(57)【要約】【課題】超音波センサにおいて、残響信号が残っている間に、検知対象物からの反射波を受波した場合でも、受波した反射波に起因する受信信号を正確に検出する。【解決手段】送波駆動部が、２位相偏移変調した駆動信号１１を送信して、位相パターン検出部が、増幅部による増幅後の信号における、所定のパターンの位相の変化を検出するようにした。ここで、振動子の自由振動に起因する残響信号は、周波数と位相が一定である。従って、位相パターン検出部が、所定のパターンの位相の変化を検出したときには、その受信信号は、（２つの位相を含む）反射波に起因する受信信号１４を含むということになる。さらに、位相パターン検出部により検出される位相の変化のパターンを、２位相偏移変調に起因していると思われる位相の変化のパターンにすることにより、受波した反射波に起因する位相の変化を正確に検出できるので、反射波に起因する受信信号を正確に検出できる。【選択図】図２
2015161530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の送波と受波に共用する振動子を有し、超音波の送波と、送波した超音波に対する、検知対象物からの反射波の受波とを行って、受波した反射波に応じた受信信号を出力する送受信器と、
前記送受信器における振動子を駆動するための、２位相偏移変調した駆動信号を送信する送波駆動部と、
前記送受信器から出力された信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部による増幅後の信号を検波して、検波後の信号の振幅値が、所定の閾値より大きいか否かを検出する振幅検出部と、
前記増幅部による増幅後の信号における位相角を検出して出力する位相角検出部と、
前記位相角検出部から出力された位相角の信号波形に基づいて、前記増幅部による増幅後の信号における、所定のパターンの位相の変化を検出する位相パターン検出部と、
前記振幅検出部による検出結果と、前記位相パターン検出部による検出結果とに基づいて、前記検知対象物までの距離を計算する距離計測部とを備える超音波センサ。
【請求項２】
前記位相パターン検出部は、
その時点で前記位相角検出部から出力された位相角と、所定時間前に前記位相角検出部から出力された位相角との差分量の絶対値を出力する位相角微分部と、
前記位相角微分部から出力された差分量の絶対値の大きさが所定の値より小さい状態が、所定の時間以上続いたときに、前記位相角検出部から出力された位相角を記憶する第１の位相角記憶部と、
前記第１の位相角記憶部に前記位相角を記憶した時点から所定の時間経過した後に、前記位相角微分部から出力された差分量の絶対値の大きさが所定の値より小さい状態が、所定の時間以上続いたときに、前記位相角検出部から出力された位相角を記憶する第２の位相角記憶部と、
前記第１の位相角記憶部に記憶された位相角と、前記第２の位相角記憶部に記憶された位相角との差が、所定の値の範囲内に入っていた場合に、前記所定のパターンの位相の変化を検出したと判定する位相変化判定部とを備えることを特徴とする請求項1に記載の超音波センサ。
【請求項３】
その時点で前記位相角検出部から出力された位相角と、所定時間前に前記位相角検出部から出力された位相角との差分量の絶対値が、所定の値を超えたことを検出する位相変化検出部をさらに備え、
前記距離計測部は、
前記送受信器による超音波の送波時及び送波直後における、検知ゲートを開いていない期間である第１のゲート期間では、前記検知対象物までの距離を計算せず、
前記第１のゲート期間直後の期間であって、所定値以上の振幅幅の残響信号が残っている期間である第２のゲート期間では、前記検知対象物までの距離を計算せず、前記振幅検出部による検出結果と、前記位相変化検出部による検出結果とに基づいて、前記検知対象物の存在の有無を検知し、
前記第２のゲート期間直後の期間であって、前記残響信号の振幅幅が所定値未満に収束している期間である第３のゲート期間では、前記振幅検出部による検出結果と、前記位相パターン検出部による検出結果とに基づいて、前記検知対象物までの距離を計算することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波センサ。
【請求項４】
その時点で前記位相角検出部から出力された位相角と、所定時間前に前記位相角検出部から出力された位相角との差分量の絶対値が、所定の値を超えたことを検出する位相変化検出部をさらに備え、
前記距離計測部は、
前記送受信器による超音波の送波時及び送波直後における、検知ゲートを開いていない期間である第１のゲート期間では、前記検知対象物までの距離を計算せず、
前記第１のゲート期間直後の期間であって、所定値以上の振幅幅の残響信号が残っている期間である第２のゲート期間では、前記振幅検出部による検出結果と、前記位相変化検出部による検出結果とに基づいて、前記検知対象物までの距離を計算し、
前記第２のゲート期間直後の期間であって、前記残響信号の振幅幅が所定値未満に収束している期間である第３のゲート期間では、前記振幅検出部による検出結果と、前記位相パターン検出部による検出結果とに基づいて、前記検知対象物までの距離を計算することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波の送波と受波に共用する振動子を有し、送波した超音波に対する、検知対象物からの反射波に応じた受信信号に基づいて、検知対象物までの距離を計算する超音波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、超音波の送波と受波に共用する（圧電セラミック等で形成された）振動子を有し、マイクロフォンとスピーカとを同一の筐体に組み込んだ、一体型の送受信器を有する送受信兼用超音波センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の超音波センサでは、駆動信号に基づく振動子の振動を、振動子の共振を利用して増幅して、超音波領域のバースト波を送波した後、検知対象物からの反射波を振動子で受波することにより生じる振動子の振動を、振動子の共振を利用して増幅する。そして、この共振により増幅された振動子の振動に応じた受信信号を増幅器で増幅した後、増幅後の受信信号を検波して、検波後の受信信号の振幅値が、所定の閾値より大きいか否かを検出することにより、反射波の受波を検知する。具体的に言うと、検波後の受信信号の振幅値が、所定の閾値より大きいか否かをコンパレータにより判定する。この結果、図１０に示されるように、検知ゲートを開いた後に、コンパレータが、受信信号の振幅値が所定の閾値より大きくなったと判定したとき（コンパレータからの出力信号がハイになったとき）に、検知対象物からの反射波を受波したと判定する。そして、送波の開始時にコンパレータからの出力信号がハイになった時ｔ１０１と、検知ゲートを開いた後にコンパレータからの出力信号がハイになった時ｔ１０２との間の時間（時間計測期間）Ｔ１０１を求め、この時間Ｔ１０１に基づき検知対象物までの距離を求める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６４−４４８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記の送受信兼用超音波センサは、送波時に、振動子の共振を利用して、振動子の振動を増幅しているため、送波が終了（振動子への駆動信号の印加が終了）しても、直ぐに振動子（振動板）の振動を止めることができない。このため、振動子への駆動信号の印加が終了して、強制振動が終了しても、図１０に示されるように、送受信器の端子（電極）間には、自由振動に起因する残響信号（残響電圧）が発生する。この残響信号があると、近距離にある検知対象物からの反射波に起因する受信信号が、残響信号に埋もれてしまうので、反射波を検出できないことがある。従って、近距離にある検知対象物からの反射波を検出するには、残響信号が十分収束した後に、検知ゲートを開く必要がある。ここで、残響信号が収束するまでの時間には、ある程度マージンを持たせる必要があるため、検知ゲートを開く時間を、残響信号が収束するであろうと予測される時間から、さらに遅らせる必要がある。このため、近距離性能（送受信器からの距離が短い対象物の検知能力）が、悪化する。すなわち、従来のこの種の超音波センサでは、ある程度遠方にある対象物しか検知することができなかった。
【０００５】
そこで、上記特許文献１に記載の発明は、駆動信号により振動子を駆動した直後に、駆動信号と逆位相の信号を振動子に印加することにより、残響（信号）を短時間に収束させて、送受信兼用超音波センサの近傍の対象物の検知を可能にすることを図っている。しかしながら、振動子（振動板）の個体差や劣化により、残響信号の収束に要する時間には、ある程度の幅がある（一定ではない）。この残響信号の収束に要する時間の幅を考慮して、（超音波の送波から）検知ゲートを開くまでの時間を大幅に遅らせた場合には、特許文献１の発明でも、送受信兼用超音波センサ近傍の対象物の検知を行うことができない。従って、特許文献１の発明のような、残響信号の収束を早めることにより近距離性能（送受信器からの距離が短い対象物の検知能力）を高める方式では、近距離性能の改善効果に限界がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するものであり、残響信号が残っている間に、検知対象物からの反射波を受波した場合でも、受波した反射波に起因する受信信号を正確に検出することができるようにして、近距離性能を向上させることが可能な超音波センサ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】
上記課題を解決するために、本発明の超音波センサは、超音波の送波と受波に共用する振動子を有し、超音波の送波と、送波した超音波に対する、検知対象物からの反射波の受波とを行って、受波した反射波に応じた受信信号を出力する送受信器と、前記送受信器における振動子を駆動するための、２位相偏移変調した駆動信号を送信する送波駆動部と、前記送受信器から出力された信号を増幅する増幅部と、前記増幅部による増幅後の信号を検波して、検波後の信号の振幅値が、所定の閾値より大きいか否かを検出する振幅検出部と、前記増幅部による増幅後の信号における位相角を検出して出力する位相角検出部と、前記位相角検出部から出力された位相角の信号波形に基づいて、前記増幅部による増幅後の信号における、所定のパターンの位相の変化を検出する位相パターン検出部と、前記振幅検出部による検出結果と、前記位相パターン検出部による検出結果とに基づいて、前記検知対象物までの距離を計算する距離計測部とを備える。
【０００８】
この超音波センサにおいて、前記位相パターン検出部は、その時点で前記位相角検出部から出力された位相角と、所定時間前に前記位相角検出部から出力された位相角との差分量の絶対値を出力する位相角微分部と、前記位相角微分部から出力された差分量の絶対値の大きさが所定の値より小さい状態が、所定の時間以上続いたときに、前記位相角検出部から出力された位相角を記憶する第１の位相角記憶部と、前記第１の位相角記憶部に前記位相角を記憶した時点から所定の時間経過した後に、前記位相角微分部から出力された差分量の絶対値の大きさが所定の値より小さい状態が、所定の時間以上続いたときに、前記位相角検出部から出力された位相角を記憶する第２の位相角記憶部と、前記第１の位相角記憶部に記憶された位相角と、前記第２の位相角記憶部に記憶された位相角との差が、所定の値の範囲内に入っていた場合に、前記所定のパターンの位相の変化を検出したと判定する位相変化判定部とを備えることが好ましい。
【０００９】
この超音波センサにおいて、その時点で前記位相角検出部から出力された位相角と、所定時間前に前記位相角検出部から出力された位相角との差分量の絶対値が、所定の値を超えたときに、受信信号の位相が変化したと判定する位相変化検出部をさらに備え、前記距離計測部は、前記送受信器による超音波の送波時及び送波直後における、検知ゲートを開いていない期間である第１のゲート期間では、前記検知対象物までの距離を計算せず、前記第１のゲート期間直後の期間であって、所定値以上の振幅幅の残響信号が残っている期間である第２のゲート期間では、前記検知対象物までの距離を計算せず、前記振幅検出部による検出結果と、前記位相変化検出部による検出結果とに基づいて、前記検知対象物の存在の有無を検知し、前記第２のゲート期間直後の期間であって、前記残響信号の振幅幅が所定値未満に収束している期間である第３のゲート期間では、前記振幅検出部による検出結果と、前記位相パターン検出部による検出結果とに基づいて、前記検知対象物までの距離を計算してもよい。
【００１０】
この超音波センサにおいて、その時点で前記位相角検出部から出力された位相角と、所定時間前に前記位相角検出部から出力された位相角との差分量の絶対値が、所定の値を超えたときに、受信信号の位相が変化したと判定する位相変化検出部をさらに備え、前記距離計測部は、前記送受信器による超音波の送波時及び送波直後における、検知ゲートを開いていない期間である第１のゲート期間では、前記検知対象物までの距離を計算せず、前記第１のゲート期間直後の期間であって、所定値以上の振幅幅の残響信号が残っている期間である第２のゲート期間では、前記振幅検出部による検出結果と、前記位相変化検出部による検出結果とに基づいて、前記検知対象物までの距離を計算し、前記第２のゲート期間直後の期間であって、前記残響信号の振幅幅が所定値未満に収束している期間である第３のゲート期間では、前記振幅検出部による検出結果と、前記位相パターン検出部による検出結果とに基づいて、前記検知対象物までの距離を計算してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の超音波センサによれば、送波駆動部が、２位相偏移変調した駆動信号を送信して、位相パターン検出部が、増幅部による増幅後の信号における、所定のパターンの位相の変化を検出するようにした。ここで、振動子の自由振動に起因する残響信号（残響電圧）は、周波数及び（信号の）位相が一定である。従って、位相パターン検出部が、増幅部による増幅後の信号における、所定のパターンの位相の変化を検出したときには、その受信信号は、（２つの位相を含む）反射波に起因する受信信号を含むということになる。ここで、単に位相が変化しただけならば、その変化がノイズに起因した位相の変化であるということも考えられる。しかしながら、位相パターン検出部が検出するのは、所定のパターンの位相の変化である。従って、位相パターン検出部は、検出対象となる位相の変化のパターンを、２位相偏移変調に起因していると思われる位相の変化のパターンにすることにより、受波した（２つの位相を含む）反射波に起因する位相の変化を正確に検出することができる。
【００１２】
このため、本超音波センサによれば、超音波センサ近傍の検知対象物からの反射波を受波したときのように、残響信号が残っている間に、検知対象物からの反射波に起因する受信信号を受信した場合でも、距離計測部が、位相パターン検出部による検出結果に基づいて、検知対象物からの反射波の受波を正確に検知することができる。これにより、超音波センサの近距離性能（送受信器からの距離が短い対象物の検知能力）を向上させることができるので、近距離の（送受信器からの距離が短い）検知対象物までの距離を正確に求めることができる。また、距離計測部は、振幅検出部による検出結果に基づいて、位相パターン検出部による検出結果（検出した、所定のパターンの位相の変化）から、振幅（値）の小さいノイズ成分を除去することができる。従って、位相パターン検出部による検出結果のみを用いて検知対象物までの距離を求めた場合と比べて、検知対象物までの距離をより正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波センサのブロック構成図。
【図２】同超音波センサによる距離の計測時の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図３】同超音波センサの詳細なブロック構成図。
【図４】図３中の位相パターン検出部と位相角検出部のブロック構成図。
【図５】位相パターン検出部の処理のフローチャート。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る超音波センサのブロック構成図。
【図７】同超音波センサの動作を説明するためのタイミングチャート。
【図８】図７中の第２のゲート期間に受波したときに、送受信器の端子間電圧の信号に現れる位相の変化と、位相コンパレータから出力されるストップ信号を示すタイミングチャート。
【図９】図６中の位相変化検出部と位相角検出部と位相パターン検出部のブロック構成図。
【図１０】従来の超音波センサによる距離の計測時の動作を説明するためのタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した実施形態による超音波センサについて、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による超音波センサの機能ブロック構成を示す。超音波センサ１は、送波駆動部２と、昇圧トランス３と、振動子を有する送受信器４と、増幅部５と、振幅検出部６と、位相角検出部７と、位相パターン検出部８と、距離計測部９とを備えている。送波駆動部２は、送受信器４における振動子を駆動するための、２位相偏移変調（ＢＰＳＫ（ｂｉｎａｒｙ  ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ  ｋｅｙｉｎｇ））変調）した駆動信号を送信する。昇圧トランス３は、１次コイル３ａと２次コイル３ｂとを有しており、送波駆動部２から送られた駆動信号電圧を昇圧して、送受信器４に出力する。上記の振幅検出部６、位相角検出部７、位相パターン検出部８、及び距離計測部９は、マイコン（マイクロコンピュータ）１０により構成されている。
【００１５】
送受信器４は、超音波の送波と受波に共用する（圧電セラミック等で形成された）振動子を有し、超音波の送波と、送波した超音波に対する、検知対象物からの反射波の受波とを行って、受波した反射波に応じた受信信号を出力する。すなわち、送受信器４は、一つの振動子でマイクロフォンとスピーカの機能を有する送受信兼用超音波トランスデューサである。送受信器４は、駆動信号に基づく振動子の振動を、振動子の共振を利用して増幅して、超音波の送波をした後、この送波に対する検知対象物からの反射波を振動子で受波することにより生じる振動子の振動を、振動子の共振を利用して増幅する。
【００１６】
上記の増幅部５は、送受信器４から出力された受信信号（電圧）を増幅する。振幅検出部６は、増幅部５による増幅後の受信信号を検波して、検波後の受信信号の振幅値が、所定の閾値より大きいか否かを検出する。位相角検出部７は、増幅部５による増幅後の信号における位相角θを検出して出力する。位相パターン検出部８は、位相角検出部７から出力された位相角θの信号波形に基づいて、増幅部５による増幅後の信号における、所定のパターンの位相の変化を検出する。より具体的に言うと、位相パターン検出部８は、増幅部５による増幅後の信号における、２位相偏移変調に起因していると思われるパターンの位相の変化を検出する。この２位相偏移変調に起因していると思われるパターンの位相の変化は、例えば、上記位相角θの変動が殆どない、位相の安定した期間（第１の安定期間）が所定の時間以上続いた後に、所定の時間経過してから、第１の安定期間における位相と１８０度異なる位相（逆位相）で安定した期間（第２の安定期間）が所定の時間以上続くパターンである。距離計測部９は、振幅検出部６による検出結果と、位相パターン検出部８による検出結果とに基づいて、検知対象物までの距離を計算する。
【００１７】
次に、図２を参照して、本超音波センサ１に採用されている、近距離性能を向上させるための工夫について説明する。図中の位相パターン検出部入力信号は、位相角検出部７から位相パターン検出部８に入力される信号を示す。また、位相パターン検出部出力信号は、位相パターン検出部８から距離計測部９に出力される信号を示し、振幅検出部出力信号は、振幅検出部６から距離計測部９に出力される信号を示す。送波駆動部２は、駆動信号１１の送信中に、駆動信号１１の位相を、送信開始時の位相（第１の位相）から、この位相と１８０度異なる位相（第２の位相）に変化させる。言い換えると、送波駆動部２により送信される駆動信号１１は、送波の元になる駆動信号１１のパターンとして、第１の位相の状態の駆動信号１１と第２の位相の状態の駆動信号１１とを有している。図２では、駆動信号１１の送信開始時ｔ１から位相変化時ｔ２までの期間Ｔ１が、第１の位相の駆動信号１１の送信期間であり、駆動信号１１の位相変化時ｔ２から駆動信号の送信終了時ｔ３までの期間Ｔ２が、第２の位相の駆動信号１１の送信期間である。ここで、「信号の位相」とは、周期信号における、基準となる信号に対する位相角のずれの量を意味する。
【００１８】
ただし、送波駆動部２からの駆動信号１１に基づいて実際に送波される超音波が第１の位相で安定している期間は、図中の期間Ｔ３であり、実際に送波される超音波が第２の位相で安定している期間は、図中の期間Ｔ４である。図中の信号１２は、送波時の駆動電圧により生じた送受信器４の端子間電圧の信号である。また、検知対象物からの反射波に起因する受信信号１４が第１の位相で安定している期間（上記の第１の安定期間）は、図中の期間Ｔ５であり、第２の位相で安定している期間（上記の第２の安定期間）は、図中の期間Ｔ６である。
【００１９】
次に、本超音波センサ１における検知対象物までの距離の計測方法について説明する。距離の計測を開始すると、超音波センサ１の送波駆動部２は、送受信器４の振動子を駆動するための駆動信号１１の送信を開始する。このとき（図２中のｔ１のとき）、距離計測部９は、送波駆動部２から駆動信号１１の送信の開始の通知を受信して、マイコン１０内部のタイマーにスタート信号を出力する。これにより、タイマーが、距離計測のための時間の計測（カウント）を開始する。次に、送波駆動部２は、上記の駆動信号１１の送信中に、駆動信号１１の位相を、送信開始時の位相（第１の位相）から、この位相と１８０度異なる位相（第２の位相）に変化させる。この送波駆動部２からの駆動信号１１は、昇圧トランス３により増幅されて送受信器４に送られ、送受信器４の振動子を駆動する。これにより、送受信器４が、上記の駆動信号１１に応じた超音波の送波を行う。そして、送受信器４は、検知対象物からの反射波を受波すると、受波した反射波に応じた受信信号１４を出力する。送受信器４により受信された受信信号１４は、増幅部５により増幅された後、検波されて、振幅検出部６及び位相角検出部７に送られる。
【００２０】
位相角検出部７は、増幅部５による増幅後の信号における位相角θを検出して、位相パターン検出部８に出力する。位相パターン検出部８は、増幅部５による増幅後の信号における、２位相偏移変調に起因していると思われるパターンの位相の変化を検出する。具体的には、位相パターン検出部８は、第１の位相で安定している期間（第１の安定期間）が所定の時間以上続いた後に、所定の時間経過してから、第２の位相で安定している期間（第２の安定期間）が所定の時間以上続くパターンの位相の変化を検出する。そして、位相パターン検出部８は、このパターンの位相の変化を検出したときに、出力をハイにする。図２に示す例では、位相パターン検出部８は、送波時には、第１の安定期間Ｔ３と第２の安定期間Ｔ４との間の位相の変化を検出したときに、出力をハイにする（ストップ信号１５を出力する）。また、受波時には、位相パターン検出部８は、第１の安定期間Ｔ５と第２の安定期間Ｔ６との間の位相の変化を検出したときに、出力をハイにする（ストップ信号１７を出力する）。なお、図中のストップ信号１６は、送波時に、振動子の振動が、駆動信号１１印加時の強制振動から、駆動信号１１の印加終了後の自由振動に移行するときに、信号１２の位相が（逆位相に）反転することにより生じる、位相パターン検出部８からのハイの出力を示す。
【００２１】
振幅検出部６は、上記の検波後の受信信号１４の振幅が所定の閾値よりも大きいときに、出力をハイにする。距離計測部９は、検知ゲートを開いた後に、振幅検出部６からの出力がハイになっているときに、位相パターン検出部８による、上記のパターンの位相の変化の検出結果が有効であると判断する。具体的には、距離計測部９は、検知ゲートを開いた後に、振幅検出部６からの出力がハイである期間中に、最初に位相パターン検出部８からの出力（位相検出出力）がハイになった時ｔ６に、受信信号１４の位相が第１の位相から第２の位相に変化したと判断して、タイマーにストップ信号を出力する。そして、距離計測部９は、タイマーのカウンタ値に基づいて、スタート信号の出力時（駆動信号１１の送信開始時）ｔ１から、ストップ信号の出力時ｔ６までの期間（時間計測期間）Ｔ８の時間を求める。なお、上記のように、振幅検出部６からの出力がハイのとき（受信信号１４の振幅が所定の閾値より大きいとき）の、位相パターン検出部８による検出結果のみを有効にした理由は、位相パターン検出部８による検出対象から、振幅の小さなノイズ成分を除くためである。
【００２２】
検知対象物までの距離の算出に用いる時間は、駆動信号１１の送信開始時ｔ１から、受信信号１４の受信開始時ｔ５までの期間の時間であるべきだが、上記の期間Ｔ８には、受信信号１４の受信開始時ｔ５から第２の位相で安定する時点ｔ６までの期間Ｔ９の時間が余分に含まれている。ここで、上記の受信信号１４の受信開始時ｔ５から、受信信号１４が第２の位相で安定する時点ｔ６までの期間Ｔ９の時間は、第１の位相の駆動信号１１の送信期間Ｔ１の時間と大差がない。このため、距離計測部９は、期間Ｔ８の時間から、（期間Ｔ９の時間の代わりに）期間Ｔ１の時間を減算して、この減算結果の時間に音速を乗じて、検知対象物までの距離を算出する。また、上記の期間Ｔ９の時間が、送波される超音波が第１の位相である期間と殆ど変らないことを利用して、上記の端子間電圧における、送波に起因する信号１２の位相変化時（信号１２が第２の位相で安定する時点）ｔ４から、検知対象物からの反射波に起因する受信信号１４の位相変化時ｔ６（受信信号１４が第２の位相で安定する時点）までの期間Ｔ７の時間に、音速を乗じて、検知対象物までの距離を算出してもよい。
【００２３】
次に、図３を参照して、本超音波センサ１のより詳細な機能ブロック構成の例について説明する。図３において、図１と同じ部材には、同じ番号を付して、その説明を省略する。図３中のＬＮＡ（Ｌｏｗ  Ｎｏｉｓｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２１は、図１中の増幅部５に相当する。図３に示される例では、ＬＮＡ２１の後段に、ＡＤ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ）コンバータ２２と、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ−ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）２３と、直交検波部２４とが、設けられている。直交検波部２４は、乗算器２５、２６と、ＬＰＦ（Ｌｏｗ−ｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）２７、２８とを有している。
【００２４】
上記の構成によれば、ＬＮＡ２１から出力された、増幅後の（低ノイズの）受信信号が、ＡＤコンバータ２２によりディジタル信号に変換されて、ＢＰＦ２３に入力される。ＢＰＦ２３は、ＡＤコンバータ２２より入力されたディジタル信号の形式の受信信号から、送波した超音波信号の周波数の周辺領域の周波数を有する受信信号を抽出して、直交検波部２４に出力する。直交検波部２４内の乗算器２５と乗算器２６とは、それぞれ、相互に直交する（９０度の位相差を持った）２つの信号（例えば、ｓｉｎωｔとｃｏｓωｔ）を、ＢＰＦ２３から出力された受信信号に乗算する。例えば、乗算器２５は、ＢＰＦ２３から出力された受信信号にｓｉｎωｔを乗算することにより、ｓｉｎωｔの信号を受信信号に混合する。また、乗算器２６は、ＢＰＦ２３から出力された受信信号にｃｏｓωｔを乗算することにより、ｃｏｓωｔの信号を受信信号に混合する。ここで、上記の相互に直交する２つの信号（例えば、ｓｉｎωｔとｃｏｓωｔ）は、送受信器４による送波の搬送波と周波数が同じ信号である。乗算器２５、乗算器２６から出力された信号は、それぞれ、ＬＰＦ２７、２８により高周波成分を除去されて、Ｉ成分と、Ｑ成分となって、位相角検出部７と振幅検出部６に入力される。
【００２５】
振幅検出部６は、既知の方法により、Ｉ成分とＱ成分から、直交検波部２４による検波後の受信信号の振幅値を検出する。振幅検出部６は、例えば、Ｉ成分とＱ成分のそれぞれを二乗した値を足し合わせた値の平方根を計算することにより、直交検波部２４による検波後の受信信号の振幅値を検出する。また、位相角検出部７は、既知の方法により、Ｉ成分とＱ成分から、直交検波部２４による検波後の受信信号における位相角θを検出して出力する。位相角検出部７は、例えば、Ｑ成分とＩ成分との比のアークタンジェントを計算することにより、直交検波部２４による検波後の受信信号の位相角θを検出する。位相パターン検出部８は、上記のように、位相角検出部７から出力された位相角θの信号波形に基づいて、２位相偏移変調に起因していると思われるパターンの位相の変化を検出する。距離計測部９は、振幅検出部６による受信信号の振幅値の検出結果と、位相パターン検出部８による検出結果とに基づいて、検知対象物までの距離を計算する。
【００２６】
次に、図４を参照して、上記位相パターン検出部８の具体的な構成の例について説明する。この例では、位相パターン検出部８は、上記の位相角検出部７に相当する位相角算出回路３０と、位相角微分部３１と、コンパレータ３５と、ＦＩＦＯ３６と、ＡＮＤ回路３８とを備えている。位相角微分部３１は、遅延器３２と、減算器３３と、絶対値出力回路３４とを備えている。ＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ−Ｉｎ，Ｆｉｒｓｔ−Ｏｕｔ）３６は、１ビットのメモリ（バッファ）３７を８つ有している、深さが８ビットのＦＩＦＯである。また、位相パターン検出部８は、ノーマルクローズのスイッチ３９と、ノーマルオープンのスイッチ４０とを備えている。さらに、位相パターン検出部８は、第１レジスタ４１（請求項における第１の位相角記憶部）と、第２レジスタ４２（請求項における第２の位相角記憶部）と、時間計測カウンタ４３と、減算器４４と、絶対値出力回路４５と、ウィンドウコンパレータ４７とを備えている。ウィンドウコンパレータ４７は、高レベル側のコンパレータ４８と、低レベル側のコンパレータ４９と、ＡＮＤ回路５０とを備えている。
【００２７】
上記の位相角算出回路３０は、直交検波後のＩ成分とＱ成分との比のアークタンジェントを計算することにより、図３中の直交検波部２４による検波後の受信信号の位相角θを算出する。また、位相角微分部３１は、その時点で位相角算出回路３０（位相角検出部７）から出力された位相角と、直近（請求項における「所定時間前」）に位相角算出回路３０から出力された位相角との差分量の絶対値を出力する。より詳細に説明すると、位相角微分部３１内の減算器３３が、位相角算出回路３０から送られた、検波後の受信信号の位相角θから、遅延器３２に保持されている、直近に算出された位相角θ−１を減算して、これらの位相角の差分量（θ−θ−１）を求め、この差分量を絶対値出力回路３４に送る。絶対値出力回路３４は、減算器３３から送られた位相角の差分量（θ−θ−１）の絶対値｜θ−θ−１｜を求め、この差分量の絶対値をコンパレータ３５に送る。コンパレータ３５は、この差分量の絶対値｜θ−θ−１｜を所定の閾値１（例えば、１°）と比較して、この差分量の絶対値が閾値１より小さいときに、ＦＩＦＯ３６に”１”（ハイ）を出力する。
【００２８】
ＦＩＦＯ３６は、所定の時間毎に、各メモリ３７に、コンパレータ３５からの出力値を入力（格納）する。ＡＮＤ回路３８は、上記のＦＩＦＯ３６内の各メモリと接続されている。ＡＮＤ回路３８は、ＦＩＦＯ３６内の全てのメモリ３７に”１”が格納されたときに、スイッチ３９を介して第１レジスタ４１のクロック入力用のゲートに、ハイの信号（トリガー信号）を出力する。第１レジスタ４１は、上記のトリガー信号が入力されると、位相角算出回路３０（位相角検出部７）から出力された位相角を記憶（格納）する。ここで、上記のように、ＦＩＦＯ３６内の全てのメモリ３７に”１”が格納されているということは、位相角微分部３１から出力された差分量の絶対値｜θ−θ−１｜の大きさが所定の値より小さい状態が、所定の時間以上続いたことを意味する。従って、第１レジスタ４１は、位相角微分部３１から出力された差分量の絶対値｜θ−θ−１｜の大きさが所定の値より小さい状態が、所定の時間以上続いたときに、位相角算出回路３０（位相角検出部７）から出力された位相角を記憶すると言える。
【００２９】
また、上記のように、ＦＩＦＯ３６内の全てのメモリ３７に”１”が格納されたときに、ＡＮＤ回路３８からのハイの信号は、スイッチ３９を介して時間計測カウンタ４３にも入力される。時間計測カウンタ４３は、このハイの信号をスタート信号として受信して、時間計測（カウント）を開始する。また、時間計測カウンタ４３は、時間計測を開始すると、スイッチ３９を開く。時間計測カウンタ４３は、所定の時間が経過すると（カウントを終了すると）、ノーマルオープンのスイッチ４０にハイの信号を出力して、スイッチ４０を閉じる。
【００３０】
これにより、時間計測カウンタ４３による計測開始時点（すなわち、第１レジスタ４１に位相角を記憶した時点）から所定の時間経過した後に、再び、ＦＩＦＯ３６内の全てのメモリ３７に”１”が格納されて、ＡＮＤ回路３８からハイの信号が出力されると、スイッチ４０を介して、第２レジスタ４２のクロック入力用のゲートに、ハイの信号（トリガー信号）が入力される。第２レジスタ４２は、上記のトリガー信号が入力されると、位相角算出回路３０（位相角検出部７）から出力された位相角を記憶（格納）する。ここで、上記のように、ＦＩＦＯ３６内の全てのメモリ３７に”１”が格納されているということは、位相角微分部３１から出力された差分量の絶対値｜θ−θ−１｜の大きさが所定の値より小さい状態が、所定の時間以上続いたことを意味する。従って、第２レジスタ４２は、第１レジスタ４１に位相角を記憶した時点から、時間計測カウンタ４３によるカウント期間である所定の時間が経過した後に、位相角微分部３１から出力された差分量の絶対値｜θ−θ−１｜の大きさが所定の値より小さい状態が、所定の時間以上続いたときに、位相角算出回路３０から出力された位相角を記憶すると言える。
【００３１】
減算器４４は、第１レジスタ４１に記憶された位相角θ１と、第２レジスタ４２に記憶された位相角θ２との差（θ１−θ２）を算出する。また、絶対値出力回路４５は、減算器４４から送られた位相角の差分量（θ１−θ２）の絶対値｜θ１−θ２｜を求め、この差分量の絶対値をウィンドウコンパレータ４７に送る。ウィンドウコンパレータ４７は、この差分量の絶対値｜θ１−θ２｜が、所定の値の範囲内（閾値２より大きく、閾値３より小さい角度差の範囲内）に入っているか否かを判定する。そして、所定の値の範囲内に入っていた場合に、ウィンドウコンパレータ４７は、所定のパターン（２位相偏移変調に起因していると思われるパターン）の位相の変化を検出したと判定して、ストップ信号を出力する（出力信号を１（ハイ）にする）。ここで、上記の所定の値の範囲内としては、例えば、１００°〜２６０°のように、１８０°を中心とした角度差の範囲内が挙げられる。これは、送波駆動部２による駆動信号が、２位相偏移変調されているため、この駆動信号に基づく送波に対する反射波の位相が、途中で（位相角が）１８０度異なる位相（逆位相）に変化するからである。なお、減算器４４と、絶対値出力回路４５と、ウィンドウコンパレータ４７とが、請求項における位相変化判定部に相当する。
【００３２】
次に、図５を参照して、上記の位相パターン検出部８全体の処理について説明する。本超音波センサ１による距離計測の開始時に、マイコン１０（のＣＰＵ）は、ＦＩＦＯ３６内の全てのメモリ３７と、第１レジスタ４１と、第２レジスタ４２とを、クリア（初期化）する（＃１）。この時点では、第１レジスタ４１と第２レジスタ４２には、初期値（０°）がセットされるので、ウィンドウコンパレータ４７から出力される信号は、ローになり、ストップ信号は、出力されない。そして、本超音波センサ１による距離計測が開始されて、位相角算出回路３０が、受信信号の位相角θを検出して（＃２）、位相パターン検出部８内の位相角微分部３１に位相角θを出力すると、位相角微分部３１は、位相角θを微分する（＃３）。そして、位相角微分部３１は、位相角θの微分値の絶対値｜ｄθ／ｄｔ｜（上記の位相角の差分量（θ−θ−１）の絶対値｜θ−θ−１｜に相当）を、コンパレータ３５に送る。コンパレータ３５は、この位相角θの微分値の絶対値｜ｄθ／ｄｔ｜が、閾値１（例えば、１°）より小さければ（＃４でＹＥＳ）、ＦＩＦＯ３６内の各メモリ３７に”１”を入力し（＃５）、閾値１以上であれば（＃４でＮＯ）、各メモリ３７に”０”を入力する（＃６）。そして、位相角θの微分値の絶対値｜ｄθ／ｄｔ｜が、閾値１（例えば、１°）より小さい状態（位相（角）の変化が殆どない状態）が、所定の時間以上続き、ＦＩＦＯ３６内の全てのメモリ３７に”１”が格納されている状態になると（＃７でＹＥＳ）、ＡＮＤ回路３８からの出力信号がハイになって、このハイの信号が、トリガー信号として、第１レジスタ４１のクロック入力用のゲートに入力される。これにより、第１レジスタ４１が、位相角算出回路３０から出力された位相角θを、位相角θ１として記憶（格納）する（＃８）。
【００３３】
上記のように、ＦＩＦＯ３６内の全てのメモリ３７に”１”が格納されている状態になると、ＡＮＤ回路３８からのハイの信号は、スタート信号として時間計測カウンタ４３にも入力される。これにより、時間計測カウンタ４３は、時間計測（カウント）を開始する（＃９）。この時間計測カウンタ４３による時間計測（カウント）中も、上記の＃２乃至６に記載された処理（位相角θの微分値の絶対値の算出処理や、ＦＩＦＯ３６内の各メモリ３７への”０”又は”１”の入力処理）が繰り返される（＃１０）。ただし、この＃１０の処理は、必ずしも必要ではない。
【００３４】
第１レジスタ４１に位相角を記憶した時点から、時間計測カウンタ４３によるカウント期間である所定の時間が経過した後も（＃１１でＹＥＳ）、上記の＃２乃至６に記載された処理が繰り返される（＃１２）。そして、再び、ＦＩＦＯ３６内の全てのメモリ３７に”１”が格納されて（＃１３でＹＥＳ）、ＡＮＤ回路３８からハイの信号が出力されると、スイッチ４０を介して、第２レジスタ４２のクロック入力用のゲートに、ハイの信号（トリガー信号）が入力される。これにより、第２レジスタ４２は、位相角算出回路３０から出力された位相角θを、位相角θ２として記憶（格納）する（＃１４）。
【００３５】
第２レジスタ４２への位相角の格納が終了すると、減算器４４と絶対値出力回路４５により、第１レジスタ４１に記憶された位相角θ１と、第２レジスタ４２に記憶された位相角θ２との差分量の絶対値｜θ１−θ２｜が、ウィンドウコンパレータ４７に出力される。ウィンドウコンパレータ４７は、入力された差分量の絶対値｜θ１−θ２｜が、（閾値２＜｜θ１−θ２｜＜閾値３）の条件を満たすか否かを判定する（＃１５）。そして、この条件を満たす場合には（＃１５でＹＥＳ）、ウィンドウコンパレータ４７は、２位相偏移変調に起因していると思われるパターンの位相の変化を検出したと判定して、ストップ信号を出力する。
【００３６】
次に、上記位相パターン検出部８において行われる処理の概要と目的についてまとめる。位相パターン検出部８では、受信信号（送受信器４の端子間電圧の信号）の位相角θの変動を見るために、位相角微分部３１により位相角θを微分し、位相角微分部３１からの出力値（位相角θの微分値又は差分量）の絶対値の大きさが所定の値より小さい状態が、所定の時間以上続いたときに、位相角θ１を第１レジスタ４１に記憶する。これは、図２中の第１の安定期間Ｔ５のように、受信信号の位相（角）の変化がなく、位相パターン検出部８に入力される信号１８の波形がフラットになっている（信号１８の波形が安定している）状態での位相角を、第１レジスタ４１に記憶していることになる。この第１レジスタ４１に位相角を記憶した時点から所定の時間経過した後に、位相角微分部３１からの出力値の絶対値の大きさが所定の値より小さい状態が、所定の時間以上続いたときに、位相角θ２を第２レジスタ４２に記憶する。これは、位相角θ２についても、図２中の第２の安定期間Ｔ６のように、受信信号の位相（角）の変化がなく、位相パターン検出部８に入力される信号１８の波形がフラットになっている（信号１８の波形が安定している）状態での位相角を、第２レジスタ４２に記憶していることになる。
【００３７】
上記のように、位相パターン検出部８に入力される信号１８の波形が安定している状態での位相角θを、位相角θ１、θ２として、第１レジスタ４１、第２レジスタ４２に記憶するようにした理由は、以下の通りである。すなわち、本超音波センサ１のような共振型の超音波センサは、ある位相の駆動信号を印加してから、実際に送波される超音波が、印加された駆動信号に応じた位相になるまでの時間が長い（応答時間が遅い）。このため、位相角の変化量を検出するには、上記のような十分位相が安定している箇所における位相角の値を検出する必要があるからである。また、上記のように、時間計測カウンタ４３を用いて、第１レジスタ４１に位相角を記憶した時点から所定の時間経過した時点以降に、位相角θ２を第２レジスタ４２に記憶するようにした理由も、共振型の超音波センサが、駆動信号の位相を変えてから、実際に送波される超音波が変更後の駆動信号の位相に応じた位相になるまでの時間が長い（応答時間が遅い）ためである。
【００３８】
また、位相パターン検出部８は、第１レジスタ４１に記憶された位相角θ１と、第２レジスタ４２に記憶された位相角θ２との差が、所定の値の範囲内（例えば、１００°〜２６０°）に入っていた場合に、所定のパターン（２位相偏移変調に起因していると思われるパターン）の位相の変化を検出したと判定して、ストップ信号を出力する。これにより、位相角の変化量も考慮して、受信信号における位相の変化を検出することができるので、受波した（２つの位相を含む）反射波に起因する位相の変化を正確に検出することができる。
【００３９】
上記の図４に示される位相パターン検出部８の構成によれば、受信信号における所定のパターンの位相の変化の検出を、簡易な構成で実現することができる。
【００４０】
上記のように、第１の実施形態の超音波センサ１によれば、送波駆動部２が、２位相偏移変調した駆動信号を送信して、位相パターン検出部８が、増幅部５による増幅後の信号における、所定のパターンの位相の変化を検出するようにした。ここで、振動子の自由振動に起因する残響信号１３（残響電圧）は、周波数及び（信号の）位相が一定である。従って、位相パターン検出部８が、増幅部５による増幅後の信号における、所定のパターンの位相の変化を検出したときには、その受信信号は、（２つの位相を含む）反射波に起因する受信信号を含むということになる。ここで、単に位相が変化しただけならば、その変化がノイズに起因した位相の変化であるということも考えられる。しかしながら、位相パターン検出部８が検出するのは、所定のパターンの位相の変化である。従って、位相パターン検出部８は、検出対象となる位相の変化のパターンを、２位相偏移変調に起因していると思われる位相の変化のパターンにすることにより、受波した（２つの位相を含む）反射波に起因する位相の変化を正確に検出することができる。ここで、２位相偏移変調に起因していると思われる位相の変化のパターンとは、例えば、上記の１００°〜２６０°のように、１８０°を中心とした角度差の範囲内が挙げられる。
【００４１】
本超音波センサ１によれば、上記のように、受波した反射波に起因する位相の変化を正確に検出することができる。このため、超音波センサ１近傍の検知対象物からの反射波を受波したときのように、残響信号１３が残っている間に、検知対象物からの反射波に起因する受信信号を受信した場合でも、距離計測部９が、位相パターン検出部８による検出結果に基づいて、検知対象物からの反射波の受波を正確に検知することができる。これにより、超音波センサ１の近距離性能（送受信器４からの距離が短い対象物の検知能力）を向上させることができるので、近距離の（送受信器４からの距離が短い）検知対象物までの距離を正確に求めることができる。また、距離計測部９は、振幅検出部６による検出結果に基づいて、位相パターン検出部８による検出結果（検出した、所定のパターンの位相の変化）から、振幅（値）の小さいノイズ成分を除去することができる。従って、位相パターン検出部８による検出結果のみを用いて検知対象物までの距離を求めた場合と比べて、検知対象物までの距離をより正確に求めることができる。
【００４２】
次に、図６乃至図９を参照して、本発明の第２の実施形態による超音波センサ１について説明する。第２の実施形態の超音波センサ１は、回路構成上は、その時点で位相角検出部７から出力された（今回の）位相角θと、直近に位相角検出部７から出力された（前回の）位相角θ−１との差分量の絶対値｜θ−θ−１｜が、所定の値を超えたことを検出する位相変化検出部５１（図６参照）を備えている点が、第１の実施形態の超音波センサ１と異なっている。本実施形態における他の回路構成については、基本的に、上記第１の実施形態と同様であるので、図６において、同じ番号を付して、その説明を省略する。また、図７乃至図９においても、第１の実施形態と同様な信号、回路等の要素には、同じ番号を付して、その説明を省略する。なお、位相変化検出部５１の詳細な構成については、後述する。
【００４３】
また、第２の実施形態の超音波センサ１は、距離計測部９が、図７に示される第１のゲート期間と第２のゲート期間と第３のゲート期間とを設けており、所定値以上の振幅幅の残響信号１３が残っている第２のゲート期間では、検知対象物までの距離を計算せず、振幅検出部６による検出結果と、位相変化検出部５１による検出結果とに基づいて、検知対象物の存在の有無の検知のみを行う点が、第１の実施形態の超音波センサ１と異なっている。ここで、第１のゲート期間は、送受信器４による超音波の送波時及び送波直後における、検知ゲートを開いていない期間であり、第２のゲート期間は、第１のゲート期間直後の期間であって、所定値以上の振幅幅の残響信号１３が残っている期間（具体的には、受波に起因する受信信号の振幅よりも、残響信号１３の振幅の方が大きい期間）である。また、第３のゲート期間は、第２のゲート期間直後の期間であって、残響信号１３の振幅幅が所定値未満に収束している期間（具体的には、残響信号１３の振幅よりも、受波に起因する受信信号１４の振幅の方が大きい期間）である。なお、図７中の位相コンパレータ出力信号は、位相変化検出部５１内の位相コンパレータ８１（図９参照）から距離計測部９に出力される信号を示す。
【００４４】
距離計測部９は、図７に示される第１のゲート期間では、検知対象物までの距離を計算しない。より具体的に言うと、距離計測部９は、第１のゲート期間では、位相パターン検出部８、又は位相変化検出部５１内の位相コンパレータ８１（図９参照）からのストップ信号が来ても無視する。また、距離計測部９は、第１のゲート期間直後の期間であって、受波に起因する受信信号の振幅よりも、残響信号１３の振幅の方が大きい第２のゲート期間では、検知対象物までの距離を計算せず、振幅検出部６による検出結果と、位相変化検出部５１による検出結果とに基づいて、検知対象物の存在の有無の検知のみを行う。すなわち、距離計測部９は、第２のゲート期間では、位相変化検出部５１内の位相コンパレータ８１から出力されるハイの信号をストップ信号として用いて、検知対象物の存在の有無の検知を行う。具体的には、距離計測部９は、第２のゲート期間では、振幅検出部６からの出力がハイである期間中に、図８に示されるように、位相コンパレータ８１からストップ信号７１が出力された（位相コンパレータ８１からの出力がハイになった）ときに、検知対象物からの反射波を受波したと判断して、検知対象物の存在を報知するための信号を出力する。逆に、第２のゲート期間において、振幅検出部６からの出力及び位相コンパレータ８１からの出力の少なくとも一方がローになったときには、距離計測部９は、検知対象物が存在しない旨を報知するための信号を出力する。
【００４５】
なお、図７中のストップ信号６１は、検知対象物からの反射波が、強制振動による送波に対する反射波から、自由振動による送波に対する反射波に移ったために生じた、受信信号の位相反転に起因して発生したストップ信号である。
【００４６】
上記のように、第２のゲート期間において、位相パターン検出部８からのストップ信号を用いず、位相コンパレータ８１からのストップ信号７１を用いた理由は、以下の通りである。すなわち、第２のゲート期間のように、残響信号１３の中に、受波に起因する受信信号が埋もれている場合（受波に起因する受信信号１４の振幅よりも、残響信号１３の振幅の方が大きい場合）、受波に起因する受信信号の位相（角）を正確に測定することは難しいため、位相パターン検出部８に採用されているような方法では、ストップ信号を出力することができない場合があるからである。これに対して、（位相コンパレータ８１を含む）位相変化検出部５１では、残響信号１３の位相が変化しないことを利用して、送受信器４の端子間電圧の信号の位相（角）が少しでも（例えば、５°以上）変化した場合に、ストップ信号を出力する。受波に起因する受信信号の振幅よりも、残響信号１３の振幅の方が大きい場合であっても、図８に示されるように、検知対象物からの反射波を受波したときに、送受信器４の端子間電圧は、僅かに影響を受けるので、図８中の矢印で示されるように、送受信器４の端子間電圧の信号の位相（角）が、僅かに変化する。位相変化検出部５１は、この位相（角）の僅かな変化を検出して、ストップ信号７１を出力する。
【００４７】
なお、上記のように、位相変化検出部５１は、位相パターン検出部８と異なり、信号の位相の変化のパターンを検出せず、残響信号１３（送受信器４の端子間電圧の信号）の位相（角）の変化のみしか検出しない。しかしながら、位相変化検出部５１が、このような検出方法を採用したことにより、誤パルス（誤ったストップ信号）を出力したとしても、余分な検知対象物の存在を報知するための信号（例えば、余分な障害物検知信号）を出力してしまうだけであり、必要な信号（例えば、必要な障害物検知信号）を出力しない訳ではない。このため、安全上の問題はない。
【００４８】
ただし、上記の位相変化検出部５１は、送受信器４の端子間電圧の信号の位相（角）の変化に敏感である。すなわち、位相変化検出部５１は、送受信器４の端子間電圧の信号の位相（角）が僅かに変化しても、位相コンパレータ８１からストップ信号を出力する。このため、残響信号１３の振幅が十分残っている期間以外で、位相変化検出部５１（からのストップ信号）を用いた場合には、誤検知を起こす可能性がある。
【００４９】
第３のゲート期間では、残響信号１３の振幅よりも、受波に起因する受信信号１４の振幅の方が大きいので、受波に起因する受信信号の位相（角）を正確に測定することが可能である。また、位相変化検出部５１からのストップ信号を用いた場合には、上記のような誤検知の可能性がある。このため、第３のゲート期間では、距離計測部９は、上記第１の実施形態と同様に、位相パターン検出部８からのストップ信号と、振幅検出部６からの出力信号とに基づいて、検知対象物までの距離を計算する。
【００５０】
なお、本超音波センサ１において、第２のゲート期間では、検知対象物までの距離を計算せず、検知対象物の存在の有無の検知のみを行う理由は、以下の通りである。すなわち、第２のゲート期間のように、残響が強く残っている期間中に、反射波が受波される場合には、反射波の位相が残響の位相と少しでもずれていると、送受信器４の端子間電圧の信号の全体の位相が変化してしまう。ところが、位相変化検出部５１による距離計測方法では、例えば、１つ目の反射波の位相が、たまたま残響の位相と同じであり、２つ目の反射波の位相が、残響の位相と異なる場合には、２回目の反射波に基づいて距離の計測を行ってしまうので、検知対象物までの距離を誤計測してしまうからである。そして、多重反射があった場合には、位相変化検出部５１は、多数の反射波を受波して、反射波を受波する度に、送受信器４の端子間電圧の信号の位相の変化を検出する可能性が高い。従って、距離計測部９は、このような位相変化検出部５１からの多数の位相変化情報に基づいて、正確な距離計測を行うことが難しいからである。
【００５１】
次に、図９を参照して、位相変化検出部５１の詳細な構成の例について説明する。位相変化検出部５１は、位相角微分部３１と位相コンパレータ８１とを備えている。図９に示される例では、位相角微分部３１は、位相変化検出部５１と位相パターン検出部８とで、共有されているが、図６に示される構成に合せて、位相変化検出部５１が、位相パターン検出部８とは別の位相角微分部を備える構成であってもよい。本実施形態の位相角微分部３１は、第１の実施形態の位相角微分部３１と同様な構成である。位相コンパレータ８１は、位相パターン検出部８のコンパレータ３５と同様な構成であるが、その閾値４を、位相パターン検出部８のコンパレータ３５の閾値１よりも大きな値に設定している。閾値４は、例えば、５°に設定される。
【００５２】
次に、本実施形態の超音波センサ１の変形例について説明する。上記のように、本実施形態の超音波センサ１は、第２のゲート期間では、検知対象物までの距離を計算せず、振幅検出部６による検出結果と、位相変化検出部５１による検出結果とに基づいて、検知対象物の存在の有無を検知した。これに対して、本変形例では、第２のゲート期間において、振幅検出部６による検出結果と、位相変化検出部５１による検出結果とに基づいて、検知対象物までの距離を計算する。具体的には、第２のゲート期間において、距離計測部９は、振幅検出部６からの出力がハイである期間中に、最初に位相変化検出部５１からの出力（位相コンパレータ出力信号）がハイになった時に、受信信号の位相が変化したと判断して、タイマーにストップ信号を出力する。そして、距離計測部９は、タイマーのカウンタ値に基づいて、スタート信号の出力時（図７中の駆動信号１１の送信開始時ｔ１に相当）から、上記のタイマーへのストップ信号の出力時までの期間（図７中の時間計測期間Ｔ８に相当）の時間を求める。そして、このスタート信号の出力時からタイマーへのストップ信号の出力時までの時間に音速を乗じて、検知対象物までの距離を算出する。このように、位相変化検出部５１による検出結果を用いて距離の計測を行った場合には、位相パターン検出部８による検出結果に基づいて距離を計測した場合と比べて、正確な距離の計測を行うことは難しいが、計測される距離の精度に厳密さが要求されない用途においては、本変形における距離の計測方法を用いても、問題はない。
【００５３】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上記第２の実施形態では、第２のゲート期間を、受波に起因する受信信号の振幅よりも、残響信号の振幅の方が大きい期間に設定し、第３のゲート期間を、残響信号の振幅よりも、受波に起因する受信信号の振幅の方が大きい期間に設定した。しかしながら、第２のゲート期間は、これに限られず、第１のゲート期間直後の期間であって、所定値以上の振幅幅の残響信号が残っている期間であればよい。また、第３のゲート期間も、上記に限られず、第２のゲート期間直後の期間であって、残響信号の振幅幅が所定値未満に収束している期間であればよい。また、上記第１の実施形態では、振幅検出部６、位相角検出部７、位相パターン検出部８、及び距離計測部９を、一つのマイコン１０により構成し、第２の実施形態では、これらの回路に加えて、位相変化検出部５１を、一つのマイコン１０により構成した。けれども、これらの回路を複数の（マイコン等の）プロセッサやＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）で構成してもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１    超音波センサ
２    送波駆動部
４    送受信器
５    増幅部
６    振幅検出部
７    位相角検出部
８    位相パターン検出部
９    距離計測部
３１  位相角微分部
４１  第１レジスタ（第１の位相角記憶部）
４２  第２レジスタ（第２の位相角記憶部）
４４  減算器（位相変化判定部）
４５  絶対値出力回路（位相変化判定部）
４７  ウィンドウコンパレータ（位相変化判定部）
５１  位相変化検出部
【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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