JPS6310398B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超音波のパルスを周期的に送出し、そ
のパルスの物体からの反射波を検出することによ
り物体の存否を確認し必要に応じて物体までの距
離を推定する物体確認装置に関する。

前述したような装置はソナーあるいは超音波レ
ーダなどといわれる物体の確認、物体までの距離
測定などの目的で広く用いられており反射波中の
雑音を除去するための配慮が施されている。

まず第１図および第２図を参照して従来の装置
例と原理を簡単に説明する。

第１図は従来の装置を示すブロツク図、第２図
は動作を説明するための波形図である。超音波の
発射周期は時間基準発生器１によつて決定され
る。第２図ａに基準周期T_sのパルス列を示して
いる。このパルスを基準にして送出すべきパルス
の幅を決定する送出パルス幅決定回路２が起動さ
れ、その期間だけ超音波発振回路３が動作させら
れ、電力増幅器４により電力増幅されて、発振用
の超音波振動子が駆動される。

この振動子から空間に射出され、物体に当つて
反射して来た超音波は、受信用の振動子６により
変換される。振動子６の出力は、発信された超音
波の周波数に同調させられている増幅器７により
増幅される。ここで同調増幅器を用いるのは、他
の周波数の雑音を除去するためである。この増幅
器７の出力は、受信パルス発生器８によりパルス
に変換される。このパルス発生器は一定レベル以
上の出力を一定のパルスに成形するものであつ
て、低レベルの雑音成分を除去する働きを有す
る。時間基準パルス発生器の出力パルスが発生し
てから、パルス発生器８が出力を発生するまでの
時間tR₁（第２図参照）は、物体までの距離に比
例するから、tR₁の期間を積分回路９の積分期間
とすれば、物体までの距離を指示器１０によつて
表わすことができる。

上記構成の回路においても雑音除去の配慮がさ
れているが、本件発明者は雑音除去という考えを
脱脚して、正しい信号を確認するということ、お
よびその確認のために信号成分が周期性を有して
いることに着目した。第２図に示すように、固定
された送受波器５，６（第１図参照）に対して静
止している物体を想定すると、第１回目の送信
（t₀）に対する反射波発生までの時間tR₁は、第２
回目の送信（t₁）に対する時間tR₂と等しくなる。
そのため受信周期はT_sと等しくなる。

特開昭52−11535、発明の名称自動車後方監視
装置、にはこの周期性に着目した回路が示されて
いる。すなわちこの回路は第１回目の反射波検出
後全周期よりも短い期間マスクして雑音を除去し
次の反射波を得ようとするものである。雑音の除
去という観点からすぐれた提案であるということ
ができる。本件発明の原理は周期性を利用して正
しい信号を確認して使用しようとするものであ
る。

一般に送信周期T_sと受信周期T_Rの間には次の
式が成立する。

T_R＝S_v／S_V±O_V・T_s … ここにおいて S_v：音速 O_v：装置と物体の相対速度（＋符号は相対距
離が短くなることを意味する。−符号は
その逆） 一例としてS_v＝340m／Sec，T_s＝50msO_vの最
大値を10m／Secと仮定すると、T_Rは48.6〜
51.5msの間にあることになる。この短い方の周
期をts、長い方の周期をtlとし、tsからtlまでの
期間を予想領域とする。第４図にts，tl等を示す
波形を第１の信号を受信し次の予想期間中（tl−
ts）に第２の信号を受信したとするとこの第１の
信号と第２の信号がともに正しい信号である確率
がきわめて高く、第２回目に信号があらわれなけ
れば１回目の信号が雑音である確率がきわめて高
い。このような確認を２回以上行なえば確認回数
の上昇に従つて精度は著るしく上昇するはずであ
る。

そこで本件発明の目的は、一定の周期で発信さ
れる超音波パルスの反射波を送信周期を基準にし
て真偽をたしかめ、信号を抽出して利用すること
ができる物体確認装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明による物体
確認装置は、超音波送信装置から一定送信周期で
超音波を送信し、受信装置で前記送信装置から送
信された超音波の反射波を受信し、整形回路で前
記受信装置の出力を一定幅のパルスに整形し、確
認回路により前記パルスを物体からの反射パルス
であることを確認して物体確認出力を送出する物
体確認装置において、前記物体確認回路は、前記
整形回路からの最初の入力パルスで略前記送信周
期に相当する時間だけ遅れて前記整形回路の出力
パルスよりも長い予想期間パルスを発生し、その
予想期間内に入力パルスの有無を確認し、その予
想期間に入力がなかつたときは次の入力パルスを
前記最初のパルスとして次の予想期間を設定し前
記整形回路の出力を前のパルスと送信期間で確認
するように構成されている。

上記構成によれば本発明の目的は完全に達成で
きる。

以下図面等を参照して本発明をさらに詳しく説
明する。第３図は本発明による装置の基本構成を
示すブロツク図である。

時間基準発生器１１、送信用振動子１３、振動
子駆動回路１２等々の送信側の構成は従来と変ら
ない。受信用振動子１４により受信され増幅器１
５、により処理された受信信号は、受信信号成形
回路１６により、一定の振幅と比較的狭い一定の
パルス幅を有するパルスに成形され出力される。
この成形されたパルスは、確認回路１７により真
偽が確認される。正しいと確認されたパルス出力
は出力調整回路１８により、適当な出力信号に転
換される。

第５図は前記確認回路を形成する基本ユニツト
の実施例を示す回路図である。この実施例回路は
第１のアンドゲートG₁、第２のアンドゲートG₂、
第１および第２の単安定マルチバイブレータ
MM₁，MM₂より構成されている。受信信号成形
回路１６の出力はゲートG₁の一方の入力端子に
接続されており、他方の入力端子には後述する
MM₁の出力がインバータInを介して接続されて
いる。ゲートG₁の出力端子はMM₁の入力端子お
よびG₂の一方の入力端子に接続されている。
MM₁の出力はMM₂の入力端子に、MM₂の出力
端子はG₂の他方の入力端子に接続されている。
MM₁，およびMM₂はともに入力信号の負エツジ
でトリガされる単安定マルチバイブレータであ
る。MM₁の接続時間τ₁，MM₂の接続時間τ₂は前
述した予想領域を決定する。tl，tsと形成回路１
６からの出力パルス幅δによつて決定される。そ
してτ₁，τ₂はそれぞれ次式で示される。

τ₁＝ts−δ，τ₂＝tl−ts＋δ、 第４図にτ₁，τ₂、ts，tl，δの関係を示してあ
る。

第６図においてａに示すt₁の時点に発射した超
音波に基づく成形回路１６の出力がｂのt₂の時点
に発生すると、G₁の入力端子に加えられている
ｄがＨであるとt₂の時点に発生した出力はG₁を通
過してｃ点に現れる。MM₁はこのｃ点に現われ
たパルスのネガテイブエツジでトリガされτ₁の期
間、ｄにＨレベルの出力を送出する。MM₁の出
力がＨになるとインバータInの出力はＬとなつて
ゲートG₁を閉じる。したがつて第６図に示すT₁
の期間に回路１６から出力が供給されてもG₁を
通過することができない。MM₁がτ₁の時間経過
後ＬになるとInの出力がＨとなりG₁が開くと
ともにMM₂がMM₁の立下りでトリガされてｅに
示すように出力Ｈが現われる。MM₂の周期τ₂を
経過する前t₄の時点に、t₃の時点に発信した超音
波に基づく回路１６の出力パルスが現われると、
G₂を通過しつづいてG₂を通過して出力ｆを発生
する。G₁を通過したパルスの立下りでMM₁が前
述と同様にセツトされる。

このようにしてts＜t_R＜tlを満足する間隔で成
形回路１６の出力に現われるパルスは順次G₂か
ら出力される。このことは、t₄の時点に現われた
パルスt₄はt₂の時点に現われたパルスにより確認
されてゲートG₂から出力されたことを意味する。
また逆にt₄の時点にパルスが発生したことにより
t₂の時点のパルスも雑音でなかつたことが確認さ
れたことになる。もつともt₂の時点に発生したパ
ルスは、先のパルスにより確認された場合を除き
出力されることはない。

第７図により現実に即した動作波形図を示して
ある。第７図においてａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆは
先に第６図に関して説明したところと変らない。
第７図ｂにおいて、b₁₁，b₁₂，b₁₃，b₁₄，b₁₅は先
に説明した一定の周期で現われる信号パルスであ
つて、このパルスはb₁₁に対応するものを除き、
ｆの出力として現われている。ｂのグラフを詳細
に検討すると、b₂₁，b₂₂，b₂₃も一定の周期性を保
つているが、この実施例による回路では最初のパ
ルスに基づいてM₁₁をセツトするためにb₂₁，b₂₂，
b₂₃はｆには現われていない。ｆでb₁₁の系列のパ
ルス列がなかつたら現われるであろうb₂₁の系列
の出力を示している。なおb₁₃にきわめて接近し
てb_xというパルスが発生しているがb₁₃の立下が
りでM₁₁がセツトされるのでb_xは完全に除去され
ている。

なお上記実施例ではMM₁の出力インバータIn
を介してゲートG₁のゲート入力端子に帰還して
いるが、MM₁をリトリガ不能のマルチバイブレ
ータとすればG₁およびInを用いない予想期間設
定回路を構成することができる。

上記構成の回路においても反射信号パルスを有
効に確認することができるが、さらにこの確認の
精度を上げることができる。第８図はそのような
目的で構成したさらに他の実施例を示す。第９図
は第８図に示した回路の動作を説明するための波
形図である。第８図において、G₀₁，MM₀₁，
MM₀₂，G₀₂，Inの構成および接続は先に第５図
に関連して説明したG₁，MM₁，MM₂，G₂のそ
れと変らない。またMM₁₁，MM₂₁、の構成は
M₀₁と同じであり、第５図で説明したMM₁に対
応する。

MM₁₂，MM₂₂はMM₀₂と同じであり、第５図
で説明したMM₂に対応する。

G₁₂，G₂₂はG₀₂と同じであり、第５図で説明し
たG₂に対応する。

G₀₁の出力ｃは次段のゲートG₁₂およびさらに
次の段のゲートG₂₂に接続されており、初段のゲ
ートG₀₂の出力は次段のMM₁₁のセツトのために、
G₁₂の出力はMM₂₁のセツトのために接続されて
いる。このような確認回路において第９図に示す
t₁の時点に信号b₁が成形回路１６から入力される
とG₀₁は開いているからｃ点に波形が現われる。
この出力はG₀₂，G₁₂，G₂₂に供給されるが各ゲー
トは閉じているから出力ｆ，f₁，f₂はいずれも発
生しない。t₂の時点にb₂が発生すると先のパルス
b₁によるM₀₁，M₀₂の働きでゲートG₀₂が開いてい
るからG₀₂に出力が生じる。b₂は同様にG₁₂，G₂₂
にも供給されるがこれらのゲートは閉じているか
らそれ等のゲートから出力は生じない。次にb₃が
供給されると、ゲートG₀₂およびG₁₂から出力ｆ，
f₁が発生しMM₂₂，MM₂₁をそれぞれセツトする。
信号b₄が印加されるとさきのf₁に原因してG₂₂が
開いているのでG₂₂から始めて出力f₂が現われる。

このようにこの実施例回路ではすくなくとも４
個の正しい成形信号ｂが連続入力したことを確認
して始めて出力f₂が得られる。このような構成に
すれば誤確認はほゞ完全に防止できる。なおf₁を
確認回路１７の出力として用いても良いし、さら
に確認の系を多くすることもできる。

先に第７図に関連して説明したように前述した
装置は、物体からの反射波が２以上存在するとき
は、その一方だけしか確認することができない。
すなわち第７図において、b₁₁の系列（b₁₁，b₁₂，
b₁₃……）は信号として確認されb₁₂以後はｆとし
て出力されるが、b₂₁の信号は確認されず出力さ
れない。これは本発明による確認回路の基本ユニ
ツトが最初に現われた信号を基準にして確認動作
を開始することによる。第１０図を参照してこの
問題を検討する。第１０図Ａに示すように送受波
器１３，１４の視野内に先に物体Ob₁が存在し次
いで物体Ob₂が視野外から侵入したときは、物体
Ob₁からの反射波は確認出力されるがOb₂からの
反射波は確認できない。このように近い方の物体
を確認できないとは、きわめて不都合なことがあ
る。第１１図は前述した問題を解決することがで
きる物体確認装置の確認回路の実施例を示す図で
ある。この確認回路は、先に第５図で説明した基
準確認回路ブロツクを２個並列的に用いてある。
G₁₁，G₁₃，MM₁₁，MM₁₂は第１チヤンネルG₂₁，
G₂₃，MM₂₁，MM₂₂，G₂₂は第２チヤンネルを形
成しており、第３図で説明したG₁に対応する各
チヤンネルのゲートG₁₁，G₂₁は整形回路の出力
端に接続されている。G₁₂，G₂₂は各チヤンネル
の出力ゲートである。各チヤンネルにはそれぞれ
のチヤンネルの動作分担を定めるゲートG₁₃，
G₂₃が設けられている。このゲートの開閉は送信
器側で発生する時間基準信号ａにより駆動される
フリツプフロツプFFの出力ｇと、その出力を反
転出力するインバータの出力ｈによつて制御され
る。次に前記確認回路の動作を第１２図を参照し
てさらに説明する。第１２図は、上例のｇ，c₁，
c₁′，d₁，e₁，f₁に前記第１チヤンネルの動作を、
下側のｈ，c₂，c₂′……f₂に第２チヤンネルの動作
波形と示してある。第１チヤンネルはFFの出力
ｇがＨレベルのときの入力パルスを、Ｌレベルの
時につまり次のサイクルで確認し出力し、第２チ
ヤンネルは、つまりｈがＨレベルのときのパル
スを、ｈがＬレベルのときに確認して出力する。
先に説明した確認回路では、図中b₂₁，b₂₂，b₂₃の
パルス列は確認できないが、b₂₂は第１チヤンネ
ルで確認される。これ等の出力はオアゲートを介
して出力される。

第１３図は第１１図に示した回路をさらに一般
化した実施例を示している。各チヤンネルは図中
点線で示した回路をｎ−１段直接に連結し、各チ
ヤンネルｎ段とし、鎖線で示した回路を（ｎ−
１）列（計ｎチヤンネル）並列に接続したもので
ある。これによりｎ＋１のサンプリングによる識
別が可能になる。ゲートG₁₃，G₂₃，……Gn₃には
ゲートの開閉信号を供給するラインとしてｊ（j₁，
j₂……j_o）がつながれ、チヤンネル順に（ｎ＋１）
回の送信サイクルについて一回の送信サイクル幅
のＬレベルが入力される。各チヤンネルはＬレベ
ルになつた次のサイクルで新しく発生した最初の
信号を確認できるようにしたものである。

ここで第１２図を参照すると、フリツプフロツ
プが再反転し、ｇのレベルがＨとなり信号b₂₁，
b₁₃が発生する送信サイクルにおいて、チヤンネ
ル１は対象をb₁からb₂（この時b₂₁）に切換えて識
別の動作を開始する。このことは識別回路が新た
なタイミングで発生した信号に追随する際は、よ
り近い距離にある物体からの反射波信号を優先し
て確認していることを示している。

第１３図に示す回路についても基本的に同様な
ことがいえる。

第１４図および第１５図に示した実施例はいず
れも１送信サイクルを部分に分割して信号の確認
を行なおうとするものである。第１４図に示す回
路のゲートG₁は３入力のアンドゲートになつて
おり、入力端子の一つは送信装置側で発生する時
間基準パルスａによつてトリガされる単安定マル
チバイブレータMMの出力に接続されている。そ
してこのMMの接続時間は送信１サイクルの時間
より短くなつている。そのためMM₁，MM₂等で
構成される予想期間設定部分が波形整形回路１６
の出力を入力として受け入れる時間は送信１サイ
クルの前半のみとなる。このことは第１０図Ｂに
示すＮの示す扇形の領域からの反射波のみを処理
し、Ｆの示す領域からの反射を無視していること
になる。このような要請は近くの物体のみを確認
すれば良いというときに生じる。

第１５図は前記装置のマルチバイブレータMM
の出力にインバータを接続し、かつ確認のチヤン
ネルを２チヤンネルにしたものである。第１チヤ
ンネルのゲートG₂₂には第１４図同様にMMの出
力が、第２チヤンネルのゲートG₂₁にはインバー
タの出力ｌが供給され、第２チヤンネルは第１０
図Ｂに示す下の領域の物体の存否確認のために動
作することになる。G₁₁，G₂₁の出力はオアゲー
トに接続されているが、別々に処理して、いずれ
の領域に物体が存在するか検知するように構成す
ることも可能である。

第１６図は確認回路の出力処理つまり出力回路
の例を示している。確認回路の出力ゲートG₂の
出力は積分回路に入力される。積分回路の出力は
レベル検出器に接続されており、確認されたパル
ス数が一定数以上になつたときに、物体の存在を
確認した旨の出力を送出するように構成してあ
る。前記積分回路の充放電の定数は目的に応じて
任意に設定できる。極端にいえば１パルスの充電
で所定のレベルに達するようにすることもでき
る。また逆に連続して数個のパルスが入力した場
合に出力が生じ、途中でパルスが抜けると放電に
よりレベルが下つてしまうようにすれば、第８図
に示した回路と同等な機能を持たせることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の物体確認装置の構成例を示すブ
ロツク図、第２図は反射波の同期性を示す図、第
３図は本発明による装置の基本構成を示すブロツ
ク図、第４図は反射波の存在範囲を説明するグラ
フ、第５図は本発明による装置で使用する確認回
路の実施例を示す図、第６図は第５図に示した回
路の動作を説明するための波形図、第７図は、さ
らに現実的な動作波形図、第８図は本発明による
装置のさらに他の確認回路を示す図、第９図は第
８図に示した回路の動作を説明するための波形
図、第１０図は２つの反射波が現れる状態を示す
説明図、第１１図は２チヤンネルで構成した確認
回路の実施例を示す図、第１２図は第１１図に示
した回路の動作を説明するための波形図、第１３
図は確認のチヤンネルをＮチヤンネルとし、各チ
ヤンネルにおいて確認ユニツトを直列にｎ個使用
した、さらに他の確認回路の実施例を示す図、第
１４図は１送信サイクルの前半部分のみに発生し
た受信信号を確認するための確認回路の実施例を
示す回路図、第１５図は１送信サイクルを前半、
後半にわけて、それぞれの部分で受信信号を確認
するようにした確認回路図、第１６図は確認回路
の出力を処理して出力する出力回路の実施例を示
す回路図である。 １：時間基準発生回路、２：送信パルス発生
器、３：超音波発振器、４：電力増幅器、５：送
信用振動子、６：受信用振動子、７：同調増幅
器、８：パルス発生器、９：積分回路、１０：指
示回路、１１：時間基準発生回路、１２：駆動回
路、１３：送信振動子、１４：受信振動子、１
５：増幅器、１６：パルス整形回路、１７：パル
ス確認回路、１８：出力回路、Ｇ：ゲート、
MM：単安定マルチバイブレータ、OR：オアゲ
ート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波送信装置から一定送信周期で超音波を
   送信し、受信装置で前記送信装置から送信された
   超音波の反射波を受信し、整形回路で前記受信装
   置の出力を一定幅のパルスに整形し、確認回路に
   より前記パルスを物体からの反射パルスであるこ
   とを確認して物体確認出力を送出する物体確認装
   置において、前記物体確認回路は、前記整形回路
   からの最初の入力パルスで略前記送信周期に相当
   する時間だけ遅れて前記整形回路の出力パルスよ
   りも長い予想期間パルスを発生し、その予想期間
   内に入力パルスの有無を確認し、その予想期間に
   入力がなかつたときは次の入力パルスを前記最初
   のパルスとして次の予想期間を設定し前記整形回
   路の出力を前のパルスと送信期間で確認するよう
   に構成したことを特徴とする物体確認装置。 ２ 前記物体確認回路は入力端子が前記整形回路
   出力に接続されている第１のアンドゲートと、そ
   のアンドゲートの出力端に接続されておりそのア
   ンドゲートを介して入力された前記整形回路出力
   パルスの立下りで起動される第１の単安定マルチ
   バイブレータと、前記第１の単安定マルチバイブ
   レータの立下りで起動される第２の単安定アルチ
   バイブレータと、前記第２の単安定アルチバイブ
   レータの出力と前記第１のゲートの出力が接続さ
   れている第２のゲートと、前記第１の単安定マル
   チバイブレータの出力を前記第１の単安定マルチ
   バイブレータの他の入力端子に反転接続するイン
   バータから構成されている特許請求の範囲第１項
   記載の物体確認装置。