JP3431756B2 - 検出装置及び検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、音波、超音波、
弾性波、光を含む広義の電磁波などの波を用い、その波
の性質に基づき、検出対象の物理量例えば位置、形状等
の検出を行う検出方法及び検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の超音波計測装置を、超音
波非破壊検査の分野での例を用いて説明する。例えば、
図１１は、「新非破壊検査便覧」、（社）日本非破壊検
査協会編、１９９２年、１０月１５日発行、日刊工業新
聞社、ｐｐ．２５６〜２７８（以下、文献Ａと略称す
る）から引用したこの種の超音波計測装置を示す構成図
である。図６において、１はパルサ、２はレシーバ、２
４はタイミング部、４は水平掃引部、５は表示部、６は
探触子、７は試験体、８は欠陥である。試験体７が、超
音波伝搬媒体、欠陥８が物体に相当する。

【０００３】次に、動作について説明する。図１１に示
したような超音波非破壊検査の分野での超音波計測装置
では、例えば、「超音波探傷法（改訂新版）」、日本学
術振興会製鋼第１９委員会編、１９７４年、７月３０日
発行、日刊工業新聞社、ｐｐ．１１４〜１４０（以下、
文献Ｂと略称する）に述べられているように、インパル
ス法が用いられている。すなわち、パルサ１から送信繰
り返し周波数のタイミングごとに、図１２（ａ）に示す
ようなインパルスとみなしても差し支えないほどの幅の
狭い電気パルスが発振される。この電気パルスは、探触
子６に印加され、探触子６により、図１２（ｂ）に示す
ような超音波パルスに変換され、試験体７に超音波パル
スが送信される。

【０００４】この超音波パルスは試験体７中を伝搬し、
試験体７中の欠陥８や、試験体７の底面などで反射さ
れ、探触子６により反射エコー電気信号として受信され
る。レシーバ２は、これらの反射エコーを増幅、整流検
波する。レシーバ２の出力信号は表示器５に伝達され
る。

【０００５】タイミング部２４は、装置の各回路の作動
タイミングを制御する同期信号を発生する。水平掃引部
４は、この同期信号から表示器５の時間軸（横軸）掃引
信号を発生し、表示器５に伝達する。これによって、表
示器５上に図１１に示したように、送信パルスＴ、欠陥
８からの反射エコーＦ、試験体７の底面からの反射エコ
ーＢが表示される。

【０００６】表示器５において、欠陥エコーＦの現れる
時間位置を測定することによって、試験体７中の欠陥の
位置を同定する。また、欠陥エコーＦの高さによって、
欠陥の大きさを推定する。

【０００７】さて、従来のこの種の超音波計測装置にお
いて、欠陥８までの距離計測の分解能を向上させるに
は、欠陥エコーの表れる時間位置を精度よく測定する必
要がある。欠陥エコー信号の時間幅が極めて狭ければ、
その時間位置を精度よく測定できる。しかし、現実に
は、試験体７に送信される超音波パルスは、振動継続時
間の短いものでも、図１２（ｂ）に示したように、振動
波数が１．５から３波程度である。

【０００８】したがって、欠陥エコーのパルスの時間幅
もこの程度である。超音波パルスの振動波形は、主に探
触子６の特性に左右され、探触子６の周波数応答特性に
おいて、狭帯域な特性を有する探触子６では振動波数が
長く、広帯域な特性を有する探触子６では短い。すなわ
ち、振動継続時間は探触子６の帯域幅に逆比例するが、
現在、広帯域探触子６と称されている探触子６において
も、文献ＡのＰ．２６３に記載されているように、その
振動波数は１．５から３波程度がせいぜいである。した
がって、距離計測の分解能は、欠陥まで超音波パルスが
往復することを考慮にいれても、上記の振動波数の２分
の１、すなわち、０．７から１．５波となる。

【０００９】無論、欠陥エコー波形において、その包絡
線の振幅は、時間ともに零から徐々に増加し、ピーク値
に達した後減少するので、ピーク値に達した時間を測定
するか、あるいは、零から立ち上がる時間を測定すれ
ば、上述の分解能に比べ分解能を向上できる。しかし、
ピーク付近の振幅の時間変化は滑らかであること、ま
た、零からの立ち上がり付近も滑らかに変化するので、
現実には、それらの時間位置を正確に測定することは困
難である。

【００１０】また、ピーク値からある一定値だけ下がっ
た値を閾値とし、この閾値を包絡線の振幅が横切る時間
を測定することも考えられるが、この方法では、探触子
６が変わるとそのエコー波形が変わることや、物体８の
形状などが変わるとエコー波形が変わるので、精度や安
定性に問題がある。

【００１１】超音波非破壊検査の一部のこの種の超音波
計測装置や、超音波顕微鏡などにおいては、図１２
（ａ）に示したようなインパルスではなく、図１３に示
すようなバースト信号を用いて探触子を励振することも
行われるが、このようなバースト信号を用いると、反射
エコー信号の振動継続時間は、図１２（ｂ）に比べて長
くなる。したがって、反射エコーの表れる時間位置の測
定精度は悪くなる。

【００１２】なお従来のものとしては上述したもののほ
か、複数の周波数を使用した超音波を使った装置として
は、特開平４−２４５８０号や特開平４−２８６９５２
号、特開平２−１３６１３５号、特開平５−１２３３２
０号、特開平５−２０００２４号、特開平６−２２９９
９１号、特開平３−１８２２３４号に記載されたものな
どがある。

【００１３】しかし、特開平４−２４５８０号に記載さ
れたものは、超音波伝搬媒体の減衰の周波数特性が、超
音波伝搬路が異なると大きく異なることを考慮して、低
周波数と高周波数の２周波数を用いて、どちらか有利な
方の周波数で物体を探索しようとしたものである。ま
た、特開平４−２８６９５２号に記載されたものは、超
音波伝搬媒体（碍子）の端面付近に内部欠陥がある場
合、端面エコーの強度が周波数により変化することを利
用して欠陥を検出することを目的としたものである。ま
た、特開平２−１３６１３５号、特開平５−１２３３２
０号、及び、特開平５−２０００２４号に記載されたも
のは、超音波伝搬媒体の減衰が周波数特性を有するの
で、異なる２つの計測目的にそれぞれ適した異なる２つ
の周波数を使用したものである。

【００１４】また、特開平６−２２９９９１号に記載さ
れたものは、２つの周波数のバースト信号（送信信号）
を用いて、これらに対応する２つの検出信号（エコー）
の位相を検出して、これらの位相の差を求めて、２つの
位相の差と２つの周波数の差で与えられる周波数から、
距離を求めようとしているものである。したがって、最
終的には、２つの周波数の差で与えられる１つのバース
ト信号を用いたことと等価であり、本発明の実例に示さ
れるように、２つの周波数を用いてそれぞれ候補を導出
し、その候補から更に検出対象までの距離等を導出しよ
うとするものではない。

【００１５】また、特開平３−１８２２３４号に記載さ
れたものは、振動子の開口面を２つの異なる周波数によ
って変えるように探触子を構成して、近距離から遠距離
までシャープなフォーカス効果（指向性）を得ようとし
たものである。すなわち、特開平４−２４５８０号、特
開平４−２８６９５２号、特開平２−１３６１３５号、
特開平５−１２３３２０号、特開平５−２０００２４、
特開平６−２２９９９１号、及び、特開平３−１８２２
３４号ともに２つの周波数を使用しているものの、本発
明とは目的が異なり、また、構成も全く異なる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、従来のこの
種の超音波計測装置においては、物体からの反射エコー
信号の受信される時間の測定精度が悪く、このため、物
体までの距離計測の分解能が悪い欠点がある。これは、
物体からの散乱エコーや回折エコーを受信して物体の情
報を把握しようとする場合でも同様である。すなわち、
上述した欠点は、物体までの測距を目的とした計測に限
らず、エコー信号を受信、処理して物体情報を把握する
ことを目的とした計測、例えば、物体形状計測や、物体
の映像化、物体の認識識別を行うことを目的とした装置
などにおいて、共通する課題である。また、物体が超音
波を伝搬しうるものであり、物体の厚さや、物体中の音
速を計測しようとする場合には、その計測精度が悪くな
るという課題もある。

【００１７】この発明は、上述した課題を解決するため
になされたもので、多周波数の信号を用いてしかも同時
に多点において、分解能つまり検出精度の優れた検出装
置及び方法を得ることを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る検出装置
は、少なくとも相隣り合う受信端では異なる周波数で、
かつ各送信端対応でも異なる第１と第２の周波数の超音
波バースト信号を用意し、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）
の上記送信端から検出対象に上記超音波バースト信号を
送信する送信手段と、上記検出対象からの上記第１と第
２の周波数の送信バースト信号による反射信号を上記対
応するＮ個の受信端で受信する受信手段と、上記第１の
周波数の送信信号と同一周波数の正弦波であるＡ参照信
号と、該Ａ参照信号と同一周波数で同一の固定位相に設
定された余弦波であるＢ参照信号とを組にして第１群の
参照信号として、該第１群の参照信号と上記第１の周波
数対応の受信信号とを乗算し、所定演算して得られる第
１の周波数対応の受信信号の位相と包絡線または上記第
１の周波数対応の受信信号の振幅を得る第１の候補導出
手段と、上記第２の周波数の送信信号と同一周波数の正
弦波であるＣ参照信号と、 該Ｃ参照信号と同一周波数
で同一の固定位相に設定された余弦波であるＤ参照信号
とを組にして第２群の参照信号として、該第２群の参照
信号と上記第２の周波数対応の受信信号とを乗算し、所
定演算して得られる第２の周波数対応の受信信号の位相
と包絡線または上記第２の周波数対応の受信信号の振幅
を得る第２の候補導出手段と、上記第１の候補導出手段
出力と、上記第２の候補導出手段出力とを用いて該両出
力の上記位相が示す一致した距離を推定する第３の導出
手段を備えた。

【００１９】また更に、Ｎ個の送信端での周波数を、全
て異なる周波数とした。

【００２０】

【００２１】

【００２２】また更に、Ｎ個の送信端は、対応する受信
端を兼ねるようにした。

【００２３】また更に、Ｎ個の送信端は、第１と第２の
周波数用に分離して２Ｎ個として第１と第２の周波数対
応で送信するようにした。

【００２４】また更に、Ｎ個の送信端は、受信を兼ねて
送受信端とし、必要があれば第１と第２の周波数用に分
離して最大２Ｎ個とし、各々第１の周波数対応のＮ個で
の送受信と、第２の周波数対応のＮ個での送受信を行う
ようにした。

【００２５】また更に、２Ｎ個の送信端に対し、Ｎ個の
受信端も、第１と第２の周波数用に分離して２Ｎ個とし
て第１と第２の周波数対応で受信するようにした。

【００２６】また更に、Ｎ個の送信端と、Ｎ個の受信端
は分離して別の探触子とした。

【００２７】また更に、Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の
送信端となる探触子と、少なくとも各上記送信端対応で
も異なる第１と第２の周波数の超音波バースト信号を生
成して供給する送信手段と、受信手段と、受信処理手段
を備え、Ｎ個の上記各送信端から検出対象に上記超音波
バースト信号を送信する送信ステップと、上記検出対象
からの上記第１と第２の周波数の送信バースト信号によ
る反射信号を対応するＮ個の受信端で受信する受信ステ
ップと、上記第１の周波数の送信信号と同一周波数の正
弦波であるＡ参照信号と、該Ａ参照信号と同一周波数で
同一の固定位相に設定された余弦波であるＢ参照信号と
を組にして第１群の参照信号として、該第１群の参照信
号と上記第１の周波数対応の受信信号とを乗算し、所定
演算して得られる第１の周波数対応の受信信号の位相と
包絡線または上記第１の周波数対応の受信信号の振幅を
得る第１の候補導出ステップと、上記第２の周波数の送
信信号と同一周波数の正弦波であるＣ参照信号と、 該
Ｃ参照信号と同一周波数で同一の固定位相に設定された
余弦波であるＤ参照信号とを組にして第２群の参照信号
として、該第２群の参照信号と上記第２の周波数対応の
受信信号とを乗算し、所定演算して得られる第２の周波
数対応の受信信号の位相と包絡線または上記第２の周波
数対応の受信信号の振幅を得る第２の候補導出ステップ
と、上記第１の候補導出ステップの結果と、上記第２の
候補導出ステップの結果とを用いて該両ステップの上記
位相が示す一致した距離を推定する第３の導出ステップ
とを備えた。

【００２８】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．この発明の同時に複数の計測点対応で計
測処理する検出方法及び検出装置を超音波距離計測装置
に適用した場合を以下の図１〜図９を参照しながら説明
する。ここで検出すべきものは被検出物体等の検出対象
に関する物理的特性を含む広義の物理量であり、具体的
には、被検出対象までの距離、被検出対象の存在の有
無、または被検出対象の形状、位置または検出装置と被
検出対象との間に存在し、波が伝搬する媒体の諸特性、
その媒体中の波の伝搬速度等がある。なお、説明の便宜
上、一例として超音波を用いた超音波検出方法および装
置につき以下述べることとする。また、検出という文言
は別に計測という文言があるが、後者は前者に含まれて
いるとして本明細書では取り扱っている。また、検出と
いう文言と似た文言に検査という文言もあるが、本明細
書では検査という文言も検出という文言に含まれている
ものとして取り扱っている。超音波検出方法、装置のう
ち、特に超音波計測方法、装置につき、まず以下に説明
する。超音波を用いた超音波計測装置は一般に超音波を
物体に照射し、物体からの超音波の反射波や、透過波
や、散乱波や、回折波などを受信、処理することによ
り、物体の検出や、物体までの測距や、物体形状の計測
や、物体の映像化や、物体の認識などを行う装置、ある
いは、物体の厚さや、物体中の音速や超音波伝搬媒体の
音速の計測を行う装置に関するものである。物体は、空
中や他の気体中にあっても、水中や海中や他の液体中に
あっても、固体中にあっても、超音波が伝搬しうる媒体
中にあれば、いずれにあってもかまわない。

【００２９】図１は、この発明の実施の形態１に係る超
音波計測装置を示す構成図である。図中、６１、６２、
６３、・・・、６Ｎは探触子である。以下、第ｎ番目の
探触子６ｎを第ｎの探触子６ｎと呼ぶ。ここで、ｎ＝
１、２、３、・・・、Ｎである。８は物体、９は第１の
周波数のバースト信号生成手段と第２の周波数のバース
ト信号生成手段を含む送信部、１０は受信部、３は制御
部、１１は信号処理部である。物体８は、超音波伝搬媒
体中、例えば、空中や、水中、あるいは、固体中にある
ものとする。探触子６１、６１、６３、・・・、６Ｎ
は、送信部９及び受信部１０に接続されている。受信部
１０は信号処理部１１に接続されている。制御部３は、
送信部９、受信部１０及び信号処理部１１に接続されて
いる。なお、信号処理部１１は図示していないが、内部
にメモリを有しており、このメモリに信号処理部１１に
おいて演算・算出された種々の結果が適宜記憶されると
ともに、信号処理部１１に入力された入力信号が適宜記
憶される。また、後述するフロー図に示される第１候補
導出手段、第２候補導出手段、第３導出手段が信号処理
ステップを集積して形成されている。また、図示はして
いないが、信号処理部１１からは、処理状況を示す信号
が適宜制御部３に入力され、その入力に基づき制御部３
は送信部９、受信部１０、信号処理部１１に対し、制御
信号を出力して送信部９、受信部１０、信号処理部１１
の制御を司る。

【００３０】図２は、図１に示した超音波計測装置の動
作を説明するための波形図である。図２（ａ）は、送信
部９から発生され、第ｎの探触子６ｎを励振する送信信
号の波形図である。図２（ｂ）は、物体８から反射さ
れ、第ｎの探触子６ｎで受信されたエコーの波形図であ
る。図３（ａ）〜（ｄ）は、第ｎの探触子６ｎを励振す
る送信信号の他の波形図である。図４ないし図６は第ｎ
の探触子による送受信信号の処理を説明する図である。

【００３１】次に、実施の形態１の動作を第ｎの探触子
の信号について説明する。送信部９から第ｎの探触子６
ｎを励振するための送信信号が発生される。この送信信
号は、キャリア角周波数がω_n1の第１のバースト信号
と、キャリア角周波数がω_n2の第２のバースト信号とか
らなり、図２（ａ）に示すように、これら２種類の周波
数のバースト信号が送信繰り返し周期Ｔｒごとに交互に
繰り返されている。すなわち、第ｎの探触子６ｎから、
キャリア角周波数がω_n1のバースト状送信信号と、キャ
リア角周波数がω_n2のバースト状送信信号とが、検出対
象である物体８に対し送信される。これら２種類のバー
スト信号が角周波数ω_n1及びω_n2に対応する周波数を、
それぞれ、ｆ_n1及びｆ_n2とする。以下、キャリア角周波
数がω_n1の送信バースト信号を第ｎの探触子６ｎの第１
の送信信号と呼び、キャリア角周波数がω_n2の送信バー
スト信号を第ｎの探触子６ｎの第２の送信信号と呼ぶ。
この実施の形態においては、便宜上角周波数ω_n1は、角
周波数ω_n2よりも小さく設定してあるが、ω_n1、ω_n2は
同一でなければよいものである。ここでこの明細書中に
おけるバースト信号とは信号の継続時間が有限の信号を
広く意味し、例えば、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及
び、（ｄ）に示されるような波形の信号もこのバースト
信号に含まれる。また、図１の構成においては、以下に
説明する第ｎの探触子６ｎに加えられる送信と同期し
て、他の探触子６１ないしＮに対しても同様に２つの周
波数のバースト信号が印加され、それぞれの反射信号で
ある受信信号が、信号処理の過程で分離してそれぞれ処
理される。

【００３２】さて、この発明においては、送信部９から
発生され第１〜第Ｎの探触子６１〜６Ｎのうちの１つの
探触子６ｎを励振するために上述のように２種類の送信
信号が割り当てられる。したがって、１つの探触子６ｎ
には第１と第２の２種類の角周波数ω_n1とω_n2が割り当
てられていることになる。すなわち、第１の探触子６１
にはω₁₁とω₁₂、第２の探触子６２にはω₂₁とω₂₂、第
３の探触子６３にはω₃₁とω₃₂、・・・、第Ｎの探触子
６Ｎにはω_n1とω_n2が割り当てられている。さらに、こ
れら２Ｎ個の角周波数ω₁₁、ω₁₂、ω₂₁、ω₂₂、ω₃₁、
ω₃₂、・・・、ω_N1、ω_N2は互いに異ならせてある。こ
のようにこの発明は、同時に複数のｎ個の異なる探触子
対応に複数の送信バースト信号を印加し、受信処理する
ことに特徴がある。上記では説明の都合上、探触子６１
ないし６Ｎの全てが異なる角周波数ω_n1ないしω_nNを持
つとしたが、実用上は少なくとも相隣り合う探触子６ｎ
−１と６ｎ、または６ｎと６ｎ＋１が異なる角周波数で
あればよく、それより遠い探触子からの影響は少なくな
る。

【００３３】第１の探触子６１の第１の送信信号、第２
の探触子６２の第１の送信信号、第３の探触子６３の第
１の送信信号、・・・、第Ｎの探触子６Ｎの第１の送信
信号は、同じ送信繰り返し周期において同時に発生され
る。次の送信繰り返し周期において、第１の探触子６１
の第２の送信信号、第２の探触子６２の第２の送信信
号、第３の探触子６３の第２の送信信号、・・・、第Ｎ
の探触子６Ｎの第２の送信信号が、同時に発生される。

【００３４】図２（ａ）に示した送信信号により、第ｎ
の探触子６ｎを励振し、超音波パルスを物体８に照射す
る。超音波パルスの波形は、第ｎの探触子６ｎの帯域幅
が有限であるので、図２（ａ）に示した送信信号の波形
とは異なったものとなるが、ここでは、説明の簡単のた
め、探触子６ｎの帯域幅が十分広いものとして、超音波
パルスの波形が近似的に送信信号の波形と等しいものと
して説明する。また、探触子６ｎにより超音波パルスを
受信する際も、同様に、電気信号として受信されたエコ
ーの波形は、超音波パルスに近似的に等しいものとして
説明する。

【００３５】物体８から反射された超音波パルスを第ｎ
の探触子６ｎにより受信する。上述したように、第１〜
第Ｎの探触子６１〜６Ｎの第１の送信信号は同時に送信
されているので、これらの送信信号を送信した送信繰り
返し周期において第ｎの探触子６ｎで受信されるエコー
は、第ｎの探触子６ｎの第１の送信信号に対応するもの
のみ受信されるとは限らない。しかし、まずは、第ｎの
探触子６ｎで受信されたエコーの中で、第ｎの探触子６
ｎの第１の送信信号を送信した送信繰り返し周期におい
ては、この送信信号に対応するエコーのみを対象にして
考えてみる。同様に、第ｎの探触子６ｎの第２の送信信
号を送信した送信繰り返し周期においては、この送信信
号に対応するエコーのみを対象にして考えてみる。

【００３６】このように対象とするエコーを限定した場
合、受信エコーは図２（ｂ）に示すように、キャリア角
周波数がω_n1のバースト信号と、キャリア角周波数がω
_n2のバースト信号とからなり、これら２種類のバースト
信号が送信繰り返し周期ごとに交互に繰り返されて受信
される。別の表現をすれば、超音波パルスの送信と受信
を兼用した第ｎの探触子６ｎによって、第ｎの探触子６
ｎの第１及び第２の送信信号にそれぞれ対応する検出対
象である物体８からの２つのバースト状のエコー信号が
受信される。なお、図２（ｂ）中、τ_n は探触子６ｎか
ら物体８まで超音波が往復する時間である。受信エコー
は、受信部１０で増幅され、その後、信号処理部１１へ
伝達される。制御部３は、装置各部を制御して動作させ
るためのものである。

【００３７】信号処理部１１における受信エコーの信号
処理手順は、基本的な１つの探触子による検出装置とし
て、先の特願平７−３８３９２号にて詳述された手順と
以下述べるように同様であるが、図４ないし図６を用い
てその概要を説明する。まず、第１の候補導出手段とし
て以下の手続きで候補である距離Ｌと包絡線を導出す
る。図４は第ｎの探触子についての送信部、受信部、信
号処理部での動作を表す動作フロー図である。以下、こ
の図のＳ１１等で表されるステップを引用して記述す
る。キャリア角周波数がω_n1の第ｎの探触子６ｎの第１
の送信信号をｓ_n1（ｔ）で表す。この送信信号を送信し
ている送信繰り返し周期において、ｓ_n1（ｔ）は次の式
（１）で表される。 ここで、ｔは時間、φ_n1は固定位相、Ｔ_n01 はキャリア
角周波数がω_n1のバースト信号の継続時間である。ここ
では、簡単のため、振幅は１としている。このようにし
ても以下の説明は一般性は失わない。図２（ａ）では、
位相φ_n1を零として図示しているが、位相φ_n1は、制御
部３からの信号で制御し、所要の値に設定する。位相φ
_n1は一般的には零でなくてもよい。これは図４のＳ１１
に対応する。

【００３８】第ｎの探触子６ｎで受信されるエコーのう
ち、対象とするエコーを第ｎの探触子６ｎの第１の送信
信号に対応するエコーのみに限定しているので、このエ
コー信号をｒ_n1（ｔ）で表すと、ｒ_n1（ｔ）は次の式
（２）のようになる。 ｒ_n1（ｔ）＝Ａ_n （ω_n1） ×ｓｉｎ（ω_n1ｔ＋φ_n1−２Ｌ_n ω_n1／Ｖ）、 τ_n ≦ｔ≦τ_n ＋Ｔ_n01 、 ＝０、 ０≦ｔ＜τ_n 及びｔ＞τ_n ＋Ｔ_n01 （２） ここで、Ａ_n （ω_n1）は振幅である。Ｌ_n は探触子６ｎ
から物体８までの超音波パルスの片道の伝搬距離を表
し、Ｖは超音波伝搬媒体中の音速である。以下、受信エ
コーｒ_n1（ｔ）を第ｎの探触子６ｎの第１のエコーと呼
ぶ。これは図４のＳ１２に対応する。

【００３９】信号処理部１１は、第１の候補導出手段と
して以下の演算を行う。信号処理部１１では、次の式
（３．ａ）及び（３．ｂ）で表される２種類の参照信号
ｕ_n1s （ｔ）及びｕ_n1c （ｔ）を発生させる。 ｕ_n1s （ｔ）＝ｓｉｎ（ω_n1ｔ＋ψ_n1）（３．ａ） ｕ_n1c （ｔ）＝ｃｏｓ（ω_n1ｔ＋ψ_n1）（３．ｂ） ここで、ψ_n1は固定位相である。位相ψ_n1は制御部３か
らの信号で制御し、所要の値に設定する。以下、参照信
号ｕ_n1s （ｔ）及びｕ_n1c （ｔ）を、それぞれ、第ｎの
探触子６ｎの第１のエコーの第１の参照信号、及び、第
ｎの探触子６ｎの第１のエコーの第２の参照信号と呼
ぶ。

【００４０】信号処理部１１では、第ｎの探触子６ｎの
第１のエコーｒ_n1（ｔ）と、第ｎの探触子６ｎの第１の
エコーの第１の参照信号ｕ_n1s （ｔ）とを乗算する。こ
れは図４のＳ１３に対応する。更に、この乗算により得
られた信号において、角周波数２ω_n1の近傍の成分をフ
ィルタでカットする。これによって得られた信号を、ｇ
_n1（ｔ）で表すと、τ _n ≦ｔ≦τ_n ＋Ｔ_n01 において、 ｇ_n1（ｔ）＝［Ａ_n （ω_n1）／２］ ×ｃｏｓ（φ_n1−２Ｌ_n ω_n1／Ｖ−ψ_n1） （４） となる。０≦ｔ＜τ_n 、及び、ｔ＞τ_n ＋Ｔ_n01 におい
ては、上記フィルタの出力は次のように零である。 ｇ_n1（ｔ）＝０（０≦ｔ＜τ_n 、及び、ｔ＞τ_n ＋Ｔ
_n01 ）

【００４１】同様にして、第ｎの探触子６ｎの第１のエ
コーｒ_n1（ｔ）と、第ｎの探触子６ｎの第１のエコーの
第２の参照信号ｕ_n1c （ｔ）とを乗算し、角周波数２ω
_n1の近傍の成分をフィルタでカットする。これによって
得られる信号をｈ_n1（ｔ）で表す。ｈ_n1（ｔ）は、τ_n
≦ｔ≦τ_n ＋Ｔ_n01 において、 ｈ_n1（ｔ）＝［Ａ_n （ω_n1）／２］ ×ｓｉｎ（φ_n1−２Ｌ_n ω_n1／Ｖ−ψ_n1） （５） となる。また、０≦ｔ＜τ_n ，ｔ＞τ_n1＋Ｔ_n01 では上
記式（５）は零である。ｈ_n1（ｔ）＝０（０≦ｔ＜
τ_n 、及び、ｔ＞τ_n ＋Ｔ_n01 ）で、これは図４のＳ１
４に対応する。

【００４２】以上の演算結果ｇ_n1（ｔ）及びｈ_n1（ｔ）
より、第ｎの探触子６ｎの第１のエコーの包絡線、及
び、位相を求める演算を行う。包絡線は、次の演算で求
められる。まず、ｇ_n1（ｔ）を２乗し、ｈ_n1（ｔ）も２
乗し、これらの２つの２乗した結果を加算し、さらに、
この加算結果を４倍する。その後、以上の演算で得られ
た結果を、２分の１乗する演算を行う。これによって、
τ_n ≦ｔ≦τ_n ＋Ｔ_n01において、Ａ_n （ω_n1）の値を
もち、０≦ｔ＜τ_n 及び、ｔ＞τ_n ＋Ｔ_n01 において、
零の値をもつ包絡線が得られる。

【００４３】次に、位相は、余弦成分と正弦成分とが、
それぞれ、ｇ_n1（ｔ）及びｈ_n1（ｔ）から得られている
ので、簡単な三角関数演算によって求められる。得られ
た位相をθ_n1とすると、 θ_n1＝−２Ｌ_n ω_n1／Ｖ＋φ_n1−ψ_n1＋２απ （６） となる。ここで、αは整数である。これらは図４のＳ１
５に対応する。

【００４４】さて、次に、第２の候補導出手段として以
下の手続きで候補である距離Ｌと包絡線を導出する。キ
ャリア角周波数ω_n2である第ｎの探触子６ｎの第２の送
信信号を送信した送信繰り返し周期において、第ｎの探
触子６ｎで受信されるエコーのうち、対象とするエコー
を、上述したように、第ｎの探触子６ｎの第２の送信信
号に対応するエコーのみに限定して考えてみる。このエ
コー信号をｒ_n2（ｔ）で表す。これは図４のＳ２２に対
応する。このエコー信号ｒ_n2（ｔ）を、同様に信号処理
部１１で処理する。時間原点を送信繰り返し周期Ｔｒだ
けずらして考えても一般性を失わないので、時間原点
は、第ｎの探触子６ｎの第２の送信信号の発生時間とす
る。第ｎの探触子６ｎの第２の送信信号をｓ_n2（ｔ）、
固定位相をφ_n2とする。エコーｒ_n2（ｔ）を第ｎの探触
子６ｎの第２のエコーと呼ぶ。送信信号ｓ_n2（ｔ）及び
エコーｒ_n2（ｔ）は、それぞれ、式（１）及び式（２）
の右辺において、ω_n1をω_n2で、φ_n1をφ_n2で、Ｔ_{n0 1}
をＴ_n02 で置き換えた式で与えられる。

【００４５】信号処理部１１では、式（３．ａ）及び式
（３．ｂ）の右辺において、それぞれ、ω_n1をω_n2で置
き換えるともに、固定位相ψ_n1を固定位相ψ_n2で置き換
えて得られる２種類の参照信号を発生する。これらの参
照信号をそれぞれ、ｕ_n2s （ｔ）、及び、ｕ_n2c （ｔ）
とする。これらの参照信号ｕ_n2s （ｔ）、及び、ｕ_{n2 c}
（ｔ）を、それぞれ、第ｎの探触子６ｎの第２のエコー
の第１の参照信号、及び、第ｎの探触子６ｎの第２のエ
コーの第２の参照信号と呼ぶ。

【００４６】信号処理部１１では、第ｎの探触子６ｎの
第２のエコーｒ_n2（ｔ）と、第ｎの探触子６ｎの第２の
エコーの第１の参照信号ｕ_n2s （ｔ）とを乗算し、一
方、第ｎの探触子６ｎの第２のエコーｒ_n2（ｔ）と、第
ｎの探触子６ｎの第２のエコーの第２の参照信号ｕ_n2c
（ｔ）とを乗算し、これらは図４のＳ２３に対応する
が、更にそれぞれ、角周波数２ω_n2近傍成分をカットす
るフィルタを通す演算を行う。これらの演算によって、
０≦ｔ＜τ_n 、及び、ｔ＞τ_n ＋Ｔ_n02 の時間範囲で
は、零の値をとり、τ_n ≦ｔ≦τ_n ＋Ｔ_n02 の時間範囲
では、式（４）及び式（５）の右辺において、ω_n1をω
_n2、φ_n1をφ_n2、ψ_n1をψ_n2で置き換えた式で与えられ
る信号が得られる。これらの信号をそれぞれ、ｇ
_n2（ｔ）およびｈ_n2（ｔ）とする。これは図４のＳ２４
に対応する。

【００４７】以上の演算結果ｇ_n2（ｔ）及びｈ_n2（ｔ）
より、第ｎの探触子６ｎの第２のエコーの包絡線、及
び、位相を求める演算を、上述した第ｎの探触子６ｎの
第１のエコーの場合と同様の信号処理演算によって行
う。これは図４のＳ２５に対応する。これによって、τ
_n ≦ｔ≦τ_n ＋Ｔ_n02 において、Ａ_n （ω_n2）の値をも
ち、０≦ｔ＜τ_n 、及び、ｔ＞τ_n ＋Ｔ_n02 において、
零の値をもつ包絡線が得られる。一方、得られた位相を
θ_n2で表すと、位相θ_n2は、次の式（７）のようにな
る。 θ_n2＝−２Ｌ_n ω_n2／Ｖ＋φ_n2−ψ_n2＋２βπ （７） ここで、βは整数である。

【００４８】図５は式（６）、式（７）と距離の関係を
示しており、ｎ＝１の説明図である。太線は第１の角周
波数、点線は第２の角周波数のエコーに基づく直線であ
り、黒丸印、白丸印が求める距離候補である。さて、式
（６）および式（７）において、固定位相φ_n1、ψ_n1、
φ_n2、および、ψ_n2は、あらかじめわかっている。しか
し、整数αおよびβが、不明である。αあるいはβがわ
かれば、ω_n1及びω_n2は既知であるから、音速Ｖがあら
かじめわかっていれば、測定した位相θ_n1あるいはθ_n2
から、式（６）あるいは式（７）を使って距離Ｌ_n を求
めることが可能である。

【００４９】測定した位相θ_n1あるいはθ_n2から、式
（６）あるいは式（７）を使って距離Ｌ_n を求める信号
処理手順は、上記の特願平７−３８３９２号に詳細に記
述されているので、ここでは省略するが、要するに、位
相θ_n1およびθ_n2の情報と、第ｎの探触子６ｎの第１あ
るいは第２のエコーのどちらかの振幅、あるいは、上述
の信号処理手順にしたがって求めた包絡線の情報に基づ
いて求めている。図５は黒丸印と白丸印が長期的に一致
する点のみ（周期的に現れる）を表していて、このどれ
かが真の求める距離であり、それは他の領域範囲の推定
を併用している。これは図２のＳ６、Ｓ７に対応する。
また図６はこのことを説明する図である。別の表現をす
れば次のようになる。第ｎの探触子６ｎの第１のエコー
ｒ_n1（ｔ）及び第２のエコーｒ_n2（ｔ）にそれぞれ基づ
き、より具体的に言えば、位相θ_n1あるいはθ_n2に基づ
き、周波数ｆ_n1および周波数ｆ_n2にそれぞれ関する検出
対象に関する物理量である距離の候補が、上記信号処理
手順にしたがってそれぞれまず導出され、次に、周波数
ｆ_n1による候補および周波数ｆ_n2による候補に基づき、
２つの周波数ｆ_n1および周波数ｆ_n2の組み合わせに関連
した候補である距離Ｌ_n が導出される。なお、信号処理
部１１が行う動作として、図７のフローを行うようにし
てもよい。

【００５０】さて、これまでは、第ｎの探触子６ｎで受
信されたエコーの中で、第ｎの探触子６ｎの第１の送信
信号を送信した送信繰り返し周期においては、この送信
信号に対応するエコーのみを対象にし、同様に、第ｎの
探触子６ｎの第２の送信信号を送信した送信繰り返し周
期においては、この送信信号に対応するエコーのみを対
象にして説明してきた。しかし、探触子６１〜６Ｎの配
列間隔が小さい場合や、物体８の表面の凹凸形状が空間
的に激しく変化するような場合には、第１〜第Ｎの探触
子６１〜６Ｎの第１の送信信号は同時に送信されている
ので、図８に矢印を付した線で示す超音波パルスの伝搬
経路のように、第ｎの探触子６ｎの第１の送信信号によ
って第ｎの探触子６ｎから送信された超音波パルスは、
隣接した第（ｎ−１）の探触子６（ｎ−１）や、第（ｎ
＋１）の探触子６（ｎ＋１）で受信されることがある。
一般に、ｍを、１からＮまでのｎとは異なる整数とし
て、第ｎの探触子６ｎの第１の送信信号によって第ｎの
探触子６ｎから送信された超音波パルスは、第ｍの探触
子６ｍでも受信されることがある。

【００５１】図８に示したような経過を辿って受信され
たエコーは、妨害エコーに相当する。このような妨害エ
コーは、この発明を厚さ計測に適用した場合などにおい
て、例えば図９に示すように、超音波伝搬媒体が固体で
あればその側面などで多重反射してかなり遅れて戻って
くることもあるので、その伝搬経路によっては、送信繰
り返し周期をかなり遅くしたとしても、第１〜第Ｎの探
触子６１〜６Ｎの第１の送信信号を送信した送信繰り返
し周期の次の周期で受信されることもある。第１〜第Ｎ
の探触子６１〜６Ｎの第２の送信信号も同時に送信され
ているので、同様のプロセスにより妨害エコーが発生す
る。この発明に係わる検出方法並びに検出装置は、上述
したような妨害エコーの影響を受けずに距離などの物理
量を検出できる特徴を有してるものであり、次にその様
子を説明する。

【００５２】以下、ｍを１からＮまでの間の整数で、ｎ
とは等しくないものとする。第ｎの探触子６ｎで受信し
た第ｎの探触子６ｎの第１のエコーに、第ｍの探触子６
ｍの第１の送信信号に関係するエコーが重畳したものと
する。この重畳したエコーは妨害エコーであり、そのキ
ャリア角周波数はω_m1である。一方、第ｎの探触子６ｎ
の第１のエコーは、所要のエコーであり、そのキャリア
角周波数はω_n1である。

【００５３】さて、第ｎの探触子６ｎの第１のエコー
は、上述したように、式（３．ａ）で与えられる参照信
号ないしは式（３．ｂ）で与えられる参照信号が乗算さ
れる。これらの参照信号の角周波数はω_n1である。それ
ぞれの乗算結果において、次に、角周波数２ω_n1近傍の
成分がカットされる。言い方を変えれば、ベースバンド
の成分である信号が、信号ｇ_n1（ｔ）及び信号ｈ
_n1（ｔ）として取り出される。この信号処理過程におい
て、第ｍの探触子６ｍの第１の送信信号に関係するエコ
ーも同時に式（３．ａ）で与えられる参照信号ないしは
式（３．ｂ）で与えられる参照信号が乗算される。乗算
結果として得られる信号は、角周波数が、（ω_n1＋
ω_m1）近傍の成分と、（ω_n1−ω_m1）近傍の成分とにな
る。しかし、これらの信号は、角周波数ω_n1と角周波数
ω_m1とは上述したように異なっているので、上記のベー
スバンドの成分である信号ｇ_n1（ｔ）及び信号ｈ
_n1（ｔ）を取り出すフィルタリングの信号処理過程にお
いてカットされる。したがって、第ｎの探触子６ｎによ
って、第ｍの探触子６ｍの第１の送信信号に関係するエ
コーも受信はされるが、そのエコーは、フィルタリング
の信号処理過程でカットされ最終結果には影響を与えな
いこととなる。

【００５４】同様に、第ｎの探触子６ｎで受信した第ｎ
の探触子６ｎの第２のエコーに、第ｍの探触子６ｍの第
２の送信信号に関係するエコーが重畳したものとする。
この重畳したエコーは妨害エコーであり、そのキャリア
角周波数はω_m2である。一方、第ｎの探触子６ｎの第２
のエコーは、所要のエコーであり、そのキャリア角周波
数はω_n2である。

【００５５】さて、第ｎの探触子６ｎの第２のエコー
は、上述した信号処理過程から分かるように、キャリア
角周波数がω_n2の２つの参照信号が乗算され、それぞれ
の乗算結果において、角周波数２ω_n2近傍の成分がカッ
トされる。言い方を変えれば、ベースバンドの成分であ
る信号が、信号ｇ_n2（ｔ）及び信号ｈ_n2（ｔ）として取
り出される。この信号処理過程において、第ｍの探触子
６ｍの第２の送信信号に関係するエコーにも同時に、キ
ャリア角周波数がω_n2の上述と同じ２つの参照信号が乗
算されることになる。乗算結果として得られる信号は、
角周波数が、（ω_n2＋ω_m2）近傍の成分と、（ω_n2−ω
_m2）近傍の成分とになる。角周波数ω_n2とω_m2とは異な
っているから、これらの信号は、上記のベースバンドの
成分である信号ｇ_n2（ｔ）及び信号ｈ_n2（ｔ）を取り出
すフィルタリングの信号処理過程においてカットされ
る。したがって、第ｎの探触子６ｎによって、第ｍの探
触子６ｍの第２の送信信号に関係するエコーも受信はさ
れるが、そのエコーは、フィルタリングの信号処理過程
でカットされ最終結果には影響を与えないこととなる。

【００５６】以上のように、第ｎの探触子６ｎで受信し
た第ｎの探触子６ｎの第１のエコーに、第ｍの探触子６
ｍの第１の送信信号に関係するエコーが重畳しても、こ
の妨害エコーは、最終結果には影響を及ばさないし、ま
た、第ｎの探触子６ｎで受信した第ｎの探触子６ｎの第
２のエコーに、第ｍの探触子６ｍの第２の送信信号に関
係するエコーが重畳しても、この妨害エコーは、最終結
果には影響を及ばさない。さらに、同様に、第ｎの探触
子６ｎで受信した第ｎの探触子６ｎの第１のエコーに、
第ｍの探触子６ｍの第２の送信信号に関係するエコーが
重畳しても、この妨害エコーは、最終結果には影響を及
ばさないし、また、第ｎの探触子６ｎで受信した第ｎの
探触子６ｎの第２のエコーに、第ｍの探触子６ｍの第１
の送信信号に関係するエコーが重畳しても、この妨害エ
コーは、最終結果には影響を及ばさない。なぜなら、所
要のエコーのキャリア角周波数と、妨害エコーのキャリ
ア角周波数とが、これらの場合にも異なるからである。
さらに一般化して言えば、参照信号のキャリア角周波数
と異なるキャリア角周波数を有する妨害エコーは最終結
果には影響を及ぼさない。したがって、第ｎの探触子６
ｎで受信した第ｎの探触子６ｎの第１のエコーに、同じ
第ｎの探触子６ｎの第２の送信信号に関係するエコーが
重畳した場合においても、また、第ｎの探触子６ｎで受
信した第ｎの探触子６ｎの第２のエコーに、同じ第ｎの
探触子６ｎの第１の送信信号に関係するエコーが重畳し
た場合においても、これらの妨害エコーは、最終結果に
は影響を及ばさない。

【００５７】以上の説明から分かるように、この発明に
おいては、１つの探触子での複数周波数による演算を特
徴とする装置での効果はそのまま得られることに加え
て、第１から第Ｎの探触子６１〜６Ｎを近接して配置し
た場合や、物体８の表面の凹凸形状が空間的に激しく変
化するような場合などにおいて、各探触子６１〜６Ｎで
受信される所要のエコーに、妨害エコーが重畳しても、
これらの妨害エコーの影響を受けずに計測できる利点が
ある。また、上述の説明から分かるように、第１から第
Ｎの探触子６１〜６Ｎの第１の送信信号は同じ送信繰り
返し周期内で同時に発生され、第１から第Ｎの探触子６
１〜６Ｎの第２の送信信号は、次の送信繰り返し周期内
で同時に発生されているので、最低２回の送信繰り返し
のみで結果が得られる。さらに、各探触子６１〜６Ｎで
受信されたエコーは同時に並行して信号処理できる。し
たがって、この信号処理スピードを速くすれば、最低、
送信繰り返し周期の２倍の時間内に結果を得ることが可
能である。

【００５８】次に、第１から第Ｎの探触子６１〜６Ｎに
割り当てるキャリア角周波数の選択についてもう少し詳
細に説明する。実施の形態１で述べたように、第ｎの探
触子６ｎの第１のエコーは、第ｎの探触子６ｎの第１の
エコーの第１及び第２の参照信号と乗算され、その結果
として得られる信号からフィルタリング処理によって、
ベースバンドの成分が取り出される。同様に、第ｎの探
触子６ｎの第２のエコーは、第ｎの探触子６ｎの第２の
エコーの第１及び第２の参照信号と乗算され、その結果
として得られる信号からフィルタリング処理によって、
ベースバンドの成分が取り出される。

【００５９】このフィルタリング処理において、実際の
エコーは有限なパルス幅を有している信号であるから、
上記のベースバンドの成分は直流成分のみでなく、直流
近傍に周波数が広がったスペクトルを有する。したがっ
て、このスペクトルの主成分が通過するようにフィルタ
リング処理を施すことになる。このとき、上述した妨害
エコーと、第ｎの探触子６ｎの第１のエコーの第１及び
第２の参照信号との乗算結果、及び、上述した妨害エコ
ーと、第ｎの探触子６ｎの第２のエコーの第１及び第２
の参照信号との乗算結果において、（ω_n1−ω_m1）近傍
の成分や、（ω_n2−ω_m2）近傍の成分が、上記フィルタ
リング処理で十分取り除けるように、角周波数ω_n1、ω
_m1、ω_n2、ω_m2を選択する必要がある。具体的には、
（ω_n1−ω_m1）を中心としたスペクトルや、（ω_n2−ω
_m2）を中心としたスペクトルにおいて、ピークから３ｄ
Ｂダウンした周波数が、上述したフィルタリング処理で
用いるフィルタのカットオフ周波数よりも高い周波数に
来るように、角周波数ω_n1、ω_m1、ω_n2、ω_m2を選択す
れば良い。なお、３ｄＢよりも無論６ｄＢダウンした周
波数、さらに１２ｄＢダウンした周波数が上記カットオ
フ周波数よりも高い周波数に来るように、角周波数
ω_n1、ω_m1、ω_n2、ω_m2を選択できればそれに越したこ
とはなく、より精度の高い計測が行える。以上述べたよ
うに、各探触子６１〜６Ｎに割り当てる角周波数は、妨
害エコーが参照信号と乗算された結果として得られる低
周波数側の成分が、所要のベースバンド近傍の成分に殆
ど影響を及ぼさないような互いの関係となるように選択
する必要がある。

【００６０】以上複数の探触子による同時検出について
説明したが、この発明は、先の１つの探触子での複数周
波数による演算を特徴とする装置での効果に更に加え
て、複数の探触子による同時測定が互いに干渉を防いで
精度よく行える効果がある。特に、距離の計測のみでな
く音速や物体そのものの有無の検出に適用することも当
然可能である。

【００６１】実施の形態２．本実施の形態では、同時に
複数点で計測することに関連する事項を説明する。即
ち、実施の形態１では、各探触子は送信と受信を兼ねる
送受信探触子としたが、図１０に示すように各種の構成
が可能であり、それぞれに特徴がある。まず、図１の基
本構成での送受信兼用の探触子の構成によると、実は図
２のイ及びロの点線表示の受信回路への送信信号の回り
込みが発生するのに対して、図１０（ａ）のように送信
端と受信端とで探触子を分ければ、つまり探触子をペア
にして用いると探触子の数は倍になるが、この受信回路
への送信信号の直接の回り込み、電気的な漏れが防げ
て、送信信号の継続時間に対応するデッド時間がなくな
る。図１０（ｂ）のように探触子を第１と第２の周波数
対応で分離してそれぞれ専用にすると、各探触子は対応
する周波数で所定の性能を持てばよく、１つの探触子で
第１と第２の両方の周波数をカバーする図１の構成と比
較すると、簡単で安価な素子を利用できる。また大出力
の素子が利用できる。また、図１０（ｃ）のように探触
子を少なくとも送信側では第１の周波数用と第２の周波
数用に分離してそれぞれ専用にすると、これら２つの送
信は同時に送信することができ、つまり１回の送信繰り
返しのみでよく、図１の基本構成に比較して検出時間の
短縮ができる。また更に、図１０（ｄ）に示すようにｎ
点での探触子を送信端についても受信端についても第１
と第２の周波数用に専用化すると、構成探触子の数は図
１の構成の４倍になるが、最も送受信の相互干渉がな
く、大出力が得られて、また検出時間が短くてすむ。

【００６２】また、実施の形態１においては、個別の探
触子を複数個用いる場合について説明したが、これらの
複数の探触子は、一体化して１つのケースに納入してな
る１つの探触子としても構わない。また、探触子は振動
子であってもよく、さらに、これらの複数の振動子を一
体化して１つのケースに納入した１つの探触子を使って
も構わない。

【００６３】

【発明の効果】上記のようにこの発明によれば、複数の
送信端に対する同時送信手段と、対応受信手段と、第１
の候補導出手段と第２の候補導出手段と、第３の導出手
段を備えたので、検出対象に関する物理量を妨害エコー
の影響を受けることなく同時に複数の物理量を、精度よ
く検出できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１における検出装置の
構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態１における検出装置の
動作を説明するための波形図である。

【図３】 この発明の実施の形態１における検出装置を
説明するための波形図である。

【図４】 この発明の検出方法の動作を示すフローチャ
ート図である。

【図５】 図４の処理の動作を説明する図である。

【図６】 図４の処理の動作を説明する図である。

【図７】 この発明の他の検出方法の動作を示すフロー
チャート図である。

【図８】 この発明の実施の形態の動作を説明する超音
波パルスの伝搬経路を示す図である。

【図９】 この発明の実施の形態の動作を説明する超音
波パルスの伝搬経路を示す図である。

【図１０】 探触子の各種の構成を示す図である。

【図１１】 従来の超音波計測装置の構成図である。

【図１２】 従来の超音波計測装置の動作を説明する波
形図である。

【図１３】 従来の超音波計測装置の動作を説明する波
形図である。

【符号の説明】

１ パルサ、２ レシーバ、２４ タイミング部、３
制御部、４ 水平掃引部、５ 表示部、６，６１〜６Ｎ
探触子、７ 試験体、８ 物体、９ 送信部、１０
受信部、１１ 信号処理部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三須 幸一郎 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内 (72)発明者 永塚 勉 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三菱電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−194058（ＪＰ，Ａ) 木村友則他５名，「２周波数位相検出 による高分解能超音波距離計測法」，日 本音響学会誌，日本，社団法人日本音響 学会，1996年 ３月 １日，第52巻、第 ３号，第179−186頁 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 29/00 - 29/28 G01S 15/00 - 15/96 A61B 8/00 - 8/15 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも相隣り合う受信端では異なる
   周波数で、かつ各送信端対応でも異なる第１と第２の周
   波数の超音波バースト信号を用意し、Ｎ個（Ｎは２以上
   の自然数）の上記送信端から検出対象に上記超音波バー
   スト信号を送信する送信手段と、 上記検出対象からの上記第１と第２の周波数の送信バー
   スト信号による反射信号を上記対応するＮ個の受信端で
   受信する受信手段と、 上記第１の周波数の送信信号と同一周波数の正弦波であ
   るＡ参照信号と、該Ａ参照信号と同一周波数で同一の固
   定位相に設定された余弦波であるＢ参照信号とを組にし
   て第１群の参照信号として、該第１群の参照信号と上記
   第１の周波数対応の受信信号とを乗算し、所定演算して
   得られる第１の周波数対応の受信信号の位相と包絡線ま
   たは上記第１の周波数対応の受信信号の振幅を得る第１
   の候補導出手段と、 上記第２の周波数の送信信号と同一周波数の正弦波であ
   るＣ参照信号と、 該Ｃ参照信号と同一周波数で同一の
   固定位相に設定された余弦波であるＤ参照信号とを組に
   して第２群の参照信号として、該第２群の参照信号と上
   記第２の周波数対応の受信信号とを乗算し、所定演算し
   て得られる第２の周波数対応の受信信号の位相と包絡線
   または上記第２の周波数対応の受信信号の振幅を得る第
   ２の候補導出手段と、 上記第１の候補導出手段出力と、上記第２の候補導出手
   段出力とを用いて該両出力の上記位相が示す一致した距
   離を推定する第３の導出手段を備えた検出装置。
2. 【請求項２】 Ｎ個の送信端での周波数を、全て異なる
   周波数としたことを特徴とする請求項１記載の検出装
   置。
3. 【請求項３】 Ｎ個の送信端は、対応する受信端を兼ね
   ることを特徴とする請求項１記載の検出装置。
4. 【請求項４】 Ｎ個の送信端は、第１と第２の周波数用
   に分離して２Ｎ個として第１と第２の周波数対応で送信
   することを特徴とする請求項１記載の検出装置。
5. 【請求項５】 Ｎ個の送信端は、受信を兼ねて送受信端
   とし、必要があれば第１と第２の周波数用に分離して最
   大２Ｎ個とし、各々第１の周波数対応のＮ個での送受信
   と、第２の周波数対応のＮ個での送受信を行うことを特
   徴とする請求項１記載の検出装置。
6. 【請求項６】 Ｎ個の受信端は、第１と第２の周波数用
   に分離して２Ｎ個として第１と第２の周波数対応で受信
   することを特徴とする請求項１記載の検出装置。
7. 【請求項７】 Ｎ個の送信端と、Ｎ個の受信端は分離し
   て別の探触子とすることを特徴とする請求項１記載の検
   出装置。
8. 【請求項８】 Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）の送信端と
   なる探触子と、少なくとも各上記送信端対応でも異なる
   第１と第２の周波数の超音波バースト信号を生成して供
   給する送信手段と、受信手段と、受信処理手段を備え、 Ｎ個の上記各送信端から検出対象に上記超音波バースト
   信号を送信する送信ステップと、 上記検出対象からの上記第１と第２の周波数の送信バー
   スト信号による反射信号を対応するＮ個の受信端で受信
   する受信ステップと、 上記第１の周波数の送信信号と同一周波数の正弦波であ
   るＡ参照信号と、該Ａ参照信号と同一周波数で同一の固
   定位相に設定された余弦波であるＢ参照信号とを組にし
   て第１群の参照信号として、該第１群の参照信号と上記
   第１の周波数対応の受信信号とを乗算し、所定演算して
   得られる第１の周波数対応の受信信号の位相と包絡線ま
   たは上記第１の周波数対応の受信信号の振幅を得る第１
   の候補導出ステップと、 上記第２の周波数の送信信号と同一周波数の正弦波であ
   るＣ参照信号と、 該Ｃ参照信号と同一周波数で同一の
   固定位相に設定された余弦波であるＤ参照信号とを組に
   して第２群の参照信号として、該第２群の参照信号と上
   記第２の周波数対応の受信信号とを乗算し、所定演算し
   て得られる第２の周波数対応の受信信号の位相と包絡線
   または上記第２の周波数対応の受信信号の振幅を得る第
   ２の候補導出ステップと、 上記第１の候補導出ステップの結果と、上記第２の候補
   導出ステップの結果とを用いて該両ステップの上記位相
   が示す一致した距離を推定する第３の導出ステップとを
   備えた検出方法。