(57)【要約】      （修正有）【課題】超音波計測装置で適正なゼロクロス点を設定するために、大容量の記憶領域が必要であり、コストが高くなり、処理時間も長くなる。【解決手段】超音波計測装置１０は、対象物１に超音波を送信し、対象物で反射された前記超音波を受信する超音波送受処理を実施し、超音波の受信により受信信号を出力する超音波送受信部２０と、信号電圧が所定の閾値以上となる前記受信信号のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部と、閾値を設定する閾値設定部３５４と、を備え、閾値設定部は、ゼロクロス検出部により検出されるゼロクロス点の検出数が所定数となるように、閾値を設定する。【選択図】図１
2020148489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物に超音波を送信し、前記対象物で反射された前記超音波を受信する超音波送受処理を実施し、前記超音波の受信により受信信号を出力する超音波送受信部と、
信号電圧が所定の閾値以上となる前記受信信号のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部と、
前記閾値を設定する閾値設定部と、を備え、
前記閾値設定部は、前記ゼロクロス検出部により検出される前記ゼロクロス点の検出数が所定数となるように、前記閾値を設定する
ことを特徴とする超音波計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波計測装置において、
前記超音波送受信部は、第一超音波送受処理と、前記第一超音波送受処理に続く第二超音波送受処理とを実施し、
前記閾値設定部は、前記第一超音波送受処理の前記受信信号の最大信号電圧に基づいて、前記第二超音波送受処理で得られる前記受信信号に対する前記閾値を設定する
ことを特徴とする超音波計測装置。
【請求項３】
超音波を送信し、対象物で反射された前記超音波を受信する超音波送受処理を実施し、前記超音波の受信により受信信号を出力する超音波送受信部と、信号電圧が所定の閾値以上となる前記受信信号のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部と、を備えた超音波計測装置における超音波計測方法であって、
前記ゼロクロス検出部により検出される前記ゼロクロス点の検出数が所定数となるように、前記閾値を設定する
ことを特徴とする超音波計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波計測装置、及び超音波計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物に向かって超音波の送受信処理を実施して、超音波の送信タイミングから超音波の受信タイミングまでの時間に基づいて、対象物までの距離を計測する超音波計測装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような超音波計測装置では、超音波を受信した際の受信信号の波形データのうち、閾値を超える受信信号のゼロクロス点に基づいて受信タイミングを特定する。しかしながら、超音波計測装置から対象物までの間の距離が長くなるに従って、超音波受信部で受信される超音波の音圧が低下するため、閾値を超える受信信号の数や位置も変動する。この場合、超音波の受信タイミングとして設定するゼロクロス点が測定毎に変動する場合があり、オフセット誤差が発生してしまう。例えば、１回目の測定では、１番目に出力される受信信号のゼロクロス点が受信タイミングとして設定され、２回目の測定では、２番目に出力される受信信号のゼロクロス点が受信タイミングとして設定されると、１波分の受信信号のずれがオフセット誤差となり、測定精度が低下する。
【０００４】
そこで、特許文献１に記載の超音波計測装置では、複数回の超音波処理を実施し、各回に対応した波形データを得る。次に、１回目の超音波処理の波形データに対して仮の基準ゼロクロス点を設定し、ｉ回目の超音波処理の波形データの基準ゼロクロス点を、ｉ−１回目の波形データの基準ゼロクロス点に基づいて設定する。この後、各回のｊ番目（ｊ=０，１，２，…Ｊ）の波における振幅を求め、その平均振幅Ｓｊを算出する。そして、ｊ番目の平均振幅Ｓｊと、ｊ＋１番目の平均振幅Ｓｊ＋１との振幅比Ｒｊが最大となる波のゼロクロス点の２波後のゼロクロス点を受信タイミングとし、超音波計測装置から対象物までの距離を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−３４１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の超音波計測装置では、対象物までの距離を１回計測するために、複数回の超音波処理を実施して、複数回の超音波処理で得られる各々の波形データを記憶部に記憶する必要がある。したがって、記憶部として、大容量の記憶領域が必要となり、超音波計測装置のコストが高くなり、処理時間も長くなるとの課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第一適用例に係る超音波計測装置は、対象物に超音波を送信し、前記対象物で反射された前記超音波を受信する超音波送受処理を実施し、前記超音波の受信により受信信号を出力する超音波送受信部と、信号電圧が所定の閾値以上となる前記受信信号のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部と、前記閾値を設定する閾値設定部と、を備え、前記閾値設定部は、前記ゼロクロス検出部により検出される前記ゼロクロス点の検出数が所定数となるように、前記閾値を設定する。
【０００８】
第一適用例の超音波計測装置において、前記超音波送受信部は、第一超音波送受処理と、前記第一超音波送受処理に続く第二超音波送受処理とを実施し、前記閾値設定部は、前記第一超音波送受処理の前記受信信号の最大信号電圧に基づいて、前記第二超音波送受処理で得られる前記受信信号に対する前記閾値を設定することが好ましい。
【０００９】
第二適用例に係る超音波計測方法は、超音波を送信し、対象物で反射された前記超音波を受信する超音波送受処理を実施し、前記超音波の受信により受信信号を出力する超音波送受信部と、信号電圧が所定の閾値以上となる前記受信信号のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部と、を備えた超音波計測装置における超音波計測方法であって、前記ゼロクロス検出部により検出される前記ゼロクロス点の検出数が所定数となるように、前記閾値を設定する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る超音波計測装置の概略構成を示す模式図。
【図２】本実施形態の超音波デバイスの構成例を示す断面図。
【図３】本実施形態の超音波トランスデューサーの接続例を示す図。
【図４】本実施形態の距離測定処理を示すフローチャート。
【図５】本実施形態の超音波送受処理での送信パルス、受信信号、及びゼロクロス検出パルスのタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、一実施形態の超音波計測装置について説明する。
図１は、本実施形態の超音波計測装置１０の概略構成を示す模式図である。
超音波計測装置１０は、超音波デバイス２０と、超音波デバイス２０を制御する制御回路３０とを備える。この超音波計測装置１０は、制御回路３０の制御により超音波デバイス２０から対象物１に向かって超音波を送信し、対象物１で反射された超音波を超音波デバイス２０で受信する超音波送受処理を実施する。そして、制御回路３０は、超音波デバイス２０による超音波送受処理の超音波の送信タイミングから、対象物１で反射された超音波の受信タイミングまでの時間に基づいて、超音波デバイス２０から対象物１までの距離を算出する。
以下、このような超音波計測装置１０の各構成の詳細について説明する。
【００１２】
［超音波デバイス２０の構成］
図２は、超音波デバイス２０の構成例を示す断面図である。
超音波デバイス２０は、対象物１に超音波を送信し、対象物１で反射された超音波を受信する超音波送受処理を実施して、超音波の受信により受信信号を出力する超音波送受信部である。図２に示すように、この超音波デバイス２０は、素子基板２１と、振動板２２と、圧電素子２３と、を備えて構成されている。なお、以降の説明にあたり、超音波デバイス２０から対象物１に向かう超音波の送受信方向をＺ方向とする。
【００１３】
素子基板２１は、振動板２２を支持する基板であり、Ｓｉ等の半導体基板で構成される。素子基板２１には、Ｚ方向に沿って素子基板２１を貫通する複数の開口部２１１が設けられている。
【００１４】
振動板２２は、例えばＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体等より構成され、素子基板２１の−Ｚ側に設けられる。この振動板２２は、開口部２１１を構成する素子基板２１により支持され、開口部２１１の−Ｚ側を閉塞する。振動板２２のうち、Ｚ方向から見た際に各開口部２１１と重なる部分は、振動板２２において、振動により超音波の送受信を行う振動部２２１を構成する。
【００１５】
圧電素子２３は、振動板２２上で、かつ、Ｚ方向から見た際に、各振動部２２１と重なる位置に設けられている。この圧電素子２３は、図２に示すように、振動板２２上に下部電極２３１、圧電膜２３２、及び上部電極２３３が順に積層されることにより構成されている。
【００１６】
このような超音波デバイス２０では、１つの振動部２２１と当該振動部２２１上に配置された圧電素子２３とにより、１つの超音波トランスデューサー２４が構成される。
そして、この超音波デバイス２０では、下部電極２３１及び上部電極２３３との間に電圧が印加されると、圧電膜２３２が伸縮して、振動部２２１が開口部２１１の開口幅等に応じた発振周波数で振動する。これにより、振動部２２１から＋Ｚ側に向かって超音波が送信される。
また、超音波デバイス２０では、対象物１で反射された超音波を振動部２２１に入力されると、振動部２２１が入力された超音波の音圧に応じた振幅で振動し、圧電膜２３２の下部電極２３１側と上部電極２３３側との間で電位差が発生する。よって、各圧電素子２３から当該電位差に応じた受信信号が出力される。
【００１７】
図３は、超音波デバイス２０における超音波トランスデューサー２４の接続例を示す図である。
本実施形態では、複数の超音波デバイス２０は、ｎ行ｍ列のマトリクス状に配置されている。そして、各超音波デバイス２０の下部電極２３１は、第一バイパス配線２３１Ａにより互いに結線され、素子基板２１の一部に設けられた第一端子２５１に接続されている。同様に、各超音波デバイス２０の上部電極２３３は、第二バイパス配線２３３Ａにより互いに結線され、素子基板２１の一部に設けられた第二端子２５２に接続されている。これらの第一端子２５１及び第二端子２５２は、それぞれ制御回路３０に接続されている。このような構成では、第一端子２５１と第二端子２５２との間に電圧を印加することで、全ての超音波トランスデューサー２４を同時に駆動させることができる。
なお、図３に示す例は、全ての超音波トランスデューサー２４の下部電極２３１を結線して第一端子２５１に接続する構成例であるが、所定数の超音波トランスデューサー２４を１つのチャンネルとし、各チャンネルに対して、第一端子２５１を設ける構成としてもよい。この場合、全ての第一端子２５１と第二端子２５２との間に同時に駆動信号を入力することで、図３と同様に、全ての超音波トランスデューサー２４を同時に駆動させることができる。また、各第一端子２５１を個別に駆動させることも可能となる。この場合、駆動させるチャンネル数を制御することで送信音圧の調整を行うこともでき、各チャンネルの駆動タイミングを遅延制御することで、超音波の送信方向を制御することもできる。また、複数のチャンネルを、超音波を送信する送信用チャンネルと、超音波を受信する受信用チャンネルとに分けて用いてもよい。
【００１８】
［制御回路３０の構成］
図１に戻り、制御回路３０について説明する。制御回路３０は、上述したように、超音波デバイス２０の第一端子２５１及び第二端子２５２に接続されている。
この制御回路３０は、図１に示すように、スイッチング回路３１、シグナルグラウンド３２、送信回路部３３、受信回路部３４、及びマイコン３５（マイクロコントローラー）を備えている。
【００１９】
スイッチング回路３１は、超音波デバイス２０の第一端子２５１、送信回路部３３、及び受信回路部３４に接続されている。このスイッチング回路３１は、マイコン３５の制御に基づいて、第一端子２５１及び送信回路部３３を接続する送信接続と、第一端子２５１及び受信回路部３４を接続する受信接続とに切り替える。
シグナルグラウンド３２は、第二端子２５２に接続されるグラウンドであり、第二端子２５２を所定の基準電位に維持する。
【００２０】
送信回路部３３は、駆動パルス発生回路３３１、及び送信駆動回路３３２等を含む。
駆動パルス発生回路３３１は、マイコン３５により制御され、超音波デバイス２０により超音波送受処理を実施する開始タイミングで、超音波の発振周波数と同じ周波数の所定波数の送信パルスを発生させて送信駆動回路３３２に出力する。
送信駆動回路３３２は、送信パルスの入力タイミングで、第一端子２５１に所定の電圧の駆動信号を出力する。これにより、各超音波トランスデューサー２４が駆動され、超音波デバイス２０から対象物１に向かって超音波が出力される。
【００２１】
受信回路部３４は、受信アンプ３４１、コンパレーター３４２、波形成形回路３４３等を含む。
受信アンプ３４１は、超音波デバイス２０において超音波を受信した際に出力される受信信号を、所定のゲインで増幅させる。
コンパレーター３４２は、受信アンプ３４１で増幅された受信信号のうち、信号電圧が所定の閾値以上となる受信信号を検出し、更に、検出した受信信号のゼロクロス点を検出する。つまり、コンパレーター３４２は、ゼロクロス検出部として機能する。そして、コンパレーター３４２は、ゼロクロス点が検出されたタイミングでゼロクロス検出パルスをマイコン３５に出力する。
また、コンパレーター３４２は、マイコン３５から入力される閾値設定指令に基づいて閾値を設定する。
【００２２】
波形成形回路３４３は、受信アンプ３４１からの受信信号が入力される。この波形成形回路３４３は、入力された信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして、受信信号の信号包絡線を成形してマイコン３５に出力する。
【００２３】
マイコン３５は、各種プログラムや各種データが記憶されるメモリー３５１、及びメモリー３５１に記憶されたプログラムに記述された命令セットを実行するプロセッサー３５２を含む。そして、マイコン３５は、メモリー３５１に記憶されたプログラムをプロセッサー３５２により実行することで、送信指令部３５３、閾値設定部３５４、受信設定部３５５、及び距離計測部３５６として機能する。
【００２４】
送信指令部３５３は、駆動パルス発生回路３３１に送信パルスの生成指令を出力する。送信パルスの生成指令は、超音波計測装置１０に接続された外部機器から入力された距離測定要求に基づいて行われる。例えば、本実施形態の超音波計測装置１０は、電子機器や産業機器に組み込むことが可能であり、これらの電子機器や産業機器の制御部からの距離測定要求が入力されることで、送信パルスの生成を指令する。なお、超音波計測装置１０に入力操作部を設けてもよく、ユーザーが入力操作部を操作して距離測定要求を入力してもよい。
【００２５】
閾値設定部３５４は、波形成形回路３４３から入力される受信信号の波形に基づいて、コンパレーター３４２で用いる閾値を設定する。具体的には、閾値設定部３５４は、コンパレーター３４２で検出されるゼロクロス点の検出数が所定数となるように、閾値を設定する。
【００２６】
受信設定部３５５は、超音波の送信タイミングから、ゼロクロス点の検出タイミングまでの時間（ゼロクロス検出時間）を算出する。ここで、本実施形態では、受信信号は、振動部２２１の１波分の振動により出力される信号であり、振動部２２１が振動することで、複数の受信信号が出力されるものとする。よって、受信設定部３５５は、各受信信号のゼロクロス点に対応するそれぞれのゼロクロス検出時間を算出する。
また、受信設定部３５５は、算出されたゼロクロス検出時間に基づいて、超音波の受信タイミングとするゼロクロス点（受信ゼロクロス点）を設定する。
なお、閾値の設定方法及び受信ゼロクロス点の設定方法に関する詳細な説明については後述する。
【００２７】
距離計測部３５６は、超音波の送信タイミングから、受信ゼロクロス点に対応した受信タイミングまでのゼロクロス検出時間に基づいて、超音波デバイス２０から対象物１までの距離を算出する。
【００２８】
［超音波計測方法］
次に、超音波計測装置１０による超音波計測方法を含む距離測定処理について説明する。
図４は、本実施形態の距離測定処理を示すフローチャートである。図５は、本実施形態の超音波送受処理での送信パルス、受信信号、及びゼロクロス検出パルスのタイミングチャートである。なお、本実施形態で述べる超音波送受処理とは、所定波数分の超音波を送信し、その反射波を受信する処理である。本実施形態では、対象物１と超音波デバイス２０との距離を計測するために、１回の超音波送受処理を実施すればよい。
なお、本実施形態では、対象物１から超音波デバイス２０までの距離が、所定速度で変動しており、超音波デバイス２０から対象物１までの距離を計測する処理を複数回実施する例を示す。
【００２９】
マイコン３５は、例えば外部機器や入力操作部から距離測定要求が入力されることで、まず、測定回を示す変数ｍを初期化し、ｍ＝１を設定する（ステップＳ１）。
次に、マイコン３５は、スイッチング回路３１を送信接続に切り替える（ステップＳ２）。そして、送信指令部３５３は、駆動パルス発生回路３３１に、送信パルスの生成指令を出力し、超音波デバイス２０から対象物１に向かって超音波を送信させる（ステップＳ３）。
つまり、駆動パルス発生回路３３１は、生成指令に基づいて、超音波の発振周波数と同じパルス周波数の所定波数の送信パルスを生成して、送信駆動回路３３２に出力する。これにより、送信駆動回路３３２は、送信パルスの立ち上がりタイミングに同期して、各超音波トランスデューサー２４に駆動電圧を印加する。
また、本実施形態では、駆動パルス発生回路３３１から送信パルスが送信されるタイミングを、送信タイミングとする。
【００３０】
次に、マイコン３５の閾値設定部３５４は、メモリー３５１に予め記憶されている閾値Ｖｔｈ（ｍ）を読み出し、コンパレーター３４２に出力する（ステップＳ４）。なお、ｍ＝１の場合、メモリー３５１に予め記憶されている所定の閾値Ｖｔｈ（１）をコンパレーター３４２に出力する。
そして、マイコン３５は、スイッチング回路３１を受信接続に切り替え（ステップＳ５）、超音波デバイス２０から受信回路部３４を介して入力されるゼロクロス検出パルスを受信する（ステップＳ６）。
【００３１】
具体的には、ステップＳ５により受信接続に切り替えると、超音波デバイス２０で超音波を受信した際に、超音波デバイス２０から出力された受信信号が受信回路部３４に入力される。この受信信号は、受信アンプ３４１により増幅された後、コンパレーター３４２及び波形成形回路３４３に入力される。
コンパレーター３４２は、入力された複数の受信信号のうち、閾値Ｖｔｈ（ｍ）以上の信号電圧の受信信号のゼロクロス点を検出し、ゼロクロス点の検出タイミングでマイコン３５にゼロクロス検出パルスを出力する。
また、波形成形回路３４３は、超音波の周期よりも十分に短い周期で入力された受信信号をサンプリングし、受信信号の信号包絡線を成形し、マイコン３５に出力する。
【００３２】
次に、受信設定部３５５は、入力されたゼロクロス検出パルスの数、つまり、ゼロクロス点の検出数をカウントし（ステップＳ７）、当該検出数が予め設定された所定数であるか否かを判定する（ステップＳ８）。例えば、図５に示す例では、ゼロクロス検出パルスの検出数が６であるか否かを判定する。
ステップＳ８でＹＥＳと判定される場合、受信設定部３５５は、予め設定された位置のゼロクロス点を、受信ゼロクロス点として設定する（ステップＳ９）。例えば、本実施形態では、図５に示すように、最初に入力されたゼロクロス検出パルスに対応したゼロクロス点を、受信ゼロクロス点として設定する。また、受信設定部３５５は、超音波の送信タイミングから、設定した受信ゼロクロス点の検出タイミングまでの時間（ゼロクロス検出時間ｔｄ）を算出する。
この後、距離計測部３５６は、ゼロクロス検出時間ｔｄと、音速と、に基づいて、超音波デバイス２０から対象物１までの距離を算出する（ステップＳ１０）。
【００３３】
なお、ステップＳ８でＮＯと判定される場合は、受信設定部３５５による受信ゼロクロス点の設定は行われず、ステップＳ１１の処理に進む。例えば、初回（ｍ＝１）の超音波送受処理等では、所定数のゼロクロス点が得られない場合がある。この場合、マイコン３５は、オフセット誤差の発生を抑制するために、その回の距離計測を実施しない。
【００３４】
ステップＳ１０の後、及びステップＳ８でＮＯと判定された場合、閾値設定部３５４は、波形成形回路３４３から入力される信号包絡線から、受信信号の最大信号電圧ＶＨｍを検出し（ステップＳ１１）、ｍ＋１回目の超音波送受処理において、コンパレーター３４２で用いる閾値Ｖｔｈ（ｍ＋１）を設定し（ステップＳ１２）、メモリー３５１に記憶する。
【００３５】
ここで、図５に基づいて、本実施形態における閾値の設定方法についてより詳細に説明する。
図５に示す例では、超音波の発振周波数と同じパルス周波数の５波の送信パルスが駆動パルス発生回路３３１から送信駆動回路３３２に入力される。よって、送信駆動回路３３２は、当該パルス周波数の周期駆動電圧を５波分だけ超音波デバイス２０に入力する。このため、振動部２２１は、５波分だけ圧電素子２３の駆動によって振動し、その後、振動部２２１の弾性に応じて減衰振動する。減衰振動時の振動周波数は、超音波トランスデューサー２４の共振周波数であるが、本実施形態では、送信パルスの周波数は、超音波トランスデューサー２４の共振周波数と同じ周波数である。
【００３６】
一方、超音波デバイス２０から送信された超音波が対象物１で反射され、超音波トランスデューサー２４で超音波が受信されると、振動部２２１が変位し、その後、振動部２２１の弾性に応じて共振振動し、残響成分となる。本実施形態では、対象物１により反射された５波分の超音波は、超音波の発振周波数と同じパルス周波数で受信される。このため、反射超音波の受信による振動部２２１の振動と残響成分の振動との位相が一致し、図５に示すように、受信信号の信号電圧が漸増する。そして、対象物１により反射された最後の超音波が超音波デバイス２０で受信された後は、振動部２２１が減衰振動することで、受信信号の信号電圧が漸減する。よって、複数の受信信号を時系列に沿って観察すると、最大信号電圧ＶＨｍの受信信号の受信タイミングを境にして、前半の受信信号の信号電圧と、後半の受信信号の信号電圧とが略対称となる。
【００３７】
ところで、図５に示す例では、１回目の測定、２回目の測定、及び３回目の測定において、対象物１と超音波デバイス２０との距離が増大する。この場合、図５に示すように、超音波デバイス２０で反射超音波が受信されるまでの時間が、距離に応じた時間だけ増大し、受信信号の信号電圧も低下する。
しかしながら、対象物１と超音波デバイス２０との距離によらず、受信信号の信号波形は略同じ形状となる。つまり、最大信号電圧ＶＨｍの受信信号の受信タイミングを境にして、前半の受信信号の信号電圧と、後半の受信信号の信号電圧とが略対称となる。
この場合、ｍ回目の超音波送受処理（第一超音波送受処理）での受信信号の最大信号電圧ＶＨｍに対して、所定の係数Ｋをかけた値Ｋ×ＶＨｍを、ｍ＋１回目の超音波送受処理（第二超音波送受処理）で用いる閾値Ｖｔｈ（ｍ＋１）とする。これにより、各超音波送受処理でのゼロクロス検出パルスの数、つまりゼロクロス点の検出数が同数となるように、コンパレーター３４２の閾値Ｖｔｈ（ｍ）を設定することができる。なお、この係数Ｋは、対象物１と超音波デバイス２０との相対位置の変化量、超音波送受処理を実施する頻度によって適宜設定することができる。例えば、本実施形態では、ｍ＋１回目の超音波送受処理で用いる閾値Ｖｔｈ（ｍ＋１）として、ｍ回目の超音波送受処理の最大信号電圧ＶＨｍの１／３倍の値（Ｖｔｈ（ｍ＋１）＝ＶＨｍ／３）を用いている。これにより、図５に示すように、測定回によらず、２波目から８波目の６波の受信信号のゼロクロス点が検出され、２波目のゼロクロス点を受信ゼロクロス点として設定することができる。
【００３８】
以上の後、マイコン３５は、変数ｍに１を加算し（ステップＳ１３）、例えば、測定を終了するか否かを判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４では、マイコン３５は、例えば、測定者による入力操作により、測定を終了する旨の操作信号が入力された場合、又は、測定回数（変数ｍ）が予め設定された回数となった場合に、測定を終了すると判定する。
ステップＳ１４においてＮＯと判定される場合、つまり、測定を継続する場合は、ステップＳ２に戻る。これにより、超音波計測装置１０は、超音波デバイス２０と対象物１との距離計測を開始する。
【００３９】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の超音波計測装置１０は、超音波デバイス２０と、制御回路３０とを備える。超音波デバイス２０は、送信パルスに基づいて対象物１に対して超音波を送信し、対象物１で反射された反射超音波を受信する超音波送受処理を実施し、超音波の受信により受信信号を出力する。また、制御回路３０は、受信回路部３４及びマイコン３５を備えている。受信回路部３４は、コンパレーター３４２を含む。コンパレーター３４２は、信号電圧が所定の閾値Ｖｔｈ（ｍ）以上となる受信信号のゼロクロス点を検出するゼロクロス検出部として機能する。また、マイコン３５は、閾値設定部３５４として機能し、コンパレーター３４２で検出されるゼロクロス点の検出数が所定数となるように、Ｖｔｈ（ｍ）を設定する。
【００４０】
この場合、測定毎にゼロクロス点の検出数が変化することがなく、検出されるゼロクロス点の位置が変動することがない。例えば図５の例では、測定毎に、２波目から８波目のゼロクロス点が検出される。このため、所定番目のゼロクロス点を受信ゼロクロス点として設定すれば、オフセット誤差が発生する不都合を抑制でき、精度の高い距離計測を行うことができる。
また、対象物１と超音波デバイス２０との距離を１回測定するために、複数回の超音波送受処理を実施する必要がなく、大容量の記憶容量を有するメモリー３５１が不要となる。よって、本実施形態では、超音波計測装置１０の構成を簡素化でき、距離計測処理に係る処理時間も短縮することができる。
【００４１】
本実施形態では、受信回路部３４は、波形成形回路３４３を備え、この波形成形回路３４３は、超音波処理により得られる受信信号の信号包絡線をマイコン３５に出力する。そして、閾値設定部３５４は、受信信号の信号包絡線に基づいて、ｍ回目の超音波送受処理（第一超音波送受処理）における受信信号の最大信号電圧ＶＨｍを検出する。さらに、閾値設定部３５４は、この最大信号電圧ＶＨｍに基づいて、ｍ＋１回目の超音波送受処理（第二超音波送受処理）において用いる閾値Ｖｔｈ（ｍ＋１）を設定する。この場合、先に実施した超音波送受処理の最大信号電圧ＶＨｍの実測値に基づいて、次の超音波送受処理で用いる閾値Ｖｔｈ（ｍ）を設定することができる。これにより、ゼロクロス点の検出数が所定数となる閾値Ｖｔｈ（ｍ）を、容易、かつ精度良く設定することができる。
【００４２】
［変形例］
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。
【００４３】
上記実施形態では、ステップＳ８において、受信設定部３５５は、入力されたゼロクロス点の検出数が予め設定された所定数であるか否かを判定した。この場合、例えば、ｍ＝１の初回の超音波送受処理において、ゼロクロス点の検出数が所定数ではない場合、最大信号電圧値に基づいて、閾値を再設定する必要があり、初回の測定時で対象物１と超音波デバイス２０との距離を計測することができない。
これに対して、ステップＳ７でカウントされたゼロクロス点の検出数を、所定数としてメモリー３５１に記憶してもよい。この場合、次回（ｍ＝２）以降のゼロクロス点の検出数が、ｍ＝１の際のゼロクロス点の検出数となるように、閾値を設定すればよい。
【００４４】
上記実施形態では、ｍ＋１回目の超音波送受処理（第二超音波送受処理）において用いる閾値Ｖｔｈ（ｍ＋１）を、ｍ回目の超音波送受処理（第一超音波送受処理）の受信信号の最大信号電圧ＶＨｍに基づいて設定する例を示した。
これに対して、１回の距離計測毎に、予備測定を実施し、予備測定により得られた受信信号の信号波形に基づいて、閾値を設定してもよい。例えば、ｍ＝１の際に、予備測定を実施して、閾値設定部３５４は、ゼロクロス点の検出数が所定数となる閾値を設定し、その閾値を用いて本測定処理を実施する。その後、次の超音波測定を実施する際、つまり、ｍ＝２の際に、再度、予備測定を実施し、閾値設定部３５４は、ゼロクロス点の検出数が所定数となる閾値を設定し、その閾値を用いて本測定処理を実施する。この場合、測定毎の、対象物１と超音波デバイス２０との距離の増減幅が大きい場合でも、コンパレーター３４２で用いる閾値を最適値に設定でき、適切な受信ゼロクロス点を設定することができる。
【００４５】
上記各実施形態で説明した超音波計測装置１０は、対象物１までの距離を計測する単体の計測センサーとして用いてもよく、各種電子機器や産業機器などに組み込んで用いてもよい。
例えば、インクジェットプリンター等の印刷装置に、超音波計測装置１０を組み込んでもよい。この場合、印刷媒体に対してインクを吐出するインクヘッドが搭載されるキャリッジに、超音波計測装置１０を搭載し、キャリッジと印刷媒体との間の距離を測定してもよい。あるいは、インクタンクに、超音波計測装置１０を設け、インクタンク内の液面の位置を計測してもよい。
また、ロボットアーム等の産業機器において、対象物を把持するアームに超音波計測装置１０を組み込み、アームから対象物までの距離を計測してもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１…対象物、１０…超音波計測装置、２０…超音波デバイス、３０…制御回路、３１…スイッチング回路、３２…シグナルグラウンド、３３…送信回路部、３４…受信回路部、３５…マイコン、３３１…駆動パルス発生回路、３３２…送信駆動回路、３４１…受信アンプ、３４２…コンパレーター、３４３…波形成形回路、３５１…メモリー、３５２…プロセッサー、３５３…送信指令部、３５４…閾値設定部、３５５…受信設定部、３５６…距離計測部、ＶＨｍ…最大信号電圧、Ｖｔｈ（ｍ）…閾値。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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