(57)【要約】【課題】対象物からの距離によらず、線形な検知信号を供給することが可能な物体検知回路等を提供する。【解決手段】所定の周波数を有する検知信号ａを対象物に送信する送信手段１１０と、対象物により反射された反射信号ｂを受信する受信手段１１０とを有する物体検知回路１０であって、電界効果トランジスタを有し、受信手段１１０により受信された反射信号ｂのレベルを増幅する信号増幅手段１２０と、信号増幅手段１２０により増幅された反射信号ｃのレベルを検出し、レベルを信号増幅手段１２０により増幅される前の信号ｂ又は増幅された後の信号ｃに重畳する自動レベル調整手段１４０とを有する。【選択図】図１
2008151537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数を有する検知信号を対象物に送信する送信手段と、前記対象物により反射された反射信号を受信する受信手段とを有する物体検知回路であって、
前記受信手段により受信された反射信号のレベルを該レベルに応じて自動的に調整する自動レベル調整手段を有することを特徴とする物体検知回路。
【請求項２】
所定の周波数を有する検知信号を対象物に送信する送信手段と、前記対象物により反射された反射信号を受信する受信手段とを有する物体検知回路であって、
電界効果トランジスタを有し、前記受信手段により受信された前記反射信号のレベルを増幅する信号増幅手段と、
該信号増幅手段により増幅された前記反射信号のレベルを検出し、該レベルを前記信号増幅手段により増幅される前の信号又は増幅された後の信号に重畳する自動レベル調整手段とを有することを特徴とする物体検知回路。
【請求項３】
前記信号増幅手段の後段に配置され、前記信号増幅手段により増幅された前記反射信号を所定の周波数範囲のみを通すようフィルタ処理する、増幅機能を有する複数のフィルタ手段を更に有し、
前記自動レベル調整手段は、前記複数のフィルタの間又は最後のいずれかにおける信号のレベルに応じたレベルを検出し、該レベルを前記信号増幅手段の入力端子又は前記複数のフィルタ手段の入力端子へ供給することを特徴とする請求項２記載の物体検知回路。
【請求項４】
前記複数のフィルタ手段から出力された信号をデジタル又はアナログで出力することを可能とする外部接続手段を更に有することを特徴とする請求項３記載の物体検知回路。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の物体検知回路を有することを特徴とする超音波センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の周波数を有する検知信号を対象物に送信する送信手段と、前記対象物により反射された反射信号を受信する受信手段とを有する物体検知回路と、そのような物体検知回路を有する超音波センサ装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波センサ装置は、例えば４０ｋＨｚ又は２００ｋＨｚなどの所定の周波数を有する超音波を送信し、物体から反射された反射波を受信することにより、物体の有無や、物体からの距離を検出する。超音波センサ装置は、物体から受信された反射波により電気信号を発生する。この信号の電圧レベルは、超音波センサ装置と物体との間の距離ｄにより変化し、例えば、実験的にポリ塩化ビニル製のパイプを検知対象とした場合には、ｄ＝３００ｍｍで２〜３ｍＶ、ｄ＝２，０００ｍｍで２０μＶである。物体の有無や、物体からの距離を検出するためには、この電気信号をＣＰＵ（中央演算処理装置）などの処理装置で扱えるようなレベルにまで増幅する必要がある。例えば、電気信号が２０μＶである場合に、この信号を１Ｖまで増幅させるためには、約９４ｄＢの利得を有する増幅回路を用いれば良い。しかし、単純な増幅回路では、所望の信号のみならず雑音をも増幅してしまい、結果としてＳ／Ｎ（信号対雑音比）が悪化する場合がある。
【０００３】
また、近年、超音波センサ装置は自動車用バックソナーとして多く用いられている。自動車用バックソナーとして用いられる場合には、超音波センサ装置は、近接ｄ＝３００ｍｍから遠方ｄ＝２，５００ｍｍといった広範囲に亘って上述したような物体の検知を行うことから、超音波センサ装置で発生する電気信号の電圧レベルも広範囲に亘って変化しうる。一般に、自動車用バックソナーとして用いられる超音波センサ装置の電源電圧は８〜１２Ｖであり、前出のような高利得な増幅回路を用いると、近接ｄ＝３００ｍｍの場合には出力が飽和して、増幅回路の入出力特性は線形ではなくなる。
【０００４】
例えば、特開２００１−２２１８５１号公報（特許文献１）には、雑音に対して反射波の識別が容易で、更には近接距離の計測範囲も拡大可能の超音波センサ装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２２１８５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示された発明は、たとえ雑音が混入したとしてもどの反射波も雑音に埋もれることなく容易に識別可能とするが、超音波センサ装置と対象物との距離が近接する場合に超音波センサ装置で発生した電気信号を増幅するとその出力信号が飽和するという上記問題は解決されないままである。
【０００６】
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、対象物からの距離によらず、線形な検知信号を供給することが可能な物体検知回路及びそのような物体検知回路を有する超音波センサ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の物体検知回路は、所定の周波数を有する検知信号を対象物に送信する送信手段と、前記対象物により反射された反射信号を受信する受信手段とを有する物体検知回路であって、前記受信手段により受信された反射信号のレベルを該レベルに応じて自動的に調整する自動レベル調整手段を有することを特徴とする。
【０００８】
これにより、対象物からの距離によらず、線形な検知信号を供給することが可能な物体検知回路を提供することができる。
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の物体検知回路は、所定の周波数を有する検知信号を対象物に送信する送信手段と、前記対象物により反射された反射信号を受信する受信手段とを有する物体検知回路であって、電界効果トランジスタを有し、前記受信手段により受信された前記反射信号のレベルを増幅する信号増幅手段と、該信号増幅手段により増幅された前記反射信号のレベルを検出し、該レベルを前記信号増幅手段により増幅される前の信号又は増幅された後の信号に重畳する自動レベル調整手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
これにより、対象物からの距離によらず、線形な検知信号を供給すると同時に、入力インピーダンスの高い電界効果トランジスタを用いることにより信号のロスを低減し、Ｓ／Ｎを改善することが可能な物体検知回路を提供することができる。
【００１１】
望ましくは、本発明の物体検知回路は、前記信号増幅手段の後段に配置され、前記信号増幅手段により増幅された前記反射信号を所定の周波数範囲のみを通すようフィルタ処理する、増幅機能を有する複数のフィルタ手段を更に有することができる。前記自動レベル調整手段は、前記複数のフィルタの間又は最後のいずれかにおける信号のレベルに応じたレベルを検出し、該レベルを前記信号増幅手段の入力端子又は前記複数のフィルタ手段の入力端子へ供給する。
【００１２】
これにより、所定の周波数を有する必要な信号成分のみを取りだして増幅することができるので、更にＳ／Ｎを改善することができる。
【００１３】
更に望ましくは、本発明の物体検知回路は、前記複数のフィルタ手段から出力された信号をデジタル又はアナログで出力することを可能とする外部接続手段を更に有することができる。
【００１４】
これにより、物体検知回路が接続される外部アプリケーションに適した形式で検知信号を出力することができる。
【００１５】
また、上記目的を達成するために、本発明は、上述のような物体検知回路を有する超音波センサ装置を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の物体検知回路及び超音波センサ装置によれば、対象物からの距離によらず、線形な検知信号を供給することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明に従う物体検知回路の構成例を表すブロック図である。図１の物体検知回路１０は、物体の有無及び／又は物体からの距離を検出するための回路であって、送受信手段１１０と、信号増幅手段１２０と、直列に配置された複数のフィルタ手段１３０１，．．．，１３０ｎ（ｎは自然数。）と、自動レベル調整手段１４０と、外部接続手段１５０とを有する。
【００１８】
送受信手段１１０は、例えば超音波などの所定の周波数を有する信号ａを対象物に送信し、対象物により反射された反射信号ｂを受信するための手段である。送受信手段１１０は、所定の周波数を有する信号ａを対象物に送信する送信手段と、対象物により反射された反射信号ｂを受信する受信手段とに分けられても良い。
【００１９】
信号増幅手段１２０は、送受信手段１１０により受信された反射信号ｂを増幅するための手段である。複数のフィルタ手段１３０１，．．．，１３０ｎは、信号増幅手段１２０により増幅された反射信号ｃを所定の周波数のみを通すようフィルタ処理し、フィルタ処理により取り出された必要な信号成分のみを更に増幅するための手段である。
【００２０】
自動レベル調整手段１４０は、外部接続手段１５０へ供給される信号、即ち、最終段のフィルタ手段１３０ｎより出力された信号ｄが飽和しないように、この信号ｄに応じたレベル調整信号ｅを信号増幅手段１２０に入力される反射信号ｂに重畳するための手段である。従って、信号増幅手段１２０は、自動レベル調整手段１４０により供給されたレベル調整信号ｅを重畳された反射信号ｂを増幅する。
【００２１】
外部接続手段１５０は、物体検知回路１０に接続される外部アプリケーションに応じた信号形式で検知信号を出力するための手段である。例えば、外部接続手段１５０は、外部アプリケーションがデジタル信号を要求する場合には、フィルタ手段１３０ｎより出力された信号ｄをデジタル信号に変換して出力し、一方、外部アプリケーションがアナログ信号を要求する場合には、フィルタ手段１３０ｎより出力された信号ｄをアナログ信号のまま出力する。
【００２２】
自動レベル調整手段１４０は、複数のフィルタ手段１３０１，．．．，１３０ｎの間の信号に応じてレベル調整信号ｅを生成しても良い。例えば、フィルタ手段１３０ｉ（ｉ＝１，２，．．．，ｎ）から１３０ｎまでのゲイン特性が固定されている場合には、１３０（ｉ−１）より出力された信号に応じて、外部接続手段１５０へ供給される信号を飽和させないようなレベル調整信号ｅを生成することが可能である。また、自動レベル調整手段１４０は、レベル調整信号ｅを最初のフィルタ手段１３０１の入力へ供給しても良い。この場合に、レベル調整信号ｅは、信号増幅手段１２０により増幅された反射信号ｃに重畳される。
【００２３】
以下、本発明の物体検知回路について具体的に説明する。
【実施例１】
【００２４】
［構成］
図２は、本実施例に従う超音波センサ装置の一例を表す回路図である。図２の超音波センサ装置２０は、超音波センサを用いた物体検知回路であって、送受信回路２１０と、信号増幅回路２２０と、第１のフィルタ回路２３０１と、第２のフィルタ回路２３０２と、自動レベル調整回路２４０と、外部接続回路２５０とを有する。
【００２５】
送受信回路２１０は、所定の周波数を有する超音波を対象物に送信し、対象物により反射された反射波を受信するための回路であって、送受信兼用型の圧電素子から成る超音波センサＳ１と、変圧器Ｔ１と、ｎｐｎトランジスタＱ１とを有する。変圧器Ｔ１の一次巻線の一方の端子は電源電圧ＶＤへ接続され、他方の端子はトランジスタＱ１のコレクタ端子へ接続されている。トランジスタＱ１のエミッタ端子は接地へ接続され、ベース端子は制御回路（図示せず。）へ接続されている。超音波センサＳ１は、変圧器Ｔ１の二次巻線に並列に接続されており、一方の端子を信号増幅回路２２０の入力端子へ、他方の端子を接地へ接続されている。
【００２６】
制御回路によりトランジスタＱ１のベース端子へ制御信号が印加されると、トランジスタＱ１は導通して、変圧器Ｔ１の一次巻線に電流が流れる。これにより、変圧器Ｔ１の二次側では、二次巻線のインダクタンスと超音波センサＳ１の静電容量とから成る共振回路が共振して、超音波センサＳ１は超音波を発する。一方、超音波センサＳ１から発せられた超音波が物体に反射されると、同じく二次巻線のインダクタンスと超音波センサＳ１の静電容量とから成る共振回路が共振することにより、超音波センサＳ１はその反射波を電気信号に変換する。
【００２７】
送受信回路２１０の各構成部品の定数は、変圧器Ｔ１と超音波センサＳ１とから成る共振回路の共振周波数が、用いられる超音波センサＳ１の公称周波数に等しくなるように設定される。これにより、超音波センサＳ１は、その送信及び受信の最大感度の動作周波数付近で使用されるので、受信信号付近の帯域の信号のみを取り出すことが可能となり、Ｓ／Ｎが改善される。
【００２８】
信号増幅回路２２０は、送受信回路２１０、即ち、超音波センサＳ１から出力された電気信号を増幅するための回路であって、ｎ形電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ２と、第１、第２、第３及び第４の抵抗ＲＤ、ＲＳ、ＲＧ１、ＲＧ２とを有する。ＦＥＴＱ２のゲート端子は、送受信回路２１０の超音波センサＳ１の一方の端子へ接続されており、超音波センサＳ１から出力される電気信号を供給される。ＦＥＴＱ２のドレイン端子は、第１の抵抗ＲＤを介して電圧源ＶＤへ接続され、ソース端子は第２の抵抗ＲＳを介して接地へ接続されている。第３の抵抗ＲＧ１は、ＦＥＴＱ２のドレイン端子とゲート端子との間に接続され、第４の抵抗ＲＧ２は、ＦＥＴＱ２のゲート端子と接地との間に接続されている。図２から明らかなように、本実施例において、信号増幅回路２２０は、ＦＥＴによるソース共通増幅回路を構成する。信号増幅回路２２０は、また、その出力信号の直流成分を遮断するために直列コンデンサＣＤを出力段に設けられている。
【００２９】
ＦＥＴは、高抵抗の信号源に対して入力インピーダンスが高いという特性を有する。従って、超音波センサの等価インピーダンスは、例えば、公称周波数が４０ｋＨｚの超音波センサでは２ｋΩと、一般的に高いインピーダンスを有するので、ＦＥＴを用いることにより信号のロスを低減し、Ｓ／Ｎを改善することができる。
【００３０】
第１のフィルタ回路２３０１及び第２のフィルタ回路２３０２は、超音波センサＳ１の駆動周波数付近の帯域の信号を取り出すために、信号増幅回路２２０により増幅された信号を所定の周波数の信号成分のみを通すようフィルタ処理し、フィルタ処理により取り出された必要な信号成分のみを更に増幅するための回路である。
【００３１】
第１のフィルタ回路２３０１は、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）非反転増幅回路であって、第１の演算増幅器ＯＰ１と、第５及び第６の抵抗Ｒ３１、Ｒ３２と、第１及び第２のコンデンサＣ３１、Ｃ３２とを有する。第５の抵抗Ｒ３１の一方の端子は、演算増幅器ＯＰ１の反転端子へ接続され、他方の端子は第１のコンデンサＣ３１の一方の端子へ接続されている。第１のコンデンサＣ３１の他方の端子は接地へ接続されている。第６の抵抗Ｒ３２及び第２のコンデンサＣ３２は、並列に配置されており、夫々、一方の端子を演算増幅器ＯＰ１の反転端子へ、他方の端子を演算増幅器ＯＰ１の出力端子へ接続されている。演算増幅器ＯＰ１の非反転端子は、信号増幅回路２２０のＦＥＴＱ２のドレインへ直列コンデンサＣＤを介して接続されている。第１のフィルタ回路２３０１の各構成部品の定数は、前段の信号増幅回路２２０よりも高い利得を有するよう設定される。
【００３２】
第２のフィルタ回路２３０２は、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）非反転増幅回路であって、第２の演算増幅器ＯＰ２と、第７及び第８の抵抗Ｒ３３、Ｒ３４と、第３及び第４のコンデンサＣ３３、Ｃ３４とを有する。第３及び第４のコンデンサＣ３３、Ｃ３４は直列に配置されている。第７の抵抗Ｒ３３は、直列に配置されたコンデンサＣ３３、Ｃ３４に並列に配置され、一方の端子を演算増幅器ＯＰ２の反転端子へ、他方の端子を演算増幅器ＯＰ２の出力端子へ接続されている。第８の抵抗Ｒ３４の一方の端子は、直列に配置された第３及び第４のコンデンサＣ３３、Ｃ３４の間に接続され、他方の端子は接地へ接続されている。演算増幅器ＯＰ２の非反転端子は、コンデンサを介して第１のフィルタ回路２３０１の第１の演算増幅器ＯＰ１の出力端子へ接続されている。第２のフィルタ回路２３０１の各構成部品の定数は、超音波センサ装置全体で必要とされる利得に基づいて設定される。
【００３３】
自動レベル調整回路２４０は、外部接続回路２５０へ供給される信号、即ち、第２のフィルタ回路２３０２より出力された信号が飽和しないように、この信号に応じたレベル調整信号を信号増幅回路２２０に入力される超音波センサからの信号に重畳するための回路であって、第１及び第２のダイオードＤ４１、Ｄ４２と、第５及び第６のコンデンサＣ４１、Ｃ４２と、第９及び第１０の抵抗Ｒ４１、Ｒ４２とを有する。第５のコンデンサＣ４１の一方の端子は、第２のフィルタ回路２３０２の出力端子へ接続され、他方の端子は第９の抵抗Ｒ４１を介して第１のダイオードＤ４１のカソードへ接続されている。第１のダイオードＤ４１のカソードは、更に、第２のダイオードＤ４２のアノードへ接続され、第２のダイオードＤ４２のカソードは接地へ接続されている。第１のダイオードＤ４１のアノードは、第１０の抵抗Ｒ４２を介して信号増幅回路２２０のＦＥＴＱ２のゲート端子へ接続されている。第６のコンデンサＣ４２は、第１のダイオードＤ４１のアノードと接地との間に接続されている。
【００３４】
図２から明らかなように、本実施例において、自動レベル調整回路２４０は検波回路を構成しており、入力信号のレベルに応じた直流電圧を出力する。従って、この直流電圧は、超音波センサからの信号に重畳されるよう、信号増幅回路２２０のＦＥＴＱ２のゲート端子に印加される。
【００３５】
外部接続回路２５０は、超音波センサ装置２０に接続される外部アプリケーションに応じた信号形式で検知信号を出力するための回路であって、本実施例では、第２のフィルタ回路２３０２より出力された信号をデジタル信号に変換して出力するようコンパレータを構成する。即ち、外部接続回路２５０は、第２のフィルタ回路２３０２より出力された信号を基準電圧と比較し、その比較結果をＨｉｇｈ／Ｌｏｗの２値の電圧により出力する。外部接続回路２５０は、第３の演算増幅器ＯＰ３と、第１１、第１２及び第１３の抵抗Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３とを有する。演算増幅器ＯＰ３の反転入力は、第２のフィルタ回路２３０２の出力端子に接続され、非反転入力は、第１１の抵抗Ｒ５１を介して電源電圧ＶＤへ、且つ直列に接続された第１２及び第１３の抵抗Ｒ５２、Ｒ５３を介して接地へ接続されている。従って、電源電圧ＶＤは、第１１の抵抗Ｒ５１と第１２及び第１３の抵抗Ｒ５２、Ｒ５３とにより分圧され、演算増幅器ＯＰ３の非反転入力には、基準電圧Ｖｒｅｆ＝ＶＤ×（Ｒ５２＋Ｒ５３）／（Ｒ５１＋Ｒ５２＋Ｒ５３）が印加される。
【００３６】
図２に示されるように、本実施例の超音波センサ装置２０は、送信信号制限回路２６０と、検波／平滑回路２７０とを更に有しても良い。送信信号制限回路２６０は、送受信回路２１０の出力段と信号増幅回路２２０の入力段との間に配置され、送受信回路２１０から超音波信号が送信される場合に信号増幅回路２２０の入力段に回り込む信号を制限するための回路である。検波／平滑回路２７０は、第２のフィルタ回路２３０２と外部接続回路２５０との間に配置され、第２のフィルタ回路２３０２より出力される信号を検波するための回路である。
【００３７】
［動作］
次に、図２の超音波センサ装置２０の動作を説明する。
【００３８】
送受信回路２１０は、制御回路から出力された制御信号に応答して、例えば４０ｋＨｚといった所定の周波数を有する超音波を対象物に送信するよう、変圧器Ｔ１の二次巻線のインダクタンスと超音波センサＳ１の静電容量から成る共振回路を４０ｋＨｚの共振周波数で共振させる。これにより、超音波センサＳ１は４０ｋＨｚの超音波を発射する。
【００３９】
超音波センサＳ１より発射された超音波が物体に反射されて、この反射波を超音波センサＳ１が受けると、変圧器Ｔ１の二次巻線のインダクタンスと超音波センサＳ１の静電容量とから成る共振回路が４０ｋＨｚの共振周波数で共振し、反射波に応じた電気信号を発生させる。
【００４０】
送受信回路２１０で発生した電気信号は、信号増幅回路２２０へ送られる。信号増幅回路２２０は、電気信号を増幅させる。信号増幅回路２２０で増幅された電気信号は、第１のフィルタ回路２３０１に入力されて、所定の周波数の信号成分のみが取り出されるようフィルタ処理され、フィルタ処理により取り出された必要な信号成分のみを更に増幅される。次に、電気信号は、第２のフィルタ回路２３０２へ入力されて、所定の周波数の信号成分のみが取り出されるよう更にフィルタ処理され、フィルタ処理により取り出された必要な信号成分のみを更に増幅される。
【００４１】
このように増幅及びフィルタ処理をなされた電気信号は、次に自動レベル調整回路２４０に入力される。自動レベル調整回路２４０は、先に述べたようにダイオードから成る検波回路であって、本実施例では、入力された電気信号を検波して、そのレベルに応じた負の直流電圧をレベル調整信号として出力する。自動レベル調整回路２４０から出力されたレベル調整信号は、信号増幅回路２２０のＦＥＴＱ２のゲート端子に印加される。レベル調整信号はＦＥＴＱ２のゲートバイアス電圧に相当し、この電圧のレベルに応じて信号増幅回路２４０の増幅利得は変化する。これにより、第２のフィルタ回路２３０２から出力される信号は、飽和しないようなレベルに調整される。
【００４２】
次に、第２のフィルタ回路２３０２から出力される信号は、検波／平滑回路２７０へ入力される。この検波／平滑回路２７０は、本実施例では、入力される信号のレベルに応じて正の直流電圧を出力するよう構成されている。
【００４３】
外部接続回路２５０は、検波／平滑回路２７０から出力された正の直流電圧のレベルを基準電圧のレベルと比較して、その比較結果をＨｉｇｈ／Ｌｏｗの２値の電圧で出力することにより、超音波センサＳ１が受信した反射波に対応するデジタル信号を外部アプリケーションへ出力する。
【実施例２】
【００４４】
［構成］
図３は、本実施例に従う超音波センサ装置の一例を表す回路図である。図３の超音波センサ装置３０は、超音波センサを用いた物体検知回路であって、送信回路３１０１と、受信回路３１０２と、信号増幅回路３２０と、第１のフィルタ回路３３０１と、第２のフィルタ回路３３０２と、自動レベル調整回路３４０と、外部接続回路３５０とを有する。
【００４５】
送信回路３１０１は、所定の周波数を有する超音波を対象物に送信するための回路であって、送信用の第１の超音波センサＳ１１と、第１の変圧器Ｔ１１と、ｎｐｎトランジスタＱ１１とを有する。変圧器Ｔ１１の一次巻線の一方の端子は電源電圧ＶＤへ接続され、他方の端子はトランジスタＱ１１のコレクタ端子へ接続されている。トランジスタＱ１１のエミッタ端子は接地へ接続され、ベース端子は制御回路（図示せず。）へ接続されている。超音波センサＳ１１は、変圧器Ｔ１１の二次巻線に並列に接続されており、一方の端子を接地へ接続されている。
【００４６】
制御回路によりトランジスタＱ１１のベース端子へ制御信号が印加されると、トランジスタＱ１１は導通して、変圧器Ｔ１１の一次巻線に電流が流れる。これにより、変圧器Ｔ１１の二次側では、二次巻線のインダクタンスと超音波センサＳ１１の静電容量とから成る共振回路が共振して、超音波センサＳ１１は超音波を発する。
【００４７】
受信回路３１０２は、送信回路３１０１から送信された超音波が対象物により反射される場合に、その反射波を受信するための回路であって、受信用の第２の超音波センサＳ１２と、第２の変圧器Ｔ１２とを有する。変圧器Ｔ１２の一次巻線は開放されており、変圧器Ｔ１２の二次巻線は、その一方の端子を抵抗を介して超音波センサＳ１２の一方の端子へ接続され、他方の端子を接地へ接続されている。超音波センサＳ１２の他方の端子は接地へ接続されている。
【００４８】
送信回路３１０１の第１の超音波センサＳ１１から発せられた超音波が物体に反射されて、受信回路３１０２の第２の超音波センサＳ１２がその反射波を受信すると、超音波センサＳ１２の静電容量と変圧器Ｔ１２の二次巻線のインダクタンスとから成る共振回路が共振することにより、超音波センサＳ１２はその反射波を電気信号に変換する。
【００４９】
送信回路３１０１及び受信回路３１０２の各構成部品の定数は、夫々の変圧器と超音波センサとから成る共振回路の共振周波数が、用いられる夫々の超音波センサの公称周波数に等しくなるように設定される。これにより、いずれの超音波センサも、その送信及び受信の最大感度の動作周波数付近で使用されるので、受信信号付近の帯域の信号のみを取り出すことが可能となり、Ｓ／Ｎが改善される。
【００５０】
また、送信及び受信を１個の素子で行う兼用型では、送信時の直列共振周波数と受信時の並列共振周波数とのほぼ中間の周波数で動作させて、送信周波数と受信周波数とを両立させるので、実際には送信も受信も最大感度の動作周波数で使用されない。従って、送信用及び受信用の夫々のセンサを具える装置は、送受兼用型のセンサを用いる装置に比べて感度が良い。一方で、送受兼用型のセンサを用いた方が装置を小型化できる。
【００５１】
信号増幅回路３２０は、受信回路３１０２から出力された電気信号を増幅するための回路であって、ｎ形電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ｑ２１と、第１、第２、第３及び第４の抵抗ＲＤ、ＲＳ、ＲＧ１、ＲＧ２とを有する。第３の抵抗ＲＧ１及び第４の抵抗ＲＧ２は直列に配置され、第３の抵抗ＲＧ１の一方の端子は、受信回路３１０２の超音波センサＳ１２へ接続され、第４の抵抗ＲＧ２の一方の端子は接地へ接続されている。ＦＥＴＱ２１のゲート端子は、可変抵抗である第３の抵抗ＲＧ１の可動端子へ接続されており、超音波センサＳ１２から出力される電気信号を第３の抵抗ＲＧ１を介して供給される。ＦＥＴＱ２１のドレイン端子は、第１の抵抗ＲＤを介して電圧源ＶＤへ接続され、ソース端子は第２の抵抗ＲＳを介して接地へ接続されている。図３から明らかなように、本実施例において、信号増幅回路３２０は、ＦＥＴによるソース共通増幅回路を構成する。信号増幅回路３２０は、また、その出力信号の直流成分を遮断するために直列コンデンサＣＤを出力段に設けられている。
【００５２】
図３に示されるように、本実施例の超音波センサ装置３０は、更に、信号増幅回路３２０と第１のフィルタ回路３３０１との間にバッファ回路３６０を設けられても良い。バッファ回路３６０は、信号増幅回路３２０により増幅された信号をバッファするための回路であって、本実施例ではエミッタフォロワにより構成されている。
【００５３】
第１のフィルタ回路３３０１及び第２のフィルタ回路３３０２は、受信用超音波センサＳ１２の駆動周波数付近の帯域の信号を取り出すために、信号増幅回路３２０により増幅された信号を所定の周波数の信号成分のみを通すようフィルタ処理し、フィルタ処理により取り出された必要な信号成分のみを更に増幅するための回路である。
【００５４】
第１のフィルタ回路３３０１は、広帯域ＢＰＦ反転増幅回路であって、第１の演算増幅器ＯＰ３１と、第５及び第６の抵抗Ｒ３３１、Ｒ３３２と、第１及び第２のコンデンサＣ３３１、Ｃ３３２とを有する。第５の抵抗Ｒ３３１の一方の端子は、演算増幅器ＯＰ３１の反転端子へ接続され、他方の端子は第１のコンデンサＣ３３１の一方の端子へ接続されている。第１のコンデンサＣ３３１の他方の端子はバッファ回路３６０の出力端子へ接続されている。第６の抵抗Ｒ３３２及び第２のコンデンサＣ３３２は、並列に配置されており、夫々、一方の端子を演算増幅器ＯＰ３１の反転端子へ、他方の端子を演算増幅器ＯＰ３１の出力端子へ接続されている。演算増幅器ＯＰ３１の非反転端子は、所定の基準電圧を印加されている。第１のフィルタ回路３３０１の各構成部品の定数は、前段の信号増幅回路３２０よりも高い利得を有するよう設定される。
【００５５】
第２のフィルタ回路３３０２は、狭帯域ＢＰＦ非反転増幅回路であって、第２の演算増幅器ＯＰ３２と、第７、第８及び第９の抵抗Ｒ３３３、Ｒ３３４、Ｒ３３５と、第３、第４及び第５のコンデンサＣ３３３、Ｃ３３４、Ｃ３３５とを有する。第３及び第４のコンデンサＣ３３３、Ｃ３３４は直列に配置されている。第７の抵抗Ｒ３３３は、直列に配置されたコンデンサＣ３３３、Ｃ３３４に並列に配置され、一方の端子を演算増幅器ＯＰ３２の反転端子へ、他方の端子を演算増幅器ＯＰ３２の出力端子へ接続されている。第８の抵抗Ｒ３３４の一方の端子は、直列に配置された第３及び第４のコンデンサＣ３３３、Ｃ３３４の間に接続され、他方の端子は接地へ接続されている。演算増幅器ＯＰ３２の反転端子は、更に、第９の抵抗Ｒ３３５の一方の端子へ接続されている。第９の抵抗Ｒ３３５の他方の端子は第４のコンデンサの一方の端子へ接続され、第４のコンデンサの他方の端子は接地へ接続されている。演算増幅器ＯＰ３２の非反転端子は、コンデンサを介して第１のフィルタ回路３３０１の第１の演算増幅器ＯＰ３１の出力端子へ接続されている。第２のフィルタ回路３３０１の各構成部品の定数は、超音波センサ装置全体で必要とされる利得に基づいて設定される。
【００５６】
自動レベル調整回路３４０は、外部接続回路３５０へ供給される信号、即ち、第２のフィルタ回路３３０２より出力された信号が飽和しないように、この信号に応じたレベル調整信号を信号増幅回路３２０に入力される超音波センサからの信号に重畳するための回路であって、第１及び第２のダイオードＤ３４１、Ｄ３４２と、第６及び第７のコンデンサＣ３４１、Ｃ３４２と、第１０及び第１１の抵抗Ｒ３４１、Ｒ３４２とを有する。第６のコンデンサＣ３４１の一方の端子は、第２のフィルタ回路３３０２の出力端子へ接続され、他方の端子は第１０の抵抗Ｒ３４１を介して第１のダイオードＤ３４１のカソードへ接続されている。第１のダイオードＤ３４１のカソードは、更に、第２のダイオードＤ３４２のアノードへ接続され、第２のダイオードＤ３４２のカソードは接地へ接続されている。第１のダイオードＤ３４１のアノードは、第１１の抵抗Ｒ３４２を介して信号増幅回路３２０のＦＥＴＱ２１のゲート端子へ接続されている。第７のコンデンサＣ３４２は、第１のダイオードＤ３４１のアノードと接地との間に接続されている。
【００５７】
図３から明らかなように、本実施例の自動レベル調整回路３４０は、図２に示された自動レベル調整回路２４０と同じ構成を有する検波回路である。
【００５８】
外部接続回路３５０は、超音波センサ装置３０に接続される外部アプリケーションに応じた信号形式で検知信号を出力するための回路であって、本実施例では、第２のフィルタ回路３３０２より出力された信号をアナログ信号のまま出力する。本実施例の外部接続回路３５０は、エミッタフォロワにより構成されたバッファ回路である。また、外部接続回路３５０は、更に、必要に応じて、信号のレベルを調整するよう構成されても良い。
【００５９】
［動作］
次に、図３の超音波センサ装置３０の動作を説明する。
【００６０】
送信回路３１０１は、制御回路から出力された制御信号に応答して、例えば４０ｋＨｚといった所定の周波数を有する超音波を対象物に送信するよう、第１の変圧器Ｔ１１の二次巻線のインダクタンスと第１の超音波センサＳ１１の静電容量から成る共振回路を４０ｋＨｚの共振周波数で共振させる。これにより、第１の超音波センサＳ１１は４０ｋＨｚの超音波を発射する。
【００６１】
第１の超音波センサＳ１１より発射された超音波が物体に反射されて、この反射波を受信回路３１０２の第２の超音波センサＳ１２が受けると、第２の変圧器Ｔ１２の二次巻線のインダクタンスと第２の超音波センサＳ１２の静電容量とから成る共振回路が４０ｋＨｚの共振周波数で共振し、反射波に応じた電気信号を発生させる。
【００６２】
受信回路３１０２で発生した電気信号は、信号増幅回路３２０へ送られる。信号増幅回路３２０は、電気信号を増幅させる。信号増幅回路３２０で増幅された電気信号は、バッファ回路３６０を介して第１のフィルタ回路３３０１に入力されて、所定の周波数の信号成分のみが取り出されるようフィルタ処理され、フィルタ処理により取り出された必要な信号成分のみを更に増幅される。次に、電気信号は、第２のフィルタ回路３３０２へ入力されて、所定の周波数の信号成分のみが取り出されるようフィルタ処理され、フィルタ処理により取り出された必要な信号成分のみを更に増幅される。
【００６３】
このように増幅及びフィルタ処理をなされた電気信号は、次に自動レベル調整回路３４０に入力される。自動レベル調整回路３４０は、先に述べたようにダイオードから成る検波回路であって、本実施例では、入力された電気信号を検波して、そのレベルに応じた負の直流電圧をレベル調整信号として出力する。自動レベル調整回路３４０から出力されたレベル調整信号は、信号増幅回路３２０のＦＥＴＱ２１のゲート端子に印加される。レベル調整信号はＦＥＴＱ２１のゲートバイアス電圧に相当し、この電圧のレベルに応じて信号増幅回路３４０の増幅利得は変化する。これにより、第２のフィルタ回路３３０２から出力される信号は、飽和しないようなレベルに調整される。
【００６４】
次に、第２のフィルタ回路３３０２から出力される信号は、外部接続回路３５０に入力される。外部接続回路３５０は、入力された信号をバッファして外部アプリケーションへ出力する。
【００６５】
このように、本発明に従う物体検知回路は、自動レベル調整手段を設けることにより、広範囲で変化する入力電圧に対して、線形な検知信号を出力することが可能となる。また、信号増幅手段としてＦＥＴを用いることによりＳ／Ｎの更なる改善が可能となる。従って、外部のアプリケーションによらず、安定したセンサ出力処理を実現することができる。
【００６６】
［変形例］
以上、発明を実施するための最良の形態について説明を行ったが、本発明は、この最良の形態で述べた実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を損なわない範囲で変更することが可能である。
【００６７】
例えば、上記実施例で、自動調整回路は、２つのフィルタ回路のうち後段である第２のフィルタ回路の出力信号に基づいてレベル調整信号を発生させたが、第２のフィルタ回路のゲイン特性が固定である場合には、第１のフィルタ回路の出力信号に基づいてレベル調整信号を発生させても良い。また、自動調整回路から出力されたレベル調整信号は信号増幅回路の入力端子へ入力されたが、第１のフィルタ回路の入力端子へ入力されて良い。
【００６８】
更に、物体検知回路は、図２及び図３で示された回路構成に限らず、他の回路構成を有しても良く、超音波センサ装置以外のセンサ回路に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明に従う物体検知回路の構成例を表すブロック図である。
【図２】実施例１に従う超音波センサ装置の回路の一例を表す図である。
【図３】実施例２に従う超音波センサ装置の回路の一例を表す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０  物体検知回路
２０，３０  超音波センサ装置
１１０，２１０  送受信手段／回路
１２０，２２０，３２０  信号増幅手段／回路
１３０，２３０，３３０  フィルタ手段／回路
１４０，２４０，３４０  自動レベル調整手段／回路
１５０，２５０，３５０  外部接続手段／回路
３１０１  送信回路
３１０２  受信回路
Ｑ２，Ｑ２１  ＦＥＴ
【図１】
2008151537.tif 000003
【図２】
2008151537.tif 000004
【図３】
2008151537.tif 000005