WO2013114809A1

WO2013114809A1 - 超音波センサ

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Publication number: WO2013114809A1
Application number: PCT/JP2013/000267
Authority: WO
Inventors: 浩司浦瀬
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2013-08-08
Also published as: US20150003205A1; EP2811317A1; JP2013156223A; EP2811317A4; EP2811317B1; JP6004311B2; US9581693B2

Abstract

　誤検知を少なくし、かつ広い距離範囲の物体を検知する。超音波センサは、超音波を送受波信する送受波器と、送受波器から超音波のバースト波を送波させ、かつ送受波器から出力される受波信号を用いて物体を検知するコントローラとを備える。コントローラは、超音波のバースト波に含まれる波の個数を２段階に変化させるモニタリングモードにおいて物体が検知されると、物体が検知されたときの個数の波を含む超音波のバースト波を用いて物体を検知する検知モードに移行する。

Description

超音波センサ

　本発明は、超音波を利用して物体を検知する超音波センサに関するものである。

　従来から、超音波を送波してから物体による反射波を受波するまでに要した時間を用いて、検知範囲内の物体の存否の判定や物体までの距離の測定を行う超音波センサが提供されている。

　この種の超音波センサは、超音波を送波する送波器と超音波を受波する受波器とを備える。また、送波器と受波器とに兼用される送受波器を備えた超音波センサも提供されている。送受波器を備える超音波センサは、送受波器を送波信号で駆動することにより超音波を検知範囲に送波し、超音波を受波した送受波器から出力される受波信号を用いて反射波を検出する。したがって、送波信号で送受波器を駆動した後、送受波器から出力される受波信号により反射波が検出されるまでの時間を計測すると、検知範囲における物体の存否が検出され、また物体までの距離が計測される。

　送受波器は超音波の送波と受波とに兼用されているから、受波信号を検出する回路には送波信号の一部が回り込む。また、送受波器を送波信号で駆動すると送受波器が機械的に振動するから残響が生じる。そのため、送波信号で送受波器を駆動した後、残響が影響しない時間が経過してから反射波を検出する期間を設定することが提案されている。この構成を採用することにより、送波信号や残響の影響を受けずに反射波の検出を行うことが可能になる（例えば、日本国特許公開２０１０－１８１２０８号公報参照）。

　ところで、送波した超音波に対する反射波の減衰量は、検出しようとする物体までの距離が大きいほど大きくなる。したがって、送波する超音波のエネルギーが一定であると、受波信号の振幅は、検出しようとする物体までの距離が大きくなるほど減少する。このことから、物体を検知可能な距離を遠方側に拡張するには、送波する超音波の振幅を大きくするか、超音波を受波する感度を高めることが考えられる。

　しかしながら、送波する超音波の振幅を大きくすると、残響が影響する時間が長くなるから、物体を検知可能な距離が近距離側において短縮されるという問題が生じる。一方、受信する感度を高めると、物体からの反射波以外の超音波を受波する可能性が高まり、結果的にＳ／Ｎが悪化し、誤検知が生じやすくなるという問題が起きる。

　そこで、本発明の目的は、不要な超音波を受波することによる誤検知を抑制し、しかも広い距離範囲に亘って物体を検知可能にした超音波センサを提供することにある。

　本発明に係る超音波センサは、超音波を送受波する送受波器と、前記送受波器に送波信号を与えて超音波のバースト波を送波させ、かつ前記送受波器から出力される受波信号を用いて超音波が送波された検知範囲に存在する物体を検知するコントローラとを備え、前記送受波器は、受波信号の振幅が飽和しない区間において受波した超音波のバースト波に含まれる波の個数が多いほど受波信号の振幅が増加する構成であって、前記コントローラは、超音波のバースト波に含まれる波の個数をパルス数として定め、前記物体からの反射波に対応した受波信号の振幅に相当する受波信号レベルが閾値以上であるときに前記物体が存在すると判断する機能を有し、パルス数を複数段階から循環的に選択し、かつ前記物体が存在すると判断したときに選択されているパルス数を用いて前記物体を検知することを特徴とする。

　この超音波センサにおいて、前記コントローラは、少なくとも第１のパルス数と、前記第１のパルス数より多い第２のパルス数とを記憶し、前記物体の存在を予備的に検知するまで前記第１のパルス数と前記第２のパルス数を循環的に選択して超音波のバースト波の送受波を行うモニタリングモードと、前記第１のパルス数と前記第２のパルス数のうち前記物体の存在を予備的に検知した時点で選択されていたパルス数を用いて超音波のバースト波の送受波を行う検知モードと、で動作するように構成されることが望ましい。

　この超音波センサにおいて、前記コントローラは、前記モニタリングモードにおいて、先に前記第１のパルスを用いて超音波のバースト波の送受波を行う動作を１ないし複数回繰り返す第１の期間と、前記第１の期間の終了後に前記第２のパルス数を用いて超音波のバースト波の送受波を行う動作を１ないし複数回繰り返す第２の期間と、を有し、前記第１の期間と前記第２の期間とを合せた期間を１サイクルとして、前記物体の存在を予備的に検知するまで当該サイクルを繰り返し行うように構成されることが望ましい。

　この超音波センサにおいて、前記コントローラは、規定の受波期間内において前記受波信号レベルが前記閾値以上であるときに前記物体が存在すると判断し、選択されているパルス数に応じて前記規定の受波期間を変えるように構成されることが望ましい。

　この超音波センサにおいて、前記コントローラは、前記物体を検知したと判断したときに前記物体までの距離が大きいほど前記閾値を小さく設定することが望ましい。

　本発明の構成によれば、１回に送波される超音波のバースト波に含まれる波の個数を変化させて物体を予備的に検知することにより、検知すべき物体までの距離を判断した後に、適正な個数の波を含む超音波のバースト波を送波して物体を検知するから、不要な超音波を受波することによる誤検知を抑制し、しかも広い距離範囲に亘って物体が検知可能になるという利点がある。

　本発明の好ましい実施形態をさらに詳細に記述する。本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な記述および添付図面に関連して一層良く理解されるものである。
本実施形態に係る超音波センサを示すブロック図である。本実施形態に係る超音波センサの動作説明図である。本実施形態に係る超音波センサの動作のフローチャートである。図４Ａおよび４Ｂは、本実施形態に係る超音波センサの動作説明図である。図５Ａおよび５Ｂは、本実施形態に係る超音波センサの動作説明図である。本実施形態に係る超音波センサの受波信号レベルとパルス数との関係を示す図である。本実施形態に係る超音波センサの包絡線信号を示す図である。

　本実施形態の超音波センサは、図１に示すように、超音波を送受信する送受波器１と、送受波器１から超音波を送波させる機能と送受波器１が受波する超音波を用いて物体の存否を検知する機能とを有するコントロールユニット２とにより構成される。送受波器１は、たとえば、ピエゾ素子（図示せず）を備え、高周波成分を含む送波信号で駆動されることにより超音波を出力し、超音波を受波することにより受波信号を出力する。

　コントロールユニット２は、送受波器１に与える送波信号を生成する機能と、送受波器１から出力された受波信号に基づいて物体の存否を検出する機能とを備える。コントロールユニット２は、プログラムにより動作が制御されるマイクロコンピュータのようなデバイスからなるコントローラ２１を備える。

　ここに、送受波器１のハウジング（図示せず）の一部に凹所を形成してコントロールユニット２となる回路基板を収納する構成を採用すれば、超音波センサを１個の部品として扱うことが可能になり、取り扱いが容易になる。また、コントロールユニット２のうちコントローラ２１のみを別の回路基板に実装する構成を採用してもよい。この場合、コントローラ２１を超音波センサ以外の機能に兼用することが可能になる。

　コントローラ２は、１個以上のパルスを含む矩形波を間欠的に生成し、生成した矩形波をコントロールユニット２に設けられた増幅器２２を通して送波信号として送受波器１に与える。すなわち、送受波器１から送波される超音波は、連続波ではなくバースト波として間欠的に送波される。ここに、バースト波である超音波の送波間隔は、検知しようとする物体までの距離に応じて適宜に設定される。送受波器１から送波される超音波のバースト波に含まれる波の個数は、コントローラ２が生成する矩形波に含まれるパルス数に一致するから、以下では、送受波器１から送波される超音波のバースト波に含まれる波の個数を「パルス数」と呼ぶ。

　さらに、コントローラ２は、送受波器１から出力された受波信号の振幅に対応した受波信号レベルを閾値と比較し、受波信号レベルが閾値以上であると物体が存在すると判断する。コントロールユニット２の構成および機能の詳細は後述する。

　ところで、本実施形態の超音波センサは、以下に説明するように、送受波器１が受波する超音波に含まれるパルス数が少ないときに、送受波器１から出力される受波信号の振幅がパルス数に応じて変化するという知見に基づいて構成されている。受波信号の振幅に相当する受波信号レベルとパルス数との関係の一例を示すと図６のようになる。すなわち、パルス数が比較的少ない区間（０個～約６０個の区間）ではパルス数に伴って受波信号レベルが比例的に増加するが、パルス数が比較的多い区間（６０個を超える区間）では受波信号レベルは飽和してほぼ一定になる。図６に示す例は、周波数（周期の逆数）が７２ｋＨｚである超音波を用いて一定の距離に存在する物体を検出する場合について、超音波に含まれるパルス数に対する受波信号レベルの関係を示している。図６に示すデータは、直径５０ｍｍの円柱を、送受波器１から３ｍの距離に位置させ、円柱の側面で超音波が反射されるように物体を配置することにより測定した。

　このようにパルス数に応じて受波信号レベルが比例的に増加する区間が生じるのは、パルス数が少なければ送受波器１を励振するエネルギーが少なく、送受波器１から出力される受波信号レベルが最大出力にならないからであると考えられる。言い換えると、送受波器１から出力される受波信号レベルが飽和しない範囲であれば、超音波に含まれるパルス数に応じて受波信号レベルが調節可能であると言える。

　図６からは、送受波器１が受波する超音波に含まれるパルス数が６０個程度を超える区間では、受波信号レベルは飽和してほぼ一定（１．２Ｖ）になることがわかる。また、パルス数が０～６０個程度の区間では、受波信号レベルはパルス数に伴って比例的に増加することがわかる。

　ところで、送受波器１が受波する超音波に含まれるパルス数は、送波した超音波に含まれるパルス数と一致している。また、送受波器１が受波する超音波に含まれるパルス数が増加するほど、超音波を送波するために送受波器１を駆動する時間が長くなるから、送受波器１の残響が影響する時間も長くなる。したがって、残響が影響する時間を短縮して、近距離側の物体を検出可能にするには、パルス数を減らすほうがよいと言える。

　一方、パルス数を減らすと受波信号レベルも低下するから、近距離側の物体について閾値以上の受波信号レベルを確保できたとしても、閾値以上の受波信号レベルを確保できる最大距離は短くなる。つまり、パルス数が少ないほど物体を検知可能な最大距離が短くなる。

　いま、車両のコーナーソナーやバックソナーとして超音波センサを用い、物体を検知する距離範囲を０．５～１．５ｍ程度に定めている場合を想定する。また、３ｍの距離に存在する物体に対して図６に示す特性が得られる送受波器１を用いると仮定する。この条件では、最短距離からの反射波を残響と分離するために、送波開始から約０．００３ｓよりも短い時間で残響の影響がなくなることが要求される。また、周囲雑音と反射波とを区別する閾値は、たとえば０．５Ｖより大きくする必要があり、かつ最長距離からの反射波に対する受波信号レベルが閾値以上であることが要求される。

　上述した要求を満足させ、物体の反射率などの相違に対応する余裕度も考慮すると、パルス数の下限は１５個程度になり、上限は４０～５０個程度になる。残響の影響については、十分な余裕を見込むことが望ましいから、設計条件としては１５～２０個程度のパルス数が望ましいと言える。

　図６に示す例では、３ｍの距離の物体に対して、パルス数が１８個である場合に、受波信号レベルが０．３Ｖになっている。したがって、１．５ｍの距離の物体に対して受波信号レベルは約０．６Ｖになることが予想される。つまり、パルス数を１８個とすれば、物体を検知可能な最大距離は１．５ｍ以上になる。パルス数が１８個程度であれば、残響が影響する時間は０．００３ｓよりも十分に短いと考えられるから、物体を検知可能な最小距離は０．５ｍ以下になる。つまり、パルス数が１８個であれば、上述した０．５～１．５ｍという距離範囲が満足されることになる。

　上述した知見に基づいて、本実施形態は、物体までの距離に応じて送波する超音波に含まれるパルス数を変化させる構成を採用している。そのため、超音波パルスの個数を段階的に変化させることによって物体までの距離を予備的に検出するモニタリングモードと、モニタリングモードで得られた物体までの距離に基づいて物体の存否を検出する検知モードとが設けられる。以下の説明では、モニタリングモードと検知モードとが個別に設けられる動作例を示すが、モニタリングモードにおいて物体の存否を検知する動作を採用することも可能である。

　コントロールユニット２は、図１に示すように、上述したコントローラ２１のほかに、コントローラ２１から出力される矩形波を増幅する増幅器２２と、送受波器１から出力された受波信号を増幅する増幅器２３とを備える。加えて、図示例のコントロールユニット２は、増幅器２３により増幅された受波信号の包絡線に相当する包絡線信号を抽出する検波回路２４を備える。本実施形態は、送受波器１が超音波の送波と受波とに兼用されているから、増幅器２２から出力される送波信号の一部は、増幅器２３に回り込むことになる。　図７に検波回路２４から出力される包絡線信号を例示する。上述したように、送波する超音波に含まれるパルス数が異なると、送受波器１による残響の影響が継続する時間が変化し、また受波信号レベルが変化する。たとえば、図６に示した特性の送受波器１を用いて図６と同条件で包絡線信号を抽出すると、パルス数が１８個の場合には包絡線信号２３３が得られ、パルス数が６０個の場合には包絡線信号２３４が得られる。

　図によれば、パルス数が１８個の場合の包絡線信号２３３の継続時間Ｔｗ１は、パルス数が６０個の場合の包絡線信号２３４の継続時間Ｔｗ２に比較すると十分に短いことがわかる。すなわち、パルス数が少ないほうが残響の影響が継続する時間が短くなる。また、図６に示したように、パルス数が１８～６０個の区間では、パルス数に対して受波信号レベルが比例的に増加するから、パルス数が多いほど受波信号レベル（包絡線信号のピーク値）が大きくなる。

　コントローラ２１は、増幅器２２に与える矩形波を生成するパルス生成部２１１と、検波回路２４から入力された包絡線信号のピーク値（受波信号レベル）を求めて受波信号レベルを予め設定された閾値と比較する判断部２１２とを備える。判断部２１２は、超音波を送波した後に設定される規定の受波期間内に閾値以上の受波信号を検出すると、受波期間で規定される距離範囲に物体が存在すると判断し、物体の存在を示す信号を出力する。さらに、コントローラ２１は、モニタリングモードと検知モードとの動作モードを選択するモード切替部２１０を備える。モード切替部２１０は、動作モードに応じて超音波に含まれるパルス数を変えるようにパルス生成部２１１に指示し、また、動作モードまたは選択されているパルス数に応じて受波期間を変えるように判断部２１２に指示する。

　パルス生成部２１１は、モニタリングモードにおいて、複数段階のパルス数を循環的に選択する。以下では、２段階のパルス数が循環的に選択される場合を例として説明するが、３段階以上のパルス数が選択されるようにしてもよい。また、パルス生成部２１１が選択する２段階のパルス数のうち少ないほうを第１のパルス数と言い、多いほうを第２のパルス数と言う。超音波の送波後に残響の影響が継続する時間は、第１のパルス数が選択されているときのほうが、第２のパルス数が選択されているときよりも短いから、受波期間は、第１のパルス数が選択されている期間には近距離側に設定され、第２のパルス数が選択されている期間には遠距離側に設定される。

　図２に示すように、モニタリングモードは、第１のパルス数を用いて超音波の送受波を行う動作Ｍ１を続けて複数回繰り返す期間（第１の期間）と、第１の期間の終了後に第２のパルス数を用いて超音波の送受波を行う動作Ｍ２を続けて複数回繰り返す期間（第２の期間）とを有している。また、モニタリングモードは、第１の期間と第２の期間とを合わせた期間を１サイクルの期間Ｔｃとし、物体が検知されるまでサイクル毎の動作を繰り返す。なお、図示例では、動作Ｍ１と動作Ｍ２とを３回ずつ行う期間をモニタリングモードの１サイクルの動作としているが、動作Ｍ１と動作Ｍ２を続けて行う回数は適宜に設定される。

　一方、検知モードでは、モニタリングモードで物体が検知された時点で選択されていたパルス数および受波期間を用いて物体を検知する動作を行う。したがって、検知モードでは、物体が存在する距離範囲に適したパルス数および受波期間が選択されることになる。つまり、残響や雑音の影響が少ない条件で、物体の存否や距離を確実に検出することが可能になる。

　図２に示す例では、モニタリングモードにおける時刻ｔｄで物体が検知された場合を示し、物体が検知されたサイクルが時刻ｔｍに終了している。したがって、モード切替部２１０は、時刻ｔｍにおいて検知モードを選択し、モニタリングモードで物体が検出された時点の動作Ｍ２に対応したパルス数および受波期間を用いた動作Ｄを行う。検知モードでは、超音波を送受波する動作Ｄを続けて行い、物体の存否および物体までの距離を検出する。そして、物体までの距離を報知後に物体が検知されなくなれば、モード切替部２１０は再びモニタリングモードを選択する。

　なお、モニタリングモードから検知モードへ移行しても一度も物体が検知されない場合もあるため、動作Ｄの回数に制限（例えば２０回）を設けることが望ましい。つまり、モード切替部２１０は、検知モードへ移行後、規定回数だけ動作Ｄを行っても物体が検知されなければ、再びモニタリングモードを選択する。

　以上のように、パルス数の異なる超音波を循環的に選択して送受波するモニタリングモードにより物体までの距離を予備的に検出し、物体を検出した条件を用いて検知モードで物体を検知するから、物体を適正な条件で検出することができる。つまり、物体までの距離が近距離であれば残響の影響を軽減し、物体までの距離が遠距離であれば送波する超音波のエネルギーを大きくするように、パルス数および受波期間を複数の選択肢から選択することが可能になる。その結果、誤検知の可能性を低減しながらも、広い距離範囲に亘って物体を検知することが可能になる。

　コントローラ２１の動作を図３にまとめて示す。超音波センサは、動作を開始すると、モード切替部２１０はモニタリングモードを選択する。すなわち、パルス生成部２１１は、パルス数を第１のパルス数に設定し（Ｓ１１）、第１のパルス数の矩形波を出力することにより送受波器１から超音波を送波させる（Ｓ１２）。第１のパルス数を用いた超音波は複数回（上述の例では３回）続けて送波される。次に、パルス生成部２１１は、パルス数を第２のパルス数に変更し（Ｓ１５）、第２のパルス数の矩形波を出力することにより送受波器１から超音波を送波させる（Ｓ１２）。第２のパルス数を用いた超音波も複数回（上述の例では３回）続けて送波される。この動作は、モニタリングモードの１サイクルが終了するまで繰り返される（Ｓ１３）。

　モニタリングモードの１サイクルの間に、判断部２１２は受波信号レベルを閾値と比較し、受波信号レベルが閾値以上になると物体が検知されたと判断する。すなわち、モニタリングモードにおいて、毎サイクルの終了時点までに（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、判断部２１２が物体を検知していると（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、検知モードに移行する。なお、１サイクルの終了時点までに物体が検知されていなければ、パルス生成部２１１は、再び第１のパルス数に変更し（Ｓ１５）、上述の動作を繰り返す。

　検知モードでは、パルス生成部２１１は、モニタリングモードにおいて物体が検知された時点のパルス数を採用する（Ｓ２１）。また、判断部２１２はモニタリングモードにおいて物体が検知された時点の受波期間を採用する。パルス生成部２１１は、採用したパルス数の矩形波を出力して送受波器１から超音波を送波させる（Ｓ２２）。また、判断部２１２は、包絡線信号（受波信号レベル）が閾値以上であれば（Ｓ２３：Ｙｅｓ）、物体が検知されたと判断して報知用の信号を出力し（Ｓ２４）、受波信号レベルが閾値より小さくなるまで（つまり物体が検知されなくなるまで）繰り返しＳ２２～Ｓ２４を行う。そして、受波信号レベルが閾値を超えない場合は（Ｓ２３：Ｎｏ）、物体が検知されていないと判断されて、処理は元のモニタリングモードへ戻り第１のパルス数が設定される（Ｓ１１）。

　なお、図３のフローチャートでは、簡略化のために、モニタリングモードから検知モードへ移行されたとき、最初の超音波を送受波する動作において物体が検知されなければ、処理は直ちにモニタリングモード（Ｓ１１）へ戻るように構成されている。しかし、図２と同様に、たとえ検知モード移行後に物体が検知されなくても、処理は直ちにモニタリングモード（Ｓ１１）へ戻らずに超音波を送受波する動作と閾値判定（Ｓ２２～Ｓ２３）が規定回数だけ繰り返し行われてもよい。この場合、規定回数を消化しても物体が検知されなければ、処理は再びモニタリングモード（Ｓ１１）へ戻る。

　報知用の信号は、ブザーの鳴動に用いたり、報知灯の点灯に用いられる。また、判断部２１２が物体までの距離を算出する機能を備えている場合は、報知用の信号は物体までの距離の情報を含む。

　以下では、第１のパルス数を２個とした場合の動作例を図４に示し、第２のパルス数を６０個とした場合の動作例を図５に示す。図４および図５に示す動作は、モニタリングモードと検知モードとのどちらの動作モードであっても同様である。

　第１のパルス数が選択されている期間において、図４に示すように、時刻ｔ１１に送受波器１に送波信号２２２を与えたとする。この場合、増幅器２３には、時刻ｔ１１において、送波信号の一部が回り込んだ信号および送受波器１の残響に相当する信号を合わせた信号２３５が入力される。図示例において、信号２３５のうち送波信号２２２が停止した時点である時刻ｔ１２から後の信号が残響に相当する成分になる。

　比較的近い距離に物体が存在している場合には、送波信号２２２の送波後において、たとえば、時刻ｔ１３に受波信号２３６が得られる。この受波信号２３６は近距離からの反射波に対応するから、受波信号２３６に対応する受波信号レベルは比較的大きくなる。図示例では、受波信号２３６の受波信号レベルは、判断部２１２に設定された閾値Ｔｈ１以上になることを示している。つまり、物体の存在が検知される。

　一方、比較的遠い距離に物体が存在している場合には、たとえば、時刻ｔ１３よりも遅い時刻ｔ１４において受波信号２３７が得られる。この受波信号２３７は遠距離からの反射波に対応するから、受波信号２３７に対応する受波信号レベルは、比較的小さくなる。図示例では、受波信号２３７の受波信号レベルは、判断部２１２に設定された閾値Ｔｈ１を超えることができないことを示している。つまり、物体が存在しても検知できないことになる。

　第２のパルス数が選択されている期間において、図５に示すように、時刻ｔ２１に送受波器１に送波信号２２３を与えた場合を考察する。この場合、増幅器２３には、第１のパルス数が選択されている期間と同様に、時刻ｔ２１において、送波信号の一部が回り込んだ信号と送受波器１の残響に相当する信号とを合わせた信号２３８が入力される。信号２３８のうち時刻ｔ２２以降が残響に相当する。

　図５に示す動作では、図４に示す動作と比較すると、送波信号２２３の送波開始から残響が停止するまでの時間が長くなっている。そのため、比較的近い距離に存在する物体を検出するように受波期間を設定することが困難である。その一方で、比較的遠い距離に存在する物体からの反射波については、図示するように、たとえば時刻ｔ２３において、上述した原理によって、振幅が比較的大きい受波信号２３９が得られる。図示例では、この受波信号２３９に対応する受波信号レベルは、閾値Ｔｈ１を超えているから、物体を検知することが可能になる。

　ここで、送波信号２２２の送波から時刻ｔ１４までの時間と、送波信号２２３の送波から時刻ｔ２３までの時間とが等しいものとする。すなわち、第１のパルス数が選択されているときに検知不能であった遠方の物体が、第２のパルス数が選択されているときに検知可能になるのである。また、近距離側の物体については、第１のパルス数が選択されているときに検知される。

　以上説明したように、コントローラ２１がモニタリングモードにおいて、パルス数の少ない第１パルス数とパルス数の多い第２のパルス数とを切り替えるから、物体を検知するのに必要なパルス数を定めることが可能になる。また、検知モードでは、モニタリングモードで定めたパルス数を用いることにより、物体の検知が容易になり、結果的に誤検知の可能性が抑制される。しかも、物体までの距離に応じてパルス数を選択するから、広い距離範囲に亘って物体の検知が可能になる。

　いま、図６に示した特性の送受波器１を用いたときに、０．５～１．５ｍ程度の距離範囲の物体を検出するために適正なパルス数が１８個である場合を想定する。ここで、上述の動作例のように、パルス数を６０個に設定すれば、たとえば、物体の検出が可能な最大距離を、たとえば５～８ｍに延長することが可能になる。図７に示すように、パルス数が１８個であるときの包絡線信号２３３では閾値Ｔｈを超えない距離でも、パルス数が６０個であるときの包絡線信号２３４では閾値Ｔｈを超える可能性が高まる。すなわち、閾値Ｔｈの変更を伴わずに検知可能な最大距離を３倍以上に延ばすことが可能になる。

　上述した動作例では、パルス数にかかわらず判断部２１２の閾値を固定しているが、パルス数に応じて閾値を変更してもよい。すなわち、図１に破線で示すように、コントローラ２１は、パルス数の変更に伴って判断部２１２の閾値を選択する閾値設定部２１３を備えていてもよい。閾値設定部２１３は、図５に閾値Ｔｈ２として示すように、第２のパルス数を選択するときに、閾値Ｔｈ１に代えて選択される。閾値Ｔｈ２は、閾値Ｔｈ１よりも小さく設定され、遠方の物体からの反射波を受波したときに、受波信号レベルが低下しても物体の存在を検出することが可能になる。すなわち、遠方に存在する物体の検知が容易になる。閾値Ｔｈ２は、モニタリングモードと検知モードとの両方で判断部２１２に設定することが望ましいが、検知モードでのみ採用してもよい。なお、パルス数が多い場合に閾値を下げる代わりに、パルス数が少ない場合に閾値を上げる構成を採用することも可能である。

　上述した構成例では、コントローラ２１の機能をプログラムの実行により実現した例を示しているが、コントローラ２１の機能をハードウェアにより実現することも可能である。上述の実施形態では、モニタリングモードの１サイクルの間に物体が１回検知されると検知モードに移行する動作を採用しているが、１サイクルの間に物体が複数回検知されると検知モードに移行する動作を採用してもよい。また、モニタリングモードの１サイクルにおいて、第１のパルス数と第２のパルス数とを３回ずつ選択しているが、この回数は適宜に選定することが可能であって、１回ずつでもよい。さらに、モニタリングモードにおいて、物体が検知された時点で１サイクルの終了を待たずに検知モードに移行する動作を採用することも可能である。なお、モニタリングモードから検知モードへの移行を行わずに、モニタリングモードを検知モードとして兼用することにより、モニタリングモードでの物体の検知結果をそのまま採用してもよい。

　本発明を幾つかの好ましい実施形態について記述したが、この発明の本来の精神および範囲、即ち請求の範囲を逸脱することなく、当業者によって様々な修正および変形が可能である。

Claims

　超音波を送受波する送受波器と、前記送受波器に送波信号を与えて超音波のバースト波を送波させ、かつ前記送受波器から出力される受波信号を用いて超音波が送波された検知範囲に存在する物体を検知するコントローラとを備え、
　前記送受波器は、受波信号の振幅が飽和しない区間において受波した超音波のバースト波に含まれる波の個数が多いほど受波信号の振幅が増加する構成であって、
　前記コントローラは、超音波のバースト波に含まれる波の個数をパルス数として定め、前記物体からの反射波に対応した受波信号の振幅に相当する受波信号レベルが閾値以上であるときに前記物体が存在すると判断する機能を有し、パルス数を複数段階から循環的に選択し、かつ前記物体が存在すると判断したときに選択されているパルス数を用いて前記物体を検知することを特徴とする超音波センサ。
　前記コントローラは、少なくとも第１のパルス数と、前記第１のパルス数より多い第２のパルス数とを記憶し、前記物体の存在を予備的に検知するまで前記第１のパルス数と前記第２のパルス数を循環的に選択して超音波のバースト波の送受波を行うモニタリングモードと、前記第１のパルス数と前記第２のパルス数のうち前記物体の存在を予備的に検知した時点で選択されていたパルス数を用いて超音波のバースト波の送受波を行う検知モードと、で動作するように構成されることを特徴とする請求項１記載の超音波センサ。
　前記コントローラは、前記モニタリングモードにおいて、先に前記第１のパルスを用いて超音波のバースト波の送受波を行う動作を１ないし複数回繰り返す第１の期間と、前記第１の期間の終了後に前記第２のパルス数を用いて超音波のバースト波の送受波を行う動作を１ないし複数回繰り返す第２の期間と、を有し、前記第１の期間と前記第２の期間とを合せた期間を１サイクルとして、前記物体の存在を予備的に検知するまで当該サイクルを繰り返し行うように構成されることを特徴とする請求項２記載の超音波センサ。
　前記コントローラは、規定の受波期間内において前記受波信号レベルが前記閾値以上であるときに前記物体が存在すると判断し、選択されているパルス数に応じて前記規定の受波期間を変えるように構成されることを特徴とする請求項１記載の超音波センサ。
　前記コントローラは、前記物体が存在すると判断したときに前記物体までの距離が大きいほど前記閾値を小さく設定することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の超音波センサ。