JPH0921869A

JPH0921869A - 超音波距離センサシステム

Info

Publication number: JPH0921869A
Application number: JP7170570A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Takada; 雅弘高田; Akira Nohara; 明野原; Noboru Nomura; 登野村; Takeshi Yamaguchi; 健山口
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-07-06
Filing date: 1995-07-06
Publication date: 1997-01-21

Abstract

(57)【要約】【目的】測距の信頼性の高い超音波距離センサシステ
ムを提供する。【構成】測距対象に超音波を送信する送信素子１と、
送信素子１に駆動信号を出力する駆動回路２と、測距対
象からの反射波を受信する受信素子３と、受信素子３か
らの信号により測距対象との間の距離を検出する信号処
理回路４とを備え、送信する超音波にＦＭ変調を行った
り、ＩＤ番号を入力したり、複数のバースト波とする
等、送信する超音波に特徴を与え、信号処理回路４で受
信波１２から測距対象からの反射波を峻別して距離測定
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を送波し、測距
対象からの反射波を受信して、その測距対象までの距離
を検知する超音波距離センサシステムに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、超音波を利用して測距対象との距
離を計測する超音波距離センサや移動体に取り付けて移
動体の周辺の測距対象を検出するセンサーや走行路面の
凹凸を検知する超音波検知器を用いた各種計測器が商品
化されている。これまでの超音波を用いた距離センサは
数ｍ程度が限度であり、１０ｍ以上の距離を計測し、か
つ高い騒音環境下での信頼性のある超音波距離センサは
実現されていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】超音波を送波し測距対
象からの反射波を受信して前記測距対象までの距離を検
知する超音波距離センサシステムにおいて、測距対象か
らの反射波を受ける受信素子の信号には超音波の騒音が
含まれており、反射波かどうかの判定が困難であり、高
い測距信頼性を持たせることは困難である。また、複数
の超音波距離センサシステムを互いに近くで用いた場合
には、一方が出した超音波が他方の超音波距離センサシ
ステムの受信素子で受信するため、距離の誤検出が起こ
るという課題があった。さらに、超音波は空気中を伝搬
中に減衰し、これまでは数ｍ程度の測距が限度であっ
た。

【０００４】また移動体に搭載される超音波を用いた距
離センサにおいては、騒音環境や、振動環境において用
いられ、反射波とノイズを明確に判別する必要がある。
また、そのような環境で１０ｍ以上の距離を計測できる
ものはなく、移動体の走行の安全性を向上させるよう
な、高い測距の信頼性をもつ距離センサへの期待が高ま
っている。

【０００５】本発明は、超音波を用いて、使用環境の騒
音に妨害されることが少なく、かつ複数個の超音波距離
センサシステムの使用環境においても、高い測距信頼性
を持ち、移動体等において、実用化に耐える超音波距離
センサシステムを提供する事を目的とする。また、超音
波を用いた距離センサを移動体に搭載し、新たに移動体
の安全性や利便性の向上に寄与できる超音波距離センサ
システムを提供する事を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記従来の問題点を解決
するために本発明の超音波距離センサシステムは、超音
波を送波し測距対象からの反射波を受信して前記測距対
象までの距離を検知する超音波距離センサシステムであ
って、前記測距対象に超音波を送信する送信素子と、前
記送信素子に駆動信号を出力する駆動回路と、前記測距
対象からの反射波を受信する受信素子と、前記受信素子
からの信号により測距対象との間の距離を検出する信号
処理回路とを備え、送信する超音波にＦＭ変調を行うこ
とや、ＩＤ番号を入力したり、複数のバースト波とする
等、送信する超音波を特徴あるものとして、受信素子の
受ける信号から使用環境の騒音や他の超音波を用いた距
離センサの送波する超音波と測距対象からの反射波を判
別して、その反射波を確実に抽出し、種々の信号処理を
行い、測距の信頼性を向上させる。また、反射波のパタ
ーンにより、測距対象の種類や大きさの判別を行う。さ
らに、最適の反射波が得られるように送信する超音波の
ビームの方向、角度、音圧を変化させる。

【０００７】また、移動体に搭載し、超音波を送波し測
距対象からの反射波を受信して前記測距対象までの距離
を検知する超音波距離センサシステムであって、前記測
距対象に超音波を送信する送信素子と、前記送信素子に
駆動信号を出力する駆動回路と、前記測距対象からの反
射波を受信する受信素子と、前記受信素子からの信号に
より測距対象との間の距離を検出する信号処理回路を備
える。

【０００８】

【作用】本発明の上記構成による作用は以下のようにな
る。送信する超音波にＦＭ変調を行うことや、ＩＤ番号
を入力したり、複数のバースト波とする等、送信する超
音波を特徴あるものとして、受信素子の受ける信号から
使用環境の騒音や他の超音波を用いた距離センサの送波
する超音波と測距対象からの反射波を判別して、その反
射波を確実に抽出し、種々の信号処理を行い、距離の誤
検出を防ぐとともに、１０ｍ以上に測定距離を拡大し、
高い騒音環境下での測距の信頼性を向上させる。また、
その反射波のパターンにより、測距対象の大きさや種類
の判別も行う。

【０００９】また、上記発明を移動体に搭載し、移動体
の各種移動方向や速度などの移動体に搭載したセンサ情
報や、情報機器等の信号を元に、使用状況や環境に応じ
て、信号処理の各種パラメータや、出力方法、送信、受
信の音圧やビーム角度などを最適に変更し、距離出力を
用いて、移動体の制御情報や、移動体の運転者に有益な
情報を提供し、従来にない移動体の安全性や利便性の向
上に寄与できる超音波距離センサシステムを提供する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の詳細について実施例とともに
説明する。図１は本発明の超音波測距システムの実施例
の構成図である。図１において１は送信素子、２は駆動
回路、３は受信素子、４は信号処理回路、５は測距対
象、１０は駆動波形、１１は駆動指令、１２は受信素子
の受ける信号（受信波と呼ぶ）、１３は送信される超音
波、１４は受信される受信波である。次に図２、図３、
図４、図５を用いながら処理内容を説明する。図２は測
距距離を求める原理を示す図で、２０１は送信波、２０
２は受信波、２０３は駆動指令の時間、２０４は受信波
の検出された時間、２０５は駆動指令から受信波２０２
が検出された時間を示す。駆動指令１１により送信され
た送信波２０１は測距対象で反射され受信波２０２が得
られる。信号処理回路４では駆動指令の時間２０３と、
受信波の検出された時間２０４とから送信波が測距対象
にで反射され戻ってくるまでの時間２０５を求める。２
０５は超音波が対象物までの往復する時間を示しており
対象物までの距離は２０５に音速を乗じ１／２をしてで
求めることができる。

【００１１】次に本発明における送信波の変調方法を説
明する。図３は本実施例における送信波の例である。送
信波の２１２は基本周波数ｆc、２１０はｆｃ−Δｆで
変調された信号、２１１はｆｃ＋Δｆで変調された信号
であり、基本周波数ｆからΔｆの周波数変移をもったＦ
Ｍ変調信号を送信素子より送信する。続いて本実施例に
おけるＦＭ変調の基本周波数および変調度の設定につい
て説明する。図４には送信素子に圧電振動子を用いた場
合の周波数と音圧の関係の例を示し、図５には超音波の
周波数と空気中での減衰率の関係を示す。図４において
２２１は圧電振動子の周波数対音圧特性、ｆｃは送信さ
れる超音波の基本周波数、Δｆは変調周波数、２２２は
周波数ｆｃ＋Δｆでの送信音圧、２２３は周波数ｆｃで
の送信音圧、２２４は周波数ｆｃ−Δｆでの送信音圧を
である。図５において２３１は超音波の空気中での減衰
率の特性を、２３２は周波数ｆ＋Δｆでの減衰率、２３
３は周波数ｆｃでの減衰率、２３４は周波数ｆｃ−Δｆ
での減衰率をそれぞれ示す。いま送信波の基本周波数ｆ
ｃとＦＭ変調による周波数の最大値ｆｃ＋Δｆ、および
最小値ｆｃ−Δｆを図４に示すように送信音圧が２２２
＞２２３＞２２４の様に設定されているとする。この場
合の超音波の減衰率は図５の様に２３２＞２３３＞２３
４となる。すなわち周波数ｆｃ＋Δｆでは送信音圧は大
きいが減衰率も大きく、周波数ｆｃ−Δｆでは送信音圧
は小さいが減衰率は小さくなる。従って周波数ｆｃ−Δ
ｆからｆｃ＋Δｆの周波数にわたって反射波の音圧を安
定して得ることができる。このようなΔｆの範囲は圧電
振動子の特性を考慮し、Δｆ／ｆｃすなわちＦＭ変調の
変調率の範囲を約１０％程度にすることよって超音波を
ＦＭ変調し送信した場合において最適な反射波を得るこ
とができる。

【００１２】次に請求項２、および３に係る本発明の実
施例を説明する。図６は送信波に認識コードを含めＦＭ
変調を加えた例である。２４１は送信波形、２４２は認
識コード０に対応する変調波、２４３は認識コード１に
対応する変調波である。いま認識コード１ビットを１波
形に対応させ、認識コード０に対してはｆｃ＋Δｆ、認
識コード１に対してはｆｃ−Δｆを対応させている。さ
らに認識コードを数ビットまとめて変調周波数を割り当
てることが可能である。たとえば認識コード（０１）に
対してはｆｃ＋Δｆ／２、認識コード（１０）に対して
はｆｃ−Δｆ／２などである。前記は２ビットをまとめ
た場合であるが更に多くのビットをまとめることも考え
られる。

【００１３】図６では認識コードを（００１）とした場
合、続いて繰り返し認識コード（００１）を含ませ、コ
ード（００１００１）を送信波に１ビットを１波形でＦ
Ｍ変調してある。認識コードを挿入することで受信波が
測距対象からの反射波か否かを区別することができ、測
距性能と信頼性を向上することができる。また繰り返し
認識コードを送ることで更に信頼性を向上させることが
できる。

【００１４】次に請求項４に係る本発明の実施例を説明
する。図７は図６と同様に１ビット１波形に対応させた
場合の送信信号の波形を示している。ここで認識コード
を（０１１）とした場合、認識コードを逆順に折り返し
たコード（１１０）を付加し送信波には（０１１１１
０）のコードをＦＭ変調することになる。逆順のコード
を挿入することで受信時波形の対象性を調べることがで
き、反射波の信頼性を向上できる。

【００１５】次に請求項５に係る本発明の実施例を説明
する。図８は特許請求項５における実施例の構成図で、
１は送信素子、２は駆動回路、３は受信素子、４は信号
処理回路、５は測距対象、１０は駆動波形、１１は駆動
指令、１２は受信素子の受ける信号（受信波と呼ぶ）、
１３は送信される超音波、１４は受信される受信波、２
６１は送信素子の駆動信号である。続いて図９を用いな
がら動作を説明する。図９は駆動信号と受信波の関係を
示した図であり、２７１は駆動信号波形、２７２は受信
信号波形、２７３は送信波の存在時間、２７４は相関を
計算を行うオフセット時間、２７５は相関計算区間、２
７６は測距対象からの受信波、２７７は測距対象から反
射波が得られた時間を示す。駆動信号波形と受信信号波
形との相関を計算する手順について説明する。オフセッ
ト時間２７４後からの受信信号波形と駆動信号波形の相
互相関を計算する。オフセット時間は順次変化させてゆ
き駆動信号波形と受信信号波形相互相関を計算し、相関
値が最大になったオフセット時間が測距対象から反射波
が得られた時間２７７となる。２７７と音速より測距対
象からの距離を算出することができる。ここで相関を計
算する波形長は２７３あるいは２７３より短く設定する
ことが可能である。２７３より短く設定した場合は相関
値の大きいオフセット値２７４のいくつかについて２７
３の時間全てについて相関を計算し直し最大値を求めれ
よい。このような手法により相関の計算時間を削減する
ことができ処理を軽減できる。

【００１６】また最大のオフセット値を求めた後に相関
計算時間２７５の波形を時間圧縮、又は伸長させ２７３
とダイナミックに相関を計算し、最大値における時間圧
縮率又は伸長率を計算することでドップラーを求めるこ
とが可能である。また相関を計算する駆動信号としては
送信素子に流れる電流波形、あるいは電圧波形を用いる
ことができる。

【００１７】相関を計算することで低ＳＮ比の受信波に
おいても測距が可能となり、測距距離、精度を向上させ
ることかできる。次に請求項６に係る本発明の実施例を
説明する。図６のような認識コード（０１１）を２度繰
り返しコード（０１１０１１）をＦＭ変調した送信波を
受信する場合を考える。図１に示す超音波距離センサシ
ステムにおいて、図１０に示す送信波、受信波での処理
を考える。図１０において、２８１は送信信号波形、２
８２は受信信号波形、２８３は１回目の認識コードを含
んだ受信波の波形、２８４は２回目の認識コードを含ん
だ受信波の波形、２８５は２８３と２８４を加算した波
形、２８６は受信の遅延で時間である。まず受信信号か
らコードに相当する受信波形２８３の切り出しを行い、
続いて２回目の繰り返し波形２８４を受信波から切り出
しを行う。そして、切り出した２８３、２８４を加算し
コードを復調し認識コードであれば測距対象からの反射
波であるため２８６より距離を計算する。１回目と２回
目の認識コードの切り出しには受信信号が得られた時間
Ｔ１と繰り返し波形長を考慮した一定のオフセット時間
をおいた時間Ｔ２とを起点として波形の自己相関などを
用いて決めることが可能である。

【００１８】また、図９に示す超音波距離センサシステ
ムにおいては駆動信号波形と受信信号波形の相互相関を
計算することで、認識信号波形の切り出しを行う箇所を
より正確に求めることができる。認識信号の加算を行う
ことで、繰り返し波形の一方が多少欠落しても波形の補
間を行うことができ、低ＳＮ比および外乱の多い状態に
おいても精度良く距離を求めることが可能となる。

【００１９】次に請求項７および８に係る本発明の実施
例を説明する。図７のような認識コード（０１１）を折
り返したコード（０１１１１０）をＦＭ変調した送信波
を受信する場合を考える。図１に示す超音波距離センサ
システムにおいて、図１１に示す送信波、受信波での処
理を考える。図１１において、２９１は送信信号波形、
２９２は受信信号波形、２９３は認識コードを含んだ受
信波の波形、２９４は折り返した認識コードを含んだ受
信波の波形、２９５は２９３と２９４を加算した波形、
２９６は受信の遅延で時間である。まず受信信号からコ
ードに相当する受信波形２９３の切り出しを行い、続い
て折り返し波形２９４を受信波から切り出しを行う。最
初の認識コードと折り返しの認識コードの切り出しには
受信信号が得られた時間Ｔ１と折り返し波形長の終わる
時間を考慮した一定のオフセット時間をおいた時間Ｔ２
とを起点としてＴ１から時間軸方向と、Ｔ２から時間軸
に逆順方向で波形の自己相関などを用いて決めることが
可能である。そして折り返しの認識コード（０１１１１
０）の含まれた受信波形であれば測距対象からの反射波
であるとして２９６より測距対象までの距離を求める。

【００２０】また、切り出した波形２８３と、２８４を
逆方向に加算し２９５を得て、２９５より認識コードを
求め送信した認識コードと一致する場合にのみ測距対象
からの反射波であるとして２９６より測距対象までの距
離を求めることもできる。更に、図９に示す超音波距離
センサシステムにおいては駆動信号波形と受信信号波形
の相互相関を計算することで、認識信号波形の切り出し
を行う箇所をより正確に求めることができる。

【００２１】折り返し信号の検出を行うことにより、測
距の信頼性を高められ、また認識信号の加算を行うこと
で、繰り返し波形の一方が多少欠落しても波形の補間を
行うことができ、低ＳＮ比および外乱の多い状態におい
ても精度良く距離を求めることが可能となる。さらに、
駆動信号と受信波の相関を計算することでより長距離の
測距を行うことが可能となる。

【００２２】次に請求項９、１０に係る本発明の実施例
について図１２、図１３及び図１４を用いて説明する。
図１２は請求項５における実施例の構成図で、１は送信
素子、２は駆動回路、３は受信素子、４は信号処理回
路、５は測距対象、１０は駆動波形、１１は駆動指令、
１２は受信素子の受ける信号（受信波と呼ぶ）、１３は
送信される超音波、１４は受信される受信波、２６１は
送信素子の駆動信号、３０１は受信波パターンメモリで
ある。図１３は測距対象にあらかじめ決められた時間の
超音波を送信して得られた、反射波の大きさのパターン
である。測距対象が小さい場合反射箇所が小さく３１１
にしめすように受信波レベルおよびデューティが小さ
く、測距対象が大きい場合のは反射箇所が大きく３１２
に示すように受信波レベルおよびデューティが大きくな
る。この情報をあらかじめメモリ３０１に記憶してお
き、測定の度にメモリとパタンマッチングを行い測距対
象の大きさの推定を行うことができる。パターンメモリ
には距離に応じて測距対象の大きさと受信波パタンを複
数メモリしておけば大きさの推定精度を向上させること
ができる。

【００２３】またパターンメモリ３０１として、車、二
輪車、人のパターンをメモリしておき、測距システムの
使用状況を限定し、測距対象を車、二輪車、人に分類し
出力することが可能となる。たとえば使用状況を車載用
にすれば、交差点などでは人の認識を行うことができ
る。この状況を図１４に示すと、Ａが最も大きいレベル
３２８と最も大きいデューティ３２９を有する車のパタ
ーン、Ｂは次に大きいレベル３２６とデューティ３２７
を有する二輪車のパターン、Ｃは最も小さいレベル３２
４とデューティ３２５を有する人のパターンである。

【００２４】次に請求項１１に係る本発明の実施例につ
いて図１５を用いて説明する。図１５は本発明の処理内
容を示す受信波受信素子からの信号波形とその振幅が
所定の大きさよりも大きい時間長を示す波形及び、その
期間内でのゼロクロス数を示す波形である。駆動回路２
は送信素子１に所定の駆動波形１０を出力し、超音波１
３を測距対象に送信する。このとき送信される超音波１
３の波数や超音波の振幅の応答波形は既知であり、受信
波の波形は、送信される超音波の波形の振幅を減衰させ
た形の波形が受信信号受信素子により観測される。例え
ば、送信波の振幅のピークの４０％以上となる時間幅を
予め計測しておく。図１５に示すように受信波について
も、振幅のピークの４０％を越える時間長を計測する
と、受信波が送信した超音波の測距対象からの反射波で
ある時には、受信波の振幅のピークの４０％を越える時
間長は、前記送信波の振幅のピークの４０％以上となる
時間長と大きく変化する事はない。一方、前記受信波が
騒音を受けているときには、受信波の振幅のピークの４
０％を越える時間長が前記送信波の振幅のピークの４０
％以上となる時間長と大きく異なる。そこで、前記受信
波の振幅のピークの４０％を越える時間長が前記送信波
の振幅のピークの４０％以上となる時間長と所定の誤差
範囲内にある時には、受信波は送信した超音波の測距対
象からの反射波と判断し、その反射波に基づいて距離計
測を行う。一方、前記受信波の振幅のピークの40％を越
える時間長が前記送信波の振幅のピークの４０％以上と
なる時間長と所定の誤差範囲以上である時には、この受
信波を用いて距離計測を行わない。

【００２５】次に、ゼロクロス数を用いて、受信波が、
測距対象からの反射波か否かを判別する実施例について
説明する。例えば、送信波の振幅のピークの４０％以上
となる時間内のゼロクロス数を計測しておく。図１５に
示すように受信波についても、振幅のピークの４０％を
越える時間内のゼロクロス数を計測すると、受信波が送
信した超音波の測距対象からの反射波である時には、受
信波の振幅のピークの４０％を越える時間内のゼロクロ
ス数は、前記送信波の振幅のピークの４０％以上となる
時間内のゼロクロス数と大きく変化する事はない。一
方、前記受信波が騒音を受けているときには、受信波の
振幅のピークの４０％を越える時間内のゼロクロス数が
前記送信波の振幅のピークの４０％以上となる時間内の
ゼロクロス数と大きく異なる。そこで、前記受信波のゼ
ロクロス数が前記送信する超音波のゼロクロス数と所定
の誤差範囲内にある時には、受信波は送信した超音波の
測距対象からの反射波と判断し、その反射波に基づいて
距離計測を行う。一方、前記受信波のゼロクロス数が前
記送信する超音波のゼロクロス数と所定の誤差範囲以上
である時には、受信波は測距対象からのの反射は以外の
超音波を受信したと判断し、この受信波を用いて距離計
測を行わない。

【００２６】なお、受信素子からの信号の振幅が所定の
大きさより大きい期間内での時間長及びそのゼロクロス
数の双方を用いて、受信素子からの信号が測距対象から
の反射波か否かを判別することもできる。次に請求項１
２に係る本発明の実施例について説明する。距離を計測
する構成要素はこれまでと同じであるので説明を省略す
る。

【００２７】測距対象からの反射波は常に一定ではな
く、空気中の伝播中の減衰げ刻々変化するため常に一定
ではなく、測定距離がばらつくことがある。図１６は計
測距離が所定のばらつき範囲内の群に分類することを模
式的に示した図である。信号処理回路において、過去Ｎ
回の測定距離のばらつきを所定の誤差ε以内の群に分類
する。そのときの群の個数をＭ個とすると、Ｍ個の群の
中で、測定距離の個数が最大の群を選択し、その中で最
も新しい測定距離を出力とする。図１６の場合、群２の
中の個数が最も多いので、この群の中の最近の測定距離
を出力する。このように測定距離の出力を選択すること
によって、ばらつきにある計測結果の中から、最も信頼
性のある測定距離を選択することができる。

【００２８】次に請求項１３及び１４に係る本発明の実
施例について説明する。距離を計測する構成要素はこれ
までと同じであるので説明を省略する。送信する複数の
バースト波の数を３の場合を図面を用いて説明する。図
１７に送信する超音波の包絡線と、送信素子及び受信素
子の相対速度がゼロの時の受信波の包絡線と、前記相対
速度がプラスで測距対象が離反中である時の受信波の包
絡線と、前記相対速度がマイナスで接近中である時の、
受信波の包絡線の波形を示す。送信する超音波は３個の
バースト波を一定間隔で出力する。環境騒音には送信し
た超音波と同じ時間間隔をもつことは極めて希であり、
受信素子の受ける信号に３つのパルスがあり、測距対象
からの反射波を受信したと判断でき、環境騒音による距
離の誤検知を防ぐことができる。

【００２９】また、前記相対速度がゼロの時は、受信波
は３つの反射波の間隔は、送信したパルス間隔と同じで
ある。一方、前記相対速度がプラスで測距対象が離反中
である時には、受信波の３つのパルス間隔は送信したパ
ルス間隔より大きくなる。受信波の３つのパルス間隔を
計測しする事によって、測距対象の離反、接近の判別及
び、その測距対象との相対速度速度を検知することが可
能となる。

【００３０】次に請求項１５に係る本発明の実施例の内
容を図１８を用いて説明する。本実施例では車両３０１
などの移動体に設置された超音波距離センサシステムが
周囲の状況、例えば、高速道路３０２、交差点３０３や
踏切、山道等、に応じて、互いに連結された超音波振動
子とコーン、及び、ホーンからなる超音波送信素子のホ
ーンの長さ及び口径を可変にし、周囲の状況に応じたセ
ンシング領域３０４を設定し、より対象に適合した障害
物検知を行うことを目的としている。高速道路３０２に
おいては、自車走行線内の車両を検知するために、セン
シング領域３０４をより遠距離まで設定し、障害物検知
を行い、オートクルージングなどに応用される。また、
交差点３０３では、交差点を横断する人や自転車などを
検出するために、センシング領域３０４をより幅広く設
定し、障害物検知を行う。センシング領域３０４を周囲
の状況に応じて可変にすることが、距離センサシステム
に要求されている。

【００３１】図１９に、互いに連結された超音波振動子
とコーン、及び、ホーンからなる超音波送信素子の超音
波振動子とコーンの部分の側面図を示した。３１０は圧
電振動子、３１１はコーン振動子、３１２は圧電振動子
とコーン振動子を機械的に結合するピン、３１３は振動
板、３１４、３１５は圧電体、３１６は突起、３１７は
振動の節である。圧電振動子３１０は、振動板３１３お
よび振動板３１３を挟み分極の大きさおよび方向の等し
い圧電体３１４、３１５で構成されるバイモルフ振動子
で、上記圧電振動子のたわみ振動の固有周波数が超音波
領域になる構造である。圧電体３１４、３１５の全ての
主面には電極が形成されている。コーン振動子３１１は
アルミニウム等の金属で作成される内部が中空の円錐状
振動子で、上記円錐状振動子の頂点に突起３１６を有す
る。ピン３１２の一端と振動板３１３の中心を結合し、
ピン３１２の片端と突起３１６を結合することにより、
圧電振動子３１０とコーン振動子３１１を機械的に結合
する。コーン振動子３１１は上記圧電振動子のたわみ振
動の周波数で、上記円錐表面の頂点近傍に円錐軸を中心
とした円環状の振動の節３１７、３１８、３１９を持
つ。

【００３２】このように構成された超音波送信器の動作
を説明する。バイモルフ振動子に交流電圧を印加して圧
電振動子にたわみ振動を励起すると、結合されたコーン
振動子３１１が円錐状方向に振動する。円錐方面には円
還状の振動の節３１７が形成される。振動の節が円錐軸
に対称に形成されるため、コーン振動子３１１の円錐表
面は振動の節を挟んで逆位相で変位し、円錐軸に対称に
コーン振動子はバランスよく対称に変形する。よって、
コーン振動子の振動は、円錐軸方向のみ振動でき、音圧
を最大限に引き出すことができる。また、ピン３１２も
円錐軸方向のみ振動でき、円錐軸方向以外の振動による
ピンの疲労破損はない。このように構成された超音波送
信器は音圧出力が大きく、変換効率が良好である。

【００３３】図２０には、図１９で示した互いに連結さ
れた超音波振動子とコーンを円筒３１８に、固定された
ホーン３２０と可動ホーン３２１を持つ超音波送信素子
の構造を示した。歯車３２２によって可動ホーン３２１
が前後に動くため、ホーン長さが変わり、結果、ホーン
長が長い場合は、実線３２４で示したように、超音波送
信素子前方に伸びたセンシング領域を形成できる。この
場合は、高速道路などにおいて、より遠距離の自車走行
線内の車両検知に有効であり、オートクルージングなど
に応用される。

【００３４】また、ホーン長が短い場合は、破線３２３
で示したように、超音波送信素子前方に広がったセンシ
ング領域を形成できる。この場合は、交差点や踏切など
において、交差点を横断する人や自転車など、車両前方
を横切る障害物の検知に有効であり、用途に応じてホー
ン形状を変化させて用いると１台の超音波送信素子で多
くの状況に対応できる。

【００３５】図２１に、ホーン口径を可変にする構造の
側面図を示した。図２２に示すように、複数の扇状のホ
ーン片３３１を重なりを持たせて円弧状に並べ、円３３
０とし、外周の円が閉じるように、すき間を埋めると頂
点のない円錐を形成できる。この円錐の適当な部分に円
３３２を各ホーン片に通し、円３３２の位置を円錐の軸
に沿って前後すると、円錐の口径を変化させることがで
きる。この口径が変化するホーンを、図２０に示した互
いに連結された超音波振動子とコーンを円筒３１８に固
定すると、ホーン口径が狭い場合は、超音波送信素子前
方に伸びたセンシング領域を形成できる。この場合は、
高速道路などにおいて、より遠距離の自車走行線内の車
両検知に有効であり、オートクルージングなどに応用さ
れる。また、ホーン口径が広い場合は、超音波送信素子
前方に広がったセンシング領域を形成できる。この場合
は、車両前方を横切る障害物の検知に有効であり、用途
に応じてホーン形状を変化させて用いると１台の超音波
送信素子で多くの状況に対応できる。

【００３６】次に請求項１６に係る本発明の実施例につ
いて図２３を用いて説明する。本実施例では車両などの
移動体に設置された超音波距離センサシステムが、トン
ネルや歩道橋など、移動体の高さによっては衝突する恐
れがある障害物の高さを測定することによって、警報や
制御を行い、緊急停止などの回避ができるようにするこ
とを目的としている。

【００３７】超音波を送波し測距対象からの反射波を受
信して、トンネルや歩道橋などの測距対象３５４までの
距離を検知する超音波距離センサシステム３５３を、道
路３５０を走行する移動体に搭載し、第1の測距をおこ
なった地点３５１と第2の測距をおこなった地点３５２
で得られた第１の距離ｄ１及び第２の距離ｄ２と、第１
の地点３５１と第２の地点３５１との間に前記移動体が
進んだ距離Ｓとから、前記測距対象３５４の高ｈを測定
することができる。移動体と測距対象３５４までの距離
をａとすると高さｈは以下のように表すことができる。

【００３８】

【数１】

【００３９】図２４に、前記測距対象３５４の高さｈを
測定するシステムを示した。このシステムは、超音波受
信素子３、測距演算回路３６０、演算した結果を記憶す
るメモリ３６１、車などから出力される車速と時間から
計算を行う車の移動距離演算回路３６２、測距結果と車
の移動距離演算結果から測距対象３５４の高さを演算す
る高さ演算回路３６３から構成されている。

【００４０】第１の測距をおこなった地点３５１で、超
音波受信素子３から得られた信号を測距演算回路３６０
で計算し、第１の距離ｄ１をメモリ３６１に記憶する。
超音波受信素子３から信号を得た時点で、測距演算回路
３６０からトリガを出し、車などから出力される車速と
経過時間から計算を行う車の移動距離Ｓを車の移動距離
演算回路３６２によって計算始める。次に、第２の測距
をおこなった地点３５２で、超音波受信素子３から得ら
れた信号を測距演算回路３６０で計算し、第２の距離ｄ
２を高さ演算回路３６３に出力する。第２の測距をおこ
なった地点３５２で、測距演算回路３６０からトリガを
出し、車の移動距離演算回路３６２の計算を終え、車の
移動距離Ｓを得る。メモリ３６１に記憶した第１の距離
ｄ１と、第２の距離ｄ２と、車の移動距離Ｓから測距対
象３５４の高さｈを（数１）によって測距対象３５４の
高さｈを計算する。測距対象３５４の高さｈが十分でな
いときは、出力をだし、警報によって運転者に注意を促
したり、ブレーキを制御して車を停車させる。

【００４１】また、以上のような複雑な演算を行わずに
高さｈを

【００４２】

【数２】

【００４３】と考えると、さらに簡単にかつ高速に測距
対象３５４の高さｈを計算し、判断することができる。
次に請求項１７、１８に係る本発明の実施例を図２５を
用いて示す。本実施例では、自車３０１に搭載した超音
波距離センサシステムをオートクルージングなどに応用
している際に、急な坂道や交差点３０３付近を通過中、
測定している前方の移動体３７０が曲がり方向を変えた
時、自車３０１に設置された超音波距離センサシステム
が、前方の測距対象である移動体３７０を見失うことに
なり、したがって、制御信号が急変し、自車は急加速ま
たは急減速されて危険な状態になる。前方の測距対象を
連続して測距して得られた距離が急に変化した場合は、
前方の測距対象に追随して超音波距離センサシステムの
センシング領域の測距方向を自車走行車線３７１から上
下左右に変化（センシング領域３７２）させて、前方の
測距対象との車間距離を測定し、自車の急加速または急
減速を回避することを目的としている。

【００４４】また、前方の測距対象を連続して測距し、
得られた距離が急に変化した場合は、前記移動体の減速
又は加速を制限し、危険な状態から回避することを目的
としている。図２６は、前方の測距対象に追随して超音
波距離センサシステムのセンシング領域の測距方向を自
車走行車線３７１から左右に変化させる超音波距離セン
サシステムの構造を示した。互いに連結された超音波振
動子とコーン、及び、ホーンからなる超音波送信素子か
らは超音波が発射され、その超音波が前方の測距対象に
照射されると、測距対象で反射し、反射された超音波が
超音波距離センサシステムに戻ってくる。この反射波を
受信器で受信する。超音波送信素子の構成は以下のとお
りである。３１１はコーン振動子、３１２は圧電振動子
とコーン振動子を機械的に結合するピン、３１３は振動
板、３１４、３１５は圧電体である。圧電振動子３１０
は、振動板３１３および圧電体３１４、３１５で構成さ
れるバイモルフ振動子である。コーン振動子３１１は内
部が中空の円錐状振動子で、ピン３１２の一端と振動板
３１３の中心を結合し、ピン３１２の片端と突起３１６
を結合することにより、圧電振動子３１０とコーン振動
子３１１を機械的に結合する。コーン振動子３１１は上
記圧電振動子３１０のたわみ振動の周波数で駆動され
る。超音波受信素子はセンシング領域を決定するホーン
３８０とマイクロホン３８１とそれ収納している円筒３
８２とからなっている。

【００４５】図２７は、前方の測距対象に追随して回転
する超音波距離センサシステムのセンシング領域の測距
方向を自車走行車線から左右に変化させる超音波距離セ
ンサシステムの構造の側面図を示した（図では重なって
いるため、超音波受信素子のみを示している。）。ホー
ン３８０とマイクロホン３８１とそれ収納している円筒
３８２とからなる超音波受信素子と超音波送信素子（図
示せず）が台座３９０に固定され、前記台座３９０はス
テッピングモータなどの駆動装置３９２と回転軸３９１
で機械的に結合されている。自車３０１に搭載した超音
波距離センサシステムをオートクルージングなどに応用
している際に、たとえば、交差点３０３付近を通過中、
連続して測定している前方の移動体３７０の距離が急に
無限大になることがある。自車３０１に設置した超音波
距離センサシステムが、前方の測距対象である移動体３
７０が方向を変え、交差点などで曲がったために、移動
体３７０距離が急に無限大になる。このとき、超音波受
信素子と超音波送信素子で構成された超音波距離センサ
システムをステッピングモータなどの駆動装置３９２で
回転し、超音波距離センサシステムの測距方向を自車走
行車線３７１から左右に変化させて、前方の測距対象と
の車間距離を測定し、前方の測距対象が曲がったことを
確かめる。前方の測距対象との車間距離は急変し、前方
の測距対象が曲がったときは、自車の運転者に前方車両
がないことを通知し、運転者の判断によって自車の加速
をおこない、自動的な急加速さけ、危険な状態を回避す
る。

【００４６】また、自車３０１に設置した超音波距離セ
ンサシステムが、前方の測距対象である移動体３７０が
方向を変え、交差点などで曲がったときには、移動体３
７０距離が急に無限大になる。オートクルージングなど
に送る制御信号は、急加速または急減速を指令してしま
うことになる。このときは、前記移動体の減速又は加速
の値を制限し、危険な状態から回避する。

【００４７】次に請求項１９に係る本発明の実施例につ
いて図２８を用いて説明する。２０は本発明の超音波距
離センサシステムを搭載する移動体、５１３は送信素子
の送信方向および受信素子の受信方向を変化させる方向
変化手段、５１０は移動体２０の速度検出手段、５１１
は移動体２０の角速度検出手段、５１２は移動体２０の
ハンドル舵角検出手段である。移動体、例えば自動車に
おいて、速度検出手段５１０、角速度検出手段５１１、
ハンドル舵角検出手段５１２を用いて、移動体の速度２
０と角度検出手段とハンドル舵角を検出し、移動体２０
の進行方向を予測し、その角度の方向に、送信素子１と
受信素子３の方向を変化させる。例えば、図２９に示す
ように、移動体２０が、右にカーブするときには、前記
３つの信号の中から少なくとも１つから、次の所定時間
後に移動体がどの方向に進もうとしているのかを予測し
て、方向変化手段５１３を用いて、その方向に送信素子
と送信方向と受信素子の受信方向を変化させる。そのこ
とにより、カーブや右左折時に移動体の進行方向の測距
対象の検知の時期を早め、例えば、歩行者や障害物の検
知による警報の時期を早め、警報装置としての信頼性を
向上させることができる。

【００４８】次に請求項２０および２１に係る本発明の
実施例について図３０を用いて説明する。１は送信素
子、２は駆動回路、３は受信素子、４は信号処理回路、
５は測距対象である。１０は駆動波形、１１は駆動指
令、１２は受信波、１３は送信される超音波、１４は受
信される受信波、２０は本発明の超音波距離センサシス
テムを搭載する移動体、５１０は移動体２０の速度検出
手段、５１６は温度検出手段、５１７は湿度検出手段、
５１８は風速検出手段である。超音波は空気中を伝搬中
に減衰するが、この減衰の大きさは伝搬する空気の温
度、湿度、風速、及び前記移動体の速度によって変化す
る。

【００４９】図３１は信号処理回路４内部で行う、受信
波から測距対象からの反射波を検出する方法を説明する
図である。受信素子の受ける信号は送信後に時間ととも
に増幅度を変化させて、遠くの測距対象からの反射波の
増幅度を大きくする。このときに得られた受信波と比較
する所定の比較信号レベルは送信後に、漸次小さくする
が、前述のように、空気中の減衰はその温度、湿度、風
速、移動体の速度によって変化するため、使用環境に応
じて、増幅度と比較信号レベルを変化させ、測距対象の
信頼性を向上させるとともに測定距離を拡大を図る。

【００５０】次に請求項２２および２３に係る本発明の
実施例について図３２を用いて説明する。１は送信素
子、２は駆動回路、３は受信素子、４は信号処理回路、
５は測距対象である。１０は駆動波形、１１は駆動指
令、１２は受信波、１３は送信される超音波、１４は受
信される受信波、２０は本発明の超音波距離センサシス
テムを搭載する移動体、５２０は移動体２０の前方の信
号機の変化を検出するカメラ、５２１は移動体２０の運
転者に発射の時期を報知する報知手段である。送信素子
１と受信素子３は移動体の進行方向に設置する。図３３
は信号処理回路４において発車時期を報知する信号を報
知手段５２１に出力するアルゴリズムである。移動体た
とえば、自動車が停止している場合を５３０で判断し、
その停止中に前方の所定距離内に対象があるかどうかを
５３１で判別し、ある場合には、５３２で所定距離内の
対象が無くなるのを検知して、５３３で運転者に発車時
期であることを報知する。また停止中に所定距離内に対
象がない場合には、カメラ５２０を用いて、前方の信号
機の色を調べ、赤ならば、青に変わるのを検知して、所
定距離内に対象が無いことを確認してから５３３で運転
者に発車時期を報知する。なお、このアルゴリズム処理
中に移動体が速度を持った場合にはこの処理を停止し
て、スタートに戻る。

【００５１】例えば、停車中に運転者がナビゲーション
システム等の地図や書籍の地図をみている場合、このよ
うに信号処理回路４で移動体の運転者に発車時期を報知
すれば、運転者が的確な時期に発車時期を知り、よそ見
にや発車遅れにより生じる渋滞を緩和する事ができ、後
方車両にクラクションをならされることが少なくなる。

【００５２】次に請求項２４、２５及び２６に係る本発
明の実施例を図３４を用いて説明する。本実施例では、
自車に超音波距離センサシステムとナビゲーションシス
テムとを搭載し、前記ナビゲーションシステムから得ら
れた移動体の情報によって、前記送信素子の測定周期や
出力、また、前記送信素子のホーンの長さ及び口径を可
変にし、前方の測距環境や測距対象に応じて超音波距離
センサシステムのセンシング領域を変化させることを目
的としている。

【００５３】図１８において、車両３０１などの移動体
に設置されたナビゲーションシステムが周囲の状況、例
えば、高速道路３０２、交差点３０３や踏切、山道等の
情報を、自車が接近する前に知らせる。図３４におい
て、ＧＰＳ７０２と地図用ＣＤーＲＯＭ７０１で、自車
位置を地図上で検出し、ナビゲーションシステム７００
で検出した位置をディスプレイ７０３に表示する。この
例では、交差点７０４に接近する場合を示している。自
車７０５が交差点７０４に近づくと、距離に応じて、前
方の測距環境や測距対象が変わる。この場合は、測距対
象が前方の車両から交差点を横断する人や自転車などに
変わり、測距範囲も変化して２０ｍから１０ｍになる。
ナビゲーションシステムから得られた自車７０５の情報
に従い、たとえば、交差点７０４では、交差点を横断す
る人や自転車などを検出するために、センシング領域を
超音波送信素子のホーンの長さ及び口径を変化させてよ
り幅広く設定し、近距離になるので測距周期を２００ｍ
ｓｅｃから１００ｍｓｅｃに短くし、より対象に適合し
た障害物検知を行う。一方、高速道路においては、自車
走行線内の車両を検知するために、センシング領域はよ
り狭く遠距離まで設定し、測距周期は２０ｍｓｅｃとし
て障害物検知を行い、センシング領域を周囲の状況に応
じて可変にする。

【００５４】次に請求項２７に係る本発明の実施例につ
いて図３５を用いて説明する。１は送信素子、２は駆動
回路、３は受信素子、４は信号処理回路、５は測距対象
である。１０は駆動波形、１１は駆動指令、１２は受信
波、１３は送信される超音波、１４は受信される受信
波、５４０は移動体２０のガソリンエンジンの点火時期
を検知する点火時期検出手段である。測距についてはこ
れまでと同じであるので説明を省略する。

【００５５】図３６は点火時期と受信波の関係を示す図
である。５４１は受信波が点火時期と同期したノイズを
うけている様子を示す。信号処理回路４で点火時期５４
２より受信波をマスクするマスク信号５４３を発生さ
せ、そのマスク信号がオン期間では受信波をマスクする
と、５４４に示すように受信波の振幅より点火時期に同
期したパルス性のノイズを除去できる。このマスク期間
の時間幅より長い時間幅の超音波を送信することによ
り、ノイズを除去した受信波５４４を用いて距離計測を
行うと、エンジンの点火時期に同期したパルスノイズに
影響されることなく距離計測が行うことができる。

【００５６】次に請求項２８に係る本発明の実施例につ
いて図３７を用いて説明する。９５０は駆動信号の周波
数検知手段、９５１は送信素子に流れる電流検知手段で
ある。図３８は送信素子の電流の周波数特性である。電
流の大きさは駆動信号の周波数によって変化する。そこ
で常に駆動回路１０では目標電流値に等しくなるように
周波数を変化させる。このとき、送信素子１が割れた
り、断線が起こると、電流値が激減したり、駆動信号の
周波数が大きく変動する。信号処理回路４において送信
素子に流れる信号と駆動信号の周波数とを常に監視し、
その少なくとも１つから送信素子の故障を検知する。故
障を検知すれば、例えば、ユーザーに送信素子の故障を
報知したり、この超音波距離センサシステムを用いた制
御を禁止したりすることによって安全性や性能管理性が
向上する。

【００５７】次に請求項２９に係る本発明の実施例につ
いて図３９を用いて説明する。図３９は駆動信号出力波
形とその時の受信素子の受ける信号波形である。送信素
子と受信素子を隣接しておくと、送信器から出力された
超音波は直接受信素子に直接回り込むものがある。そこ
で、駆動信号出力直後の所定の時刻に、受信素子の受け
る信号を監視し、その振幅が所定の大きさより小さいと
きは受信素子の故障と検知する。故障を検知すれば、例
えば、ユーザーに送信素子の故障を報知したり、この超
音波距離センサシステムを用いた制御を禁止したりする
ことによって安全性や性能管理性が向上する。

【００５８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば送信する超
音波にＦＭ変調を行うことや、ＩＤ番号を入力したり、
複数のバースト波とする等、送信する超音波を特徴ある
ものとして、受信素子の受ける信号から使用環境の騒音
や他の超音波を用いた距離センサの送波する超音波と測
距対象からの反射波を判別して、その反射波を確実に抽
出し、種々の信号処理を行い、距離の誤検出を防ぐとと
もに、１０ｍ以上に測定距離を拡大し、高い騒音環境下
での測距の信頼性を向上させることができる。

【００５９】また、その反射波のパターンにより、測距
対象の大きさや種類の判別も行うこともでき、超音波を
用いた測距センサの用途が拡大する。また送信素子、受
信素子の故障を検知し、フェールセーフを充実させるこ
とができる。また、移動体に搭載される超音波を用いた
距離センサにおいては、反射波とノイズを明確に判別で
き、高い騒音環境や、振動環境においても用いることが
できる。また、そのような環境で１０ｍ以上の距離を計
測でき、移動体の走行の安全性を向上させるような、高
い測距の信頼性をもつ距離センサを実現することがで
き、新たに移動体の安全性や利便性の向上に寄与できる
超音波距離センサシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１に係る実施例の構成図

【図２】同測距距離を求める原理図

【図３】同説明図

【図４】同圧電素子の周波数ー電圧特性図

【図５】同超音波の周波数ー減衰率特性図

【図６】本発明の請求項２および３に係る実施例の説明
図

【図７】本発明の請求項４に係る実施例の説明図

【図８】本発明の請求項５に係る実施例の構成図

【図９】同駆動信号と受信波の関係図

【図１０】本発明の請求項６に係る実施例の構成図

【図１１】本発明の請求項７および８に係る実施例の説
明図

【図１２】本発明の請求項９および１０に係る実施例の
説明図

【図１３】同反射波の大きさのパターン図

【図１４】同反射波の大きさを車、二輪車、人に分けて
示したパターン図

【図１５】本発明の請求項１１に係る実施例の説明図

【図１６】本発明の請求項１２に係る実施例の説明図

【図１７】本発明の請求項１３、１４に係る実施例の説
明図

【図１８】本発明の請求項１５に係る実施例の説明図

【図１９】同超音波振動子の構成図

【図２０】同超音波送信素子の構成図

【図２１】同側面図

【図２２】同平面図

【図２３】本発明の請求項１６に係る実施例の説明図

【図２４】本発明の請求項１６に係る実施例の構成図

【図２５】本発明の請求項１７、１８に係る実施例の説
明図

【図２６】同測距方向を変化させる構成を表す説明図

【図２７】同構成図

【図２８】本発明の請求項１９に係る実施例の構成図

【図２９】同移動体の予測方向を示す図

【図３０】本発明の請求項２０、２１に係る実施例の構
成図

【図３１】同反射波を検出する方法を説明した図

【図３２】本発明の請求項２２、２３に係る実施例の構
成図

【図３３】同信号処理回路のアルゴリズムを示す図

【図３４】本発明の請求項２４、２５、２６に係る実施
例の構成図

【図３５】本発明の請求項２７に係る実施例の構成図

【図３６】点火時期と受信波の関係を示す図

【図３７】本発明の請求項２８に係る実施例の構成図

【図３８】同送信素子の電流周波数特性図

【図３９】本発明の請求項２９に係る実施例の説明図

【符号の説明】

１送信素子２駆動回路３受信素子４信号処理回路５測距対象１０駆動波形１１送信指令１２受信素子のからの信号（受信波）１３送信超音波１４受信超音波

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｓ 15/93 9303−2ＦＧ０１Ｓ 15/93 (72)発明者山口健大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波を送波し測距対象からの反射波を受
信して前記測距対象までの距離を検知する超音波距離セ
ンサシステムであって、前記測距対象に超音波を送信す
る送信素子と、前記送信素子に駆動信号を出力する駆動
回路と、前記測距対象からの反射波を受信する受信素子
と、前記受信素子からの信号により前記測距対象との間
の距離を検出する信号処理回路とを備え、前記送信素子
から出力された送信波はＦＭ変調されその変調率は１０
％以内であることを特徴とする超音波距離センサシステ
ム。
【請求項２】超音波を送波し測距対象からの反射波を受
信して前記測距対象までの距離を検知する超音波距離セ
ンサシステムであって、前記測距対象に超音波を送信す
る送信素子と、前記送信素子に駆動信号を出力する駆動
回路と、前記測距対象からの反射波を受信する受信素子
と、前記受信素子からの信号により前記測距対象との間
の距離を検出する信号処理回路とを備え、前記送信素子
から出力された送信波は認識コードを含んだＦＭ変調と
することを特徴とする請求項１記載の超音波距離センサ
システム。
【請求項３】超音波を送波し測距対象からの反射波を受
信して前記測距対象までの距離を検知する超音波距離セ
ンサシステムであって、前記測距対象に超音波を送信す
る送信素子と、前記送信素子に駆動信号を出力する駆動
回路と、前記測距対象からの反射波を受信する受信素子
と、前記受信素子からの信号により前記測距対象との間
の距離を検出する信号処理回路とを備え、前記送信素子
から出力された送信波は同一の認識コードを繰り返しＦ
Ｍ変調することを特徴とする請求項１記載の超音波距離
センサシステム。
【請求項４】超音波を送波し測距対象からの反射波を受
信して前記測距対象までの距離を検知する超音波距離セ
ンサシステムであって、前記測距対象に超音波を送信す
る送信素子と、前記送信素子に駆動信号を出力する駆動
回路と、前記測距対象からの反射波を受信する受信素子
と、前記受信素子からの信号により前記測距対象との間
の距離を検出する信号処理回路とを備え、前記送信素子
から出力された送信波はの認識コードを折り返し符号化
したＦＭ変調することを特徴とする請求項１記載の超音
波距離センサシステム。
【請求項５】超音波を送波し測距対象からの反射波を受
信して前記測距対象までの距離を検知する超音波距離セ
ンサシステムであって、前記測距対象に超音波を送信す
る送信素子と、前記送信素子に駆動信号を出力する駆動
回路と、前記測距対象からの反射波を受信する受信素子
と、前記受信素子からの信号により前記測距対象との間
の距離を検出する信号処理回路とを備え、前記信号処理
回路は前記送信素子の駆動信号と受信素子からの信号と
の相関を計算することを特徴とする超音波距離センサシ
ステム。
【請求項６】超音波を送波し測距対象からの反射波を受
信して前記測距対象までの距離を検知する超音波距離セ
ンサシステムであって、前記測距対象に超音波を送信す
る送信素子と、前記送信素子に駆動信号を出力する駆動
回路と、前記測距対象からの反射波を受信する受信素子
と、前記受信素子からの信号により前記測距対象との間
の距離を検出する信号処理回路とを備え、前記送信素子
から出力された送信波の認識コードを繰り返しＦＭ変調
し、前記信号処理回路は受信素子からの受信波に含まれ
た信号の繰り返しを検出し、繰り返し信号を相互に加算
することを特徴とした請求項１または５記載の超音波距
離センサシステム。
【請求項７】超音波を送波し測距対象からの反射波を受
信して前記測距対象までの距離を検知する超音波距離セ
ンサシステムであって、前記測距対象に超音波を送信す
る送信素子と、前記送信素子に駆動信号を出力する駆動
回路と、前記測距対象からの反射波を受信する受信素子
と、前記受信素子からの信号により前記測距対象との間
の距離を検出する信号処理回路とを備え、前記送信素子
から出力された送信波は認識コードを折り返し符号とし
てＦＭ変調し、前記信号処理回路は認識コードの折り返
しを検出することを特徴とした請求項１または５記載の
超音波距離センサシステム。
【請求項８】超音波を送波し測距対象からの反射波を受
信して前記測距対象までの距離を検知する超音波距離セ
ンサシステムであって、前記測距対象に超音波を送信す
る送信素子と、前記送信素子に駆動信号を出力する駆動
回路と、前記測距対象からの反射波を受信する受信素子
と、前記受信素子からの信号により前記測距対象との間
の距離を検出する信号処理回路とを備え、前記送信素子
から出力された送信波は認識コードを折り返し符号とし
てＦＭ変調し、前記信号処理回路は認識コードの折り返
しを検出し、折り返し信号を相互に加算することを特徴
とした請求項１または５記載の超音波距離センサシステ
ム。
【請求項９】超音波を送波し測距対象からの反射波を受
信して前記測距対象までの距離を検知する超音波距離セ
ンサシステムであって、前記測距対象に超音波を送信す
る送信素子と、前記送信素子に駆動信号を出力する駆動
回路と、前記測距対象からの反射波を受信する受信素子
と、前記受信素子からの信号により前記測距対象との間
の距離を検出する信号処理回路とを備え、前記信号処理
回路は前記受信素子からの受信信号のパターンにより測
距対象の大きさを検知することを特徴とする超音波距離
センサシステム。
【請求項１０】超音波を送波し測距対象からの反射波を
受信して前記測距対象までの距離を検知する超音波距離
センサシステムであって、前記測距対象に超音波を送信
する送信素子と、前記送信素子に駆動信号を出力する駆
動回路と、前記測距対象からの反射波を受信する受信素
子と、前記受信素子からの信号により前記測距対象との
間の距離を検出する信号処理回路とを備え、前記信号処
理回路は前記受信素子からの受信信号のパターンにより
測距対象を人と、車と、２輪車とに弁別を行うことを特
徴とする請求項９記載の超音波距離センサシステム。
【請求項１１】超音波を送波し測距対象からの反射波を
受信して前記測距対象までの距離を検知する超音波距離
センサシステムであって、前記測距対象に超音波を送信
する送信素子と、前記送信素子に駆動信号を出力する駆
動回路と、前記測距対象からの反射波を受信する受信素
子と、前記受信素子からの信号により測距対象との間の
距離を検出する信号処理回路とを備え、前記信号処理回
路において、前記受信素子からの信号の振幅が所定の大
きさより大きい期間内での時間長及びそのゼロクロス数
の少なくと１つより、前記受信素子からの信号が測距対
象からの反射波か否かを判別することを特徴とする超音
波距離センサシステム。
【請求項１２】超音波を送波し測距対象からの反射波を
受信して前記測距対象までの距離を検知する超音波距離
センサシステムであって、前記測距対象に超音波を送信
する送信素子と、前記送信素子に駆動信号を出力する駆
動回路と、前記測距対象からの反射波を受信する受信素
子と、前記受信素子からの信号により測距対象との間の
距離を検出する信号処理回路と信号処理回路内に測定距
離分類手段とを備え、前記、測定距離分類手段によっ
て、過去の所定回数の測定距離を所定のばらつき範囲内
にある群に分類し、測定データ数の最も多い群の最近の
測定距離を出力とすることを特徴とする超音波距離セン
サシステム。
【請求項１３】超音波を送波し測距対象からの反射波を
受信して前記測距対象までの距離を検知する超音波距離
センサシステムであって、前記測距対象に超音波を送信
する送信素子と、前記送信素子に駆動信号を出力する駆
動回路と、前記測距対象からの反射波を受信する受信素
子と、前記受信素子からの信号により測距対象との間の
距離を検出する信号処理回路とを備え、複数個のバース
ト波状の超音波を所定の時間間隔で前記送信素子より送
信し、前記信号処理回路において、前記受信素子より前
記複数個のバースト状の信号が検知された時のみ前記測
距対象からの反射波と判別することを特徴とする超音波
距離センサシステム。
【請求項１４】前記信号処理回路において、前記複数個
のバースト状の信号時間間隔を調べ、前記測距対象が接
近中であるか否か判別することを特徴とする請求項１３
記載の超音波距離センサシステム。
【請求項１５】超音波を送波し測距対象からの反射波を
受信して前記測距対象までの距離を検知する超音波距離
センサシステムであって、前記測距対象に超音波を送信
する送信素子と、前記送信素子に駆動信号を出力する駆
動回路と、前記物体からの反射波を受信する受信素子
と、前記受信素子からの信号により物体との間の距離を
検出する信号処理回路とを備え、前記超音波送信素子は
互いに連結された超音波振動子とコーン、及び、ホーン
からなり、該ホーンの長さ及び口径を可変にしたことを
特徴とする超音波距離センサシステム。
【請求項１６】移動体に搭載し、超音波を送波し測距対
象からの反射波を受信して前記測距対象までの距離を検
知する超音波距離センサシステムであって、前記測距対
象に超音波を送信する送信素子と、前記送信素子に駆動
信号を出力する駆動回路と、前記物体からの反射波を受
信する受信素子と、前記受信素子からの信号により物体
との間の距離を検出する信号処理回路とを備え、第1の
測距と第2の測距から得られた第1の距離及び第2の距離
と、第1の測距と第2の測距の間に前記移動体が進んだ距
離とから前記測距対象の高さを測定することを特徴とす
る超音波距離センサシステム。
【請求項１７】移動体に搭載し、超音波を送波し測距対
象からの反射波を受信して前記測距対象までの距離を検
知する超音波距離センサシステムであって、前記測距対
象に超音波を送信する送信素子と、前記送信素子に駆動
信号を出力する駆動回路と、前記物体からの反射波を受
信する受信素子と、前記受信素子からの信号により物体
との間の距離を検出する信号処理回路とを備え、連続し
て測距し、得られた距離が急に変化した場合は、測距方
向を上下左右に変化させることを特徴とする超音波距離
センサシステム。
【請求項１８】連続して測距し、得られた距離が急に変
化した場合は、前記移動体の減速又は加速を制限するこ
とを特徴とする請求項１７記載の超音波距離センサシス
テム。
【請求項１９】移動体に搭載し、超音波を送波し測距対
象からの反射波を受信して前記測距対象までの距離を検
知する超音波距離センサシステムであって、前記測距対
象に超音波を送信する送信素子と、前記送信素子に駆動
信号を出力する駆動回路と、前記測距対象からの反射波
を受信する受信素子と、前記受信素子からの信号により
測距対象との間の距離を検出する信号処理回路と、前記
送信素子と送信方向と前記受信素子の受信方向を変化さ
せる方向変化手段と、前記移動体の速度を検出する速度
検出手段と前記移動体の角速度を検出する角速度検出手
段と、前記移動体のハンドル舵角を検出するハンドル舵
角検出手段とを備え、前記前記移動体の速度と前記移動
体の角速度前記移動体のハンドル舵角の３つの信号の少
なくとも１つから移動体の進行方向を予測し、その方向
に前記送信素子と送信方向と前記受信素子の受信方向を
変化させることを特徴とする超音波距離センサシステ
ム。
【請求項２０】移動体に搭載し、超音波を送波し測距対
象からの反射波を受信して前記測距対象までの距離を検
知する超音波距離センサシステムであって、前記測距対
象に超音波を送信する送信素子と、前記送信素子に駆動
信号を出力する駆動回路と、前記測距対象からの反射波
を受信する受信素子と、前記受信素子からの信号により
測距対象との間の距離を検出する信号処理回路と、温度
センサと、湿度センサと、風速センサと、前記移動体の
速度を検知する速度検出手段を備え、前記信号処理回路
において、前記受信信号を増幅する増幅度を前記温度セ
ンサ、前記湿度センサ、前記風速センサの３つの各計測
値と、前記移動体の速度の少なくとも１つ以上の信号に
よって変化させることを特徴とする超音波距離センサシ
ステム。
【請求項２１】前記受信素子からの信号と比較する所定
の比較信号レベルを前記温度センサ、前記湿度センサ、
前記風速センサの３つの各計測値と、前記移動体の速度
の少なくとも１つ以上の信号によって変化させることを
特徴とする請求項２０記載の超音波距離センサシステ
ム。
【請求項２２】移動体に搭載し、超音波を送波し測距対
象からの反射波を受信して前記測距対象までの距離を検
知する超音波距離センサシステムであって、前記測距対
象に超音波を送信する送信素子と、前記送信素子に駆動
信号を出力する駆動回路と、前記測距対象からの反射波
を受信する受信素子と、前記受信素子からの信号により
測距対象との間の距離を検出する信号処理回路と、前記
移動体の速度を検知する速度検出手段を備え、前記移動
体の運転者に発車の時期を報知することを特徴とする超
音波距離センサシステム。
【請求項２３】前記移動体にカメラを備え、前記移動体
周辺の信号機を変化を検知することを特徴とする請求項
２２記載の超音波距離センサシステム。
【請求項２４】移動体に超音波距離センサシステムとナ
ビゲーションシステムとを搭載し、前記超音波距離セン
サシステムは、前記測距対象に超音波を送信する送信素
子と、前記送信素子に駆動信号を出力する駆動回路と、
前記物体からの反射波を受信する受信素子と、前記受信
素子からの信号により物体との間の距離を検出する信号
処理回路とを備え、前記ナビゲーションシステムから得
られた移動体の情報によって、前記送信素子の出力を変
化させることを特徴とする超音波距離センサシステム。
【請求項２５】前記ナビゲーションシステムから得られ
た移動体の交差点情報によって、前記送信素子の出力又
は、測定周期を変化させることを特徴とする請求項２４
記載の超音波距離センサシステム。
【請求項２６】前記超音波送信素子は互いに連結された
超音波振動子とコーン及びホーンからなり、前記ナビゲ
ーションシステムから得られた移動体の交差点情報によ
って、該ホーンの長さ及び口径を可変にしたことを特徴
とする請求項２４記載の超音波距離センサシステム。
【請求項２７】移動体に搭載し、超音波を送波し測距対
象からの反射波を受信して前記測距対象までの距離を検
知する超音波距離センサシステムであって、前記測距対
象に超音波を送信する送信素子と、前記送信素子に駆動
信号を出力する駆動回路と、前記測距対象からの反射波
を受信する受信素子と、前記受信素子からの信号により
測距対象との間の距離を検出する信号処理回路と、前記
自動車の点火時期を検知する点火時期検出手段を備え、
前記信号処理回路において、点火時期から一定時間は受
信素子からの信号をマスクして受信素子が受ける点火ノ
イズの影響を排除することを特徴とする超音波距離セン
サシステム。
【請求項２８】超音波を送波し測距対象からの反射波を
受信して前記測距対象までの距離を検知する超音波距離
センサシステムであって、前記測距対象に超音波を送信
する送信素子と、前記送信素子に駆動信号を出力する駆
動回路と、前記測距対象からの反射波を受信する受信素
子と、前記受信素子からの信号により測距対象との間の
距離を検出する信号処理回路と前記送信素子の流れる電
流を検知する電流検知手段と前記駆動信号の周波数を検
知する周波数検知手段とを備え、前記駆動回路におい
て、常に一定の電流が送信素子に流れるように周波数を
変化させ、前記信号処理回路において前記送信素子に流
れる電流と前記駆動信号の周波数によって、前記送信素
子の故障を検知することを特徴とする超音波距離センサ
システム。
【請求項２９】超音波を送波し測距対象からの反射波を
受信して前記測距対象までの距離を検知する超音波距離
センサシステムであって、前記測距対象に超音波を送信
する送信素子と、前記送信素子に駆動信号を出力する駆
動回路と、前記測距対象からの反射波を受信する受信素
子と、前記受信素子からの信号により測距対象との間の
距離を検出する信号処理回路とを備え、前記信号処理回
路において、送信直後所定時間内にの前記受信素子の信
号が所定の値以下の時には前記受信素子が故障している
と判断することを特徴とする超音波距離センサシステ
ム。