JP3463454B2 - パルス式超音波センサ装置及びパルス式超音波センサ装置における送波間隔の決定方法 - 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、パルス式超音波セ
ンサ装置に係り、更に詳しくは、パルス式超音波センサ
装置から繰り返し送波される超音波の送波間隔の決定方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のパルス式超音波センサ装置の原
理を、車両検知用超音波センサ装置により説明する。図
５は、超音波センサ装置ＳＥ及び監視エリアＤＡの一例
を示した図である。超音波送受波器（不図示）を内蔵し
た超音波センサ装置ＳＥが、駐車場の上方に設置され、
この超音波センサ装置ＳＥから送波された超音波の反射
波を、上記超音波センサ装置ＳＥが再び受波して、物体
の存否を検出することができる。この検知が可能な空間
（図中の斜線を付した部分）を監視エリアＤＡと呼ぶ。

【０００３】図６は、この監視エリアＤＡ内に物体が存
在しない場合に、超音波センサ装置ＳＥが反射波を受波
した際の受波信号Ｓ０等の様子を示したものである。ま
ず、送波された超音波及びその残響波が検出され、その
後、床面Ｆでの反射波が検出されていることを示したも
のである。この超音波センサ装置ＳＥは、監視エリアＤ
Ａ内に車両等が存在すれば、この車両での反射波が、床
面Ｆからの反射波よりも早く到達することを利用して車
両の検知を行うものであり、受波した超音波が閾値レベ
ルＴＨを越えれば、検波信号Ｓ１として検出される。ま
た、残響波の受波から床面反射波の受波までの間におけ
る反射波を監視するため、検知ゲート信号Ｓ２が使用さ
れる。

【０００４】なお、図５において、監視エリアＤＡの最
も低い位置が、床面Ｆよりも高くなっているのは、温度
変化による検出誤差を考慮して、温度保証を行うための
余裕ＬＳを設けたものであり、図６における温度保証時
間ｔＳに対応するものである。図７は、この監視エリア
ＤＡ内に車両Ｃが存在する際の様子を示したものであ
り、図８は、この時の受波信号Ｓ０等の様子を示したも
のである。残響波の受波から床面反射波の受波までの間
に、車両Ｃでの反射波が受波されているため、検波信号
Ｓ１と検知ゲート信号Ｓ２との論理積を求めれば、車両
Ｃによる検波信号のみを取り出すことができ、車両Ｃの
検知を行うことができる。

【０００５】図９の（Ａ）、（Ｂ）は、超音波センサ装
置ＳＥから送波された超音波の一部が、天井面Ｔ及び床
面Ｆで繰り返し反射される様子を示したものである。超
音波センサ装置ＳＥから床面Ｆに向けて送波された超音
波は、床面Ｆで反射され、その一部は、更に天井面Ｔで
反射されて再び床面Ｆへ向かう。この様にして、一部の
超音波は、天井面Ｔと床面Ｆとの間を往復しながら減衰
していくため、超音波センサ装置ＳＥでは、反射波が繰
り返し検出されることになる。

【０００６】従って、反射波の減衰時間に比べて、超音
波の送波間隔が短い場合には、前回の往復反射波が、車
両Ｃからの反射波として検出されるおそれがある。過去
に自らが送波した超音波が、床面Ｆ、天井面Ｔ間を往復
して、多重回反射波として検出されているときに、次回
の送波を行えば、この送波に対応して検知ゲート信号が
出力される監視期間Ｔｃ内において、前回の送波による
反射波が検出される場合が生ずる。図１０はこの様子を
示したものであり、この様な場合には、車両が存在して
いないにも関わらず、監視期間Ｔｃ内において検波信号
が検出されて、車両Ｃが存在すると誤検知することにな
る。

【０００７】この様な誤検知を防止するため、従来のパ
ルス式超音波センサ装置は、前回の送波による反射波が
検出されなくなってから次回の送波を行っていた。即
ち、超音波を送波してから検波閾値レベルＴＨを越える
反射波が最後に検出されるまでの反射波混入時間Ｔｍを
予め予測して、この反射波混入時間Ｔｍの経過後に次回
の送波を行うことにより、多重回反射による誤検知を防
止していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記反射波混入時間Ｔ
ｍは、超音波センサ装置ＳＥの取付高さや取付方向等の
設置条件や、周囲温度等の環境条件によって異なるもの
である。このため、超音波の送波間隔を予め定める従来
の超音波センサ装置の場合には、全ての設置条件、環境
条件において誤検知の発生を防止する必要から、その送
波間隔は、反射波混入時間Ｔｍの最大値に基づいて予め
定められていた。

【０００９】この様子を図１１に示す。この図の
（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ図９の（Ａ）、（Ｂ）にお
ける超音波センサ装置ＳＥの動作を示した図であり、天
井面Ｔ、床面Ｆ間の距離の違いから、（Ａ）における反
射波混入時間Ｔｍと、（Ｂ）における反射波混入時間Ｔ
ｍとは異なっている。このため、反射波混入時間Ｔｍの
より長い（Ａ）の場合においても誤検知が生じない様
に、送波間隔Ｔを（Ａ）の場合における反射波混入時間
Ｔｍを基準として決定している。

【００１０】ここで、この種の超音波センサ装置を、監
視エリアＤＡ内を通過する検知対象物を検知する様な目
的で使用する場合には、ノイズ信号と区別して、検知対
象物を認識するため、その対象物体が通過する際に複数
回の検知を行うことが必要となる。しかしながら、検知
対象物の移動速度が速い場合であれば、送波間隔が長い
ために、検知回数が予め定められた所定の回数に満た
ず、検知対象物の通過を認識できない失報を生ずること
になる。

【００１１】一方、この様な問題を解決するため、超音
波の送波間隔を短くすると、上述した通り、設置条件、
環境条件等によっては誤検知を生ずるという問題が生ず
ることになる。本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、通過速度の速い検知対象物であっても、複数回
検知により認識することができるパルス式超音波センサ
装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載した本発
明によるパルス式超音波センサ装置は、超音波を送波
し、この送波タイミングを基準とした所定の監視期間内
において受波される反射波の有無により、監視エリア内
の物体の有無を検知するパルス式超音波センサ装置であ
って、所定の時間ΔＴを、天上面及び床面からの反射波
が受波される反射波混入間隔から監視期間を除いた期間
以上、かつ反射波混入間隔から超音波の送波期間を除い
た期間以下とし、超音波の送波間隔を（Ｔ−ΔＴ）、
Ｔ、（Ｔ＋ΔＴ）とした各場合において、それぞれの監
視期間内での反射波の検出結果を調べ、さらに上記Ｔを
任意値から所定値ΔＴずつ増加させ、或いは、減少させ
て、上記３つの送波間隔のうち、送波間隔（Ｔ−ΔＴ）
の場合においてのみ、反射波が検出される場合の時間Ｔ
を、その送波間隔として決定する構成とされる。

【００１３】請求項２に記載した本発明によるパルス式
超音波センサ装置は、請求項１に記載のパルス式超音波
センサ装置であって、上記パルス式超音波センサ装置
が、親機に１又は２以上の子器を接続して構成され、親
機からの送波タイミング信号に基づいて、各子器が超音
波を送波し、受波した反射波に基づいて、子器が親機に
対し検知有無信号を送出することにより、上記親機が送
波間隔を決定する構成とされる。

【００１４】請求項３に記載した本発明によるパルス式
超音波センサ装置の送波間隔決定方法は、超音波を送波
し、この送波タイミングを基準とした所定の監視期間内
において受波される反射波の有無により、監視エリア内
の物体の有無を検知するパルス式超音波センサ装置にお
いて、所定の時間ΔＴを、天上面及び床面からの反射波
が受波される反射波混入間隔から監視期間を除いた期間
以上、かつ反射波混入間隔から超音波の送波期間を除い
た期間以下とし、超音波の送波間隔を（Ｔ−ΔＴ）、
Ｔ、（Ｔ＋ΔＴ）とした各場合において、それぞれの監
視期間内での反射波の検出結果を調べ、さらに上記Ｔを
任意値から所定値ΔＴずつ増加させ、或いは、減少させ
て、上記３つの送波間隔のうち、送波間隔（Ｔ−ΔＴ）
の場合においてのみ、反射波が検出される場合の時間Ｔ
を送波間隔とされる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明によるパルス式超音波セン
サ装置の実施の一形態を図１〜図４を用いて以下に説明
する。図１の（ａ）は、本発明が適用されるパルス式超
音波センサ装置の一構成例を示した図である。このパル
ス式超音波センサ装置ＳＥは、子器ＳＥ０と親機ＳＥｃ
とが接続され、この子器ＳＥ０は超音波送受波器（不図
示）を備えて構成される。

【００１６】図１の（ｂ）は、親機ＳＥｃ、子器ＳＥ０
間で送受信される信号の一例を示した図である。親機Ｓ
Ｅｃから子器ＳＥ０に対して所定の送波間隔で送波タイ
ミング信号が送出され、子器ＳＥ０は、この送波タイミ
ング信号に基づいて超音波を送波する。そして、監視期
間内にその反射波を受波したかどうかを検知有無信号と
して親機ＳＥｃに対して出力する。なお、１つの親機Ｓ
Ｅｃに複数の子器ＳＥ０〜ＳＥｎが、接続される構成と
することもできる。

【００１７】図２は、本発明が適用されるパルス式超音
波センサ装置の動作の一例を示した図である。図中の
（ａ）は、超音波の受波信号の様子を示した図である。
送波タイミングにおいて、パルス幅ｔＷの超音波パルス
が送出された際、この送波パルス及びその残響波が検出
され、その後、床面からの反射波が検出される様子を示
している。反射波が受波される間隔は、天井面Ｔ及び床
面Ｆの距離等に基づいて決まり、これを反射波混入間隔
ｔｒと呼ぶ。なお、床面Ｆからの反射波の幅は、送波パ
ルスの幅ｔＷと同一又はｔＷ未満となる。

【００１８】図中の（ｂ）は、検波信号の様子を示した
図であり、上記受波信号が予め定められた閾値レベルＴ
Ｈを越えた場合に出力される。図中の（ｃ）は、検知ゲ
ート信号を示した図である。検知ゲート信号は、超音波
の送波タイミングから時間ｔ０が経過した後に出力が開
始され、監視期間Ｔｃの間出力される。検知ゲートの終
期から次回の受波信号までの期間ｔＳは、上述した温度
保証時間である。

【００１９】図３は、本発明の一実施例を示した図であ
る。図中の（ａ）は、前回の送波からの経過時間を示し
たものであり、送波間隔を様々に変化させた場合の一例
を示したものである。図中の（ｂ）は、前回の送波によ
る反射波の検波信号を示した図である。図中の（ｃ）
は、（ａ）に示した各タイミングにより次回の送波を行
った場合における検知ゲート信号を示したものであり、
これらの検知ゲート信号は、上記の各タイミングから時
間ｔ０が経過した後の期間Ｔｃの間、高レベルとなり、
この期間が監視期間となる。

【００２０】なお、この試験動作は、監視エリアＤＡ内
に検知対象物が存在しない状態において行われるため、
過去に送波した超音波の反射波以外の反射波が監視期間
内で検出されることはない。図３において、送波間隔Ｔ
は、予め定められた所定値△Ｔごとに増加し、或は、減
少させながら、送波タイミングを順に変化させて、それ
ぞれの監視期間Ｔｃ内での検波信号の有無の組合せを調
べている様子を示している。

【００２１】ある時間Ｔに関し、送波間隔を（Ｔ−△
Ｔ）、Ｔ、（Ｔ＋△Ｔ）とした場合において、それぞれ
の監視期間Ｔｃ内における検波信号の有無は、以下の
〜の様に場合分けすることができる。 送波間隔を（Ｔ−△Ｔ）とした場合における監視期
間には、最後の反射波を含んでいるが、送波間隔をＴと
した場合の監視期間が、反射波混入時間Ｔｍの経過後に
開始する場合には、（Ｔ−△Ｔ）とした場合にのみ、監
視期間内に検波信号が検出される。即ち、検知結果の組
合せは（Ｔ−△Ｔ）、Ｔ、（Ｔ＋△Ｔ）の順に「有、
無、無」となる。

【００２２】 送波間隔を（Ｔ−△Ｔ）、Ｔ、（Ｔ＋
△Ｔ）とした場合における監視期間が、いずれも反射波
混入時間Ｔｍ内でなければ、何れの場合であっても監視
期間内に検波信号が検出されることはない。即ち、検知
結果の組合せは「無、無、無」となる。 少なくとも、送波間隔を（Ｔ−△Ｔ）、Ｔとした場
合における監視期間Ｔｃが、いずれも反射波混入時間Ｔ
ｍ内であれば、上記の組合せ以外の組合せとなる。

【００２３】従って、上記の検知結果の組合せ、即
ち、「有、無、無」の組合せとなるＴを調べ、この時間
Ｔを送波間隔とすれば、前回の反射波による検波信号が
最後に出力されるタイミングＴｍの直後を次回の監視期
間とすることができる。ここで、Ｔを△Ｔごとに変化さ
せて、送波間隔を（Ｔ−△Ｔ）、Ｔ、（Ｔ＋△Ｔ）とし
た場合における上記〜の検知結果の組合せを順次調
べて、送波期間を決定するためには、△Ｔが （ｔｒ−Ｔｃ）≦△Ｔ≦（ｔｒーｔＷ） （１） を満足していることが必要となる。

【００２４】図４は、式（１）に示した△Ｔの範囲を説
明するための図である。この図の（ａ）は、検波信号を
示した図であり、（ｂ）は、送波間隔がある値Ｔの場合
の検知ゲート信号を示した図であり、（ｃ）、（ｄ）
は、ともに（Ｔ＋△Ｔ）の場合の検知ゲート信号を示し
た図である。ここで、（ｃ）は、△Ｔを（ｔｒ−Ｔｃ）
とした場合であり、（ｄ）は、△Ｔを（ｔｒ−ｔＷ）と
した場合である。

【００２５】図中の（ｂ）においては、その監視期間Ｔ
ｃが、反射波混入時間Ｔｍ内であるが、ある反射波の検
波信号が検出されなくなった直後にゲート信号が高レベ
ルへ変化するために、監視期間Ｔｃ内において検波信号
を検出することができない。この様な場合であっても、
△Ｔが（ｔｒ−Ｔｃ）以上であり、かつ、（ｔｒ−ｔ
Ｗ）以下で有れば、送波間隔を（Ｔ＋△Ｔ）とした場合
において、反射波が必ず監視期間Ｔｃ内で検出されるこ
とになる。

【００２６】従って、△Ｔが式（１）の条件を満たして
いれば、３つの送波間隔（Ｔ−△Ｔ）、Ｔ、（Ｔ＋△
Ｔ）の各場合における検知結果の組合せに基づいて、以
下の手順により誤検知の生ずることがない最短の送波間
隔を求めることができる。 検知結果の組合せが「有、無、無」であれば、送波間
隔がＴの場合において、監視期間Ｔｃ内で反射波が検出
されていないため、 Ｔ＋ｔ０＞Ｔｍ （２） が成立しており、なおかつ、送波間隔（Ｔ−△Ｔ）の場
合において、監視期間Ｔｃ内で最後の反射波が検出され
ているため、 （Ｔ−△Ｔ）＋ｔ０＜Ｔｍ−ｔＷ （３） 即ち、 Ｔ＋ｔ０＜Ｔｍ＋△Ｔ−ｔＷ （４） が成立する。即ち、Ｔは式（２）を満足する送波間隔の
うち、最も短い値となる。

【００２７】このため、この送波間隔Ｔに余裕値を加え
た値を送波間隔として採用すれば、多重回反射による誤
検知しを防止しつつ、最も短い送波間隔を得ることがで
きる。ここで、余裕値とは、温度変化、経時変化等によ
る反射波混入時間Ｔｍの変化を考慮して、検知結果の信
頼性を高めるために付加される値である。 検知結果の組合せが「無、無、無」であれば、の場
合と同様、 Ｔ＋ｔ０＞Ｔｍ （５） が成立するが、送波間隔（Ｔ−△Ｔ）においても、監視
期間Ｔｃ内に反射波が検出されていないことから （Ｔ−△Ｔ）＋ｔ０＞Ｔｍ （６） 即ち、 Ｔ＋ｔ０＞Ｔｍ＋△Ｔ （７） も成立する。従って、最短の送波間隔でないことがわか
る。このため、送波間隔Ｔを△Ｔだけ短くして、再度、
３つの検知状態を調べる必要がある。

【００２８】検知結果の組合せが、その他の組合せで
あれば、 Ｔ＋ｔ０＜Ｔｍ （８） が成立し、送波間隔がＴの場合に、監視期間Ｔｃ内にお
いて反射波が検出されるおそれがある。従って、送波期
間Ｔを△Ｔだけ長くして、再度、３つの検知状態を調べ
る必要がある。

【００２９】この様にして、Ｔを△Ｔずつ変化させなが
ら、検知状態の組合せが「有、無、無」の組合せを調べ
ることで、簡単な構成で、かつ、高速に最適な送波間隔
を得ることができる。

【００３０】

【発明の効果】請求項１及び３に記載した本発明によれ
ば、超音波センサ装置の設置条件、環境条件等を考慮し
て、その使用状況における最も短い値に送波間隔を設定
することができる。このため、超音波センサの検知応答
性を向上させることができる。また、請求項２に記載し
た本発明によれば、送波タイミングの制御は、親機から
の送波タイミング信号により行うことができ、その送波
間隔の決定は、親機において行う。このため、既に子器
が設置されている場合は、親機を本発明による装置とし
て構成するだけで、従来の超音波センサ装置用の子器
を、本発明によるパルス式超音波センサ装置においても
利用することができる。従って、親機を開発するだけ
で、その使用状況における最も短い値に送波間隔を設定
することができ、コストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用されるパルス式超音波センサ装置
の一構成例を示した図である。

【図２】本発明が適用されるパルス式超音波センサ装置
の基本動作の一例を示した図である。

【図３】本発明の一実施例を示した図である。

【図４】式（１）に示した△Ｔの範囲を説明するための
図である。

【図５】従来の超音波センサ装置及びその監視エリアの
一例を示した図である。

【図６】図５に示した超音波センサ装置の受波信号等の
様子を示した図である。

【図７】図５の監視エリア内に車両が存在する際の様子
を示した図である。

【図８】図８に示した超音波センサ装置の受波信号等の
様子を示した図である。

【図９】送波された超音波が、天井面Ｔ及び床面Ｆで反
射される様子を示した図である。

【図１０】反射波の減衰時間に比べて、超音波の送波間
隔が短い場合の様子を示した図である。

【図１１】図９に示した超音波センサ装置の動作を示し
た図である。

【符号の説明】

Ｔｃ・・・監視期間 ｔｒ・・・反射波混入間隔 ＤＡ・・・監視エリア ＳＥ・・・パルス式超音波センサ装置 ｔＷ・・・送波パルス幅 ＳＥｃ・・・親機 ＳＥ０・・・子器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇野 真武 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 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 (56)参考文献 特開 平５−72334（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−196986（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−104783（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 15/00 - 15/96 G01S 7/52 - 7/64 G01V 1/00 G08G 1/04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波を送波し、この送波タイミングを基
   準とした所定の監視期間内において受波される反射波の
   有無により、監視エリア内の物体の有無を検知するパル
   ス式超音波センサ装置であって、 所定の時間ΔＴを、天上面及び床面からの反射波が受波
   される反射波混入間隔から監視期間を除いた期間以上、
   かつ反射波混入間隔から超音波の送波期間を除いた期間
   以下とし、 超音波の送波間隔を（Ｔ−ΔＴ）、Ｔ、（Ｔ＋ΔＴ）と
   した各場合において、それぞれの監視期間内での反射波
   の検出結果を調べ、 さらに上記Ｔを任意値から所定値ΔＴずつ増加させ、或
   いは、減少させて、上記３つの送波間隔のうち、送波間
   隔（Ｔ−ΔＴ）の場合においてのみ、反射波が検出され
   る場合の時間Ｔを、その送波間隔として決定する構成と
   していることを特徴とする、 パルス式超音波センサ装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載のパルス式超音波センサ装
   置であって、 上記パルス式超音波センサ装置が、親機に１又は２以上
   の子器を接続して構成され、 親機からの送波タイミング信号に基づいて、各子器が超
   音波を送波し、受波した反射波に基づいて、子機が親機
   に対し検知有無信号を送出することにより、上記親機が
   送波間隔を決定することを特徴とするパルス式超音波セ
   ンサ装置。
3. 【請求項３】超音波を送波し、この送波タイミングを基
   準とした所定の監視期間内において受波される反射波の
   有無により、監視エリア内の物体の有無を検知するパル
   ス式超音波センサ装置において、 所定の時間ΔＴを、天上面及び床面からの反射波が受波
   される反射波混入間隔から監視期間を除いた期間以上、
   かつ反射波混入間隔から超音波の送波期間を除いた期間
   以下とし、 超音波の送波間隔を（Ｔ−ΔＴ）、Ｔ、（Ｔ＋ΔＴ）と
   した各場合において、それぞれの監視期間内での反射波
   の検出結果を調べ、 さらに上記Ｔを任意値から所定値ΔＴずつ増加させ、或
   いは、減少させて、上記３つの送波間隔のうち、送波間
   隔（Ｔ−ΔＴ）の場合においてのみ、反射波が検出され
   る場合の時間Ｔを送波間隔とするパルス式超音波センサ
   装置における送波間隔の決定方法。