JPS639876A - 超音波による距離測定方法およびその装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波による距離測定方法およびその装置に
係り、とくに周波数変調法を用いた超音波による距離測
定方法およびその装置に関する。

〔従来の技術〕

従来より、超音波を用いた距離測定の手法としては、時
間差法９周波数変調（ＦＭ）法等種々のものが知られて
いる。

この内、周波数変調法にあっては、周波数が一定掃引期
間において時間に対し直線的に変化する超音波を断続的
に対象物体等に送波し、これによる反射波を受波すると
ともに、送信波と受信波とのビートをとるという構成の
ものく以下、これをｒＦＭバースト法」という）が有効
となっている。

そして、このＦＭバースト法では、ビート信号の周波数
が被測定距離に略比例するという原理に基づいて、超音
波信号を送波する毎に距離演算を行っている。このため
、対象物体との間の多重反射波等によるノイズ混入を減
少せしめ高精度な計測を行い得るようになっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上述した従来技術において、遠距離まで測定
できるよう計測レンジを拡大するには、送波するＦＭバ
ースト波の周波数変調レンジをその分大きく設定する必
要がある。

しかしながら、電気信号と超音波信号との相互変換を担
う超音波振動子等にあっては、実際的には、使用可能な
周波数レンジにも帯域特性による一定の限界があり、そ
れほど広帯域のものが得られないことから、計測レンジ
にも一定の制約が生じ、これがため計測レンジの広域化
が困難であるという問題点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる従来技術の有する問題点に鑑みなされ
たもので、ＦＭバースト法による計測レンジを拡大し、
より遠距離まで測定することのできる超音波距離測定装
置を提供することを、その目的とする。

（問題点を解決するための手段） そこで、本発明では、掃引時間ＴＩ、ｌを有し周波数変
調が施されてなる計測用ＦＭ波と、掃引時間Ｔ　ｏ　ｒ
　（Ｔ　ｏ　＜　Ｔ　ｏ　＋　）を有し当該計測用ＦＭ
波と同一の周波数変化率の周波数変調が施されてなる送
波用ＦＭ波とを所定タイミングで発生せしめた後、当該
送波用ＦＭ波に付勢されこれに対応した超音波信号を対
象物体との間で送受せしめ、これによって受波した超音
波信号に対応する受信ＦＭ波を形成し、この後、当該受
信ＦＭ波が前記計測用ＦＭ波の計測不安定領域を外した
所定の計測範囲内にあるか否かを判断し、しかる後、前
記計測用ＦＭ波が所定の計測範囲にある場合には、当該
計測用ＦＭ波と前記受信ＦＭ波とによるビート波に基づ
いて前記対象物体までの距離を演算するとともに、前記
計測用ＦＭ波が所定の計測範囲内にない場合には、当該
計測用ＦＭ波を所定時間遅延させて発生せしめ、且つ、
前記送波用ＦＭ波を所定タイミングで再び発生せしめ、
かかる距離探知動作を必要に応じて所定回数繰り返す等
の手法を採用し、これによって前記目的を達成しようと
するものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第７図に基づい
て説明する。

第１図において、２はシステム全体の基準となるクロッ
クパルスを出力するクロック発生器を示し、４は周波数
変調が施された繰返しＦＭ波（計測用ＦＭ波を含む）と
送波用ＦＭ波を出力するＦＭ波発生部を示す。このＦＭ
波発生部４の出力側には、該ＦＭ波発生部４の出力する
送波用ＦＭ波に付勢されて対象物体６との間の超音波信
号の送受を担う送受信機構８と、該ＦＭ波発生部４の出
力する繰返しＦＭ波の内、最終のもの、即ち計測用ＦＭ
波に対してその出力毎に距離計測を担う範囲（以下、「
計測範囲」という）を定める計測範囲設定部１０とが並
設されている。

また、前記送受信機構８と計測範囲設定部１０との出力
段には、各々から出力される信号情報としてのＦＭ波に
基づいて当該送受信機構８と対象物体６との間の距離（
以下、「被測定距離」という）を演算するデータ処理部
１４が設けられている。送受信機構８に対しては、更に
、該送受信機構色から超音波信号が放射されてから再び
該機構８によってその反射波が受波されるまでの時刻（
以下、これを「受波時刻」という）に基づいて当該受信
が前記計測範囲内でなされたか否かを判断する受信状況
判断部１８とが装備されている。

更に、この受信状況判断部１８の判断情報いかんによっ
て、前記データ処理部１４に距離演算を行わせ、又は、
後述するように前記ＦＭ波発生部４゜送受信機構８．お
よび計測範囲設定部ｌＯを’ｌｌｌ’ａし引き続いて距
離探知動作を行わせる探知制御部２０が装備されている
。

一方、上記探知制御部２０が距離演算を指令した場合に
は、前記ＦＭ波発生部４に所定間隔を置いて次の測定動
作開始を制御する測定タイミング制御部２２が図示の如
く設けられている。また、２４はデータ処理部１４によ
って演算された距離データを表示する表示部を示す。

次に、上記各構成について更に詳述する。

前記ＦＭ波発生部４は、鋸歯状のランプ電圧を発生する
ランプ電圧発生器２６と、このランプ電圧発生器２６の
出力電圧に付勢されてＦＭ波を形成し出力する周波数変
調器２８と、この周波数変調器２８の出力の通過時間を
制御する通過時間制御手段３０とを有し、更に、上記ラ
ンプ電圧発生器２６に対して作用する掃引中設定手段３
２と、掃引回数設定手段３４とを備えて構成されている
。

この内、掃引回数設定手段３４は、前記クロック発生器
２から出力されるクロックパルスＰｃＫ（例えば第４図
（１）参照）を計数しつつ前記探知制御部２０および測
定タイミング制御部２２からの所定の指令信号によって
制御され、所定間隔の方形波状の掃引周期パルスＰ、３
（例えば同図（３）参照）を出力するタイミング制御器
３６と、この掃引周期パルスＰＳ３と前記クロックパル
スＰｃにとの論理和を演算し所定のカウント用パルスＰ
ｃｔ（例えば同図（４）参照）を出力するＡＮＤゲート
３８とにより構成されている。

また、前記ランプ電圧発生手段２６は、上記ＡＮＤゲー
ト３８から出力されるカウント用パルスＰｃＴを計数す
るカウンタ４０と、このカウンタ４０の出力を逐−Ｄ／
Ａ変換するＤ／Ａ変換器４２とにより構成されている。

この内、上記カウンタ４０は、ここでは、１４ビツト又
はそれ以上のビット数で構成されており、Ｄ／Ａ変換さ
れたランプ電圧ｅ　（例えば同図（５）参照）は極めて
良好な直線性を有している。

また、前記周波数変調器２８は、本実施例では、電圧制
御発振器により構成されており、入力するランプ電圧ｅ
に付勢され前記掃引周期パルスｐｓｓの立上がり時間の
間に直線的に増加する繰返しＦＭ波Ｆ（例えば同図（６
）参照）を出力する機能を有している。

更に、前記掃引中設定手段３２は、予め数値設定が可能
なプリセット回路４４を有し、このプリセット回路４４
の出力と前記カウンタ４ｏのカウンタ出力とを逐一比較
し両者が同一になると論理Ｈレベルの信号を出力するデ
ータ比較器４６と、このデータ比較器４６の出力と前記
探知制御部２０から出力される波形選択パルスＰＳＬ（
例えば同図（２）参照）との論理積を演算し、その結果
を前記カウンタ４０のクリア入力端子に出力するＡＮＤ
ゲート４８とにより構成されている。

ここにおいて、波形選択パルスｐｓｔが、論理Ｌレベル
の場合には前記ランプ電圧発生手段２６に掃引周期がＴ
’ｏ＋である第１のランプ波０１　　（例えば第４図（
５）参照）を出力せしめ、一方、論理Ｈレベルの場合に
はＴａｘ　（Ｔｏｗ　＜　Ｔｏｍ）の第２のランプ波ｅ
ｔ　　（例えば第６図（５）参照）を出力せしめるよう
に成っている。具体的には、前記カウンタ４０の各ビッ
トが全てｒＯＪ　　（＝ＯＯ・・・・・・００）から全
てｒｌＪ（＝１１・・・・・・１１）までをカウンタし
た場合を上記第１のランプ波ｅ＋　　（掃引時間Ｔ。１
）とする。そうすると、第２のランプ波ｅ！（掃引時間
Ｔｌｌりの場合には、前記プリセット回路４４を例えば
ｒｌｏｏＯ・・・・・・ＯＯＪにプリセットしておけば
よい。即ち、カウンタ４０の出力がｒｌｏｏｏ・・・・
・・００」に達するとＡＮＤゲート４８から論理Ｈレベ
ルのクリア信号が出力され計数値がクリアされて、掃引
時間のより短い第２のランプ波ａｔとなる。このため、
本実施例では結局、第１．第２のランプ波０１＋８ｇに
付勢され掃引時間の異なる各種の繰返しＦＭ波Ｆが必要
に応じて周波数変調器２８から所定掃引回数で出力可能
になっている。

更に、前記通過時間制御手段３０は、前記送受信機構８
によって送波される超音波信号の掃引時間を制限するも
のであり、前記クロックパルスＰ０を計数しつつ前記探
知制御部２０の制御のもとに送信時間設定用のタイミン
グパルスＴＧＩ（第４図ないし第６図（７）参照）を出
力するタイミング制御器５０と、このタイミングパルス
ＴＧＩに制御され該パルスＴＧＩの立上がり時間ＴＯ（
ＴＯ＜　Ｔ　ｏ　ｔ　＜　Ｔ　ｏ　ｒ　）に対応した時
間だけゲート開放を行うゲート回路５２とにより構成さ
れている。このゲート回路５２は前記周波数変調器２８
と送受信機構８との間に介挿されている。従って、通過
時間制御手段３０は、入力する繰返しＦＭ波Ｆの内、そ
の立上がり時刻からＴ０時間後の時刻ｔ０までを通過せ
しめ、これを送波用ＦＭ波Ｆ、として送受信機構８に出
力する（第４図ないし第６図（８）参照）。

一方、前記送受信機構８は、増幅用の送、受信器５４．
５６と、送、受渡器５８Ａ、５８Ｂを有する超音波送受
信部５８とにより構成されている。

このため、前記送波用ＦＭ波Ｆ、は、送信器５４により
増幅され、送波器５８Ａに出力される。

前記送、受渡器５８Ａ、５８Ｂは超音波信号と電気信号
とを相互に変換するために超音波振動子を有している。

そして、送波器５８Ａは、入力した電気信号、即ち送波
用ＦＭＩＦ３を対応する超音波信号に変換しこれを被測
定距離りだけ離れて位置する対象物体６に向かって送波
せしめる。また、対象物体６によって反射された超音波
信号は受渡器５８Ｂによって受波され再び対応した電気
信号、即ちＦＭ波に戻される。このＦＭ波は受信器５６
によって増幅され受信ＦＭ波Ｆ１１となり（例えば第４
図ａＯ参照）、前記データ処理部１４と受信状況判断部
１８とに出力される。

一方、前記計測範囲設定部１０は、前記ＦＭ波発生部４
とデータ処理部１４との間に介挿されたゲート回路５９
と、このゲート回路５９の開閉を制御するタイミング制
御器６０とにより構成されている。この内、タイミング
制御器６０は、前記クロックパルスＰ０を計数しつつ前
記受信状況判断部１８の制御のもとに、各送波毎に前記
計測範囲に対応したタイミングパルスＴ０２　（例えば
第４図（９）参照）をゲート回路５９に出力する機能を
有する。

上記タイミングパルスＴＧ２の立上がり時間Ｔ３は、各
回毎に、前記繰返しＦＭ波Ｆの内の最終出力のＦＭ波、
即ち計測用ＦＭ波Ｆ、のみを通過せしめ、且つ該ＦＭ波
Ｆｌの最大値付近の予め設定された計測不安定領域Ｐ（
例えば第４図（６）参照）を外すように設定されている
。この計測不安定領域Ｐではデータ処理部１４において
安定なビート信号が得られないものである。このため、
タイミングパルスＴＧ２の立上がり時間１’＋ｔを前述
した「計測範囲」とし、この間のＦＭ波のみが通過して
計測用ＦＭ波Ｆ３′　（例えば第４図αの参照）となる
。

更に、前記データ処理部１４は、前記送受信機構８と計
測範囲設定部１０とから出力されるＦＭ波Ｆ＊、Ｆａ’
のビートをとる混合器６１と、この混合器６１から出力
されるビート信号Ｓｌ　　（例えば第４図（２）参照）
のうち所定のｎ周期（ｎ＝１゜２．３．・・・・・・）
を検出しこれに対応したｎ周期パルスＰ７　（例えば第
４図０１参照）を出力するｎ周期パルス検出手段６２と
を、備えている。更に、当該データ処理部１４は、上記
ｎ周期パルスＰ７と前記クロックパルスＰＣＩとの論理
積をとるＡＮＤゲート６４と、このＡＮＤゲート６４の
出力パルスＰＬを計数するカウンタ６６と、このカウン
タ６６の計数値に基づいて必要に応じて前記ビート信号
Ｓ、の周波数Δｆを演算するビート周波数演算手段６８
と、このビート周波数演算手段６ａの演算値に基づいて
前記被測定距離りを演算する距離演算手段７０とを装備
して構成されている。

この内、ｎ周期パルス検出手段６２は、電圧比較器７２
と、ビート信号Ｓ、に対するｎ周期検知器７４とにより
構成されている。そして、電圧比較器７２の基準入力端
には、比較的低レベルのノイズ混入を阻止するためしき
い値電圧■１が印加され、比較入力端にはビート信号Ｓ
、が印加されるようになっている。また、電圧比較器７
２のＥｎａｂｌｅ制御信号は、後述するように受信状況
判断部１８において形成され印加されるようになってい
る。

このため、しきい値電圧Ｖ、を越えた安定なビート信号
Ｓｌｌのみが抽出され次段のｎ周期検知器７４に出力さ
れる。このｎ周期検知器７４は図示しないコンパレータ
、ゲート回路、カウンタ、フリップフロップ等により構
成され、ビート信号Ｓ８の所定のｎ周期に対応するｎ周
期パルスＰ７（例えば第４図０１参照）を出力するよう
になっている。このｎ周期パルスＰｎの立上がり時間Ｔ
１１の逆数値は、結局、被測定距離りの値に略比例する
ものである。このため、データ処理部１４では、当該ハ
ルスＰｎの時間をクロックパルスＰＣＫＯ数で計数し、
−変時間の逆数である周波数を演算し、この周波数から
距離を演算する（例えば同図（財）参照）。これによっ
て計測レスポンスを向上させている。

一方、前記受信状況判断部１８は、電圧比較器７６、単
安定マルチバイブレータ７８．ＡＮＤゲート８０．カウ
ンタ８２．受波終了時刻演算手段８４、計測範囲記憶手
段８６．及び比較手段８８により図示の如く配設され構
成されている。この内、単安定マルチバイブレータ７８
の出力は上記ＡＮＤゲート８０のＬ能動入力端子及び前
記ｎ周期パルス検出手段６２の電圧比較器７２のＥｎａ
ｂｌｅ端子に至る。また、ＡＮＤゲート８０の一方のＨ
能動入力端子には前記クロックパルスＰ０が印加される
ようになっている。また、上記電圧比較器７６の比較入
力端には前記送受信機構８から出力される受信ＦＭ波Ｆ
、が、また基準入力端には受信ノイズによって生ずる誤
動作を防止するため、比較的箭レベルのしきい値電圧ｖ
２が印加されている。

また、前記計測範囲記憶手段８６は、計測範囲に対応す
る計測範囲信号を予め記憶し各送波毎にこれを出力する
機能を有し、比較手段８８は、この計測範囲信号と前記
受波時刻に基づく受渡終了時刻とを比較判断する機能を
有する。本実施例では、上記計測範囲信号は、前記計測
範囲設定部ｌＯのタイミング制御器６０にも印加される
ようになっている。

このため、受信ＦＭ波Ｆ、がしきい値電圧■２を越える
と電圧比較器７６の出力が次段の単安定マルチバイブレ
ータ７８を駆動する。これによって、該パイブレーク７
８はそれまでの論理Ｌレベルから所定期間だけ論理Ｈレ
ベルに立上がる。従って、前記ｎ周期パルス検出手段６
２がマルチバイブレータ７８の駆動期間、即ち予め設定
された必要最小限の期間だけ作動状態に入ることができ
、極力ノイズ等の影響を受けないようになっている。

同時に、マルチバイブレータ７８の駆動に伴って、ＡＮ
Ｄゲー）８０は、送波時刻から略受波時刻までクロック
パルスＰＣＫを次段のカウンタ８ゼへ出力していたのを
禁止せしめる（例えば第４図αり参照）。つまり、単安
定マルチバイブレータ７８の立上がりによって受波時刻
ｔ、が定められ、カウンタ８２は受波するまでの時間に
対応したクロックパルスｐｃｘの計数値を受波終了時刻
演算手段８４に出力する。該手段８４ではこの計数値に
基づいて受波終了時刻ｔＲ′を演算し、これを次段の比
較手段８８に出力するようになっている。

更に、前記探知制御部２０は、前記比較手段８８からの
指令に基づいて、前記ＦＭ波発生部４及び送受信機構８
を制御する探知指令手段９０と、前記データ処理部１４
に距離演算を指令する演算指令手段９２とにより構成さ
れている。具体的には、探知指令手段９０が前記ＦＭ波
発生部４のタイミング制御器３６．５０及びＡＮＤゲー
ト４８を予め定められた手順に基づいて動作せしめるよ
うになっている。また、演算指令手段９２はデータ処理
部１４のビート周波数演算手段６８に演算開始を指令す
るようになっている。

一方、上記演算指令手段９２の指令を受けて、前記ＦＭ
波発生部４のタイミング制御器３６に指令を送り、次回
の測定周期Ｔ　（Ｔ　＞　ｎ−Ｔｏ＋　；　ｎ＝１．２
．３．・・・・・・）が到来するまで各ＦＭ波の出力を
停止せしめる測定タイミング制御部２２が図示の如く設
けられている。

ここで、第１図中の点線Ｑで囲む部分の構成は、具体的
にはマイクロ・コンピュータにより’ｒＲ成されている
。このため、上述した各作用は、予め組み込むプログラ
ムの所定手順に従って処理される。

次に、第２図を用いて本実施例にかかる測定手法の概要
を説明する。

各回の距離測定は、１回又は複数回の超音波送受による
探知動作によってなされる。また、各回の探知動作毎に
計測用ＦＭ波Ｆ、と送波用ＦＭ波Ｆ、が形成され、この
内、計測用ＦＭ波Ｆ、は後述するように第１．第２のダ
ミーＦＭ　Ｍ　Ｆ　ｏ　ｒ　、ＦＤｔを必要に応じて介
して各探知毎に所定時間づつ遅延される。ここで、計測
用ＦＭ波Ｆ、及び第１のダミーＦＭ波Ｆｉ１１の掃引時
間は各々Ｔ０１（０〜ｊｏ＋）、第２のダミーＦＭ波Ｆ
’ｏｚのそれは’ｒｏｚ（０”ｔｏｔ）、送波用ＦＭ波
Ｆ、のそれはＴｏ（０”ｔｏ　　；　Ｌｏ　＜　ｔｏｔ
＜　ｔｏｔ）であり、各々の周波数変化率は後述するビ
ート処理のため同じに設定されている。。

そして、第２図（１）ないしく６）に示す如く、第１回
目の探知動作に際しては計測用ＦＭ波Ｆ、を１個（遅延
時間ｔｏ＝ｏ）、第２回目では第２のダミーＦＭ波Ｆ。

ｔを１個と計測用ＦＭ波Ｆ、を１個を連続して（ｔｌｌ
　＝　”０２）　＊第３回目では第１のダミーＦＭ波Ｆ
ＤＩを１個と計測用ＦＭ波Ｆ３を１個連続して（ｔｏ　
＝ｔ。Ｉ）、第４回目では第１のダミーＦＭ波ＦＤＩを
１個と第２のダミーＦＭ波ＦＩ、！を１個と計測用ＦＭ
波Ｆ、を１個とを連続して（ｔｏ　＝　ｔｏ＋＋　ｊｅ
ｔ）　、・・・・・・、゛というように、必要に応じて
出力させる。そして、各出力毎に、送波用ＦＭ波Ｆ、に
対応する超音波信号Ａ８を対象物に向けて放射させる。

ここで、各探知毎に所定時間毎の遅延時間１゜を設ける
理由は、前述した計測不安定領域（第２図中の仮想線領
域Ｐ参照）を各探知毎に相互にカバーさせ且つ遠距離ま
で測定させるためである。

このため、各回の探知動作では、各々が担う計測範囲Ｔ
Ｋは上述の計測不安定領域を回避するように、且つ遠距
離方向へスライドさせながら図示の如く設定される。

一方、前記対象物体に反射された反射超音波信号Ａ、は
、ｔ１時間後には戻って（る。この受波時間ＦＲに受波
時間Ｔ０を加えた受波終了時刻ｔ、′が、上記計測範囲
ＴＫ内にあるか否かを各探知動作毎にチェックする。こ
の結果、ｔ　１１’　／がＴ、内にある場合には、ビー
ト処理によって得られる情報に基づいて距離演算を行う
とともに、次回からの探知動作を停止する。反対に、ｔ
Ｒ′がＴ、外にある場合には、被測定距離がまだ遠方に
あるとして次回の探知動作を行い、同様の判断・制御を
行う。

更に、一定の測定タイミングをおいて、次回の測定を行
うものである（第２図参照）。

次に、本実施例の全体動作を第３図ないし第７図に基づ
いて説明する。

まず、装置を駆動せしめるとクロック発生器２からクロ
ックパルスＰＣＫが出力される（第４図（１））。そし
て、第１回目の測定が行われる（第３図５ＴＩ）。以下
・、これを詳述する。

第１回目の探知動作において、探知制御部２０の探知指
令手段９０は、ＦＭ波光発生部４掃引中設定手段３２に
論理Ｌレベルの波形選択パルスＰ、Ｌを出力しく第４図
（２））、掃引回数設定手段３４に「掃引中１回」を指
令させる。これによって、ＦＭ波光発生部４らは、前述
した如く、掃引時間がＴｏｌである繰返しＦＭ波、即ち
計測用２Ｍ波Ｆ、が１個出力される（同図（６））。送
受信機構８では、探知制御部２０の制御のもとに、計測
用２Ｍ波Ｆ、に同期して譲渡Ｆ、の立上がりからＴｏの
掃引時間を有−する送波用ＦＭ波Ｆ、を入力しく同図（
８１）、これに対応した超音波信号Ａ、を対象物体６に
向けて送波する。また、送受信機構８は、対象物体６か
らの反射波Ａ１を受波し対応する受信ＦＭ波Ｆ、Ｉを形
成する（同図αυ参照）。

一方、前記計測用２Ｍ波Ｆ、は、探知制御部２０に制御
される計測範囲設定部１０によって当該ＦＭ波Ｆ３の立
上がりから１．時間のみが通過せしめられ、計測用２Ｍ
波Ｆ３′としてデータ処理部１４に出力される（同図０
０）。

また、前記受信ＦＭ波ＦＩＩを受波するまでの時刻１Ｒ
は、前述の如く、受信状況判断部１８において計測され
る（第３図５Ｔ２）。このデータに基づいて、受波終了
時刻ｔＲＩが本探知動作の計測範囲’ｒｘ　　（０〜ｔ
１）内にあるか否かが直ちに判断され（同図５Ｔ３）　
、これによって所定の指令信号が探知制御部２０に送ら
れる。

そして、探知制御部２０では、受波終了時刻ｔア′が計
測範囲Ｔ、であるならば、前述の如くデータ処理部１４
に指令を送り、距離演算を行わせる（同図ＳＴ４，５Ｔ
５）。これと同時に、探知制御部２０によって予め定め
た第２回目の測定タイミングＴが到来するまでＦＭ波光
発生部４対する次回以降の探知中止が指令される。

ここで、第１回目の探知動作に対するデータ処理部１４
における演算処理を説明する。

計測用２Ｍ波Ｆ、の送信周波数ｆは、ベース周波数ｒ、
が時間ｔに比例して増加するとしているので、 ｆ＝ｆｏ　　（１＋ｋｔ）　　　　　　　　　　　・・
・・・・（１）となる。ｋは増加の比例定数である。そ
うすると、ビート周波数Δｆは、 Δｆ−ｆ−ｆｏ−ｆ、ｋｔ ＝ｆ、ｋ・　（２Ｌ／Ｃ）　　　　・・・・・・（２）
となる。Ｃは伝搬媒質中の超音波の速度、Ｌは被測定距
離である。そこで、Ｌは、第（２）式より、Ｌ＝（Ｃ・
Δｒ）／　（２ｋｔｏ　）　・・・・・・（３）となる
。従って、ｋ、ｆｏ、及びＣの値が既知であれば、ビー
ト周波数Δｆを計測することにより、被測定距離りを演
算でき、この値が表示部２４で表示される。

ところで、上述の場合に、受波終了時刻ｔｌｌ′が第１
回目の計測範囲Ｔｘにない場合には（第２図の仮想線の
Ａ、１参照）、第２回目の探知動作が指令される（第３
図５Ｔ２及び第５図参照）。

第２回目の探知動作も上述の第１回目と同様にして行わ
れる。この場合には、第２のダミーＦＭ波Ｆ。及び計測
用２Ｍ波Ｆ、が各々１個連続的に使用される。具体的に
は、探知制御部２０は、波形選択パルスｐｓｔを最初の
Ｔ’ｏｔ時間だけ論理Ｈレベルとし、それ以降は論理Ｌ
レベルとする（第６図（２）参照）。また、掃引中はＦ
Ｍ波光発生部４よってＴ’ｏｚ＋Ｔ’ｏ＋で規定される
よう指令される。

これによって、第２のダミーＦＭ波ＦＤ２．計測用ＦＭ
波Ｆ、が順次出力される（同図（６））。この内、１個
目の第２のダミーＦＭ波Ｆ’ｏｚの立上がりに同期して
、前回と同一の送波用ＦＭ波Ｆ３が形成され、前回と同
様の超音波信号の送受が行われる。

また、本第２回目の探知では、探知制御部２０の制御に
より、計測範囲設定部１０が、計測用２Ｍ波Ｆ、の立上
がりから所定時刻も、経過するまでのＴ、時間（ｔ　ｏ
ｘ　　〜ｔ（ｌＺ＋ｔｌ）を計測範囲として設定する（
第６図（９）、　Ｑ（０）。つまり、遅延時間ｔＤ”’
ｔ（１！である。

ここで、第１回目の探知動作における計測用ＦＭ＠Ｆ、
の（ｉ＋””Ｅａｔ）の領域は前述した計測不安定領域
として設定されたものである。そして、第２回目の計測
範囲は、前回の計測不安定領域に該当する計測範囲をカ
バーし、更にこれより遠方の距離範囲を探知するものと
なっている。

従って、受信状況判断部１８において、受波終了時刻ｔ
え′が上記計測範囲Ｔ、に入るかどうかが判断され（第
３図ＳＴ７，５Ｔ８）　、入る場合にはデータ処理部１
４で距離演算が行われるとともに（同図ＳＴ９，５ＴＩ
Ｏ及び第６図参照）、探知動作が次回の測定タイミング
Ｔの到来まで停止される。

第２回目の探知における距離演算処理は次のようである
。第１個目の第２のダミーＦＭ波ＦＩ、！の掃引時間Ｔ
’ａｚに相当する距離１１は、１　、　ｘ　７０．・Ｃ
／２　　　　　　　　・・・・・・（４）である。第２
個目の計測用ＦＭ波Ｆ、による距離１２は、第（３）式
と同様に、 ｉｔ”Ｃ・Δｆ／２ｋ　ｆｏ　　　　　・・・・・・（
５）である。従って、被測定距離りは、 Ｌ−１，＋ｊ！。

＝　（Ｃ−Ｔｏｗ／２）＋　（Ｃ・Δｆ／２ｋｆＯ）・
・・・・・（６） より求められる。

上記第２回目の探知動作において、受波終了時刻ｔ　、
　Ｉが所定の計測範囲ＴＫに入らない場合には、被測定
距離りは更に遠距離であるとして、第３回目の探知動作
が引き続いて指令される（第３図ＳＴＩ　１）　。

第３回目の探知動作にあっては、第１のダミーＦＭ波Ｆ
ＤＩ及び計測用ＦＭ波Ｆ、を各１個づつ連続送波して使
用し、遅延時間ｔＤ”ｔｏｌとしている。この場合、超
音波送信用の送波用ＦＭ波Ｆ３は前回と同一とするが、
計測範囲を第２個目の計測用ＦＭ波Ｆ、の立上がりから
Ｔ（１１経過までの時間Ｔｘ（ｔｏ＋〜１０．＋１．）
に設定している。この計測範囲Ｔｗは、第２回目の探知
動作における計測不安定領域をカバーし、更に遠方まで
探知可能な範囲となっている。

そして、受波終了時刻ｔＲ′が計測範囲ＴＫ内であれば
、前述と同様に距離演算が指令され（第３図５Ｔ１２な
いし１５）、探知動作が所定の測定タイミングＴが到来
するまで中止せしめられる。

この第３回目の探知動作で測定される被測定距離りは、 Ｌ＝　（Ｃ−Ｔ０１／２）＋　（Ｃ・Δｆ／２ｋｆＯ）
・・・・・・（７） より求められる。

更に、第３回目の探知動作で距離測定ができない場合に
は、引き続いて第４回目の探知動作に入る（同図５Ｔ１
６）。

第４回目の探知動作では、第１のダミーＦＭ波Ｆ□、第
２のダミーＦ　Ｍ’ｌｌ、　Ｆ　ｏｔ、及び計測用ＦＭ
波Ｆ３を各１個づつ連続送波し、遅延時間１．＝ｔ＋＋
＋ｔｏｚとして上述と同様に行われる。この場合に、受
渡終了時刻ｔ、１′が計測範囲ＴＫ（（ｔ。、＋ｔｏｚ
）〜（１０，＋１゜ｚ”ｊ＋））に入るときは、 Ｌ＝　（Ｃ−Ｔｏｚ／２）＋　（Ｃ−ｔｏｅ／２）＋〔
Ｃ・Δｆ　／　２　ｋ　ｆ　ｏ　）　　　−−（８）よ
り距離が求められる（同図５Ｔ１７〜５Ｔ２０）。

以下、必要に応じて、上述と同様の探知動作が予め定め
た回数だけ自動的に繰り返され、第１回目の距離測定が
行われる。

一方、第１回目の測定が終了し、第１回目の測定開始か
らＴ時間経過したら、前述と同様の探知動作を繰り返し
て第２回目の測定が行われる。ここで、測定間隔Ｔを適
宜な値とすることで、前回測定の最終探知に伴って放射
された超音波による多重反射波等の混入を著しく減少さ
せることができる。

また、第２回目の測定においては、既に対象物体迄の距
離が既知であるので、対象物体が静止もしくは遅い移動
速度の場合には、第１回目の如き探知動作を順次繰り返
す必要はなく、直接に所要の距離レンジにおける測定動
作に入ることができる。

以上の手法による各回の探知動作と被測定距離りとの関
係を示すと、第７図の如くになる。従って、この手法を
用いれば、従来のＦＭバースト法のように比較的狭い周
波数レンジであっても、常に同一の計測範囲を遠距離方
向へ移動させながら、長距離の測定レンジを可能にして
いる。しかも、各回の計測範囲はＦＭ波の計測不安定領
域を外して適宜設定されていることから、連続的な距離
測定を安定して行うことができる。また、送波する超音
波はＦＭバースト法に依っていること、並びにデータ処
理部１４及び受信状況判断部１８では遅れて到来する多
重反射等のノイズを極力低減せしめるようになっている
ため、高精度の測定が可能になっている。

従って、この手法を例えば路面の凹凸計測に応用し、路
面（即ち、本実施例では対象物体に相当）の横断方向又
は走行方向に沿って走査させながら、所定間隔で路面ま
での距離を測定すれば、路面の凹凸差が大きい場合でも
１台の装置で容易に測定し得るという利点が得られる。

なお、上記実施例においては、信号処理の安定化を図る
ため設けられている計測範囲設定部ＩＯを外し構成の簡
単化を図るとしてもよい。また、第１のダミーＦＭ波Ｆ
ｌｌｌの掃引時間は必ずしも計測用ＦＭ波Ｆ、と同一に
しなくてもよい。更に、第２回目以降の探知動作では遅
延時間を決定するダミーＦＭ波の種類を増やしてもよい
し、送波順序は適宜としてもよい。

また、本発明は、対象物体との間で超音波信号を送受せ
しめ該対象物体までの距離を測定する場合について述べ
たが、送波器と受渡器とを測定したい距離だけ離間せし
め且つ対抗して配置する構成とし、送、受波器間の距離
計測に本発明を適用することも容易になし得る。

〔発明の効果〕

本発明は以上のように、１回の測定を、１回又は複数回
の探知動作によって行うものであり、各回毎に一定の掃
引時間で超音波送波を行い、これによる受信状況を各探
知毎にチェックし、この結果いかんによって、計測用Ｆ
Ｍ波を各探知毎に所定時間づつ遅延させながら探知動作
を行って、計測用ＦＭ波の計測不安定領域をカバーしな
がら測定を行うという手法を採り、且つこれを実施する
ことのできる構成としている。このため、比較的簡単な
手法によって従来のＦＭバースト法に比べて測定レンジ
をより広く設定でき、従って、近距離から遠距離までを
単一の装置で測定することができるとともに、測定レン
ジ全域に渡って安定した高精度の測定を行うことができ
、また、各回の計測範囲を常に一定に設定できることか
ら、データ処理プログラム等が簡単化されるという従来
にない優れた超音波による距離測定方法およびその装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図（
１）ないしく６）は各回の測定に対する測定手法の概要
を示す説明図、第３図は第１回目の測定の計測シーケン
スを示すフローチャート、第４図。 第５図の（１）ないしαりは各々第１回目の探知動作の
一例を示すタイミングチャート、第６図［１）ないしα
つは各々第２回目の探知動作の一例を示すタイミングチ
ャート、第７図は各探知動作と被測定距離との関係を示
す説明図である。 ４・・・・・・ＦＭ波発生部、６・・・・・・対象物体
、８・・・・・・送受信機構、１４・・・・・・データ
処理部、１８・・・・・・受信状況判断部、２０・・・
・・・探知制御部。 第２図（その２） 第３図 第４図 第５図 第６図 （１５ン１ｍ？負＋＋、、７″Ｉｊ−］　　　“　　　
−一−−−。 第７図 槓脣１，１距組Ｌ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、掃引時間Ｔ＿０＿１を有し周波数変調が施され
   てなる計測用ＦＭ波と、掃引時間Ｔ＿０＿１（Ｔ＿０＜
   Ｔ＿０＿１）を有し当該計測用ＦＭ波と同一の周波数変
   化率の周波数変調が施されてなる送波用ＦＭ波とを所定
   タイミングで発生せしめた後、 当該送波用ＦＭ波に付勢されこれに対応した超音波信号
   を対象物体との間で送受せしめ、これによって受波した
   超音波信号に対応する受信ＦＭ波を形成し、この後、 当該受信ＦＭ波が前記計測用ＦＭ波の計測不安定領域を
   外した所定の計測範囲内にあるか否かを判断し、しかる
   後、 前記計測用ＦＭ波が所定の計測範囲にある場合には、当
   該計測用ＦＭ波と前記受信ＦＭ波とによるビート波に基
   づいて前記対象物体までの距離を演算するとともに、 前記計測用ＦＭ波が所定の計測範囲内にない場合には、
   当該計測用ＦＭ波を所定時間遅延させて発生せしめ、且
   つ、前記送波用ＦＭ波を所定タイミングで再び発生せし
   め、 かかる距離探知動作を必要に応じて所定回数繰り返すこ
   とを特徴とした超音波による距離測定方法。
2. （２）、掃引時間Ｔ＿０＿１を有し周波数変調が施され
   てなる計測用ＦＭ波を、各探知毎に所定時間づつ遅延さ
   せて出力可能とするとともに、掃引時間Ｔ＿０（Ｔ＿０
   ＜Ｔ＿０＿１）を有し前記計測用ＦＭ波と同一の周波数
   変化率の周波数変調が施されてなる送波用ＦＭ波を、各
   探知毎に一定の送波タイミングで出力可能なＦＭ波発生
   部と、 このＦＭ波発生部から出力される送波用ＦＭ波に付勢さ
   れこれに対応した超音波信号を対象物体に向かって送波
   せしめるとともに、該対象物体によって反射される超音
   波信号を受波しこれに対応した受信ＦＭ波を出力する送
   受信機構と、 この送受信機構から出力される受信ＦＭ波と前記ＦＭ波
   発生部から出力される計測用ＦＭ波とによりビート信号
   を形成せしめ、該ビート信号に基づいて当該送受信機構
   と対象物体との間の距離を演算するデータ処理部とを備
   え、 前記送受信機構による超音波信号の受信が、各探知毎の
   前記計測用ＦＭ波の計測不安定領域を外した所定の計測
   範囲内にあるか否かを判断する受信状況判断部と、 この受信状況判断部により、当該受信が計測範囲内でな
   されたと判断された場合には、前記データ処理部に距離
   演算を指令し、且つ、当該受信が計測範囲外でなされた
   と判断された場合には、引き続いて前記ＦＭ波発生部に
   次回の探知指令を行う探知制御部とを 具備したことを特徴とする超音波による距離測定装置。