JPS63311192A - 超音波距離計 - 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】 ［技術分野１ 本発明は、超音波パルスを用いて物体までの距離を検出
するパルス式の超音波距離計に関するものである。

［背景技術］ 第５図に従来の超音波パルスの超音波振動子の端子間電
圧波形を示す。この超音波距離計は送受波兼用の超音波
振動子を用いており、この超音波振動子に図中Ｔにて示
す送波印加期間に送波信号゛を印加して、超音波振動子
から超音波パルスを送波し、この超音波パルスの送波時
点から物体による反射波が受波されるまでの時間遅れか
ら物体までの距離を検出するものである。この超音波ｙ
巨離計では、超音波振動子に送波信号を印加した後も超
音波振動子は振動し、図中イにて示す所謂残響信号が生
じる。この残響信号イは時間の経過と共に減衰するため
、この残響信号イが物体検知レベルであるしきい値ｖｔ
ｈ以下に減衰すれば、図中口〜二に示す物体からの反射
波による受波信号によって、物体までの距離を検出する
ことができる。しかし、図中水に示すように残響信号イ
がしきい値ｖｔｈ以下に減衰していない時点で近距離に
存在する物体からの反射波が超音波振動子で受波された
場合、残響信号イと物体からの反射波による受渡信号ホ
との区別がつかず、物体までの距離測定ができない。つ
まり、従来の超音波距離計では近距離物体に対する検知
能力が悪い問題があった。

１発明の目的］ 本発明は上述の点に鑑みて為されたものであり、その目
的とするところは、近距離物体に対する検知能力を改善
した超音波距離計を提供することにある。

［発明の開示］ （構成） 本発明は、超音波パルスを送波し、物体からの反射波を
受波することで物体までの距離を検出するパルス式の超
音波距離計において、超音波振動子による受波信号を増
幅検波した出力を、夫々異なるレベルのしきい値を有す
る複数個のレベル検知回路でレベル検知してしきい値以
上のときに７％イレベルとなるディジタル信号に波形整
形する波形整形手段と、この波形整形手段出力の内で超
音波パルスの送波後で最も早い立上りを検出すると共に
、上記最も早い立上りが生じたレベル検知回路出力の立
下りを検出し、上記立上りと立下りとの中間時点を求め
て、この中間時点までの送波時点からの時間遅れによっ
て物体までの距離を検出する距離検出手段とを備えたも
のであり、波形整形手段が夫々異なるレベルのしきい値
を有する複数個のレベル検知回路を備えることにより、
残響信号に完全に隠れない限りは受波信号を検出するこ
とができるようにし、この波形整形手段出力の内で超音
波パルスの送波後に最も早く立ち上がるレベル検知回路
の立上り及び立下りを検出し、距離検出手段にて上記立
上りと立下りとの中間時点を求めて、この中間時点まで
の送波時点からの時間遅れによって物体までの距離を検
出することにより、残響信号に完全に隠れない限りにお
いては近距離物体の距離をも検出することができるよう
にしたものである。

（実施例） 第１図乃至第４図に本発明の一実施例を示す。

本発明は、第５図に示すように従来は１個であったしき
い値ｖｔｈを、第４図に示すように夫々レベルの異なる
複数個のしきい値Ｖａ〜Ｖｅにて受波信号ホ〜二の有無
を検知するようにすれば、残響信号イの中に受波信号が
完全に隠れない限りは受波信号ホでも検知可能であるこ
とに着目し、これにより近距離物体までの距離測定を可
能としたものである。

本実施例の超音波距離計も、第１図に示すように、送受
波兼用の超音波振動子１を用いたものである。超音波振
動子１を駆動して超音波パルスを送波させる送波手段を
、送波信号を作成する送波信号作成回路２と、この送波
信号作成回路２出力を超音波振動子１の駆動レベルまで
増幅する送波増幅回路３とで構成し、この超音波振動子
１から送波された超音波パルスの物体による反射波を受
波する受渡手段を、超音波振動子１出力を増幅検波する
受波回路４で構成しである。この受波回路４出力を、夫
々異なるレベルのしきい値以上のときにハイレベルとな
るディジタル信号に波形整形する波形整形手段として、
夫々異なるレベルのしきい値を有する複数個のレベル検
知回路（なお、本実施例においては複数個のレベル検知
回路を１個のブロックとして示しである）５で構成しで
ある。このレベル検知回路５出力の内で超音波パルスの
送波後で最も早い立上りを検出すると共に、上記最も早
い立上りが生じたレベル検知回路５出力の立下りを検出
し、上記立上りと立下りとの中間時点を求めて、この中
間時点までの送波時点からの時間遅れによって物体まで
の距離を検出する距離検出手段を、上記レベル検知回路
５の夫々の出力の立上りによってセットされると共に、
立下りによってリセットされる７リツプ７０ツブ回路（
以下、Ｆ／Ｆと呼び、このＦ／Ｆもレベル検知回路の個
数に応じた個数備えている）７１〜７．と、距離計測用
の高低２種類の周波数のクロック信号り、ｆｚ（但し、
ｆ、＝　２　ｆ２）を発生する発振回路９と、超音波パ
ルスの送波後から上記Ｆ／Ｆ　７、〜７．の内で最も早
い立上りが生じた時点までは周波数の高い第１のクロッ
ク信号ｆ１を出力すると共に、この最も早い立上りが生
じたレベル検知回路５出力の立下りまでは周波数の低い
第２のクロック信号ｆ２を出力する信号選択回路８と、
この信号選択回路８出力に生じるクロック信号ｆ、　、
ｆ２をカウントするカウンタ１０と、信号選択回路８に
て上記量も早い立上りが生じたレベル検知回路５出力の
立下りが検出されたときに出力されるラッチ信号０゜に
よってカウンタ１０のカウント値をラッチすると共に、
このカウント値を＠１のクロック信号ｆ１に基づいて演
算して物体までの距離を算出する演算回路１１と、上記
送波信号作成回路２出力に同期するカウンタ１０のカウ
ント開始タイミングを示すスタート信号ｉ、を作成して
カウンタ１０及び信号選択回路８に入力するスタート信
号作成回路１２と、上記レベル検知回路５出力を送波後
から信号選択回路８にて上記量も早く立上りが生じたレ
ベル検知回路５出力の立下りが生じた時点まで通過させ
るゲート回路６とで構成してあり、この即離検出手段１
３出力である物体までの距離を表示器１４に表示するよ
うになっている。第２図は上記信号選択回路８の具体回
路であるが、この具体回路の構成は後述する動作説明と
ともに説明する。

以下、本実施例の動作を第３図に従って説明する。超音
波振動子１は、送波信号作成回路２出力である送波信号
を送波増幅回路３にて増幅した駆動信号によって駆動さ
れ、超音波パルスを送波する。そして、検知領域に物体
が存在すると、受波回路４の増幅後の出力は１３図（ａ
）に示す波形となる。なお、二〇受渡回路４の増幅後の
出力には、受波信号へと共に超音波振動子１から超音波
パルスを送波しているときの超音波振動子１出カド及び
残響信号イが含まれている。この受波回路４出力はレベ
ル検知回路５によって夫々のしきい値■ａ〜Ｖｄと比較
され、しきい値Ｖａ〜Ｖｄ以上のときにハイレベルとな
るゲイジタル信号に波形整形される。夫々のしきい値Ｖ
ａ〜Ｖｄにてレベル検知を行ったレベル検知回路６出力
を第３図（ｂ）〜（ｅ）に示す。なお、上記送波信号作
成回路２から送波信号が出力されると、スタート信号作
成回路１２は第３図（ｆ）に示す送波印加期間Ｔに等し
いパルス幅のスタート信号ｉ、を出力する。このスター
ト信号ｉ、は第２図に示す信号選択回路８内部の７リツ
プ７０ツブ回路１５をセットする。この７リツプ７０ツ
ブ回路１５出力はデート回路６のデート信号ｏ３としで
用いられており、７リツプ７０ツブ回路１５がセットサ
れることにより、第３図（１）に示すようにデート信号
ｏ３がハイレベルとなる。従って、デート回路６が開か
れて上記レベル検知回路５出力がＦ／Ｆ　７、〜７．に
入力される。このＦ／Ｆ７．〜７４は＠１図中の上部の
ものほどしきい値レベルが高いレベル検知回路５出力が
入力され、受渡回路４出力がしきい値Ｖａ〜Ｖｄを一旦
下回って更に上回ったとき、つまりこのしきい値Ｖａ〜
Ｖｄ以上の受渡信号が検出されたときに、Ｆ／Ｆ７、〜
７．がセラ））れ、夫々のレベル検知回路５出力が更に
しきい値Ｖａ〜Ｖｄを下回ったときリセットされる。つ
まり、このＦ／Ｆ　７、〜７．によって受波回路４出力
の送波信号ト及び残響信号へを取り除いた受渡信号へに
応じた出力だけが抽出されることになる。なお、第３図
のしきい値Ｖｄに関しては受波回路４出力が一旦下回っ
て更に上回わることがないので、Ｆ／Ｆ７．〜７４はセ
ットもリセットもされず、出力が生じない。このＦ／Ｆ
　７１〜７．出力に応じて信号選択回路８が信号処理を
行って、超音波パルスの送波後から上記Ｆ／Ｆ７、〜７
．の内で最も早い立上りが生じる時点までは発振回路９
０周波数の高い第１のクロック信号ｒ１を出力すると共
に、この最も早い立上りが生じたレベル検知回路５出力
の立下りまでは周波数の低い第２のクロック信号ｆ２を
出力する。さらにこの動作について詳述する。信号選択
回路８は、Ｆ／Ｆ７．〜７．出力１２〜ｉ、の内で最も
立上りの早いものの立上り及び立下りを検出するため、
しきい値Ｖａ〜Ｖｄの内でしきい値レベルの低いものか
ら優先して信号処理に用いる構成としてあり、これをア
ンド回路１６〜１８、インバータ１９〜２１、及びオア
回路２２で構成しである。たとえば、第３図の場合には
しきい値Ｖｃを有するレベル検知回路５出力を示す第一
３図（ｄ）から送波信号ト及び残響信号イを除去した信
号がオア回路２２から出力されることになり、このオア
回路２２出力を第３図（ｈ）に示す。このオア回路２２
出力は、発振回路９出力であるクロック信号ｆ＋、ｆ２
の選択回路に入力され、この選択回路はアンド回路２３
〜２５、オア回路２６、及びインバータ２９で構成され
ている。オア回路２２出力をインバータ２９にて反転し
た出力（第３図（ｇ））と発振回路９のクロック信号ｆ
、とをアンド回路２４にてアンド処理すると共に、オア
回路２６を介したアンド回路２４出力と７リツプ７０ツ
ブ回路１５とのアンド処理をアンド回路２５にて行うこ
とにより、送波終了時点からレベル検知回路５の内の最
も早い立上りが生じる時点までは、第３図（ｉ）に示す
ようにクロック信号ｆ、がカウンタ１０に出力される。

また、オア回路２２出力（第３図（ｈ））と発振回路９
のクロック信号ｆ２とをアンド回路２３にてアンド処理
すると共に、オア回路２６を介したアンド回路２３出力
と７リツプ７０ツブ回路１５出力とのアンド処理をアン
ド回路２５にて行うことにより、最も立上りの早いレベ
ル検知回路５出力が立ち上がってから立ち下がるまでは
、第３図（ｉ）に示すようにクロック信号ｆ２がカウン
タ１０に出力される。なお、上記７リツプ７０ツブ回路
１５はオア回路２２出力にてリセット、つまり最も立上
りの早いレベル検知回路５の立下りによってリセットさ
れるようになっている（第３図（１））。また、この最
も立上りの早いレベル検知回路５であるオア回路２２出
力を微分回路２７にて微分して（第３図（ｊ）に示す）
、インバータ２８にて反転することにより。

第３図（ｋ）に示す演算回路１１にカウンタ１０のカウ
ント値をラッチするラッチ信号Ｏ７を作成するようにし
である。カウンタ１０はスタート信号作成回路１２出力
であるスタート信号ｉ、によってリセットされて信号選
択回路８出力０゜であるクロック信号ｆ＋ｙｆ２のカウ
ントを開始する。演算回路１１は信号選択回路８にてラ
ッチ信号０１が入力されたとき、つまり最も立上りの早
いレベル検知回路５の立下り時点でカウンタ１０のカウ
ント値をラッチし、このカウント値から物体までの距離
を算出する。本実施例のカウンタ１０では、クロック信
号ｆ、とこのクロック信号ｆ１の半分の周波数のクロッ
ク信号ｆ２とをカウントするため、カウンタ１０のカウ
ント値はクロック信号ｆ、については最も立上りの早い
レベル検知回路５の立上りと立下りとの中間時点となり
、超音波パルスが送波された後に受波信号へのピークが
検出されるまでの時間遅れが分かり、従って演算回路１
１によって物体までの距離が算出でき、この演算回路１
１出力を表示器１４に表示する。このように本実施例に
よれば、レベル検知回路５にてレベルの異なる複数個の
しきい値にて超音波振動子１出力をレベル検知すること
により、残響信号イ内に受波信号へが完全に隠れない限
りは、受波信号へを検出することができ、従ってこのレ
ベル検知回路５出力の内で超音波パルスの送波後に最も
早く立ち上がるレベル検知回路５の立上り及び立下りを
検出し、距離検出手段１３にて上記立上りと立下りとの
中間時点を求めて、この中間時点までの送波時点からの
時間遅れによって物体までの距離を検出することにより
、残響信号に完全に隠れない限りにおいては近距離物体
の距離をも検出することができる。なお、上述の実施例
においてはしきい値が４個の場合について説明したが、
上述のようにレベル検知回路５の個数が限定されるわけ
ではないことは言うまでもない。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、超音波パルスを送波し、物体か
らの反射波を受波することで物体までの距離を検出する
パルス式の超音波距離計においで、超音波振動子による
受波信号を増幅検波した出力を、夫々異なるレベルのし
きい値を有する複数個のレベル検知回路でレベル検知し
てしきい（１以上のときにハイレベルとなるゲイジタル
信号に波形整形する波形整形手段と、この波形整形手段
出力の内で超音波パルスの送波後で最も早い立上りを検
出すると共に、上記最も早い立上りが生じたレベル検知
回路出力の立下りを検出し、上記立上り時点と立下り時
点との中間時点を求めて、この中間時点までの送波時点
からの時間遅れによって物体までの距離を検出する距離
検出手段とを備えたものであり、波形整形手段が夫々異
なるレベルのしきい値を有する複数個のレベル検知回路
を備えることにより、残響信号に完全に隠れない限りは
受波信号を検出することができ、この波形整形手段出力
の内で超音波パルスの送波後に最も早く立ち上がるレベ
ル検知回路の立上り及び立下りを検出し、距離検出手段
にて上記立上りと立下りとの中間時点を求めて、この中
間時点までの送波時点からの時間遅れによって物体まで
の距離を検出することにより、残響信号に完全に隠れな
い限りにおいては近距離物体の距離をも検出することが
でき、従って超音波パルスの近距離物体に対する検知能
力が改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路構成を示すブロック図
、第２図は同上の信号選択回路の具体回路図、第３図は
同上の動作説明図、第４図は同上の原理説明図、第５図
は従来例の問題点を示す説明図である。 １は超音波振動子、５はレベル検知回路、１３は距離検
出手段である。 代理人　弁理士　石　１）長　七 實＄饗巌財 富＋＋省σ県

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波パルスを送波し、物体からの反射波を受波
   することで物体までの距離を検出するパルス式の超音波
   距離計において、超音波振動子による受波信号を増幅検
   波した出力を、夫々異なるレベルのしきい値を有する複
   数個のレベル検知回路でレベル検知してしきい値以上の
   ときにハイレベルとなるディジタル信号に波形整形する
   波形整形手段と、この波形整形手段出力の内で超音波パ
   ルスの送波後で最も早い立上りを検出すると共に、上記
   最も早い立上りが生じたレベル検知回路出力の立下りを
   検出し、上記立上りと立下りとの中間時点を求めて、こ
   の中間時点までの送波時点からの時間遅れによって物体
   までの距離を検出する距離検出手段とを備えて成ること
   を特徴とする超音波距離計。