(57)【要約】【課題】測定対象物までの距離如何にかかわらず、測定対象物の距離を正確に測定することができる距離測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】超音波送信部４と超音波受信部５のうち少なくとも超音波送信部４は、その送信条件を変更可能としたものである。これによって、例えば、測定対象物までの距離が短い場合は、超音波送信部４のエネルギーが小さい超音波を送信することにより、超音波の直接波を低減して、短距離の距離測定を可能とし、また、測定対象物までの距離が長い場合は、超音波送信部４のエネルギーが大きい超音波を送信することにより、超音波の反射波を大きくすることにより、距離測定を可能とするものである。よって、測定対象物までの距離如何にかかわらず、測定対象物の距離を正確に測定することができる。【選択図】図１
2006184062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
距離測定の制御信号を出力する距離制御手段と、距離制御手段の制御信号に基づき距離を測定する測定対象物に対して超音波を送信する超音波送信部と、送信された超音波の測定対象物の反射波を受信する超音波受信部とを備え、前記超音波送信部と超音波受信部のうち少なくとも超音波送信部は、その送信条件を変更可能とした距離測定装置。
【請求項２】
複数の超音波による距離計測に必要な時間範囲を記憶する設定時間範囲記憶手段と、設定時間範囲記憶手段が記憶する複数の時間範囲に応じた超音波の送信条件を記憶し超音波送信部へ対応する送信条件信号を出力する送信条件記憶手段とを備える請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項３】
測定対象物の測定状態情報を記憶する測定状態情報記憶手段と、測定状態情報記憶手段が記憶する測定状態情報から超音波の送信条件を決定して超音波送信部へ出力する測定状態送信条件記憶手段とを備える請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項４】
超音波で測定する距離を複数個記憶している設定距離範囲記憶手段と、設定距離範囲記憶手段が出力した距離から超音波送信部へ送信条件を出力する距離送信条件記憶手段とを備える請求項１に記載の距離測定装置。
【請求項５】
設定時間範囲記憶手段、測定状態情報記憶手段および設定距離範囲記憶手段は、距離制御手段による制御信号が入力されることにより出力を開始するようにした請求項２〜４のいずれか１項に記載の距離測定装置。
【請求項６】
測定対象物の距離が測定できた場合、距離測定を停止するようにした請求項２〜５のいずれか１項に記載の距離測定装置。
【請求項７】
距離制御手段は、制御間隔記憶手段が記憶する制御間隔で制御信号を出力するようにした請求項２〜６のいずれか１項に記載の距離測定装置。
【請求項８】
制御間隔記憶手段が記憶する制御間隔は、設定時間範囲記憶手段が記憶する時間範囲によって決定する最小時間以上である請求項２に記載の距離測定装置。
【請求項９】
距離制御手段は、制御間隔記憶手段が記憶する制御間隔までに距離測定ができなかった場合は測定対象物までの距離が設定範囲以上であると判定する請求項２〜８のいずれか１項に記載の距離測定装置。
【請求項１０】
送信条件記憶手段は、測定距離に応じて送信時間を変更する請求項２、５〜９のいずれか１項に記載の距離測定装置。
【請求項１１】
送信条件記憶手段は、超音波の周波数を記憶し、設定時間範囲記憶手段による設定範囲に応じた超音波の周波数を出力する請求項２、５〜９のいずれか１項に記載の距離測定装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の距離測定装置における機能の少なくとも一部をコンピュータにより実行するためのプログラム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いて測定対象物までの距離を非接触で測定する距離測定装置とプログラムおよび記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の距離測定装置はよく知られており、超音波送信センサの測定対象物への超音波送信と、超音波受信センサの反射波の受信には時間のずれが生ずるので、この時間差を求めることにより、測定対象物までの距離を測定するものである（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平４−１６７１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前記従来の構成では、測定対象物へ到達する超音波の送信波のエネルギー、超音波受信センサに到達する受信波のエネルギーは伝播する距離に反比例して小さくなるので、超音波送信センサの送信波のエネルギーが小さく、測定対象物が遠い場所を測定する場合は、超音波受信センサに到達した反射波のエネルギーも小さく、超音波受信センサからの直接波（送信波のエネルギーに比例）と反射波の区別が明確にできず正確に距離測定ができない場合がある。
【０００４】
逆に、超音波送信センサから送信される送信波のエネルギーを大きくすると、測定対象物との距離が短い場合、直接波と反射波の区別が明確にできないため、測定対象物の距離を正確に測定することができない。
【０００５】
このため、従来のものは、送信エネルギーが一定であり、その大きさで決定される範囲以外では正確に測定できないという課題があった。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、測定対象物までの距離如何にかかわらず、測定対象物の距離を正確に測定することができる距離測定装置とプログラムおよび記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の距離測定装置とプログラムおよび記録媒体は、超音波送信部と超音波受信部のうち少なくとも超音波送信部は、その送信条件を変更可能としたものである。
【０００８】
これによって、例えば、測定対象物までの距離が短い場合は、超音波送信部のエネルギーが小さい超音波を送信することにより、超音波の直接波を低減して、短距離の距離測定を可能とし、また、測定対象物までの距離が長い場合は、超音波送信部のエネルギーが大きい超音波を送信することにより、超音波の反射波を大きくすることにより、距離測定を可能とするものである。よって、測定対象物までの距離如何にかかわらず、測定対象物の距離を正確に測定することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の距離測定装置とプログラムおよび記録媒体は、測定対象物までの距離如何にかかわらず、測定対象物の距離を正確に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明は、距離測定の制御信号を出力する距離制御手段と、距離制御手段の制御信号に基づき距離を測定する測定対象物に対して超音波を送信する超音波送信部と、送信された超音波の測定対象物の反射波を受信する超音波受信部とを備え、前記超音波送信部と超音波受信部のうち少なくとも超音波送信部は、その送信条件を変更可能とした距離測定装置とすることにより、例えば、測定対象物までの距離が短い場合は、超音波送信部のエネルギーが小さい超音波を送信することにより、超音波の直接波を低減して、短距離の距離測定を可能とし、また、測定対象物までの距離が長い場合は、超音波送信部のエネルギーが大きい超音波を送信することにより、超音波の反射波を大きくすることにより、距離測定を可能とするものである。よって、測定対象物までの距離如何にかかわらず、測定対象物の距離を正確に測定することができる。
【００１１】
第２の発明は、特に、第１の発明において、複数の超音波による距離計測に必要な時間範囲を記憶する設定時間範囲記憶手段と、設定時間範囲記憶手段が記憶する複数の時間範囲に応じた超音波の送信条件を記憶し超音波送信部へ対応する送信条件信号を出力する送信条件記憶手段とを備えることにより、時間範囲に最適な超音波送信部への送信条件を記憶し、その条件下で超音波による距離測定を行うので、より広範囲、より正確に距離測定をより容易に行うことができる。
【００１２】
第３の発明は、特に、第１の発明において、測定対象物の測定状態情報を記憶する測定状態情報記憶手段と、測定状態情報記憶手段が記憶する測定状態情報から超音波の送信条件を決定して超音波送信部へ出力する測定状態送信条件記憶手段とを備えることにより、測定状態情報に応じた送信条件下で超音波による距離測定を行うので、より広範囲、より正確に距離測定をより容易に行うことができる。
【００１３】
第４の発明は、第１の発明において、超音波で測定する距離を複数個記憶している設定距離範囲記憶手段と、設定距離範囲記憶手段が出力した距離から超音波送信部へ送信条件を出力する距離送信条件記憶手段とを備えることにより、測定したい範囲までの距離が長い場合は超音波の送信エネルギーを大きくし、距離が短い場合は超音波の送信エネルギーを小さくすることにより、どのような距離でも測定対象物の距離を測定することができる。
【００１４】
第５の発明は、特に、第２〜第４の発明において、設定時間範囲記憶手段、測定状態情報記憶手段および設定距離範囲記憶手段は、距離制御手段による制御信号が入力されることにより出力を開始するようにしたことにより、距離制御信号を基準として距離測定を行い、より正確な距離測定が行える。
【００１５】
第６の発明は、特に、第２〜第５のいずれか１つの発明において、測定対象物の距離が測定できた場合、距離測定を停止するようにしたことにより、無駄な時間を消費することがないので、距離計測のスピードアップを図ることができる。
【００１６】
第７の発明は、特に、第２〜第６のいずれか１つの発明において、距離制御手段は、制御間隔記憶手段が記憶する制御間隔で制御信号を出力するようにしたことにより、常に最新の距離情報を収集することができる。
【００１７】
第８の発明は、特に、第２の発明において、制御間隔記憶手段が記憶する制御間隔は、設定時間範囲記憶手段が記憶する時間範囲によって決定する最小時間以上であることにより、実際には測定対象物が測定可能な距離に存在するにも関わらず、距離測定時間が短いために、次の距離測定周期が始まり、距離測定が正確にできないということがなくなる。
【００１８】
第９の発明は、特に、第２〜第８のいずれか１つの発明において、距離制御手段は、制御間隔記憶手段が記憶する制御間隔までに距離測定ができなかった場合は測定対象物までの距離が設定範囲以上であると判定することにより、距離測定中に無駄な時間を消費することなく測定時間のスピードアップを図ることができる。
【００１９】
第１０の発明は、特に、第２、第５〜第９のいずれか１つの発明において、送信条件記憶手段は、測定距離に応じて送信時間を変更することにより、例えば、測定距離が短い場合、超音波の送信エネルギーを小さくすれば、より正確に距離を測定することができる。
【００２０】
第１１の発明は、特に、第２、第５〜第９のいずれか１つの発明において、送信条件記憶手段は、超音波の周波数を記憶し、設定時間範囲記憶手段による設定範囲に応じた超音波の周波数を出力することにより、超音波受信部に超音波の反射波が一度に多く返ってきた場合でもどの設定範囲のときの周波数であるかを調べることにより、誤検知することなく、より正確に測定対象物の距離を測定することができる。
【００２１】
第１２の発明は、特に、第１〜第１１のいずれか１つの発明の距離測定装置における機能の少なくとも一部をコンピュータにより実行するためのプログラムとすることにより、コンピュータ上に実現できるため、容易に使用者に距離測定装置を提供することができる。
【００２２】
第１３の発明は、特に、第１２の発明において、プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体とすることにより、コンピュータ上でプログラムを読み込むことで、現在の距離測定装置の構成を変えることなく、広範囲で測定できるより正確な距離測定装置を実現することができる。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２４】
（実施の形態１）
図１〜図４は、本発明の実施の形態１における距離測定装置を示すものである。
【００２５】
図１に示すように、本実施の形態における距離測定装置は、距離測定命令により距離測定の制御信号を出力する距離制御手段１と、複数の超音波による距離計測に必要な時間範囲を記憶している設定時間範囲記憶手段２と、各時間範囲に対応した送信条件を記憶している送信条件記憶手段３と、制御信号に基づき距離を測定する測定対象物に対して超音波を送信する超音波送信部４と、送信された超音波の測定対象物の反射波を受信する超音波受信部５と、距離制御手段１からの信号と超音波受信部５の受信信号から測定対象物までの距離を計算する距離計算手段６と、距離計算手段６による距離出力が出力されると距離が確定したとして、設定距離範囲停止信号を設定時間範囲記憶手段２に出力して、設定時間範囲記憶手段２の設定範囲出力を停止する距離測定停止手段７と、記憶する時間間隔Ｔで距離制御手段１に距離制御信号を出力する制御間隔記憶手段８とを備えている。
【００２６】
ここで、距離制御手段１に距離測定命令が与えられると、制御間隔記憶手段８が記憶する時間間隔Ｔで設定時間範囲記憶手段２に距離制御信号を出力し、超音波による距離測定を開始する。設定時間範囲記憶手段２は、距離制御手段１の距離制御信号が入力されると最も短い距離を測定する際に使用する送信時間の時間範囲から順番に送信時間の時間範囲を送信条件記憶手段３へ出力する。送信条件記憶手段３は、各時間範囲に対応した超音波送信部４への送信条件を記憶しており、設定時間範囲記憶手段２による送信時間の時間範囲が入力されると超音波送信部４へ対応する送信条件信号を出力する。超音波送信部４は、送信条件記憶手段３が記憶する送信条件信号に従って超音波送信部４の状態を変更し、測定対象物に対して超音波を照射する。超音波受信部５は、超音波送信部４から測定対象物への超音波の反射波を受信し、その波形を検波して超音波受信信号として距離計算手段６へ出力する。距離計算手段６は、距離制御手段１からの信号と送信条件記憶手段３の送信条件信号と超音波受信部５の超音波受信信号とを入力しており、送信条件信号と超音波受信信号の時間間隔Δｔから測定対象物までの距離Ｌを以下の式で計算し、距離出力として出力する。
【００２７】
Ｌ（ｃｍ）＝Δｔ（ｍｓｅｃ）・１７（ｃｍ／ｍｓｅｃ）
また、距離計算手段６は、制御間隔記憶手段８の制御間隔Ｔも入力としているため、送信条件が入力されて始めてから次の距離制御信号が出力される制御間隔Ｔ以上になるまで超音波受信信号の入力がないと、測定対象物までの距離が最大設定距離Ｌｍａｘ以上であるとする。
【００２８】
ただし、Ｌｍａｘは以下のように設定する。
【００２９】
Ｌｍａｘ（ｃｍ）＝Ｔ（ｍｓｅｃ）・１７（ｃｍ／ｍｓｅｃ）
次に、超音波の送信波、受信波、直接波について、図２に基づき説明する。図においては、縦軸として超音波の振幅Ａ１、Ａ２、横軸として時間ｔとした。
【００３０】
一般に約４０ｋＨｚの超音波領域に属する超音波をＴｓ時間、測定対象物に対して超音波送信部４から発信されると、超音波の反射波は、受信波が発信されてから時間差Δｔに超音波受信部５で受信されることがわかる。また、超音波送信部４と超音波受信部５は同じ距離測定装置に設定されているので、送信波が距離測定装置のボディ、プリント基板を介して時間Δｔ１の直接波となって超音波受信部５に伝搬する。
【００３１】
ここで、超音波測定装置による距離測定の原理について説明する。
【００３２】
超音波受信部４から測定対象物までの距離をＬ１、測定対象物までの距離をＬ２とすると、
Δｔ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｖ
と計算することができる。ただし、Ｖは音波の速度であり、
Ｖ≒約３４０００（ｃｍ／ｓｅｃ）
となる。
【００３３】
超音波送信部４と超音波受信部５の設定位置が同じ場所であるとすると、
Ｌ＝Ｌ１＝Ｌ２
となるから、上式は、
Ｌ（ｃｍ）＝Δｔ（ｍｓｅｃ）・１７（ｃｍ／ｍｓｅｃ）・・・（１）
となるため、（１）式に測定した時間差Δｔを代入することにより距離測定装置と測定対象物の距離Ｌを求めることができる。
【００３４】
次に、超音波の直接波に関して説明する。
【００３５】
直接波とは超音波送信部４の送信波が筐体（ボディ、プリント基板）などを伝わって超音波受信部５へ伝わる波のことである。
【００３６】
図２に示す超音波の直接波のエネルギー（振幅、または、直接波が観測される時間Δｔ１）は一般に送信波のエネルギーが大きいほど、大きくなることが経験的に分かっている。
【００３７】
超音波の反射波について説明すると、超音波のエネルギーＥは空気を伝搬するうちに減衰し、一般に超音波のエネルギーは伝搬距離ｒに対して以下の式で表すことができる。
【００３８】
Ｅ∝１／ｒ＾２
つまり、測定対象物までの距離Ｌが遠いほど、超音波受信部５の反射波のエネルギーはその距離の二乗に反比例して小さくなることがわかる。
【００３９】
上記で述べた超音波の送信波、直接波、反射波の関係より、測定対象物までの距離Ｌが短いとわかっている場合は、送信波のエネルギーを小さくして、直接波による誤検知を防止する。また、逆に、測定対象物までの距離Ｌが長いとわかっている場合は、反射波のエネルギーを大きくするために、送信波のエネルギーを大きくする必要がある。
【００４０】
図３は、まず、測定対象物までの距離が短い範囲を測定するために送信波エネルギーが小さい第一の送信波を送信し、第一の設定時間範囲Ｔ１後、距離が長い範囲を測定するために送信波エネルギーが大きい第二送信波を送信する。つまり、第一の送信波によって距離範囲ｘ１からｘ２までを第一の設定時間範囲Ｔ１で測定し、第二の送信波によって距離範囲ｘ３からｘ４までを第二の設定時間範囲Ｔ２で測定する。
【００４１】
ただし、ｘ１≦ｘ２、ｘ３≦ｘ４とする。
【００４２】
ｘ１＝０・１７（ｃｍ／ｍｓｅｃ）
ｘ２＝Ｔ１・１７（ｃｍ／ｍｓｅｃ）
ｘ３＝ｘ２
ｘ４＝Ｔ２・１７（ｃｍ／ｍｓｅｃ）
図３では、第一の設定時間範囲Ｔ１内に第一の反射波が返ってこないので、測定対象物の距離は距離ｘ２以上であると判定する。その後、第二の送信波を送信し、第二の設定時間範囲Ｔ２内に受信波が時間差Δｔで返ることにより、測定対象物までの距離Ｌを、
Ｌ（ｃｍ）＝Δｔ（ｍｓｅｃ）・１７（ｃｍ／ｍｓｅｃ）
から計算することで測定対象物までの距離を測定することができる。
【００４３】
このため、図３に示す方式の距離測定装置は、測定範囲ｘ１〜ｘ４の送信波が１つだけの場合と比べて、測定範囲ｘ１〜ｘ４までの距離を確実に測定することができる。よって、送信波エネルギーを変更して複数の送信波を送信することにより、距離測定装置の測定範囲を飛躍的に広げることができる。また、送信波エネルギーの小さいものから順番に送信して、距離を測定することにより、測定対象物までの距離が短い場合でも安定、かつ、正確に測定することができる。
【００４４】
図３の例では、設定時間範囲記憶手段２は第一の設定時間範囲Ｔ１、第二の設定時間範囲Ｔ２を記憶しており、距離制御手段１から距離制御信号が入力されると、最初に、第一の設定時間範囲Ｔ１、次に、第二の設定時間範囲Ｔ２を送信条件記憶手段３へ出力する。送信条件記憶手段３は、設定時間範囲記憶手段２による時間範囲が入力されると第一の送信波の送信条件である送信時間として超音波送信部４に出力する。また、送信波条件記憶手段３は、設定時間範囲記憶手段２による設定時間範囲Ｔ２であるとすると、同様に第二の送信波の送信条件を超音波送信部４に出力する。
【００４５】
さらに、距離計算手段６は、送信波条件記憶手段３による送信条件が出力される時刻をトリガーとして超音波受信部５に受信波が入力されるまでの時間Δｔを計測し、（１）式に代入して距離を計算して、距離出力を行う。
【００４６】
また、距離測定停止手段７は、距離計算手段６による距離出力がされると、測定対象物の距離が測定できたとして、設定時間範囲記憶手段２に距離測定停止信号を出力して、超音波の送信を停止する。
【００４７】
なお、上記説明では、送信波エネルギーを変更する方法として、送信波の振幅、送信時間について記述したが、最も簡単な方法は送信波の送信時間を変更することであり、その方法では超音波送信部４の複雑な構成の変更も必要ないので安易に実現できる。
【００４８】
また、送信周波数を第一の送信波と第二の送信波の周波数を変更した場合、第一の送信波による反射波と、第二の送信波による反射波の区別が超音波周波数を調べることにより容易にできるために、第一の送信波と第二の送信波を独立して測定することができ、時間あたりの送信回数を増すことができる。よって、送信周波数を送信波毎に変更することにより、超音波による距離測定のスピードアップを図ることができる。
【００４９】
次に、距離制御手段１、制御間隔記憶手段８の動作を、図４に基づき説明する。
【００５０】
図４は、図３と同様に、第一の送信波によって第一の設定時間範囲Ｔ１測定し、第二の送信波によって第二の距離範囲Ｔ２測定した結果を示している。
【００５１】
図に示すように、第一の設定時間範囲Ｔ１、第二の設定時間範囲Ｔ２になっても反射波は受信されていない。つまり、測定対象物と距離測定装置の距離Ｌは設定距離範囲の最大距離ｘ４以上であることがわかる。
【００５２】
そこで、図に示すように、第一の設定時間範囲Ｔ１と第二の設定時間範囲Ｔ２を加えた合計時間Ｔｍａｘを制御間隔Ｔとして設定し、距離測定を開始してから制御間隔Ｔ時間以上であれば、測定対象物と距離測定装置との距離は設定距離の最大距離ｘ４以上とする。そして、制御間隔Ｔ時間を経過すると、第一の送信波を再び送信して、距離計測を行うこととする。よって、制御間隔Ｔ時間のサイクルで距離計測が行え、距離計測のスピードアップを図ることができる。
【００５３】
なお、図４の制御間隔Ｔ時間の最も短い時間は、第一の設定時間範囲Ｔ１、第二の設定時間範囲Ｔ２を加えたものであるが、一般には送信条件記憶手段３が記憶する超音波送信部４の超音波送信時間を全て加えた時間以上であればよい。これにより、実際には測定対象物が測定可能な距離に存在するにも関わらず、距離測定時間が短いために、次の距離測定周期が始まり、距離測定が正確にできないということがなくなる。距離制御手段１は、制御間隔記憶手段８が記憶する制御間隔Ｔのサイクルで距離計測を行うように、設定時間範囲記憶手段２に距離制御信号を出力する。
【００５４】
また、距離計算手段６は、距離測定から制御間隔記憶手段８による制御間隔Ｔ毎に距離計測のリフレッシュ化を行い、また、制御間隔Ｔ以内に受信波が入力されなかった場合は測定対象物と距離測定装置の距離Ｌは設定距離の最大距離ｘ４以上であるとして距離出力を行う。
【００５５】
また、距離計算手段６では、超音波の反射波が超音波受信部５に入力されたかどうかの基準となるしきい値として、図４に示す直接波の時間ごとの振幅を越えるように設定したしきい値を設ける。図４のしきい値を越える信号が入力されたときは、測定対象物が設定した距離範囲内にいることがわかる。上記しきい値の設定を行うことにより、直接波が存在する範囲Δｔ１、Δｔ２でも距離測定を精度よく行うことができる。
【００５６】
また、直接波の振幅、観測される時間Δｔ１は、超音波送信部４、超音波受信部５間の距離、設置状態、送信波のエネルギーなどの条件で決定し、超音波の経路、測定対象物の状態に依存しないため、意義的に決めることができ、図４に示すしきい値も予め決定することができる。
【００５７】
なお、本実施の形態においては、送信条件を記憶している送信条件記憶手段３についてのみ説明したが、これとは別に受信条件記憶手段を設けて、設定時間範囲記憶手段２が記憶する複数の時間範囲に応じた超音波の受信条件を記憶するようにしてもよい。
【００５８】
このように、本実施の形態においては、超音波送信部４と超音波受信部５のうち少なくとも超音波送信部５は、その送信条件を変更可能としたことにより、例えば、測定対象物までの距離が短い場合は、超音波送信部４のエネルギーが小さい超音波を送信することにより、超音波の直接波を低減して、短距離の距離測定を可能とするものである。また、測定対象物までの距離が長い場合は、超音波送信部４のエネルギーを大きい超音波を送信することにより、超音波の反射波を大きくすることで、距離測定を可能とするものである。また、測定対象物までの距離が短い場合は、反射波も早く返ってくるので、それに合わせて次の送信波も早く送信することができ、よりリアルタイムな距離測定を行うことができる。よって、測定対象物までの距離が短い場合はより正確な距離測定を行うことができる。
【００５９】
また、超音波送信部４、超音波受信部５の送受信条件の変更は、回路、センサなどの変更を行うことなく、アルゴリズムの変更のみで行うことができるので、簡単に実現することができる。
【００６０】
（実施の形態２）
図５〜図７は、本発明の実施の形態２における距離測定装置を示すものである。実施の形態１と同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。
【００６１】
図５に示すように、本実施の形態における距離測定装置は、実施の形態１の設定時間範囲記憶手段２に代えて測定状態情報記憶手段９を有し、超音波で測定する測定対象物の色、素材、超音波の角度、周波数などの測定状態情報を記憶し、距離制御手段１による距離制御信号が入力されると測定状態情報を、実施の形態１の送信条件記憶手段３に代わる測定状態送信条件記憶手段１０に出力する。測定状態送信条件記憶手段１０は、測定状態情報記憶手段９による測定状態情報から超音波送信部４の送信条件を決定して、測定状態送信条件として超音波送信部４へ出力する。その他の構成は実施の形態１と同じである。
【００６２】
次に、本実施の形態における距離測定装置の動作について説明する。
【００６３】
まず、測定状態送信条件記憶手段１０の動作の一例について、図６、図７に基づいて説明する。図６は、測定対象物としてソファとした場合、図７は、測定対象物として木壁とした場合の測定結果を示している。
【００６４】
ソファは木壁と比べて材質が柔らかいために超音波が反射しにくい。よって、図６に示すように、ソファで反射した超音波の受信波は、図７に示す木壁で反射した超音波の受信波と比較して、振幅は小さくなる。つまり、ソファまでの距離を安定して検知するためには、超音波の送信波のエネルギーを大きくしなければならない。このため、短距離測定目的としてエネルギーが小さい超音波を送信して測定対象物までの距離測定を行い、もし測定不能であれば測定可能範囲は狭くなるがエネルギーがより大きい超音波を送信することにより、ソファなどの超音波が反射しにくい測定対象物の距離測定を可能にする。
【００６５】
なお、上記では測定対象物の情報を、測定対象物の材質として説明したが、測定対象物の角度、距離、構造、または超音波の角度、品番などに示すように超音波の反射率に影響を与える情報であれば何でも良い。
【００６６】
測定状態送信条件記憶手段１０は、一例として測定対象物の材質情報について説明したように、測定状態情報記憶手段９が記憶する測定状態の情報に従った超音波送信部４の送信条件を記憶している。すなわち、測定状態情報記憶手段９から測定対象物の情報が入力されると、測定状態送信条件記憶手段１０は、対応する超音波送信部４の送信条件を超音波送信部４へ出力するものである。
【００６７】
このように、本実施の形態では、距離測定対象とする測定対象物、超音波によって測定対象物との距離を測定する超音波送信部４、超音波受信部５の状態に応じて、超音波の送受信条件を変更する構成とするものである。例えば、まず、エネルギーが小さい超音波を送信することにより、超音波の直接波を低減して、短距離の距離測定を可能とするものであり、次に、エネルギーが大きい超音波を送信することによって、超音波の反射波を大きくすることにより、測定対象物の距離が長い場合、測定対象物が反射しにくい材料である場合の距離測定を可能とするものである。このため、測定対象物の状態、距離測定装置の状態に応じて、送受信条件を変更可能とすることにより、どのような場合でも測定対象物の距離を測定することができる。
【００６８】
（実施の形態３）
図８〜図１０は、本発明の実施の形態３における距離測定装置を示すものである。実施の形態１と同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。
【００６９】
図８に示すように、本実施の形態における距離測定装置は、実施の形態１の設定時間範囲記憶手段２に代えて設定距離範囲記憶手段１１を有し、超音波で測定する距離、設定距離を複数個記憶し、距離制御手段１による距離制御信号が入力されると記憶した設定距離を順番に、実施の形態１の送信条件記憶手段３に代わる距離送信条件記憶手段１２に出力する。距離送信条件記憶手段１２は、設定距離範囲記憶手段１１が出力した設定距離を入力とし、設定距離から超音波送信部４への送信条件を出力する。また、実施の形態１の距離計算手段６に代えて距離判断手段１３を有し、設定距離範囲記憶手段１１による設定距離、距離送信条件記憶手段１２による送信条件と超音波受信部５による受信波入力信号を入力とする。そして、距離判断手段１３は、設定距離範囲記憶手段１１の設定距離と距離送信条件記憶手段１２の送信条件より設定距離に測定対象物があるかどうかを判断し、測定対象物があれば、その設定距離を距離出力として出力する。その他の構成は実施の形態１と同じである。
【００７０】
次に、本実施の形態における距離測定装置の動作について説明する。
【００７１】
図９は、設定距離ｘと超音波送信部４による超音波の送信時間ｔｓを示したものである。図に示すように、超音波で測定する設定距離ｘが長くなればなるほど、送信時間ｔｓは長くなる。これは、設定距離ｘが長いほど、測定対象物からの反射波が小さくなるので、送信波のエネルギーを大きくしなければならないからである。設定距離範囲記憶手段１１は、距離制御手段１による距離制御信号が入力されると、記憶した設定距離ｘを順番に出力する。距離送信条件記憶手段１２は、設定距離記憶手段１１の設定距離ｘに対応した超音波の送信条件、図９の例によると、超音波の送信時間ｔｓを超音波送信部４へ出力する。
【００７２】
なお、上記では設定距離ｘに対して超音波の送信時間ｔｓを変化させる方法を述べたが、要は送信波のエネルギーを変化させる方法であればよく、例えば、送信波の振幅の変化させるなどの方法でもかまわない。
【００７３】
次に、距離判断手段１３の動作の一例について図１０に基づき説明する。
【００７４】
図は、超音波の送信波、受信波、反射波のタイムチャートを示したものである。図において、測定対象物までが距離ｘであるとき、超音波の送信波と受信波の時間差Δｔは、
Δｔ（ｍｓｅｃ）＝ｘ（ｃｍ）／１７（ｃｍ／ｍｓｅｃ）
となる。
【００７５】
すなわち、設定距離ｘに対して時間差Δｔ＝ｘ／１７のときに超音波の受信波が入力されているかどうかを判断することにより、測定対象物が測定距離ｘになるかどうかを知ることができる。
【００７６】
距離判断手段１３は、距離送信条件記憶手段１２の送信条件が出力された時間ｔ１１と超音波受信部５の受信波入力信号ｔ１２から時間差Δｔ１＝ｔ１１−ｔ１２を計算し、設定距離範囲記憶手段１１による設定距離ｘでの時間差Δｔ＝ｘ／１７がΔｔ１と同値であるかどうかを判断する。同値であると判断すると、測定対象物が設定距離ｘに存在するものとして、距離出力を行う。
【００７７】
このように、本実施の形態では、距離測定対象とする測定対象物と距離測定装置との距離に応じて、超音波の送信条件を変更するものである。狙いとする距離が長い場合は超音波の送信エネルギーを大きくし、距離が短い場合は超音波の送信エネルギーを小さくすることにより、どのような距離でも測定対象物の距離を測定することができる。また、設定距離に測定対象物が存在するかどうかを測定するピンポイントの距離測定を行うので、測定対象物の距離範囲の測定、複数の測定対象物の同時距離測定などを行うことができる。
【００７８】
なお、各実施の形態１〜３における距離測定装置の少なくとも一つの手段をコンピュータに実行させるためのプログラムとするものであり、ＣＰＵ（またはマイコン）、ＲＡＭ、ＲＯＭ、記憶・記録装置、Ｉ／Ｏなどを備えた電気・情報機器、コンピュータ、サーバーなどのハードリソースを協働させるプログラムの形態で実施してもよい。プログラムの形態であれば、磁気メディアや光メディアなどに記録したりインターネットなどの通信回線を用いて配信したりすることで、新しい機能の配布・更新やそのインストール作業が簡単にできる。また、プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体とすることにより、コンピュータ上でプログラムを読み込むことで、現在の距離測定装置の構成を変えることなく、広範囲で測定できるより正確な距離測定装置を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上のように、本発明にかかる距離測定装置とプログラムおよび記録媒体は、測定対象物までの距離如何にかかわらず、測定対象物の距離を正確に測定することができるので、掃除ロボット、カメラ搭載ロボット、芝刈りロボットなどの家庭ロボットの用途にも適応できる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施の形態１における距離測定装置の構成を示すブロック図
【図２】同距離測定装置による距離測定の原理図
【図３】同距離測定装置における設定時間範囲記憶手段と送信条件記憶手段の動作を示す図
【図４】同距離測定装置における制御間隔記憶手段の動作を示す図
【図５】本発明の実施の形態２における距離測定装置の構成を示すブロック図
【図６】同距離測定装置における測定状態情報記憶手段と測定状態送信条件記憶手段の動作の一例を示す図
【図７】同距離測定装置における測定状態情報記憶手段と測定状態送信条件記憶手段の動作の他例を示す図
【図８】本発明の実施の形態３における距離測定装置の構成を示すブロック図
【図９】同距離測定装置における設定距離と送信時間の関係を示す図
【図１０】同距離測定装置における距離判断手段の動作を示す図
【符号の説明】
【００８１】
１  距離制御手段
２  設定時間範囲記憶手段
３  送信条件記憶手段
４  超音波送信部
５  超音波受信部
６  距離計算手段
７  距離測定停止手段
８  制御間隔記憶手段
９  測定状態情報記憶手段
１０  測定状態送信条件記憶手段
１１  設定距離範囲記憶手段
１２  距離送信条件記憶手段
１３  距離判断手段
【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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