(57)【要約】【課題】対象物の形状を精度良く測定可能な超音波測定装置、及び測定方法を提供する。【解決手段】超音波測定装置は、超音波を送信し、対象物で反射された反射波を受信して受信信号を出力する超音波送受信部と、前記超音波送受信部によって前記超音波の送受信を実施する送受位置を第一方向に沿って移動させる走査部と、前記対象物の位置を測定する位置測定部とを備え、前記位置測定部は、前記第一方向における第一送受位置において、前記対象物との距離の差に起因する複数の反射成分に対応する複数の前記受信信号を検出した際に、前記第一送受位置とは異なる比較送受位置における複数の前記受信信号の電圧値と、前記第一送受位置における複数の前記受信信号の電圧値との比に基づいて受信信号を選択し、選択された前記受信信号に基づいて前記対象物の位置を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送信し、対象物で反射された反射波を受信して受信信号を出力する超音波送受信部と、
前記超音波送受信部によって前記超音波の送受信を実施する送受位置を第一方向に沿って移動させる走査部と、
前記対象物の位置を測定する位置測定部とを備え、
前記位置測定部は、前記第一方向における第一送受位置において、前記対象物との距離の差に起因する複数の反射成分に対応する複数の前記受信信号を検出した際に、前記第一送受位置とは異なる比較送受位置における複数の前記受信信号の電圧値と、前記第一送受位置における複数の前記受信信号の電圧値との比に基づいて受信信号を選択し、選択された前記受信信号に基づいて前記対象物の位置を測定する
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波測定装置において、
前記位置測定部は、前記対象物により反射された１次反射成分に対応する受信信号に基づいて、前記対象物の位置を測定する
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の超音波測定装置において、
前記比較送受位置は、前記第一送受位置より前記第一方向の負側の負側比較位置と、前記第一送受位置より前記第一方向の正側の正側比較位置と、を含む
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波測定装置において、
前記第一送受位置において、前記対象物と前記超音波送受信部との間で多重反射された超音波に対応する受信信号を検出する多重反射検出部を備え、
前記位置測定部は、前記多重反射検出部により検出された前記多重反射された超音波に対応する前記受信信号に基づいて、前記対象物の位置を測定する
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波測定装置において、
前記走査部は、１次反射成分に対応する受信信号、及び、２次反射成分に対応する受信信号を受信した後に、前記送受位置を移動させる
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の超音波測定装置において、
前記走査部は、前記送受位置を前記第一方向に交差する第二方向に沿ってさらに移動させ、
前記位置測定部は、前記第一送受位置とは前記第一方向で位置が異なる第一比較送受位置と、前記第一送受位置とにおける複数の前記受信信号の電圧値の比、及び前記第一送受位置とは前記第二方向で位置が異なる第二比較送受位置と、前記第一送受位置とにおける複数の前記受信信号の電圧値の比に基づいて、前記受信信号を選択する
ことを特徴とする超音波測定装置。
【請求項７】
超音波を送信し、対象物で反射された反射波を受信して受信信号を出力する超音波送受信部を有する超音波測定装置における前記対象物の位置の測定方法であって、
前記超音波送受信部によって前記超音波の送受信を実施する送受位置を第一方向に沿って移動させる走査ステップと、
前記送受位置で受信される前記受信信号に基づいて、前記対象物の位置を測定する位置測定ステップとを備え、
前記位置測定ステップにおいて、前記第一方向における第一送受位置において、前記対象物との距離の差に起因する複数の反射成分に対応する複数の前記受信信号を検出した際に、前記第一送受位置とは異なる比較送受位置における複数の前記受信信号の電圧値と、前記第一送受位置における複数の前記受信信号の電圧値との比に基づいて受信信号を選択し、選択された前記受信信号に基づいて前記対象物の位置を測定する
ことを特徴とする測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波測定装置、及び測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波を送信し、物体で反射された超音波を受信して、超音波の送信タイミングから受信タイミングまでの時間に基づいて、物体の位置を検出する超音波測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の装置では、物体（対象物）の形状や表面状態（凹凸等）を精度よく測定することは困難であった。例えば対象物の表面や端部にエッジ部が存在する場合、超音波測定装置からの距離がＬ１となる第一面と、超音波測定装置からの距離がＬ１とは異なるＬ２となる第二面（Ｌ１＜Ｌ２またはＬ１＞Ｌ２）とが隣接していた状態となっている。このエッジ部の周辺を測定する場合、第一面からの反射波と、第二面からの反射波とが混在して受信されることになる。特許文献１に記載の装置では、第一面からの反射波を受信した際、及び第二面からの反射波を受信した際に、それぞれ受信信号が出力されるが、いずれの受信信号を用いて物体の位置を算出すべきかを判断することができない。したがって、現在測定を行っている（超音波を送信している）領域が、対象物における第一面と第二面のどちらであるのかを識別することが困難であった。
【０００５】
本発明は、対象物の形状を精度良く測定可能な超音波測定装置、及び測定方法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】
【０００６】
本発明の一適用例に係る超音波測定装置は、超音波を送信し、対象物で反射された反射波を受信して受信信号を出力する超音波送受信部と、前記超音波送受信部によって前記超音波の送受信を実施する送受位置を第一方向に沿って移動させる走査部と、前記対象物の位置を測定する位置測定部とを備え、前記位置測定部は、前記第一方向における第一送受位置において、前記対象物との距離の差に起因する複数の反射成分に対応する複数の前記受信信号を検出した際に、前記第一送受位置とは異なる比較送受位置における複数の前記受信信号の電圧値と、前記第一送受位置における複数の前記受信信号の電圧値との比に基づいて受信信号を選択し、選択された前記受信信号に基づいて前記対象物の位置を測定することを特徴とする。
【０００７】
本適用例では、走査部により超音波送受信部で超音波の送受信処理を実施する送受位置を第一方向に走査させ、複数の送受位置での超音波の送受信結果を取得する。そして、位置測定部は、各送受位置に対して超音波送受信部から対象物までの距離を算出して対象物の位置を測定する。これにより、第一方向に沿った対象物の形状を測定することが可能となる。ところで、第一方向において凹凸等の段差が存在する場合、当該段差に対向する位置に送受位置が移動した際、距離が異なる複数の点で反射された反射波が超音波送受信部で受信される。このため、距離が異なる複数の点で反射された反射波に対応する複数の受信信号が出力される。例えば、距離が近い位置にある点で反射された第一反射成分の受信信号が第一タイミングで受信され、距離が遠い位置にある点で反射された第二反射成分の受信信号が第一タイミングの後の第二タイミングで受信される。
本適用例では、このような場合に、第一送受位置での複数の受信信号の電圧値と、比較送受位置での複数の受信信号の電圧値との比（増幅率又は減衰率）に基づいて、増幅率が最大となる、又は減衰率が最小となる受信信号を選択して、対象物の位置を測定する。これにより、第一送受位置に対応する適切な受信信号が選択されることで、例えば、最初に受信した受信信号により対象物の位置を測定する場合等に比べて、対象物までの距離を精度良く算出することができ、対象物の形状を高い分解能で測定することが可能となる。
【０００８】
本適用例の超音波測定装置において、前記位置測定部は、前記対象物により反射された１次反射成分に対応する受信信号に基づいて、前記対象物の位置を測定することが好ましい。
本適用例では、１次反射成分の受信信号（１次受信信号）、つまり、超音波を送信した後、対象物で初回に反射された反射波を受信した際の受信信号に基づいて、対象物の位置を測定する。１次受信信号は、２次以降の多重反射成分の受信信号に比べて電圧値が高い。したがって、第一送受位置で受信された１次受信信号と、比較送受位置で受信された１次受信信号の電圧値の比を精度良く算出でき、これにより、受信信号を適切に選択することができ、対象物の位置測定の精度及び分解能を向上できる。
【０００９】
本適用例の超音波測定装置において、前記比較送受位置は、前記第一送受位置より前記第一方向の負側の負側比較位置と、前記第一送受位置より前記第一方向の正側の正側比較位置と、を含むことが好ましい。
【００１０】
第一方向に沿って対象物に凹凸等の段差があり、超音波測定部から対象物の距離が第一距離から第二距離に変動する場合、送受位置を第一方向に沿って走査すると、第一方向の負側において、第一距離に対応した第一受信信号が大きくなり、正側において、第二距離に対応した第二受信信号が大きくなる。このような場合、第一送受位置が段差に対向する位置となった際に、第一受信信号と第二受信信号とが略同じ電圧値となり、この際、誤った受信信号に基づいて距離を算出すると、位置測定精度が低下してしまう。
本適用例では、このような場合に、第一送受位置を第一方向で挟み込む負側比較位置及び正側比較位置で検出された複数の受信信号を用いて、受信信号を選択する。つまり、負側比較位置に対する第一送受位置の複数の受信信号の比と、正側比較位置に対する第一送受位置の複数の受信信号の比とを比較して受信信号を選択する。これにより、第一送受位置における対象物の位置を測定する際に最適な受信信号を選択することができ、対象物の位置測定精度及び分解能を向上させることができる。
【００１１】
本適用例の超音波測定装置において、前記第一送受位置において、前記対象物と前記超音波送受信部との間で多重反射された超音波に対応する受信信号を検出する多重反射検出部を備え、前記位置測定部は、前記多重反射検出部により検出された前記多重反射された超音波に対応する前記受信信号に基づいて、前記対象物の位置を測定することが好ましい。
【００１２】
超音波測定では、超音波送受信部から超音波を送信すると、当該超音波が多方向に広がって伝搬される。このため、超音波送受信部で超音波を受信する際に、対象物以外の物体で反射された超音波も受信され、ノイズ成分が多くなる。一方、対象物に対して超音波送受信部から超音波を送信すると、対象物と超音波送受信部との間で、複数回の超音波の反射が繰り返されることで、超音波送受信部からこの多重反射成分に対応する受信信号も出力される。段差等によって、複数の反射成分の受信信号が含まれる場合、この多重反射成分も、その組合せ分だけ含まれることになる。
本適用例では、多重反射検出部により、超音波の多重反射成分に対応する受信信号を検出する。これにより、受信信号が対象物で反射された反射成分によるものであるか、その他の物体に反射されたノイズ成分であるかを好適に検出することが可能となる。したがって、位置測定部は、多重反射成分が検出された反射成分に対応する受信信号に基づいて、対象物の位置を測定することで、ノイズ成分を除外した精度の高い測定が可能となる。
【００１３】
本適用例の超音波測定装置において、前記走査部は、１次反射成分に対応する受信信号、及び、２次反射成分に対応する受信信号を受信した後に、前記送受位置を移動させることが好ましい。
本適用例では、走査部は、２次反射成分に対応する受信信号を受信した後に、送受位置を移動させる。よって、多重反射検出部による多重反射成分の検出を精度良く実施することができる。
【００１４】
本適用例の超音波測定装置において、前記走査部は、前記送受位置を前記第一方向に交差する第二方向に沿ってさらに移動させ、前記位置測定部は、前記第一送受位置とは前記第一方向で位置が異なる第一比較送受位置と、前記第一送受位置とにおける複数の前記受信信号の電圧値の比、及び前記第一送受位置とは前記第二方向で位置が異なる第二比較送受位置と、前記第一送受位置とにおける複数の前記受信信号の電圧値の比に基づいて、前記受信信号を選択することが好ましい。
本適用例では、走査部は、超音波測定部による送受位置を第一方向及び第二方向に移動させて、位置測定部は、第一比較受信位置に対する第一送受位置の複数の受信信号の比、及び第二比較受信位置に対する第一送受位置の複数の受信信号の比に基づいて受信信号を選択する。
これにより、第一方向にのみならず、第二方向に沿って凹凸等に段差部が有る場合でも対象物の位置を精度良く測定することができる。
【００１５】
本発明の一適用例に係る測定方法は、超音波を送信し、対象物で反射された反射波を受信して受信信号を出力する超音波送受信部を有する超音波測定装置における前記対象物の位置の測定方法であって、前記超音波送受信部によって前記超音波の送受信を実施する送受位置を第一方向に沿って移動させる走査ステップと、前記送受位置で受信される前記受信信号に基づいて、前記対象物の位置を測定する位置測定ステップとを備え、前記位置測定ステップにおいて、前記第一方向における第一送受位置において、前記対象物との距離の差に起因する複数の反射成分に対応する複数の前記受信信号を検出した際に、前記第一送受位置とは異なる比較送受位置における複数の前記受信信号の電圧値と、前記第一送受位置における複数の前記受信信号の電圧値との比に基づいて受信信号を選択し、選択された前記受信信号に基づいて前記対象物の位置を測定することを特徴とする。
本適用例では、上述した適用例と同様に、第一送受位置での複数の反射成分の受信信号の電圧値と、これに対応する比較送受位置での複数の反射成分の受信信号の電圧値との比（増幅率や減衰率）に基づいて、最適な受信信号を選択して対象物の位置を測定する。これにより、第一送受位置に対向する対象物までの距離が精度良く算出されることになり、対象物の形状を高い分解能で測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第一実施形態の超音波測定装置の概略構成を示す図。
【図２】第一実施形態の超音波センサーの主要部の概略構成を示す平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線で切断した超音波センサーの断面図。
【図４】第一実施形態の超音波センサーの制御回路の回路構成の概略を示す図。
【図５】第一実施形態の超音波測定装置による対象物の位置の測定方法における超音波の送受信処理を示すフローチャート。
【図６】第一実施形態において超音波の送受信処理を示す概略図。
【図７】第一実施形態の超音波測定装置による対象物の位置の測定方法における位置測定処理を示すフローチャート。
【図８】対象物に対して超音波を出力した際の１次反射成分及び２次反射成分の超音波の進路を示す図。
【図９】図８の位置ｉ１で受信される受信信号の波形の一例を示す図。
【図１０】図８の位置ｉ２で受信される受信信号の波形の一例を示す図。
【図１１】図７のステップＳ１５からステップＳ１６の処理を説明するための図。
【図１２】第二実施形態の超音波測定装置の概略構成を示す図。
【図１３】第二実施形態の超音波測定装置による対象物の位置の測定方法における超音波の送受信処理を示すフローチャート。
【図１４】第二実施形態の超音波測定装置による対象物の位置の測定方法における位置測定処理を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態に係る超音波測定装置について説明する。
図１は、本実施形態の超音波測定装置１の概略構成を示す図である。
この超音波測定装置１は、超音波の送受信を実施する超音波センサー１０と、超音波センサー１０を制御する制御部２０とを備える。この超音波測定装置１は、制御部２０が超音波センサー１０を制御して、超音波センサー１０から対象物に対して超音波を送信させ、対象物で反射された超音波（反射波）を受信させる。そして、制御部２０は、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と、超音波センサー１０から対象物までの媒体（例えば空気）における音速とに基づいて、超音波センサー１０から対象物までの距離を算出し、対象物の形状を測定する。
【００１８】
［超音波センサー１０の構成］
図２は、本実施形態の超音波センサー１０の主要部の概略構成を示す平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線で切断した超音波センサー１０の断面図を示す。
この超音波センサー１０は、図１及び図２に示すように、Ｘ方向（第一方向）に沿って複数配置された超音波送受信部１１を備える。本実施形態では、各超音波送受信部１１は、Ｘ方向に交差（本実施形態では直交）するＹ方向（第二方向）に並ぶ複数の超音波トランスデューサーＴｒにより構成される。なお、Ｙ方向に並ぶ複数の超音波トランスデューサーＴｒにより超音波送受信部１１が構成される例を示すが、例えば、１つの超音波トランスデューサーＴｒにより１つの超音波送受信部１１が構成されてもよい。また、Ｘ方向及びＹ方向にアレイ状に並ぶ複数の超音波トランスデューサーＴｒによって１つの超音波送受信部１１が構成されてもよい。
【００１９】
より具体的には、超音波センサー１０は、図３に示すように、素子基板１２と、圧電素子１３と、を備えて構成されている。ここで、以降の説明にあたり、素子基板１２の基板厚み方向をＺ方向（超音波の送信方向を＋Ｚ側）とし、Ｘ方向及びＹ方向はＺ方向に直交する２軸方向とする。
【００２０】
素子基板１２は、図３に示すように、基板本体部１２１と、基板本体部１２１の一面側（例えば−Ｚ側）に設けられる振動膜１２２と、を備える。
基板本体部１２１は、振動膜１２２を支持する基板であり、例えばＳｉ等の半導体基板で構成される。基板本体部１２１には、Ｚ方向から見た平面視で、図２及び図３に示すように、超音波トランスデューサーＴｒが重なる位置に開口部１２１Ａが設けられている。
【００２１】
振動膜１２２は、例えばＳｉＯ２や、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２の積層体等より構成され、基板本体部１２１の−Ｚ側に設けられる。この振動膜１２２は、開口部１２１Ａを構成する基板本体部１２１の壁部１２１Ｂ（図３参照）により支持され、開口部１２１Ａの−Ｚ側を閉塞する。振動膜１２２のうち、平面視で開口部１２１Ａと重なる部分（開口部１２１Ａを閉塞する領域）は、振動部１２２Ａを構成する。つまり、開口部１２１Ａは、振動膜１２２の振動部１２２Ａの外縁を規定する。
【００２２】
圧電素子１３は、振動膜１２２の一面（例えば−Ｚ側の面）で、かつ、Ｚ方向から見た平面視で各振動部１２２Ａ（各開口部１２１Ａ）と重なる位置に設けられている。この圧電素子１３は、図３に示すように、振動膜１２２上に下部電極１３１、圧電膜１３２、及び上部電極１３３が順に積層されることにより構成されている。
【００２３】
下部電極１３１は、図１に示すように、Ｙ方向に沿って直線状に形成される。下部電極１３１の両端部（±Ｙ側端部）は、例えば、超音波センサー１０を制御する回路基板等に接続される下部電極端子１３１Ｐとなる。
また、上部電極１３３は、Ｘ方向に沿って直線状に形成されている。上部電極１３３の±Ｘ側端部は、共通電極線１３３Ａに接続される。共通電極線１３３Ａは、Ｙ方向に対して複数配置された上部電極１３３同士を結線し、共通電極線１３３Ａの両端部（±Ｙ側端部）は、回路基板等に接続される上部電極端子１３３Ｐとなる。
圧電膜１３２は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）等の圧電体の薄膜により形成されている。
【００２４】
ここで、振動膜１２２における１つの振動部１２２Ａと、当該振動部１２２Ａ上に設けられた圧電素子１３とにより、１つの超音波トランスデューサーＴｒが構成される。したがって、図２に示すように、超音波センサー１０には、Ｘ方向及びＹ方向に沿って複数の超音波トランスデューサーＴｒが配置される。
また、本実施形態の超音波センサー１０では、Ｙ方向に配置された複数の超音波トランスデューサーＴｒにおいて下部電極１３１が共通となるので、上述したように、これらのＹ方向に配置された複数の超音波トランスデューサーＴｒにより、１つの超音波送受信部１１が構成される。
【００２５】
そして、超音波センサー１０には、図１に示すように、超音波センサー１０の駆動を制御するドライバー回路（制御回路１４）が設けられている。
図４は、制御回路１４の回路構成の概略を示す図である。制御回路１４は、図４に示すように、基準電位回路１４１、切替回路１４２、送信回路１４３、及び受信回路１４４等を備える。
基準電位回路１４１は、上部電極端子１３３Ｐに接続され、上部電極端子１３３Ｐに基準電位（例えば−３Ｖ等）を印加する。
切替回路１４２は、各下部電極端子１３１Ｐと、送信回路１４３と、受信回路１４４とに接続される。この切替回路１４２は、スイッチング回路により構成されており、各下部電極端子１３１Ｐのそれぞれと送信回路１４３とを接続する送信接続、及び、各下部電極端子１３１Ｐのそれぞれと受信回路１４４とを接続する受信接続を切り替える。また、切替回路１４２は、制御部２０の制御に基づいて、送信回路１４３及び受信回路１４４に接続する下部電極端子１３１Ｐを制御し、超音波の送受信処理を実施する超音波送受信部１１を切り替える。
【００２６】
送信回路１４３は、切替回路１４２及び制御部２０に接続され、切替回路１４２が送信接続に切り替えられた際に、制御部２０の制御に基づいて、各超音波トランスデューサーＴｒにパルス波形の駆動信号を出力し、超音波センサー１０から超音波を送信させる。
受信回路１４４は、切替回路１４２及び制御部２０に接続され、切替回路１４２が受信接続に切り替えられた際に、各下部電極１３１から受信信号が入力される。この受信回路１４４は、例えばリニアノイズアンプ、Ａ／Ｄコンバーター等を含んで構成されており、超音波送受信部１１から入力された受信信号に所定の信号処理を行った上で制御部２０に出力する。
【００２７】
このような構成の超音波センサー１０は、切替回路１４２により所定の超音波送受信部１１の下部電極端子１３１Ｐと送信回路１４３とが接続されることで、下部電極１３１及び上部電極１３３の間に所定周波数のパルス波電圧が印加される。これにより、当該超音波送受信部１１における圧電膜１３２が伸縮し、圧電素子１３が設けられた振動膜１２２の振動部１２２Ａが、開口部１２１Ａの開口幅等に応じた周波数で振動して、振動部１２２Ａの＋Ｚ側（開口部１２１Ａ側）から超音波が送信される。
また、開口部１２１Ａに超音波が入力されると、当該超音波によって振動部１２２Ａが振動し、圧電膜１３２の上下で電位差が発生する。したがって、切替回路１４２により所定の超音波送受信部１１の下部電極端子１３１Ｐと受信回路１４４とが接続されていれば、受信回路１４４にて当該電位差に応じた電圧信号（受信信号）が検出され、超音波を検出（受信）することが可能となる。
【００２８】
［制御部の構成］
制御部２０は、超音波センサー１０に接続され、超音波センサー１０の動作を制御するとともに、超音波センサー１０による超音波の送受信結果に基づいて、対象物の位置を検出する。
この制御部２０は、図１に示すように、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算部２１、メモリー等により構成された記憶部２２を有する。そして、演算部２１は、記憶部２２に記憶されたプログラムを読み込み実行することで、図１に示すように、送受制御部２１１、走査部２１２、多重反射検出部２１３、及び位置測定部２１４として機能する。
【００２９】
送受制御部２１１は、所定の超音波送受信部１１の超音波トランスデューサーＴｒに周期駆動電圧を印加して、超音波を送信させ、対象物で反射された超音波（反射波）が超音波送受信部１１で受信させる、超音波の送受信処理を実施する。
走査部２１２は、送受信処理を実施する超音波送受信部１１を切り替える。具体的には、超音波の送受信処理を実施する超音波送受信部１１をＸ方向に沿って順次移動させる。つまり、超音波の送受信処理を実施する送受位置をＸ方向に順に移動させる。
【００３０】
多重反射検出部２１３は、超音波送受信部１１により実施された超音波の送受信処理で得られた受信信号から、対象物により最初に反射された超音波の反射成分（１次反射成分）に対応する１次受信信号と、対象物により多重反射された超音波の多重反射成分に対応する受信信号とを検出する。また、多重反射検出部２１３は、各受信信号のピーク位置（電圧値がピークとなる受信タイミング（受信時間）を検出する。
【００３１】
位置測定部２１４は、超音波送受信部１１により実施された超音波の送受信処理の結果に基づいて、対象物の位置を測定する。具体的には、位置測定部２１４は、超音波センサー１０から対象物までの距離を算出する。また、本実施形態では、Ｘ方向に沿った各送受位置に対して、超音波センサー１０から対象物までの距離が算出されるので、当該距離に基づいて、対象物のＸ方向に沿った表面形状を測定することができる。
【００３２】
［超音波測定装置による測定方法］
次に、上述したような超音波測定装置１により対象物の位置を測定する測定方法について説明する。
図５は、本実施形態の超音波測定装置１による対象物の位置の測定方法における超音波の送受信処理（走査ステップ）を示すフローチャートである。
本実施形態の超音波測定装置１において、例えばユーザーの操作により対象物の位置を検出する旨の指令信号が入力されると、制御部２０の送受制御部２１１及び走査部２１２は、走査ステップを開始する。具体的には、走査部２１２は、位置変数ｉを初期化（ｉ＝０）する（ステップＳ１）。この位置変数ｉは、Ｘ方向において超音波の送受信処理を実施する位置（送受位置）を示す変数であり、超音波送受信部１１の位置に相当する。例えば、ｉ＝１は、超音波センサー１０においてＸ方向の−Ｘ側端部に位置する超音波送受信部１１を示す。位置変数ｉの最大値Ｉｍａｘは、超音波センサー１０においてＸ方向に沿って配置される超音波送受信部１１の個数となる。
【００３３】
次に、走査部２１２は、位置変数ｉに１を加算し（ステップＳ２）、位置変数ｉに対応する超音波送受信部１１での送受信処理を実施させる（ステップＳ３）。
図６は、本実施形態における超音波の送受信処理を示す概略図である。
このステップＳ３では、まず、走査部２１２は、超音波の送受信処理を実施する送受位置を位置変数ｉの位置に移動させる。すなわち、走査部２１２は、切替回路１４２のスイッチ位置を、位置変数ｉに対応する超音波送受信部１１に対して信号の入出力を許可する位置に切り替える。
そして、送受制御部２１１は、切替回路１４２を送信接続に切り替えさせて、送信回路１４３から位置変数ｉに対応する超音波送受信部１１に対して駆動信号を出力し、その後、切替回路１４２を受信接続に切り替えさせる。これにより、図６に示すように、超音波送受信部１１から超音波が送信され、対象物３０にて反射された反射波が超音波送受信部１１で受信され、受信信号が受信回路１４４から制御部２０に入力される。また、このステップＳ３では、送受制御部２１１は、少なくとも、２次反射成分の受信信号が取得されるまで、超音波の受信を継続する。なお、超音波センサー１０から対象物３０までの大凡の距離が判明している場合では、当該距離に応じて、２次反射波が受信される大凡の時間を算出し、算出された時間以上の間、受信処理を継続させてもよい。
そして、送受制御部２１１は、超音波の送信タイミングからの経過時間をカウントし、受信信号が受信された受信タイミングまでの経過時間（受信時間）、及び受信信号の信号強度（電圧値）を、位置変数ｉと関連付けて記憶部２２に記憶する。
【００３４】
この後、走査部２１２は、位置変数ｉが最大値Ｉｍａｘになったか否かを判定する（ステップＳ４）。ステップＳ４でＮｏと判定されると、ステップＳ２に戻る。これにより、図６に示すように、Ｘ方向に並ぶｘ＝１からｘ＝Ｉｍａｘまでの各送受位置で、超音波の送受信処理が順次実施される。
【００３５】
以上の後、制御部２０は、各位置変数ｉにおける超音波センサー１０から対象物までの距離を算出して対象物の位置（表面位置）を測定する位置測定処理を開始する。
図７は、本実施形態の超音波測定装置１による対象物の位置の測定方法における位置測定処理を示すフローチャートである。
位置測定処置では、先ず、多重反射検出部２１３による多重反射検出ステップが実施される。具体的には、多重反射検出部２１３は、先ず、位置変数ｉを初期化 （ｉ＝０）する（ステップＳ５）。次に、位置測定部２１４は、位置変数ｉに１を加算し（ステップＳ６）、位置変数ｉに対応する送受信処理のデータ（受信データ）、つまり、送受信処理により得られた各受信信号と受信時間、及び受信信号の電圧値を読み出す（ステップＳ７）。
【００３６】
次に、多重反射検出部２１３は、位置変数ｉに対する受信データに含まれる多重反射成分に対応する受信信号を抽出し（ステップＳ８）、さらに、各受信信号から、１次受信信号のピーク位置（受信時間）、及びその電圧値を検出する（ステップＳ９）。
【００３７】
ステップＳ８及びステップＳ９の処理についてより具体的に説明する。
図８は、対象物に対して超音波を出力した際の１次反射成分及び２次反射成分の超音波の進路を示す図である。図９は、図８の位置ｉ１で受信される受信信号の波形の一例を示す図である。図１０は、図８の位置ｉ２で受信される受信信号の波形の一例を示す図である。
図８の位置ｉ１では、超音波送受信部１１に対向する対象物に段差等がなく、超音波センサー１０から対象物の表面（第一表面３０Ａ）までの距離が一様である例である。この場合、超音波送受信部１１から超音波が送信されると、第一表面３０Ａで反射された後、超音波送受信部１１に受信された際に１次反射成分の受信信号（図９の１次受信信号Ｄ１）が得られる。また、対象物３０で反射された反射波が超音波送受信部１１で再び反射された後、対象物で反射されて超音波送受信部１１に再度受信された際に、２次反射成分の受信信号（図９の２次受信信号Ｄ２）が得られる。図８では、２次反射成分までを例示するが、以降、超音波が減衰するまで、超音波送受信部１１と対象物との間で超音波が多重反射されることで、複数の受信信号が一定周期で受信されることになる。特に、超音波センサー１０から至近距離にある対象物を検出する場合、超音波が減衰するまで複数回の多重反射が発生し、これによる複数の受信信号が検出される。
【００３８】
ここで、ｎ次反射成分の超音波は、１次反射成分の超音波のｎ倍の距離を進むことになる。よって、多重反射による受信信号の受信タイミングは、１次反射成分の受信信号Ｄ１の受信タイミングの整数倍（ｎ倍）となる。例えば、２次受信信号の受信時間ｔ２（送信タイミングから受信タイミングまでの経過時間）は、１次受信信号の受信時間ｔ１の２倍となる。したがって、超音波の送受信処理で得られる受信信号のうち、受信時間が整数倍となる受信信号を検出することで、多重反射成分（１次反射成分を含む）に対応する受信信号、つまり、対象物３０により反射された反射波に基づいた受信信号を検出することができる。また、この多重反射成分の受信信号のうち、最初の受信信号が１次受信信号となる。よって、１次受信信号のピーク位置（受信時間）やその信号強度 （電圧値）も容易に検出することができる。
【００３９】
一方、図８の位置ｉ２では、超音波送受信部１１に対向する位置の対象物３０にエッジ部分等による段差３１が存在する。超音波送受信部１１から送信される超音波は、指向性が小さいため、送信された超音波は、広範囲に拡散して、第一表面３０Ａと、第一表面３０Ａとは異なる位置の第二表面３０Ｂとで反射される。このため、１次反射成分に対応する１次受信信号には、対象物３０との距離の差に起因する複数の信号が含まれる。よって、１次受信信号として、第一表面３０Ａに対応する第１の１次受信信号（第１の受信信号）と、第二表面３０Ｂに対応する第２の１次受信信号（第２の受信信号）が得られる。
【００４０】
また、Ｚ方向の位置が異なる複数の表面が存在する場合、多重反射成分は、Ｚ方向の位置が異なる表面の組合せ分だけ、多重反射成分が含まれることになる。
例えば、図８のように、第一表面３０Ａと第二表面３０Ｂが存在する場合、
（Ｉ）第一表面３０Ａで１次反射された後、第一表面３０Ａで２次反射される２次反射成分
（II)第二表面３０Ｂで１次反射された後、第二表面３０Ｂで２次反射される２次反射成分
（III)第一表面３０Ａで１次反射された後、第二表面３０Ｂで２次反射される２次反射成分
（IV)第二表面３０Ｂで１次反射された後、第一表面３０Ａで２次反射される２次反射成分
の４つの２次反射成分に対応するそれぞれの２次受信信号が含まれる。
よって、図１０に示すように、２次受信信号として、
第１の１次受信信号Ｄ１１の受信時間（ｔ１１）の２倍となる受信時間（ｔ２１）で受信される２次受信信号Ｄ２１、
第２の１次受信信号Ｄ１２の受信時間（ｔ１２）の２倍となる受信時間（ｔ２２）で受信される２次受信信号Ｄ２２、及び、
第１の１次受信信号の受信時間ｔ１１と第２の１次受信信号の受信時間ｔ１２との和となる受信時間（ｔ２３）で受信される２次受信信号Ｄ２３、
が含まれる。このため、対象物３０の複数の面で超音波が反射された場合でも、上記のような受信時間の関係性から、多重反射成分（１次反射成分を含む）に対応する受信信号、つまり、対象物３０により反射された反射波に基づいた受信信号を検出することができる。また、これらの受信信号の受信時間から例えば連立方程式の解を求めることで、複数の１次受信信号も容易に特定でき、各１次受信信号の受信時間や電圧値を検出することができる。
なお、抽出された受信信号以外は、図９及び図１０に示すように、対象物３０以外から反射されたノイズ成分であると判定される。
ステップＳ９の後、多重反射検出部２１３は、検出した１次受信信号の受信時間及び電圧値を、位置変数ｉと関連付けて記憶部２２に記憶する。
【００４１】
そして、多重反射検出部２１３は、位置変数ｉがＩｍａｘとなったか否かを判定し（ステップＳ１０）、Ｎｏと判定された場合は、ステップＳ６に戻る。つまり、各位置変数ｉの受信データから、多重反射成分を検出し、１次受信信号の受信時間と電圧値とを検出する。
【００４２】
ステップＳ１０においてＹｅｓと判定されると、位置測定部２１４による位置測定ステップを開始する。
具体的には、位置測定部２１４は、先ず、位置変数ｉを初期化して０に設定する（ステップＳ１１）。そして、位置測定部２１４は、位置変数ｉに１を加算して（ステップＳ１２）、位置変数ｉが２以上となったか否かを判定する（ステップＳ１３）。
ステップＳ１３でＮｏと判定される場合は、ステップＳ１２に戻る。ステップＳ１３でＹｅｓと判定されると、位置測定部２１４は、位置変数ｉ（第一送受位置）の１次受信データ（１次受信信号の受信時間と電圧値）を読み出すとともに、位置変数ｉを挟む、位置変数ｉ−１（比較送受位置；負側比較位置）及び位置変数ｉ＋１（比較送受位置；正側比較位置）の１次受信データを比較データとして読み出す（ステップＳ１４）。
【００４３】
そして、位置測定部２１４は、比較データの１次受信信号に対する、位置変数ｉの１次受信信号の増幅率を算出し（ステップＳ１５）、増幅率が最大となる１次受信信号を選択する（ステップＳ１６）。
図１１は、ステップＳ１５からステップＳ１６の処理を説明するための図である。
ここで、対象物３０の表面の高さ位置をＸ方向に沿って走査した際に、図８のように段差３１を境にして、第一表面３０Ａから第二表面３０Ｂに変わる場合を例にして、ステップＳ１５及びステップＳ１６の処理についてより詳細に説明する。
この例では、位置変数ｉに対応する１次受信データには、第一表面３０Ａに対応する１次受信信号Ｄ１１と、第二表面３０Ｂに対応する１次受信信号Ｄ１２が含まれる。また、位置変数ｉの第１の１次受信信号Ｄ１１の電圧値は、位置変数ｉ＋１の第１の１次受信信号Ｄ１１の電圧値に対して増幅率Ａ１で増大している。また、位置変数ｉの第２の１次受信信号Ｄ１２の電圧値は、位置変数ｉ−１の第２の１次受信信号Ｄ１２の電圧値に対して増幅率Ａ２で増大している。
この場合、位置測定部２１４は、ステップＳ１５で、上記のような増幅率Ａ１と増幅率Ａ２とを算出する。そして、位置測定部２１４は、ステップＳ１６において、これらの増幅率Ａ１，Ａ２を比較し、増幅率が大きい一方の１次受信信号を、位置変数ｉにおける、対象物３０までの距離を示す１次受信信号として選択する。例えば、図１１の例では、Ａ１＞Ａ２となる。よって、位置測定部２１４は、第１の１次受信信号Ｄ１１を対象物３０までの距離を示す信号として選択する。
【００４４】
そして、位置測定部２１４は、ステップＳ１６で選択された１次受信信号に基づいて、ＴＯＦ（Time Of Flight）法により、位置変数ｉに対応する超音波送受信部１１と対象物３０との距離を、算出する（ステップＳ１７）。
ステップＳ１７の距離の算出では、超音波送受信部１１と対象物３０との間の媒体（例えば空気）中の音速をｃ、１次受信信号を受信した受信時間をｔとして、以下の式（１）により距離ｋを算出する。
ｋ（ｍｍ）＝ｃ（ｍｍ／ｓ）×ｔ（ｓ）  …（１）
【００４５】
なお、ここでは、受信信号のピーク位置が検出された受信時間ｔに基づいた距離の算出を例示したが、これに限定されない。例えば、上述したように、本実施形態では、多重反射検出部２１３により、超音波の送受信処理により、１次受信信号を特定する。従って、所定のサンプリング周波数ｆｓで、１次受信信号のサンプリング数ｍをサンプリングすることで、下記式（２）により、距離ｋを算出してもよい。
ｋ（ｍｍ）＝ｃ（ｍｍ／ｓ）／（ｆｓ（Ｈｚ）×ｍ）  …（２）
【００４６】
また、位置測定部２１４は、算出された距離ｋを、位置変数ｉに対応する対象物３０の座標に変換する（ステップＳ１８）。つまり、超音波センサー１０における各超音波送受信部１１の位置（ＸＹ平面における座標位置）は既知であり、記憶部２２に格納されている。位置測定部２１４は、位置変数ｉに対応するＸＹ座標に、ステップＳ１７で距離ｋを関連付けて、対象物３０の表面を示す３次元座標とし、記憶部２２に記憶する。
【００４７】
この後、位置測定部２１４は、位置変数ｉが最大値Ｉｍａｘとなったか否かを判定し（ステップＳ１９）、ステップＳ１９でＮｏと判定された場合、ステップＳ１２に戻る。
ステップＳ１９でＹｅｓと判定され、全ての位置変数ｉに対する距離ｋが算出された場合は、位置測定部２１４は、記憶部２２に記憶された各位置変数ｉ（各送受位置）に対応する対象物３０の３次元座標を読み出し、例えばモニター等に出力する。座標の出力形式としては、例えば、算出された各３次元座標をモニターに表示させてもよく、３次元座標に基づいて対象物３０の表面形状を画像化して表示させてもよい。
【００４８】
［本実施形態の作用効果］
本実施形態の超音波測定装置１は、超音波センサー１０と制御部２０を備える。超音波センサー１０は、超音波を送信し、対象物３０で反射された反射波を受信して受信信号を出力する超音波送受信部１１を有し、制御部２０は、超音波送受信部１１によって超音波の送受信を実施する送受位置をＸ方向（第一方向）に沿って移動させる走査部２１２と、対象物３０の位置を測定する位置測定部２１４とを備える。この位置測定部２１４は、Ｘ方向における位置変数ｉ（第一送受位置）に対する１次受信データとして、複数の１次受信信号が検出された際に、位置変数ｉを挟む位置変数ｉ−１（比較送受位置）及び位置変数ｉ＋１（比較送受位置）の一次受信データを比較データとして読み出す。そして、各比較データの各１次受信信号の電圧値（信号電圧）と、位置変数ｉの各１次受信信号の電圧値（信号電圧）との比（増幅率）に基づいて、対象物３０の位置を測定する。
【００４９】
Ｘ方向に沿った対象物３０の一部に段差３１が存在する場合でも、複数の面で反射された１次受信信号が、それぞれ、異なる受信タイミングで出力される。このような場合、例えば、複数の受信信号のうち、最初に受信した受信信号を、多重反射成分のうち１次反射に対応する１次受信信号として距離を算出すると、誤差が生じる可能性がある。これに対して、本実施形態では、比較データを用いて各１次受信信号の増幅率を算出し、その増幅率が最大となる１次受信信号を選択して、対象物３０までの距離を算出する。これにより、上述のような誤差の発生を抑制でき、分解能が高く、精度も高い対象物の位置測定や形状測定を実施できる。
【００５０】
本実施形態の超音波測定装置１では、位置測定部２１４は、対象物３０により反射された１次反射成分に対応する受信信号に基づいて、対象物３０の位置を測定する。
このような１次受信信号は、超音波送受信部１１で受信された２次以降の多重反射成分の超音波による受信信号の電圧値よりも大きい。したがって、複数の１次受信信号の各々のピーク位置（受信時間）を精度よく特定することができる。また、比較データに基づいて、各１次受信信号の増幅率を算出する際にも、精度良く増幅率を算出することができる。
【００５１】
本実施形態の超音波測定装置１では、位置測定部２１４は、位置変数ｉ＋１の第１の１次受信信号Ｄ１１及び第２の１次受信信号Ｄ１２に対する、位置変数ｉの第１の１次受信信号Ｄ１１及び第２の１次受信信号Ｄ１２の増幅率を算出する。また、位置測定部２１４は、位置変数ｉ−１の第１の１次受信信号Ｄ１１及び第２の１次受信信号Ｄ１２に対する、位置変数ｉの第１の１次受信信号Ｄ１１及び第２の１次受信信号Ｄ１２の増幅率を算出する。そして、増幅率が最大となる１次受信信号を選択して、対象物３０までの距離を算出する。
超音波送受信部１１から超音波を送信し、反射波を受信する場合、超音波送受信部１１に対して垂直方向に位置する対象物の面で反射した超音波の音圧が最も高くなる。また、第一表面３０Ａ及び第二表面３０Ｂが超音波送受信部１１に対向している場合に、第一表面３０Ａ及び第二表面３０Ｂのうち、超音波送受信部１１に対向している面の面積が大きい一方の方で反射された超音波の方が他方で反射された超音波よりも音圧が大きくなる。したがって、本実施形態のように、位置変数ｉにおける各１次受信信号のうち、比較データの各１次受信信号に対して増幅率が大きくなる１次受信信号を選択することで、高い精度で距離を算出することができる。
【００５２】
本実施形態の超音波測定装置１では、位置変数ｉに対する送受信処理の結果（受信データ）から、複数の反射成分に対応する多重反射成分を検出する多重反射検出部２１３を備える。そして、位置測定部２１４は、多重反射検出部２１３により検出された多重反射成分の超音波に対応する受信信号に基づいて、対象物３０の位置を測定する。
これにより、受信信号にノイズ成分が多く含まれている場合でも、ノイズ成分と対象物３０で反射された超音波による受信信号とを容易に判別し、ノイズ成分を除外することができる。よって、位置測定部２１４は、ノイズ成分を除外した受信信号に基づいて、対象物３０までの距離ｋを高精度に算出することができる。
【００５３】
本実施形態の超音波測定装置１において、走査部２１２は、１次反射成分に対応する受信信号、及び、２次反射成分に対応する受信信号を受信した後に、位置変数ｉを変更して送受位置を移動させる。
これにより、多重反射検出部２１３による多重反射成分の受信信号を精度良く検出することができる。
【００５４】
［第二実施形態］
上記第一実施形態では、超音波送受信部１１が、Ｘ方向に沿って並ぶ１次元アレイ構造の超音波センサー１０について説明した。これに対して、第二実施形態では、超音波センサーが、超音波送受信部１１が２次元アレイ構造に配置される点で、上記第一実施形態と相違する。なお、以降の説明にあたり、既に説明した事項については、同符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。
【００５５】
図１２は、本実施形態の超音波測定装置１の概略構成を示す図である。
図１２に示すように、本実施形態の超音波測定装置１の超音波センサー１０Ａは、Ｘ方向及びＹ方向の双方に沿って、超音波送受信部１１が配置されている。このような超音波センサー１０Ａでは、対象物３０のＸ方向に対する位置測定のみならず、Ｙ方向に対する位置測定をも実施することができる。
【００５６】
図１３は、本実施形態の超音波測定装置１による対象物の位置の測定方法における超音波の送受信処理を示すフローチャートであり、図１４は、本実施形態の超音波測定装置１による対象物の位置の測定方法における位置測定処理を示すフローチャートである。
図１３及び図１４に示すように、本実施形態では、第一実施形態と略同様の処理により、対象物３０の位置測定処理を実施することができる。
ここで、本実施形態では、第一実施形態のステップＳ１の処理に代えて、制御部２０は、Ｘ方向の送受位置を示す位置変数ｉと、Ｙ方向の送受位置を示す位置変数ｊとの双方を初期化（ｉ＝０，ｊ＝０）する（ステップＳ１Ａ）。そして、ステップＳ１Ａの後、ステップＳ２の前に、走査部２１２は、位置変数ｊに１を加算し（ステップＳ２Ａ）、この後、ステップＳ２を実施する。また、ステップＳ３の処理により、位置変数ｉ，ｊに対応する超音波送受信部１１での超音波の送受信処理を実施する。この後、ステップＳ４においてＹｅｓと判定された場合、走査部２１２は、位置変数ｊが最大値Ｊｍａｘとなったか否かを判定し（ステップＳ４Ａ）、ステップＳ４ＡでＮｏと判定された場合にステップＳ２Ａに戻る。これにより、本実施形態では、Ｘ方向及びＹ方向に２次元アレイ構造に配置された各超音波送受信部１１で、超音波の送受信処理を実施させ、各送受位置に対する受信データを取得する。
【００５７】
また、本実施形態では、第一実施形態のステップＳ５の処理に代えて、制御部２０は、Ｘ方向の送受位置を示す位置変数ｉと、Ｙ方向の送受位置を示す位置変数ｊとの双方を初期化（ｉ＝０，ｊ＝０）する（ステップＳ５Ａ）。そして、ステップＳ５Ａの後、ステップＳ６の前に、多重反射検出部２１３は、位置変数ｊに１を加算し（ステップＳ６Ａ）、この後、ステップＳ６を実施する。また、ステップＳ７からステップＳ９の処理により、位置変数（ｉ，ｊ）に対応する送受位置での受信データから、１次受信データを抽出する。この後、ステップＳ１０においてＹｅｓと判定された場合、多重反射検出部２１３は、位置変数ｊが最大値Ｊｍａｘとなったか否かを判定し（ステップＳ１０Ａ）、ステップＳ１０ＡでＮｏと判定された場合にステップＳ６Ａに戻る。これにより、本実施形態では、Ｘ方向及びＹ方向に２次元アレイ構造に配置された各送受位置に対応する１次受信データが得られる。
【００５８】
さらに、本実施形態では、第一実施形態のステップＳ１１の処理に代えて、制御部２０は、Ｘ方向の送受位置を示す位置変数ｉと、Ｙ方向の送受位置を示す位置変数ｊとの双方を初期化（ｉ＝０，ｊ＝０）する（ステップＳ１１Ａ）。そして、ステップＳ１１Ａの後、ステップＳ１２の前に、位置測定部２１４は、位置変数ｊに１を加算し（ステップＳ１２Ａ）、この後、ステップＳ１２を実施する。
また、位置測定部２１４は、ステップＳ１３においてＹｅｓと判定された際、さらに、位置変数ｊが２以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３Ａ）。このステップＳ１３ＡでＮｏと判定されると、ステップＳ１２Ａに戻る。
【００５９】
一方、ステップＳ１３ＡでＹｅｓと判定されると、ステップＳ１４に代えてステップＳ１４Ａを実施する。このステップＳ１４Ａでは、位置変数（ｉ、ｊ）で示される送受位置（第一送受位置）の１次受信データに加え、位置変数（ｉ−１，ｊ）、（ｉ＋１，ｊ）の送受位置（第一比較送受位置）の１次受信データと、位置変数（ｉ，ｊ−１）、（ｉ，ｊ＋１）の送受位置（第二比較送受位置）の１次受信データとを、比較データとして読み出す。
そして、ステップＳ１５では、各比較データに対する、第一送受位置の各１次受信信号の増幅率を算出し、ステップＳ１６において、増幅率が最大となる１次受信信号を選択する。この後、ステップＳ１７及びステップＳ１８により、位置変数（ｉ，ｊ）に対応する超音波送受信部１１と、対象物３０との距離ｋを算出し、対象物３０の三次元座標に変換する。
【００６０】
この後、ステップＳ１９を実施して、Ｙｅｓと判定された場合、位置測定部２１４は、位置変数ｊが最大値Ｊｍａｘとなったか否かを判定し（ステップＳ１９Ａ）、ステップＳ１９ＡでＮｏと判定された場合にステップＳ１２Ａに戻る。ステップＳ１９ＡでＹｅｓと判定された場合は、第一実施形態と同様、ステップＳ２０を実施する。
以上のような、本実施形態の超音波測定装置１では、Ｘ方向及びＹ方向に沿った各送受位置の受信データに基づいて距離の算出を行うことで、より高精度で、より分解能が高い対象物３０の形状測定を実施することができる。
【００６１】
［変形例］
第一実施形態では、走査部２１２は、複数の超音波送受信部１１のうち、超音波の送受信処理を実施する超音波送受信部１１を切り替えることで、複数位置に対する超音波の送受信処理を実施した。これに対して、単一若しくは複数の超音波送受信部１１が、Ｘ方向に移動可能な保持部材に保持されており、例えばモーター等の駆動源の駆動力により保持部材を移動させる駆動機構が設けられていてもよい。この場合、走査部２１２は、駆動機構を制御することで、超音波送受信部１１をＸ方向に移動させて、超音波の送受位置をＸ方向に沿って走査させることができる。
第二実施形態においても同様であり、超音波送受信部１１をＸ方向及びＹ方向に移動可能な保持部材に保持させ、保持部材をＸＹ方向に移動させる駆動機構により移動させる構成としてもよい。
【００６２】
第一実施形態において、位置変数ｉが１である場合、負側比較位置である位置変数ｉ−１に対応する比較データが存在せず、位置変数ｉがＩｍａｘである場合、正側比較位置である位置変数ｉ＋１に対応する比較データが存在しない。この場合、位置測定部２１４は、１つの比較データのみを用いて距離ｋを算出してもよい。例えば、位置変数Ｉｍａｘの第１の１次受信信号Ｄ１１の電圧値が、位置変数Ｉｍａｘ−１に対して増幅率Ａ１で増幅し、位置変数Ｉｍａｘの第２の１次受信信号Ｄ１２の電圧値が、位置変数Ｉｍａｘ−１に対して増幅率Ａ２で増幅し、Ａ１＞Ａ２となる場合、位置測定部２１４は、第１の１次受信信号Ｄ１１を選択して距離ｋを算出する。
【００６３】
第二実施形態において、ステップＳ１３及びステップＳ１３Ａにおいて、Ｙｅｓと判定された場合に、ステップＳ１４Ａの処理を実施する例を示したが、これに限定されない。
ステップＳ１３ＡにおいてＮｏと判定された場合であっても、位置変数ｉが２以上である場合、第一実施形態と同様のステップＳ１４を実施してもよい。すなわち、Ｘ方向の１次受信データのみを用いて、ｊ＝１の列の各送受位置に対応する対象物３０の三次元座標を求めてもよい。また、ｊ＝Ｊｍａｘの列に対しても同様に、Ｘ方向の１次受信データのみを用いて対象物３０の三次元座標を求めてもよい。
位置変数ｉが１の場合も同様であり、位置変数ｊが２以上である場合、Ｙ方向の１次受信データのみを用いて、ｉ＝１の行の各送受位置に対応する対象物の三次元座標を求めてもよい。また、ｉ＝Ｉｍａｘの列に対しても同様に、Ｙ方向の１次受信データのみを用いて対象物３０の三次元座標を求めてもよい。
【００６４】
上記第一及び第二実施形態では、多重反射検出部２１３により１次受信データを抽出し、位置測定部２１４は、抽出された１次受信データに基づいて距離ｋを算出したが、これに限定されない。例えば、２次反射波を受信した際の２次受信データの電圧値が十分に大きい電圧値であれば、２次受信データに基づいて、距離を算出してもよい。
【００６５】
上記第一及び第二実施形態では、比較データの各１次受信信号から、第一送受位置の各１次受信信号への増幅率により、距離ｋの算出に用いる１次受信信号を選択したが、これに限定されない。例えば、比較データの各１次受信信号から、第一送受位置の各１次受信信号への電圧値の減衰率を算出し、当該減衰率が最小となる１次受信信号を選択してもよい。
【００６６】
上記第一及び第二実施形態では、制御部２０の演算部２１が、多重反射検出部２１３として機能する例を示したが、これに限定されない。例えば、超音波センサー１０，１０Ａから対象物３０までの大凡の距離が判っている場合等では、超音波の送信タイミングから、２次反射波が受信される大凡の時間（測定時間）を設定し、当該測定時間内で受信した受信信号を１次受信信号として取得してもよい。この場合、例えば、受信信号に対して、ローバスフィルター等を用いてノイズを除去し、電圧値が所定値以上となる複数の受信信号を、複数の１次受信信号として特定してもよい。
【００６７】
上記第一及び第二実施形態において、走査ステップでＸ方向に沿って順に送受位置を移動させる例を示したが、これに限定されない。Ｘ方向に沿う各送受位置に対する超音波の送受信処理の順番は特に限定されない。例えば、Ｘ方向に並ぶ奇数番目の送受位置（ｉ＝１，３，５…２ｎ＋１…）の順に送受信処理を行った後、偶数番目の送受位置（ｉ＝２，４，６…２ｎ…）の順に送受信処理を行ってもよい。この場合、クロストークの影響を低減することができる。
第二実施形態におけるＹ方向の走査に関しても同様である。
【００６８】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で上記各実施形態及び変形例を適宜組み合わせることで構成してもよく、また他の構造などに適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１…超音波測定装置、１０，１０Ａ…超音波センサー、１１…超音波送受信部、１４…制御回路、２０…制御部、２１…演算部、２２…記憶部、３０…対象物、３０Ａ…第一表面、３０Ｂ…第二表面、３１…段差、１４２…切替回路、１４３…送信回路、１４４…受信回路、２１１…送受制御部、２１２…走査部、２１３…多重反射検出部、２１４…位置測定部、Ｄ１…１次受信信号、Ｄ１１…第１の１次受信信号、Ｄ１２…第２の１次受信信号、Ｄ２…２次受信信号、Ｄ２１…２次受信信号、Ｄ２２…２次受信信号、Ｄ２３…２次受信信号、ｔ１…受信時間、ｔ１１…受信時間、ｔ１２…受信時間、ｔ２…受信時間。
【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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