JPS6332386A - 超音波を用いた物体感知装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は超音波を用いた物体感知装置に関し、特に自動
ドアの開閉のための人間感知装置に関する。

（従来の技術） 従来、超音波を用いた物体感知装置、例えば自動ドアの
開閉のための人間感知装置はよく知られている。そして
、超音波の送波器および受波器（以下、まとめて送受波
器という）は、その駆動周波数および使用温度の影響を
受けて感度が相当変動することが知られている。また、
送受波器自体のばらつきによって、それぞれの送受波器
の最適駆動周波数も異なっている。したがって、与えら
れた条件の下で送受波器の感度を最大にすること、すな
わち送受波器の駆動周波数を最適に設定することは、超
音波を用いた物体窓λ口装置にとって主要な課題の一つ
でおる。

この課題を達成するために、特公昭５９−２２９１２号
公報に記載の技術では、送波器に加える電圧の位相と送
波器に流れる電流の位相とが等しくなるように周波数を
制御している。すなわち、このときの周波数が最適駆動
周波数となることを利用している。また、特公昭５９−
９０７７号公報に記載の技術では、送波器の残響振動の
共搬周波数を検知してこれを最適駆動周波数としている
。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来の物体感知装置では、送受波器の最適駆動
周波数を求めるにあたって、送受波器自体の挙動を検知
して判断している。したがって、超音波の反射波を受信
した場合の実際の感度が最大となっているかどうかにつ
いては特に判断していない。

本発明の目的は、超音波の反射波を受信した場合の実際
の感度を測定することによって超音波送受波器の最適駆
動周波数を決定できるような物体感知装置を提供するこ
とにある。

（問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するために本発明による超音波を用いた
物体感知装置は、発振器からの電気信号を受けて超音波
を発射する超音波送波器と、超音波受波器と、超音波受
波器からの電気信号を所定の時間間隔ごとに所定の基準
値と比較してその比、校結果に応じたパルスを発生する
比較器と、比較器からのパルスを受けて時間軸上のパル
ス群パターンすなわち反射パターンを形成する手段と、
反射パターンを記憶する手段と、前記反射パターンの所
定の監視エリア内における時間軸上のパルスを数える手
段と、前記パルス数を記憶する手段と、前記発振器の周
波数を変更する手段と、異なる超音波周波数によって観
測サイクルを操り返す手段と、超音波周波数の異なる複
数の観測サイクルの前記パルス数を互いに比較し最大の
パルス数となる超音波周波数を決定する手段と、物体を
感知するための観測サイクルで１ｑられた反射パターン
と目的とする物体が存在しないときの基本の反射パター
ンとを比較して物体感知信号を出力する手段とを有して
いる。

上記構成によれば、本発明の目的を完全に達成すること
ができる。

（実施例） 以下、図面等を参照して本発明をざらに詳しく説明する
。

第１図は本発明の一実施例のブロック図である。

この実施例は、本発明の物体感知装置を自動ドアの開閉
制御に応用したものである。第１図において、発振器１
からの電気信号は増幅器２で増幅されて超音波送波器３
に入力される。送波器３から発射された超音波は自動ド
アの付近の床や壁あるいは人間などに反射して、その反
射波は超音波受波器４で受信される。受信された超音波
は送波器′　４で電気信号に変換されて増幅器５で増幅
される。

増幅器５からの反射信号は減衰器６を経由して比較器７
に入ツノされ、所定の時間間隔ごとに基準電圧と比較さ
れる。反射信号の電圧が基準電圧より高いときは、比較
器７からパルスが出力される。

反射信号の電圧が基準電圧より低いときは、比較器７か
らは何も出力されない。比較器７の出力はマイクロプロ
セッサ８の反射パターン形成手段９に入力される。反射
パターン形成手段９では、時間軸に沿ってパルスが配置
され、その結果、反射パターンが形成される。送波器３
および受波器４に近いところで超音波が反射した場合に
は、これに対応するパルス群が反射パターン上に早い時
点で現れる。遠いところで反射した場合には、遅い時点
で現れることになる。

自動ドアの付近に人間が近づいたことを超音波で感知す
るためには、人間がいないときの基本の反射パターン（
以下、基本パターンという）をあらかじめ測定しておく
。この基本パターンは基本パターン記憶手段１０に記憶
してあく。そして、人間感知のための観測サイクルで得
られた反射パターンは、反射パターン比較手段１１にお
いて基本パターンと比較される。すなわち、基本パター
ン上ではパルスが存在していない位置に、当該反射パタ
ーン上ではパルスが存在していたときは、人間からの反
射でおると判断して、反射パターン比較手段１１から人
間感知信号を出力する。この出力はリレー１２に送られ
、このリレー１２はドア１３を開くように作用する。

以上が、本実施例の基礎的な動作である。次に、本実施
例のタイムチャートでおる第２図を参照して、本実施例
の動作をざらに詳しく説明する。

第２図の各グラフは、送波器３から超音波が発射された
時刻からの経過時間を横軸にとっである。

グラフ（Ａ）は、送波器３における音圧レベルを縦軸に
とっである。４０ｋＨｚの周波数のパルス状の超音波１
４は、１ｍＳの間だけ発射される。

グラフ（Ｂ）は、ドア付近に人間がいないときに受波器
４で受信する反射波の音圧レベルを縦軸にとっである。

そして、反射波の包絡線を示しである。受波器４には、
送受波器の周辺にある物体による反射１５と、ドアの取
手による反射１６と、床による反射１７とが現れる。グ
ラフ（Ｃ）は、増幅器５の利得を、縦軸にとっである。

増幅器５の利得は、最初は小さい値１８にして徐々に増
加させていき、所定の値１９となったところで一定に保
っている。こうすることにより、反射１５によって増幅
器５が飽和するのを防いでいる。ざらに、反射体が送受
波器に近いほど反射レベルは大きくなり、だいたい送受
波器からの距離の２乗に反比例するため、送受波器周辺
の昆虫などによって自動ドアが誤動作することがある。

増幅器５の刊１ｑを送受波器付近で小さくしておけば、
このような誤動作も防ぐことができる。グラフ（Ｄ）は
、増幅器５と減衰器６とを通過した出力電圧を縦軸にと
ったものである。減衰器６の動きについては後述する。

グラフ（Ｂ）の反射１５に相当するグラフ（Ｄ＞の部分
２０は、増幅器５の利得の小さな値１８のために、小ざ
くなっている。ドアの取手からの反ｔＡ１６による出力
電圧２１と床からの反射１７による出力電圧２２は、グ
ラフ（Ｂ）と同様なパターンで現れている。

グラフ（Ｅ）は、基本パターンを作成するための観測サ
イクルにおける比較器７のパルス出力を時間軸上に示し
たものである。すなわち、反射パターンである。パルス
の大きさは「１」かｒＯＪであるので、このグラフでは
、縦軸に沿った大きさは情報としての意味を持たず、横
軸すなわち時間軸に沿ったパルスの位置が情報を伝える
役に１をする。減衰器６の出力電圧が比較器７の基準電
圧を越えたときに、比較器７からパルスが出力される。

このとき、減衰器６の出力電圧と比較器７の基準電圧Ｖ
との比較は、３５０μｓのサンプリング間隔で実施され
る。その結果、一定の幅Ｗ１、Ｗ２を備えたパルスｕ２
３．２４が現れる。

グラフ（Ｆ）は、自動ドアの付近に人間がいる場合の増
幅器の出力を示す。この場合は、上述の反射２１．２２
に加えて、人間による反射２５が現れている。グラフ（
Ｇ）は、グラフ（Ｆ）を比較器７に入力したときの比較
器出力を時間軸に沿って示したものである。グラフ（Ｅ
）と比較して、人間による反射２５に対応するパルス群
２６が析たに川れている。グラフ（Ｇ）とグラフ（Ｅ）
とを反射パターン比較手段１１で比較することにより、
人間感知信号が反射パターン比較手段１１から出力され
る。

次に、送受波器の最適駆！＃１周波数の求め方を説明す
る。第３図は、超音波送受波器の感度温度特性を、駆動
周波数をパラメータとして示したグラフでおる。このグ
ラフから、送受波器の感度は使用温度と駆動周波数の双
方に影響されることがわかる。温度がＴ１のときには駆
動周波数をｆｌとすれば感度が最も高くなり効率的であ
る。そして、温度がＴ２のときは駆動周波数をＴ２、温
度がＴ３のときは駆動周波数をＴ３とすれば良いことが
わかる。

本実施例では、送受波器の最適駆動周波数を定めるのに
、実際の反射パターンを利用している。

第４図のグラフ（Ｈ）は、比較器７の出力を利用して送
受波器の最適周波数を定めるための監視エリアを示した
ものである。人間を感知するためには、実際は倍視エリ
ア２７の範囲内を監視していれば良い。すなわち、超音
波の発射時刻からの経過時間が１１から１２までの間を
監視すれば良い。

なぜならば、ｔｌまでの時間に現れるパルスパターンは
人間の身長よりも高い位置からの反射でおり、ｔ２から
ｔ３までの時間に現れるパルスパターンは床から７０Ｃ
ｍ以内の高さくこの範囲内では犬などの動物からの反射
があるが、これを監視から除くためである）からの反射
であるからである。２８は床からの反射が現れる領域で
ある。領域２８が現れるまでの時間ｔ３は、あらかじめ
床からの反射波を測定しておくことによって得られるも
のである。

まず、超音波の周波数をｆｌに設定して、人間が自動ド
アの付近にいないときに、第１図の反射パターン形成手
段９で反射パターンを形成する。

そして、これを反射パターン記憶手段２９に記憶する。

次に、パルス計数手段３０で監視エリア２７内のパルス
を数える。パルスの計数は３５０μｓのサンプリング間
隔で行う。このときのパルス数をＮ１とする。人間がい
なくても周囲からのいろいろな反射で若干のパルス数が
検出されるのである。そして、パルス数記憶手段３１に
Ｎ１を記憶する。最初の周波数なので比較すべきパルス
数は存在せず、パルス数比較手段３２はそのまま素通り
して、周波数変更手段３３で発振器１の周波数をｆ２に
変更する。そして、観測サイクル繰り返し手段３４によ
って発振器１を周波数ｆ２で発振させ、次の測定サイク
ルを実施する。同様にパルス数を数えてＮ２とする。こ
のパルス数Ｎ２はパルス数比較手段３２でＮ１と比較さ
れ、Ｎ２がＮ１より大きいときはＮ１の代わりにＮ２を
パルス数記憶手段３１に記憶する。このとき、Ｎ２に対
応する周波数ｆ２も記憶しておく。ざらに、周波数をｆ
３としてパルス数Ｎ３を得て、同様のことを実施する。

そして、Ｎ１〜Ｎ３のうちで最大のパルス数となるもの
が選択されることになる。

ここでは、例としてＮ２が最大とする。この場合、Ｎ２
に対応する周波数ｆ２が最適駆動周波数となる。すなわ
ち、実際に超音波を発射してその反射波を受信した場合
に最も大きな反射出力を１ｑたときの同波数を最適駆動
周波数とするのである。

本実施例では、３種類の周波数として３８．４ｋＨｚ、
４０ｋＨｚ、４１．７ｋＨ２を用いているが、必要に応
じてこれと異なる周波数あるいはもっと数多くの周波数
を利用することができるのはもちろんでおる。

次に、第１図に示した′＄５衰器６の役割を説明する。

基本パターンにおける監視エリア２７内のパルス数は多
くても少なくても困るのでおる。すなわち、パルス数が
多いと、本来の人間からの反射波を検知するのに妨げと
なる。一方、パルス数が少ないと、感知システム全体の
感度が鈍くなることになる。そこで、本実施例では、監
視エリア２７内のパルス数が監視エリア２７全体の２０
％となるように、マイクロプロセラ（Ｊ８の減衰最調面
手段３５によって減衰器６を調節している。すなわち、
監視エリア２７の８０％が有効チャンネルとなるように
しである。有効チャンネルが８０％未満のときは、減衰
器６の減衰器を多くして減衰器６の出力を小ざくし、反
射パターンに現れるパルス数を少なくしている。一方、
８０％を越えるときは、減衰器の減衰器を少なくしてい
る。その結果、有効チャンネルは常に８０％となる。な
あ、このような減衰器６の副面は、上述の最適駆動周波
数の選択の後に実施される。

本実施例の最適駆動周波数の選択と減衰器６の調節は、
自動ドアを使い始めるとき、すなわち毎朝の開店のとき
などに実ｌｌ＠する。そして、その後５分ごとに１回実
施する。これは、時間の経過と共に周囲の温度条件、気
流条件などが異なってくるためである。

上ｊホのＲ適駆動周波数の選択について、その手順を第
５図のフローチャートでまとめて示す。

本実施例では、説明の便宜上、送波器３と受波器４とを
別個の素子として説明したが、実際は一つのトランスデ
ユーサを切り換えることによって送波器３と受波器４の
１９割を果たしている。また、自動ドアの開閉のために
１訳ドアの萌後および４下をカバーするために３１囚の
トランスデユー１すを使用している。そして、これらト
ランスデユーサを順次切り換えて自動ドア付近の監視を
しているものである。

（発明の効果） 以上説明したように本発明は、複数の周波数を用いて実
際の反射パターンを測定し、その監視ヱリア内のパルス
数が最大となる周波数を最適駆動周波数としているので
、常に効率的な監視が実施できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は第１
図に示す実施例のタイムチャート、第３図は超音波送受
波器の感度温度特性を駆動周波数をパラメータとして示
したグラフ、第４図は最適駆動周波数を選択するための
監視エリアを示すグラフ、 第５図は最適駆動周波数を選択するためのフローチャー
トである。 １・・・・・・発振器、 ３・・・・・・送波器、 ４・・・・・・受波器、 ７・・・・・・比較器、 ９・・・・・・反射パターン形成手段、１０・・・・・
・基本パターン記・！手段、１１・・・・・・反射パタ
ーン比較手段、２つ・・・・・・反射パターン記゛玄手
段、３０・・・・・・パルス計数手段、 ３１・・・・・・パルス数記憶手段、 ３２・・・・・・パルス数比較手段、 ３３・・・・・・周波数変更手段、 ３４・・・・・・観測サイクル繰り返し手段、特許出願
人　株式会社本田電子技研 代　理　人　　弁理士　井ノロ　秀 才１図 ２２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）発振器からの電気信号を受けて超音波を発射する
   超音波送波器と、 超音波受波器と、 超音波受波器からの電気信号を所定の時間間隔ごとに所
   定の基準値と比較してその比較結果に応じたパルスを発
   生する比較器と、 比較器からのパルスを受けて時間軸上のパルス群パター
   ンすなわち反射パターンを形成する手段と、 反射パターンを記憶する手段と、 前記反射パターンの所定の監視エリア内における時間軸
   上のパルスを数える手段と、 前記パルス数を記憶する手段と、 前記発振器の周波数を変更する手段と、 異なる超音波周波数によつて観測サイクルを繰り返す手
   段と、 超音波周波数の異なる複数の観測サイクルの前記パルス
   数を互いに比較し最大のパルス数となる超音波周波数を
   決定する手段と、 物体を感知するための観測サイクルで得られた反射パタ
   ーンと目的とする物体が存在しないときの基本の反射パ
   ターンとを比較して物体感知信号を出力する手段とを有
   する、超音波を用いた物体感知装置。