(57)【要約】【課題】超音波を利用し２点間の距離計測をするセンサユニットにおいて、その周囲に反射物が存在しても、その影響を低減し安定な距離計測を可能にする。【解決手段】センサユニットは水平面の全方位へ向けて超音波信号を発信する全方位超音波発信器１００と、水平面の特定の方位より到来する超音波信号を受信する超音波受信器１０１〜１０６を備える。反射物検出モードでは、全方位超音波発信器１００より超音波信号を発信させ、所定時間内に該超音波信号が超音波受信器１０１〜１０６の１つ以上で受信された場合に、それら超音波受信器による受信信号レベルに基づいて反射物の存在する方向を求め、該方向に対応した一部の超音波受信器の受信感度をそれ以外の超音波受信器の受信感度より下げる制御を行う。【選択図】図１
2010071746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の平面において全ての方向へ向けて超音波信号を発信するための全方位超音波発信器と、前記所定の平面において特定の方向より到来する超音波信号を受信するための複数の超音波受信器とを具備し、
前記全方位超音波発信器より超音波信号を発信させ、所定時間内に該超音波信号が前記複数の超音波受信器の１つ以上で受信された場合に、前記複数の超音波受信器による受信信号レベルに基づいて反射物の存在する方向を求め、該方向に対応した前記複数の超音波受信器のうちの一部の超音波受信器の受信感度を、それ以外の超音波受信器の受信感度より下げる制御を行う動作モードを有することを特徴とする距離計測装置。
【請求項２】
所定の平面において全ての方向より到来する超音波信号を受信するための全方位超音波受信器と、前記所定の平面において特定の方向へ向けて超音波信号を発信するための複数の超音波発信器とを具備し、
前記複数の超音波発信器より順に超音波信号を発信させ、所定時間内に該超音波信号が前記全方位超音波受信器で受信されたか否かを調べることにより、反射物の存在する方向を求め、該方向に対応した前記複数の超音波発信器のうちの一部の超音波発信器の発信パワーを、それ以外の超音波発信器の発信パワーより下げる制御を行う動作モードを有することを特徴とする距離計測装置。
【請求項３】
所定の平面において特定の方向へ向けて超音波信号を発信するための複数の超音波発信器と、前記所定の平面において特定の方向より到来する超音波信号を受信するための複数の超音波受信器とを具備し、
前記複数の超音波発信器の全部より同時に超音波信号を発信させ、所定時間内に該超音波信号が前記複数の超音波受信器の１つ以上で受信された場合に、前記複数の超音波受信器による受信信号レベルに基づいて反射物の存在する方向を求め、該方向に対応した前記複数の超音波受信器のうちの一部の超音波受信器の受信感度を、それ以外の超音波受信器の受信感度より下げる制御を行う動作モードを有するとともに、
前記複数の超音波発信器より順に超音波信号を発信させ、所定時間内に該超音波信号が前記複数の超音波受信器のいずれかで受信されたか否かを調べることにより、反射物の存在する方向を求め、該方向に対応した前記複数の超音波発信器のうちの一部の超音波発信器の発信パワーを、それ以外の超音波発信器の発信パワーより下げる制御を行う動作モードを有することを特徴とする距離計測装置。
【請求項４】
電波信号を発信する手段及び電波信号を受信する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の距離計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空中超音波を利用して距離計測を行う距離計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
距離を測定したい２点に距離計測のための装置を設置し、一方の装置から発信した超音波信号をもう一方の装置で受信し、装置間での超音波信号の伝播時間から２点間の距離を求める距離計測方法が知られている（例えば特許文献１，２参照）。このような距離計測方法では、超音波より空気中の伝播速度の速い電波や赤外線を用いて装置間で超音波信号の発信／受信のタイミングをとる手法が採用されることが多い（例えば特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１９４７０７号公報
【特許文献２】特開平１−８８１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
少なくとも超音波信号の受信器と発信器を備える装置間での超音波信号の伝播時間を計測する距離計測方式では、各装置の近傍に壁等があると、その壁等で反射された超音波による影響で安定な計測ができない場合がある。特に、所定の平面において全方位に超音波信号を発信するような装置の場合には、装置の周囲に壁等が存在する頻度は高く、壁等による反射の悪影響を受ける頻度も高くなる。
【０００５】
よって、本発明の目的は、超音波を利用した距離計測のための距離計測装置において、その周辺に超音波を反射する壁等が存在しても安定な距離測定を可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明に係る距離計測装置は、
所定の平面において全ての方向へ向けて超音波信号を発信するための全方位超音波発信器と、前記所定の平面において特定の方向より到来する超音波信号を受信するための複数の超音波受信器とを具備し、
前記全方位超音波発信器より超音波信号を発信させ、所定時間内に該超音波信号が前記複数の超音波受信器の１つ以上で受信された場合に、前記複数の超音波受信器による受信信号レベルに基づいて反射物の存在する方向を求め、該方向に対応した前記複数の超音波受信器のうちの一部の超音波受信器の受信感度を、それ以外の超音波受信器の受信感度より下げる制御を行う動作モードを有することを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２記載の発明に係る距離計測装置は、
所定の平面において全ての方向より到来する超音波信号を受信するための全方位超音波受信器と、前記所定の平面において特定の方向へ向けて超音波信号を発信するための複数の超音波発信器とを具備し、
前記複数の超音波発信器より順に超音波信号を発信させ、所定時間内に該超音波信号が前記全方位超音波受信器で受信されたか否かを調べることにより、反射物の存在する方向を求め、該方向に対応した前記複数の超音波発信器のうちの一部の超音波発信器の発信パワーを、それ以外の超音波発信器の発信パワーより下げる制御を行う動作モードを有することを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３記載の発明に係る距離計測装置は、
所定の平面において特定の方向へ向けて超音波信号を発信するための複数の超音波発信器と、前記所定の平面において特定の方向より到来する超音波信号を受信するための複数の超音波受信器とを具備し、
前記複数の超音波発信器の全部より同時に超音波信号を発信させ、所定時間内に該超音波信号が前記複数の超音波受信器の１つ以上で受信された場合に、前記複数の超音波受信器による受信信号レベルに基づいて反射物の存在する方向を求め、該方向に対応した前記複数の超音波受信器のうちの一部の超音波受信器の受信感度を、それ以外の超音波受信器の受信感度より下げる制御を行う動作モードを有するとともに、
前記複数の超音波発信器より順に超音波信号を発信させ、所定時間内に該超音波信号が前記複数の超音波受信器のいずれかで受信されたか否かを調べることにより、反射物の存在する方向を求め、該方向に対応した前記複数の超音波発信器のうちの一部の超音波発信器の発信パワーを、それ以外の超音波発信器の発信パワーより下げる制御を行う動作モードを有することを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４記載の発明の特徴は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の距離計測装置に、電波信号を発信する手段及び電波信号を受信する手段を付加することである。
【発明の効果】
【００１０】
距離を測定しようとする２点に本発明の距離計測装置を設置することにより、超音波を利用した距離計測を行うことができる。そして、その２点の一方又は両方に設置された距離計測装置を、距離計測動作に先立って、上記の動作モードで動作させることにより、その周囲の所定距離以内に壁等の反射物が存在しても、その反射物で反射された超音波信号の影響を低減するように受信感度又は発信パワーを制御することができるため、安定した距離計測が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明においては、本発明に係る距離計測装置をセンサユニットと呼ぶ。
【００１２】
［第１の実施例］
本発明の第１の実施例に係るセンサユニットは、図１（平面図）及び図２（正面図）に示すように、水平面において全方位に向けて超音波信号を発信する全方位超音波発信器１０２を中心に備え、水平面において異なった方位より伝播してくる超音波信号を所定の指向角度範囲内で受信する６個の超音波受信器（１）１０１〜（６）１０６を全方位超音波発信器１００の周りに均等な角度間隔で配置している。超音波受信器１０１〜１０６は、全方位超音波発信器１００からの超音波信号の発信の邪魔にならないように、全方位超音波発信器１００より低い位置に配置されている。
【００１３】
図５に超音波受信器１０１〜１０６の検出信号の減衰の指向角度依存性（指向特性）を示す。超音波受信器１０１〜１０６はそれぞれ、その受信方向が超音波全方位発信器１００を中心とした円の直径方向となっており、指向角度の中央が６０°間隔となっているので、６個の超音波受信器１０１〜１０６の全体では、水平面において数デシベル程度の減衰で全方位の超音波信号を受信可能である。全方位超音波発信器１００は、水平面について図３に示すような指向特性を有し、垂直面に対しては図４に示すような指向特性を有する。
【００１４】
このセンサユニットは、図２に見られるように、全方位超音波発振器１００及び超音波受信器１０１〜１０６が実装されたプリント回路基板１０７の下部に、信号処理回路部１０８とインターフェース部１０９を備える（インターフェース部１０９は図１では省略されている）。センサユニットと外部のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）などとはインターフェース部１０９を介し接続される。
【００１５】
信号処理回路部１０８の内部構成を図６に示す。図６において、３００はマイクロコンピュータ、３０１は全方位超音波発振器１００（電気／超音波変換器）から超音波信号を発信させる発信回路であり、ＦＭ変調回路を含んでいる。３０２は超音波受信器（超音波／電気変換器）１０１〜１０６の出力信号（受信信号）の増幅・検波を行う受信回路であり、受信信号を増幅する増幅回路と、この増幅回路により増幅された受信信号を検波するＦＭ検波回路を含む。発信回路３０１の入力はマイクロコンピュータ３００のデジタルＩ／Ｏインターフェースに接続される。受信回路３０２の出力（増幅回路の出力とＦＭ検波回路の出力の両方）はマイクロコンピュータ３００のＡ／Ｄ変換インターフェースに接続される。インターフェース部１０９に接続されたＰＣなどは、マイクロコンピュータ３００の通信インターフェースに接続される。マイクロコンピュータ３００には、後述するような動作のためのプログラムが組み込まれている。
【００１６】
このセンサユニットは、その動作モードとして距離計測のための発信モード及び受信モードを有するが、これとは別に反射物検出モードを有する。このセンサユニットの反射物検出モードでの動作について、図７に示したフローチャートを参照し説明する。
【００１７】
センサユニットに接続されたＰＣなどよりマイクロコンピュータ３００に対しコマンドが送られ、センサユニットは反射物検出モードに遷移する（ステップ４００）。マイクロコンピュータ３００は、デジタルＩ／Ｏインターフェースを通じて発信回路３０１を駆動し、全方位超音波発信器１００より超音波信号を発信させる（ステップ４０１）。この超音波信号は無変調の信号でよい。マイクロコンピュータ３００は、超音波信号を発信させた直後から、Ａ／Ｄ変換インターフェースを通じて超音波受信器１０１〜１０６それぞれに対応した受信信号（受信回路内部の増幅回路の出力信号）のチェックを開始し、ステップ４０１で発信した超音波信号が所定の時間内に受信されるか否かを監視する（ステップ４０２，４０３）。所定時間内に、何れか１つ以上の超音波受信器で超音波信号が受信されたと確認した場合（ステップ４０２，Ｙ）、センサユニットから所定距離以内に超音波信号を反射するような反射物が存在し、その反射物で反射されて戻った超音波信号が受信されたということである。この場合、その１つ以上の超音波受信器の受信信号レベルに基づいて、その反射物の存在する方向を算出する（ステップ４０４）。そして、その方向に対応した超音波受信器（距離計測の際に、他のセンサユニットより発信された超音波信号が当該反射物で反射され、その反射超音波信号を受信する可能性の高い超音波受信器）の受信感度を、他の超音波受信器の受信感度より低くするように、受信感度の制御パラメータ（受信係数）の値を決定して記憶する（ステップ４０５）。これで反射物検出モードを終了する。
【００１８】
例えば、超音波受信信号（１）１０１〜（６）１０６による受信信号レベル（Ａ／Ｄ変換インターフェースで変換後のレベル）が図１８に示すような値であったとする。この場合、反射物の存在する方向は超音波受信器（２）１０２に正対する方向であると推定することができる。この場合、各超音波受信器の指向性などを考慮すると、距離計測時に反射物で反射された超音波信号を受信する可能性が高いのは超音波受信器（１）（２）（３）であるので、それら超音波受信器の受信感度を他の超音波受信器（４）（５）（６）により相対的に低くするように受信係数の値を決定し記憶する。ここで決定された受信係数値は距離計測のための受信モード時に適用されるものであって、反射物検出モード時にはデフォルトの受信係数値が適用される。
【００１９】
なお、所定時間内に超音波信号が受信されない場合（ステップ４０３，Ｙ）、センサユニットから所定距離内に反射物が存在しないということである。この場合、各超音波受信器の受信係数はデフォルト値のままとなる。
【００２０】
［第２の実施例］
本発明の第２の実施例に係るセンサユニットは、前記第１の実施例と同様の超音波信号の発信・受信に関する構成（図１，図２，図６）に加え、図８に示すように、電波信号発信のためのアンテナ３０４及び発信回路３０５、電波信号受信のためのアンテナ３０６及び受信回路３０７を備える。発信回路３０５はＦＭ変調回路を含み、受信回路３０７はＦＭ検波回路を含む。受信回路３０７の出力はマイクロコンピュータ３００のＡ／Ｄ変換インターフェースに接続され、発信回路３０１の入力はマイクロコンピュータ３００のデジタルＩ／Ｏインターフェースに接続される。
【００２１】
本実施例のセンサユニットもその動作モードとして、距離計測のための発信モード及び受信モードと、反射物検出モードを有する。この反射物検出モードの動作は前記第１の実施例の場合と同様であるので、説明を繰り返さない。
【００２２】
［第３の実施例］
本発明の第３の実施例に係るセンサユニットは、図９に示すように、全方位超音波発生器２００と、それを取り囲むように等角度間隔で配置した６個の指向性のある超音波発信器（１）２０１〜（６）２０６を備える。超音波発信器２０１〜２０６は全方位超音波受信器２００より下位置にある。このように、本実施例と前記第１の実施例とは、超音波発信器と超音波受信器との関係が丁度逆になっている。超音波発信器２０１〜２０６は図１０に示すような指向特性を有する。全方位超音波受信器２００は、図３及び図４に示した全方位超音波発信器と類似した指向特性を有する。
【００２３】
図１１に、このセンサユニットの信号処理回路部の構成を示す。発信回路３０１と受信回路３０２は図６及び図８における対応回路と同様の回路である。
【００２４】
このセンサユニットは、その動作モードとして距離計測のための発信モード及び受信モードと、反射物検出モードを有する。このセンサユニットの反射物検出モードでの動作について、図１２に示したフローチャートを参照し説明する。
【００２５】
センサユニットに接続されたＰＣなどよりマイクロコンピュータ３００に対しコマンドが送られ、センサユニットは反射物検出モードに遷移する（ステップ４１０）。マイクロコンピュータ３００は、デジタルＩ／Ｏインターフェースを通じて発信回路３０１を駆動し、選んだ１つの超音波発信器（最初は例えば超音波発信器（１）２０１）より超音波信号を発信させる（ステップ４１１）。この超音波信号は無変調の信号でよい。マイクロコンピュータ３００は、超音波信号を発信させた直後から、Ａ／Ｄ変換インターフェースを通じて全方位超音波受信器２００の受信信号（受信回路３０２の内部の増幅回路の出力信号）のチェックを開始し、ステップ４１１で発信した超音波信号が所定の時間内に受信されるか否かを監視する（ステップ４１２，４１３）。所定時間内に、当該超音波受信器で超音波信号が受信されたと確認した場合（ステップ４１２，Ｙ）、センサユニットから所定距離以内にある反射物で反射されて戻った超音波信号が受信されたということである。発信させた超音波発信器と対応付けて受信の有無が一時的に記憶される。超音波信号の受信が確認されると（ステップ４１２，Ｙ）、あるいは、超音波信号の受信を確認することなく所定時間を経過すると（ステップ４１３，Ｙ）、別の１つの超音波発信器（例えば超音波発信器（２）２０２）を選択する（ステップ４１４）。そして、選択した超音波発信器を発信させ（ステップ４１１）、その直後から所定時間内に全方位超音波受信器２００で超音波信号が受信されるか否かを監視する（ステップ４１２，４１３）。同様の動作を超音波発信器を切り替えながら繰り返す。
【００２６】
全ての超音波発信器について以上の動作が終わると（ステップ４１５，Ｙ）、ステップ４１２で記憶された受信有無のデータに基づいて、反射物のある方向を算出する（ステップ４１６）。そして、算出した反射物の方向に対応した（発信した超音波信号が反射物により反射される可能性の高い）超音波発信器の発信パワーを他の超音波発信器に比べ相対的に低くするように、発信パワーの制御パラメータ（発信係数）の値を決定して記憶し（ステップ４１７）、反射物検出モードを終了する。なお、いずれの超音波発信器より発信させたときにも所定時間内に超音波信号を受信しない場合、センサユニットの所定距離内に反射物が存在しないということである。この場合、各超音波発信器の発信係数はデフォルト値のままとなる。
【００２７】
なお、ここで決定された発信係数値は距離計測のための発信モード時に適用されるものであって、反射物検出モード時にはデフォルトの発信係数値が適用される。
【００２８】
一例として、超音波発信器（２）に正対する方向に反射物が存在する場合を考える。この場合、超音波発信器（１）〜（６）よりそれぞれ超音波信号を発信させた時の受信信号レベルは、超音波発信器（２）より発信させた時の受信信号レベルが最高となり、超音波発信器（１）又は（３）より発信させた時の受信信号レベルはそれより低いが、受信されたとみなされる。しかし、超音波発信器（４）（５）又は（６）より発信させた時は受信信号レベルは極めて低く、不受信とみなされる。このような受信信号レベルの関係に基づいて、反射物が存在する方向は、超音波発信器（２）に正対する方向であると容易に推定できる。そして、この反射物による反射の影響を受けやすいのは超音波発信器（１）（２）（３）より発信させる場合であるので、これら超音波発信器の発信パワーを他の超音波発信器（４）（５）（６）より相対的に低くするように送信係数の値を決定し記憶することとなる。
【００２９】
なお、本実施例に係るセンサユニットに、第２の実施例と同様な電波信号の発信／受信手段を追加することも可能である。係る形態のセンサユニットも本発明に包含される。
【００３０】
［第４の実施例］
本発明の第４の実施例に係るセンサユニットは、前記第１の実施例における全方位超音波発信器１００を前記第３の実施例における６個の超音波発信器（１）２０１〜（６）２０６に置き換えた如き構成であり、その側面形状を図１３に示す。６個の超音波受信器（１）１０１〜（６）１０６は、プリント回路基板１０７上に図１に示したような均等角度間隔で並べて実装され、６個の超音波発信器（１）２０１〜（６）２０６は別のプリント回路基板１１０に図９に示したような均等角度間隔で並べて実装される。
【００３１】
図１４に、このセンサユニットの信号処理回路部１０８の構成を示す。発信回路３０１と受信回路３０２は図６及び図８における対応回路と同様の回路である。
【００３２】
このセンサユニットは、距離計測のための発信モード及び受信モードと、２つの反射物検出モードを有する。
【００３３】
このセンサユニットの反射物検出モードについて簡単に説明する。第１の反射物検出モードは、図７に示した前記第１の実施例における反射物検出モードと同様であり、６個の超音波受信器の受信係数の値を決定して記憶する（ただし、６個の超音波発信器より同時に超音波信号を発信させることにより、６個の超音波発信器を実質的に１つの全方位超音波発信器として動作させる）。また、第２の反射物検出モードは、図１２に示した前記第３の実施例における反射物検出モードと同様であり、６個の超音波発信器の発信係数の値を決定し記憶する（ただし、６個の超音波受信器を全体として１つの全方位超音波受信器として扱う）。
【００３４】
なお、本実施例に係るセンサユニットに、第２の実施例と同様な電波信号の発信／受信手段を追加することも可能である。係る形態のセンサユニットも本発明に包含される。
【００３５】
［距離計測動作］
次に、本発明のセンサユニットを利用した距離計測について説明する。距離を計測しようとする２つの地点それぞれにセンサユニットを設置する。それぞれのセンサユニットにはＰＣが接続される。
【００３６】
［超音波のみ利用する距離計測動作］
まず、第１の実施例に係るセンサユニットを２台、距離を測定しようとする２地点に設置し、超音波のみを利用して距離を計測する場合について説明する。この場合、いずれのセンサユニットも距離計測の際に受信モードで動作するため、距離計測に先立って、それぞれのセンサユニットをＰＣからのコマンドにより反射物検出モードに設定し、図７を参照し説明した反射物検出動作を実行させる。
【００３７】
両方のセンサユニットの反射物検出動作を終了した後、距離計測動作を実行する。距離計測動作において、各センサユニットは受信モードで動作する時に反射物検出動作で決定され記憶されている受信係数が適用されるため、他方のセンサユニットから直接届く超音波信号に対する受信感度は高いが、近傍にある反射物で反射されて届く超音波信号に対する受信感度は低いため、反射物の存在による影響を受けにくい。
【００３８】
次に、距離計測動作について、図１５に示したフローチャートを参照し説明する。一方のセンサユニット（１）はそれに接続されたＰＣからのコマンドにより発信モードに設定され（ステップ５００）、もう一方のセンサユニット（２）はそれに接続されたＰＣからのコマンドにより受信モードに設定される（ステップ５０１）。
【００３９】
発信モードに設定されたセンサユニット（１）のマイクロコンピュータ３００では、自装置のＩＤを符号化し（ステップ５０２）、その符号を全方位超音波発信器１００の発信回路３０１に印加するための電圧パターンに変換する（ステップ５０３）。センサユニット（１）のマイクロコンピュータは、内部のタイマーをスタートさせて経過時間の計測を開始し（ステップ５０４）、変換した電圧パターンを全方位超音波発信器１００の発信回路３０１に印加することより、当該電圧パターンによりＦＭ変調された超音波信号を全方位超音波発信器１００より発信させる（ステップ５０６）。発信後、センサユニット（１）は受信モードに遷移する（ステップ５０６）。
【００４０】
受信モードに設定されたセンサユニット（２）のマイクロコンピュータ３００は、Ａ／Ｄ変換インターフェースを介して超音波受信器（１）〜（６）による受信信号の検波信号を取り込み、センサユニット（１）からの超音波信号の受信を監視する。すなわち、受信モードに設定されてから所定時間以内に、スタートビット（開始信号）に対応する検波信号を検出すると、信号受信と判定する（ステップ５０７，Ｙ）。なお、マイクロコンピュータ３００は、Ａ／Ｄ変換インターフェースを介して各超音波受信器（１）〜（６）による受信信号も取り込み、この受信信号のレベルに、対応した受信係数値を適用することにより受信感度補正を施した後のレベルをチェックし、そのレベルが最も高い１つの超音波受信器を選択し、この超音波受信器による受信信号の検波信号のみを受信監視の対象とする。このようにすることにより、反射物で反射された信号の影響を受けにくくなる。
【００４１】
所定時間内にスタートビットを検出できないときは（ステップ５０８，Ｙ）、センサユニット（２）は接続されたＰＣにエラー（１）を返し（ステップ５０９）、動作を終了する（距離計測は失敗したことになる）。
【００４２】
スタートビットを検出したときは（ステップ５０７，Ｙ）、ストップビット（終了信号）の受信を監視する（ステップ５１０）。スタートビットを検出してから所定時間内にストップビットに対応した検波信号を検出したときは信号受信完了と判定する（ステップ５１０，Ｙ）。所定時間内にストップビットを検出しないときは（ステップ５１１，Ｙ）、ＰＣにエラー（２）を返し（ステップ５１２）、動作を終了する（距離計測は失敗したことになる）。
【００４３】
センサユニット（２）のマイクロコンピュータは、信号受信完了と判定した場合、受信したスタートビットからストップビットまでの符号を復元し（ステップ５１３）、発信モードに遷移する（ステップ５１４）。そして、復元した符号を全方位超音波発信器１００の発信回路３０１に印加するための電圧パターンに変換し（ステップ５１５）、この電圧パターンを発信回路３０１に印加することによって、全方位超音波発信器１００より当該電圧パターンでＦＭ変調された超音波信号を発信させ（ステップ５１６）、一連の動作を終了する。
【００４４】
受信モードに遷移したセンサユニット（１）において、マイクロコンピュータ３００はＡ／Ｄ変換インターフェースを介して超音波受信器（１）〜（６）による受信信号の検波信号を取り込み、センサユニット（２）からの超音波信号の受信を監視する。すなわち、受信モードに遷移してから所定時間以内に、スタートビット（開始信号）に対応する検波信号を検出すると、信号受信と判定する（ステップ５１７，Ｙ）。マイクロコンピュータ３００は、Ａ／Ｄ変換インターフェースを介して各超音波受信器（１）〜（６）による受信信号も取り込み、この受信信号のレベルに対応した受信係数値を適用することにより受信感度補正を施した後のレベルをチェックし、そのレベルが最も高い１つの超音波受信器を選択し、この超音波受信器による受信信号の検波信号のみを受信監視の対象とする。このようにすることにより、反射物により反射された信号の影響を受けにくくなる。
【００４５】
所定時間内にスタートビットを検出できないときは（ステップ５１８，Ｙ）、センサユニット（１）は接続されたＰＣにエラー（３）を返し（ステップ５０１）、動作を終了する（距離計測は失敗したことになる）。
【００４６】
スタートビットを検出したときは（ステップ５１７，Ｙ）、ストップビット（終了信号）の受信を監視する（ステップ５２０）。スタートビットを検出してから所定時間内にストップビットに対応した検波信号を検出したときは信号受信完了と判定する（ステップ５２０，Ｙ）。所定時間内にストップビットを検出しないときは（ステップ５２１，Ｙ）、ステップ５０４でスタートさせたタイマーをストップさせ（ステップ５２２）、ＰＣにエラー（４）を返し（ステップ５２３）、動作を終了する（距離計測は失敗）。
【００４７】
一方、信号受信完了と判定した場合（ステップ５２０，Ｙ）、受信したスタートビットからストップビットまでの符号を復元し（ステップ５２５）、ステップ５０４でスタートさせたタイマーをストップさせ、タイマーの値すなわちスタートしたからの経過時間を記録する（ステップ５２５）、復元された符号がステップ５０２で符号化したＩＤの符号と比較判定する（ステップ５２６）。両符号が一致するならば（ステップ５２６，Ｙ）、その符号と経過時間をセンサユニット（１）に接続されたＰＣに出力し（ステップ５２８）、一連の動作を終了する（距離計測に成功したということである）。符号が不一致しならば（ステップ５２６，Ｎ）、エラー（５）をＰＣへ返し（ステップ５２７）、一連の動作を終了する（距離計測は失敗）。
【００４８】
ここまで説明した距離計測の例では、センサユニット（１）から合図としての超音波信号を発信し、この発信時点から、この超音波信号に応答してセンサユニット（２）より発信された超音波信号がセンサユニット（１）で受信される時点までの経過時間を計測する方法を採用している。この方法は、タイミングをとるための超音波以外の信号（電波や赤外線などの信号）が不要であるという利点がある。なお、センサユニット（１）から経過時間をＰＣへ出力するものとして説明した。この場合、経過時間から距離への換算のための計算はＰＣ側で行うことになる。ただし、この計算をセンサユニット（１）で行わせることも可能である。
【００４９】
なお、第４の実施例に係るセンサユニットを用い同様の距離計測を行うことができる。この場合、ステップ６０５で６個の超音波発信器より同時に超音波信号を発信させるようにする（６個の超音波発信器を１つの全方位超音波発信器として動作させる）。また、距離計測に先立って、図７を参照して説明した反射物検出動作を行う必要がある。
【００５０】
また、第３の実施例に係るセンサユニットを使用することも可能である。この場合、距離検出動作に先立って、各センサユニットで図１２を参照して説明した反射物検出動作を実行させる必要がある。距離検出動作において、各センサユニットにおいて、発信モードでは６個の超音波発信器より順に間隔を空けて超音波信号を発信させる。この際、超音波発信器ごとに、発信係数を適用して発信パワーを制御する。また、超音波検出器ごとのＩＤを超音波信号に重畳させる。各センサユニットにおいて、受信モードでは超音波信号の受信信号のレベルをチェックし、レベルが最も高い１つの受信信号を有効なものとして扱い、符号を復元する。
【００５１】
［超音波と電波を併用する距離計測動作］
次に、第２の実施例に係るセンサユニットを２台、距離を測定しようとする２地点に設置し、超音波と電波を併用して距離を計測する場合について、図１６に示したフローチャートを参照し説明する。この場合、距離計測の際に受信モードで動作する一方のセンサユニット（１）のみ、距離計測動作に先立って、ＰＣからのコマンドにより反射物検出モードに設定し、図７を参照して説明した反射物検出動作を実行させる。
【００５２】
距離計測動作では、一方の地点に設置したセンサユニット（１）をそれに接続したＰＣからのコマンドで受信モードに設定し（ステップ６００）、もう一方の地点に設置したセンサユニット（２）をそれに接続したＰＣからのコマンドで発信モードに設定する（ステップ６０１）。
【００５３】
発信モードに設定されたセンサユニット（２）のマイクロコンピュータ３００では、自装置のＩＤを符号化し（ステップ６０２）、その符号を発信回路３０１，３０５に印加するための電圧パターンに変換し（ステップ６０３）、この電圧パターンを発信回路３０１，３０５に印加することより、当該電圧パターンによりＦＭ変調された超音波信号及び電波信号を全方位超音波発信器１００及び発信用アンテナ３０４より発信させる（ステップ６０４）。この発信を終了すると、センサユニット（２）の動作は終了する。
【００５４】
受信モードに設定されたセンサユニット（１）のマイクロコンピュータ３００は、Ａ／Ｄ変換インターフェースを介して電波信号の受信信号とその検波信号、超音波信号の受信信号とその検波信号を取り込み、センサユニット（２）から発信された電波信号又は超音波信号を受信したか否かをチェックすることができ、また、電波信号又は超音波信号に重畳された符号を検波信号から復元することができる。
【００５５】
まず、センサユニット（１）のマイクロコンピュータ３００は、電波信号の受信を監視する（ステップ６０５，６０６）。電波信号の受信を検出すると（ステップ６０５，Ｙ）、マイクロコンピュータ内部のタイマーをスタートさせ（ステップ６０７）、超音波信号の受信を監視する（ステップ６０８，６０９）。所定時間内に超音波信号の受信を検出すると（ステップ６０８，Ｙ）、タイマーを停止させてタイマースタートからの経過時間を記録する（ステップ６１１）。そして、電波信号の符号及び超音波信号の符号を復元し（ステップ６１２）、それら符号と経過時間とをＰＣへ出力し（ステップ６１３）、動作を終了する。なお、マイクロコンピュータは、各超音波受信器（１）〜（６）による受信信号のレベルに、対応した受信係数値を適用することにより受信感度補正を施した後のレベルをチェックし、そのレベルが最も高い１つの超音波受信器を選択し、この超音波受信器による受信信号の検波信号のみを有効なものとして扱い、符号を復元する。このようにすることにより、反射物により反射された長寒波信号の影響を受けにくくなる。
【００５６】
所定時間内に超音波信号の受信を検知しないときは（ステップ６０９，Ｙ）、エラーをＰＣへ返し（ステップ６１０）、処理を終了する。また、電波信号の受信が検出される前にＰＣからのコマンドで受信モードが解除されたときには（ステップ６０６，Ｙ）、その段階で動作は終了する。
【００５７】
なお、センサユニット（１）において、電波信号の符号と超音波信号の符号の両方を復元してＰＣへ出力する。ＰＣ側では両方の符号を比較し、一致しないときには電波信号の混信や雑音電波の誤受信等があった可能性があると判断することができる。ただし、そのような心配がないのならば、電波信号の符号の復元を行わないようにしてもよく、この場合にはセンサユニット（２）側で無変調の電波信号を発信させてもよい。また、ＰＣ側で経過時間を距離へ換算する計算を行うが、この計算をセンサユニット（１）で行わせるようにすることも可能である。
【００５８】
［反射物が存在する状況での距離計測例］
本発明の実施の形態について、図１７乃至図２１を参照しさらに説明する。
【００５９】
図１７は、距離を計測したい２つの地点にセンサユニット（１）（２）をそれぞれ設置した状態を上方より俯瞰した様子を模式的に示している。この例では、反射物として壁が存在している。センサユニット（１）（２）として、超音波信号と電波信号の発信／受信が可能な第２の実施例に係るセンサユニットが用いられる。図示しないが、各センサユニットにＰＣが接続される。
【００６０】
距離計測の前に、センサユニット（１）は反射物検出モードに設定され、図１２に示した反射物検出動作を実行する。センサユニット（１）の全方位発信器より全方位に超音波信号が発信され、一部の超音波信号（T1_1）は壁に向かい、その一部（R1_1）は壁に反射されてセンサユニット（１）に戻る。
【００６１】
超音波受信器（２）が壁に正対するような向きにセンサユニット（１）が置かれている場合、各超音波受信器（１）〜（６）の反射超音波信号の受信信号レベルは、例えば図１８のようになり、超音波受信器（２）の受信信号レベルが最も高く、超音波受信器（１）（３）の受信信号レベルはそれよりも小さく、それ以外の超音波受信器（４）〜（６）の受信信号レベルは極めて小さい。このような受信信号レベルの関係から、センサユニット（１）の所定距離以内で、超音波受信器（２）の向いた方向に壁のような反射物が存在することが解る。したがって、センサユニット（１）の超音波受信器（１）〜（３）の受信感度を超音波受信器（４）〜（６）の受信感度より相対的に低くするように、各超音波受信器の受信係数の値を決定し記憶する。
【００６２】
センサユニット（１）において、距離計測時に、このように決定した受信係数値を適用することで、センサユニット（２）の全方位発信器から発信され壁で反射された超音波信号（T2_0）の受信感度を下げ、センサユニット（２）の全方位発信器から発信されて直接的にセンサユニット（１）に到達する超音波信号（T2_1）を高感度で受信することができる。
【００６３】
この後、図１６の距離計測動作を行う。図１９（ａ）に示すように、センサユニット（２）から、符号化されたＩＤのパターンが重畳された超音波信号（T2_1)及び電波信号（E2_1）が同時に発信される。センサユニット（１）で、図１９（ｂ）に示すように電波信号（E2_）を受信してから超音波信号（T2_1）を受信するまでの経過時間（ｔ）を計測する。この経過時間を音速を用いて２地点間の距離に換算することができる。
【００６４】
なお、反射物が検出された場合に、センサユニット（２）において、図２０に示すように、超音波信号（T2_1）の受信開始からΔtの時間のみ受信するような処理を実行することで、直接的に到達する超音波信号より遅延して届く反射超音波信号の影響を受けにくくすることができる。
【００６５】
また、反射物が検出された場合に、センサユニット（２）において、図２１に示すように、電波信号（E2_1）の受信信号と超音波信号（T2_1）の受信信号との相互相関を計算することにより、例えば超音波信号に重畳した反射波等のノイズの影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第１の実施例に係るセンサユニットの概略平面図である。
【図２】第１の実施例に係るセンサユニットの概略正面図である。
【図３】第１の実施例に係るセンサユニットにおける全方位超音波発信器の水平面での指向特性を示す図である。
【図４】第１の実施例に係るセンサユニットにおける全方位超音波発信器の垂直面での指向特性を示す図である。
【図５】第１の実施例に係るセンサユニットにおける超音波受信器の水平面での指向特性を示す図である。
【図６】第１の実施例に係るセンサユニットの信号処理回路部の構成を示すブロック図である。
【図７】第１の実施例に係るセンサユニットの反射物検出動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】第２の実施例に係るセンサユニットの信号処理回路部等の構成を説明するためのブロック図である。
【図９】第３の実施例に係るセンサユニットの概略平面図である。
【図１０】第３の実施例に係るセンサユニットにおける超音波発信器の水平面での指向特性を示す図である。
【図１１】第３の実施例に係るセンサユニットの信号処理回路部の構成を示すブロック図である。
【図１２】第３の実施例に係るセンサユニットの反射物検出動作を説明するためのフローチャートである。
【図１３】第４の実施例に係るセンサユニットの概略正面図である。
【図１４】第４の実施例に係るセンサユニットの信号処理回路部の構成を示すブロック図である。
【図１５】超音波信号のみを利用する距離計測動作を説明するためのフローチャートである。
【図１６】超音波信号と電波信号を併用する距離計測動作を説明するためのフローチャートである。
【図１７】反射物が存在する場合の距離計測を説明するための模式図である。
【図１８】反射物検出動作において６個の超音波受信器による受信信号レベルの例を示す図である。
【図１９】一方のセンサユニットより発信される電波信号及び超音波信号と、他方のセンサユニットで受信される電波信号及び超音波信号の時間関係を示す信号波形図である。
【図２０】反射信号の影響を排除するために超音波信号の受信期間を制限する方法を説明するため信号波形図である。
【図２１】超音波信号と電波信号との相互相関をとることにより、超音波信号に重畳する反射波等のノイズ信号を低減する方法を説明するための信号波形図である。
【符号の説明】
【００６７】
１００  全方位超音波発信器
１０１〜１０６  超音波受信器
２００  全方位超音波受信器
２０１〜２０６  超音波発信器
３００  マイクロコンピュータ
３０１  超音波信号用の発信回路
３０２  超音波信号用の受信回路
３０４  電波信号発信用のアンテナ
３０５  電波信号用の発信回路
３０６  電波信号受信用のアンテナ
３０７  電波信号用の受信回路
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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