JPH04175682A - 超音波測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は、超音波パルスを用いて、障害物を含むターゲ
ット（物標）までの距離を測定し表示する超音波測距装
置に関するものであり史には他の超音波測距装置との間
に於ける、混信による誤動作を防止する装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

従来、この種の装置の超音波トランスデユーサには、高
感度を得る必要性から、音響−電気変換効率の良い、狭
帯域の圧電振動子が用いられている。従って、使用者が
増加することによって、同一の周波数を用いる装置間で
、混信による誤動作の発生が懸念される。この対策とし
て、例えば、特公昭５８−４０１４８のごとく、送信時
間々隔を順次ランダムに変更して、数回のパルスの送受
信の結果から、自己の送信による反射波なのか、近くに
ある他の同種の装置からの送信波つまり妨害波或はノイ
ズなのかを識別する方式が知られている。しかし、上記
の例は電波の場合効果的であるが、超音波の場合音速が
約３４０ｍ／秒と遅く、送受信２こ時間がかかるため、
応答性の大幅な劣化を招き、加えて使用者の増加に供い
誤動作の確率が増えるため実用的でない。

〔発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、この様な従来技術における問題点を解
決し、応答性を向上させると同時に混信による誤動作を
防止して測距精度を高めることの出来る超音波を用いた
測距装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するため基本的には次に示すよ
うな技術構成を採用するものである。即ち、所定の中心
周波数をもつ超音波パルス信号を送信するとともに、物
標から反射されて帰還した当該超音波パルス信号を受信
する超音波パルス送受信手段、該超音波パルス送受信手
段における該パルスの送受信の情報に基いて物標までの
距離を測定する測距手段、測定した距離を表示する手段
、複数の中心周波数を用いて帯域濾波された受信パルス
信号波の夫々の振幅を比較する手段、当該受信パルス信
号波が、自らの送信による反射波なのか否かを判定する
判定手段、及び該判定手段の結果に基き測距手段による
測定距離を該表示手段に表示するか否かを決定する制御
手段とを有する超音波測距装置である。

〔作　用］ 本発明においては、混信による誤動作、或は測距結果の
エラー等を防止するため、自己が送信する超音波パルス
信号の予め定めた中心周波数を基準に設定するとともに
、受信された超音波パルス信号の振幅とその中心周波数
とを分析することによって、受信された超音波パルス信
号の中心周波数が上記所定中心周波数と一致しかつ最大
の振幅を示すものであれば、自己の送信したパルスが物
標より反射して帰還したものと判断し、又一致しない場
合にはその受信超音波パルスは自己の送信した超音波パ
ルス信号でないものと判断し、測距結果を無効とするも
のである。

［実施例］ 以下に本発明に係る超音波を用いた測距装置の具体例を
図面を参照しながら説明する。

即ち第１図は本発明に係る測距装置の基本原理を示す図
であって、 所定の中心周波数をもつ超音波パルス信号を送信すると
ともに、物標から反射されて帰還した当該超音波パルス
信号を受信する超音波パルス送受信手段２０、該超音波
パルス送受信手段における該パルスの送受信の情報に基
いて物標までの距離を測定する測距手段３０、測定した
距離を表示する手段６、複数の中心周波数を用いて帯域
濾波された受信パルス信号波の夫々の振幅を比較する手
段４０、当該受信パルス信号波が自らの送信による反射
波なのか否かを判定する判定手段５０、及び該判定手段
の結果に基く測距手段３０による測定距離を該表示手段
６に表示するか否かを決定する制御手段６０とから構成
されている。

更に本発明に係る第１図に示される超音波測距装置を具
体的に説明すると、 本発明の実施例を第１図に示す。第１図に於て、１はア
ナログスイッチ２よりライン２Ａを介して励振のための
送信信号を受けてパルス超音波を送信し、反射物標（図
示しない）からの反射波を受信し、受信信号をライン２
Ａへ出力する超音波振動子である。

２はライン５Ｂに出力されるディジタル入力信号５ｂに
より切換を制御されるスイッチであって、超音波送信時
は超音波励振周波数発生手段であってかつ後述する測距
機能を有する測距手段３０とライン５Ａを介して接続さ
れ、所定時間、超音波振動子１の励振周波数信号を２Ａ
に伝達し、超音波受信時には、増幅手段３と、ライン２
Ｂを介して接続され、超音波振動子１から出力される受
信信号をライン２Ａからライン２Ｂに伝達するアナログ
スイッチであり、ライン５Ｂのディジタル入力が“Ｈ“
レベルの時に送信側に切りかえられ“Ｌ°“レベルの時
に受信側に切り換られるよう制御されるものである。

３はライン２Ｂより入力される受信信号を増幅する増幅
器である。又 ４はライン３Ａより増幅器３の出力を受けてその信号を
包路線検波し、次いで、所定の電圧レベルと比較するこ
とで超音波パルスの受信タイミングでのディジタルパル
スをライン４Ａに出力する受信パルス発生回路である。

５は超音波の送信と受信のタイミングを制御する信号を
例えば前記した励振周波数発生手段及び測距手段３０か
ら発生させライン５Ｂを介して出力し、又超音波振動子
１の励振周波数を所定の値に設定しその信号をライン５
Ａを介して出力するとともに、受信パルス発生回路４の
出力をライン４Ａから入力して、前記５Ｂにおけるディ
ジタル信号発生時期と上記入力時期とのタイミングから
より物標までの距離を測定し、一方上記受信パルス信号
がそれぞれ入力される互に異る中心周波数をもった複数
の帯域フィルター即ち第１の帯域フィルター７、第２の
帯域フィルター９、及び第３の帯域フィルター１１及び
各帯域フィルターに接続された第１のピーク検出器８、
第２のピーク検出器１０、第３のピーク検出器１２、及
び各ピーク検出器の出力８　Ａ　、　ＩＯＡ　、　１２
Ａを入力してそれぞれの振幅を比較する比較回路４１を
有しておりそれらのピーク値の中で振幅が最大となるも
のを選択するように構成された比較手段４０が設けられ
、又その結果に基いて受信した信号が自分の送信した超
音波によるものか否かを中心周波数を基準として判定す
る判定手段５０を有し、その結果に基いて表示器６に対
して測定した距離情報を伝達する、制御手段６゜とから
構成された中央制御回路である。

６は中央制御回路５における制御手段６０がらの距離情
報を入力し、距離を表示する表示器である。

上記した様に本発明においては、前記した技術構成に加
えて少くとも前記所定の中心周波数をもつ帯域フィルタ
ーを含む互に異った中心周波数を有する複数の帯域フィ
ルター群を有しかつ各帯域フィルターを通過した信号の
ピーク値を記憶するピークホールド回路とから構成され
る振幅比較手段、該振幅比較手段における最大振幅値を
示す帯域フィルターの中心周波数が前記所定の中心周波
数と一致するか否かを判別する判定手段、該判定手段に
より前記の一致が確認された場合には当該受信パルス信
号は自己が送信したものであると判断しその測距手段が
測定した結果を該表示手段に表示させ、又一致が確認さ
れない場合には当該受信パルス信号は自己が送信したも
のではないと判断して当該測定結果を該表示手段に表示
しないように制御する制御手段とから構成されている超
音波測距装置である。

第１図においては上記本発明に係る比較手段４０として
３個の異なる帯域フィルターとピーク検出の組を用意し
、それぞれの組におけるピーク検出値を比較してその中
で最も高い振幅を示す帯域フィルターの中心周波数を選
択する。

即ち ７は振幅器３の出力をライン３Ａから入力し、予め定め
られた中心周波数Ｆ　ＣＩで受信波をフィルタリングす
る第１の帯域通過フィルタであり、８は第１の帯域通過
フィルタフの出力をライン７Ａから入力し、その振幅の
最大値を検出しその値を比較制御回路４１に伝達する第
１のピーク検出器である。

又９は増幅器３の出力をライン３Ａから入力し、予め定
められた中心周波数Ｆｃｚで受信波をフィルタリングす
る第２の帯域通過フィルタであり、１０は第２の帯域通
過フィルタ９の出力をライン９Ａから入力し、その振幅
の最大値を検出して、その値を比較回路４１に伝達する
第２のピーク検出器である。

更に１１は増幅器３の出力をライン３Ａから入力し、予
め定められた中心周波数ＦＣ３で受信波をフィルタリン
グする第３の帯域通過フィルタであり、１２は第３の帯
域通過フィルタ１１の出力をライン１１Ａから入力し、
その振幅の最大値を検出して、その値を比較回路４１に
伝達する第３のピーク検出器である。

向上記した帯域フィルターの数は３個に特定されるもの
ではなく、複数であれば如何なる数を用いても良い。父
上記した各帯域フィルターの中心周波数は互に異らしめ
ておき、少（ともその１つは、超音波パルス信号を送信
する時に予め定められた中心周波数と一致せしめておき
、他のフィルターの中心周波数はその値から多少ずらせ
た値Ｓこ設定しておくことが好ましい。より具体的には
、３個のうちの真中の値を所定に設定巳でおくものであ
る。−古本発明における中央制御回路５においては上記
比較手段４０からの出力を受け、該比較手段４０が受信
パルス信号の振幅が最大であると判断した帯域フィルタ
ーの中心周波数を、送信された超音波パルス信号の発振
周波数の中心周波数と一致するか否かを判断する判定手
段５０が設けられ、又該判定手段はその出力を表示手段
制御手段６０に接続されている。従って判定手段が受信
された超音波パルス信号の振幅が最大である該パルス信
号の中心周波数が予め定められた所定の中心周波数と一
致した場合、当該受信されたパルスは、自らが送信した
パルスが物標により反射されて帰還したものと判断し、
該制御手段６０を駆動させて、その時に測定された物標
迄の距離情報を表示手段６に表示させるものである。又
、上記条件が満されない場合には、表示用の制御手段６
０を駆動させないように構成しである。

以下に本発明の動作を第１図から第３図を用いて説明す
る。第２図は、第１図に於る各ラインでの信号タイミン
グを示すタイミングチャートである。第３図は、本実施
例の動作を示すフローチャートである。第１図に於ける
第１から第３の帯域通過フィルタ７．９．１１の中心周
波数ＰＣＩ　、　Ｆ’ｃｚ　。

ＦＣ＋は、例えば、Ｆ　ｃ＋　＜　Ｆ　ｃｚ＜　Ｆ　Ｃ
３の関係で所定の周波数差を有し、かつ、超音波振動子
１に於て感度的に送受信可能な周波数範囲内に設定され
る固定の値である。第２図に於て、８　Ａ　、　ＩＯＡ
　。

１２Ａの■、〜■３は、夫々、第１〜第３のピーク検出
器の出力電圧値ＶＸでありそのサフィックスＸは、第１
〜第３の帯域通過フィルタ７．９．１１の中心周波数Ｆ
ＣＸのＸに対応する。第３図には、本実施例のメインル
ーチンが示されており、「判定１」　’判定２」で始ま
るルーチンＳよ、メインルーチンからアクセスされるサ
ブルーチンである。

第３図中のＦ。は、第１図中ライン５Ａに出力される超
音波振動子１の励振周波数値であり、前述のＦＣＩ〜Ｆ
Ｃ３のうちのいずれかの値をとり、他の装置からの干渉
超音波の有無によって変更自在なように制御される。ま
たｎはソフトウェアカウンタであり事前にリセントされ
、超音波の送信１回につき１ずつインクリメントされる
整数変数である。又には、ｎを判定するための整数定数
である。

以下第２図及び第３図を用いて本実施例の基本動作とそ
の流れを説明する。

中央制御回路５は、アナログスイッチ２に対して予め定
められた励振周波数Ｆ。（Ｆ、１〜ＦＣ３のいずれかに
等しい）を出力しく５ａ）、励振信号（５ｂ）が“°Ｈ
”レベルの間パルス変調された励振周波数信号が超音波
振動子１に印加（２ａ）される。超音波振動子１は、こ
れによって超音波を空中に送信する。送信された超音波
は、反射物標が存在すると反射し、再び超音波振動子Ｉ
で受信され（第２図２３−■参照）、アナログスイッチ
２を介して増幅器３に入力される。増幅器３にて、増幅
された信号（３ａ）は、受信パルス発生回路４にてディ
ジタル信号（４ａ）となり、中央制御回路５の測距手段
３０に入力される。又、増幅器３シこて増幅された信号
（３ａ）は、中央制御回路５の比較手段４０に設けられ
た第１〜第３の帯域通過フィルタ７．９．１１に入力さ
れる。そして夫々、Ｆｃ１−Ｆｃｆｆの中心周波数で帯
域制限された出力、７Ａ、９Ａ、ＩＩＡは、第１から第
３のピーク検出器８，１０．１２に入力される。第２図
に於て７ａ。

９ａ、ｌｌａは異なる振幅であり、９ａが最大というこ
とはこの時の励振周波数Ｆ。はＦ。−ＦＣ２ということ
になる。次に、第１〜第３の帯域通過フィルタの化カフ
ａ、９ａ、ｌｌａは、第１〜第３のピーク検出器８．１
０．１２でピーク検出され、（８ａ　、１０ａ　、１２
ａ）その出力ｖ、、ｖ２．ｖ３が比較手段４０の比較回
路４１に入力される。第１〜第３のピーク検出器８．１
０．１２の出力Ｖ、、Ｖ、、Ｖ３を比較し、そのうち最
大の値〜゛、を選択し、判定手段５０へその情報を人力
する。次で判定手段５０では最大の値〜′８のＸが示す
中心周波数ＦｃｘにＦ。が等しい時、この例では〜′２
が最大で、予め定めた所定の中心周波数と選択された帯
域フィルターの中心周波数とが等しい時即ちＦ。−Ｆ、
２の時、反射波が自分の励振によるものであると判定す
る。

反射波が自分の励振によるものであると判定されると中
央制御回路５の判定手段は表示制御手段６０を駆動して
は、受信パルス４ａより得られる反射物標までの距離を
表示手段６に表示する。また最大のｖＸとなるＦＣＸが
予め定められた中心周波数と一致していない時即ちＦＣ
，ｌ≠ＦｏＯ時は、反射波は自分の励振によるものでは
ないと判定され、距離表示を行なわない。以上の基本動
作により自分の励振による反射波であるか否かを判定す
る。

さて、実際の動作の流れを第３図に示す。電源投入とと
もにフローチャート中の「スタート」から動作する。始
めにステップ３０１でライン５Ａから出力する励振周波
数値をＦＣＩ〜Ｆｃｚのいずれかに設定する。次にステ
ップ３０２でソフトウェアカウンタｎをリセフトする。

次に、ステップ３０３で現在地の超音波パルス装置が周
辺で動作しているか否かを監視するために所定の時間受
信を行って受信の判定を行い、受信波が無い時はステ・
７プ３０５へ進み、受信波が有る時はステップ３０４へ
進む。

ステップ３０４ではサブルーチン「判定ｌ」を行う。

「判定１」では、ステップ３１１にて現在のＦ。に等し
いＦ’ｃｘの出力のピークホールド値、■８が最大か否
かを判定する。■８が最大の場合は、受信した超音波が
、現在の送信しようとする既に設定された所定のパルス
信号の中心周波数Ｆ。と同じ周波数で励振されたもので
あるので、次にステップ３１２で先に設定したパルス送
信信号の中心周波数Ｆ。を他の値に変更し、メインルー
チンにもどる。■８が最大でない場合は、Ｆｏを変更せ
ずにメインルーチンへもどる。次に、メインルーチンで
はステップ３０５に於てすでに定められた、励振周波数
Ｆ。で超音波パルスの送信を行う。次に、ステップ３０
６にて所定時間受信し、受信波が無ければステ・７ブ３
０８へ進む。受信信号が有る時は、ステップ３０７にて
サブルーチン「判定２ｊを実行する。「判定２」では、
ステップ３２１にて現在送信中のパルス信号における中
心周波数Ｆ０に等しいＦａｘの出力のピークホールド値
があるか否か、あればその電圧値■８が最大か否かを判
定する。

電圧値■８が最大の場合は、受信波が自分の励振した超
音波であると判定され、ステップ３２２にて正規の反射
受信として、受信パルス４ａより物標までの距離を求め
、表示器６に対して距離情報を伝達し、距離表示を行い
メインルーチンへもどる。

該電圧■、が最大でない時は、受信波が他の超音波パル
ス装置からの干渉波であると判定し、上記表示を行わず
メインルーチンへもどる。次にメインルーチンでは、ス
テップ３０８にてカウンタｎをインクリメントする。カ
ウンタｎはこのように送信する毎にインクリメントされ
、次に、ステップ３０９でカウンタｎの値と定数ｋが等
しいか否かを判定する。ここでｎ＝にとなるとステップ
３０２がら実行し、ｎｆ−にとなるとステップ３０５が
ら実行する。すなわち、所定回数に回送信ごとに送信を
しない受信だけを行い、現在、周辺にて干渉波を発生す
る他の超音波パルス装置が動作しているか否かを判定で
きる。従って、周辺に超音波パルスを発する同種の装置
が動作する状態に於ても誤動作の無い、確実な距離測定
が可能となる。

尚、本実施例の動作は、上記の手続を満足すれば、ハー
ドウェアロジックで実現しても、ソフトウェアで実現し
ても良い。又、Ｆ、は本実施例では３チヤネルのみとし
たが、超音波振動子の特性上そのチャネル数が変更可能
であれば、何チャネルでも良い。又、中心周波数Ｆ。は
Ｆｃｘのいずれかひとつに等しいものとしたが、前記の
判定が可能であれば等しくなくても良い。

第４図に本発明に係る他の具体例を示す。第４図におい
て超音波振動子ｌ、アナログスイッチ２、受信パルス発
生回路４、表示器６、第１〜第３の帯域通過フィルタ７
．９，１１、第１〜第３のピーク検出器８，１０．１２
は第１実施例と同一のものであるが、増幅器が第１　（
３’　）と第２（３″）のカスケード２段構成となって
おり、人々の出力の一方例えば第１の増幅器３′の出力
Ｓこは、帯域通過フィルタとピーク検出器７〜１２が接
続されており、新たに設けられた第２の増幅器３″の出
力二二は同一の帯域通過フィルタ七ビーク検出器７′〜
１２′が接続されている。この様な構成Ｓこすることで
、受信増幅器のサチュレーション（飽和）を防止するこ
とができる。すなわち、第２の増幅器３″が飽和すると
、その出力を用いたピーク値電圧■９の判定ができなく
なるが、その時は中央制御回路５で飽和を検出し、第１
の増幅器３゛の出力につながれる他方の帯域通過フィル
タとピーク検出器の出力からピーク電圧■８の判定を行
えば、適確な判定が可能となる。この様な構成により、
干渉波を発する他の装置がごく近傍に存在し、干渉波の
レベルが大きくなってもダイナミックレンジを大きくと
ることが可能となり、誤動作を防止できる。

Ｃ効　果〕 以上述べたように本発明二こおいては、自己の発信する
中心周波数と同−又は近似した中心周波数をもつ超音波
発振装置が存在している場合でもそれを検出し、異なる
中心周波数に変更して発信を行うことが出来るので、混
信による誤動作は全くなく、高速にかつ正確に物標迄の
距離を測定し、表示することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超音波測距装置の概略を示すブロ
ック図である。 第２図は本発明において使用されるパルス波形を示す図
である。 第３図は本発明において使用されるプログラムのルーチ
ンを示す図である。 第４図は本発明の他の具体例を示す図である。 ｌ・・・超音波振動子、２・・・アナログスイッチ、３
・・・増幅器、　　　　４・・・受信パルス発生手段、
５・・・中央制御回路、６・・・表示手段、７．９．１
１・・・帯域フィルタ、 ８．１０．１２・・・ピーク検出器、 ２０・・・送受信手段、 ３０・・・測距手段、及び励振パルス発生手段、４０・
・・比較手段、　　４１・・・比較回路、５０・・・判
定手段、　　６０・・・表示手段制御手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定の中心周波数をもつ超音波パルス信号を送信す
   るとともに、物標から、反射されて帰還した当該超音波
   パルス信号を受信する、超音波パルス送受信手段、該超
   音波パルス送受信手段における該パルスの送受信の情報
   に基いて物標までの距離を測定する測距手段、測定した
   距離を表示する手段、複数の中心周波数を用いて、帯域
   濾波された受信パルス信号波の夫々の振幅を比較する手
   段、当該受信パルス信号波が、自らの送信による反射波
   なのか否かを判定する判定手段、及び該判定手段の結果
   に基き測距手段による測定距離を該表示手段に表示する
   か否かを決定する制御手段とを有することを特徴とする
   、超音波測距装置。 ２、所定の中心周波数をもつ超音波パルス信号を送信す
   るとともに、物標から反射されて帰還した当該超音波パ
   ルス信号を受信する超音波パルス送受信手段、該超音波
   パルス送受信手段における該パルスの送受信の情報に基
   いて物標までの距離を測定する測距手段、測定した距離
   を表示する手段、少くとも前記所定の中心周波数をもつ
   帯域フィルターを含む互に異った中心周波数を有する複
   数の帯域フィルター群を有しかつ各帯域フィルターを通
   過した信号のピーク値を記憶するピークホールド回路と
   から構成される振幅比較手段、該振幅比較手段における
   最大振幅値を示す帯域フィルターの中心周波数が前記所
   定の中心周波数と一致するか否かを判別する判定手段、
   該判定手段により前記の一致が確認された場合には当該
   受信パルス信号は自己が送信したものであると判断しそ
   の測距手段が測定した結果を該表示手段に表示させ、又
   一致が確認されない場合には当該受信パルス信号は自己
   が送信したものではないと判断して当該測定結果を該表
   示手段に表示しないように制御する制御手段とから構成
   されていることを特徴とする超音波測距装置。