JPH08184671A - 超音波距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ある測定幅内に於ける物体までの最短距離を
高精度で計測し、更に不使用時は保護カバーを閉じて装
置を保護する。 【構成】 超音波の送信及び受信の双方を行なう超音波
素子１を複数配置し、発振回路２からの送信信号を、所
定の超音波素子７にのみ出力させる送信手段４、受信し
た１又は複数の受信信号を増幅整形して時間計測手段６
へ送る受信手段５、受信手段５より送られた１或いは複
数の受信信号の伝搬時間を計測する時間計測手段６、種
々の制御を行なう測定制御手段８又は高速測定手段８０
及び複数のデータのなす円と楕円若しくは楕円と楕円の
軌跡の交点座標により測定対象１６の位置を特定して距
離を求める座標計算手段９を具え、円と楕円若しくは楕
円と楕円のなす交点座標から測定対象１６までの距離を
測定する。更に、駆動手段１２及び保護カバー１３を備
え、装置を保護する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体や液体等の媒体中
における超音波の伝搬時間を測定することにより距離を
測定する超音波距離測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波距離測定装置（以下、「装
置」と記す。）は、詳細は後述するが、図３１及び図３
２に示す装置（参考文献：日刊工業新聞社 発行：谷腰
欣司著：「超音波とその使い方」 ９５、９６及び１０
０頁）により２点間を測定し、又、図３３に示す装置
（参考文献：工業調査会 発行：青野重夫著：「自動車
エレクトロニクス」 ３５頁）により、測定対象上の複
数の点について距離の測定を行なっていた。

【０００３】図３１に示す第１の従来の装置（１００）
は、タイミング制御回路（３）からの指令により、発振
回路（２）は所定の周波数（例えば４０ＫＨｚ）、且つ
所定の時間幅Ｔｗ（図３３）の送信信号を送信回路（４
０）に出力する。送信回路（４０）は送信信号を増幅し
て送受信を行なう超音波素子（以下、単に「超音波素
子」と記す。）（７）に加え、超音波素子（７）は超音
波を測定対象（１６）に向けて空気中へ放出する。測定
対象（１６）に当たり反射した超音波を同一の超音波素
子（７）で受信し、該受信信号を受信回路（５０）に於
て増幅及び整形して時間計測回路（６０）へ加え、時間
計測回路（６０）に於て超音波を発してから反射波が超
音波素子（７）に到達するまでのの時間Ｔｄ（図３３）
を計測し、計測結果の時間データを時間距離変換手段
（１０）へ送る。時間距離変換手段（１０）において、
計測結果の超音波の伝搬時間を距離に変換して表示回路
（１１）に送り、表示回路（１１）は距離を表示する。

【０００４】第２の従来の装置（１００）は、図３２に
示す様に、超音波素子（７）が、送信専用の超音波スピ
ーカ（７Ｔ）と受信専用の超音波マイク（７Ｒ）とに分
離している点が第一の従来の装置と異なる。その他の動
作は第１の従来の装置（１００）と同様である。

【０００５】従来の第３の装置は、一定の幅を有する物
と物、例えば図３４に示す様に、車（１７）と測定対象
（１６）の距離を計測するため、複数の超音波マイク
（７Ｒ１）、（７Ｒ２）と超音波スピーカ（７Ｔ１）、
（７Ｔ２）を所定の間隔で交互に配置し、まず第１段階
として超音波マイク（７Ｔ１）により超音波を送信し、
超音波マイク（７Ｒ１）により受信し、車（１７）と測
定対象（１６）の右の部分の距離を計測する。更に再度
超音波マイク（７Ｔ１）により超音波を送信し、超音波
マイク（７Ｒ２）により受信し、車（１７）と測定対象
（１６）の中央部分の距離を計測する。次に超音波スピ
ーカ（７Ｔ２）により信号を送出し、超音波マイク（７
Ｒ２）で受信し、車（１７）と測定対象（１６）の左側
の部分の距離を計測する。つまり、右、中央及び左の３
点について車（１７）と測定対象（１６）の間の距離を
計測し、一定の幅を有する物体までの距離を測定してい
た。

【０００６】上記の様に、従来の超音波距離測定装置
（１００）はいずれも、基本的には２つの点と点の間の
距離の測定をするものであり、ある一定の幅の区間にお
ける不確定な形状をした対象物との最短距離を求めるよ
うな用途には必ずしも適したものではなく、以下の多く
の課題を有している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】第１の従来の装置（１
００）は、図３５に於て、Ａ点に装置（１００）を置い
た場合を考えると、一般的に超音波素子はある指向性を
有するものの、一定の拡がりをもって伝搬するため、装
置（１００）の正面Ｏ１に対象物があるときは問題はな
いが、装置（１００）の正面からずれた半径Ｙ１の真円
の軌跡上のＯ２やＯ３の位置に対象物がある場合、それ
らを特定できず、装置（１００）はＯ２やＯ３に物体が
あるにも拘らず、Ｏ１の位置に物体があると誤認してし
まう。表３に、従来の第１の装置の測定対象が装置（１
００）正面からずれた場合に於ける、ずれ角の変化に対
する測定誤差の計算上の変化を示すが、例えば装置（１
００）正面から測定対象が３０度ずれた場合は、＋１
５．５％もの誤差になる。従って、例えば図３５に於
て、Ａ点に装置（１００）を装着した車があるとする
と、装置（１００）の正面からずれて物体がある場合
や、物体に凹凸があり、凸部が装置（１００）の正面か
らずれている場合は、Ｏ２やＯ３に相当する部分がある
事になり、距離はＹ２、Ｙ３であるにも拘らず、Ｙ１で
あると表示される。つまり、装置（１００）の正面から
ずれて物体が存在して誤差が発生するときは、誤差は常
に実際より距離が大きいプラス側、即ち危険側に発生す
ることになり、車を壁や他の車に寄せるような場合、接
触の危険性がある。

【０００８】第２及び第３の従来の装置（１００）は、
図３６に示す様に、Ａ点に超音波スピーカ（７Ｔ）があ
り、Ｂ点に超音波マイク（７Ｒ）がある場合、超音波ス
ピーカ（７Ｔ）と超音波マイク（７Ｒ）から等距離の点
は楕円の軌跡を描くことになる。従って、楕円と真円の
違いはあるが、基本的には第１の従来の装置（１００）
と同様に楕円軌跡上の任意の位置にある物体Ｏ１、Ｏ２
及びＯ３の特定ができず、上記の第１の従来の装置（１
００）と基本的に同じ課題を有している。

【０００９】更に、第２及び第３の従来の装置（１０
０）では、上記の問題に加えて次の課題がある。図３７
に於て、実際の測定は距離Ａを測定し距離Ｌとして表示
するから、物体Ｐまでの距離Ｌが、超音波スピーカ（７
Ｔ）及び超音波マイク（７Ｒ）間の距離Ｃに比較して大
差がなくなってくると、誤差が大きくなり、しかも実際
よりも距離が大きい方向であるプラス側に誤差が発生す
る。表４の従来の第２の装置の欄に示すように、Ｌ＝Ｃ
／２（＝１０ｃｍ）のときは誤差は＋４１．４（％），
Ｌ＝Ｃ（＝２０ｃｍ）のとき＋１１．８（％）にもな
る。つまり、第２及び第３の従来の装置は、測定距離が
超音波スピーカ（７Ｔ）と超音波マイク（７Ｒ）の素子
間距離Ｃに比して大差がなくなる様な近距離測定を要す
る用途には適さない。

【００１０】超音波を用いたものに限らず距離測定装置
は、測定誤差は小さいほうが良い。又、衝突の危険を回
避するために応用する時は、測定誤差が発生するときは
必ず安全側、即ちマイナス側に出るほうが良く、更に測
定対象に凹凸があったり、測定対象が測定装置の正面に
来るとは限らないから、測定装置に対する測定対象の位
置的な制限は緩やかな方が好ましい。又、移動体で応用
するには、距離計測のための処理を簡単にして、距離計
測時間を短かくした方が望ましい。更に、屋外等の悪環
境下では、雨等の水滴や塵、埃が付着して超音波素子
（７）の特性が変化して正常な超音波距離測定装置とし
ての動作がなされなくなる虞があるから、不使用時や悪
環境時は装置を保護できることが好ましい。本発明は、
これらの課題を解決して、所定の幅内に於ける測定対象
との最短距離を計測することができる距離測定装置を開
示するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の本発明の装置（１
Ａ）は、図３に示す様に、タイミング制御回路（３）の
制御の下で、発振回路（２）から出力された送信信号を
送信回路（４０）により増幅して超音波素子（７）に加
え、測定対象（１６）に向けて超音波を発し、測定対象
（１６）からの反射波を超音波素子（７）により受信し
て電気信号に変換し、該受信信号を受信回路（５０）に
より増幅整形して時間計測回路（６０）に送り、時間計
測回路（６０）において超音波を発してから反射波が超
音波素子（７）に到達するまでの時間を計測し、該計測
された時間を時間距離変換手段（１０）により距離に変
換して表示回路（１１）に表示する超音波距離測定装置
（１００）に於て、超音波の送信及び受信の双方を行な
う超音波素子（７）を複数配置し、複数の超音波素子
（７）に接続され、発振回路（２）からの送信信号を測
定制御手段（８）により指定された超音波素子（７）に
のみ出力させる送信手段（４）、複数の超音波素子
（７）に接続され、出力された超音波の反射波を超音波
素子（７）が受信した１又は複数の受信信号を増幅整形
して時間計測手段（６）へ送る受信手段（５）、受信手
段（５）より送られた１或いは複数の受信信号の伝搬時
間を計測し、計測結果の時間データを測定制御手段
（８）に出力する時間計測手段（６）、送信手段（４）
の制御及び時間計測手段（６）により計測された超音波
の伝搬時間データのうち特定の複数の時間データの記憶
し、該記憶された時間データを時間距離変換手段（３０
０）により距離データに変換させ、更に座標計算部
（９）に於て該複数の距離データより計測距離データを
求めさせ、得られた計測距離データのうち最短の計測距
離データを表示回路（１１）へ出力する測定制御手段
（８）、及び測定制御手段（８）に記憶された距離デー
タより測定対象（１６）の存在を円或いは楕円の軌跡上
にとらえ、複数のデータのなす円と楕円若しくは楕円と
楕円の軌跡の交点座標により測定対象（１６）の位置を
特定して測定対象（１６）までの距離を求め、得られた
計測距離データを測定制御手段（８）に送る座標計算手
段（９）を具え、円と楕円若しくは楕円と楕円のなす交
点座標から測定対象（１６）までの距離を測定する。

【００１２】第２の本発明の装置（１Ｂ）は、図２に示
す様に、図３の第１の発明の装置（１Ａ）の測定制御手
段（８）の代わりに、送信手段（４）を制御して複数の
超音波素子（７）に送信信号を同時に出力させ、或いは
特定の１つの超音波素子（７）に送信信号を出力させ、
その複数又は１の送信出力に対する各反射波の伝搬時間
を時間計測手段（６）により同時に計測して計測の繰り
返し回数を減らし、該計測した時間データのうち所定の
複数或いは１の時間データを読み込んで記憶し、該記憶
された時間データを時間距離変換手段（３００）により
距離データに変換させ、更に座標計算部（９）に於て該
複数の距離データより計測距離データを求めさせ、得ら
れた計測距離データのうち最短の計測距離データを表示
回路（１１）へ出力する高速測定制御手段（８０）を具
える。

【００１３】第３の本発明の装置（１Ｃ）は、請求項１
又は請求項２に記載の超音波距離測定装置（１Ａ）（１
Ｂ）の超音波素子（７）の前面に可動式の保護カバー
（１３）を配置し（図１に請求項１の装置（１Ａ）に配
置した場合を示す。請求項２の装置（１Ｂ）も同様であ
る。）、測定制御手段（８）又は高速測定手段（８０）
（図１には図示せず）より距離計測開始又は終了の指令
を受けて該保護カバー（１３）の開駆動又は閉駆動をす
る駆動手段（１２）を具える。

【００１４】

【作用】ある超音波素子（７）により発せられた超音波
が測定対象（１６）に当たって反射して同一の超音波素
子（７）に戻った場合に於て、超音波の伝搬時間の情報
しか得られないときは、測定対象（１６）がその伝搬時
間の半分の時間に相当する距離を半径とした円の円周上
にあることのみしか解からず、測定対象（１６）の存在
する位置を特定することはできない。一方、ある超音波
素子（７）から発せられた超音波が測定対象（１６）に
当たって反射し、別の超音波素子（７）に達した場合に
於ては、上記と同様に超音波の伝搬時間の情報しか得ら
れない場合は、超音波を出力した超音波素子（７）と超
音波を受信した超音波素子（７）の存在する位置を両極
とし、該両極から測定対象（１６）までの距離の和が超
音波の伝搬時間に相当する距離と等しい軌跡上、即ち、
楕円上にあることしか解からず、測定対象（１６）の位
置を特定することはできない。しかし、同一の測定対象
（１６）について円と楕円の双方の情報又は異なった複
数の楕円の情報を得ることができた場合は、その円と楕
円又はある楕円とそれとは異なった楕円との交点座標を
求めることにより測定対象（１６）の位置を特定するこ
とができる。第１の発明は、上記の考えに基づくもので
ある。

【００１５】以下、図３に示す第１の発明の装置（１
Ａ）に於て、円と楕円の軌跡を利用する場合の作用を、
図４に示す様に、超音波素子Ｕ１及びＵ２の２つを用い
た場合について説明する。超音波素子Ｕ１及びＵ２、は
図４に示す様に、Ｘ−Ｙ平面上の（−Ｃ、０）及び
（Ｃ、０）に配置し、測定する対象物は同図Ｐ及びＱ点
にあるものとする。

【００１６】図３に於て、測定制御手段（８）により送
信手段（４）を制御し、送信を行なう超音波素子（７）
を選択する。例えば超音波素子Ｕ１を選択（以下「ＯＮ
にする」と記す。）した場合、発振回路（２）から所定
の時間幅の所定の周波数の送信信号（図１０のＧＣＬ
Ｋ）を超音波素子Ｕ１に送り、超音波素子Ｕ１に超音波
を放出させる。超音波素子Ｕ２はＯＮとせず、超音波素
子Ｕ２は送信信号を放出しない。該超音波の放出に対
し、Ｕ１及びＵ２の２つの超音波素子に接続された受信
手段（５）により２つの超音波を受信し、各受信信号を
増幅整形して時間計測手段（６）に加えて、Ｕ１から超
音波が発せられ対象物に反射してＵ１及びＵ２に到達す
るまでの伝搬時間（夫々Ｔ１及びＴ２とする。）を計測
して、その時間データＴ１及びＴ２を測定制御手段
（８）に記憶する。Ｔ１及びＴ２の計測は、同時計測で
も個別計測でも構わない。

【００１７】以上で第１段階の計測は終了し、次に以下
の第２段階の計測をする。再度測定制御手段（８）によ
り送信手段（４）を制御し、今度はＵ２をＯＮにして、
所定の時間幅の所定の周波数の送信信号（図１０のＧＣ
ＬＫ）をＵ２の送信手段（４）へ送り、Ｕ２の超音波素
子（７）に超音波を放出させる。今回はＵ１はＯＮにせ
ず、Ｕ１は超音波を発しない。Ｕ２による超音波の放出
に対し、Ｕ２自身が超音波を受信し、該受信信号を受信
手段（５）に於て増幅整形し、増幅整形された信号を時
間計測手段（６）に送り、Ｕ２より超音波が発せられ対
象物に反射してＵ２自身に到達するまでの伝搬時間（Ｔ
３とする。）を計測して、該時間データＴ３を測定制御
手段（８）により記憶する。

【００１８】測定制御手段（８）は、更に第１段階の計
測で得られた時間データＴ１と第２段階で得られた時間
データＴ３を比較し、どちらか小さい方を、この区間に
於ける円の時間データＴ１３として、楕円の時間データ
Ｔ２と共に記憶する。測定制御手段（８）に記録された
時間データＴ１３及びＴ２は、時間距離変換手段（３０
０）により夫々距離データＤ１及びＤ２に変換され、再
度測定制御手段（８）に記憶される。

【００１９】座標計算手段（９）は、上記記憶された距
離データＤ１及びＤ２を得て、以下に説明する原理に基
づいて対象物の座標を決定する。Ｕ１又はＵ２と測定対
象の間を超音波が往復する距離である距離データＤ１は
一定であるから、図４に示す様に、測定対象までの片道
の距離、つまりＤ１の半分の距離を半径Ｒ１又はＲ２と
する円１又は円２の軌跡上に対象物が存在することにな
る。一方、Ｕ１より発した超音波が対象物で反射し、Ｕ
２に到達するまでの距離Ｄ２も一定であるから、Ｄ２の
半分の距離Ａ１を長径とし、かつ短径が（Ａ１^２−
Ｃ^２）^１／２の楕円１の軌跡上に対象物が存在すること
になる。

【００２０】従って、対象物は円１又は円２及び楕円１
の双方を満足する位置、つまり、円１又は円２と楕円１
の交点Ｐ又はＱ上に存在することになる。円１の方が小
さいとすると、円１と楕円１の交点Ｐの座標（Ｘ１、Ｙ
１）は、次式で表わされる。

【式１】

【式２】 上記の様にＹ１を求めることにより、Ｕ１及びＵ２が存
在するＸ軸から対象物までの距離を得ることができる。
一方円２が小さい場合でも、楕円１はＹ軸について対象
であるから、円２の中心をを円１の中心の位置に移動し
て交点を求めても、交点のＹ座標は変わらない。つま
り、交点Ｐだけでなく交点Ｑの座標も、上式を用いて計
算することができる。以上の原理により、座標計算手段
（９）により、Ｕ１からＵ２の範囲、つまりＸ軸の−Ｃ
から＋Ｃの範囲内に於ける装置と対象物までの最短の距
離を求めることができる。

【００２１】上記では、点Ｐ又はＱで超音波が反射さ
れ、Ｕ１及びＵ２に入射した場合であるが、図５に示す
様に、測定対象（１６）が例えば壁の様に平らな場合
は、装置は反射してきた受信波形の最先の部分で時間を
計測するから、上記の夫々の経路の最短ルートを形成す
る壁上の異なった点Ｐ１及びＰ２或いはＰ３からの反射
波が夫々Ｕ１及びＵ２に入射し、これらの反射波入力に
ついて上記と同様に時間計測及びデータ処理し、距離デ
ータＤ１及びＤ２を得て、円１又は円２及び楕円１を決
定して交点Ｐ又はＱを求め、測定距離Ｙ１を得る。従っ
て、この様な場合は、図５に示す様に、Ｙ１は装置
（１）と壁である測定対象（１６）との距離ＹＢと同じ
か又は小さい値となり、誤差は常にゼロ又はマイナス極
性となる。この誤差の大きさそのものも、発明の効果の
ところで述べる様に、従来の装置の誤差に比して大幅に
改善されている。

【００２２】図６及び図７に、測定対象（１６）に夫々
凸及び凹がある場合について示す。図６は、測定対象
（１６）の中央部分に凸部がある場合である。距離測定
は上記と全く同様に行なわれ、距離データＤ１及びＤ２
が求められ、円１又は円２及び楕円１の軌跡が得られ
る。円１及び円２は、夫々凸部でない点Ｐ１及びＰ３が
Ｕ１及びＵ２から最短距離となるから、図中のＲ１及び
Ｒ２を半径とする円の軌跡を描く。Ｕ１より発し、測定
対象（１６）で反射し、Ｕ２に至る経路は、凸部上の点
Ｐ２で反射する経路が最短となるから、Ｐ２を通る楕円
１が得られることになり、この楕円１と円１及び円２は
点Ｐ及びＱに於て交わり、交点座標が求められる。以
後、上記と同様に距離Ｙ１を得て表示回路（１１）へ出
力される。一方、Ｕ１の位置からＵ２の位置までの範囲
に於ける装置（１）と測定対象（１６）との実際の最短
距離はＹＢであるから、上記と同様にＹ１は常にＹＢと
同じか小さい値となり、誤差はゼロ又は常にマイナスの
極性となる。

【００２３】図７は、測定対象（１６）の中央部分に凹
部がある場合である。反射波は凹部でない点Ｐ１、Ｐ３
及び凹部にある点Ｐ２に於て反射され、上記凸部がある
場合と同様に円１、円２及び楕円１が描かれ、円１及び
円２の小さい方と楕円１の交点Ｐ又はＱを得て、距離Ｙ
１が求められる。この場合は、Ｐ１部分の壁が装置
（１）との最少距離ＹＢとなるから、やはり、計測距離
Ｙ１はＹＢと同じか小さくなり、誤差はゼロ又は必ずマ
イナスの極性となる。

【００２４】上記では、２つの超音波素子Ｕ１及びＵ２
の場合について説明したが、より幅広く装置（１）と測
定対象（１６）との間の距離を計測する必要がある場合
は、更に超音波素子（７）を増やせば良い。この場合の
動作を、図８に示す超音波素子が８の７区間（隣接する
２つの超音波素子のなす間隔を１区間とする。）の場合
につい説明する。超音波素子（８）の配置は、直線状で
なくても勿論構わない。

【００２５】まず、隣り合った１組の超音波素子Ｕ１と
Ｕ２のなす区間１について、上記と同じ動作をし、円
１、円２及び楕円１の軌跡を把握し、円１及び円２のど
ちらか小さい方と楕円１のなすの交点を求めることによ
り距離Ｙ１を求め、Ｕ１とＵ２の区間内に於ける装置
（１）と測定対象（１６）との距離を計測する。次にそ
の隣の１組の超音波素子Ｕ２とＵ３のなす区間２につい
ても、上記と同様に計測し、円２、円３及び楕円２の軌
跡を把握し、円２及び円３のどちらか小さい方と楕円２
の交点を求めることにより距離Ｙ１を求め、区間２にお
ける装置）と測定対象（１６）との距離を計測する。以
下、区間３、区間４、区間５、区間６及び区間７の全て
の区間について同様に繰り返し、夫々の区間について距
離を計測し、全区間を通じて最短の距離を表示回路（１
１）に表示する。

【００２６】上記は、座標計算手段（９）に於て、円と
楕円の軌跡より交点を求めたが、ある超音波素子（７）
より測定対象（１６）に向けて超音波を発し、その反射
波を他の異なった複数の超音波素子（７）により受信す
る、或いは別の超音波素子（７）に再度測定対象（１
６）に向けて超音波を出力させ、その超音波を更に別の
超音波素子（７）により受信することにより、異なった
複数の楕円の軌跡情報を得て、それらの交点を求め、測
定対象（１６）の位置を特定し、装置（１Ａ）と測定対
象（１６）との距離を求めることも可能である。

【００２７】第２の発明の装置（１Ｂ）は、図２に示す
様に、高速測定制御手段（８０）により、送信手段
（４）を制御して、測定に影響を与えない位置にある所
定の複数（場合によっては１つ）の超音波素子（７）に
超音波を同時に出力させ、その超音波の同時出力に対し
て所定の複数（場合によっては１つ）の超音波素子
（７）が同時に受信した各受信信号について、上記の第
１の発明の装置と同じ計測動作を平行して進行させる。
つまり、１度の送信信号の出力について複数の区間を同
時に計測させて、計測の繰り返し回数を減らし、全体の
計測時間を短縮する。

【００２８】第３の発明の装置（１Ｃ）は、図１に示す
様に、測定制御手段（８）又は高速測定手段（８０）が
外部より距離測定開始の指令を受けると、駆動手段（１
２）に保護カバー（１３）を開けさせて距離計測を可能
にする。一方、測定制御手段（８）又は高速測定手段
（８０）は、距離測定終了の指令を受けたときは駆動手
段（１２）に保護カバー（１３）を閉じさせる。従っ
て、距離計測を行なわないときは装置（１Ｃ）には塵、
埃又は雨等がかからず、装置（１）を保護することがで
きる。

【００２９】

【実施例】第１の発明の実施例として、以下に２つの実
施例をあげて説明する。第１の実施例は座標計算手段
（９）として円と楕円の交点を利用した座標計算手段
（４００）を用い、第２の実施例として座標計算手段
（９）として楕円と楕円及び円と楕円の双方の交点を利
用した座標計算手段（６００）を用いた装置（１Ａ）で
あり、ブロック図は同じ図９により表わされる。 （第１実施例）第１の発明の第１実施例の装置（１Ａ）
は、図９及び図１３に示すように、超音波素子Ｕ１〜Ｕ
８を各超音波素子の素子間距離Ｃ＝２０ｃｍで８個配置
し、幅１．４ｍに渡り、測定対象（１６）との距離を１
０ｃｍ〜１ｍの範囲で測定する。超音波素子Ｕ１〜Ｕ８
の共振周波数は４０キロヘルツ（ＫＨｚ）のものを使用
した。もちろん共振周波数の高い超音波素子（７）を使
用して、素子間距離Ｃを小さくしてより近接測定するこ
とや、送信出力を上げて測定範囲を広げること、及び超
音波素子（７）の数を増やして計測する幅を広げること
も可能である。尚、図９に於ては、超音波素子Ｕ３〜Ｕ
７、送信回路（４０ｃ）〜（４０ｇ）、受信回路（５０
ｃ）〜（５０ｇ）及び時間計測回路（６０ｃ）〜（６０
ｇ）は、省略して表わしている。

【００３０】まず、第１の発明の第１実施例の装置（１
Ａ）の構成について説明する。超音波素子Ｕ１〜Ｕ８
は、図１３に示す様に、夫々超音波マイク（７Ｒ）と超
音波スピーカ（７Ｔ）を１組として構成し、超音波マイ
ク（７Ｒ）と超音波スピーカ（７Ｔ）は、防振用のゴム
（７Ｇ）を間に挟み、超音波マイク（７Ｒ）と超音波ス
ピーカ（７Ｔ）間の距離ｄ＝２ｃｍとして、超音波マイ
ク（７Ｒ）と超音波スピーカ（７Ｔ）が交互に上に来る
ように配置した。ｄは小さいほうが好ましい。又、超音
波素子（７）として送受信用の超音波素子（７）でも勿
論構わない。

【００３１】測定制御手段（８）は、図９に示す様に、
外部から計測スタートの指令「計測ＯＮ」の信号入力を
受け、タイミング制御回路（３）に「ＳＴＡＲＴ」の信
号を送り、タイミング制御回路（３）からは計測終了の
信号「ＥＮＤ」を受ける。尚、各信号のタイミングは図
１０のタイミングチャートに示す。次に、測定制御手段
（８）は、送信手段（４）の出力制御回路（４２）へど
の送信回路に送信信号を出力するか指令する信号「ＴＥ
１〜８」を出力し、更にどの時間計測回路に計測結果を
出力させるか指定する「ＯＥ１〜８」を時間計測手段
（６）に送り、時間計測手段（６）からはデータバス
「ＤＡＴＡ」を通じて計測結果である超音波の伝搬時間
を受ける。更に測定制御手段（８）は、時間データを距
離データに変換するために時間距離変換手段（３００）
と接続され、円又は楕円の軌跡から交点の座標データを
得るため座標計算手段（９）と接続され、測定結果を表
示するため表示回路（１１）に接続されている。

【００３２】送信手段（４）は、図９に示す様に、出力
制御回路（４２）と第１〜第８の８つの送信回路（４０
ａ）〜（４０ｈ）から成る。出力制御回路（４２）は、
上記の様に「ＴＥ１〜８」を通じて測定制御手段（８）
と接続され、発振回路（２）とは送信信号ＧＣＬＫを受
けるため接続され、更に測定制御手段（８）に指定され
た送信回路に送信信号ＴＣ１〜ＴＣ８を送るため、８つ
の送信回路（４０ａ）〜（４０ｈ）に接続されている。
各送信回路（４０ａ）〜（４０ｈ）は、送信信号ＴＣ１
〜ＴＣ８を出力するため、夫々Ｕ１〜Ｕ８の超音波素子
（７）の超音波スピーカ（７Ｔ）（図１３）に接続され
ている。

【００３３】受信手段（５）は、図９に示す様に、第１
〜第８の８つの受信回路（５０ａ）〜（５０ｈ）により
構成され、各受信回路（５０ａ）〜（５０ｈ）の入力
は、夫々超音波素子Ｕ１〜Ｕ８の各超音波マイク（７
Ｒ）（図１３）に接続され、受信回路（５０ａ）〜（５
０ｈ）の各出力は、夫々時間計測手段（６）へＭＯ１〜
ＭＯ８の信号として出力される。

【００３４】時間計測手段（６）は、図９に示す様に、
第１〜第８の８つの時間計測回路（６０ａ）〜（６０
ｈ）により構成され、時間計測回路（６０ａ）〜（６０
ｈ）には上記のＭＯ１〜ＭＯ８の信号が夫々入力され
る。更に時間計測回路（６０ａ）〜（６０ｈ）へは、タ
イミング制御回路（３）から計測開始の信号ＧＯが、発
振回路（２）からクロック信号ＣＬＫ１が入力される。
本装置では、ＣＬＫ１として１ＭＨｚのクロック信号を
用いた。

【００３５】発振回路（２）は、図９及び図１０に示す
様に、タイミング制御回路（３）の基準となるクロック
信号ＣＬＫ２をタイミング制御回路（３）に送り、タイ
ミング制御回路（３）からは送信信号の時間幅ＴＷを決
定するパルスＰＷを受ける。ＰＷを受けて、発振回路
（２）は送信信号ＧＣＬＫを作成して出力制御回路（４
２）へ出力し、更に時間計測の基準となるクロック信号
ＣＬＫ１を時間計測手段（６）へ出力する。タイミング
制御回路（３）は、上記の他に時間計測手段（６）から
各時間計測回路（６０ａ）〜（６０ｈ）の計測終了を表
わす信号ＭＥＮＤ１〜８を受ける。

【００３６】次に、第１の発明の装置（１Ａ）の各部の
構成及び動作について詳述する。送信手段（４）の出力
制御回路（４２）は、図１１に示す様に、ＩＣ１〜ＩＣ
８の２入力ＡＮＤゲートにより構成され、各ＩＣの一方
の入力は夫々送信信号ＧＣＬＫ（図１０）が加えられ、
他方の入力には測定制御手段（８）より制御信号ＴＥ１
〜ＴＥ８が加えられ、送信信号を出力する時は”Ｈ”
を、そうではない時は”Ｌ”を加え、出力ＴＣ１〜ＴＣ
８のうちの所定の出力に送信信号ＧＣＬＫを出力させ
る。測定制御手段（８）は、図１２に示す様に、ＣＰＵ
（８１）、入出力ポート（８３）、ＲＡＭ（８２）及び
ＲＯＭ（８４）によって構成され、ＲＯＭ（８４）中に
ソフトウエア手段として設けられた測定制御処理手段
（２００）によって、各部は制御されている。又、座標
計算手段（４００）及び時間距離変換手段（３００）も
上記ＲＯＭ（８４）中に、ソフトウエア手段として収め
られている。

【００３７】以下、図９、図１０、図１２及び図１４に
基づいて、測定制御処理手段（２００）を詳述すること
により本装置（１Ａ）の動作について説明する。図１４
に示す様に、「初期処理（２０１）」に於てカウンタの
値Ｃを１に初期化し、「送信回路Ｃ ＯＮ（２０２）」
に於て、入出力ポート（８３）を介してＴＥ１を”
Ｈ”、他を”Ｌ”としてカウンタの値Ｃに対応した送信
回路（４ａ）を送信可能とし、「ＳＴＡＲＴ出力（２０
３）」により入出力ポート（８３）を介して、タイミン
グ制御回路（３）へ計測開始の信号ＳＴＡＲＴを”Ｈ”
を出力する。ＳＴＡＲＴ信号を受けて、タイミング制御
回路（３）は、クロックＣＬＫ２に同期して送信信号の
時間幅を決定するパルスＰＷを発振回路（２）に送り、
発振回路（２）はこれを受けて、出力制御回路（４２）
に送信信号ＧＣＬＫを出力し、送信可能状態の送信回路
（４０ａ）を通じ、Ｕ１より超音波が発せられる。タイ
ミング制御回路（３）は上記ＰＷを出力すると同時に、
時間計測回路に時間計測開始の信号であるゲートオープ
ン信号ＧＯを出力し、時間計測回路（６０ａ）（６０
ｂ）は時間計数用の基準クロックであるＣＬＫ１をカウ
ントを始める。更に測定制御処理手段（２００）は「計
測終了？（２０４）」に於て、タイミング制御回路
（３）の計測終了の信号であるＥＮＤ出力が”Ｈ”にな
るのをモニタして待つ。時間計測回路（６０ａ）（６０
ｂ）は、送信回路（４０ａ）より出力された送信信号を
超音波素子Ｕ１及びＵ２が受信して、受信回路（５０
ａ）（５０ｂ）により増幅整形した信号ＭＯ１及びＭＯ
２（図１０）の立ち上がりにて時間計測を停止し、タイ
ミング制御回路（３）へＭＥＮＤ１及びＭＥＮＤ２を発
する。タイミング制御回路（３）は、所定の全ての時間
計測回路がＭＥＮＤを発すると、測定制御処理手段（２
００）に対し、ＥＮＤ信号を出力する。上記の様に、Ｅ
ＮＤ信号をモニタ中の測定制御処理手段（２００）は、
ＥＮＤ信号を検知すると、「データ読込（２０５）」に
於て、入出力ポート（８３）のＯＥ１及びＯＥ２を順
次”Ｈ”にして、時間計測回路（６０ａ）（６０ｂ）よ
り時間データを読み込み、「データ格納（２０６）」に
於てＲＡＭ（８２）中に時間データを記憶させる。次
に、「ＳＴＡＲＴ解除（２０７）」に於て、入出力ポー
ト（８３）のＳＴＡＲＴを”Ｌ”にしてＳＴＡＲＴ信号
をリセットして計測を終了させる。得られた時間データ
は作用に於て述べたＴ１及びＴ２に当る。以上で第１段
階の計測が終了し、作用に於て述べた円１及び楕円１の
時間データが得られる。

【００３８】第２段階として、「送信回路Ｃ＋１ ＯＮ
（２０８）」に於て、入出力ポート（８３）を介してＴ
Ｅ２を”Ｈ”、他を”Ｌ”としてカウンタの値Ｃに対応
した送信回路（４０ｂ）を送信可能とし、「ＳＴＡＲＴ
出力（２０９）」により入出力ポート（８３）を介し
て、タイミング制御回路（３）へ計測開始の信号ＳＴＡ
ＲＴを”Ｈ”にして出力する。以下第１段階と同様に、
ＳＴＡＲＴ信号を受けて、タイミング制御回路（３）
は、クロックＣＬＫ２に同期して送信信号の時間幅を決
定するパルスＰＷを発振回路（２）に送り、発振回路
（２）はこれを受けて、出力制御回路（４２）に送信信
号ＧＣＬＫを出力する。タイミング制御回路（３）は上
記ＰＷを出力すると同時に、時間計測回路にゲートオー
プン信号ＧＯを出力し、時間計測回路（６０ｂ）は基準
クロックであるＣＬＫ１をカウントを始める。測定制御
処理手段（２００）は「計測終了？（２１０）」に於
て、タイミング制御回路（３）のＥＮＤ出力が”Ｈ”に
なるのをモニタして待つ。時間計測回路（６０ｂ）は、
送信回路（４）より出力された送信信号を超音波素子Ｕ
２が受信して増幅整形した信号ＭＯ２（図１Ｏ）の立ち
上がりにて計測を停止し、タイミング制御回路（３）へ
ＭＥＮＤ２を発する。タイミング制御回路（３）はＭＥ
ＮＤ２を受けて、測定制御処理手段（２００）に対しＥ
ＮＤ信号を出力する。上記の様に、ＥＮＤ信号をモニタ
中の測定制御処理手段（２００）はＥＮＤ信号を検知す
ると、「データ読込込み（２１１）」に於て、時間計測
回路（６０ｂ）より時間データを読み込み、「データ格
納（２１２）」に於てＲＡＭ（８２）中に時間データを
記憶させ、「ＳＴＡＲＴ解除（２１３）」に於てＳＴＡ
ＲＴをリセットする。得られた時間データは作用に於て
述べたＴ３に当る。これで第２段階の計測が終了し、作
用に於て述べた円３の時間データが得られたことにな
る。次に、「Ｔ１、Ｔ３比較（２１４）」に於て、時間
データＴ１とＴ３の大きさを比較し、小さい方の時間デ
ータＴ１３をこの区間の円情報としてＲＡＭ（８２）に
記憶する。

【００３９】以上で、最初の１区間の円及び楕円の情報
を得る。更に、「Ｃ＝Ｃ＋１（２１５）」に於て、カウ
ンタの内容Ｃを１増加し、続く「計測終了？（２１
６）」に於て、カウンタの内容Ｃが全区間数を超えたか
を調べ、全区間終了していない時は、「ＣＯＮＴ」に飛
び、次の区間について上記動作を繰り返す。以上の動作
を繰り返し、「計測終了？（２１６）」に於て、カウン
タの内容Ｃが全区間数を超えた場合、全ての計測は終了
し、処理は次の時間距離変換手段（３００）に移行す
る。

【００４０】時間距離変換手段（３００）に於て、上記
に於て求めた各区間の時間データを距離データに変換す
る。図１５に示す様に、「初期化（３０１）に於て、カ
ウンタの内容Ｃをクリアし、「データ取込み（３０
２）」に於て測定制御手段（８）のＲＡＭ（８２）より
最初の区間の時間データを取り出し、公知であり図示し
ない「温度ｔ読込（３０３）」に於て温度を入力し、
「距離Ｄ＝（３０４）」に於て同じく公知の式

【式３】 により前記の第１区間の時間データＴ１３及びＴ２を距
離データＤ１及びＤ２に変換し、「距離Ｄ格納（３０
５）」に於て、Ｄ１及びＤ２の距離データを測定制御手
段（８）のＲＡＭ（８２）に記憶させる。「Ｃ＝Ｃ＋１
（３０６）」及び「終了？（３０７）」により、全区間
の全時間データを距離データへの変換が完了するまで、
上記動作を繰り返させる。全区間の変換が終了すると、
一旦測定制御処理手段（２００）に戻り、そこから次の
座標計算手段（４００）へ処理が移る。

【００４１】座標計算手段（４００）は、図１６に示す
様に、「初期化（４０１）」に於てカウンタの値Ｃをク
リアし、「格納データ取込み（４０２）」に於て上記の
変換された第１区間の距離データＤ１及びＤ２をＲＡＭ
（８２）から取込み、「Ａ、Ｒ１算出（４０３）」に於
て、円の半径Ｒ１（Ｒ１＝Ｄ１／２）及び楕円の長径Ａ
（Ａ＝Ｄ２／２）を求め、「座表計算（４０４）」に於
て図中の枠内に示す式により交点座標Ｘ１及びＹ１を求
める。「Ｘ正常？（４０５）」に於て、Ｘ１の値がが所
定の区間内にあるかどうかを調べることにより、測定が
所定の区間内に存在する測定対象（１６）についてなさ
れたかを検査し、Ｘ１の値が所定の区間内であれば「距
離Ｙ１格納（４０６）」に於て距離データとしてＹ１を
ＲＡＭ（８２）に記憶させる。Ｘ１の値が所定の区間外
のときはデータは記憶させず以下に進む。「Ｃ＝Ｃ＋１
（４０７）」及び「終了？（４０８）」により、上記動
作を全区間繰り返し実行させ、全区間の正常な計測距離
データを求めＲＡＭ（８２）に記憶させ、測定制御処理
手段（２００）に戻る。

【００４２】測定制御処理手段（２００）は、図１４に
示す様に、「最短距離検出（２２０）」に於てＲＡＭ
（８２）に記憶された正常な計測距離データの中から最
短の距離データを検出し、「表示回路へ出力（２２
１）」に於て最短の距離データを表示回路（１１）へ出
力し、表示する。以上で１回の計測は終了するが、更に
「繰り返し？（２２２）」に於て、外部からの入力「計
測ＯＮ」を検査し、まだ「計測ＯＮ」が入力中のときは
「ＴＯＰ」に飛び、上記の動作を最初から繰り返す。外
部からの入力「計測ＯＮ」が切れているときは全ての処
理は終了する。

【００４３】（第２実施例）第１の発明の第２の実施例
として、楕円と楕円及び円と楕円の双方の交点を利用す
る装置（１Ａ）について説明する。本装置（１Ａ）も第
１の実施例の装置と同じ仕様であるが、超音波素子Ｕ１
〜Ｕ８は、図１８に示す様に、Ｕ１及びＵ８は超音波マ
イク（７Ｒ）と超音波スピーカ（７Ｔ）を１組としたも
ので構成し、超音波素子Ｕ２〜Ｕ７は送受信兼用の超音
波素子（７ＴＲ）を使用した。Ｕ１は超音波スピーカ
（７Ｔ）を上に超音波マイク（７Ｒ）を下にして、防振
用のゴム（７Ｇ）を挟み縦に配置した。一方、Ｕ８は同
じく防振用のゴム（７Ｇ）を挟み、超音波マイク（７
Ｒ）を上にして超音波スピーカ（７Ｔ）を下にして縦に
配置した。また、図２０に示す様に、両端部は円と楕円
により交点を求め、内部は全て楕円と楕円により交点を
求めることにより、全区間の距離計測を行なう。

【００４４】本装置の構成も、図９に示すものと同一で
ある。但し、図１７に示す様に測定制御手段（８）の測
定制御処理手段（５００）及び座標計算手段（９）とし
て座標計算手段（６００）を用いる点のみが異なる。他
は全て同一である。座標計算手段（６００）に於て、円
と楕円の交点の求め方は、上記と同じであるが、楕円と
楕円の交点の求める部分が追加される。そこで、ここで
はまず楕円と楕円の交点の求め方の原理について、図１
９の説明図に基づいて説明する。図１９に示す様に、３
つの超音波素子Ｕ１、Ｕ２及びＵ３を１組として考え、
Ｕ１、Ｕ２及びＵ３は夫々Ｘ軸上の（０、０）、（Ｃ、
０）及び（２Ｃ、０）に配置され、測定対象（１６）が
壁であるものとする。第１段階として、例えばＵ１より
超音波を発して、測定対象（１６）からの反射波をＵ２
及びＵ３により同時に受信し、夫々の伝搬時間を計測す
ると、Ｕ１から発せられ、測定対象（１６）のＰ１点に
於て反射し、Ｕ２に到達する超音波の伝搬時間（Ｔ１）
からは、作用に於て説明した様に、Ｕ１及びＵ２を両極
とする楕円１の軌跡の情報が得られる。一方、Ｕ１を発
し、測定対象（１６）のＰ２点に於て反射し、Ｕ３に到
達する超音波の伝搬時間（Ｔ２）からは、同様に、Ｕ１
及びＵ３を両極する楕円２の軌跡の情報が得られる。次
に第２段階として、Ｕ３より超音波を発し、Ｕ２で受信
した場合、上記と同様にして、その伝搬時間（Ｔ３）か
らＵ２及びＵ３を両極とした楕円３の軌跡の情報が得ら
れる。（Ｃ／２、０）〜（３Ｃ／２、０）の区間（２つ
の隣り合った超音波素子Ｕ１及びＵ２の中心から、その
隣の２つの超音波素子Ｕ２及びＵ３の中心までを１区間
とする）に於ける最短距離としては、楕円１及び楕円３
のどちらか小さい方と楕円２の交点を求めれば良い。図
１９より分かる様に、本発明も誤差が発生するときは必
ずマイナスの方に発生する。

【００４５】上記は、１区間の場合であるが、更に広い
幅について装置（１Ａ）と測定対象（１６）との距離を
計測する場合は、例えば図２０に示した様に超音波素子
Ｕ１〜Ｕ８を増やせば良い。この場合も、図１９に示す
様に、基本的には上記の１区間と同じ計測をを繰り返
す。例えば、上記のＵ１、Ｕ２及びＵ３について計測を
行なった後、次はＵ２、Ｕ３及びＵ４について同様の計
測を行ない、（３Ｃ／２、０）〜（５Ｃ／２、０）の３
番目の区間について、その区間に於ける装置（１Ａ）と
測定対象（１６）の最短距離を求め、更にＵ３、Ｕ４及
びＵ５以降についても同様に繰り返し計測して、全区間
について後述する様に距離を求め、求められた各区間の
距離の内の最短の距離を計測距離データとして表示回路
（１１）に表示する。

【００４６】次に、図９、図１７、図２０及び図２１に
基づき、測定制御処理手段（５００）を詳述することに
より本装置（１Ａ）の動作について説明する。本装置
（１Ａ）の測定制御処理手段（５００）は、図２１に示
す様に、「初期化（５０１）」に於てカウンタの値Ｃを
１に初期化し、「送信回路Ｃ ＯＮ（５０２）」に於て
入出力ポート（８３）を介してＴＥ１を”Ｈ”、他を”
Ｌ”としてカウンタの値Ｃに対応した送信回路（４０
ａ）を送信可能とし、「ＳＴＡＲＴ出力（５０３）」に
より入出力ポート（８３）を介して、タイミング制御回
路（３）へ計測開始の信号ＳＴＡＲＴを”Ｈ”にして出
力する。以後第１の実施例の装置（１Ａ）と同じ様に動
作して、時間計測を行なう。この間、測定制御処理手段
（５００）は「計測終了？（５０４）」に於て、タイミ
ング制御回路（３）のＥＮＤ出力が”Ｈ”になるのをモ
ニタして待つ。計測が終了して、タイミング制御回路
（３）よりＥＮＤ信号が測定制御処理手段（５００）に
出力されると、ＥＮＤ信号をモニタ中の測定制御処理手
段（５００）は、「Ｃ＝１？（５０５）」に於て最初の
区間かどうかをチェックし、最初の区間の場合は「デー
タ読込（５０７）」に処理を移し、Ｕ２及びＵ３だけで
なく、超音波を発したＵ１の時間データを、夫々時間計
測回路（６０ｂ）（６０ｃ）及び（６０ａ）から読込
み、楕円１及び楕円２の情報だけでなく、円１の情報を
得る。最初の区間以外は、楕円データのみあれば良いか
ら「データ読込（５０６）」に於て超音波を発した素子
のデータは読込まれない。次に、「データ格納（５０
８）」に於て円１、楕円１及び楕円２（最初の区間の場
合）又は楕円Ｃ＋１及び楕円Ｃ＋２の情報となる時間デ
ータをＲＡＭ（８２）中に記憶させる。「ＳＴＡＲＴ解
除（５０９）」に於てＳＴＡＲＴ信号をリセットしてタ
イミング制御回路（３）や時間計測回路（６０ａ）〜
（６０ｈ）等を再計測可能にする。以上で第１段階の計
測が終了し、円１、楕円１及び楕円２（最初の区間の場
合）又は楕円Ｃ＋１及び楕円Ｃ＋２の時間データが得ら
れたことになる。

【００４７】第２段階として、「送信回路Ｃ＋２ ＯＮ
（５１０）」に於て、入出力ポート（８３）を介してＴ
Ｅ３を”Ｈ”、他を”Ｌ”としてカウンタの値Ｃに対応
した送信回路（４０Ｃ）を送信可能とし、「ＳＴＡＲＴ
出力（５１１）」により入出力ポート（８３）を介し
て、タイミング制御回路（３）へ計測開始の信号ＳＴＡ
ＲＴを”Ｈ”にして出力する。以後第１の実施例の装置
（１Ａ）と同じ様に動作して、時間計測を行なう。この
間、測定制御処理手段（５００）は「計測終了？（５１
２）」に於て、タイミング制御回路（３）のＥＮＤ出力
が”Ｈ”になるのをモニタして待つ。計測が終了して、
タイミング制御回路（３）よりＥＮＤ信号が測定制御処
理手段（５００）に出力されると、ＥＮＤ信号をモニタ
中の測定制御処理手段（５００）は、「Ｃ＝６？（５１
３）」に於て測定が最終区間であるかを調べ、最終区間
の場合は「データ読込（５１５）」に於て時間計測回路
（６ｇ）の時間データだけでなく、超音波を発したＵ８
の時間計測回路（６０ｈ）のデータも読込こみ、円２の
時間データを得る。一方、最終区間でない場合は「デー
タ読込（５１４）」に於てＣ＋１に相当する時間計測回
路より楕円の時間データのみ得る。「データ格納（５１
６）」に於てＲＡＭ（８２）中に上記時間データを記憶
させ、「ＳＴＡＲＴ解除（５１７）」に於てＳＴＡＲＴ
をリセットする。これで第２段階の計測が終了し、楕円
２Ｃ＋１及び円２（最終区間の場合のみ）又は楕円２Ｃ
＋１のみの時間データが得られたことになる。次に、
「小楕円比較（５１８）」に於て、大きい楕円（例えば
楕円２）の両端の小楕円（例えば楕円１及び楕円３）の
うち、小さい方の小楕円の時間データＴｍをこの区間の
小楕円情報としてＲＡＭ（８２）に記憶する。

【００４８】以上で、１区間の円及び楕円の情報を得
る。更に、「Ｃ＝Ｃ＋１（５１９）」に於て、カウンタ
の内容Ｃを１増加し、続く「計測終了？（５２０）」に
於て、カウンタの内容Ｃが全区間数を超えたかを調べ、
全区間終了していない時は、「ＣＯＮＴ」に飛び、次の
区間について上記動作を繰り返す。以上をの動作を繰り
返し、「計測終了？（５２０）」に於て、カウンタの内
容Ｃが全区間数を超えた場合、計測は終了する。

【００４９】次に、上記に於てＲＡＭ（８２）に記憶さ
れた全時間データを、第１の実施例の装置（１Ａ）と同
じである時間距離変換手段（３００）により距離データ
に順次変換し、全区間の変換が終了すると、一旦測定制
御処理手段（２００）に戻り、そこから座標計算手段
（６００）へ処理が移る。

【００５０】座標計算手段（６００）は、図２２に示す
様に、「初期化（６０１）」に於てカウンタの値Ｃを１
に設定し、「時間データ取込（６０２）」に於て上記の
変換された第１区間の距離データＤ１及びＤ２をＲＡＭ
（８２）から取込み、「Ａ、Ｒ１算出（６０３）」に於
て、円１と楕円１の交点を求めるためＤ１及びＤ２より
円の半径Ｒ１（Ｒ１＝Ｄ１／２）及び楕円の長径Ａ（Ａ
＝Ｄ２／２）を求め、「座表計算（６０４）」に於て交
点座標Ｘ１及びＹ１を求める。これは第１の実施例の装
置（１Ａ）と同じである。「Ｘ正常？（６０５）」に於
て、求めたＸ１の値が所定の区間内にあるかどうかを調
べることにより、測定が所定の区間内に存在する測定対
象（１６）についてなされたかを検査する。Ｘ１の値が
所定の区間内であれば「計測データ格納（６０６）」に
於て第１区間の距離データとしてＹ１をＲＡＭ（８２）
に記憶させる。Ｘ１の値が所定の区間外のときはデータ
は記憶させず以下に進む。

【００５１】次に、「時間データ取込（６０７）」に於
て、Ｄ３及びＤ４の距離データを取込み、「Ａ１、Ａ２
算出（６０８）」に於て第２の区間の楕円１又は楕円３
のどちらか小さい方の楕円の長径Ａ１（＝Ｄ３／２）と
楕円２の長径Ａ２（＝Ｄ４／２）を求め、「楕円座標計
算（６０９）」に於て、図中の枠内に示す各式により交
点座標Ｘ１及びＹ１を求める。「Ｘ正常？（６１０）」
に於て、Ｘ１の値が所定の区間内にあるかどうかを調べ
ることにより、測定が所定の区間内に存在する測定対象
（１６）についてなされたかを検査する。Ｘ１の値が所
定の区間内であれば「計測データ格納（６１１）」に於
て第２区間の計測距離データとしてＹ１をＲＡＭ（８
２）に記憶させる。Ｘ１の値が所定の区間外のときはデ
ータは記憶させず以下に進む。次に「Ｃ＝Ｃ＋１（６１
２）」に於てカウンタの内容Ｃを１増加し、「終了（６
１３）」に於て、Ｃ＝６となり、第７の区間まで終了し
たかをチェックし、終了していない場合は、次の区間に
ついて再度上記動作を繰り返す。終了している場合は、
「距離データ取込（６１４）」に移り、最後の円及び楕
円のデータであるＤｃ＋３及びＤｃ＋４を取込み、「Ａ
１、Ｒ１算出（６１５）」に於て円２の半径及び楕円１
３の長径が求められ、次の「座表計算（６１６）」に於
て上記と同様にそれらの交点座標Ｘ１、Ｙ１が求められ
る。「Ｘ正常？（６１７）」に於て、Ｘ１の値が所定の
区間内にあるかどうかを調べることにより、測定が所定
の区間内に存在する測定対象（１６）についてなされた
かを検査する。Ｘ１の値が所定の区間内であれば「計測
データ格納（６１８）」に於て第８区間の距離データと
してＹ１をＲＡＭ（８２）に記憶させる。Ｘ１の値が所
定の区間外の値のときはデータは記憶させず処理は測定
制御処理手段（５００）へ戻る。

【００５２】測定制御処理手段（５００）の「最短距離
検出（２２０）」に於て、ＲＡＭ（８２）に記憶された
各区間の正常な計測距離データの中から最短の距離デー
タを検出し、「表示回路へ出力（２２１）」に於て最短
の計測距離データを表示回路へ出力し、表示する。［繰
返し？（２２２）」に於て、外部からの入力「計測Ｏ
Ｎ」が入力中のときは、「ＴＯＰ」に飛び、以上の動作
を最初から繰り返す。外部からの入力「計測ＯＮ」が切
れていると、距離計測は終了する。以上、楕円と楕円の
交点を求める１つの実施例について説明したが、他の楕
円と楕円の軌跡によっても可能である。例えば図２３に
示す様に、４つの超音波素子Ｕ１〜Ｕ４を１組として用
いて２つの楕円を描き、交点を求めること等種々変形が
できることは勿論である。又、上記の実施例では、受信
回路や時間計測回路等を複数配置したが、本発明では、
例えば図２４に示す様に、時間計測手段内にスイッチ回
路（６１）を配置して、時間計測回路を１つにすること
も可能であり、図示はしないが受信手段についても同様
のことが可能である。

【００５３】（第３実施例）上記実施例に於ては、１つ
の区間毎に距離測定を行なったが、第２の発明の装置で
ある第３の実施例の装置（１Ｂ）では、複数の区間に於
て同時に超音波を発し、測定の繰り返し回数を減らすこ
とによって、区間数が増加した場合の計測時間を短縮す
るものである。第２の発明の装置の構成は、第１の発明
の装置（１Ａ）に於て測定制御手段（８）に代えて高速
測定制御手段（８０）を用い、且つ送信手段（４）の送
信回路（４０）、受信手段（５）の受信回路（５０）及
び時間計測手段（６）の時間計測回路（６０）が複数で
あることが必須条件となること以外は、図９に示す装置
と同じである。高速測定制御手段（８０）は、図２８に
示す様に、ＲＯＭ（８４）中に配置されたソフトウエア
手段である測定制御処理手段（２００）に代えて高速測
定処理手段（２５０）配置したものである。他は第１の
発明の装置（１Ａ）と全く同一である。本発明について
説明する前に、まずその原理について説明する。図８に
示した円と楕円の交点を用いた第１実施例の装置（１
Ａ）を高速化する場合について説明する。図２５及び表
１に示す様に、第１段階としてＵ２、Ｕ５及びＵ８から
同時に超音波を発し、それらの反射波を超音波素子Ｕ
１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５，Ｕ６，Ｕ７及びＵ８で受
信する。Ｕ２からＵ１への伝搬時間により、作用に於て
説明した様に、楕円１が描けることになる。同様にＵ２
からＵ２、Ｕ２からＵ３、Ｕ５からＵ４、Ｕ５からＵ
５、Ｕ５からＵ６、Ｕ８からＵ７及びＵ８からＵ８への
超音波の伝搬時間より、夫々円２、楕円２、楕円４、円
５、楕円５、楕円７及び円８を描くための時間情報を得
ることができる。第２段階として、図２６及び表１に示
す様に、Ｕ３及びＵ６から同時に超音波を発し、Ｕ３、
Ｕ４、Ｕ６及びＵ７で受信する。上記と同様にＵ３から
Ｕ３、Ｕ３からＵ４、Ｕ６からＵ６及びＵ６からＵ７へ
の超音波の伝搬時間より、夫々円３、楕円３、円６及び
楕円６を描くための時間情報を得ることができる。更に
第３段階として、図２７及び表１に示す様に、Ｕ１、Ｕ
４及びＵ７から超音波を同時に発し、Ｕ１、Ｕ４及びＵ
７で受信すると、上記と同様にＵ１からＵ１、Ｕ４から
Ｕ４及びＵ７からＵ７への超音波の伝搬時間より、夫々
円１、円４及び円７を描くための時間情報を得ることが
できる。斯くして、計測する必要のある円１から円８ま
で及び楕円１から楕円７までの全ての時間データを得る
ことができる。以下は後述する。

【００５４】以上の説明では、隣接する他の区間からの
超音波の反射の影響は無視したが、実際には混入する。
しかし、この影響は、測定しようとしている区間の測定
対象が隣接する区間の測定対象より遠いところにある場
合に実際より距離が小さくなるという影響を生じる場合
があるが、それでも隣接する区間の測定対象（１６）と
の距離よりも小さくなることはない。つまり、測定対象
（１６）と最短距離にある区間は影響されず、本発明の
ように、所定の幅について測定対象（１６）との最短距
離を測定する装置では測定や測定された距離の確度に何
ら影響を及ぼさない。

【００５５】以下、高速測定処理手段（２５０）を詳述
することにより、第２の発明の装置（１Ａ）の動作を説
明する。高速測定処理手段（２５０）は、図２９に示す
様に、「送信回路２、５、８ＯＮ（２５２）」に於て入
出力ポート（８３）を介してＴＥ２、ＴＥ５及びＴＥ８
を”Ｈ”、他を”Ｌ”として送信回、（４０ｂ）（４０
ｅ）（４０ｈ）を送信可能とし、「ＳＴＡＲＴ出力（２
５３）」により入出力ポート（８３）を介して、タイミ
ング制御回路（３）へ計測開始の信号ＳＴＡＲＴを”
Ｈ”にして出力する。ＳＴＡＲＴ信号を受けて、タイミ
ング制御回路（３）は、クロックＣＬＫ２に同期して送
信信号の時間幅を決定するパルスＰＷを発振回路（２）
に送り、発振回路（２）はこれを受けて、出力制御回路
（４２）に送信信号ＧＣＬＫを出力し、送信可能状態の
送信回路（４０ｂ）（４０ｅ）（４０ｈ）を通じ、Ｕ
２，Ｕ５及びＵ８より超音波が同時に発せられる。タイ
ミング制御回路（３）は上記ＰＷを出力すると同時に、
時間計測回路（６０ａ）〜（６０ｈ）にゲートオープン
信号ＧＯを出力し、時間計測回路（６０ａ）〜（６０
ｈ）は基準クロックであるＣＬＫ１をカウントを始め
る。高速測定処理手段（２５０）は「計測終了？（２５
４）」に於て、タイミング制御回路（３）のＥＮＤ出力
が”Ｈ”になるのをモニタして待つ。時間計測回路（６
０ａ）〜（６０ｈ）は、送信回路（４０ｂ）（４０ｅ）
（４０ｈ）より出力された送信信号の反射波をを夫々超
音波素子Ｕ１〜Ｕ８が受信し、受信回路（５０ａ）〜
（５０ｈ）により増幅整形した信号ＭＯ１〜ＭＯ８（図
１０）の立ち上がりにて計測を停止し、タイミング制御
回路（３）へＭＥＮＤ１〜ＭＥＮＤ８を発する。タイミ
ング制御回路（３）は、所定の全ての時間計測回路（６
０ａ）〜（６０ｈ）がＭＥＮＤを発すると、高速測定処
理手段（２５０）に対し、ＥＮＤ信号を出力する。上記
の様に、ＥＮＤ信号をモニタ中の高速測定処理手段（２
５０）は、ＥＮＤ信号を検知すると、「データ読込（２
５５）」に於て、時間計測回路（６０ａ）〜（６０ｈ）
から時間データを読み込み、「データ格納（２５６）」
に於てＲＡＭ（８２）中に該時間データを記憶させ、
「ＳＴＡＲＴ解除（２５７）」に於てＳＴＡＲＴ信号を
リセットし、次の測定を可能とする。以上で第１段階の
計測が終了し、上記に述べた様に円２、円５、円８、楕
円１、楕円２、楕円４、楕円５及び楕円７の時間データ
が得られる。

【００５６】第２段階として、「送信回路３、６ ＯＮ
（２５８）」に於て、入出力ポート（８３）を介してＴ
Ｅ３及びＴＥ６を”Ｈ”、他を”Ｌ”として送信回路
（４０Ｃ）（４０ｆ）を送信可能とし、「ＳＴＡＲＴ出
力（２５９）」により入出力ポート（８３）を介して、
タイミング制御回路（３）へ計測開始の信号ＳＴＡＲＴ
を”Ｈ”にして出力する。以下第１段階と同様に、ＳＴ
ＡＲＴ信号を受けて、タイミング制御回路（３）は、ク
ロックＣＬＫ２に同期して送信信号の時間幅を決定する
パルスＰＷを発振回路（２）に送り、発振回路（２）は
これを受けて、出力制御回路（４２）に送信信号ＧＣＬ
Ｋを出力し、送信可能状態の送信回路（４０Ｃ）（４０
ｆ）を通じ、Ｕ３及びＵ６より超音波が同時に発せられ
る。タイミング制御回路（３）は上記ＰＷを出力すると
同時に、時間計測回路（６０ｃ）（６０ｄ）（６０ｆ）
（６０ｇ）にゲートオープン信号ＧＯを出力し、時間計
測回路（６０ｃ）（６０ｄ）（６０ｆ）（６０ｇ）は基
準クロックであるＣＬＫ１をカウントを始める。高速測
定処理手段（８０）は「計測終了？（２６０）」に於
て、タイミング制御回路（３）のＥＮＤ出力が”Ｈ”に
なるのをモニタして待つ。時間計測回路（６０ｃ）（６
０ｄ）（６０ｆ）（６０ｇ）は、送信回路（４０Ｃ）
（４０ｆ）より出力された送信信号を超音波素子Ｕ３，
Ｕ４，Ｕ６及びＵ７が受信し、増幅整形した信号ＭＯ
３、ＭＯ４，ＭＯ６及びＭＯ７（図１０）の立ち上がり
にて計測を停止し、タイミング制御回路（３）へＭＥＮ
Ｄ３，ＭＥＮＤ４，ＭＥＮＤ６及びＭＥＮＤ７を発す
る。タイミング制御回路（３）は、所定の全ての時間計
測回路（６０ｃ）（６０ｄ）（６０ｆ）（６０ｇ）がＭ
ＥＮＤを発すると、高速測定処理手段（２５０）に対
し、ＥＮＤ信号を出力する。上記の様に、ＥＮＤ信号を
モニタ中の高速測定処理手段（２５０）は、ＥＮＤ信号
を検知すると、「データ読込み（２６１）」に於て、時
間計測回路（６０ｃ）（６０ｄ）（６０ｆ）（６０ｇ）
より時間データを読み込み、「データ格納（２６２）」
に於てＲＡＭ（８２）中に時間データを記憶させ、「Ｓ
ＴＡＲＴ解除（２６３）」に於てＳＴＡＲＴをリセット
し、再度の測定を可能にする。これで第２段階の計測が
終了し、円３、円６、楕円３及び楕円６の時間データが
得られる。

【００５７】第３段階として、「送信回路１、４、７
ＯＮ（２６４）」に於て、入出力ポート（８３）を介し
てＴＥ１、ＴＥ４及びＴＥ７を”Ｈ”、他を”Ｌ”とし
て送信回路（４０ａ）（４０ｄ）（４０ｇ）を送信可能
とし、「ＳＴＡＲＴ出力（２６５）」により入出力ポー
ト（８３）を介して、タイミング制御回路（３）へ計測
開始の信号ＳＴＡＲＴを”Ｈ”を出力する。以下第１段
階と同様に、ＳＴＡＲＴ信号を受けて、タイミング制御
回路（３）は、クロックＣＬＫ２に同期して送信信号の
時間幅を決定するパルスＰＷを発振回路（２）に送り、
発振回路（２）はこれを受けて、出力制御回路（４２）
に送信信号ＧＣＬＫを出力し、送信可能状態の送信回路
（４０ａ）（４０ｄ）（４０ｇ）を通じ、Ｕ１、Ｕ４及
びＵ７より超音波が同時に発せられる。タイミング制御
回路（３）は上記ＰＷを出力すると同時に、時間計測回
路（６０ａ）（６０ｄ）（６０ｇ）にゲートオープン信
号ＧＯを出力し、時間計測回路（６０ａ）（６０ｄ）
（６０ｇ）は基準クロックであるＣＬＫ１をカウントを
始める。高速測定処理手段（２５０）は「計測終了？
（２６６）」に於て、タイミング制御回路（３）のＥＮ
Ｄ出力が”Ｈ”になるのをモニタして待つ。時間計測回
路（６０ａ）（６０ｄ）（６０ｇ）は、送信回路（４０
ａ）（４０ｄ）（４０ｇ）より出力された送信信号を超
音波素子Ｕ１，Ｕ４及びＵ７が受信し、増幅整形した信
号ＭＯ１、ＭＯ４及びＭＯ７（図１０）の立ち上がりに
て計測を停止し、タイミング制御回路（３）へＭＥＮＤ
１，ＭＥＮＤ４及びＭＥＮＤ７を発する。タイミング制
御回路（３）は、所定の全ての時間計測回路（６０ａ）
（６０ｄ）（６０ｇ）がＭＥＮＤを発すると、高速測定
処理手段（２５０）に対し、ＥＮＤ信号を出力する。上
記の様に、ＥＮＤ信号をモニタ中の高速測定処理手段
（２５０）は、ＥＮＤ信号を検知すると、「データ読込
込み（２６７）」に於て、時間計測回路（６０ａ）（６
０ｄ）（６０ｇ）より時間データを読み込み、「データ
格納（２６８）」に於てＲＡＭ（８２）中に該時間デー
タを記憶させ、「ＳＴＡＲＴ解除（２６９）」に於てＳ
ＴＡＲＴ信号をリセットして再度の測定を可能にする。
これで第３段階の計測が終了し、円１、円４、円７の時
間データが得られたことになり、時間計測は終了する。

【００５８】次に、「各区間のＴ１３検出（２７０）」
に於て、まず最初の区間の楕円１の両端の円１及び円２
の時間データの大きさを比較し、小さい方の時間データ
Ｔ１３をこの区間の円情報として楕円の時間データと共
にＲＡＭ（８２）に記憶する。以上を全区間について実
施し、全ての区間の小さい方の円と楕円の時間データを
ＲＡＭ（８２）に記憶させる。以下、第１の実施例の装
置と全く同じに動作し、距離計測を終了する。

【００５９】上記より分かる様に、測定対象（１６）と
の距離を幅広く計測する必要があり、区間がいくつに増
加させても、本発明により常に３回の計測の繰り返しの
みによって全区間の測定することができる。つまり、区
間の数に関わらず、一定の時間で計測することができ
る。本発明はほんの一例であり種々変形可能であること
はいうまでもない。例えば、表２に示す様に、第２の実
施例の図２０の楕円と楕円の軌跡を利用する装置（１
Ａ）に於ても同様の高速化が可能である。基本的には上
記と同様であるから略説すると、まず、第１段階として
Ｕ３及びＵ８より超音波を同時に送信し、その反射波を
超音波素子Ｕ１、Ｕ２、Ｕ４、Ｕ５、Ｕ６、Ｕ７及びＵ
８により同時に受信し、上記と同様にそれらの伝搬時間
を計測することにより、夫々楕円２、楕円３、楕円５、
楕円６、楕円１２、楕円１３及び円２を描くための時間
情報を得る。次に、第２段階として、超音波素子Ｕ２及
びＵ７より超音波を同時に送信し、その反射波を超音波
素子Ｕ１、Ｕ４、Ｕ５及びＵ６により受信し、上記と同
様にそれらの伝搬時間を計測することにより、夫々楕円
１、楕円４、楕円１０及び楕円１１を描くための時間情
報を得る。第３段階に於ては、超音波素子Ｕ１及びＵ６
より超音波を同時に送信し、その反射波をＵ１、Ｕ４及
びＵ５により受信し、上記と同様にそれらの伝搬時間を
計測することにより、夫々円１、楕円８及び楕円９の時
間情報を得る。第４段階に於ては、超音波素子Ｕ５より
超音波を送信し、その反射波を超音波素子Ｕ４により受
信し、上記と同様にその伝搬時間を計測することによ
り、楕円７の時間情報を得る。以上図２０に示す円及び
楕円の全ての時間情報を得る。

【００６０】（第４実施例）第３の発明の装置（１Ｃ）
は、図１に示す様に、上記第１及び第２の発明の装置
（１Ａ）（１Ｂ）の測定制御手段（８）又は高速測定手
段（８０）内に駆動手段（１２）の制御部分を設け（詳
細は後述する。）、駆動手段（１２）を制御して保護カ
バー（１３）を開閉し、計測時は保護カバー（１３）を
開け、計測が終了すると保護カバー（１３）を閉じて超
音波距離測定装置（１Ｃ）を保護するものである。ま
ず、本発明の装置（１Ｃ）の構成について説明する。第
３の発明の装置（１Ｃ）は、図３０に示す様に、Ｌ字形
に折り曲げた板状の保護カバー（１３）を超音波距離測
定装置（１Ａ）（１Ｂ）の上面に覆う様に配置する。保
護カバー（１３）の上面の後部よりの両端に中央部にネ
ジの貫通穴の開いた取付け部（１３１）（１３１）を設
け、超音波距離測定装置（１Ａ）（１Ｂ）の後部側面の
両端に設けられたネジ穴に該保護カバー（１３）の取付
け部（１３１）（１３１）を回転可能にネジ留めする。
保護カバー（１３）上面の最後部の中央部にバネ（１２
１）を掛けバネ取付け穴（１３４）を設け、そのバネ取
付け穴（１３４）にバネ（１２１）の一方を掛け、他方
は超音波距離測定装置（１Ｃ）を装着する筐体（１８）
に掛けて常時保護カバー（１３）を上方向に引き、保護
カバー（１３）を超音波距離測定装置（１Ａ）（１Ｂ）
の前面上部に設けられたストッパ（１３２）（１３２）
に当接させる。更に、保護カバー（１３）のバネ取付け
穴（１３４）の隣には連結棒取付け穴（１３５）を設
け、連結棒（１２２）の一方を連結棒取付穴（１３５）
に、他方を鉄心入りのソレノイドＳＬの鉄心（１２３）
に取り付ける。図示はしていないが、ソレノイドＳＬ
は、上記筐体（１８）に固定する。ソレノイドＳＬのコ
イルの一方の端子は電源に接続され、他方の端子はパワ
ートランジスタＴＲのコレクタに接続する。該パワート
ランジスタＴＲのエミッタはグランドに、ベースは抵抗
Ｒ及び制御線ＤＬを介して測定制御手段（８）又は高速
測定手段（８０）に接続される。ソレノイドＳＬは、電
流を流すと矢印Ｙ方向に鉄心（１２３）を引く。

【００６１】次に、本発明の装置の動作について説明す
る。測定制御手段（８）又は高速測定手段（８０）は、
外部より「計測ＯＮ」の指令を受けたときは、図１４、
図２１及び図２９に示す初期処理（２０１）（５０１）
及び（２５１）に於て、前記のカウンタのクリアと共
に、制御線ＤＬを”Ｈ”にする。又、同図に示す様に、
計測が終了した後処理（２２３）（２２３）（２２３）
に於て制御線ＤＬを”Ｌ”にする。パワートランジスタ
ＴＲは制御線ＤＬが”Ｈ”になると導通し、ソレノイド
ＳＬに電流を流す。ソレノイドＳＬに電流が流れると、
バネ（１２１）の力に抗して矢印Ｙ方向に鉄心（１２
３）を引くから、連結棒（１２２）を介して保護カバー
（１３）後部を引き、保護カバー（１３）は取付け部
（１３１）（１３１）を支点にして、前部が上昇するこ
とになる。従って、超音波素子（７）が露出して計測可
能となる。一方、制御線ＤＬが”Ｌ”になると、パワー
トランジスタＴＲは遮断され、ソレノイドＳＬのコイル
には電流が流れなくなり、ソレノイドＳＬは鉄心（１２
３）を引っ張らなくなる。従って、バネ（１２１）の力
が有効となり、保護カバー（１３）後部を押上げ、保護
カバー（１３）の前部がストッパ（１３２）（１３２）
に当接して止まる。つまり、保護カバー（１３）が超音
波素子（７）の前面を覆い、距離測定を行なわないと
き、保護カバー（１３）は超音波距離測定装置（１）を
保護する。

【００６２】上記の装置は一実施例であり、種々変更可
能であることはいうまでもない。例えば、図示しない
が、超音波素子（７）の部分に穴を設けた保護カバー
（１３）を配置し、ソレノイドＳＬ等で横方向にスライ
ドさせて超音波素子（７）の前面を覆っても構わない。
又、駆動部はモータと歯車を用いて保護カバー（１３）
を回転させてもよく、ソレノイドＳＬの代わりに油圧装
置を使うことも可能である。

【００６３】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。

【００６４】

【発明の効果】表４に従来の第２の装置と、第１の発明
の第１実施例装置であり円と楕円の交点により距離を求
める装置（「装置Ａ」と記す。）と、同じく第１の発明
の第２実施例の装置であり楕円と楕円の交点により距離
を求める装置（「装置Ｂ」と記す。）による同一条件
（Ｃ＝２０ｃｍ、測定対象は壁）に於ける理論上の測定
距離とその誤差率を示す。表４に示す様に、本発明によ
り測定誤差の絶対値を大幅に改善することができること
が分かる。更にその誤差の極性はマイナス側になり、課
題で述べたように対象物との接触や衝突を回避する用途
に極めて適している。

【００６５】表３に示した様に、従来の第１の装置は、
装置の正面から測定対象がずれた場合、誤差が発生した
が、本発明の装置は測定幅内であれば、表４の本発明の
装置Ａ及び装置Ｂに示した誤差を上回る事はない。即
ち、測定幅以内であれば、表４の本発明の装置Ａ及び装
置Ｂに示した誤差率は保証される。更にこの測定幅は、
前述の様に超音波素子の間隔及び区間の数の調整により
幾らでも拡張可能である。更に拡張に伴う計測時間の増
大は、本発明の高速測定制御手段（８０）を用いること
により前に記した様に一定値に押えられ、区間の数に無
関係となる。

【００６６】又、図６及び図７にに基づいて作用で説明
した様に、本発明の装置は、対象物に凹凸があっても誤
差は必ずマイナス側に発生し、表４に示す誤差率は確保
される。更に、本発明の装置は、使用しないときは保護
カバー（１３）で装置を覆い、特性の変化や劣化等の悪
環境の影響を受けにくい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第３の発明の装置のブロック図である。

【図２】第２の発明の装置のブロック図である。

【図３】第１の発明の装置のブロック図である。

【図４】本発明の円と楕円の軌跡を用いた座標計算手段
の作用の説明図である。

【図５】図４に於て、測定対象が壁の場合の説明図であ
る。

【図６】図５に於て、測定対象の壁に凸部がある場合の
説明図である。

【図７】図５に於て、測定対象の壁に凹部がある場合の
説明図である。

【図８】図４に於て、測定区間が多区間の場合の説明図
である。

【図９】第１及び第２の発明の実施例のブロック図であ
る。

【図１０】本発明の装置の動作のタイミングチャートで
ある。

【図１１】本発明の装置の送信手段のブロック図であ
る。

【図１２】本発明の装置の測定制御手段のブロック図で
ある。

【図１３】第１の発明の第１の実施例の超音波素子の配
置図である。

【図１４】第１の発明の第１の実施例の測定制御処理手
段のフローチャートである。

【図１５】本発明の時間距離変換手段のフローチャート
である。

【図１６】本発明の円と楕円の軌跡を用いた座標計算手
段のフローチャートである。

【図１７】第１の発明の第２の実施例の測定制御手段の
ブロック図である。

【図１８】第１の発明の第２の実施例の超音波素子の配
置図である。

【図１９】本発明の楕円と楕円の軌跡を用いた座標計算
手段の作用の説明図である。

【図２０】楕円と楕円及び円と楕円の双方の軌跡を用い
た多区間測定の場合の説明図である

【図２１】第１の発明の第２の実施例の測定制御処理手
段のフローチャートである。

【図２２】第１の発明の第２の実施例の座標計算手段の
フローチャートである。

【図２３】第１の発明の第２の実施例とは別の楕円と楕
円の軌跡の描き方の実施例である。

【図２４】第１の発明の他の構成例である。

【図２５】第２の発明の高速測定の第１段階の計測の説
明図である。

【図２６】第２の発明の高速測定の第２段階の計測の説
明図である。

【図２７】第２の発明の高速測定の第３段階の計測の説
明図である。

【図２８】第２の発明の高速測定制御手段のブロック図
である。

【図２９】第２の発明の高速測定処理手段のフローチャ
ートである。

【図３０】第３の発明の構成図である。

【図３１】第１の従来の装置のブロック図である。

【図３２】第２の従来の装置のブロック図である。

【図３３】従来の装置の動作時の波形図である。

【図３４】第３の従来の装置の説明図である。

【図３５】第１の従来の装置の課題の説明図である。

【図３６】第２の従来の装置の課題の説明図である。

【図３７】第２及び第３の従来の装置の課題の説明図で
ある。

【表１】 円と楕円の軌跡を利用した高速測定手段の動作説明の表
である。

【表２】 楕円と楕円の軌跡を利用した高速測定手段の動作説明の
表である。

【表３】 第１の従来の装置に対して、装置正面から測定対象が角
度的にずれた場合の誤差の変化を表わした表である。

【表４】 本発明の装置と従来の装置の誤差特性の比較表である。

【符号の簡単な説明】

（１）超音波距離測定装置 （２）発振回路 （３）タイミング制御回路 （４）送信手段 （５）受信手段 （６）時間計測手段 （７）超音波素子 （８）測定制御手段 （９）座標計算手段 （１０）時間距離変換手段 （１１）表示回路 （１２）駆動手段 （１３）保護カバー （１６）測定対象 （４０）送信回路 （５０）受信回路 （６０）時間計測回路 （８０）高速測定処理手段

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年４月７日

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の本発明の装置（１
Ａ）は、タイミング制御回路（３）の制御の下で、発振
回路（２）から出力された送信信号を送信回路（４０）
により増幅して超音波素子（７）に加え、測定対象（１
６）に向けて超音波を発し、測定対象（１６）からの反
射波を超音波素子（７）により受信して電気信号に変換
し、該受信信号を受信回路（５０）により増幅整形して
時間計測回路（６０）に送り、時間計測回路（６０）に
おいて超音波を発してから反射波が超音波素子（７）に
到達するまでの時間を計測し、該計測された時間を時間
距離変換手段（１０）により距離に変換し、変換された
距離を表示回路（１１）に表示する超音波距離測定装置
（１００）に於て、図３に示す様に、超音波の送信及び
受信の双方を行なう超音波素子（７）を複数配置し、複
数の超音波素子（７）に接続され、発振回路（２）から
の送信信号を測定制御手段（８）により指定された超音
波素子（７）にのみ出力させる送信手段（４）、複数の
超音波素素子（７）に接続され、出力された超音波の反
射波を超音波素子（７）が受信した１又は複数の受信信
号を増幅整形して時間計測手段（６）へ送る受信手段
（５）、受信手段（５）より送られた１或いは複数の受
信信号の伝搬時間を計測し、計測結果の時間データを測
定制御手段（８）に出力する時間計測手段（６）、送信
手段（４）の制御及び時間計測手段（６）により計測さ
れた超音波の伝搬時間データのうち特定の複数の時間デ
ータの記憶し、該記憶された時間データを時間距離変換
手段（３００）により距離データに変換させ、更に座標
計算手段（９）に於て該複数の距離データより計測距離
データを求めさせ、得られた計測距離データのうち最短
の計測距離データを表示回路（１１）へ出力する測定制
御手段（８）、及び測定制御手段（８）に記憶された距
離データより測定対象（１６）の存在を円或いは楕円の
軌跡上にとらえ、複数のデータのなす円と楕円若しくは
楕円と楕円の軌跡の交点座標により測定対象（１６）の
位置を特定して測定対象（１６）までの距離を求め、得
られた計測距離データを測定制御手段（８）に送る座標
計算手段（９）を具え、円と楕円若しくは楕円と楕円の
なす交点座標から測定対象（１６）までの距離を測定す
る。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１９】座標計算手段（９）は、上記記憶された距
離データＤ１及びＤ２を得て、以下に説明する原理に基
づいて対象物の座標を決定する。Ｕ１又はＵ２と測定対
象の間を超音波が往復する距離である距離データＤ１は
一定であるから、図４に示す様に、測定対象までの片道
の距離、つまりＤ１の半分の距離を半径Ｒ１又はＲ２と
する円１又は円２の軌跡上に対象物が存在することにな
る。一方、Ｕ１より発した超音波が対象物で反射し、Ｕ
２に到達するまでの距離Ｄ２も一定であるから、Ｄ２の
半分の距離Ａ１を長径の半分の長さ（以下、長半径と記
す。）とし、かつ短径の半分の長さ（以下、短半径と記
す。）が（Ａ１^２−Ｃ^２）^１／２の楕円１の軌跡上に対
象物が存在することになる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２８】第３の発明の装置（１Ｃ）は、図１に示す
様に、測定制御手段（８）又は高速測定手段（８０）
（図１には図示せず。）が外部より距離測定開始の指令
を受けると、駆動手段（１２）に保護カバー（１３）を
開けさせて距離計測を可能にする。一方、測定制御手段
（８）又は高速測定手段（８０）は、距離測定終了の指
令を受けたときは駆動手段（１２）に保護カバー（１
３）を閉じさせる。従って、距離計測を行なわないとき
は装置（１Ｃ）には塵、埃又は雨等がかからず、装置を
保護することができる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】

【実施例】第１の発明の実施例として、以下に２つの実
施例をあげて説明する。第１の実施例は座標計算手段
（９）として円と楕円の交点を利用した座標計算手段
（４００）を用い、第２の実施例として座標計算手段
（９）として楕円と楕円及び円と楕円の双方の交点を利
用した座標計算手段（６００）を用いた装置（１Ａ）で
あり、ブロック図は同じ図９により表わされる。 （第１実施例）第１の発明の第１実施例の装置（１Ａ）
は、図９及び図１３に示すように、超音波素子Ｕ１〜Ｕ
８を各超音波素子の素子間距離Ｃ＝２０ｃｍで８個配置
し、幅１．４ｍに渡り、測定対象（１６）との距離を１
０ｃｍ〜１ｍの範囲で測定する。超音波素子Ｕ１〜Ｕ８
の共振周波数は４０キロヘルツ（ＫＨｚ）のものを使用
した。もちろん共振周波数の高い超音波素子（７）を使
用して、素子間距離Ｃを小さくしてより近接測定するこ
とや、送信出力を上げて測定範囲を広げること、及び超
音波素子（７）の数を増やして計測する幅を広げること
も可能である。尚、図９に於ては、超音波素子Ｕ３〜Ｕ
７、送信回路（４０ｃ）〜（４０ｇ）、受信回路（５０
ｃ）〜（５０ｇ）及び時間計測回路（６０ｃ）〜（６０
ｇ）は、省略して表わしている（他の図面に於ても同様
である）。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３７】以下、図９、図１０、図１２及び図１４に
基づいて、測定制御処理手段（２００）を詳述すること
により本装置（１Ａ）の動作について説明する。図１４
に示す様に、「初期処理（２０１）」に於てカウンタの
値Ｃを１に初期化し、「送信回路Ｃ ＯＮ（２０２）」
に於て、入出力ポート（８３）を介してＴＥ１を”
Ｈ”、他を”Ｌ”としてカウンタの値Ｃに対応した送信
回路（４ａ）を送信可能とし、「ＳＴＡＲＴ出力（２０
３）」により入出力ポート（８３）を介して、タイミン
グ制御回路（３）へ計測開始の信号ＳＴＡＲＴを”Ｈ”
にして出力する。ＳＴＡＲＴ信号を受けて、タイミング
制御回路（３）は、クロックＣＬＫ２に同期して送信信
号の時間幅を決定するパルスＰＷを発振回路（２）に送
り、発振回路（２）はこれを受けて、出力制御回路（４
２）に送信信号ＧＣＬＫを出力し、送信可能状態の送信
回路（４０ａ）を通じ、Ｕ１より超音波が発せられる。
タイミング制御回路（３）は上記ＰＷを出力すると同時
に、時間計測回路に時間計測開始の信号であるゲートオ
ープン信号ＧＯを出力し、時間計測回路（６０ａ）（６
０ｂ）は時間計数用の基準クロックであるＣＬＫ１をカ
ウントを始める。更に測定制御処理手段（２００）は
「計測終了？（２０４）」に於て、タイミング制御回路
（３）の計測終了の信号であるＥＮＤ出力が”Ｈ”にな
るのをモニタして待つ。時間計測回路（６０ａ）（６０
ｂ）は、送信回路（４０ａ）より出力された送信信号を
超音波素子Ｕ１及びＵ２が受信して、受信回路（５０
ａ）（５０ｂ）により増幅整形した信号ＭＯ１及びＭＯ
２（図１０）の立ち上がりにて時間計測を停止し、タイ
ミング制御回路（３）へＭＥＮＤ１及びＭＥＮＤ２を発
する。タイミング制御回路（３）は、所定の全ての時間
計測回路（６０ａ）（６０ｂ）がＭＥＮＤ１及びＭＥＮ
Ｄ２を発すると、測定制御処理手段（２００）に対し、
ＥＮＤ信号を出力する。上記の様に、ＥＮＤ信号をモニ
タ中の測定制御処理手段（２００）は、ＥＮＤ信号を検
知すると、「データ読込（２０５）」に於て、入出力ポ
ート（８３）のＯＥ１及びＯＥ２を順次”Ｈ”にして、
時間計測回路（６０ａ）（６０ｂ）より時間データを読
み込み、「データ格納（２０６）」に於てＲＡＭ（８
２）中に時間データを記憶させる。次に、「ＳＴＡＲＴ
解除（２０７）」に於て、入出力ポート（８３）のＳＴ
ＡＲＴを”Ｌ”にしてＳＴＡＲＴ信号をリセットして計
測を終了させる。得られた時間データは作用に於て述べ
たＴ１及びＴ２に当る。以上で第１段階の計測が終了
し、作用に於て述べた円１及び楕円１の時間データが得
られる。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４１】座標計算手段（４００）は、図１６に示す
様に、「初期化（４０１）」に於てカウンタの値Ｃをク
リアし、「格納データ取込み（４０２）」に於て上記の
変換された第１区間の距離データＤ１及びＤ２をＲＡＭ
（８２）から取込み、「Ａ、Ｒ１算出（４０３）」に於
て、円の半径Ｒ１（Ｒ１＝Ｄ１／２）及び楕円の長半径
Ａ（Ａ＝Ｄ２／２）を求め、「座表計算（４０４）」に
於て図中の枠内に示す式により交点座標Ｘ１及びＹ１を
求める。「Ｘ正常？（４０５）」に於て、Ｘ１の値がが
所定の区間内にあるかどうかを調べることにより、測定
が所定の区間内に存在する測定対象（１６）についてな
されたかを検査し、Ｘ１の値が所定の区間内であれば
「距離Ｙ１格納（４０６）」に於て距離データとしてＹ
１をＲＡＭ（８２）に記憶させる。Ｘ１の値が所定の区
間外のときはデータは記憶させず以下に進む。「Ｃ＝Ｃ
＋１（４０７）」及び「終了？（４０８）」により、上
記動作を全区間繰り返し実行させ、全区間の正常な計測
距離データを求めＲＡＭ（８２）に記憶させ、測定制御
処理手段（２００）に戻る。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４３】（第２実施例）第１の発明の第２の実施例
として、楕円と楕円及び円と楕円の双方の交点を利用す
る装置（１Ａ）について説明する。本装置（１Ａ）も第
１の実施例の装置と同じ仕様であるが、超音波素子Ｕ１
〜Ｕ８は、図１８に示す様に、Ｕ１及びＵ８は超音波マ
イク（７Ｒ）と超音波スピーカ（７Ｔ）を１組としたも
ので構成し、超音波素子Ｕ２〜Ｕ７は送受信兼用の超音
波素子（ＴＲ）を使用した。Ｕ１は超音波スピーカ（７
Ｔ）を上に超音波マイク（７Ｒ）を下にして、防振用の
ゴム（７Ｇ）を挟み縦に配置した。一方、Ｕ８は同じく
防振用のゴム（７Ｇ）を挟み、超音波マイク（７Ｒ）を
上にして超音波スピーカ（７Ｔ）を下にして縦に配置し
た。また、図２０に示す様に、両端部は円と楕円により
交点を求め、内部は全て楕円と楕円により交点を求める
ことにより、全区間の距離計測を行なう。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４６】次に、図９、図１７、図２０及び図２１に
基づき、測定制御処理手段（５００）を詳述することに
より本装置（１Ａ）の動作について説明する。本装置
（１Ａ）の測定制御処理手段（５００）は、図２１に示
す様に、「初期処理（５０１）」に於てカウンタの値Ｃ
を１に初期化し、「送信回路Ｃ ＯＮ（５０２）」に於
て入出力ポート（８３）を介してＴＥ１を”Ｈ”、他
を”Ｌ”としてカウンタの値Ｃに対応した送信回路（４
０ａ）を送信可能とし、「ＳＴＡＲＴ出力（５０３）」
により入出力ポート（８３）を介して、タイミング制御
回路（３）へ計測開始の信号ＳＴＡＲＴを”Ｈ”にして
出力する。以後第１の実施例の装置（１Ａ）と同じ様に
動作して、時間計測を行なう。この間、測定制御処理手
段（５００）は「計測終了？（５０４）」に於て、タイ
ミング制御回路（３）のＥＮＤ出力が”Ｈ”になるのを
モニタして待つ。計測が終了して、タイミング制御回路
（３）よりＥＮＤ信号が測定制御処理手段（５００）に
出力されると、ＥＮＤ信号をモニタ中の測定制御処理手
段（５００）は、「Ｃ＝１？（５０５）」に於て最初の
区間かどうかをチェックし、最初の区間の場合は「デー
タ読込（５０７）」に処理を移し、Ｕ２及びＵ３だけで
なく、超音波を発したＵ１の時間データを、夫々時間計
測回路（６０ｂ）（６０ｃ）及び（６０ａ）から読込
み、楕円１及び楕円２の情報だけでなく、円１の情報を
得る。最初の区間以外は、楕円データのみあれば良いか
ら「データ読込（５０６）」に於て超音波を発した素子
のデータは読込まれない。次に、「データ格納（５０
８）」に於て円１、楕円１及び楕円２（最初の区間の場
合）又は楕円２Ｃ−１及び楕円２Ｃの情報となる時間デ
ータをＲＡＭ（８２）中に記憶させる。「ＳＴＡＲＴ解
除（５０９）」に於てＳＴＡＲＴ信号をリセットしてタ
イミング制御回路（３）や時間計測回路（６０ａ）〜
（６０ｈ）等を再計測可能にする。以上で第１段階の計
測が終了し、円１、楕円１及び楕円２（最初の区間の場
合）又は楕円２Ｃ−１及び楕円２Ｃの時間データが得ら
れたことになる。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４７】第２段階として、「送信回路Ｃ＋２ ＯＮ
（５１０）」に於て、入出力ポート（８３）を介してＴ
Ｅ３を”Ｈ”、他を”Ｌ”としてカウンタの値Ｃに対応
した送信回路（４０Ｃ）を送信可能とし、「ＳＴＡＲＴ
出力（５１１）」により入出力ポート（８３）を介し
て、タイミング制御回路（３）へ計測開始の信号ＳＴＡ
ＲＴを”Ｈ”にして出力する。以後第１の実施例の装置
（１Ａ）と同じ様に動作して、時間計測を行なう。この
間、測定制御処理手段（５００）は「計測終了？（５１
２）」に於て、タイミング制御回路（３）のＥＮＤ出力
が”Ｈ”になるのをモニタして待つ。計測が終了して、
タイミング制御回路（３）よりＥＮＤ信号が測定制御処
理手段（５０）に出力されると、ＥＮＤ信号をモニタ中
の測定制御処理手段（５００）は、「Ｃ＝６？（５１
３）」に於て測定が最終区間であるかを調べ、最終区間
の場合は「データ読込（５１５）」に於て、Ｕ７の時間
計測回路（６ｇ）の時間データだけでなく、超音波を発
したＵ８の時間計測回路（６０ｈ）のデータも読込み、
円２の時間データを得る。一方、最終区間でない場合は
「データ読込（５１４）に於てＣ＋１に相当する時間計
測回路より楕円２Ｃ＋１の時間データのみ得る。「デー
タ格納（５１６）」に於てＲＡＭ（８２）中に上記時間
データを記憶させ、「ＳＴＡＲＴ解除（５１７）」に於
てＳＴＡＲＴをリセットする。これで第２段階の計測が
終了し、楕円１３及び円２（最終区間の場合のみ）又は
楕円２Ｃ＋１のみの時間データが得られたことになる。
次に、「小楕円比較（５１８）」に於て、大きい楕円
（例えば楕円２）の両端の小楕円（例えば楕円１及び楕
円３）のうち、小さい方の小楕円の時間データＴｍをこ
の区間の小楕円情報としてＲＡＭ（８２）に記憶する。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４９】次に、上記に於てＲＡＭ（８２）に記憶さ
れた全時間データを、第１の実施例の装置（１Ａ）と同
じである時間距離変換手段（３００）により距離データ
に順次変換し、全区間の変換が終了すると、一旦測定制
御処理手段（５００）に戻り、そこから座標計算手段
（６００）へ処理が移る。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５０】座標計算手段（６００）は、図２２に示す
様に、「初期化（６０１）」に於てカウンタの値Ｃを１
に設定し、「時間データ取込（６０２）」に於て上記の
変換された第１区の距離データＤ１及びＤ２をＲＡＭ
（８２）から取込み、「Ａ、Ｒ１算出（６０３）」に於
て、円１と楕円１の交点を求めるためＤ１及びＤ２より
円の半径Ｒ１（Ｒ１＝Ｄ１／２）及び楕円の長半径Ａ
（Ａ＝Ｄ２／２）を求め、「座表計算（６０４）」に於
て交点座標Ｘ１及びＹ１を求める。これは第１の実施例
の装置（１Ａ）と同じである。「Ｘ正常？（６０５）」
に於て、求めたＸ１の値が所定の区間内にあるかどうか
を調べることにより、測定が所定の区間内に存在する測
定対象（１６）についてなされたかを検査する。Ｘ１の
値が所定の区間内であれば「計測データ格納（６０
６）」に於て第１区間の距離データとしてＹ１をＲＡＭ
（８２）に記憶させる。Ｘ１の値が所定の区間外のとき
はデータは記憶させず以下に進む。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５１】次に、「時間データ取込（６０７）」に於
て、Ｄ３及びＤ４の距離データを取込み、「Ａ１、Ａ２
算出（６０８）」に於て第２の区間の楕円１又は楕円３
のどちらか小さい方の楕円の長半径Ａ１（＝Ｄ３／２）
と楕円２の長半径Ａ２（＝Ｄ４／２）を求め、「楕円座
標計算（６０９）」に於て、図中の枠内に示す各式によ
り交点座標Ｘ１及びＹ１を求める。「Ｘ正常？（６１
０）」に於て、Ｘ１の値が所定の区間内にあるかどうか
を調べることにより、測定が所定の区間内に存在する測
定対象（１６）についてなされたかを検査する。Ｘ１の
値が所定の区間内であれば「計測データ格納（６１
１）」に於て第２区間の計測距離データとしてＹ１をＲ
ＡＭ（８２）に記憶させる。Ｘ１の値が所定の区間外の
ときはデータは記憶させず以下に進む。次に「Ｃ＝Ｃ＋
１（６１２）」に於てカウンタの内容Ｃを１増加し、
「終了？（６１３）」に於て、Ｃ＝７となり、第７の区
間まで終了したかをチェックし、終了していない場合
は、次の区間について再度上記動作を繰り返す。終了し
ている場合は、「距離データ取込（６１４）」に移り、
最後の円及び楕円のデータであるＤ１５及びＤ１６を取
込み、「Ａ、Ｒ１算出（６１５）」に於て円２の半径及
び楕円１３の長半径が求められ、次の「座表計算（６１
６）」に於て前記と同様にそれらの交点座標Ｘ１、Ｙ１
が求められる。「Ｘ正常？（６１７）」に於て、Ｘ１の
値が所定の区間内にあるかどうかを調べることにより、
測定が所定の区間内に存在する測定対象（１６）につい
てなされたかを検査する。Ｘ１の値が所定の区間内であ
れば「計測データ格納（６１８）」に於て第８区間の距
離データとしてＹ１をＲＡＭ（８２）に記憶させる。Ｘ
１の値が所定の区間外の値のときはデータは記憶させず
処理は測定制御処理手段（５００）へ戻る。

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５５】以下、高速測定処理手段（２５０）を詳述
することにより、第２の発明の装置（１Ｂ）の動作を説
明する。高速測定処理手段（２５０）は、図９、図１
０、図２８及び図２９に示す様に、「送信回路２、５、
８ ＯＮ（２５２）」に於て入出力ポート（８３）を介
してＴＥ２、ＴＥ５及びＴＥ８を”Ｈ”、他を”Ｌ”と
して送信回路（４０ｂ）（４０ｅ）（４０ｈ）を送信可
能とし、「ＳＴＡＲＴ出力（２５３）」により入出力ポ
ート（８３）を介して、タイミング制御回路（３）へ計
測開始の信号ＳＴＡＲＴを”Ｈ”にして出力する。ＳＴ
ＡＲＴ信号を受けて、タイミング制御回路（３）は、ク
ロックＣＬＫ２に同期して送信信号の時間幅を決定する
パルスＰＷを発振回路（２）に送り、発振回路（２）は
これを受けて、出力制御回路（４２）に送信信号ＧＣＬ
Ｋを出力し、送信可能状態の送信回路（４０ｂ）（４０
ｅ）（４０ｈ）を通じ、Ｕ２，Ｕ５及びＵ８より超音波
が同時に発せられる。タイミング制御回路（３）は上記
ＰＷを出力すると同時に、時間計測回路（６０ａ）〜
（６０ｈ）にゲートオープン信号ＧＯを出力し、時間計
測回路（６０ａ）〜（６０ｈ）は基準クロックであるＣ
ＬＫ１をカウントを始める。高速測定処理手段（２５
０）は「計測終了？（２５４）」に於て、タイミング制
御回路（３）のＥＮＤ出力が”Ｈ”になるのをモニタし
て待つ。時間計測回路（６０ａ）〜（６０ｈ）は、送信
回路（４０ｂ）（４０ｅ）（４０ｈ）より出力された送
信信号の反射波をを夫々超音波素子Ｕ１〜Ｕ８が受信
し、受信回路（５０ａ）〜（５０ｈ）により増幅整形し
た信号ＭＯ１〜ＭＯ８（図１０）の立ち上がりにて計測
を停止し、タイミング制御回路（３）へＭＥＮＤ１〜Ｍ
ＥＮＤ８を発する。タイミング制御回路（３）は、所定
の全ての時間計測回路（６０ａ）〜（６０ｈ）がＭＥＮ
Ｄを発すると、高速測定処理手段（２５０）に対し、Ｅ
ＮＤ信号を出力する。上記の様に、ＥＮＤ信号をモニタ
中の高速測定処理手段（２５０）は、ＥＮＤ信号を検知
すると、「データ読込（２５５）」に於て、時間計測回
路（６０ａ）〜（６０ｈ）から時間データを読み込み、
「データ格納（２５６）」に於てＲＡＭ（８２）中に該
時間データを記憶させ、「ＳＴＡＲＴ解除（２５７）」
に於てＳＴＡＲＴ信号をリセットし、次の測定を可能と
する。以上で第１段階の計測が終了し、上記した様に円
２、円５、円８、楕円１、楕円２、楕円４、楕円５及び
楕円７の時間データが得られる。

【手続補正１６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５６】第２段階として、「送信回路３、６ ＯＮ
（２５８）」に於て、入出力ポート（８３）を介してＴ
Ｅ３及びＴＥ６を”Ｈ”、他を”Ｌ”として送信回路
（４０Ｃ）（４０ｆ）を送信可能とし、「ＳＴＡＲＴ出
力（２５９）」により入出力ポート（８３）を介して、
タイミング制御回路（３）へ計測開始の信号ＳＴＡＲＴ
を”Ｈ”にして出力する。以下第１段階と同様に、ＳＴ
ＡＲＴ信号を受けて、タイミング制御回路（３）は、ク
ロックＣＬＫ２に同期して送信信号の時間幅を決定する
パルスＰＷを発振回路（２）に送り、発振回路（２）は
これを受けて、出力制御回路（４２）に送信信号ＧＣＬ
Ｋを出力し、送信可能状態の送信回路（４０Ｃ）（４０
ｆ）を通じ、Ｕ３及びＵ６より超音波が同時に発せられ
る。タイミング制御回路（３）は上記ＰＷを出力すると
同時に、時間計測回路（６０ｃ）（６０ｄ）（６０ｆ）
（６０ｇ）にゲートオープン信号ＧＯを出力し、時間計
測回路（６０ｃ）（６０ｄ）（６０ｆ）（６０ｇ）は基
準クロックであるＣＬＫ１をカウントを始める。高速測
定処理手段（８０）は「計測終了？（２６０）」に於
て、タイミング制御回路（３）のＥＮＤ出力が”Ｈ”に
なるのをモニタして待つ。時間計測回路（６０ｃ）（６
０ｄ）（６０ｆ）（６０ｇ）は、送信回路（４０Ｃ）
（４０ｆ）より出力された送信信号を超音波素子Ｕ３，
Ｕ４，Ｕ６及びＵ７が受信し、受信回路（５０ｃ）（５
０ｄ）（５０ｆ）（５０ｇ）により増幅整形した信号Ｍ
Ｏ３、ＭＯ４，ＭＯ６及びＭＯ７（図１０）の立ち上が
りにて計測を停止し、タイミング制御回路（３）へＭＥ
ＮＤ３，ＭＥＮＤ４，ＭＥＮＤ６及びＭＥＮＤ７を発す
る。タイミング制御回路（３）は、所定の全ての時間計
測回路（６０ｃ）（６０ｄ）６０ｆ）（６０ｇ）がＭＥ
ＮＤを発すると、高速測定処理手段（２５０）に対し、
ＥＮＤ信号を出力する。上記の様に、ＥＮＤ信号をモニ
タ中の高速測定処理手段（２５０）は、ＥＮＤ信号を検
知すると、「データ読込み（２６１）」に於て、時間計
測回路（６０ｃ）（６０ｄ）（６０ｆ）（６０ｇ）より
時間データを読み込み、「データ格納（２６２）」に於
てＲＡＭ（８２）中に時間データを記憶させ、「ＳＴＡ
ＲＴ解除（２６３）」に於てＳＴＡＲＴをリセットし、
再度の測定を可能にする。これで第２段階の計測が終了
し、円３、円６、楕円３及び楕円６の時間データが得ら
れる。

【手続補正１７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５７】第３段階として、「送信回路１、４、７
ＯＮ（２６４）」に於て、入出力ポート（８３）を介し
てＴＥ１、ＴＥ４及びＴＥ７を”Ｈ”、他を”Ｌ”とし
て送信回路（４０ａ）（４０ｄ）（４０ｇ）を送信可能
とし、「ＦＳＴＡＲＴ出力（２６５）」により入出力ポ
ート（８３）を介して、タイミング制御回路（３）へ計
測開始の信号ＳＴＡＲＴを”Ｈ”を出力する。以下第１
段階と同様に、ＳＴＡＲＴ信号を受けて、タイミング制
御回路（３）は、クロックＣＬＫ２に同期して送信信号
の時間幅を決定するパルスＰＷを発振回路（２）に送
り、発振回路（２）はこれを受けて、出力制御回路（４
２）に送信信号ＧＣＬＫを出力し、送信可能状態の送信
回路（４０ａ）（４０ｄ）（４０ｇ）を通じ、Ｕ１，Ｕ
４及びＵ７より超音波が同時に発せられる。タイミング
制御回路（３）は上記ＰＷを出力すると同時に、時間計
測回路（６０ａ）（６０ｄ）（６０ｇ）にゲートオープ
ン信号ＧＯを出力し、時間計測回路（６０ａ）（６０
ｄ）（６０ｇ）は基準クロックであるＣＬＫ１をカウン
トを始める。高速測定処理手段（２５０）は「計測終了
？（２６６）」に於て、タイミング制御回路（３）のＥ
ＮＤ出力が”Ｈ”になるのをモニタして待つ。時間計測
回路（６０ａ）（６０ｄ）（６０ｇ）は、送信回路（４
０ａ）（４０ｄ）（４０ｇ）より出力された送信信号を
超音波素子Ｕ１，Ｕ４及びＵ７が受信し、受信回路（５
０ａ）（５０ｂ）（５０ｇ）により増幅整形した信号Ｍ
Ｏ１、ＭＯ４及びＭＯ７（図１０）の立ち上がりにて計
測を停止し、タイミング制御回路（３）へＭＥＮＤ１，
ＭＥＮＤ４及びＭＥＮＤ７を発する。タイミング制御回
路（３）は、所定の全ての時間計測回路（６０ａ）（６
０ｄ）（６０ｇ）がＭＥＮＤを発すると、高速測定処理
手段（２５０）に対し、ＥＮＤ信号を出力する。上記の
様に、ＥＮＤ信号をモニタ中の高速測定処理手段（２５
０）は、ＥＮＤ信号を検知すると、「データ読込（２６
７）」に於、時間計測回路（６０ａ）（６０ｄ）（６０
ｇ）より時間データを読み込み、「データ格納（２６
８）」に於てＲＡＭ（８２）中に該時間データを記憶さ
せ、「ＳＴＡＲＴ解除（２６９）」に於てＳＴＡＲＴ信
号をリセットして再度の測定を可能にする。これで第３
段階の計測が終了し、円１、円４、円７の時間データが
得られたことになり、時間計測は終了する。

【手続補正１８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５９】上記より分かる様に、測定対象（１６）と
の距離を幅広く計測する必要があり、区間がいくつに増
加させても、本発明により常に３回の計測の繰り返しの
みによって全区間の測定することができる。つまり、区
間の数に関わらず、一定の時間で計測することができ
る。本実施例はほんの一例であり種々変形可能であるこ
とはいうまでもない。例えば、表２に示す様に、第２の
実施例の図２０の楕円と楕円の軌跡を利用する装置（１
Ａ）に於ても同様の高速化が可能である。基本的には上
記と同様であるから略説すると、まず、第１段階として
Ｕ３及びＵ８より超音波を同時に送信し、その反射波を
超音波素子Ｕ１、Ｕ２、Ｕ４、Ｕ５、Ｕ６、Ｕ７及びＵ
８により同時に受信し、上記と同様にそれらの伝搬時間
を計測することにより、夫々楕円２、楕円３、楕円５、
楕円６、楕円１２、楕円１３及び円２を描くための時間
情報を得る。次に、第２段階として、超音波素子Ｕ２及
びＵ７より超音波を同時に送信し、その反射波を超音波
素子Ｕ１、Ｕ４、Ｕ５及びＵ６により受信し、上記と同
様にそれらの伝搬時間を計測することにより、夫々楕円
１、楕円４、楕円１０及び楕円１１を描くための時間情
報を得る。第３段階に於ては、超音波素子Ｕ１及びＵ６
より超音波を同時に送信し、その反射波をＵ１、Ｕ４及
びＵ５により受信し、上記と同様にそれらの伝搬時間を
計測することにより、夫々円１、楕円８及び楕円９の時
間情報を得る。第４段階に於ては、超音波素子Ｕ５より
超音波を送信し、その反射波を超音波素子Ｕ４により受
信し、上記と同様にその伝搬時間を計測することによ
り、楕円７の時間情報を得る。以上図２０に示す円及び
楕円の全ての時間情報を得る。

【手続補正１９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６０】（第４実施例）第３の発明の装置（１Ｃ）
は、図１に示す様に、上記第１及び第２の発明の装置
（１Ａ）（１Ｂ）の測定制御手段（８）又は高速測定手
段（８０）内に駆動手段（１２）の制御部分を設け（詳
細は後述する。）、駆動手段（１２）を制御して保護カ
バー（１３）を開閉し、計測時は保護カバー（１３）を
開け、計測が終了すると保護カバー（１３）を閉じて超
音波距離測定装置（１Ｃ）を保護するものである。ま
ず、本発明の装置（１Ｃ）の構成について説明する。第
３の発明の装置（１Ｃ）は、図３０に示す様に、Ｌ字形
に折り曲げた板状の保護カバー（１３）を超音波距離測
定装置（１Ａ）（１Ｂ）の上面に覆う様に配置する。保
護カバー（１３）の上面の後部よりの両端に中央部にネ
ジの貫通穴の開いた取付け部（１３１）（１３１）を設
け、超音波距離測定装置（１Ａ）（１Ｂ）の後部側面の
両端に設けられたネジ穴（図示せず）に該保護カバー
（１３）の取付け部（１３１）（１３１）を回転可能に
ネジ留めする。保護カバー（１３）上面の最後部の中央
部にバネ（１２１）を掛けるバネ取付け穴（１３４）を
設け、そのバネ取付け穴（１３４）にバネ（１２１）の
一方を掛け、他方は超音波距離測定装置（１Ｃ）を装着
する筐体（１８）に掛けて常時保護カバー（１３）を上
方向に引き、保護カバー（１３）を超音波距離測定装置
（１Ａ）（１Ｂ）の前面上部に設けられたストッパ（１
３２）（１３２）に当接させる。更に、保護カバー（１
３）のバネ取付け穴（１３４）の隣には連結棒取付け穴
（１３５）を設け、連結棒（１２２）の一方を連結棒取
付け穴（１３５）に、他方を鉄心入りのソレノイドＳＬ
の鉄心（１２３）に取り付ける。図示はしていないが、
ソレノイドＳＬは、上記筐体（１８）に固定する。ソレ
ノイドＳＬのコイルの一方の端子は電源に接続され、他
方の端子はＮＰＮ形のパワートランジスタＴＲのコレク
タに接続する。該パワートランジスタＴＲのエミッタは
グランドに、ベースは抵抗Ｒ及び制御線ＤＬを介して測
定制御手段（８）又は高速測定手段（８０）に接続され
る。ソレノイドＳＬは、電流を流すと矢印Ｙ方向に鉄心
（１２３）を引く。

【手続補正２０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６１】次に、本発明の装置（１Ｃ）の動作につい
て説明する。測定制御手段（８）又は高速測定手段（８
０）は、外部より「計測ＯＮ」の指令を受けたときは、
図１４、図２１及び図２９に示す初期処理（２０１）
（５０１）及び（２５１）に於て、前記のカウンタのク
リアと共に、図示しないが、入出力ポート（８３）を介
して制御線ＤＬを”Ｈ”にする。又、同図に示す様に、
計測が終了した後処理（２２３）（２２３）（２２３）
に於て制御線ＤＬを”Ｌ”にする。パワートランジスタ
ＴＲは制御線ＤＬが”Ｈ”になると導通し、ソレノイド
ＳＬに電流を流す。ソレノイドＳＬに電流が流れると、
バネ（１２１）の力に抗して矢印Ｙ方向に鉄心（１２
３）を引くから、連結棒（１２２）を介して保護カバー
（１３）後部を引き、保護カバー（１３）は取付け部
（１３１）（１３１）を支点にして、前部が上昇するこ
とになる。従って、超音波素子（７）が露出して計測可
能となる。一方、制御線ＤＬが”Ｌ”になると、パワー
トランジスタＴＲは遮断され、ソレノイドＳＬのコイル
には電流が流れなくなり、ソレノイドＳＬは鉄心（１２
３）を引っ張らなくなる。従って、バネ（１２１）の力
が有効となり、保護カバー（１３）後部を押上げ、保護
カバー（１３）の前部がストッパ（１３２）（１３２）
に当接して止まる。つまり、保護カバー（１３）が超音
波素子（７）の前面を覆い、距離測定を行なわないと
き、保護カバー（１３）は超音波距離測定装置（１Ａ）
（１Ｂ）を保護する。

【手続補正２１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正２２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１０】

【手続補正２３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２２】

【手続補正２４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３０】

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タイミング制御回路（３）の制御の下
   で、発振回路（２）から出力された送信信号を送信回路
   （４０）により増幅して超音波素子（７）に加え、測定
   対象（１６）に向けて超音波を発し、測定対象（１６）
   からの反射波を超音波素子（７）により受信して電気信
   号に変換し、該受信信号を受信回路（５０）により増幅
   整形して時間計測回路（６０）に送り、時間計測回路
   （６０）において超音波を発してから反射波が超音波素
   子（７）に到達するまでの時間を計測し、該計測された
   時間を時間距離変換手段（１０）により距離に変換して
   表示回路（１１）に表示する超音波距離測定装置（１０
   ０）に於て、超音波の送信及び受信の双方を行なう超音
   波素子（７）を複数配置し、複数の超音波素子（７）に
   接続され、発振回路（２）からの送信信号を測定制御手
   段（８）により指定された超音波素子（７）にのみ出力
   させる送信手段（４）、複数の超音波素子（７）に接続
   され、出力された超音波の反射波を超音波素子（７）が
   受信した１或いは複数の受信信号を増幅整形して時間計
   測手段（６）へ送る受信手段（５）、受信手段（５）よ
   り送られた１或いは複数の受信信号の伝搬時間を計測
   し、計測結果の時間データを測定制御手段（８）に出力
   する時間計測手段（６）、送信手段（４）の制御及び時
   間計計測手段（６）により計測された超音波の伝搬時間
   データのうち特定の複数の時間データを記憶し、該記憶
   された時間データを時間距離変換手段（３００）により
   距離データに変換させ、更に座標計算部（９）に於て該
   複数の距離データより計測距離データを求めさせ、得ら
   れた計測距離データのうち最短の計測距離データを表示
   回路（１１）へ出力する測定制御手段（８）、及び測定
   制御手段（８）に記憶された距離データより測定対象
   （１６）の存在を円或いは楕円の軌跡上にとらえ、複数
   のデータのなす円と楕円若しくは楕円と楕円の軌跡の交
   点座標により測定対象（１６）の位置を特定して測定対
   象（１６）までの距離を求め、得られた計測距離データ
   を測定制御手段（８）に送る座標計算手段（９）を具
   え、円と楕円若しくは楕円と楕円のなす交点座標から測
   定対象（１６）までの距離を測定することを特徴とした
   超音波距離測定装置。
2. 【請求項２】 測定制御手段（８）の代わりに、送信手
   段（４）を制御して複数の超音波素子（７）に送信信号
   を同時に出力させ、或いは特定の１つの超音波素子
   （７）に送信信号を出力させ、その複数或いは１の送信
   出力に対する各反射波の伝搬時間を時間計測手段（６）
   に同時に計測させて計測の繰り返し回数を減らし、該計
   測した時間データのうち所定の複数或いは１の時間デー
   タを読み込んで記憶し、該記憶された時間データを時間
   距離変換手段（３００）により距離データに変換させ、
   更に座標計算部（９）に於て該複数の距離データより計
   測距離データを求めさせ、得られた計測距離データのう
   ち最短の計測距離データを表示回路（１１）へ出力する
   高速測定制御手段（８０）を具えた請求項１に記載の超
   音波距離測定装置。
3. 【請求項３】 超音波素子（７）の前面に可動式の保護
   カバー（１３）を配置し、測定制御手段（８）又は高速
   測定手段（８０）より距離計測開始或いは終了の指令を
   受けて該保護カバー（１３）の開駆動或いは閉駆動をす
   る駆動手段（１２）を具えた請求項１又は請求項２に記
   載の超音波距離測定装置。