JPH0126032B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (A) 発明の技術分野 本発明は超音波距離測定装置、特に例えば電子
計算機の座標入力装置に用いることができるよう
な装置であつて、超音波を利用し、正確な距離測
定を可能とする超音波距離測定装置に関するもの
である。

(B) 技術の背景と問題点 第１図は超音波の受信波形の例を示す。

超音波を送信し、それを受信するまでの時間
に、超音波の伝播速度を掛けて、超音波送信器と
受信器間の距離を計測する方式は知られている。
超音波送信器は、超音波振動子をそなえ、超音波
を発射するが、この超音波の受信波形は、例えば
第１図図示の如くになり、一般に立ち上がり部分
でのＳ／Ｎ比は悪い。そのため、最初の１波長を
識別し検出するのは難しい。例えば、超音波の周
波数が100KHzであつて、音速が340ｍであると
き、１波長の検出ずれにより、計測値が3.4mm違
つてくることになる。特に、送信器と受信器とを
近づけると信号成分は大きくなるが、ノイズも大
きくなり、逆に送信器と受信器とを遠ざけると信
号・ノイズ成分とも小さくなる。従つて、計測す
る距離に影響を受けずに安定して、受信器側にお
いて、超音波の到達を検出するのは、容易ではな
い。

(C) 発明の目的と構成 本発明は上記問題点の解決を図り、例えば第１
図に図示した受信波形のピークＡ，Ｂ，Ｃ，……
のいずれか１つを送信器と受信器との距離によら
ずに、安定して検出できるようにし、超音波の発
射から受信までの正確な時間によつて、距離を計
測できるようにすることを目的としている。その
ため、本発明の超音波距離測定装置は、超音波送
信器と超音波受信器とをそなえ、発射された超音
波を受信するまでの時間にもとづいて距離を測定
する超音波距離測定装置において、上記超音波送
信器と上記超音波受信器間の距離を近似的に計測
する近似距離計測部と、該近似距離計測部の出力
情報である距離に対応するアドレス位置に、当該
距離に対応する調整情報を記憶するメモリを有
し、該メモリから調整情報を得て、受信波形にか
けるスライスレベルまたは超音波の送信パワーも
しくは受信ゲインを調整するレベル調整部とをそ
なえ、上記レベル調整部による調整状態のもとで
検出された受信信号にもとづいて距離を計測する
ことを特徴としている。

以下図面を参照しつつ説明する。

(D) 発明の実施例 本発明の実施例を説明するに先立ち、本発明の
原理について簡単に説明する。第２図は本発明に
関連する受信波形の例、第３図および第４図は距
離と受信レベルとの関係図を示す。

超音波振動子から発射された超音波の受信波形
は、立ち上がり部分でのＳ／Ｎ比が悪いことは、
第１図で説明したとおりであるが、超音波送信器
と受信器との距離によつても第２図イおよび第２
図ロ図示の如く、全体の受信レベルが異なつてく
る。送信器と受信器との距離が近ければ、第２図
イのように受信レベルは大きくなるが、距離が遠
ければ、第２図ロのように相対的に小さくなる。
例えば、第２図に示す受信波のＢの波形を、超音
波の到達点とするとき、Ｂ点における受信波形の
電圧は、一般には一定ではない。そこで、Ｂ点
を検出するためには、１つ前の受信波Ａにおける
電圧との関係を考慮する必要がある。このこと
から、本発明では電圧ととの電位差に着目
し、この間に常にスライスレベルがくるように調
整する。

すなわち、例えば第３図図示のように、およ
びの電位が距離に応じて変化するとき、スライ
スレベルＣも距離に応じて変化するようにする。
または、例えば第４図に示すように送信パワーを
距離に応じて変化させ、受信器で受信するおよ
びが、常に一定電圧になるようにして、固定ス
ライスレベルＣを与える。こうすることにより、
距離によらずに受信波形Ｂを安定に検出できるこ
ととなる。

第５図は本発明の一実施例構成、第６図は第５
図図示実施例の処理動作説明図を示す。

図中、１は超音波送信器、２は超音波受信器、
３はドライバ、４は超音波振動子、５は超音波検
出器、６はカウンタ、７はアドレス変換部、８は
読出し専用メモリ（ROM）、９はデイジタル／
アナログ変換回路、１０はオペアンプ、１１は入
出力ポート、１２はプロセツサ（CPU）を表わ
す。

超音波送信器１と超音波受信器２との距離を計
測するとき、まず超音波送信器１は、ドライバ３
によつて、超音波振動子４を駆動し、超音波を発
振する。このとき、発射のタイミングを示す発射
信号を、超音波受信器２のカウンタ６へ出力す
る。超音波検出器５は、受信した超音波を電気的
信号に変換するものである。

カウンタ６は、超音波が発射されてからの時間
を計測するものであつて、近似距離の計測にも用
いられるものである。なお、ここでいう近似距離
は、絶対的な距離の単位を持つものでなくてもよ
く、相対的な時間間隔であつて、距離に比例する
ものも含む。カウンタ６は、超音波送信器１から
の発射信号を入力すると、所定のクロツク信号
CLKによつて、カウント動作を開始する。カウ
ンタ６のカウント値は、アドレス変換部７に入力
される。アドレス変換部７は、近似距離に相当す
るカウント値を、ROM８上の距離に対応するア
ドレスに変換するものであるが、カウント値を直
接ROM８のアドレスに用いることができる場合
には必ずしも設ける必要はない。

ROM８には、予め、距離に対応したスライス
レベル、または受信側のゲインが記憶されてい
る。ここで記憶されるスライスレベルは、予め実
験等によつて定められた第３図図示スライスレベ
ルＣに相当するものである。以下、スライスレベ
ルを記憶させる例を第１のタイプ、受信のゲイン
情報を記憶させる例を第２のタイプという。

アドレス変換部７から供給されるアドレス情報
に従つて、ROM８がアクセスされ、距離に対応
するスライスレベルまたは受信側のゲインが読み
出される。デジタル／アナログ変換回路９は、
ROM８から読み出された値を、アナログ量に変
換し、オペアンプ１０に供給する。オペアンプ１
０によつて、受信信号から例えば第２図図示受信
波形のＢ部分が検出されることとなる。なお、受
信信号をデイジタル量として予めサンプリングす
ることにより、受信波形のＢ部分の検出を、デイ
ジタル処理で行うことも可能である。

受信信号のＢ部分の検出信号が、入出力ポート
１１を経由して、プロセツサ１２に通知される
と、プロセツサ１２は、そのときのカウンタ６の
値を入出力ポート１１を経由して、読み込む。こ
の読み込んだカウント値は、超音波の発射から超
音波受信器２へ到達するまでの正確な時間に対応
しているので、この値にもとづいて正確な距離を
算出することができる。なお、必要に応じて、気
温変化による音速の変化を考慮して、温度補正を
行つたり、また、実際の超音波の到達が、波形Ｂ
ではなく、例えば波形Ａであるような場合のオフ
セツト量を、予め実験などにより、固定した距離
で求めておき、オフセツト補正を行うことによつ
て、さらに正確な距離を算出することも可能であ
る。

上記実施例の処理動作をフローチヤートの形で
表わすと、第６図図示の如くになる。すなわち、
送信信号の発射によつてカウンタを動作させ、カ
ウンタにより、近似距離を得る。この近似距離を
もとにアドレス変換し、ROMをアクセスする。
次に、ROMから読み出した値をアナログ量に変
換する。ここで、第１のタイプの場合、変換され
たアナログ量で受信信号にスライスをかけ、特定
の波形を検出する。また、第２のタイプの場合に
は、上記アナログ量で受信信号のゲインを変え
て、固定スライスをかけることにより、特定の波
形を検出する。このときの時間により、プロセツ
サにおいて、正確な距離を計算する。

第７図は本発明の他の一実施例構成、第８図は
第７図図示実施例の処理動作説明図を示す。図中
の符号は、第５図に対応する。

第５図図示実施例においては、ROM８に、距
離に対応したスライスレベルまたは受信側のゲイ
ンに関する情報を格納しておくのに対し、第７図
図示実施例においては、距離に対応した超音波の
送信パワー調整情報を格納しておく。そして、
ROM８から読み出した値を、デイジタル／アナ
ログ変換回路９によつて、アナログ量に変換した
後、超音波送信器１へ該変換量を送出し、超音波
の送信パワーを調整する。すなわち、送信器と受
信器の距離が大きい場合には、送信パワーを大き
くし、距離が小さい場合には、送信パワーを小さ
くする。これによつて、受信器における受信レベ
ルが、例えば第４図図示のように、距離によらず
に、一定となることとなる。こうすることによつ
て、オペアンプ１０により、受信信号に第４図図
示Ｃに相当する固定スライスレベルVrefをかけ
ることにより、特定の受信波形を検出できる。

この第３のタイプの実施例の処理動作を、フロ
ーチヤートの形で表わしたものが、第８図であ
る。すなわち、送信信号の発射によつて、カウン
タを動作させ、カウンタによつて近似距離を得
る。これをアドレス変換し、ROMをアクセスす
る。読み出した値をアナログ量に変換し、このア
ナログ量に応じて、超音波を発射させる電圧を変
化させる。この調整された超音波の受信波形に、
固定スライスをかけることにより、特定の波形を
見つけることができる。プロセツサは超音波の発
射から検出までの時間に、音速を乗算することに
より、正確な距離を計算することができる。

上記実施例では、カウンタ６により、いわば仮
想的な近似距離を得るようにしているが、例えば
固定スライスレベルを用いて、実際の近似距離を
測定してもよい。

(E) 発明の効果 以上説明した如く本発明によれば、超音波の特
定の受信波形を安定に検出できるようになるの
で、精度のよい距離測定が可能になる。例えば、
情報処理装置のカーソル・ポインテイング装置な
どの座標情報入力装置等に広く応用が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波の受信波形の例、第２図は本発
明に関連する受信波形の例、第３図および第４図
は距離と受信レベルとの関係図、第５図は本発明
の一実施例構成、第６図は第５図図示実施例の処
理動作説明図、第７図は本発明の他の一実施例構
成、第８図は第７図図示実施例の処理動作説明図
を示す。 図中、１は超音波送信器、２は超音波受信器、
５は超音波検出器、６はカウンタを表わす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波送信器と超音波受信器とをそなえ、発
   射された超音波を受信するまでの時間にもとづい
   て距離を測定する超音波距離測定装置において、 上記超音波送信器と上記超音波受信器間の距離
   を近似的に計測する近似距離計測部と、 該近似距離計測部の出力情報である距離に対応
   するアドレス位置に、当該距離に対応する調整情
   報を記憶するメモリを有し、該メモリから調整情
   報を得て、受信波形にかけるスライスレベルまた
   は超音波の送信パワーもしくは受信ゲインを調整
   するレベル調整部とをそなえ、 上記レベル調整部による調整状態のもとで検出
   された受信信号にもとづいて距離を計測すること
   を特徴とする超音波距離測定装置。