JPS62277581A - 物体検知センサ - 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】 ３、発明の詳細な説明 ［技術分野］ 本発明は、超音波を発し、その反射波の有無によって、
被検知物体の存在を検知する物体検知センサに関するも
のである。

［背景技術］ 第７図は、反射超音波の強弱によって被検知物体の有無
を検知する従来例のブロック図を示すものである。デー
ト信号発生回路４により所定期間、超音波信号発生回路
３から超音波信号が出力され、この超音波信号は増幅回
路２にて増幅され、更に、超音波振動子である超音波マ
イクロホン１から超音波が送信される。送信された超音
波は被検知物体にて反射されて送受信を兼ねる上記超音
波マイクロホン１により受信される。この超音波マイク
ロホン１にて受信された反射波は増幅回路５にて増幅さ
れ、検波・積分回路６により検波及び積分される。検波
・積分回路６の出力が所定のレベルを有している場合に
は、デート信号発生回路４の出力信号にて同期したレベ
ル検出回路７ｈ・ら信号が出力される。そして、レベル
検出回路７からの出力はサンプルホールド回路８により
保持されて、被検知物体が存在していることの信号を出
力する。

以下、共１体的に動作をｆｊＳ８図のタイムチャートに
よって説明する。尚、第７図のａ−８点の波形は第８図
の（ａ）〜（ｇ）に対応しているものである。

今、第８図（ａ）に示すようなデート信号発生回路４か
らの送信デート信号ａで、超音波信号発生回路３からの
超音波信号は増幅回路２にて増幅され、＠８図（ｂ）の
ような送信波形で超音波マイクロホン１が駆動されて該
超音波マイクロホン１より超音波が送波される。この送
波された超音波は被検知物体により反射されて、上記超
音波マイクロホン１にて受信され、第８図（ｃ）に示す
ような波形を増幅回路５へ出力する。そして、検波・積
分回路６により第８図（ｄ）に示すように検波及び積分
され、レベル検出回路７に入力される。このレベル検出
回路７に、デート信号発生回路４から第８図（ｅ）に示
すような受信デート信号つＣ入力され、この受信デート
信号内でレベル検出回路７が信号を監視し、その期間内
に、あるレベル以上の反射波があったときに第８図（「
）に示すような検出信号が出力され、更にサンプルホー
ルド回路８によＩ）第８図（ｇ）に示すような検知信号
が出力されることになる。

ところで、超音波マイクロホン１は一般に指向性があり
、その前面での反射波強度は強いので、検知エリアは！
＠６図の破線で示すようになる。ここで、破＃ａＡは受
信デート信号ｅの巾し。によって決定される。すなわち
、超音波が超音波マイクロホン１より送波され、被検知
物体にて反射し、その反射波が戻ってくるまでの時間が
し。となる距離が破ｍＡである。破線Ｂが反射波強度に
よって決定される。超音波マイクロホン１の前面に比べ
、側方では反射波が弱いため、検知レベルの限界となる
反射波の強度を示す被検知物体位置が破＃ｉＢとなるも
のである。従って、反射率の低い低検知物体ではＢ′の
ようになる。

以上のように、従来の超音波反射を利用した物体検知セ
ンサでは、側方の検知エリア形状が反射波強度に依存し
ているため、又財率の異なる被検知物体に対して検知エ
リアが異なるという問題を有しており、また、検知エリ
ア形状を自由に設定できず、単に、超音波マイクロホン
の前面の距離を限定するだけであった。

［発明の目的］ 本発明は、上述の点に鑑みて提供したものであって、検
知エリア形状を任童に限定できることを目的とした物体
検知センサを提供するものである。

［発明の開示１ （Ｆｒｉ成） 本発明は、超音波振動子から超音波を一定時間送信した
後、定められた時間内に戻ってくる被検知物体からの反
射波の有無によって被検知物体の有無を検知するように
した物体検知センサにおいて、一定の距離を隔てて設け
られ、中心周波数の異なる複数の超音波振動子と、各超
音波振動子から超音波を送信してから反射波を受信する
までの時間差により、それぞれの超音波振動子から被検
知物体までの距離を算出すると共に、各超音波振動子と
被検知物体との間の夫々の距離から被検知物体の位置を
演算し、予め設定した超音波振動子の側方方向の検知エ
リアの条件値と被検知物体の位置の演算結果とを比較し
て検知エリアを限定する検知エリア限定演算手段とを有
したことを特徴とするものである。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面により説明する。

本発明は、中心周波数の異なる複数の超音波マイクロホ
ンを備えたことを特徴とするものであり、超音波マイク
ロホンが２つの場合について、まず、その原理を第５図
を用いて説明する。一対の超音波マイクロホン１１，１
□は距！！％２ａを隔てて設置されており、それぞれの
超音波マイクロホン１１，１２から被検知物体Ｘまでの
距離をＱ、、Ｑ２とすると、第５図における座標を用い
て被検知物体ＸのＸ１１’座標は次式で示される。

θ　１２−　〇　、２ ・・・・・・■ 超音波を送信してから、被検知物体Ｘからの反射波が戻
ってくるまでの時間は、音速を一定とすると、それぞれ
の超音波マイクロホン１１，１□から被検知物体χまで
の距離に比例するから、この時間差によって距離Ｑ＋、
Ｑ、ｚに対応した値を知ることができる。尚、それぞれ
の超音波マイクロホン１１，１□は中心周波数が異なる
ので、互いの超音波反射による干渉はないものである。

以上の原理を用いれば、被検知物体Ｘの位置を０式ない
し０式によって知ることができ、予め設定したエリア内
に被検知物体Ｘが存在するかどうかを判定できるもので
ある。

以下、本発明の一実施−１１ＦＩＩを具体的に説明する
。

使用する超音波マイクロホン１の指向性は偏平状となっ
ており、従来例の物体検知センサに使用したときに、そ
の検知エリア形状が前面より見て第４図（、）のように
、側面から見て第４図（ｂ）のように夫々なっているも
のとする。この場合、検知エリアは平面的に扱うことが
でき、以下、前面より、見た平面状の検知エリア形状を
考えるものとする。

第２図は本実施例のブロック図を示すものである。超音
波を送信した後、反射波を受けてレベル検出回路７が出
力を出すところまでは、２つの周波数について行なって
いるだけで、従来例と同様の動作を行なうため、その部
分の説明は省略し、本発明の要旨の部分について説明す
る。すなわち、レベル検出回路７Ｉ、７□の後段にクロ
ック発振回路１０からのクロックをカワントするカウン
タ９１．９□と、このカウンタ９．．９２の出力を演算
処理することで被検知物体Ｘの位置を計算する演算回路
１１と、演算回路１１にて計算された結果と、予め設定
しておいた検知エリア条件の値とを比較する条件比較回
路１２等を付設している。尚、池の従来例と同じＭ！を
或は番号の下部に添え字を付けて、夫々の中心周波数Ｆ
、、ｆ２の場合に対応させている。第３図は第２図のタ
イムチャートを示し、ｆｊＳ２図のａ−Ｈ点は第３図の
（、）〜（ｇ）の波形と夫々対応し、第２図のＣ′〜ｇ
′点は第３図（Ｃ）′　〜（ｇ）′の波形と夫々対応し
、更に、第２図のｈ及びｉ点は第３図の（１１）及び（
ｉ）の波形に対応しているものである。尚、カウンタ９
１，９□、クロック発振回路１０、演算回路１１、条件
比較回路１２等で検知エリアを限定する検知エリア限定
演算手段が構成される。

次に、動作を説明する。超音波マイクロホン１０，１□
がら夫々中心周波数ｆ、、ｆ２が異なる超音波が送信さ
れ、被検知物体Ｘにて反射された反射波は従来例を同様
に受信された受信信号はレベル検出回路７．．７２に入
力される。第３図（ｆ）に示すようにレベル検出回路７
．．７２の出力ｆによって、カウンタ９１，９□はその
動作を停止し、ＰＩＩＪ３図（ｇ）及び（＋り’　に示
すようにその時の値ｎ及びｍを保持する。このカウンタ
９１，９□はデート信号発生回路４の送信デート信号ａ
によってリセットされた後、々門−２々ｆｉ砿闇吐１八
人１．−ハ々轡−ｈハ鮪屯り内ントしているから、この
値は反射波を受けるまでの時間に比例し、従って、被検
知物体Ｘまでの距離に比例することになる。デート信号
発生回路４からの受信デート信号ｅ（＠３図（ｅ）及び
（ｃ）’　）がオフになった後、第３図（１１）に示す
ようにデート信号発生回路４からの演算タイミング信号
１１により演算回路１１は２つのカワンタ９３，９□の
値を取り込み、この値によって被検知物体Ｘの位置を計
算する。この結果と、予め設定しておいた検知工１７ア
条件の値とを比較し、条件比較回路１２が結果を出力す
る。例えば、検知エリア限定条件を第１図に示すような
、−ｂ＜ｘ＜ｂと限定した時、上記０式より検知エリア
条件式は、 であり０、の、、η２はカウンタ９Ｉ、９□の値＋１．
ｎに適当な定数をかけて求められるから、この条件式よ
り簡単に、第１図の斜線部のように限定できるものであ
る。尚、受信デート信号ｅの期間内に反射波がなかった
場合には、カウンタ９Ｉ、９□は動作を続けるから、カ
ウント数の超過により、演算回路１１は演算の可否を知
ることができる。

また、被検知物体Ｘの超音波の反射率が低くなって、第
４図（、）の一点鎖線に示すように実質的な検知エリア
が狭くなる場合でも、本発明によれば、検知エリア限定
の条件によっては、第１図の２重斜線部に示すようなわ
ずかの検知エリア減少にとどめることができるものであ
る。また、検知エリア限定条件を任意に定めることら、
条件比較回路１２の設定により可能である。以上、平面
状の検知エリアの実施例について述べたが、３次元的な
検知エリアの限定をする場合にも適用できることは言う
までもないことである。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、超音波振動子から超音波を一定
時開送信した後、定められた時間内に戻ってくる被検知
物体からの反射波の有無によって被検知物体の有無を検
知するようにした物体検知センサにおいて、一定の距離
を隔てて設けられ、中心周波数の異なる複数の超音波振
動子と、各超音波振動子から超音波を送信してから反射
波を受信するまでの時間差により、そｈぞれの超音波振
動子から被検知物体までの距離を算出すると共に、各超
音波振動子と被検知物体との間の夫々の距離から被検知
物体の位置を演算し、予め設定した超音波振動子の側方
方向の検知エリアの条件値と被検知物体の位置の演算結
果とを比較して検知エリアを限定する検知エリア限定演
算手段とを有しているものであるから、この検知エリア
限定演算手段により、複数の超音波振動子から送Ｍされ
、被検知物体からの反射波を受信することで、各超音波
振動子から超音波を送信してから反射波を受信するまで
の時間差により、それ（″れの超音波振動子から被検知
物体までの距離をヰ出し、更に、各超音波振動子と被検
知物体との間の夫々の距離から被検知物体の位置を演算
し、予め設定した超音波振動子の側方方向の検知エリア
の条件値と被検知物体の位置の演算結果とを比較して検
知エリアを限定することで、任意に超音波振動子の何方
方向の検知エリアを限定できる効果を奏するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の検知工ｌ）アを限定する場合
の説明図、ｔＩｒＪ２図は同上の物体検知センサのブロ
ック図、第３図は同上の＠２図のタイムチャート、第４
図（ａ）（ｂ）は同上の超音）皮マイクロホンの平面か
ら見た指向特性図及び側面から見た指向特性図、第５図
は同上の説明図、第６図は超音波振動子の指向特性図、
第７図は従来例のブロック図、第８図は同上の第７図の
タイムチャートである。 １は超音波マイクロホン、Ｘは被検知物体を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波振動子から超音波を一定時間送信した後、
   定められた時間内に戻ってくる被検知物体からの反射波
   の有無によって被検知物体の有無を検知するようにした
   物体検知センサにおいて、一定の距離を隔てて設けられ
   、中心周波数の異なる複数の超音波振動子と、各超音波
   振動子から超音波を送信してから反射波を受信するまで
   の時間差により、それぞれの超音波振動子から被検知物
   体までの距離を算出すると共に、各超音波振動子と被検
   知物体との間の夫々の距離から被検知物体の位置を演算
   し、予め設定した超音波振動子の側方方向の検知エリア
   の条件値と被検知物体の位置の演算結果とを比較して検
   知エリアを限定する検知エリア限定演算手段とを有して
   成ることを特徴とする物体検知センサ。