JPS593279A - 超音波距離測定装置 - 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】 この発明は、超音波を用いて物体までの距離を連続的に
検出する超音波距離測定装置に関するものであり、外部
雑音や物体からの２次反射等の影響をなくし、安定性及
び信頼性に於て、改良を加えたものである。

現在障害物を検出、測距する方法として、電波を用いた
方法、一般的なランプ等の光源を用いる方法、又はレー
ザーを用いる方法等があるが、いずれも高価、Ｉ雑、雨
風の影響等において問題がある。超音波を用いる測距方
法は、超音波の伝搬速度が比較的遅いため近距離の測距
に適し、容易かつ安価に装置を構成することができる。

しかし超音波を単に用いる従来の方法では、外界の影響
を受は誤動作し易く、雑音や２次、３次の゛反射波が多
い場所等では信頼性及び安定性が十分得られないため使
用目的が限定される。本発明は小型、軽量、低コストで
、車両等が遭遇するような厳しい雑音環境でも使用でき
、かつ測距精度、警報表示等についても改良を加えたも
のである。

以下図面に基づいて本発明について説明する。

第１図（ａ）で（１）のパルス制御器は例えば公知のＤ
−Ａ変換器等を含み、第２図（１００，）に示すタイム
会チャートで超音波送信パルスを輻射するだめの制御を
行う。この制御は前に測定した障害物までの距離に対応
して、次の測定距離範囲を決定し、超音波発止のくり返
し周期Ｔと、送信パルス幅τの制御を行う。（送信パル
ス幅τの間に複数個の超音波が含まれている。）さらに
後述するよ５に一定の距離においても送信パルスのくり
返し周期をランダムに変化させる。第２図（１００）は
測定距離が長い場合を示し、同図（２００）は測定距離
が短くなった場合に、くり返し周期Ｔと送信パルス幅τ
が変化して短くなっていく様子を示している。このよう
な送信制御を行なうためにパルス制御器（１）は後述す
る計数器１】からの測定距離情報を受け、それに対応し
た電圧を発生し、例えば公知の電圧制御発振器から成る
クロンク発生器（２）に与えて、そこから出力される第
２図に示す如くクロンクバル、Ｘ　ＣＬｌの周波数を制
御する。これによりクロックパルスの周波数は測定距離
が長いと低く、短いと高くなるので、そのパルス幅は測
定距離に応じて変化する。

上記クロックパルスは送信パルス発生器（３）に送られ
る。この送信パルス発生器は公知のプリセラ知の如く後
述する超音波変換器６の励振用搬送波をパルス変鯛する
ように構成されているが、プリセットの値を変更するこ
とによりＮ個の値を変えることができる。送信パルス発
生器（３）がＮ個のクロックパルスを受信して、１個の
パルスを出力するまでの時間、即ち送信周期Ｔはクロッ
クパルスの周期Ｔ。と丁れば、Ｔ＝Ｔｃ−Ｎとなり、上
述したようにＴｃを測定距離に応じて変化させれば、Ｔ
も同様に変化し、測定距離に対応した送信周期が得られ
る。第１図（ｂｌは送信パルス発生！（３）の−構成例
で、ノリセットカウンタ３１．プリセット設定用アップ
ダウレカウンタ羽、パルス変調器お、Ａ−Ｄ変換器あか
ら成る。

また送信パルス幅は、例えばクロックパルスの１周期の
幅となるように設定しておけば、前述したよ５にクロッ
クパルスの幅が距離に応じて変化するので、送信パルス
幅も距離に応じて変化することになる。

なお、比較的短い距離の測定の場合は、送信パルスの幅
が一定であっても、実用上差支えない。

音波として空間に輻射する。これが障害物にあたり、そ
の反射波が（６）′の変換器で受信され、（５）′のト
ランス、（８）の増幅検波器で受信パルスとなり、記憶
回路を構成する９ａ〜９ｎのシフト・レジスターに入る
（シフトレジスターの数は１例）。なお上記（６）及び
（６）′の変換器は兼用し、（５）及び（５）′のトラ
ンスをハイブリッドトランスとすることができる。

各シフト・レジスターは超音波のくり返し周期Ｔ内に入
力されるシフトパルスに対応した段数のフリツプーフ四
ツブ等で構成され、送信パルスが発射された時間を開始
時間とし、（２）のクロックパルス発生器のシフトパル
スＣＬ１でシフト動作を行っている。このとき増幅検波
器（８）からの受信パルスを処理して、シフトパルス幅
のパルスにしだ後９ａのシフトレジスターの人力に入れ
ると（即ち１　が入力されると）その瞬間シフトレジス
ターは　】　を記録し、シフトパルスＣＬｌでシフトサ
れていく。送イ＝の１周期が終ると９ａには受信パルス
の距離に対応したところのみ　１　の状態となって記憶
されている（第３図３０１参照）。次の送信周期でも同
様にして、たとえば第３図３０２に示すデータが９ａＫ
入るので、９ａに入っていた３０１のデータは同時にシ
フトされて、次のシフトレジスター９ｂに入る。このよ
う九次々と第３図３０３から３０６に示すようなデータ
が入ってくると、これらのデータは９ａから９ｎまでの
シフト・レジスターに記憶される。受信パルスは物体か
らの反射パルスの他に、雑音等によるパルス例えば第３
図３０２のｎも含まれているため、以上のシフトレジス
ターで得られたＮ回の相関をとり、物体からの反射信号
ケ強調し、雑音によるランダムな反射波を除去するため
に、次の送信周期のタイミングでクロックパルスＣＬｌ
を各シフトレジスターに送り、それぞれのシフトレジス
ターの内容をシフトさせてとり出す。そうすると各シフ
トレジスターの出力（ａ）〜（ｎ）が得られるが、これ
をたとえばアナログ式の加３！器で次々と加算していけ
ば、第３図４００に示すように、各シフトレジスターの
内容が重複され、加算された信号が得られる。そこでこ
の相関のとれた大きいパルスのみを取り出すために、第
１図（１０）のパルスレベル検出器で重ね合せる回ａＮ
　［対応したスレッシュホールドレベルＳを設定し、こ
れ以上の電圧のパルスを取り出す。

（第３図５００　）そして第１因（１１）の計数器をこ
（１）　パルスで停止させれば（計数器のスタートパル
スは送信パルス発生時に送信パルス発生器（３）より入
力されており、距離測定用クロックパルスＣＬ２をカウ
ントしている）計数器の内容が物体までの距離を表わし
ていることになる。

なお上述した場合でも測定した距離に応じて、送信（り
返し周期を変化させているため遠くの物体からの反射波
が２回目以降のくり返し周期内の一定の距離内圧入って
きて、Ｎ回の加算で相関がとれ、誤動作する恐れがある
。このことを第４図を参照して詳説すると、同図でＡを
送信パルスとし、最も近い物体からの反射波を８として
該８は静止しているとすれば、ＡからＳ迄の時間は常に
一定である。しかるに上記物体より遠くからの反射波や
２次反射波のような同期雑音ｎがあると、送信パルスＡ
の２回目以降のくり返し周期内圧現れることＫなるが、
仮りに送信パルスの送信周期が一定であるとすると、こ
のｎも送信パルスＡからの時間が一定の所に現われ、前
述した加算回路で相関がとれる可能性がある。しかもこ
のｎが８の前に現われると、これを最も近い物体からの
ものと誤検出する恐れがある。

そこでこのような雑音や２次反射の影響を軽減させるた
めＫは第４図から明らかなように送信パルスＡのくり返
し周期を一定の測定距離においても送信毎に数クロッ・
クバルス分だけ変化させる。

このようにすれば同期雑音ｎは送信パルスＡからの時間
が送信毎に異なってくるので、加算回路で相関がとれな
くなるが、反射波Ｓはくり返し周期をランダムに変化さ
せても常にＡからの時間が一定であるから加算回路で相
関がとれる。従って雑音ｎは有効に除去され、高精度で
最も近い物体からの反射波を検出できる。

上述したくり返し周期Ｔのランダムな変化方法としては
、例えば、送信パルス発生器（３）Ｋおけるプリセット
値の下位桁αを、送信毎にランダムに変化させればよい
。そのため、例えば公知のリンクカウンタ１′を設け、
該リングカウンタに前記クロックパルスと同期していな
い早い周期のクロックパルｘ　ｃＬ、をクロックパルス
発生器２′から与え、測定距離情報に応答してリングカ
ウンタの出力により、クロックパルス発生器２からのク
ロックパルスの入力に先立って上記プリセット値の一部
（下位桁）をランダムに変化させる。このように丁れば
、送信周期ＴはＴ＝Ｔｃ−（Ｎ＋α）となり、送信毎に
Ｔｃが距離に応じて変化すると共ｔｔｃＴはその一定の
距離においてもランダムに数クロックパルスαだけ変化
することになる。

引数器の内容を（］２）の表示器に、たとえば棒グラフ
表示で知らせると同時に、（１３）のアラーム発生器で
距離疋対応した周期又は周波数で可聴音を発生させ距離
を音で表現し、あらかじめ定めた最接近距離のときに、
一段と高い音でアラームを発するようにすることができ
る。

°　なお計数器の距離情報は次の測定距離範囲を決める
ために、（１１のパルス制御器に送られる。

また、送信パルス発生器（３）に対するクロックパルス
発生器２からのクロックパルスの供給方法としては最初
にクロックパルス列ａを与え、測定距離情報が得られて
以後クロックパルス列すを与えるようにしてもよい。

そうすると、ＮＡ　＋　ＮＢを夫々測定距離情報が入る
前、後のクロックパルス列ａ、　　ｂの個数、”ａｓ　
　’ｌ’ｂを夫々のクロックパルス列ａ、　　ｂの周期
とすれば、送信パルスの周期ＴはＴ−ＮａＴａ十ＮａＴ
ｂとなる。但しＮａ十Ｎ１．の値は一定とする。

従って、測定距離が長い場合はクロックパルス列ａの個
数の方が多いため、Ｔは長く、測定距離が短くなると、
次第にクロックパルス列すの個数が多くなるので、Ｔは
短かくなり、測定距離に応じて、送信周期を変化させる
ことができる。

また、前述のようにＴを数クロンクパルス分だけランダ
ムに変化させるには、例えば上記クロックパルス列ａを
カウントする時に前記リングカウンタの出力でプリセッ
ト値の低位桁をαだゆ変化させるようにすれはＴ−Ｎａ
Ｔａ十ＮｂＴｂ」−α１１Ｔａとなり、Ｔは測定距離に
応じて変化し、しかもその一定の距離においても数クロ
ンクパルス分だけランダムに変化させることができる。

特に、この場合、αを一定の１１１１４序、例えは２゜
４．６．８の順序で変化させることＫより、Ｔを準ラン
ダムに変化させることもでき、これでも実用上差支えな
い。

本発明における距離測定の第１の％徴は、測定した距離
に対応して、次の測定距離範囲を決定していることであ
る。即ちくり返し周期Ｔを決定し１１− データ率を向上させている。さらにこのくり返し周期Ｔ
の下位桁部分を変化させ、重複回路と組み合せて種々の
雑音を除去していることである。これにより本装置を多
数同時に使用しても相互干渉がない。

第２の特徴は距離に対応して送信パルス幅を変化させて
いることである。これは長距離では送信出力を増大させ
、短距離においては送信パルス幅を小°さくして、距離
分解能を向上させるためである。

第３の特徴は、何回か得られた受信データを重ね合わせ
ることにより、自動車等から発生する雑音のようなラン
ダムな反射成分をとり除き、装置の信頼性及び安定性を
向上させたことである。

以上の改良を加えることにより、特に移動して接近する
物体の検出、測距を安定して行え、かつ必要な分解能及
び精度を有する装置とすることができた。

第５図は自動車後部（又は前部、側部、床等）に、２個
又は１個の第１図に示した変換器（６）を取１２− り付けた場合の実施例を示す。表示装置は自動車１４の
運転席の適当な場所に取り付ける。運転者が例えばバッ
クギアに入れたとき自動的に本装置に電源が入るよ５に
する。消費電力は１ワツト以下であり、自動車の電源に
ほとんど負担をかけない。

又装置はトランジスター又はＩＣ等で構成することが出
来、小型軽量であるので、設置も容易である。電源が入
ると装置は初期状態となり、最大距離範囲のくり返し周
期で送信パルスを発生する。

障害物が測定されると、これを表示し、同時に測定距離
に対応したくり返しの可聴音で距離を知らせる。運転者
は馴れてくると単に音を聞くだけでその時の大体の距離
がわかるので、表示を見なくても距離感がつかめる。そ
して設定した最接近距離になれは、高い調子のアラーム
を鳴らし、運転者及び歩行者に注意を喚起する。以上の
ようＫ、自動車の後進（又は前進、左折、右折等）時に
おける事故を未然に防止することが可能となる。

第６図は盲人を誘導するための障害物検出装置に本発明
を適用した実施例を示す。この場合例えばベルトｖに本
装置Ｙをとりつけ、表示器に代えて警報器を設け、物体
との距離に対応して可聴音の周波数又は間隔を変化させ
ることにより、盲人に対し音で物体までの距離を知らせ
る。即ち障害物が遠距離では、低い周波数又は間隔、近
距離になれば高い周波数又は間隔とし、ある一定距離内
に障害物が入ると高い周波数の連続音となり危険である
ことを知らせることができる。（連続音のアラームを発
する距離は特定形状のスイッチ等にむか、ベルトのバッ
クルに組み込むか、又は１服の胸ボケンＩＩｃ装Ｎする
等、種々の設置方法が考えられる。

その他の実施例としては以下に主なものを記載する。

（１）　　ロボットにおける対象物の検知、障害物の探
知、測距 （２）車輛左折事故防止用検出器。

この場合、赤外軸温度センサーと併用し、左折時におい
て、所定距離内に物体を検出し、かつ赤外線温度センサ
ーの出力が発生１′る時のみ（即ち人体の温度を感知す
る時のみ）アラームを発して運転者釜に歩行者等に注意
を喚起することができるようにすると有効である。

（３）踏切り事故防止用センサー （４）防犯Ｖ信用センサー （５）　　カメラ、８ミリカメラ、ビデオカメラの自動
焦点装置の距離センサー （６）航窒機（ヘリコプタ−を含む）用絶対高度測定器
。

（７）車輛の速度及び長さ測定用センサー（８）　　カ
ウンタな用いた車輛交通量測定器（９）　　クレーン等
の衝突防止用センサー頓　はしご車のはしごをビルにか
ける際の誘導用センサー （Ｌ］）船舶の接岸誘導センサー １２　　自動ドア用センサー （１３自動車庫における車の有無のセンサー（４車輛追
突防止用センサー αυ　ソーナー、液面計等のような水中、又は水面上の
距離測定センサー。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂｌは本発明の超音波距離測定装置
のブロック図、第２図、第３図及び第４図は第１図の動
作を説明するための図、第５図（イ）、（ロ）は第１図
の装置を自動車に取り付けた場合の実施例を示す図、第
６図は第１図の装置を盲人に適用した場合の実施例を示
す図。 １・・・パルス制御器、２・・・クロック発生器、３・
・・送信パルス発生器、６，６′・・・変換器、９ａ〜
９ｎ・・・シフトレジスター、９・・・加算５．１０・
・・パルスレベル検出器、１１・・・計数器、１２・・
・表示器、１３・・・アラーム発生器。 特許出願人　岡　１）和　男 鈴　　木　　　　　弘 代理人　弁理士　　永　１）武三部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）送信パルス発生手段と、その送信パルスに応答し
   て超音波パルスを発生する手段と、該超音波パルスに対
   応する反射信号を受信して、その受信信号を複数回加算
   し、所定レベル以上の信号を出力する加算手段と、上記
   送信パルスでカウントをスタートし、上記加算手段の出
   力で該カウントを停止する計数手段と、該計数手段のカ
   ウント出力に応答して前記送信パルス発生手段を制御し
   、送信パルスのくり返し周期を上記カウント出力に対応
   するよプに変化させる第１バルヌ制御手段と、上記計数
   手段の計数値を音響的及び又は光学的に表示する手段と
   を備えたことを特徴とする超音波距離測定装置。
2. （２）前記送信パルスのくり返し周期の下位桁部分を変
   化させる第２パルス制御手段を設けたことを特徴とする
   特許請Ｘの範囲第１項記載の超音波−１−・− 距離測定装置。
3. （３）前記送信パルス発生手段は第１クロックパルス発
   住器と、その第１クロンクパルスを入力するプリセット
   カウンタの機能を有する送信パルス発生器とから成り、
   該送信パルス発生器のプリセット値が前記カウント出力
   に対応して変化せしめられるよ５に構成されたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波距離測定装
   置。
4. （４）前記Ｎ４２パルス制御手段は、第２クロックパル
   ス発生器と、その第２クロツクパルスを入力とするリン
   グカウンタとから成り、上記第２クロンクパルスのくり
   返し周期は第１クロツクパルスよりも高く、かつ上記リ
   ングカウンタの出力により前記送信パルス発生器のプリ
   セント値の下位桁を変化させるように構成したことを特
   徴とする特許請求の範囲第２項及び第３項記賊の超音波
   距離測定装置。
5. （５）前記第１パルス制御手段が送信パルスの幅を前記
   カウント出力に対応して変化させる機能を有する特許請
   求の範囲第１項記載の超音波距離側へ　　　　　　　　
   　　−２− 定装置。