JPH1144759A - 超音波距離計測装置および超音波を用いた距離計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基準電圧の影響を受けることがなく、正確な
大気温度の補償が行える超音波距離計測装置の提供を目
的とする。 【解決手段】 超音波距離計測装置１は、送信手段３、
受信手段５、クロック発生手段７および距離演算手段９
を備えている。クロック発生手段７は、温度変化に応じ
て変化する周波数を有するクロック信号を発生する。距
離演算手段９は、送信手段が物体に対して超音波を送出
した時から受信手段が反射波を受信した時までのクロッ
ク信号のクロック数を計数し、クロック数に基づいて所
望の物体までの距離を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波距離計測装
置に関するものであり、特に大気温度による音速変化を
温度変化素子の抵抗値変化にともなう周波数の変化を利
用して大気温度の補償を行う超音波距離計測装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】超音波距離計測装置の従来技術として
は、例えば図１３に示すものがある。超音波計測装置１
００は、大気温度の変化にともなって抵抗値が変化する
温度検出素子１０５を使用して、現在の電圧から現在の
大気温度を算出し、大気温度の変化による音速変化によ
って生じる測定誤差を補償しようとするものである。

【０００３】超音波計測装置１００は、超音波振動子１
０１、送信回路１０２、受信回路１０３、ＣＰＵ１０
４、温度検出素子１０５、温度−電圧変換回路１０６お
よび出力表示回路１０７を有している。

【０００４】送信回路１０２はある特定の周波数を発生
し、送信信号を獲得すると、超音波振動子１０１へ出力
する。超音波振動子１０１は、その周波数に従った超音
波を発生する。この超音波の一部は検出物体によって反
射され、再び超音波振動子１０１によって捉らえられ
る。

【０００５】受信回路１０３は、捉らえられた超音波か
ら受信タイミング信号を利用して雑音成分を取除く。そ
して、検出物体によって反射されたもののみを抽出し検
出信号を出力する。

【０００６】ＣＰＵ１０４は、送信信号を出した時から
検出信号を受けた時までの時間を計測時間として計測す
る。そして、この計測時間に基づいて、検出物体までの
距離を演算する。

【０００７】このようにして演算した検出物体までの距
離は、必ずしも正確なものであるとは言えない。それ
は、気温によって超音波の音速が変化するからである。
ここで、一定の検出物体までの距離に対して送信信号を
出した時から検出信号を受けた時までの時間を計測する
場合を考えてみる。この場合、気温が高ければ音速が速
くなるので、計測時間は短くなる。また、気温が低けれ
ば音速は遅くなるので、計測時間は長くなる。

【０００８】ＣＰＵ１０４は、計測時間によって物体ま
での距離を演算するので、気温によって物体までの距離
に差異が生じることになる。この問題を解決すべく、温
度検出素子１０５を利用して温度補償を行っている。

【０００９】温度検出素子１０５は、サーミスタ等であ
り、大気の温度にともなって抵抗値が変化する素子であ
る。温度−電圧変換回路１０６は、現在の大気温度に対
応する温度検出素子１０５の抵抗値によって生じる現在
の電圧を抽出し、ＣＰＵ１０４へ電圧信号として出力す
る。

【００１０】ＣＰＵ１０４は、温度−電圧変換回路１０
６からの電圧信号、前述の計測時間および自らが保有す
る電圧−温度変換データに基づいて温度補償を行い、検
出物体までの正確な距離を演算する。そして、この検出
物体までの距離を出力表示回路１０７へ出力し、表示す
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述の超音波計測装置
１００には、次のような問題点がある。温度−電圧変換
回路１０６は、温度検出素子１０５が示す抵抗値に基づ
いて、現在の電圧を電圧信号としてＣＰＵ１０４へ出力
する。

【００１２】この現在の電圧が、「大気温度によって温
度検出素子１０５の抵抗値が変化したことのみ」によっ
て得られたものであるということを保証するためには、
温度−電圧変換回路１０６には、常に一定の電圧（以
下、基準電圧とする）が供給されていなければならな
い。

【００１３】もし、基準電圧に変動が生ずれば、温度検
出素子１０５を接続して得られた現在の電圧は、「大気
温度による温度検出素子１０５の抵抗値変化のみ」によ
って得られたものではなくなる。つまり、現在の電圧に
は、温度検出素子１０５の抵抗値変化による影響に加え
て、基準電圧の変動による影響が含まれることになる。

【００１４】したがって、この現在の電圧に基づいて得
られる距離は、純粋に大気温度による影響を補償したも
のとはいえない。このような問題を解決するために、従
来の超音波距離計測装置では、非常に安定な基準電圧が
必要とされていた。つまり、安定な基準電圧がなけれ
ば、正確な距離計測は行えないという問題があった。

【００１５】本発明は、簡易な構成で、正確な大気温度
の補償が行える超音波距離計測装置の提供を目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１にかかる超音波
距離計測装置は、超音波を物体に対して送出する送信手
段、物体によって反射された超音波を反射波として受信
する受信手段、温度変化に応じて変化する周波数を有す
るクロック信号を発生するクロック発生手段、前記送信
手段が物体に対して超音波を送出した時から前記受信手
段が反射波を受信した時までの前記クロック信号のクロ
ック数を計数し、前記クロック数に基づいて所望の物体
までの距離を演算する距離演算手段、を備えることを特
徴とする。

【００１７】請求項２にかかる超音波距離計測装置は、
請求項１にかかる超音波距離計測装置において、前記ク
ロック発生手段は、前記温度変化に応じて特性が変化す
る温度変化素子を有し、当該特性変化に応じた周波数を
発生し、当該周波数をクロック信号として出力する、こ
とを特徴とする。

【００１８】請求項３にかかる超音波距離計測装置は、
請求項２にかかる超音波距離計測装置において、前記温
度変化素子は、温度の変化に応じて抵抗値が変化する、
ことを特徴とする超音波距離計測装置。

【００１９】請求項４にかかる超音波距離計測装置は、
超音波を物体に対して送出する送信手段、物体によって
反射された超音波を反射波として受信する受信手段、温
度の変化にかかわらず一定の周波数を有する一定クロッ
ク信号を発生する一定クロック発生手段、温度の変化に
応じて変化する周波数を有する変化クロック信号を発生
する変化クロック発生手段、前記送信手段が超音波を物
体に対して送出した時から前記受信手段が反射波を受信
した時までの前記一定クロック信号のクロック数を一定
クロック数として計数し、前記送信手段が超音波を物体
に対して送出した時から前記受信手段が反射波を受信し
た時までの前記変化クロック信号のクロック数を変化ク
ロック数として計数し、前記一定クロック数および前記
変化クロック数に基づいて所望の物体までの距離を演算
する距離演算手段、を備えることを特徴とする。

【００２０】請求項５にかかる超音波を用いた距離計測
方法は、超音波を物体に対して送出し、物体によって反
射された超音波を反射波として受信し、前記超音波を物
体に送出してから前記反射波を受信した時までの温度の
変化に応じて変化する周波数を有するクロック信号のク
ロック数を計数し、当該クロック数に基づいて所望の物
体までの距離を演算する、ことを特徴とする。

【００２１】請求項６にかかる超音波を用いた距離計測
方法は、超音波を物体に対して送出し、物体によって反
射された超音波を反射波として受信し、温度の変化にか
かわらず一定の周波数を有する一定クロック信号を発生
し、温度の変化に応じて変化する周波数を有する変化ク
ロック信号を発生し、前記超音波を物体に送出した時か
ら前記反射波を受信した時までの前記一定クロック信号
のクロック数を一定クロック数として計数し、前記前記
超音波を物体に送出した時から前記反射波を受信した時
までの前記変化クロック信号のクロック数を変化クロッ
ク数として計数し、前記一定クロック数および前記変化
クロック数に基づいて所望の物体までの距離を演算す
る、ことを特徴とする。

【００２２】

【発明の効果】請求項１にかかる超音波距離計測装置お
よび請求項５にかかる超音波を用いた距離計測方法は、
送信手段が超音波を物体に対して送出した時から受信手
段が反射波を受信した時までの超音波の伝達媒体の温度
の変化に応じて変化する周波数を有するクロック信号の
クロック数を計数し、当該クロック数に基づいて所望の
物体までの距離を演算する。

【００２３】つまり、クロック信号のクロック数を利用
することによって、所望の物体までの距離を演算する際
に問題となる超音波の伝達媒体の温度変化の影響を補償
している。したがって、基準電圧の影響を受けることな
く正確に超音波伝達媒体の温度補償を行える超音波距離
計測装置および超音波距離計測方法を提供することがで
きる。

【００２４】請求項２にかかる超音波距離計測装置で
は、クロック発生手段は、超音波の伝達媒体の温度の変
化に応じて特性が変化する温度変化素子を有し、当該特
性変化に応じた周波数を発生し、当該周波数をクロック
信号として出力する。

【００２５】つまり、温度変化素子の温度による特性変
化に応じた周波数に基づいて温度補償を行っている。し
たがって、温度補償の際に電圧の変化を利用していない
ので基準電圧を必要とせず、簡易な構成で正確に超音波
伝達媒体の温度補償を行える超音波距離計測装置を提供
することができる。

【００２６】請求項３にかかる超音波距離計測装置は、
温度の変化に応じて抵抗値が変化する温度変化素子を用
いている。したがって、より簡易な構成で正確に超音波
伝達媒体の温度補償を行える超音波距離計測装置を提供
することができる。

【００２７】請求項４にかかる超音波距離計測装置およ
び請求項６にかかる超音波を利用した距離計測装置方法
は、温度の変化にかかわらず一定の周波数を有する一定
クロック信号を発生し、温度の変化に応じて変化する周
波数を有する変化クロック信号を発生し、送信手段が超
音波を物体に対して送出した時から受信手段が反射波を
受信した時までの一定クロック信号のクロック数を一定
クロック数として計数し、送信信号が発生されてから受
信信号が検出されるまでの変化クロック信号のクロック
数を変化クロック数として計数し、一定クロック数およ
び変化クロック数に基づいて所望の物体までの距離を演
算する。

【００２８】つまり、送信信号が発生されてから受信信
号が検出されるまでの一定クロック数および変化クロッ
ク数を用いて距離演算を行っている。よって、例えば、
各温度において、所定時間の一定クロック数を基準とし
た変化クロック数の比をテーブル等によって予め用意し
ておけば、検出した両クロック数の比を利用することに
よって超音波の伝達媒体の温度を知ることができる。

【００２９】したがって、安定な基準電圧を必要としな
いので、簡易な構成で正確に超音波伝達媒体の温度補償
を行える超音波距離計測装置および超音波を用いた距離
計測方法を提供することができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】

［第１の実施形態］ １−１．機能ブロック図 本発明にかかる超音波距離計測装置の第１の実施形態の
機能ブロック図を図１に示す。超音波距離計測装置１
は、送信手段３、受信手段５、クロック発生手段７、距
離演算手段９および表示手段１１を備えている。

【００３１】送信手段３は、超音波を物体に対して送出
する。受信手段５は、物体によって反射された超音波を
反射波として受信する。クロック発生手段７は、温度変
化に応じて変化する周波数を有するクロック信号を発生
する。

【００３２】距離演算手段９は、送信手段が物体に対し
て超音波を送出した時から受信手段が反射波を受信した
時までのクロック信号のクロック数を計数し、クロック
数に基づいて所望の物体までの距離を演算する。表示手
段１１は、距離演算手段９が演算した距離を表示する。

【００３３】これにより、基準電圧の影響を受けること
なく正確に、かつ、簡易な構成で超音波伝達媒体の温度
補償を行える超音波距離計測装置を提供することができ
る。

【００３４】１−２．ハードウェア構成 図１の各機能をＣＰＵ１９を用いて実現した場合のハー
ドウェアー構成を図２に示す。本実施形態においては、
温度検出素子としてサーミスタを用いている。超音波距
離計測装置１は、送信回路１３、受信回路１５、クロッ
ク発生回路１７、ＣＰＵ１９、超音波振動子２１、サー
ミスタ２７および出力表示回路３１を備えている。

【００３５】ここで、図１における各手段と図２におけ
る各構成要素との対応関係を示す。送信回路１３および
超音波振動子２１は送信手段３に、受信回路１５および
超音波振動子２１は受信手段５に、クロック発生回路１
７および温度検出素子２７はクロック発生手段７に、Ｃ
ＰＵ１９は距離演算手段９にそれぞれ対応する。

【００３６】送信回路１３は、超音波振動子２１から発
する超音波の振動数を決定する超音波クロック発生回路
２３、およびその振動数にしたがって超音波振動子２１
を振動させる駆動回路３３を有している。また、受信回
路１５は、検出した微弱な反射波を増幅するための増幅
回路２５および所望の反射波のみを検出するための検出
回路３５を有している。

【００３７】クロック発生回路１７は、温度によって抵
抗値が変化するサーミスタを利用してクロックを発生す
る。このようなクロック発生回路１７の一例を図３に示
す。図３のクロック発生回路は、いわゆるＣＲ発振回路
である。サーミスタ２７の抵抗値ＲＴが温度によって変
化するので、温度によって異なる発振周波数を得ること
ができる。

【００３８】このように、本実施形態においては、サー
ミスタ２７の抵抗値変化を電圧変化として捉らえるので
はなく、周波数の変化として捉らえている。したがっ
て、供給電圧に変動があっても周波数には影響がないの
で、本実施形態における超音波距離計測装置は安定な基
準電圧を必要とはしない。

【００３９】ＣＰＵ１９の動作については、後述する。
出力表示回路３１は、ＣＰＵ１９が演算した物体までの
距離を、モニター等に表示する。

【００４０】１−３．各回路で発生する信号とＣＰＵ動
作 次に、図４において各回路で発生する信号を示すと共
に、図５に示すフローチャートを用いてＣＰＵ１９の動
作を説明する。以降の説明において、、、、・・
・は図４の各信号を表し、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３・・・は図
５のフローチャートの各ステップを表す。

【００４１】まず、ＣＰＵ１９は自らの初期値設定を行
う（Ｓ１）。一方、超音波クロック発生回路２３は高周
波信号を発振する。ＣＰＵ１９は、超音波の送信タイ
ミングを知らせるための送信タイミング信号を発生す
る。この送信タイミング信号は、間欠パルスであり、
高周波信号をｔ１周期でスイッチング（変調）する。
これによって、ｔ２時間のバースト波を得る。

【００４２】駆動回路３３によって、このバースト波を
電力増幅し、超音波振動子２１をドライブする。このと
きの超音波出力は、図に示すような直接波としてまず
検出される。ここでの直接波は、立上がり、立下がりと
も１次遅れの特性を示す。これは素子の特性によるもの
であり、電気信号のようにきれいなパルス状とはならな
い。このため、実際の直接波はその減衰時間も含めて、
ｔ３のように長くなる。

【００４３】先に送出された超音波は、検出物体からは
ねかえり、超音波出力に示す反射波として検出され
る。この反射波の先頭と先の直接波との先頭の間隔ｔ４
が超音波の遅延時間となる。

【００４４】ところで、前述の超音波出力において直
接波は１次遅れの減衰特性を示す。したがって、実質的
な超音波の発生時間ｔ３は、電気信号による出力時間ｔ
２より長くなる。したがって、強大な超音波エネルギー
によって受信回路が破壊されないように、この間の超音
波の受信を控えるようにする必要がある。

【００４５】また、減衰時における微弱信号を反射波に
よる信号と間違えるようなことがあっては、正確な距離
計測はできない。よって、少なくとも時間ｔ３の間は受
信回路をスキップさせる必要がある。よって、ＣＰＵ１
９は適切なタイミングで受信タイミング信号を発生す
る（Ｓ３）。これにより、直接波を受信せずに、反射波
だけを受信することができる。

【００４６】検出した反射波をデジタル化して検出信号
とする。ＣＰＵ１９は、この検出信号を読み込む（Ｓ
４）。検出信号の有無を判断し（Ｓ５）、検出信号の存
在が確認できたならば、送出タイミング信号を発した時
から検出信号を得た時までの遅延時間ｔ４のクロック信
号のクロック数を計数する（Ｓ６）。

【００４７】ＣＰＵ１９は、このクロック数を用いて
距離演算を行う（Ｓ７）。具体的な距離演算の方法は、
後述する。そして、演算した距離の出力表示を行う（Ｓ
８）。

【００４８】１−４．距離演算方法 本実施形態においては、クロック発生手段１７およびサ
ーミスタ２７によって発生されるクロックを用いて距離
計測における温度補償を行っている。この点について図
６を用いて説明する。図６では、超音波距離計測装置
が、距離Ｌに存在する物体に対して時刻ｔ１に超音波を
送出し、その物体からの反射波を時刻ｔ２、ｔ２’、ｔ
２”に受信した場合を示している。

【００４９】なお、図６Αは、気温Ｔ、この時の音速
Ｖ、反射波受信時刻ｔ２の場合を示している。図６Ｂ
は、気温Ｔ’、この時の音速Ｖ’、反射波受信時刻ｔ
２’の場合を示している。図６Ｃは、気温Ｔ”、この時
の音速Ｖ”、反射波受信時刻ｔ２”の場合を示している
図６Αにおいて、時刻ｔ１から時刻ｔ２までのクロック
数を計数すると、クロック数Ｎ＝８であったとする。こ
の時、気温Ｔに対してクロック発生手段１７が発生する
クロックの周波数がｆであったとすると、その周期は
（１／ｆ）となる。

【００５０】ここで、距離Ｌと音速Ｖ、周波数ｆ、クロ
ック数Ｎの関係は、 Ｌ＝（１／ｆ）・Ｎ・Ｖ／２ ・・・（１） となる。

【００５１】図６Ｂでは、気温ＴからＴ’に変化してい
る。この時、Ｔ’＞Ｔとすると、音速Ｖ’＞Ｖとなる。
したがって、反射波は早く帰ってくることになるので、
時刻ｔ２’＜時刻ｔ２となる。

【００５２】クロック発生手段１７は、時刻ｔ１から時
刻ｔ２’までのクロック数が、図６Αの場合と同様に、
クロック数Ｎ’＝８となるようなクロックを発生する。
この場合の変化クロックの周波数をｆ’とすると、周期
は（１／ｆ’）となる。

【００５３】したがって、 Ｌ＝（１／ｆ’）・Ｎ・Ｖ’／２ ・・・（２） （１）式、（２）式より （ｆ’／ｆ）＝（Ｖ’／Ｖ） ・・・（３） となる。つまり、クロック発生手段１７は、クロックの
周波数ｆの変化率が音速Ｖの変化率と等しくなるよう
に、クロックを発生するのである。

【００５４】ここで、 Ｖ’＝Ｖ＋０．６ΔＴ （ΔＴ＝Ｔ’−Ｔ） を（３）式に代入して、整理すると、 ｆ’＝ｆ＋（０．６ｆ／Ｖ）ΔＴ ・・・（４） となる。クロック発生回路１７は、気温変化ΔＴに対し
て（４）式の関係を満足するようにクロックを発生す
る。

【００５５】図６Ｃにおいても同様に、クロック発生回
路１７は、時刻ｔ１から時刻ｔ２”のクロック数Ｎ”が
８となるようにクロックを発生する。つまり、気温Ｔ”
に対応したクロックの周波数ｆ”が（４）式を満足する
ように、クロックを発生する。

【００５６】このようにクロックを発生することによっ
て、同一距離に対しては、気温の変化に関係なく常に同
じ数のクロック数が計数される。これにより、わざわざ
大気温度を検出して、その温度に対する音速等を算出す
る必要はなくなる。つまり、本実施形態にかかる距離計
測装置においては、超音波を送出してから反射波を受信
するまでのクロックのクロック数を単に計数するだけ
で、温度補償をおこなった正確な距離を算出することが
できる。

【００５７】［第２の実施形態］ ２−１．機能ブロック図 本発明にかかる超音波距離計測装置の第２の実施形態の
機能ブロック図を図７に示す。超音波距離計測装置５１
は、送信手段５３、受信手段５５、一定クロック発生手
段５７、距離演算手段５９、変化クロック発生手段６１
および表示手段６２を備えている。

【００５８】送信手段５３は、超音波を物体に対して送
出する。受信手段５５は、物体によって反射された超音
波を反射波として受信する。一定クロック発生手段５７
は、温度の変化にかかわらず一定の周波数を有する一定
クロック信号を発生する。変化クロック発生手段６１
は、温度の変化に応じて変化する周波数を有する変化ク
ロック信号を発生する。

【００５９】距離演算手段５９は、送信手段が超音波を
物体に対して送出した時から受信手段が反射波を受信し
た時までの一定クロック信号のクロック数を一定クロッ
ク数として計数し、送信手段が超音波を物体に対して送
出した時から受信手段が反射波を受信した時までの変化
クロック信号のクロック数を変化クロック数として計数
し、一定クロック数および変化クロック数に基づいて所
望の物体までの距離を演算する。表示手段６２は、距離
演算手段５９が演算した検出物体までの距離を表示す
る。

【００６０】これにより、例えば、各温度において、所
定時間の一定クロック数を基準とした変化クロック数の
比をテーブル等によって予め用意しておけば、検出した
両クロック数の比を利用することによって超音波の伝達
媒体の温度を知ることができる。

【００６１】したがって、安定な基準電圧を必要としな
いので、簡易な構成で正確に超音波伝達媒体の温度補償
を行える超音波距離計測装置を提供することができる。

【００６２】２−２．ハードウェア構成 図７の各機能をＣＰＵ６９を用いて実現した場合のハー
ドウェアー構成を図８に示す。本実施形態においても温
度検出素子としてサーミスタを使用している。超音波距
離計測装置５１は、送信回路６３、受信回路６５、変化
クロック発生回路６７、ＣＰＵ６９、超音波振動子２
１、サーミスタ２７および出力表示回路３１を備えてい
る。

【００６３】ここで、図７における各手段と図８におけ
る各構成要素との対応関係を示す。送信回路６３および
超音波振動子２１は送信手段５３に、受信回路６５およ
び超音波振動子２１は受信手段５５に、変化クロック発
生回路６７およびサーミスタ２７は変化クロック発生手
段６１に対応する。

【００６４】また、ＣＰＵ６９は一定クロック発生手段
５７および距離演算手段５９に対応する。つまり、本実
施形態においては、ＣＰＵ６９が有するクロック信号を
一定クロックとして利用している。

【００６５】送信回路６３および受信回路６５について
は、第１の実施形態と同様である。また、サーミスタ２
７を利用した変化クロック発生回路自体は、第１の実施
形態に示したものと同様である。ただし、第１の実施形
態に示したような周波数−温度関係（（４）式参照）を
必要とはしない。

【００６６】このように、本実施形態においても、サー
ミスタ２７の抵抗値変化を電圧変化として捉らえるので
はなく、周波数の変化として捉らえている。したがっ
て、供給電圧に変動があっても周波数には影響がないの
で、本実施形態における超音波距離計測装置は安定な基
準電圧を必要とはしない。

【００６７】ＣＰＵ６９は、送信タイミング信号を発し
てから検出信号を得るまでのクロック数を計数するカウ
ンタ機能を有している。また、変化クロックを利用し
て、送信タイミング信号を発してから検出信号を得るま
でのクロック数を計数するカウンタ機能を有している。
さらに、両クロック数から物体までの距離を演算するた
めの距離演算処理機能を有している。

【００６８】２−３．フローチャート 次に、図９に示すフローチャートを用いてＣＰＵ６９の
動作を説明する。ＣＰＵ６９のステップＳ５１からステ
ップＳ５５までは、第１の実施形態におけるＣＰＵ１９
の動作のステップＳ１からステップＳ５までと同様であ
る（図５参照）。

【００６９】ＣＰＵ６９はステップ５６において、送信
タイミング信号を発してから検出信号を受信するまでの
クロック数を、ＣＰＵクロックおよび変化クロックを用
いて計数する。この計数された各クロック数の比を利用
して現在の気温を算出する。この際、予め記憶していた
各クロック数の比と現在の気温との関係を示すクロック
数比−温度テーブルから、計数された各クロック数の比
に対応する気温を読み込む（Ｓ５７）。

【００７０】この気温から音速を算出し、ＣＰＵクロッ
クの計数値とから温度補正を行った正確な距離を演算す
る（Ｓ５８）。なお、クロック数比−温度テーブル、ク
ロック数比による気温算出方法および距離演算方法につ
いては後述する。最後に、ＣＰＵ６９は、演算した距離
を出力表示回路３１へ出力する（Ｓ５９）。

【００７１】２−４．クロック数比−温度テーブル このセクションでは、変化クロック発生回路６７が発す
る変化クロックの周波数と気温との関係、ＣＰＵクロッ
ク周波数−変化クロック周波数比と温度の関係、ＣＰＵ
クロック周波数−変化クロック波数比と両クロック数比
との関係について説明する。

【００７２】Ｉ．変化クロックの周波数と気温との関係 図１０Αは温度検出素子であるサーミスタ２７の温度−
抵抗値曲線である。サーミスタ２７の製品毎に複数の曲
線が表示されている。図１０Ｂは、変化クロック発生回
路として図３のクロック発生回路利用した場合の発振周
波数−外付けコンデンサ曲線である。ＲＸＴは、抵抗値
ＲＸとサーミスタ抵抗値ＲＴの合成抵抗値である。

【００７３】例えば、抵抗値ＲＸ＝３Ｋ［Ω］、外付け
コンデンサ値ＣＸ＝１０００ｐ［Ｆ］、使用するサーミ
スタが２ＫＤ−５であるとする。現在の気温が３０度で
あったならば、図１０Αよりサーミスタの抵抗値は約
１．５Ｋ［Ω］となる。この場合、合成抵抗ＲＸＴ＝１
Ｋ［Ω］となり、周波数は、３５０Ｋ［Ｈｚ］となる。

【００７４】このようにして、変化クロックの周波数と
気温との関係を図１０Αおよび図１０Ｂから求めること
ができる。

【００７５】II．ＣＰＵクロック周波数−変化クロック
周波数比と温度の関係 ＣＰＵクロック周波数は、温度に関係なく一定に保たれ
る。したがって、気温に対応した周波数とＣＰＵクロッ
クの比を気温と対応づけることができる。例えば、ＣＰ
Ｕクロックの周波数が２２Ｍ［Ｈｚ］とすると、前述の
例において、３５０Ｋ／２２Ｍの値を気温３０度に対応
付けるとしても、単なるスケーリングの変更にすぎな
い。

【００７６】III.ＣＰＵクロック周波数−変化クロック
周波数比と両クロック数比との関係 図１１は、気温Ｔ度において、超音波を送出した時刻ｔ
１から物体からの反射波を受信した時刻ｔ２までのＣＰ
Ｕクロックおよび変化クロックのクロック数の計数の様
子を示したものである。

【００７７】図１１Αは、ＣＰＵクロックのクロック数
の計数の様子を示したものであり、図１１Ｂは、変化ク
ロックのクロック数の計数の様子を示したものである。
ＣＰＵクロックの周波数をｆ、変化クロックの温度Ｔに
おける周波数をｆ’とすると、ＣＰＵクロックの周期は
（１／ｆ）、変化クロックの周期は（１／ｆ’）とな
る。

【００７８】図１１Αに示すように、、時刻ｔ１から時
刻ｔ２までのＣＰＵクロックのクロック数がＮ、図１１
Ｂに示すように変化クロックのクロック数がＮ’であっ
たとする。この条件より、 （１／ｆ）・Ｎ＝（１／ｆ’）・Ｎ’ したがって、 （Ｎ’／Ｎ）＝（ｆ’／ｆ） となり時刻ｔ１から時刻ｔ２までの両クロックのクロッ
ク数比は、両クロックの周波数比に相当する。

【００７９】Ｉ．〜III.の考察により、ＣＰＵクロック
と変化クロックのクロック数比と気温とは一対一対応と
なっていることがわかる。この対応関係をテーブル化し
たものの一例を図１２に示す。このクロック数比−温度
テーブルを予めメモリーに記憶しておく。

【００８０】２−５．距離演算方法 ＣＰＵ６９は、超音波送出時刻から受信波受信時刻まで
のＣＰＵクロックと変化クロックのクロック数を計数
し、両クロック数の比を演算する。そして、クロック数
比−温度テーブルより、気温を求める。求めた気温をＴ
とすると、音速Ｖは、 Ｖ＝３３１．５＋０．６・Ｔ となり、物体までの距離Ｌは、 Ｌ＝Ｖ・（ｔ２−ｔ１）／２ ＝Ｖ・（（１／ｆ）・Ｎ）／２ によって、求めることができる。

【００８１】［その他の実施形態］第１の実施形態およ
び第２の実施形態において、送信手段および受信手段の
一部として超音波振動子２７を利用したが、超音波振動
子２１を超音波送信用のスピーカとし、反射波受信用の
集音器を別に設けてもよい。

【００８２】また、温度変化素子の一例として温度の変
化に応じて抵抗値が変化するサーミスタ２７を用いた
が、温度の変化に応じて特性が変化するものであればこ
れに限定されない。例えば、温度変化に応じて容量が変
化するコンデンサやリアクタンスが変化するコイルであ
ってもよい。

【００８３】さらに、第１の実施形態および第２の実施
形態において、温度に応じて変化する周波数を発生する
回路の一例としてＣＲ回路を例示したがこれに限定され
ない。例えば、水晶発振回路等を用いてもよい。

【００８４】さらに、第２の実施形態において一定周波
数をＣＰＵクロック得ることとしたが、他に一定周波数
を発生させる回路を設けてもよい。

【００８５】さらに、第２の実施形態においてクロック
数比から温度を求める際にテーブルを利用したが、クロ
ック数比を変数として温度を求める算術式により決定し
てもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる超音波距離計測装置の第１の実
施形態の機能ブロック図を示す図である。

【図２】図１に示す超音波距離計測装置の各機能をＣＰ
Ｕを用いて実現した場合のハードウェアー構成図であ
る。

【図３】図２に示すクロック発生回路１７の一例を示し
た図である。

【図４】各回路が発生する信号を説明するための図であ
る。

【図５】図２に示すＣＰＵ１９の動作を示すフローチャ
ートである。

【図６】温度によって変化クロックがどのように変化す
るのかを説明するための図である。

【図７】本発明にかかる超音波距離計測装置の第２の実
施形態の機能ブロック図を示す図である。

【図８】図７に示す超音波距離計測装置の各機能をＣＰ
Ｕを用いて実現した場合のハードウェアー構成図であ
る。

【図９】図９に示すＣＰＵ６９の動作を示すフローチャ
ートである。

【図１０】温度と変化クロック発生回路６７の周波数の
関係を説明するための図であり、Αは第２の実施形態に
おいて用いたサーミスタの温度−抵抗値グラフ、Ｂは変
化クロック発生回路の周波数−外付けコンデンサグラフ
を示す。

【図１１】一定クロックと変化クロックの計数比と周波
数比との関係を説明するための図である。

【図１２】計数比−温度テーブルを示した図である。

【図１３】従来の超音波距離計測装置を説明するための
図である。

【符号の説明】

３、５３・・・・・送信手段 ５、５５・・・・・受信手段 ７・・・・・クロック発生手段 ９、５９・・・・・距離演算手段 ５７・・・・・一定クロック発生手段 ６１・・・・・変化クロック発生手段 ２７・・・・・サーミスタ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波を物体に対して送出する送信手段、 物体によって反射された超音波を反射波として受信する
   受信手段、 温度変化に応じて変化する周波数を有するクロック信号
   を発生するクロック発生手段、 前記送信手段が物体に対して超音波を送出した時から前
   記受信手段が反射波を受信した時までの前記クロック信
   号のクロック数を計数し、前記クロック数に基づいて所
   望の物体までの距離を演算する距離演算手段、 を備える超音波距離計測装置。
2. 【請求項２】請求項１にかかる超音波距離計測装置にお
   いて、 前記クロック発生手段は、 前記温度変化に応じて特性が変化する温度変化素子を有
   し、当該特性変化に応じた周波数を発生し、当該周波数
   をクロック信号として出力する、 ことを特徴とする超音波距離計測装置。
3. 【請求項３】請求項２にかかる超音波距離計測装置にお
   いて、 前記温度変化素子は、温度の変化に応じて抵抗値が変化
   する、 ことを特徴とする超音波距離計測装置。
4. 【請求項４】超音波を物体に対して送出する送信手段、 物体によって反射された超音波を反射波として受信する
   受信手段、 温度の変化にかかわらず一定の周波数を有する一定クロ
   ック信号を発生する一定クロック発生手段、 温度の変化に応じて変化する周波数を有する変化クロッ
   ク信号を発生する変化クロック発生手段、 前記送信手段が超音波を物体に対して送出した時から前
   記受信手段が反射波を受信した時までの前記一定クロッ
   ク信号のクロック数を一定クロック数として計数し、前
   記送信手段が超音波を物体に対して送出した時から前記
   受信手段が反射波を受信した時までの前記変化クロック
   信号のクロック数を変化クロック数として計数し、前記
   一定クロック数および前記変化クロック数に基づいて所
   望の物体までの距離を演算する距離演算手段、 を備える超音波距離計測装置。
5. 【請求項５】超音波を物体に対して送出し、 物体によって反射された超音波を反射波として受信し、 前記超音波を物体に送出してから前記反射波を受信した
   時までの温度の変化に応じて変化する周波数を有するク
   ロック信号のクロック数を計数し、 当該クロック数に基づいて所望の物体までの距離を演算
   する、 ことを特徴とする超音波を用いた距離計測方法。
6. 【請求項６】超音波を物体に対して送出し、 物体によって反射された超音波を反射波として受信し、 温度の変化にかかわらず一定の周波数を有する一定クロ
   ック信号を発生し、 温度の変化に応じて変化する周波数を有する変化クロッ
   ク信号を発生し、 前記超音波を物体に送出した時から前記反射波を受信し
   た時までの前記一定クロック信号のクロック数を一定ク
   ロック数として計数し、 前記前記超音波を物体に送出した時から前記反射波を受
   信した時までの前記変化クロック信号のクロック数を変
   化クロック数として計数し、 前記一定クロック数および前記変化クロック数に基づい
   て所望の物体までの距離を演算する、 ことを特徴とする超音波を用いた距離計測方法。