JPH0527028A - 超音波を利用した侵入物体検知方法およびこの方法を用いた侵入物体検知機能を有した超音波センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ドプラー解析を行わずに、超音波を利用して監
視エリア内の侵入物体の有無を検知する。 【構成】超音波の監視パルスを監視エリアに送波する毎
に、監視エリア内の個々の物体による反射波を所定期間
だけ受波し、受波した所定期間の反射波データを予めサ
ンプリングされた反射波の基準データと時系列順に比較
し、比較の結果、データの不一致が判別されたときに
は、侵入物体有りの判別を行うようにされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を利用した侵入
物体検知方法およびこの方法を用いた侵入物体検知機能
を有した超音波センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】監視エリア内に超音波の監視パルスを送
波し、所定の受波ゲ−ト期間内に物体からの反射波が受
波されるか否かによって、監視エリア内の物体の有無を
検知するようにした超音波センサが開発され使用される
ようになってきた。図８は、このような超音波センサ１
００の構成例を示したもので、発振回路１０１の発振信
号を送波回路１０２に伝送して送波器Ｔから超音波の監
視パルスを出力すると、この監視パルスは監視エリア内
の物体Ａ，Ｂ・・で個々に反射し、この反射波が受波器
Ｒで受信され、増幅回路１０３、検波回路１０４、増幅
回路１０５を介して復調されて検知回路１０６に伝送さ
れる。そして、検知回路１０６では、ゲート回路１０７
で規定される監視パルスの送波後の所定の受波ゲート期
間内に、反射波が復調出力されれば、監視エリア内に物
体が有るものと判別するようにして、物体検知を行うよ
うになっている。ところが、このような超音波センサで
は、監視エリア内の物体の有無は検知できても、監視エ
リア内に物体が侵入したか否かを検出する機能は有して
おらず不満を残していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みて提案されるもので、超音波を利用して、監視エリ
ア内に侵入した物体を検知することのできる方法を提供
することを目的としている。また、同時に提案される本
発明は、この方法を用いた侵入物体検知機能を有した超
音波センサを提供することを目的としている。

【０００４】

【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に記載の本発明は、超音波の監視
パルスを監視エリアに送波する毎に、監視エリア内の個
々の物体による反射波を所定期間だけ受波し、受波した
所定期間の反射波データを予めサンプリングされた反射
波の基準データと時系列順に比較し、比較の結果、デー
タの不一致が判別されたときには、侵入物体有りの判別
を行うようにされている。

【０００５】請求項２に記載の本発明は、監視エリアに
超音波監視パルスを送波する送波器と、監視エリア内の
物体で反射された超音波を受波する受波器と、上記受波
器による反射波のサンプリング期間を予め定められた複
数の微小期間に分割するゲート回路と、基準データのサ
ンプリング時には、上記各微小期間毎にサンプリングし
た反射波信号を順次復調し基準データとして時系列順に
保存する記憶回路と、監視時には、上記各微小期間毎に
サンプリングした反射波信号を、上記記憶回路に格納さ
れた基準データと時系列順に比較し、データの不一致が
判別されたときには侵入物体検知信号を出力する比較判
別回路とを備えた構成とされている。

【０００６】請求項３に記載の本発明は、監視エリアに
超音波監視パルスを送波する送波器と、監視エリア内の
物体で反射された超音波を受波する受波器と、上記送波
器側から監視パルスが送波される毎に、監視エリア内の
個々の物体で反射されて上記受波器側に到達するまでの
時間を順次計測する時間計測回路と、該時間計測回路で
計測された時間に基づいて、上記送波器から物体までの
距離を順次算出する距離算出回路と、基準データのサン
プリング時には、上記距離算出回路で算出された距離デ
ータを時系列順に記憶する記憶回路と、監視時には、上
記距離算出回路で算出された距離データを上記記憶回路
に格納された基準の距離データと時系列順に比較し、デ
ータの不一致が判別されたときには、侵入物体検知信号
を出力する比較判別回路とを備えた構成とされている。

【０００７】

【作用】請求項１に記載の本発明では、超音波の監視パ
ルスを監視エリアに送波する毎に、監視エリア内の個々
の物体による反射波を所定期間だけ受波し、受波した所
定期間の反射波データを予めサンプリングされた反射波
の基準データと時系列順に比較し、比較の結果、データ
の不一致が判別されたときには、侵入物体有りの判別を
行う。このため、侵入物体が無い状態において予め反射
波の基準データをサンプリングしておけば、以降はこの
基準データを参照して侵入物体の有無を判別することが
できる。

【０００８】請求項２に記載の本発明では、基準データ
のサンプリング時には、送波器から送波され、監視エリ
ア内の物体で反射された超音波を、ゲート回路で分割さ
れた微小期間毎にサンプリングし、時系列順に記憶回路
に記憶させる。一方、監視時には、基準データのサンプ
リング時と同様にして得られた微小期間毎のサンプリン
グデータを記憶回路に格納された基準のサンプリングデ
ータと比較判別回路によって時系列順に比較する。そし
て、このような比較の結果、データの不一致が判別され
たときには侵入物体検知信号を出力する。

【０００９】請求項３に記載の本発明では、基準データ
のサンプリング時には、送波器側から超音波が送波され
る毎に、時間計測回路によって、監視エリア内の個々の
物体で反射されて受波器側に到達するまでの時間を計測
し、計測された時間に基づいて距離算出回路によって送
波器から物体までの距離を順次算出して、算出された距
離データを時系列順に記憶回路に記憶させる。一方、監
視時には、基準データのサンプリング時と同様にして得
られた送波器から個々の物体までの距離データを記憶回
路に記憶された基準の距離データと比較判別回路によっ
て時系列順に比較する。そして、このような比較の結
果、データの不一致が判別されたときには侵入物体検知
信号を出力する。

【００１０】

【実施例】以下に、図面を参照して本発明の実施例を説
明する。図１の（ａ）〜（ｃ）は、請求項１に記載した
本発明の超音波を利用した侵入物体検知方法を説明する
ためのタイムチャートを示したもので、超音波の監視パ
ルスを送波ゲート期間だけ監視エリアに送波する毎に
（図１の（ａ）参照）、監視エリア内の個々の物体によ
る反射波を受波ゲート期間だけ受波し（図１の（ａ），
（ｂ）参照）、受波した信号を予めサンプリングされた
反射波の基準データと時系列順に比較する。そして、こ
の比較の結果、データの不一致が判別されたときには
（図１の（ｂ），（ｃ）参照）、侵入物体有りの判別を
行うようにされている。

【００１１】このため、侵入物体が無い状態において反
射波の基準データを予めサンプリングしておけば、以降
はこの反射波の基準データを参照して侵入物体の有無を
判別することが可能となる。尚、基準データのサンプリ
ングを行った後に、監視エリア内に別の物体が配置され
たような場合は、改めて反射波の基準データのサンプリ
ングを行えば良い。

【００１２】図２は、請求項２に記載した本発明の侵入
物体検知機能を有した超音波センサ１の構成例を示した
もので、図において、１０は超音波周波数の電気信号を
発振する発振回路、１１は発振回路１０から伝送された
発振信号をパルス状にして出力する送波回路、Ｔは送波
回路１１から伝送されるパルス信号を超音波に変換して
監視エリアに放射する送波器、Ｒは監視エリア内の個々
の物体Ａ〜Ｄで反射した超音波を受波して電気信号に変
換する受波器、１２および１４は増幅回路、１３は受波
した電気信号を検波して信号成分を取り出す検波回路、
１５は復調された信号をゲート回路１６からゲート信号
を受けている期間だけ次段に伝送する検知回路である。
また、１７は検知回路１５から伝送される復調信号を反
射波の基準データとして時系列順に記憶する記憶回路、
１８は検知回路１５から出力される復調信号を記憶回路
１７に予め格納されている基準データと比較する比較回
路１８ａと、この比較回路１８ａによって受波信号と基
準データとの不一致が判別されたときには侵入物体検知
信号を出力する判別回路１８ｂとを有した比較判別回路
である。

【００１３】記憶回路１７は、検知回路１５から出力さ
れる信号を、信号レベルに対応したデジタルデータに変
換して時系列順に記憶するとともに、記憶されたデジタ
ルデータに対応したアナログデータを読み出すようにな
っている。

【００１４】このような構成の本発明の超音波センサ１
では、反射波の基準データのサンプリング時には、図３
の（ａ）に示した送波ゲート期間において送波器Ｔから
超音波が送波されると、受波器Ｒでは図３の（ｂ）に示
した信号が受波され、検知回路１５では、ゲート回路１
６から伝送される１〜８の微小期間毎のゲート信号によ
って復調信号を区分して記憶回路１７に伝送する。する
と記憶回路１７では、ゲート信号に同期して検知回路１
５から出力される復調信号を取り込んでデジタルデータ
として順次記憶し、これによって反射波の基準データの
サンプリングが完了する。

【００１５】一方、監視時には、図４の（ａ）に示した
送波ゲート期間において送波器Ｔから監視パルスが送波
される毎に、受波器Ｒでは図４の（ｂ）に示した信号が
受波され、検知回路１５では、ゲート回路１６から伝送
される１〜８の微小期間毎のゲート信号によって復調信
号を区分して出力するまでの動作については、基準デー
タのサンプリング時の場合と同一であるが、この後、検
知回路１５から出力された復調信号が比較回路１８ａに
加えられるとともに、ゲート信号に同期して記憶回路１
７に記憶されている基準データが時系列順にアナログ信
号として読み出されて比較回路１８ａに加えられ、各微
小期間１〜８毎にレベル比較が行われ、不一致が判別さ
れると判別回路１８ｂから侵入物体検知信号が出力され
るようになっている。

【００１６】このように、本発明の超音波センサ１によ
れば、侵入物体が無い状態において予め基準データを微
小期間毎にサンプリングして記憶回路に記憶させておけ
ば、以降は、監視パルスが送波される毎に受波した信号
を、記憶回路に記憶された反射波の基準データと比較し
て侵入物体の有無を容易に判別することが可能となる。

【００１７】図５は、請求項３に記載した本発明の侵入
物体検知機能を有した超音波センサ１’の構成例を示し
たもので、上述した超音波センサ１と異なる点は、ゲー
ト回路１６’、記憶回路１７’および比較判別回路１
８’の構成と、時間計測回路１９および距離算出回路２
０が追加されている点であり、他の構成は同一であるの
で同一の符号を付して説明を省略する。

【００１８】ここに、ゲート回路１６’は、後述するよ
うに送波回路１１に対して送波ゲート信号を出力すると
ともに、検知回路１５に対して所定期間だけ受波ゲート
信号を出力させるようになっている。

【００１９】比較回路１８ａ’は、記憶回路１７’に記
憶された距離データ（デジタルデータ）と、距離算出回
路２０から伝送される距離データ（デジタルデータ）と
を時系列順に比較して一致を判別するようになってい
る。

【００２０】時間計測回路１９は、送波回路１１から送
波器Ｔに対して駆動信号が出力されて送波された時点か
ら、検知回路１５によって復調信号が伝送されて来るま
での時間を順次計測する動作を行ない、また、距離算出
回路２０は、時間計測回路１９で計測された時間データ
に基づいて、送波器Ｔから反射物体までの距離を算出す
る動作を行うようになっている。

【００２１】このような構成の本発明の超音波センサ
１’では、反射波の基準データのサンプリング時には、
図６の（ａ）に示した送波ゲート期間において送波器Ｔ
から超音波を送波すると、受波器Ｒでは図３の（ｂ）に
示した信号が受波され、検知回路１５では、ゲート回路
１６’から伝送される受波ゲート信号によって復調信号
を時間計測回路１９に伝送する。時間計測回路１９で
は、送波時点から反射波が伝送されて来るまでの時間を
順次計測して距離算出回路２０に伝送し、距離算出回路
２０では、計測された時間と単位時間当たりの超音波伝
搬時間とから送波器Ｔと反射物体との距離を順次算出し
て記憶回路１７’に時系列順に記憶させ、これによって
反射波の基準データのサンプリングが完了する（図６の
（ｂ）参照）。

【００２２】一方、監視時には、図７の（ａ）に示した
送波ゲート期間において送波器Ｔから超音波が送波され
る毎に、受波器Ｒでは図７の（ｂ）に示した信号が受波
され、検知回路１５では、ゲート回路１６’から伝送さ
れる受波ゲート信号によって復調信号を出力し、時間計
測回路１９および距離算出回路２０によって記憶回路１
７’に距離データを記憶させるまでの動作については、
基準データのサンプリング時の場合と同一であるが、こ
の後、検知回路１５から出力された復調信号が比較回路
１８ａ’に加えられるとともに、ゲート信号に同期して
記憶回路１７’に記憶されている反射波の基準データが
時系列順に読み出されて比較回路１８ａ’に加えられ、
データの不一致が判別されると判別回路１８ｂ’から侵
入物体検知信号が出力されるようになっている。

【００２３】このように、超音波センサ１’において
も、侵入物体が無い状態において予め基準データ、すな
わち、反射物体までの距離データをサンプリングして基
準データとして記憶回路に記憶させておけば、以降は、
監視パルスが送波される毎に、受波信号を記憶された基
準データと比較して侵入物体の有無を容易に判別するこ
とが可能となる。

【００２４】また、上述した超音波センサとは異なっ
て、ドプラー効果を利用して移動物体による反射波の周
波数偏位を検知するようにした移動物体検知機能を有し
た超音波センサでは、静止物体や、超音波センサに対し
て反射波が周波数偏位を生じないような方向に移動する
物体を検知することができないが、上述した本発明の侵
入物体検知機能を有した超音波センサによれば、定常状
態に対して侵入した物体を確実に検知することが可能で
ある。

【００２５】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、請求
項１に記載の本発明によれば、監視エリア内の物体で反
射した超音波を、予めサンプリングされた反射波の基準
データと比較するだけで、侵入物体を容易に検知するこ
とが可能となる。請求項２に記載の本発明によれば、請
求項１に記載の方法を用い、微小期間毎に、反射波信号
を予めサンプリングされた反射波の基準データと時系列
順に比較することによって、侵入物体を検知することの
できる超音波センサを提供することができる。請求項３
に記載の本発明によれば、請求項１に記載の方法を用
い、反射波信号によって得られた送波器と反射物体との
距離データを、予めサンプリングされた基準データと時
系列順に比較することによって、侵入物体を検知するこ
とのできる超音波センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｃ）は、請求項１に記載の本発明方
法の説明図である。

【図２】請求項２に記載の侵入物体検知機能を有した超
音波センサの構成例図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は、図２に示した超音波センサ
の反射波の基準データサンプリング時の動作を説明する
波形図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）は、図２に示した超音波センサ
の監視時の動作を説明する波形図である。

【図５】請求項３に記載の侵入物体検知機能を有した超
音波センサの構成例図である。

【図６】（ａ），（ｂ）は、図５に示した超音波センサ
の反射波の基準データサンプリング時の動作を説明する
波形図である。

【図７】（ａ）〜（ｃ）は、図５に示した超音波センサ
の監視時の動作を説明する波形図である。

【図８】従来の超音波センサの構成例図である。

【符号の説明】

１，１’・・・侵入物体検知機能を有した超音波センサ １６，１６’・・・ゲート回路 １７，１７’・・・記憶回路 １８，１８’・・・比較判別回路 １９・・・時間計測回路 ２０・・・距離算出回路 Ｒ・・・受波器 Ｔ・・・送波器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波の監視パルスを監視エリアに送波す
   る毎に、監視エリア内の個々の物体による反射波を所定
   期間だけ受波し、 受波した所定期間の反射波データを予めサンプリングさ
   れた反射波の基準データと時系列順に比較し、比較の結
   果、データの不一致が判別されたときには、侵入物体有
   りの判別を行うようにしたことを特徴とする超音波を利
   用した侵入物体検知方法。
2. 【請求項２】監視エリアに超音波監視パルスを送波する
   送波器と、 監視エリア内の物体で反射された超音波を受波する受波
   器と、 上記受波器による反射波のサンプリング期間を予め定め
   られた複数の微小期間に分割するゲート回路と、 基準データのサンプリング時には、上記各微小期間毎に
   サンプリングした反射波信号を順次復調し基準データと
   して時系列順に保存する記憶回路と、 監視時には、上記各微小期間毎にサンプリングした反射
   波信号を、上記記憶回路に格納された基準データと時系
   列順に比較し、データの不一致が判別されたときには侵
   入物体検知信号を出力する比較判別回路とを備えたこと
   を特徴とする侵入物体検知機能を有した超音波センサ。
3. 【請求項３】監視エリアに超音波監視パルスを送波する
   送波器と、 監視エリア内の物体で反射された超音波を受波する受波
   器と、 上記送波器側から監視パルスが送波される毎に、監視エ
   リア内の個々の物体で反射されて上記受波器側に到達す
   るまでの時間を順次計測する時間計測回路と、 該時間計測回路で計測された時間に基づいて、上記送波
   器から物体までの距離を順次算出する距離算出回路と、 基準データのサンプリング時には、上記距離算出回路で
   算出された距離データを時系列順に記憶する記憶回路
   と、 監視時には、上記距離算出回路で算出された距離データ
   を上記記憶回路に格納された基準の距離データと時系列
   順に比較し、データの不一致が判別されたときには、侵
   入物体検知信号を出力する比較判別回路とを備えたこと
   を特徴とする侵入物体検知機能を有した超音波センサ。