(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波信号の送出と超音波信号の物体からの反射波の受信とをトランスデューサーで行う超音波センサーであって、トランスデューサーの共振周波数ｆｒと異なる周波数ｆ１のパルス発振出力をトランスデューサーに加える発振回路と、トランスデューサーの受信出力に接続されて｜ｆｒ−ｆ１｜の周波数を通過させるフィルターと、該フィルター出力を処理する処理回路とを備えていることを特徴とする超音波センサー。
【請求項２】
発振回路の周波数ｆ１のパルス発振出力の送波時間Ｔｔが上記｜ｆｒ−ｆ１｜の周波数に対して
｜ｆｒ−ｆ１｜＞１／Ｔｔ
であることを特徴とする請求項１記載の超音波センサー。
【請求項３】
共振周波数ｆｒにほぼ等しい周波数ｆ２のパルス発振出力をトランスデューサーに加える発振回路と、トランスデューサーの受信出力に接続されて周波数ｆ２を通過させるフィルターとを併せ持つことを特徴とする請求項１または２記載の超音波センサー。
【請求項４】
周波数ｆ１よりも共振周波数ｆｒから離れた周波数ｆ３のパルス発振出力をトランスデューサーに加える発振回路と、トランスデューサーの受信出力に接続されて周波数｜ｆｒ−ｆ３｜を通過させるフィルターとを併せ持つことを特徴とする請求項１または２または３記載の超音波センサー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波信号の物体からの反射波を検出することで物体の存在検知や物体までの距離の算出を行う超音波センサーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超音波センサーはトランスデューサーから超音波信号を出力するとともに物体からの反射波をトランスデューサーで受けて、物体の存在の検出を行ったり、超音波信号の送出時刻から反射波の受信時刻までの時間から物体までの距離を検出するもので、超音波信号の送出と反射波の受信とを単一のトランスデューサーで行うものが多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、図５に示す発振出力をトランスデューサーに印加して超音波信号の送出を行った時、トランスデューサーは発振出力が止まった後も残響振動Ｅによるところの出力が受信出力に現れるために、物体からの反射波Ｒの検出にあたり、物体までの距離が短くて反射波Ｒが残響振動に埋もれてしまうと物体の検出ができない。超音波信号の送出と反射波の受信とを異なるトランスデューサーで行うものにおいても、送出した超音波信号が受信用トランスデューサーに回り込むために、ほぼ同様の問題を有している。
【０００４】
特開平６−７６１９９号公報には超音波の出力時間の切り換えによって近距離モードと遠距離モードとを切り換えることができるものが示されているが、このものにおいても、物体からの反射波Ｒが残響振動Ｅに重なるような場合には、物体検知を行うことができない。
本発明はこのような点に鑑み為されたものであり、その目的とするところはきわめて近いところに物体がある時にも残響振動による誤動作を起こすことなく物体の検知を行うことができる超音波センサーを提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、超音波信号の送出と超音波信号の物体からの反射波の受信とをトランスデューサーで行う超音波センサーにおいて、トランスデューサーの共振周波数ｆｒと異なる周波数ｆ１のパルス発振出力をトランスデューサーに加える発振回路と、トランスデューサーの受信出力に接続されて｜ｆｒ−ｆ１｜の周波数を通過させるフィルターと、該フィルター出力を処理する処理回路とを備えていることに特徴を有している。残響振動の中に反射波が埋もれていても反射波の存在を抽出することができるようにしたものである。
【０００６】
この時、発振回路の周波数ｆ１のパルス発振出力の送波時間Ｔｔを上記｜ｆｒ−ｆ１｜の周波数に対して
｜ｆｒ−ｆ１｜＞１／Ｔｔ
となるようにしておくことで、フィルター出力は１波長以上の波形として現れるために反射波の存在をより確実に検知することができるものとなる。
【０００７】
そして共振周波数ｆｒにほぼ等しい周波数ｆ２のパルス発振出力をトランスデューサーに加える発振回路と、トランスデューサーの受信出力に接続されて周波数ｆ２を通過させるフィルターとを併せ持つようにすることで、遠距離に物体がある場合の検知も行うことができるものとなり、周波数ｆ１よりも共振周波数ｆｒから離れた周波数ｆ３のパルス発振出力をトランスデューサーに加える発振回路と、トランスデューサーの受信出力に接続されて周波数｜ｆｒ−ｆ３｜を通過させるフィルターとを併せ持つようにすれば、さらに近距離の物体からの反射波も検知することができるものとなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例について説明すると、図２において、周期発振回路１１で決定されたタイミングで発振回路１２が出力する間欠的なパルス発振出力は、アンプ１３によって増幅された後にトランスデューサー１に加えられて、該トランスデューサー１は超音波信号を発信する。そして物体からの反射波はトランスデューサー１で捕らえられ、トランスデューサー１の受信出力はフィルター２を経た後、アンプ１５とコンパレータ１６とを通じて処理回路１７に送られ、該処理回路１７において物体までの距離の算出がなされて表示回路１８に物体の存在表示や物体までの距離の表示などがなされる。
【０００９】
ここにおいて、上記トランスデューサー１の共振周波数がｆｒである時、発振回路１２は共振周波数ｆｒと異なる周波数ｆ１のパルス発振出力を行うものとしている。そして上記フィルター２には｜ｆｒ−ｆ１｜の周波数を通過させるものを用いている。
トランスデューサー１が周波数ｆ１の超音波信号を送出した後の残響振動は、その共振周波数ｆｒで生じることから、物体からの反射波Ｒが残響振動に重なった場合、周波数ｆ１である反射波Ｒと共振周波数ｆｒの残響振動とによって｜ｆｒ−ｆ１｜の周波数の唸りが生じる。フィルター２はこの周波数｜ｆｒ−ｆ１｜を通過させるものであるために、残響振動に重なった反射波Ｒがあればフィルター２には｜ｆｒ−ｆ１｜の周波数の出力が現れることになる。このために図１に示すように発振時刻からコンパレータ１６による波形整形された出力が現れるまでの時間Δｔから物体までの距離を算出する処理を処理回路１７において行うことができる。
【００１０】
なお、発振回路１２による周波数ｆ１のパルス発振出力の送波時間Ｔｔは、上記｜ｆｒ−ｆ１｜の周波数に対して
｜ｆｒ−ｆ１｜＞１／Ｔｔ
の関係となるようにしてある。従って、反射波Ｒがあってフィルター２出力に｜ｆｒ−ｆ１｜の周波数の信号が現れる時、この信号は必ず１波長以上の波形として現れることから、確実な検知動作を行うことができるものである。
【００１１】
もっとも、上記のものでは反射波Ｒが残響振動に重なる近距離に物体がある時しか物体検知を行うことができないことから、図３及び図４に示すように、発振回路１２を兼ねた制御回路３に、上記周波数ｆ１のパルス発振とトランスデューサー１の共振周波数ｆｒにほぼ等しい周波数ｆ２のパルス発振とを切り替えて出力することができるものを用いるとともに、トランスデューサー１には｜ｆｒ−ｆ１｜の周波数を通過させるフィルター２と、周波数ｆ２を通過させるフィルター２ａとを設けると、図４に示すように、周波数ｆ２のパルス発振の際には残響振動が無くなってから反射波Ｒを受信することになる距離にある物体（及び物体までの距離）の検出を行うことができ、周波数ｆ１のパルス発振の際には近距離にある物体（及び物体までの距離）の検出を行うことができる。
【００１２】
周波数ｆ１のパルス発振と周波数ｆ２のパルス発振とは交互に行うほか、通常時は周波数ｆ２のパルス発振のみを行っているものの、制御回路３において演算された物体までの距離の変化に応じて周波数ｆ２のパルス発振と周波数ｆ１のパルス発振とを自動的に切り替えるようにすればよい。
また、周波数ｆ１よりも共振周波数ｆｒから離れた周波数ｆ３のパルス発振出力を発振回路１２から出せるようにしておくとともに、｜ｆｒ−ｆ３｜の周波数を通過させるフィルターを追加して、ごく近距離にある物体の検知を行えるようにしたり、検出された距離に応じて、発振回路１２のパルス発振周波数をｆ１，ｆ２，ｆ３の間で自動的に切り替えるようにしてもよい。
【００１３】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、トランスデューサーの共振周波数ｆｒと異なる周波数ｆ１のパルス発振出力をトランスデューサーに加える発振回路と、トランスデューサーの受信出力に接続されて｜ｆｒ−ｆ１｜の周波数を通過させるフィルターと、該フィルター出力を処理する処理回路とを備えていることに特徴を有している。共振周波数ｆｒの残響振動の中に周波数ｆ１の反射波が重なっても、トランスデューサーの受信出力に接続されたフィルターの出力に｜ｆｒ−ｆ１｜の周波数で反射波の存在を示す出力が現れることから、近距離にある物体の存在や物体までの距離の検出等を問題なく行うことができる。
【００１４】
そして発振回路の周波数ｆ１のパルス発振出力の送波時間Ｔｔを上記｜ｆｒ−ｆ１｜の周波数に対して
｜ｆｒ−ｆ１｜＞１／Ｔｔ
としておくことで、反射波についてのフィルター出力は１波長以上の波形として現れることになり、このために反射波の存在をより確実に検知することができる。
【００１５】
また、共振周波数ｆｒにほぼ等しい周波数ｆ２のパルス発振出力をトランスデューサーに加える発振回路と、トランスデューサーの受信出力に接続されて周波数ｆ２を通過させるフィルターとを併せ持つものでは、遠距離に物体がある場合の検知も行うことができ、周波数ｆ１よりも共振周波数ｆｒから離れた周波数ｆ３のパルス発振出力をトランスデューサーに加える発振回路と、トランスデューサーの受信出力に接続されて周波数｜ｆｒ−ｆ３｜を通過させるフィルターとを併せ持つものでは、さらに近距離の物体からの反射波も検知することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の動作説明図である。
【図２】同上のブロック回路図である。
【図３】他例のブロック回路図である。
【図４】同上の動作説明図である。
【図５】従来例の動作説明図である。
【符号の説明】
１  トランスデューサー
２  フィルター
１２  発振回路
【図１】
0003555378.tif 000002
【図２】
0003555378.tif 000003
【図３】
0003555378.tif 000004
【図４】
0003555378.tif 000005
【図５】
0003555378.tif 000006