JPS635289A

JPS635289A - 位置検出装置

Info

Publication number: JPS635289A
Application number: JP61148456A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Nakahi; 和男中樋
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1986-06-25
Filing date: 1986-06-25
Publication date: 1988-01-11

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】【技術分野】

本発明は、超音波を発し、物体によるその反射超音波を
受信することによって物体の位置を検出する位置検出装
置に関するものである。

【背景技術】

従来の超音波反射を利用した位置検出装置は、超音波を
送信してから送受兼用の超音波マイクロホンに反射超音
波が戻ってくるまでの時間を測定し、音速を一定と考え
たとき、この時間と距離とが比例関係にあることを利用
して超音波マイクロホン１から物体２までの距離を出力
するものであった。具体的な構成例をあげて説明すると
、まず、超音波マイクロホン１と被検出物である物体２
との位置関係＃弁は第８図に示すようになっている。この装置の内部！ｆｔ或は第９図のようになっており、
その動作を第１０図のタイムチャートで説明する。デート信号発生回路３で作成した第１０図（ａ）のよう
な送信デート信号によって超音波信号発生回路４を作動
し、−定時間同図（ｂ）のような送信波形を増幅回路５
出力に得て超音波マイクロホン１を駆動し超音波を送信
する。この後、同図（ｅ）のような受信デート信号でレ
ベル検出回路６を動作させる。レベル検出回路６は、同
図（ｅ）のような受信波形を増幅検波回路７で検波して
得た同図（ｄ）のような反射超音波の波形が一定レベル
Ｌ３以上になると同図（「）のようにその出力を反転し
、りａツク回路１０出力の同図（ｈ）のようなりロック
を入力するカウンタ回路８はこの夏転信号を受けた時点
でカウントを停止し、以後、その値を保つ。やがて、同図（ｅ）の受信デート信号がオフになってか
ら、デート信号発生回路３で作成した同図（ｇ）のよう
な出力更新信号を受けた出力回路９はカウンタ回路８の
出力を取り込み、その値に対応する距離値を出力するの
である。従来の位置検出装置は、以上のような動作をするもので
あるから、皐に超音波マイクロホン１と物体２との距離
を示すものであって、空間内での物体２の２次元、３犬
元的な位置を知ることはできなかった。従って、位置変
化を知りたい時も、超音波マイクロホン１に対する、１
次元的な変化のみしか知り得ないという問題があった。

【発明の目的】

本発明の目的とするところは、上記実情に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところ１土、平面、空間
内での２次元、３次元的な物体の位置を検出し得る、超
音波反射を利用した位置検出装置を提供することにある
。

【発明の開示】

本発明において、ｔＪＳｉ発明は送信専用の超音波マイ
クロホン１１と複数の受信専用でかつ互いに一定距離隔
てて配置された超音波マイクロホンＩＡ、Ｉ　Ｂ、ＩＣ
を備えたことを特徴としている。受信用の超音波マイク
ロホンＩ　Ａ、Ｉ　Ｂ、Ｉ　Ｃを３つ使用した場合の１
例について、その原理を説明する。いま、第１図のよう
に、原点Ｏより２［離ａを隔て、に軸上に、αＡ　ｅ　
Ｂ　ｔ　Ｆ軸上に魚Ｃを置いたとする。空間上の点Ｒの
ｘｙｚ座標系の座標（×。１ｙｏ＋Ｚｏ）が求めたい物
体２の位置である。点Ａ、Ｂ、Ｃがら点Ｒまでの距離を
それぞれ１１．１□、１．また、原点Ｏから、αＲまで
の距離を１゜とする。原点Ｏに送信専用の超音波マイク
ロホン１１を置き、点Ａ、Ｂ、Ｃに受信専用マイクロホ
ンＩ　Ａ、Ｉ　Ｂ、Ｉ　Ｃｔ−置いたとすれば、超音波
を一定時間送信した後に点Ｒの物体からの反射波が点Ａ
で観測されるまでの時間差１Ｄ＾は、音速をＶｅ３とす
ると、１゜＋１１ｔＤＡ” となる。同様に、点Ｂ、Ｃ″ｔ’観測されるまでの時間
差をそれぞれＬＤＢ＋ＬＤｌ’：とすると、となる、従
って、ｔＤＡ＋ＬＤＢ＋ＬＤＣを測定することによって
、（ｌｏ＋ＩＩ）ｌ（ＩＯ＋　１２）ｌ（ＩＯ＋１３）
なる距離を測定することができる。ここで、ｋ＝ＶｓＬｎＡ（＝　ＩＯ＋Ｉ、　Ｌ　Ｉ＝　ｖｓｔｏ
Ｆｌ（＝　１．）＋ｌｚ）、糟＝　ｖ５ｔＤＣ（”　Ｉ
　Ｏ＋　１３　）とおくと、以下の式■〜■が成り立つ。ｋ”ｌｏ＋Ｌ＝　　Ｘｏ　＋Ｙｏ　　Ｚｏ　＋ａ　　Ｘ
ｏ　　　ＹａＴ７こ・・・■ ｌ＝　１．＋　１ｚ＝Ｊｘｏ”＋ｙｏ２＋ｚ、’＋Ｊ　
（ａ＋ｘ。）２＋ｙｏ２王Ｔ２・・・■ ｍ＝Ｉｏ＋ｌ、＝　　Ｘｏ　　　ｙｏ　＋ｚｏ”＋Ｘｏ
　＋　　ａ−ｙ−ゴＴ王Ｔ２・・・■ そこで、■、■式より、を得、式■〜■より、２６”　　　ｏ　　Ｘｏ　　Ｆｏ　　　（ｚｏ＞０）　
　　　　・・”■を得る。以上の結果より、超音波を送信してから、点Ａ。Ｂ、Ｃに設置された超音波マイクロホンＩ　Ａ、Ｉ　Ｂ
。ＩＣで反射波を観測するまでの時間差ＬＤＡｔｊＤＢｙ
ＥＤＣを測定すれば、ｋ、１．ｍが求まり弐〇〜■によ
り、物体の座標（ｘｏ＋Ｙｏ＊ｚｏ）を計算することが
できるのである。夫１」［Ｌ以下、本発明の１実施例について説明する。送信用の超
音波マイクロホン１１及び受信用の各超音波マイクロホ
ンＩ　Ａ、Ｉ　Ｂ、Ｉ　Ｃの設置位置は、第１図に示す
ように、原点○及び、距離ａを隔てた点Ａ、Ｂ、Ｃとす
る。また第２図はこの実施例の回路構成ブロック図であ
る。従来例との相異点は、超音波マイクロホン１１．Ｉ
Ａ、ＩＢ、ＩＣを送信用と受信用に分離している点、受
信系がＡ、Ｂ、Ｃの系統になっている点、カウンタ回路
８　Ａ、８　Ｂ。８Ｃの各出力が演算回路１２に入力されている点である
。演算回路１２は、第３図のような演算タイミング信号
によって、各カウンタ回路８Ａ、８Ｂ、８Ｃの１１〜ｉ
、のような出力値をとりこみ、演算を実行する。第３図は第２図実施例のタイムチャートを示し、同図中
（ａ）（ｂ）の送信デート信号及び送信波形は第１０図
の場合同様のものであり、各超音波マイクロホンＩ　Ａ
、Ｉ　Ｂ、Ｉ　Ｃの出力を増幅検波する増幅検波回路７
　Ａ、７　Ｂ、７　Ｃの出力は夫々同図ｄｌ　Ｉｄｏｌ
ｄ、のようになる。第１０図の場合を同様に同図（ｅ）
のような受信デート信号を入力したレベル検出回路６Ａ
、ｆ３ｊ３，６Ｃは同図ｆ、、ｆ２．ｆ、のような出力
が出力され、この出力ｒ、、ｒ２．ｒ、が入力すること
により各カウンタ回路８　Ａ、８　Ｂ、８　Ｃはクロッ
ク回路１０出力のクロックのカウントを停止し、第３図
１＋ｗ！ｚ＋：：＋に示すカウント出力を得る。かくて
同図（ｅ）の受信ゲート信号の終了後、同図（ｇ）の演
算タイミング信号によって、演算回路１２は各カウンタ
回路８　Ａ、８　Ｂ、８　Ｃのカウント出力ｉｌ、１２
．ｉ、を取り込み、演算を開始する。このとき、受信デ
ート時間内に受信がない場合は、カウント出力ｉｔ、ｉ
２、ｉ、が所定のカウント値より大きいので、演算可能
として処理することになる。−方受信ゲート時間内に受
信波がある場合には、各カウンタ回路８Ａ、８　Ｂ、８
Ｃのカウント値１１＋Ｏ＋Ｉ）は、前述のｋ（＝ｖｓｔ
ｏ＾Ｌ　Ｉ（＝　ＶＳｔＤｌ：）１１１１（＝　Ｖｌ　
ｔｏｃ）に対応しで（するので、この値により前述の式
■〜■、及び超音波マイクロホンＩ　Ａ、Ｉ　Ｂ、Ｉ　
Ｃの設置距離ａｌ：ｊｑ応する数値から、物体２に位置
を計算し得る。従って、物体２の空間的な位置を測定で
きるわけである。なお、上記実施例１は、受信用の超音波マイクロホンを
３つ用いた場合の例であるが、３つのマイクロホンの位
置関係を変えても、上記実施例１と同様に計算式を導き
出すことで適用可能であるし、物体位置を２次元的にと
らえるのみでよい場合に、２つの受信用の超音波マイク
ロホンを用いて実現できることはいうまでもない。え１乱Ｌ　　。実施例２は、中心周波数が異なる複数の受信兼用の超音
波マイクロホンＩ　Ａ、Ｉ　Ｂ、Ｉ　Ｃを互いに所定距
離隔てて配置し、各超音波マイクロホンＩＡ、Ｉ　Ｂ、
Ｉ　Ｃから互いに異なる周波数の超音波を発信して物体
２からの反射波を夫々の超音波マイクロホンＩ　Ａ、Ｉ
　Ｂ、Ｉ　Ｃで受信するように構成したものである。以
下において、受信兼用の超音波マイクロホンＩ　Ａ、Ｉ
　Ｂ、Ｉ　Ｃを３つ使用した場合の１例について、その
原理を説明する。いま、実施例１の場合の第１図のよう
に、原点Ｏより距離ａを隔て、Ｘ軸上に点Ａ＋Ｂ＋ｙ紬
上に点軸上置いたとする。空間上の点ＲのＸ＋）’＋Ｚ
座標系の座標（Ｘｏｙｙｏ＋Ｚｏ）が求めたい物体２の
位置である。点Ａ、Ｂ。Ｃから点Ｒまでの距離をそれぞれ１１，１□、１．とお
く　　・と、次式が成り立つ。１、”＝（ａ　　ｘｏ）２＋ｙｏ”＋ｚｏ”・・・■′
＋２”＝　（ａ十Ｘ６）”　＋ｙｏ”＋ｚｏ”・・■′
１３２＝Ｘｏ２＋（ａ　　ｙｏ）２＋ｚｏ””■′上式
■、■、■を変形すると、Ｘｏ”（＋２２１＋”）／　４　ａ　　　　　　　　　
　・・・■′Ｆｏ”　（Ｉ＋２１２２２１３２）／　４
　ａ　　　　　　　−・・■′となる。従って、従来装
置と同様の構成で物体２までの距離を３点から測定すれ
ば、その物体２の位置を検出することができる。なお、
超音波を送信してから反射波が戻ってくるまでの時間を
ｔＳ。音速をｖ５とすれば、物体２までの距離１ｓは、で示さ
れる。また、中心周波数が３つの超音波マイクロホンＩ
　Ａ、Ｉ　Ｂ、Ｉ　Ｃで夫々異なるので、互いの反射波
が干渉することはない。以下、上記実施例１の具体回路例について、説明する。第４図は実施例の回路構成ブロック図である。第４図に
おいて（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はそれぞれ従来例の回路構成
の主要部分の１台分であり、超音波の中心周波数が互い
に異なる。これらの回路部分（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に共通
に必要な信号を発生するデート信号発生回路３及びクロ
ック回路１０は共有化されている。また、各カウンタ回
路（８Ａ）（８Ｂ）（８Ｃ）の出力は演算回路１２に入
力され、デート信号発生回路３の与えるタイミングによ
って演算回路１２がカウンタ回路（８Ａ）（８Ｂ）（８
Ｃ）出力の各値を取り込み、演算するようになっている
。この実施例２の回路の動作はそのタイミングチャートを
第５図に示したが、この第５図（、）〜（ｇ）の動作そ
れぞれは、前述の実施例１の第３図と同様であるので省
略する。なお、位置検出可能なエリアは、ｔＩＳ４図（Ａ）（Ｂ
）（Ｃ）の各回路ブロックが夫々第６図（イ）（ロ）に
示すようなエリアを持つとき、第７図（イ）（ロ）（ハ
）に示すように各回路ブロック（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）がす
べて距離検出可能なエリアとして斜＃ｉ部のように示さ
れる。また上記実施例２において、各超音波マイクロホンの位
置関係を変えても適用可能であるし、また物体の位置を
２次元的にとらえたい場合には、２つの超音波マイクロ
ホンを設けるだけでこれを実現できることはいうまでも
ない。

【発明の効果】

本発明は上述のように構成したものであるから、平面乃
至空間内での２次元又は３次元的な物体の位置を検出す
ることができ、またこの位置の変化を知ることによって
、物体の平面乃至空間内での移動方向をも知ることがで
きる効果をも有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による位置検出の説明図、第２図は同上
の実施例１のブロック図、第３図は同上のタイミングチ
ャート、第４図は本発明の実施例２のブロック図、第５
図は同上のタイミングチャ、−ト、第６図（イ）（ロ）
は超音波マイクロホンのエリアを説明する正面図及び平
面図、第７図（イ）（ロ）（ハ）は上記実施例２の検知
エリアを説明する正面図、側面図及び平面図、第８図は
従来例の位置検出の説明図、第９図は従来例のブロック
図、第１０図は同上の動作説明図であり、（Ｉ　ＡＨＩ
　Ｂ）（ＩＣ）は超音波マイクロホン、２は物体である
。代理人　弁理士　石　１）長　七第３図ｂ　　　：″ ９　　　“ 第５図９：ｊ第６図（イ）ｌ　　　　　　＼ｌ　　　　　　　　　＼！〜　　　リ第７１（イ）Ｃ閃（ロ）手続補正書（自発）昭和６１年８月８日１、事件の表示昭和６１年特許Ｍ第１４８４５６号２、発明の名称位置検出装置３．１１１正をする者事件との関係　　特許出願人住　所　大阪府門真市大字門真１０４８番地名称（５８
３）松下電工株式会社代表者　　藤　井　自　夫４、代理人郵便番号　５３０住　所　大阪市北区梅田１丁目１２１Ｓ１７号５、補正
命令の日付自　　発６、補正により増加する発明の数　なし［１１本願明細
書の特許請求の範囲を下記のように訂正する。１）物体からの反射波を検出する■超音波マイクロホンであって、互いに所定距離隔てて配置
された複数の営■−、＠！音波マイクロホンと、＝ｐシ匿Ｎ１！からの反射波を各ｆｆ１＝超音波マイクａホンで夫々受
信して物体から各’１ｄＬＪＪ音波マイクロホンまでの
眉音波の、ｎ達１１ｉ！闇を計測する手段と、夫々の到
達時間を演算処理して物体の位置を検出する手段とを具
備して成ることを特徴とする位置検出装置。）互いに所定距離隔てて配置されかつ互いなる中心周波
数を持った複数の送受兼用の超音波マイクロホンと、各
超音波マイクロホンから一定時間超音波を送信した後物
体からの反射超音波を受信するまでの時間を計測する手
段と、上記乃計測時間を演算処理して物体の位置を検出
手段とを具備して成ることを特徴とする特許検出ｉ置。」１２１　同上第４頁第４行目の１の目的とするところ」
を削除する。［３］　同上第５頁の最下行の全文を削除して下記の文
を挿入する。［１＝１゜＋１□ ”　　Ｋｏ　　Ｖｏ　　ｚｏ＋ｆ−丁＋ｙｏＪ［４１同
上第６頁第８行目の全文を削除して下記の文を挿入する
。［５１同上第７頁第１５行目の「場合」の次に、「と」
を挿入する。［６］　同上第７頁第１８行目の「場合を１を「場合と
」と訂正する。］７】　同上第８頁第１０行目乃至ｆｐＪ１１行目の［
演算可能］を「演算不可能」と訂正する。［８Ｊ　　同上第８頁第１７行目の「物体２に」を「物
体２の］と訂正する。１９１　同上第９頁第８行目のｒ文施例２は、」の次に
、下記の文を挿入する。ｒ１２発明を示すものであり、」［１０１同上＃９頁ｆｉＳ８行目及び第１４行目）「受
信」を「送受」と夫々訂正する。［１１１同上第１０頁ｔＩｆＪ８行目の全文を削除して
下記の文を挿入する。ｒｙｏ　＝　（１＋　２＋　ｌ□’　−２Ｉ、”）／　
４　ａ　　　・・・■′」【１２１　同上第１１頁第１
行目の「実施例１」を「実施例２」と訂正する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）物体からの反射波を検出する超音波マイクロホン
であって、互いに所定距離隔てて配置された複数の超音
波マイクロホンと、物体からの反射波を各超音波マイク
ロホンで夫々受信して物体から各超音波マイクロホンま
での超音波の到達時間を計測する手段と、夫々の到達時
間を演算処理して物体の位置を検出する手段とを具備し
て成ることを特徴とする位置検出装置。
（２）互いに所定距離隔てて配置されかつ互いに異なる
中心周波数を持った複数の送受兼用の超音波マイクロホ
ンと、各超音波マイクロホンから一定時間超音波を送信
した後物体からの反射超音波を受信するまでの時間を計
測する手段と、上記夫々の計測時間を演算処理して物体
の位置を検出する手段とを具備して成ることを特徴とす
る位置検出装置。