JPS59133795A - 超音波式ワイヤレスリモ−トコントロ−ラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 信されてきた超音波信号波を受信し、その信号の意味を
解読し機器の制御を行う受信機を有した超音波式ワイヤ
レスリモートコントローラに関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来の超音波式ワイヤレスリモートコントローラにおい
て最も問題であったのは送信機から送信された超音波信
号波が周囲の壁、天井、床などで反射され、次々に時間
的遅れを生じながら送信機に到達するいわゆる反射波残
存現象である。周知のように音波は空気中を縦波の形で
伝播してゆき、その伝播速度は１秒間に約３５０ｍであ
る。１０ｍｓの間には３．　５　ｍ進むことになり、た
とえば直接到達波の送信機から受信機までの伝播距離と
反射波の送信機から受信機までの伝播距離の差が３５ｍ
違っておれば１０ｍｓ遅く反射波の方が受信機に到達す
ることになる。ところで多くの情報量を受信機に送るた
めに送信される超音波、赤外線、電波などには一般にコ
ード化が施されている。コード化の目的は、この目的以
外に外来雑音による受信機の誤動作を防ぐ意味もあるが
、主な目的はこの送信情報量の確保である。ところで、
超音波にとどまらず赤外線電波の各方式のワイヤレスリ
モふ 一トコントローラで同じであるが、情報は情報単位で送
ることはあまシされず、伺か、もととなる要素に乗せて
送られる。一般にこの要素には”周波数″というものが
使われ、情報はこの周波数に乗せて送られる。具体的に
は超音波式のワイヤレスリモートコントローラの場合は
特定の周波数の超音波がその要素であり、これを使って
、その送る時間の違いなどを利用して種々の情報が作ら
れる。彦お超音波の周波数を複数使い１つの情報コード
体系を作っている場合もあるが、超音波の場合は受信す
る際に音響エネルギーを電気エネルギーに変換するトラ
ンスノユーサにセラミ、クマイクロフォン々どが使われ
、このマイクロフォンは一般に特定の周波数に感度が高
くなるように作られているため、複数の周波数を使用す
ることはマイクロフォンからみてもすべてのコード情報
を同一感度で受信することは容易ではない。このような
理由によりコード化の一般的なフオームは同一の周波数
を使い、その送り方（一般的には時間的な条件を含む）
を変えてコードを形成する方法が多くとられる。

第１図はそのコードの一例を示すタイムチャート図であ
り１０１はノｅルス状の超音波である。このコードの場
合は５つのノｅルス状超音波で構成される４つの時間間
隔でもって種々の意味をもたせようとするものである。

いま、図の時間間隔ｔを“０″′、ｔｂをパ１＃とする
と、このコードは”０１０１”となり、もし時間間隔を
ｔａとｔｂの２種のみで構成させるとするならこの例は
°′４ビットコードということに々る。つまりこの４ビ
、トで１６通りの情報が作られる；そしてこの例ではｔ
ａとｔｂという２種の時間を使い０”とパ１″′に対応
させた、が、ｔａとｔｂｆ／ｉ単に異なる２種の時間と
いうことでどのような時間間隔でも良い。ｔａ−ｔｂで
ない限り、また実用上問題のない時間間隔であれば、ど
のような組み合わせでも良く、このよう（で考えればコ
ードの種類は何通シでもある。さらにｔとｔ５の２種の
みでなくともｔｃのような第３の時間間隔を加えれば、
さらに新しいコードが生れる。すなわち、１つの周波数
で送るコードであり々から時間的な条件を変えるだけで
このように多く・つコードを作ることが可能である。パ
ルス間隔または・やルス幅を変えて”Ｏ″と°１″に対
応させ、情報を送る方法は超音波方式のみで彦く赤外線
、電波等によるワイヤレスリモートコントローラに広く
採用されている。そのため時間の条件が非常に重要な要
素である。

超音波の場合、時間的条件では厄介な問題がある。それ
は超音波の空気中での伝播速度が赤外線や電波などの電
磁波とくらべ、比較にならない程遅いことである。伝播
速度は前記のとおり超音波は約３５０　ｌｓであるが、
電磁波は約３０万ｋｍ／ｓである。超音波は８５万分の
１である。第２図において］１１は送信様、１１２は受
信機、１１３は壁などの反射面である。送信機より発射
された超音波が受信機に直接向かうものと反射面で反射
されて受精機に向かうものと２種あると仮定すると、直
接向うものけ受信機に到着する１でに距離゛ａ”を伝播
し、反射波は距離”　ｂ　＋　ｃ　”を伝播する。

反射による減衰や、送信機および受信機の方向による送
信、受信の感度が変わらないとすると、受信機側では見
掛上送信機から２回送信が送られた。

のと同じことになる。すなわち直接波の方が早く着き反
射波の方が遅くなる。この様子を示したのが第３図であ
シ、（ａ）は送信機側の超音波の波形、（ｂ）は受信機
側の同波形である。（ａ＋０１２１は送信機よシ発信さ
れた超音波の波形で１２２は受信機側で観測された直接
波の波形である。１２３は反射波による波形である。直
接波が受信されるまでの時間はｔ８であシ、反射波の受
信されるまでの時−間はｔｆである。すなわち、送信機
側の１つの／Ｆルス状超超音波発振対し受信機側では２
つのパルス状超音波を受信する。従って受信機側では１
回の送信か２回の送信か区別ができず、反射波が観測さ
れたときより２８時間前に２回目のノクルスが発信され
たものと感違いする。第３図（ａ）の１２４はこの仮想
的に発、信されたと思われる送信側の・ぐルス状超音波
形を示したものである。ところで第３図に示す例のよう
に、１回だけの送信であると判っておれば、１回目の受
信のみを有効として、続いて現われてくる受信波形はす
べて反射波だと思って無視すればよいのであるが、ノク
ルスとパルスの時間間隔によって信号の意味を判別しよ
うとするコードの方法にとっては１回きりのパルスで送
信が終わることはまずありえないし、また多くの情報を
同一送信機で送ろうとするには、多くの・やレスが送信
しなければならない。超音波は先に述べたように赤外線
や電波に比べて空気中での伝播速度が遅＜１０ｍ５の間
にわずか約３５ｍしか伝播しない。すなわち直接波が受
信機に到達するまでの距離と反射波が受信機に到達する
までの距離に３、５　ｍの差があると、時間的に約１０
ｍ５の違いが生じ、反射波による波形は直接波到着後１
０ｍ５経過して受信機側で観測される。これを別の角度
からみると送信側で第１回目の・ぞレスを送信した後１
０ｍ５後に２回目の・ぐレスの送信を行うと、２回目の
／−、Ｏレスの直接波と１回目のパルスの反射波が同時
に受信機側で観測されることになる。これは送信された
／Ｆルス状超超音波理想的な１回反射のみを行々っだと
きの現象であるが、実際には送信機と受信機の間には床
、壁、天井、家具等様々の物体が不規則に置かれておす
、シかも送信機から送り出されるパルス状超音波の方向
をあまシ絞ることも不可能で、前方ならどちらの方向に
も出ているので、超音波の出る強度は異なるが、必ずし
も弱い方向に出だ超音波が反射により受信機に到着した
とき、直接波の受信レベルよシ低いとは限らない。それ
は受信機側にも指向性があるためである。従って最終の
感度は送信と受信の各々の感度を総合したものである。

このように一度送信機から送り出された超音波は各所で
反射して次々に受信機に到達するため、受信機側では第
３図に示したような１回きりの反射波の受信ではなく、
何回も、さらにいろいろな距離を伝播してきた超音波が
入ってくる。極端な場合には、・ぐレス状超音波を送っ
ているにもかかわらず受信機側では連続波として受信す
ることもある。しかしこのような反射波の受信は無限に
続くわけてはなく、ある時間経過すると、超音波の伝播
の過程で減衰して消えてしまう。その残存１時間１は、
送信、受信を合せたトータルヶ゛インと関係がある。無
限反射を繰シ返している超音波は長い距離の伝播を行な
うわけであシ、超音波のエネルギーはかなり低下してく
る。その弱くなった超音波を信号として受信できるかど
うかは受信機■１１のゲインに関係してくる。

すなわち一対の送信機、受信機がきまるとそのドータ！
レケ８インが決まり、それにより信号として受信できる
反射波の最高の残存時間が自ずから定まる。なお超音波
が波動現象によって伝播しているため、反射による減衰
は反射する物体によって大きく、変わり、超音波の伝播
過程は非常に複雑で反射波の最高残存時間は送受信機の
トータルヶ゛インだけで休まるとは限らない。′上記の
ように超音波の性質上パルス間隔という単に時間のみに
依存するコード化の方法には大きな欠点があり、超音波
によるワイヤレスリモートコントローラの発展を妨げて
いた。

超音波式ワイヤレスリモートコントローラカ使用され始
めた頃は、現在のように送信機から多くの信号を送るも
のではなく、単に電源をオン、オフする程度のものであ
り、コードも複雑ナモノｆなく、ユーザーが場所に合わ
せてダインを調整して使用することで、十分実用になっ
ていた。しかし現在は送信機から多くの信号を送らなけ
ればならないのでコードも複雑となシ、コードを構成す
るパレスの数も多くなり、パルスと、ぐレスの間隔を狭
くしなければならず、反射波による影響が大とな月実用
上種々の不便が生じていた。

発明の目的 本発明は上記のような従来の欠点を除去するもので、従
来反射波の影響を除去するためユーザーが使用場所に合
わせてケ゛インの調整を行なっていたものを、受信機側
で自動的に反射波の残存時間をコントロールして、狭い
・やレス間隔で送られてくる複雑なコードの解読が正確
に行われるようにした超音波式ワイヤレスリモートコン
トローラを提供する゛ものである。

発明の構成 本発明の超音波式ワイヤレスリモートコントローラは、
送信様側から送信される超音波信号に、本来のコードを
構成するパルス状超音波とは別に反射波の残存時間が受
信機側で判定できるような基準超音波信号波を含み、受
信機側ではこの基準超音波信号波の反射波が、その使用
状態で残存時間を観測し、その残存時間によって受信回
路の増幅ゲインをただちに決定し、続いて送られてくる
コードを構成する・ぐルス状超音波に対しては、反射波
の影響のないケ゛インで受信しようとする構成である。

実施例の説明 本発明の一実施例を第４図ないし第９図にもとづいて説
明する。

第４図は送信機側から送信される基準超音波信号波を含
む超音波信号波のタイムチャートで、］が基準超音波信
号波、２が従来の・９ルス状超音波で構成された第１図
に示したよう々４ビットコードである。基準超音波信号
波１の後はｔ】時間をおいて４ビツトコードが開始され
ている。待機している受信機は、受信回路の持つ最大ゲ
インで受信するようにしておけば、基準超音波信号波１
が第５図に示すような形で受信される。第５図は送信機
から送られた基準超音波信号波１が直接波、反射波の型
で受信機に入る様子の一例を示したタイムチャートで、
３は直接波、４ないし７は反射波によるものである。反
射波は直接波が受信されてからそれぞれｔ４　　＋ｔ５
　　＋ｔ６　　＋　ｔ７のように遅れて受信されている
。反射波は理論的にはもっと長く続くのであるが、この
受信機では７の反射波までが受信された後の反射波に対
しては増幅ゲインが十分でなかったことを示している。

受信機側では基準超音波信号波１の残存時間をまず観測
する。この観測には現在広く仲われているマイクロコン
ピュータがよい。マイクロコンピュータは最初に基準超
音波信号波１が受信されてからタイマのカウントを開始
し、反射波が消えた時点でタイマを停止させる。この場
合実際は反射波がいつまで続くか判らないため、予め観
測の終了時間を定めておき、その時間以後は反射波を打
ち切ると定めておく。たとえばこの時間を３０ｍ５とす
ると超音波はこの時間に約１０５ｍ進む。もし送信機、
受信機の設計段階で理論上この距離以上は到達距離が得
られないと判っていれば、この３０　ｍｓを反射波の観
測を終了させる時間とすればよい。第５図においてはコ
ードの開始までの時間はｔ７であるから、観測終了時間
はこの時間よｔり短かくなくてもならないし、第４図に
おいては反射波の観測時間はｔｌよシ長くなくてもなら
彦い。

超音波は空気中を伝播するときは、立体角で伝わってゆ
くため距離の２乗に逆比例して単位面積当りのエネルギ
ーは減少してゆく。その様子を示したのが第６図であり
、音源Ｐ点から立体角θで送信された超音波は距離ｔ１
における面８、ｔ２における面９を作りながら伝播して
ゆく。そのため面８および９における単位面移肖すの超
音波のエネルギーの比は面稍に逆比例することとなり、
音源Ｐ点からの距離の２乗に逆比例する。今、予め到達
距離が判っている送信機と、受信機の組合せがあったと
仮定する。その距離を超音波の伝播時間に換算して２０
ｍ５（約７ｍ）とすると反射による超音波の減衰がない
場合、最大２　Ｏｍｓ後に反射波の波が受信機に到達す
ることが考えられる。このときは送信機から超音波が送
信された直後に受信機側で直接波による信号が観、測さ
れる。又反対に反射波が１度も出ないで終る場合も考え
られ、これは直接波の到達距離ぎりぎりの約７ｍのとこ
ろから操作した場合である。このように予め到達距離の
判っている送信機と受信機の組み合せにおいてはこの基
準超音波信号波１による反射波の残存時間によって即座
に受信回路の増Ｃダインを調整し、続いて送られてくる
コードを構成する超音波パルスに対しては反射波を全く
出さないように増幅することが可能である。時間換算の
実力到達距離を２０ｍ５とする送信機と受信機の組合せ
において送信を行ったとき１０ｍ５に最終の反射波が現
われた場合、増幅回路のケ゛インを１／　（２０／（２
０−１０））２＝　１／４　（倍）、（−１２ｄＢ）に
調整すれば反射波は完全に消去可能である。第７図は時
間換算で実力到達距離２０ｍ５のワイヤレスリモートコ
ンＩ・ローラを使った場合、最終反射波残存時間ｔと、
この反射波が消去できる増幅回路のケ゛イン調整分（−
ｄＢ）を示したグラフである。第８図はこのような反射
波残存時間を観測して受信増幅回路のゲインを自動的に
調整し、コード信号を受信する際は反射波を消去するよ
うにした回路の一実施例のブロック図を示している。１
１は超音波を受けて電気信号に変換するトランスジユー
ザで、一般にはセラミックマイクロフォンなどが使われ
る。

１２はトランスジューサで微弱な電気信号に変換された
信号波を増幅する増幅回路で、同図の場合は外部からの
制御でその増幅ゲインを任意に調整できるものである。

なおこのような増幅回路はテープレコーダなどで自動的
に音声の増幅レベルを変化させ、一定の録音レベルを得
るようにしたＡＬＣ（自動レベル制御）回路、またはＡ
ＧＣ（自動ゲイン制御）回路を使った増幅回路があるた
め容易に判断できる。１３は同調回路であり、増幅され
た微弱信号の中から目的とする周波数成分（キャリヤ周
波数と称す）だけを選択するものでちる。

１４は検波回路でキャリア周波数の交流振動から更らに
信号成分（今迄の４ビツトの例では直流による４ビツト
のパルス列）だけを取り出すものである。１５は波形整
形回路で、検波された波形はそのままではまだ波形のく
ずれや雑音成分を多少含むため波形を整える必要があり
この回路を通すことにより波形が整えられる。１６は一
般には前述したようにマイクロコンピュータなどで構成
すれるコード解読回路である。波形整形されたコード信
号はこの回路に送られ、コードの意味が解読される種々
の制御が行なわれる。更にこの回路は前述したように超
音波基準信号波１の反射波残存時間を計測し、予めセッ
トされている対応表に従い増幅回路のケ゛イン調整分を
判断し増瀞回路１２のゲインの調整を行なう。これら一
連の動作はマイクロコンピュータの場合はソフトウェア
、すなわちプログラム上で処理されるので、その詳細に
ついては説明を省略する。第９図はこれらの処理を受信
される超音波信号の時間的な流れの中で説明したもので
、２ｏは最初に受信機に入ってくる超音波基準信号波、
２１はそれに続くパルス状超音波で構成されるコード部
分である。ｔ２０は反射波観測期間、ｔ２□は増幅回路
のケ゛インを調整する期間、ｔ２２は調整されたゲイン
で増幅回路が動作している期間である。

なお本実施例でゲインの調整をすべて反射波が消えると
いうレベルで説明したが、反射波は完全に消去されなく
とも、ある限度内での反射波の発生を許してもコードの
解読には支障のない場合がある。また説明に際しコード
化および基準超音波信号波のもとをすべて・ぞルス状超
音波としたが、パルス状超音波でなくてもよく、要する
に反射波の影響を受けるようなコード化の方法に対して
コードに使われる超音波信号波とは別に、送信枳がらそ
の使用環境下における反射波の残存時間が受信機側で容
易に判るようなパイロ、ト信号としての超音波の送信が
行なわれていれば良い。１．た受信機側でのケ゛インの
自動調整の方法については十分説明を加えなかったが、
ケ゛インの調整は無段で々くともよく、実験により確認
したところ、実カ約ＩＣ１ｍの到達距離のものでは２〜
３段で十分であった。また本。実施例ではコード信号の
前に反射波観測時間をおくが、一般の家電機器では到達
距離が６ないし７ｍあればよく、そのとき反射波観測時
間は約２５〜３０　ｍｓとなり、これにょシ応答が特に
遅くなることはなかった。

発明の効果 本発明によれば、従来複雑なコードを送る場合多くの時
間条件の組み合せとなっておシ、反射による影響を考慮
するとその時間条件を短かくすることができず、超音波
式特有の応答が遅い欠点や、受信回路の増幅ケ゛インを
ユーザーが調整しなければならない煩雑さ、又少し位置
が変わると再調整しなければならない等の不便さを、１
回の送信で、その送信状態で最適の受信増幅回路のゲイ
ンに自動的に調整するため上記のような不便さは々く、
壕だ複雑なコードを短時間で構成することも可能である
し、更にどのような位置から操作を行なっても確実な応
答が得られる効果がある。また使用時間に従い送信機側
の電池の消耗や部品の劣化による到達距離の短縮化、使
用環境状態における温度や湿度による種々の到達距離の
変化に対しても本発明によると極めて追従性が高い等、
種々のすぐれた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の超音波式ワイヤレスリモートコントロ
ーラのタイムチャート、第２図は同送信機から受信機に
いたる超音波の伝播過程図、第３図は同送信機側で送ら
れた】つのパルス状超音波の観測タイムチャート、第４
図は本発明における基準超音波信号波を含んだタイムチ
ャード、第５図は同複数回反射の受信機側到達例のタイ
ムチャート、第６図は送信された超音波エネルギーの伝
播状態図、第７図は２０ｍ５の到達距離の送受信機間の
反射波の残存時間と受信器増幅回路ゲインの関係グラフ
、第８図は本発明による受信機側の回路のブロック図、
第９図は本発明の４ビン）コード例での反射波の観測時
間と処理時間の配分を示したタイムチャートである。 １・基準超音波信号波、２・・４ビツトコード、３・・
・直接波、４〜７・・・反射波、８・・・超音波の距離
Ｌ１における面、９・同Ｌ２における面、１１・・・ト
ランスジューサ、１２・・・増幅回路、１３・・・同調
回路、１４・・・検波回路、１５・・・波形整形回路、
１６・・・コード解読回路、２０・・・超音波基準信号
波、２１・・・コード部分。 第１図 第２図 第３図 第４図 二２．−ニ 第５図 第６図 第７図 奴外皮虎文ぺ啓時Ｖハｔ　（ｍｓｌ 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超音波を送信する送信機と、その超音波を受信する受信
   機において、前記送信機から送信される超音波信号波の
   中に受信機側で送信信号波の反射波残存時間の測定が可
   能となる・ぞルス状超音波などの基準超音波信号波を含
   め、その基準超音波信号波から得られた反射波残存時間
   により受信機側のゲインを調整し、反射波残存時間が予
   め設定された時間内に入るようにした超音波式ワイヤレ
   スリモートコントローラ。