器１２が、送波間隔記
憶回路２３に記憶された複数の送波間隔のそれぞれに対
して演算を行い、これを実際の送波間隔とする。

【００３１】図６には、上記変更値算出回路２４による
変更値の算出と、送波間隔決定器１２の演算の例を示し
ている。変更値算出回路２４は、ディップスイッチなど
によって、アドレス設定回路２２にアドレスが設定され
ると、このアドレスを用いて、各センサがランダム送波
の送波間隔を変えるために使用する変更値を算出する
（図では、アドレス値×２）。

【００３２】送波間隔決定器１２は、算出した変更値を
用いて、送波間隔記憶回路２３に記憶された送波間隔に
演算を施し、送波間隔を決定する（図では、記憶された
送波間隔＋変更値）。なお、変更値算出回路２４は、ア
ドレスをそのまま変更値としてもよく、また、アドレス
の３倍以上の整数倍にした値、予め定められた値（オフ
セット値）をアドレスに加算した値などを変更値として
もよい。また、送波間隔決定器１２は、この変更値を用
い、送波間隔記憶回路２３に記憶された送波間隔に、加
算以外に、減算や、その他の計算式を用いた演算を施し
て、送波間隔を決定するようにしてもよい。

【００３３】図７は、請求項２における超音波センサ１
の基本動作を示したタイムチャートである。ここには、
図２に示したように設置された２つの超音波センサ１
（センサａ，ｂ）のそれぞれが、図６に示したように決
定された送波間隔に従って、超音波を送波する場合を示
している。

【００３４】図からも分かるように、「センサａ」と
「センサｂ」では、図４を用いて説明したときと同様
に、ランダム送波の送波間隔が異なっているので、「セ
ンサａ」の検知エリア内に「センサｂ」の干渉波が混入
した場合でも、「センサａ」は、混入した干渉波を除去
することができ、誤動作が発生することがない。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明からも理解できるように、請
求項１に記載した超音波センサによれば、各センサで
は、割当てられたアドレスに対応した送波間隔群を自動
的に選択できるので、個々にランダムな送波間隔を設定
することができ、近隣に設置されたセンサと、電源の立
ち上げが同時であったり、マイコンの製造時のバラツキ
等によって、送波間隔を決定するタイミングや、記憶さ
れた複数の送波間隔を参照するタイミングが一致したと
しても、近隣のセンサから混入する干渉波を消去するこ
とができる。

【００３６】したがって、検出する波形パターンから、
他のセンサからの干渉波の影響を排除することができる
ため、誤動作が生じることなく、監視空間内の物体の有
無を正確に判別することができる。請求項２に記載した
超音波センサによれば、各センサは、割当てられたアド
レスに対応した変更値を算出し、この変更値を用いた演
算によって、個々にランダムな送波間隔を自動的に設定
することができるので、近隣のセンサから混入する干渉
波を消去できる。したがって、監視空間内の物体の有無
を正確に判別することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波センサの構成の一例を示したブ
ロック図である（請求項１）。

【図２】超音波センサの設置例を示した図である。

【図３】送波間隔記憶回路の構成の一例を示した図であ
る。

【図４】本発明の超音波センサの基本動作を説明する図
である（請求項１）。

【図５】本発明の超音波センサの構成の別の例を示した
ブロック図である（請求項２）。

【図６】送波間隔の決定手順を説明するための図であ
る。

【図７】本発明の超音波センサの基本動作を説明する図
である（請求項２）。

【図８】従来の超音波センサの構成を示したブロック図
である。

【図９】従来の超音波センサの動作を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１・・・本発明に係る超音波センサ １２・・・送波間隔制御手段 ２２・・・アドレス設定手段 ２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，…・・・送波間隔記憶
手段 ２４・・・変更値算出手段

───────────────────────────────────────────────────── 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 平６−11563（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−298885（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−270530（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−198829（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−176968（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−113617（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−149475（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 7/52 - 7/533 G01S 15/00 - 15/96

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波をランダムな間隔で連続送波し、こ
   の連続送波した２以上の超音波からこれらの反射波の波
   形パターンの論理積を算出し、この論理積と、監視空間
   内に侵入物が存在しないときに送波した超音波の反射波
   の波形パターンとを比較して、監視空間内の侵入物の有
   無を検知する構成とした超音波センサにおいて、 この超音波センサの施工時に、伝送用のアドレスを設定
   するアドレス設定手段と、設定可能な範囲の複数の アドレスのそれぞれに対応し
   て、予め、複数の異なる送波間隔を記憶した複数の送波
   間隔記憶手段と、 上記超音波の送波間隔を制御する送波間隔制御手段とを
   備え、 この送波間隔制御手段は、上記アドレス設定手段によっ
   て設定されたアドレスに対応した送波間隔記憶手段を選
   択し、この選択した送波間隔記憶手段に記憶された複数
   の送波間隔にしたがって、順に超音波を送波することを
   特徴とする超音波センサ。
2. 【請求項２】超音波をランダムな間隔で連続送波し、こ
   の連続送波した２以上の超音波からこれらの反射波の波
   形パターンの論理積を算出し、この論理積と、監視空間
   内に侵入物が存在しないときに送波した超音波の反射波
   の波形パターンとを比較して、監視空間内の侵入物の有
   無を検知する構成とした超音波センサにおいて、 この超音波センサの施工時に、伝送用のアドレスを設定
   するアドレス設定手段と、 予め、複数の異なる送波間隔を記憶した送波間隔記憶手
   段と、 上記超音波の送波間隔を制御する送波間隔制御手段と、 上記アドレス設定手段によって設定されたアドレスを基
   に、上記超音波の送波間隔の変更値を算出する変更値算
   出手段を備え、 上記送波間隔制御手段は、上記送波間隔記憶手段に記憶
   された複数の送波間隔のそれぞれに、上記変更値算出手
   段で算出した変更値を用いて演算を行い、この演算した
   送波間隔にしたがって、順に超音波を送波することを特
   徴とする超音波センサ。