JPH08220228A - 超音波反射式距離検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】マイクロコンピュータを用いることなく簡単な
回路構成で超音波センサによる距離測定を行う。 【構成】距離測定装置２は超音波の送受信に基づいて検
出部までの距離を測定し、その距離に対応するパルス幅
のパルス信号Ｓ１を出力する。距離測定装置２はインバ
ータ回路９を介してＡＮＤ回路８に接続されている。
又、ＡＮＤ回路８には発振回路４が接続されている。こ
の発振回路４は温度センサ４ａに接続されるとともに、
温度調整機構４ｂを備えている。ＡＮＤ回路８は２進カ
ウンタ５に接続され、２進カウンタ５はラッチ回路６に
接続されている。ラッチ回路６はＤ／Ａ変換器７に接続
されている。更に、距離測定装置２は２進カウンタ５及
びラッチ回路７に接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超音波反射式距離検出装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、超音波センサを用いて被検出物体
までの距離の測定は、被検出物体までの距離に応じた音
波の往復に要する時間を計測するものであった。詳しく
は、この時間をパルス信号のパルス幅としてとらえ、そ
のパルス信号が出力されている間、マイクロコンピュー
タがそのパルス幅をプログラム上で計測し、その計測結
果に基づいて距離を演算していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たように超音波センサを用いて距離を測定する場合に
は、マイクロコンピュータを用いて行うため、コスト的
に高価なものとなっていた。又、マイクロコンピュータ
は、プログラムに従って距離を演算するため、負荷が大
きくなっていた。

【０００４】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的はマイクロコンピュータを
用いることなく簡単な回路構成で超音波センサによる距
離測定を行うことができる超音波反射式距離検出装置を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
超音波の送受信に基づいて検出部までの距離を測定し、
その距離に比例するパルス幅の検出パルス信号を出力す
る距離測定手段と、前記検出パルス信号が入力され、そ
の検出パルス信号の前記パルス幅に対応する時間だけ、
検出パルス信号より高周波数の演算用パルス信号を出力
する演算用パルス発生手段と、前記演算用パルス発生手
段から出力された演算用パルス信号のパルス数をカウン
トし、そのカウント数をデジタル信号として出力するカ
ウント手段と、前記カウント手段からのデジタル信号を
アナログ信号に変換し、その変換したアナログ信号を出
力する変換手段とを備えたことをその要旨とする。

【０００６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記演算用パルス発生手段は、検出パルス
信号より高周波数のパルス信号を出力する発振回路と、
当該発振回路と前記距離測定手段とを接続したＡＮＤ回
路とからなることをその要旨とする。

【０００７】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明において、前記発振回路は温度調整回路を備え、周囲
温度の変化による超音波の進行速度の変化に対応して発
振周波数が変化することをその要旨とする。

【０００８】

【作用】従って、請求項１記載の発明によれば、距離測
定手段は超音波の送受信に基づいて検出部までの距離を
測定し、その距離に比例するパルス幅の検出パルス信号
を出力する。すると、演算用パルス発生手段はそのパル
ス幅に対応する時間だけ、検出パルス信号より高周波数
の演算用パルス信号を出力する。カウント手段は、演算
用パルス信号のパルス数をカウントし、そのカウント数
をデジタル信号として変換手段に出力する。変換手段は
デジタル信号をアナログ信号に変換し、その変換したア
ナログ信号を出力する。

【０００９】請求項２記載の発明によれば、ＡＮＤ回路
には、発振回路から高周波数のパルス信号と、距離測定
手段からの検出パルス信号とが入力され、ＡＮＤ回路は
高周波パルス信号と検出パルス信号とに基づいて演算用
パルス信号を出力する。

【００１０】請求項３に記載の発明によれば、前記発振
回路は温度調整回路を備え、周囲温度の変化による超音
波の進行速度の変化に対応して発振周波数を変化させ
る。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図１〜
図３に従って説明する。図１に示すように、超音波反射
式距離検出装置としての超音波センサ１は送信器１ａと
受信器１ｂとを備え、送信器１ａは４０ＫＨｚの超音波
を発信し、受信器１ｂは検出部としての検出面Ｆにて反
射した送信器１ａからの超音波を受信する。超音波セン
サ１は、超音波が送信器１ａより発信されてから検出面
Ｆに反射して受信器１ｂにて受信されるまでの時間に基
づいて検出部としての検出面Ｆまでの距離Ｅを測定す
る。

【００１２】この超音波センサ１は、距離測定手段とし
ての距離測定装置２とアナログ信号変換装置３とからな
る。距離測定装置２は、受信器１ｂの受信信号に基づい
て検出面Ｆまでの距離Ｅに応じたデューティ比の検出パ
ルス信号としてのパルス信号Ｓ１を出力する。図３に示
すように、このパルス信号Ｓ１の発振周期が２０ｍｓ
（ミリ秒）であって、１周期の区間において、送信器１
ａが超音波を発してから受信器１ｂが受信するまでの時
間は、受信器１ｂが未だ超音波を検出していないので、
Ｌレベルとなる。そして、送信器１ａからの超音波が受
信器１ｂに到達し、受信器１ｂが超音波を検出するとＨ
レベルとなる。従って、そのパルス信号Ｓ１がＬレベル
に立ち下がった時間から次のパルス信号Ｓ１のＨレベル
に立ち上がる時間までが、超音波センサ１から検出面Ｆ
までの往復距離（＝２・Ｅ）に対応する。

【００１３】この距離測定装置２はアナログ信号変換装
置３に接続され、アナログ信号変換装置３は距離測定装
置２から出力されたパルス信号Ｓ１に基づいて、検出面
Ｆまでの距離に比例した電圧値の電圧信号Ｖout （アナ
ログ信号）を出力するようになっている。

【００１４】図２は、そのアナログ信号変換装置３を示
している。このアナログ信号変換装置３は、発振回路
４、２進カウンタ５、ラッチ回路６及び変換手段として
のＤ／Ａ変換器７等から構成されている。発振回路４は
直接ＡＮＤ回路８に、距離測定装置２はインバータ回路
９を介してＡＮＤ回路８に接続されている。そして、Ａ
ＮＤ回路８は２進カウンタ５に、２進カウンタ５はラッ
チ回路６に、ラッチ回路６はＤ／Ａ変換器７にそれぞれ
接続されている。尚、発振回路４及びＡＮＤ回路８にて
パルス発生手段を構成し、２進カウンタ５及びラッチ回
路６にてカウント手段を構成している。

【００１５】図２，図３に示すように、前記発振回路４
には超音波センサ１の使用場所での周囲温度Ｔを測定す
る温度センサ４ａが接続され、発振回路４は温度センサ
４ａが検出した周囲温度Ｔに対応した周波数のクロック
信号ＣＬＫをＡＮＤ回路８に出力する温度調整回路４ｂ
を備えている。即ち、超音波は周囲温度Ｔが高くなる
と、超音波の進行速度φは次式（ａ）に従って速くな
り、周囲温度Ｔが低くなると、超音波の進行速度φは遅
くなるという特性がある。

【００１６】 φ＝３３１．５＋０．６・Ｔ （但し、φ：ｍ／ｓ，Ｔ：℃）…（ａ） つまり、発振回路４は超音波の進行速度φに対応した周
波数のクロック信号ＣＬＫを出力し、常に超音波の進行
時の単位距離当たりに出力されるクロック信号ＣＬＫの
パルス数が一定となるように、その周波数を変化させ
る。従って、発振回路４は周囲温度Ｔが高くなり、進行
速度φが速くなれば、クロック信号ＣＬＫの周波数を上
げ、周囲温度Ｔが低くなり、進行速度φが遅くなれば、
周波数を下げる。尚、この発振回路４では、周囲温度Ｔ
が基準温度（２０℃）時に１００ＫＨｚという高周波数
のクロック信号ＣＬＫを出力する。

【００１７】又、ＡＮＤ回路８は、距離測定装置２から
のパルス信号Ｓ１をインバータ回路９にて反転された反
転信号Ｓ２を入力する。この反転信号Ｓ２では、パルス
信号Ｓ１のＨレベルがＬレベルとなり、ＬレベルがＨレ
ベルとなっている。そして、ＡＮＤ回路８は反転信号Ｓ
２とクロック信号ＣＬＫを論理積した演算用パルス信号
Ｓ３を２進カウンタ５に出力する。即ち、ＡＮＤ回路８
は、反転信号Ｓ２のＨレベル（パルス信号Ｓ１のＬレベ
ル）の時に、入力されるクロック信号ＣＬＫを演算用パ
ルス信号Ｓ３として出力する。従って、反転信号Ｓ２の
Ｈレベルになっている時間が長い程、出力される演算用
パルス信号Ｓ３の数は多くなる。

【００１８】２進カウンタ５は演算用パルス信号Ｓ３の
数をその立ち下がりタイミングで順次カウントし、その
カウントしたパルス数を示すカウント数信号（デジタル
信号）Ｓ４を常にラッチ回路６に出力している。そし
て、２進カウンタ５は、ラッチ回路６のラッチタイミン
グよりも早くリセットされることによる誤動作を防止す
るために距離測定装置２からのパルス信号Ｓ１に遅延回
路２ａによる遅れ時間を付加した信号の立ち下がりに応
答して、その立ち下がりまでにカウントしたパルス数を
リセットし、次の周期での演算用パルスＳ３のカウント
を開始する。即ち、２進カウンタ５は前記立ち下がり時
にパルス数をリセットすることによって、各周期毎の演
算用パルスＳ３のカウントを行う。

【００１９】ラッチ回路６はパルス信号Ｓ１の立ち下が
りに応答して、２進カウンタ５がそのリセット直前まで
に、カウントしたその周期における演算用パルス数（以
下、「総カウント数」という。）をラッチする。

【００２０】そして、ラッチ回路６はラッチした総カウ
ント数を示すラッチカウント数信号（デジタル信号）Ｓ
５をＤ／Ａ変換器７に出力する。この場合、ラッチ回路
７がラッチしている総カウント数は、現在２進カウンタ
５がカウントしている周期よりも１周期前のカウント数
となるため、ラッチ回路６からＤ／Ａ変換器７に出力さ
れるカウント数は、距離測定装置２から出力される時間
パルス信号Ｓ１の周期に比べて１周期遅れることにな
る。

【００２１】例えば、周期にて、ラッチ回路６は周期
での立ち下がりを検出すると、その立ち下がり時点で
の周期での総カウント数をラッチする。そして、その
周期にて、そのラッチした周期時での総カウント数
を示すラッチカウント数信号Ｓ５をＤ／Ａ変換器７に出
力する。

【００２２】Ｄ／Ａ変換器７はラッチ回路６からのラッ
チカウント数信号Ｓ５を、そのラッチカウント数信号が
示すカウント数に比例した電圧値の電圧Ｖout （アナロ
グ信号）に変換し、その電圧Ｖout を出力する。従っ
て、Ｄ／Ａ変換器７は、検出面Ｆまでの距離Ｅに比例す
る電圧値の電圧Ｖout を出力する。

【００２３】次に、このように構成した超音波センサ１
の作用及び効果を説明する。図２，図３に示すように、
距離測定装置２が超音波の送受信に基づいて検出面Ｆま
での距離Ｅを測定すると、その距離Ｅに比例するパルス
幅のパルス信号Ｓ１を出力する。このパルス信号Ｓ１は
インバータ回路９によって反転信号Ｓ２に変換され、そ
の反転信号Ｓ２がＡＮＤ回路８に入力される。又、ＡＮ
Ｄ回路８には発振回路４からクロック信号ＣＬＫが入力
される。そして、ＡＮＤ回路８は演算用パルス信号Ｓ３
を２進カウンタ５に出力する。

【００２４】２進カウンタ５はパルス信号Ｓ１の立ち下
がりの検出に基づいて各周期毎の演算用パルスをカウン
トし、そのパルス数信号をラッチ回路６に出力する。ラ
ッチ回路６は前記立ち下がりに基づいて２進カウンタ５
からのカウント数（総カウント数）をラッチし、ラッチ
カウント数信号Ｓ５をＤ／Ａ変換器７に出力する。この
場合、ラッチカウント数は１周期遅れて出力される。そ
して、Ｄ／Ａ変換器７はラッチカウント数信号Ｓ５をア
ナログ信号に変換し、アナログ信号としての電圧Ｖout
を出力する。

【００２５】従って、本実施例によれば、検出面Ｆまで
の距離を示すパルス幅に対応する高周波数の演算用パル
ス信号Ｓ３を出力し、その演算用パルス信号Ｓ１をカウ
ントすることによって容易に検出面Ｆまでの距離Ｅを演
算することができる。従って、発振回路４等の演算用パ
ルス信号Ｓ３を生成する回路や、２進カウンタ５等の演
算用パルスをカウントする回路からなる簡単な回路構成
で超音波センサ１による距離測定を行うことができる。
そして、超音波センサ１は、検出面Ｆまでの距離Ｅに対
応したアナログ量としての電圧Ｖout を出力できる。こ
のため、超音波センサ１から出力される電圧Ｖout の大
きさに基づいて容易に検出面Ｆまでの距離を判断するこ
とができる。

【００２６】又、発振回路４からの高周波数のクロック
信号ＣＬＫと、距離測定手段２からの検出パルス信号Ｓ
１の反転信号Ｓ２をＡＮＤ回路８に入力するだけで、容
易に演算用パルス信号Ｓ３を生成することができる。

【００２７】更に、発振回路４は、周囲温度Ｔの変化に
基づく超音波の進行速度φの変化に対応して、クロック
信号ＣＬＫの周波数を変化させ、超音波の進行速度φに
対応した周波数のクロック信号ＣＬＫを出力できる。従
って、周囲温度Ｔの温度変化に関わらず、より正確に検
出面Ｆまでの距離を測定することができる。

【００２８】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変更
して実施してもよい。 （１）上記実施例では、距離測定装置２からの反転信号
Ｓ２と発振回路４からのクロック信号ＣＬＫとをＡＮＤ
回路８に入力することによって演算用パルス信号Ｓ３を
生成した。これを、発振回路４にインバータ回路９を介
して距離測定装置２を接続し、距離測定装置２からの反
転信号Ｓ２がＨレベルの時のみ、発振回路４がクロック
信号ＣＬＫを出力するように構成してもよい。この場
合、発振回路４から出力されるクロック信号ＣＬＫが演
算用パルス信号Ｓ３となり、ＡＮＤ回路８を使用するこ
となく演算用パルス信号Ｓ３を生成できるので、より回
路構成を簡略化できる。

【００２９】（２）上記実施例において、検出面Ｆまで
の距離Ｅに対応したアナログ量として電流値を変化させ
てもよい。 （３）上記実施例において、ラッチ機能を有するＤ／Ａ
変換器を使用して、２進カウンタ５からのカウント数信
号をＤ／Ａ変換器に直接出力してもよい。この場合、カ
ウント手段は２進カウンタ５となる。

【００３０】上記実施例から把握できる請求項以外の技
術思想について、以下にその効果とともに記載する。 （１）請求項１〜３記載の発明において、カウント手段
は、２進カウンタ５とラッチ回路６からなる超音波反射
式距離検出装置。この超音波反射式距離検出装置によれ
ば、２進カウンタ５がカウントした総カウント数をラッ
チ回路６がラッチすることによって容易にＤ／Ａ変換器
７に出力することができる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、演
算用パルス信号を生成し、そのパルス数をカウントする
ことによって距離測定を行うことにより、簡単な回路構
成で超音波反射式距離検出装置による距離測定を行うこ
とができる。

【００３２】請求項２記載の発明によれば、発振回路と
距離測定手段とからの信号をＡＮＤ回路に入力するだけ
で容易に演算用パルス信号を生成できる。請求項３記載
の発明によれば、周囲温度の変化に対応してより正確に
距離の測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 超音波センサの測定状態を示す説明図。

【図２】 超音波センサの電気的構成を示す電気ブロッ
ク図。

【図３】 超音波センサの各構成が出力する各信号を示
すタイミングチャート。

【符号の説明】

１…超音波反射式距離検出装置としての超音波センサ、
２…距離測定手段としての距離測定装置、４…演算用パ
ルス発生手段を構成する発振回路、４ｂ…温度調整回
路、５…カウント手段を構成する２進カウンタ、６…カ
ウント手段を構成するラッチ回路、７…変換手段として
のＤ／Ａ変換器、Ｓ１…検出パルス信号としてのパルス
信号、Ｓ３…演算用パルス信号、Ｖout …アナログ信号
としての電圧、Ｆ…検出部としての検出面。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波の送受信に基づいて検出部までの
   距離を測定し、その距離に対応するパルス幅の検出パル
   ス信号を出力する距離測定手段と、 前記検出パルス信号が入力され、その検出パルス信号の
   前記パルス幅に対応する時間だけ、検出パルス信号より
   高周波数の演算用パルス信号を出力する演算用パルス発
   生手段と、 前記演算用パルス発生手段から出力された演算用パルス
   信号の演算用パルス数をカウントし、そのカウント数を
   デジタル信号として出力するカウント手段と、 前記カウント手段からのデジタル信号をアナログ信号に
   変換し、その変換したアナログ信号を出力する変換手段
   とを備えた超音波反射式距離検出装置。
2. 【請求項２】 前記演算用パルス発生手段は、検出パル
   ス信号より高周波数のパルス信号を出力する発振回路
   と、当該発振回路と前記距離測定手段とが接続されたＡ
   ＮＤ回路とからなる請求項１記載の超音波反射式距離検
   出装置。
3. 【請求項３】 前記発振回路は温度調整回路を備え、周
   囲温度の変化による超音波の進行速度の変化に対応して
   発振周波数を変化させる請求項２記載の超音波反射式距
   離検出装置。