(57)【要約】【課題】物体までの距離を高速かつ正確に計測することができる超音波距離計測装置及び超音波距離計測方法を提供する。【解決手段】スペクトル拡散方式で物体Ｏの位置を計測する超音波距離計測装置である。第１の拡散符号により変調した第１超音波信号、・・・、第Ｎの拡散符号により変調した第Ｎ超音波信号を、一定時間毎に発生させる符号化信号生成手段１と、超音波信号を送信する超音波送信手段２と、物体に反射した超音波反射信号を受信する超音波受信手段３と、超音波信号の送信から受信までの時間を測定する計測手段５と、超音波反射信号と前記第１の拡散符号、・・・、及び第Ｎの拡散符号との相関を夫々計算し、超音波反射信号を受信した特定時に相関ピークを有する拡散符号により符号変調した超音波信号について、超音波信号が特定時前に最後に送信された送信時から、特定時までの時間差に基づいて、超音波受信手段から物体までの距離を演算する演算手段４とを備えた。【選択図】図１
2013104811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スペクトル拡散方式で超音波信号を送信し、前記超音波信号が物体に反射して、反射した超音波反射信号に基づいて前記物体の位置を計測する超音波距離計測装置において、
第１の拡散符号により符号変調した第１超音波信号、第１の拡散符号とは異なる第２の拡散符号により符号変調した第２超音波信号、・・・、及び第Ｎの拡散符号（Ｎは２以上の自然数であり、第１の拡散符号から第Ｎの拡散符号までの全てが互いに異なる）により符号変調した第Ｎ超音波信号を、一定時間毎に発生させる符号化信号生成手段と、
前記符号化信号生成手段にて発生された第１超音波信号、第２超音波信号、・・・、第Ｎ超音波信号を、一定時間毎に送信する超音波送信手段と、
物体に反射した超音波反射信号を受信する超音波受信手段と、
符号変調した超音波信号の送信から受信までの時間を測定する計測手段と、
受信した超音波反射信号と前記第１の拡散符号、第２の拡散符号、・・・、及び第Ｎの拡散符号との相関を夫々計算するとともに、前記一定時間を１周期として、１周期分乃至複数周期分で、超音波反射信号を受信した特定時に相関ピークを有する拡散符号により符号変調した超音波信号について、この超音波信号が前記特定時前に最後に送信された送信時から、前記特定時までの時間差に基づいて、前記超音波受信手段から物体までの距離を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする超音波距離計測装置。
【請求項２】
前記符号化信号生成手段は、第１の拡散符号、第２の拡散符号、・・・、及び第Ｎの拡散符号を足し合わせるものであることを特徴とする請求項１の超音波距離計測装置。
【請求項３】
前記拡散符号をランダム符号又は擬似ランダム符号としたことを特徴とする請求項１又は請求項２の超音波距離計測装置。
【請求項４】
前記超音波受信手段は、複数の受波素子を配列したアレイセンサとしたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項の超音波距離計測装置。
【請求項５】
スペクトル拡散方式で超音波信号を送信し、前記超音波信号が物体に反射して、反射した超音波反射信号に基づいて前記物体の位置を計測する超音波距離計測方法において、
第１の拡散符号により符号変調した第１超音波信号、第１の拡散符号とは異なる第２の拡散符号により符号変調した第２超音波信号、・・・、及び第Ｎの拡散符号（Ｎは２以上の自然数であり、第１の拡散符号から第Ｎの拡散符号までの全てが互いに異なる）により符号変調した第Ｎ超音波信号を、夫々一定時間毎に発生させて、
第１超音波信号、及び第１の拡散符号とは異なる第２超音波信号、・・・、第Ｎ超音波信号を一定時間毎に送信し、
物体に反射した超音波反射信号を夫々受信して、
受信した超音波反射信号と前記第１の拡散符号、第２の拡散符号、・・・、及び第Ｎの拡散符号との相関を夫々計算し、
前記一定時間を１周期として、１周期分乃至複数周期分で、超音波反射信号を受信した特定時に相関ピークを有する拡散符号により符号変調した超音波信号について、この超音波信号が前記特定時前に最後に送信された送信時から、前記特定時までの時間差に基づいて、前記超音波受信手段から物体までの距離を演算することを特徴とする超音波距離計測方法。
【請求項６】
第１超音波信号、第２超音波信号、・・・、及び第Ｎ超音波信号を繰り返し送信することを特徴とする請求項５の超音波距離計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波距離計測装置及び超音波距離計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波送信（受信）手段と物体との距離を求める際、超音波送信手段にて超音波信号を送信した時から、物体表面を反射した超音波信号を超音波受信手段にて受信した時までの時間に音速を乗じる距離計測手法が知られている。超音波は空気中の減衰が大きく、物体が超音波送信（受信）手段から離れるほど受波超音波の信号強度は弱くなり、信号対雑音の比すなわちＳＮ比(もしくはＳＮ)が小さくなる。そこで、拡散符号により符号変調した超音波信号を送受信することにより、小さなＳＮ比(もしくはＳＮ)の受信信号から逆拡散により、元の信号を復調できるスペクトル拡散方式の超音波反射法が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３１５８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された超音波距離計測装置を用いて物体までの距離を計測する場合、計測対象となる物体が移動中である場合は、計測時間間隔を短くして、計測速度（フレームレート）を高速化する必要がある。超音波信号の送信から受信までの往復時間をａ、距離計測装置が計算処理に要する時間（例えばＡＤ変換等の時間）をｂ、フレームレートをｆとすると、ｆ＝１／（ａ＋ｂ）で与えられる。なお、距離計測装置における計算処理は、反射信号を受信しながら同時に行われる。ｂの処理が高速であれば、フレームレートはｆ＝１／ａで決定され、ｂの処理が遅い場合は、フレームレートはｆ＝１／ｂとなる。空気中を伝搬する超音波信号の速度は、固体及び液体と比較して、気温２０℃で約３４０ｍ／ｓと遅いため、超音波信号の往復時間ａは、固体及び液体の場合より、小さな値となるため、空気中を伝搬する超音波の場合、ｂと比較すると、よりフレームレートに影響を与える。
【０００５】
超音波送信（受信）手段から距離Ｍ１離れた位置に物体１が存在し、さらに遠くの距離Ｍ２離れた位置に物体２が存在する状況で、前記のような超音波距離計測装置を用いて物体までの距離を計測する場合、ある拡散符号を用いて符合変調した超音波信号を一定時間（例えば時間間隔Ｔ（ｍｓ））毎に送信する。すなわち、図１２に示すように、ｔ０から時間間隔Ｔ毎に超音波信号を送信する。このとき、周期Ｔはｔ０に送信した超音波信号の反射信号のうち最も遅い反射信号受信時である（Ｔ＋ｔ１）までの時間（Ｔ＋ｔ１−ｔ０）よりも短いとする。
【０００６】
受信した超音波信号について、拡散符号との相関を第１周期から第２周期までの２周期分みると、ｔ１、ｔ２、（Ｔ＋ｔ１）、（Ｔ＋ｔ２）に相関ピークを有する。ここで、ｔ１は、ｔ０よりも前に送信した超音波信号の物体２からの反射信号の受信時であり、ｔ２は、ｔ０に送信した超音波信号の物体１からの反射信号の受信時であり、（Ｔ＋ｔ１）は、ｔ０に送信した超音波信号の物体２からの反射信号の受信時であり、（Ｔ＋ｔ２）は、（Ｔ＋ｔ０）に送信した超音波信号の物体１からの反射信号の受信時である。
【０００７】
例えばｔ０から（Ｔ＋ｔ０）までの第１周期では、ｔ１とｔ２に相関ピークを有する。この場合、ｔ１の受信はｔ０よりも前に送信した超音波信号の物体２からの反射信号であるにもかかわらず、ｔ０に送信した超音波信号の反射信号であると誤認識する。このように、超音波距離測定装置は、受信信号が遠方での反射か近傍での反射かを特定できず、物体までの距離を正確に計測することができない。そこで、ｔ０に送信した超音波信号の反射信号のうち最も遅い反射信号受信時（Ｔ＋ｔ１）までの時間（Ｔ＋ｔ１−ｔ０）だけ、次の超音波信号の送信を待つ必要があり、フレームレートは計測範囲で制限されるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記事情に鑑み、物体までの距離を高速かつ正確に計測することができる超音波距離計測装置及び超音波距離計測方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の超音波距離計測装置は、スペクトル拡散方式で超音波信号を送信し、前記超音波信号が物体に反射して、反射した超音波反射信号に基づいて前記物体の位置を計測する超音波距離計測装置において、第１の拡散符号により符号変調した第１超音波信号、第１の拡散符号とは異なる第２の拡散符号により符号変調した第２超音波信号、・・・、及び第Ｎの拡散符号（Ｎは２以上の自然数であり、第１の拡散符号から第Ｎの拡散符号までの全てが互いに異なる）により符号変調した第Ｎ超音波信号を、一定時間毎に発生させる符号化信号生成手段と、前記符号化信号生成手段にて発生された第１超音波信号、第２超音波信号、・・・、第Ｎ超音波信号を、一定時間毎に送信する超音波送信手段と、物体に反射した超音波反射信号を受信する超音波受信手段と、符号変調した超音波信号の送信から受信までの時間を測定する計測手段と、受信した超音波反射信号と前記第１の拡散符号、第２の拡散符号、・・・、及び第Ｎの拡散符号との相関を夫々計算するとともに、前記一定時間を１周期として、１周期分乃至複数周期分で、超音波反射信号を受信した特定時に相関ピークを有する拡散符号により符号変調した超音波信号について、この超音波信号が前記特定時前に最後に送信された送信時から、前記特定時までの時間差に基づいて、前記超音波受信手段から物体までの距離を演算する演算手段とを備えたものである。ここで、特定時とは超音波信号を受信した時のうち、ある特定の相関ピークを示した時をいう。
【００１０】
本発明の超音波距離計測装置は、スペクトル拡散方式により通信を行うものである。スペクトル拡散は、信号を広い帯域に拡散するものであり、送信側で信号を拡散符号により変調し、受信側で同じ拡散符号を用いて相関計算を行うことにより、信号を取り出すことができる。このスペクトル拡散を用いることにより、遠くの反射で生じたＳＮ比が劣化した受信信号から元の信号を取り出せることができるようになり、より長距離の測定が可能となる。
【００１１】
本発明では、第１の拡散符号、第２の拡散符号、・・・、及び第Ｎの拡散符号の異なる拡散符号を用いて、これら拡散符号により変調した第１超音波信号、第２超音波信号、・・・、第Ｎ超音波信号を一定時間毎に送信し、物体に反射した超音波信号を超音波受信手段にて受信する。この場合、演算手段は、１周期分乃至複数周期分で、超音波反射信号を受信した特定時に相関ピークを有する拡散符号により変調した超音波信号に基づいて演算を行うため、別の位置の物体から反射してきた超音波信号と間違えることがない。このため、先の超音波信号（例えば第１超音波信号）の送信時から、この超音波反射信号のうち最も遅い反射信号受信時までの時間をTmaxとすると、先の超音波信号の送信時からＴmax以内に、別の拡散符号により符号変調した超音波信号（例えば第２超音波信号）を送信することができる。このように、連続的に超音波信号を送信する際に、先に送信された超音波信号の最も遅い反射信号を受信するまで、次の超音波信号の送信を待つ必要がなくなるため、超音波信号の送信時間間隔を短くすることができて、フレームレートを早くすることができる。このとき、Ｎ個の符号を使用し、時間間隔Δｔの一定間隔で超音波信号を送信すると、最大でＮ／Ｔmaxのフレームレートで誤検知なく計測ができ、最大Ｎ×Δｔ×ｖ/2（ｖは音速）までの距離からの反射の誤検知を無くすことができる。しかも、複数周期分演算を行えば、計測範囲を拡大することもできる。
【００１２】
前記構成において、前記符号化信号生成手段は、第１の拡散符号、第２の拡散符号、・・・、及び第Ｎの拡散符号を足し合わせるものとできる。このように構成すれば、拡散符号毎に超音波送信手段を設ける必要はなく、超音波送信手段を単一のものとすることができる。これにより、装置全体として簡略化を図ることができる。
【００１３】
前記構成において、前記拡散符号をランダム符号又は擬似ランダム符号とすることができる。これにより、第１の拡散符号、第２の拡散符号、・・・、第Ｎの拡散符号は相互相関が小さくなり、第１超音波信号、第２超音波信号、・・・、第Ｎ超音波信号を判別しやすくすることができるため、正確な計測が可能となる。
【００１４】
前記超音波受信手段は、複数の受波素子を配列したアレイセンサとすることができる。単素子では、反射波から物体までの距離は測定できるが、物体の存在する方向の測定はできないが、複数の受波素子を配列することにより、物体の３次元位置や形状を測ることができる。
【００１５】
本発明の超音波距離計測方法は、スペクトル拡散方式で超音波信号を送信し、前記超音波信号が物体に反射して、反射した超音波反射信号に基づいて前記物体の位置を計測する超音波距離計測方法において、第１の拡散符号により符号変調した第１超音波信号、第１の拡散符号とは異なる第２の拡散符号により符号変調した第２超音波信号、・・・、及び第Ｎの拡散符号（Ｎは２以上の自然数であり、第１の拡散符号から第Ｎの拡散符号までの全てが互いに異なる）により符号変調した第Ｎ超音波信号を、夫々一定時間毎に発生させて、第１超音波信号、及び第１の拡散符号とは異なる第２超音波信号、・・・、第Ｎ超音波信号を一定時間毎に送信し、物体に反射した超音波反射信号を夫々受信して、受信した超音波反射信号と前記第１の拡散符号、第２の拡散符号、・・・、及び第Ｎの拡散符号との相関を夫々計算し、前記一定時間を１周期として、１周期分乃至複数周期分で、超音波反射信号を受信した特定時に相関ピークを有する拡散符号により符号変調した超音波信号について、この超音波信号が前記特定時前に最後に送信された送信時から、前記特定時までの時間差に基づいて、前記超音波受信手段から物体までの距離を演算するものである。
【００１６】
この場合、第１超音波信号、第２超音波信号、・・・、及び第Ｎ超音波信号を繰り返し送信することができる。これにより、物体が動く場合であっても、物体の位置を特定することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の超音波距離計測装置及び超音波距離計測方法によれば、物体の位置を高速かつ正確に特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の超音波距離計測装置のブロック図である。
【図２】本発明の超音波距離計測装置を構成する符号化信号生成手段のブロック図である。
【図３】本発明の超音波距離計測装置を構成する演算手段のブロック図である。
【図４】本発明の超音波距離計測方法により、異なる拡散符合により符号変調された超音波信号の送受信を示す説明図である。
【図５】本発明の超音波距離計測装置を構成する符号化信号生成手段の他の構成を示すブロック図である。
【図６】１つの拡散符号により変調した超音波信号を１５ｍｓ毎に繰り返し送信した場合の受信波形を示すグラフ図である。
【図７】前記図６に示す受信波形と拡散符号との相関波形を示すグラフ図である。
【図８】（ａ）は図７における第１周期の相関波形を示すグラフ図であり、（ｂ）は図７における第２周期の相関波形を示すグラフ図である。
【図９】本発明の超音波距離計測装置を用いて、２つの異なる拡散符号により変調した第１超音波信号及び第２超音波信号を１５ｍｓ毎に送信した場合の受信波形を示すグラフ図である。
【図１０】（ａ）は図９における第１の拡散符号との相関波形を示すグラフ図であり、（ｂ）は第２の拡散符号との相関波形を示すグラフ図である。
【図１１】（ａ）は図１０において、第１周期の第２の拡散符号との相関波形を示すグラフ図であり、（ｂ）は図１０において、第２周期の第１の拡散符号との相関波形を示すグラフ図である。
【図１２】従来の超音波距離計測方法により、単一の拡散符号により符号変調された超音波信号の送受信を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００２０】
図１は、本発明の超音波距離計測装置を模式的に示したものである。この超音波距離計測装置は、スペクトル拡散方式で超音波信号を送信し、超音波信号が物体Ｏ（図１参照）に反射して、反射した超音波信号（以下、超音波反射信号という）に基づいて物体Ｏの位置を計測するものである。
【００２１】
スペクトル拡散は、送信側で信号を拡散符号により変調し、受信側で同じ拡散符号を用いて相関計算を行うことにより、信号を取り出す通信方法である。このスペクトル拡散を用いることにより、信号を広い帯域に拡散することができ、遠くの反射で生じたＳＮ比が劣化した受信信号から元の信号を取り出せることができるようになり、より長距離の測定が可能となる。
【００２２】
本発明の超音波距離計測装置は、図１に示すように、符号化信号生成手段１と、超音波送信手段２と、超音波受信手段３と、演算手段４と、計測手段５とを備えている。
【００２３】
符号化信号生成手段１は、第１の拡散符号により符号変調した第１超音波信号、第１の拡散符号とは異なる第２の拡散符号により符号変調した第２超音波信号、・・・、及び第Ｎの拡散符号により符号変調した第Ｎ超音波信号を、一定時間毎に発生させるものである。符号化信号生成手段１は、図２に示すように、基本波生成回路１０と、分周回路１１と、第１符号生成回路１２-１〜第Ｎ符号生成回路１２-ｎと、トリガ発生回路１３と、第１遅延回路１４-１〜第（Ｎ−１）遅延回路１４ａ-（ｎ−１）と、ミキシング回路１５とを備えている。
【００２４】
基本波生成回路１０にて超音波の基本波（例えば、基準周波数である４０ｋＨｚの超音波）を発生し、この基本波が分周回路１１にて分周（例えば８分周）され、第１符号生成回路１２-１〜第Ｎ符号生成回路１２-ｎに入力される。一方、トリガ発生回路１３にて発生した符号生成開始トリガが、第１符号生成回路１２-１にＴtrg（ｍｓ）入力されると、第１符号生成回路１２-１では分周回路１１からの出力に同期して、記憶されている符号パターン（第１の拡散符号）を出力する。また、第２符号生成回路１２-２には、Ｔtrg／Ｎ（ｍｓ）遅れて符号生成開始トリガが入り、分周回路１１からの出力に同期して、記憶されている符号パターン（第２の拡散符号）を出力する。同様にして、第Ｎ符号生成回路１２-ｎでは、第Ｎの拡散符号を出力する。
【００２５】
そして、第１の拡散符号から第Ｎの拡散符号までが足し合わされて、これがミキシング回路１５にて基本波とミキシングされることにより、第１超音波信号、第２超音波信号、・・・、及び第Ｎ超音波信号を一定時間毎（この場合Ｔtrg／Ｎ（ｍｓ）毎）に発生させる。符号化信号生成手段１をこのような構成とすることで、簡単な回路構成とすることができる。
【００２６】
第１超音波信号、第２超音波信号、・・・、及び第Ｎ超音波信号は相互相関が小さいものが望ましく、具体的にはランダム符号又は擬似ランダム符号とするのが望ましい。本実施形態では、第１の拡散符号〜第Ｎ拡散符号は、特に低い相互相関値をとるＭ系列のプリファードペアとしている。
【００２７】
超音波送信手段２は、符号化信号生成手段１により生成された第１超音波信号、第２超音波信号、・・・、及び第Ｎ超音波信号を送信するものであり、超音波送信素子にて構成されている。超音波受信手段３は、物体Ｏに当たって反射した超音波反射信号を受信するものであり、超音波送信手段２の近傍に配置されている。ここで近傍とは、超音波送信手段２から物体Ｏに超音波信号が到達する時間と、送信した超音波信号が物体Ｏで反射してから超音波反射信号が超音波受信手段３に到達するまでの時間がほぼ等しくなる程度に、超音波送信手段２と超音波受信手段３とが近接していることをいう。本実施形態において、超音波受信手段３は、１枚の基板上に複数（例えば３２個）の超音波受信素子を配列したアレイセンサとしている。これにより、物体Ｏの３次元位置を計測することができる。
【００２８】
計測手段５は、超音波送信手段２にて超音波信号を送信した時間から、この超音波信号が物体Ｏで反射した超音波反射信号を超音波受信手段３にて受信するまでの時間を計測するカウンターである。
【００２９】
演算手段４は、例えばパーソナルコンピュータにて構成され、受信した超音波反射信号を解析し、物体Ｏまでの距離を演算するものである。演算手段４は、図３に示すように、第１〜第Ｎ拡散符号演算部２１-１〜２１-ｎと、第１〜第Ｎ遅延加算部２２-１〜２２-ｎと、第１〜第Ｎ距離計算部２３-１〜２３-ｎと、表示部２４とを備える。拡散符号演算部２１は、超音波反射信号と第１の拡散符号、第２の拡散符号、・・・、及び第Ｎの拡散符号との相関を夫々計算することにより、超音波反射信号から情報を取り出すことができる。遅延加算部２２は、相関が計算された後の信号の遅延加算を行う。
【００３０】
距離計算部２３は、超音波送信手段２（超音波受信手段３）から物体Ｏまでの距離を演算するものである。例えば、図４に示すように、超音波送信（受信）手段２、３から距離Ｍ１離れた位置に物体１が存在し、さらに遠くの距離Ｍ２離れた位置に物体２が存在する状況で、本発明の超音波距離測定装置を用いて物体１の距離を計測する場合について説明する。本実施形態ではＮ＝２として、第１超音波信号と第２超音波信号とを一定時間Ｔtrg／Ｎ＝Ｔtrg／２（ｍｓ）毎に送信する。すなわち、図４に示すように、ｔ０で第１超音波信号、（Ｔtrg／２＋ｔ０）で第２超音波信号を繰り返し送信する。このとき、周期Ｔtrg／２は、超音波信号の送信時から、超音波反射信号のうち最も遅い反射信号受信時までの時間（Ｔtrg／２＋ｔ１−ｔ０）よりも短くしている。
【００３１】
図４において、実線は第１超音波信号の送受信、二点鎖線は第２超音波信号の送受信を示す。ここで、ｔ１は、第２超音波反射信号の物体２からの受信時、ｔ２は、第１超音波反射信号の物体１からの受信時、（Ｔtrg／２＋ｔ１）は、第１超音波反射信号の物体２からの受信時、（Ｔtrg／２＋ｔ２）は、第２超音波反射信号の物体１からの受信時である。
【００３２】
超音波反射信号の、第１拡散符号との相関及び第２拡散符号との相関をみると、例えばｔ０から（Ｔtrg／２＋ｔ０）までの第１周期において、第１拡散符号との相関は、第１超音波反射信号を受信したｔ２で相関ピークは見られるが、第２超音波反射信号を受信したｔ１では相関ピークは見られない。一方、第１周期において、第２拡散符号との相関は、第２超音波反射信号を受信したｔ１で物体Ｍ２から反射した反射信号の相関ピークは見られるが、第１超音波反射信号を受信したｔ２時では相関ピークは見られない。
【００３３】
従って、第１周期において、ある特定時ｔ２では第１拡散符号が相関ピークを有する。つまり、この特定時ｔ２では、第１拡散符号に相関ピークが見られる一方、第２拡散符号に同様の相関ピークが見られない。このため、第１周期では、第１拡散符号により符号変調した第１超音波信号に基づいて物体Ｍ１までの距離を計測する。すなわち、特定時ｔ２よりも前で、最後に第１超音波信号を送信した時ｔ０から、特定時ｔ２までの時間差（ｔ２−ｔ０）と音速ｖとから物体１までの距離Ｍ１を演算する。
【００３４】
また、第２周期から物体１までの距離Ｍ１を演算する場合も、前記と同様の方法で演算することができる。すなわち、（Ｔtrg／２＋ｔ０）から｛２（Ｔtrg／２）＋ｔ０｝までの第２周期において、超音波反射信号の第１拡散符号との相関は、第１超音波反射信号を受信した（Ｔtrg／２＋ｔ１）で物体Ｍ２から反射した反射信号の相関ピークは見られるが、第２超音波反射信号を受信した（Ｔtrg／２＋ｔ２）では同様の相関ピークは見られない。一方、第２周期において、超音波反射信号の第２拡散符号との相関は、第２超音波反射信号を受信した（Ｔtrg／２＋ｔ２）で相関ピークは見られるが、第１超音波反射信号を受信した（Ｔtrg／２＋ｔ１）では相関ピークは見られない。このため、第２周期では、第２拡散符号により符号変調した第２超音波信号に基づいて物体Ｍ１までの距離を計測する。すなわち、特定時（Ｔtrg／２＋ｔ２）よりも前で、最後に第２超音波信号を送信した時（Ｔtrg／２＋ｔ０）から、特定時（Ｔtrg／２＋ｔ２）までの時間差（ｔ２−ｔ０）と音速ｖとから物体１までの距離Ｍ１を演算することができる。
【００３５】
本発明では、第１超音波信号と第２超音波信号とは異なる拡散符号にて変調されているため、第１周期で第１拡散符号との相関をとった場合、第２超音波反射信号を受信したｔ１で相関ピークは見られず、第１超音波反射信号を受信したｔ２で相関ピークが見られる。また、第２周期で第２拡散符号との相関をとった場合、第２超音波反射信号を受信した（Ｔtrg／２＋ｔ２）で相関ピークが見られ、第１超音波反射信号を受信した（Ｔtrg／２＋ｔ１）で相関ピークは見られない。このため、ｔ１での受信を第１超音波反射信号の受信であると誤認識したり、（Ｔtrg／２＋ｔ１）での受信を第２超音波反射信号の受信であると誤認識することはない。
【００３６】
また、さらに遠くの物体２について距離Ｍ２を演算する場合は、２周期分、すなわち図４の時間ｔ０から｛２（Ｔtrg／２）＋ｔ０｝までについて、前記と同様の処理を行うことによってＭ２を演算することができる。すなわち、この２周期分において、超音波反射信号の、第１拡散符号との相関及び第２拡散符号との相関をみると、第２拡散符号においてｔ１で物体２からの相関ピークを有し、第１拡散符合において（Ｔtrg／２＋ｔ１）で物体２からの相関ピークを有する。従って、第１超音波反射信号を受信した特定時（Ｔtrg／２＋ｔ１）よりも前で、最後に第１超音波信号を送信した時ｔ０と、特定時（Ｔtrg／２＋ｔ１）との時間差（Ｔtrg／２＋ｔ１−ｔ０）と音速ｖとから物体２までの距離Ｍ２を演算することができる。
【００３７】
表示部２４は、物体Ｏの位置を表示可能な表示ディスプレイであり、第１〜第Ｎ距離計算部２３−１〜２３−ｎの計算結果を、例えばＴｔｒｇ／Ｎ（ｍｓ）ごとに表示するものである。
【００３８】
このように、本発明では、超音波信号を受信した特定時に相関ピークを有する拡散符号により変調した超音波反射信号に基づいて演算を行うため、別の送信時間に送信された超音波信号と間違えることがない。このため、先の超音波信号（例えば第１超音波信号）の送信時ｔ０から、この超音波反射信号のうち最も遅い反射信号受信時（Ｔtrg／２＋ｔ１）までの時間をTmaxとすると、先の超音波信号（例えば第１超音波信号）の送信時ｔ０からＴmax以内に、別の拡散符号により符号変調した超音波信号（例えば第２超音波信号）を送信することができる。このように、連続的に超音波信号を送信する際に、先に送信された第１超音波信号の最も遅い反射信号を受信するまで、次の第２超音波信号の送信を待つ必要がなくなるため、超音波信号の送信時間間隔を短くすることができて、フレームレートを早くすることができる。このとき、Ｎ個の符号を使用し、時間間隔Δｔの一定間隔で超音波信号を送信すると、最大でＮ／Ｔmaxのフレームレートで誤検知なく計測ができ、最大Ｎ×Δｔ×ｖ/2（ｖは音速）までの距離からの反射の誤検知を無くすことができる。しかも、複数周期分の演算を行えば、計測範囲を拡大することもできる。
【００３９】
符号化信号生成手段１は、図５に示すように、第１超音波信号、第２超音波信号、・・・、及び第Ｎ超音波信号を足し合わせる構成とすることもできる。図５の符号化信号生成手段１は、基本波生成回路１０と、分周回路１１と、第１符号生成回路１２-１〜第Ｎ符号生成回路１２-ｎと、トリガ発生回路１３と、第１遅延回路１４-１〜第（Ｎ−１）遅延回路１４ａ-（ｎ−１）と、第１ミキシング回路１５-１〜第Ｎミキシング回路１５-ｎとを備えている。
【００４０】
基本波生成回路１０にて超音波の基本波（例えば、基準周波数である４０ｋＨｚの超音波）を発生し、この基本波が分周回路１１にて分周（例えば８分周）され、第１符号生成回路１２-１〜第Ｎ符号生成回路１２-ｎに入力される。一方、トリガ発生回路１３にて発生した符号生成開始トリガが、第１符号生成回路１２-１にＴtrg（ｍｓ）入力されると、第１符号生成回路１２-１では分周回路１１からの出力に同期して、記憶されている符号パターン（第１の拡散符号）を出力する。また、第２符号生成回路１２-２には、Ｔtrg／Ｎ（ｍｓ）遅れて符号生成開始トリガが入り、分周回路１１からの出力に同期して、記憶されている符号パターン（第２の拡散符号）を出力する。同様にして、第Ｎ符号生成回路１２-ｎでは、第Ｎの拡散符号を出力する。
【００４１】
そして、第１ミキシング回路１５-１〜第Ｎミキシング回路１５-ｎにて第１〜第Ｎの夫々の拡散符号が基本波とミキシングされ、夫々の拡散符号により符号変調した第１超音波信号、第２超音波信号、・・・、及び第Ｎ超音波信号が発生し、これらを足し合わせることにより、第１超音波信号、第２超音波信号、・・・、及び第Ｎ超音波信号を一定時間毎（この場合Ｔtrg／Ｎ（ｍｓ）毎）に発生させる。
【００４２】
以上、本発明の実施形態及び実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されること無く、本発明の技術的思想の範囲内であれば、種々の変形が可能である。例えば、実施形態では、Ｎ＝２として、第１の拡散符号により符号変調した第１超音波信号と第２の拡散符号により符号変調した第２超音波信号とで物体の位置特定を行ったが、Ｎが３以上であってもよい。また、実施形態では１周期をＴｔｒｇ／Ｎとしたが、任意に設定することができ、これより短くても長くてもよい。実施形態では、第１超音波信号と第２超音波信号とを繰り返し送信したが、例えば静止物体の位置を特定する場合は、第１超音波信号を一度送信した後、第２超音波信号を一度送信するだけでも物体までの距離を計測することができる。
【実施例】
【００４３】
本発明に係る超音波距離計測装置の有効性を検証するための実験について述べる。本実験は、超音波送信手段（超音波受信手段）の前方２ｍに物体１が存在し、前方３．２ｍの位置に物体２が存在する場合に、超音波信号を送信し、物体１及び物体２から反射した超音波反射信号を受信する。そして、超音波反射信号に基づいて演算することにより、超音波送信手段（超音波受信手段）から物体１及び物体２までの距離を計測するものである。この場合、１５ｍｓを１周期として、（１）従来の超音波距離計測装置を用いて、１つの拡散符号により変調した超音波信号を１５ｍｓ毎に繰り返し送信する場合と、（２）図１〜図３に示す本発明の超音波距離計測装置を用いて、２つの異なる拡散符号（第１拡散符号及び第２拡散符号）により変調した第１超音波信号及び第２超音波信号を１５ｍｓ毎に交互に送信する場合とで実験を行った。ただし、第２超音波信号を１周期目に、第１超音波信号を２周期目に送信している。（１）が比較例、（２）が実施例である。
【００４４】
（１）の超音波反射信号の受信波形を図６に示す。図６で示す１２ｍｓから始まる６．２ｍｓ間の信号、及び２７ｍｓから始まる６．２ｍｓ間の信号は、２ｍ先の物体１からの反射波になる。一方、４ｍｓから始まる６．２ｍｓ間の信号、及び１９ｍｓから始まる６．２ｍｓ間の信号は、３．２ｍ先の物体２からの反射波になる。
【００４５】
図７は拡散符号との相関波形である。４ｍｓ、１２ｍｓ、１９ｍｓ、２７ｍｓに相関ピークが見られる。この結果、図７における第１周期（０ｍｓ〜１５ｍｓ）の相関波形は図８（ａ）のようになり、図７における第２周期（１５ｍｓ〜３０ｍｓ）の相関波形は図８（ｂ）のようになる。図８（ａ）（ｂ）より、第１周期及び第２周期ともに、その周期開始から４ｍｓ、１２ｍｓ経過後に夫々相関ピークが見られる。１２ｍｓの相関ピークに基づいて物体までの距離を計算すると、往復時間１２ｍｓ、音速３４０ｍ／ｓとして、物体までの距離は０．０１２×３４０／２≒２ｍとなり、物体１までの距離が正しく計算される。
【００４６】
しかしながら、もう一方の４ｍｓの相関ピークに基づいて物体までの距離を計算すると、０．００４×３４０／２≒０．７ｍと誤認識される。これは、図８（ａ）において現れる４ｍｓの相関ピークは、この周期よりも前に送信した超音波信号が物体２を反射した超音波反射信号の受信であり、図８（ｂ）において現れる４ｍｓのピークは、この周期よりも前に送信した超音波信号（つまり、第１周期の０ｍｓで送信した超音波信号）が、物体２を反射した超音波反射信号の受信であるにもかかわらず、その周期の０ｍｓに送信した超音波信号の反射信号として計算したためである。
【００４７】
（２）の超音波反射信号の受信波形を図９に示す。図１０（ａ）は第１の拡散符号との相関波形であり、図１０（ｂ）は第２の拡散符号との相関波形であり、図１１（ａ）は第１周期の第２の拡散符号との相関波形であり、図１１（ｂ）は第２周期の第１の拡散符号との相関波形である。図１０（ａ）より、第１の拡散符合との相関をとった場合には、４ｍｓと２７ｍｓに相関ピークが見られ、図１０（ｂ）より、第２の拡散符合との相関をとった場合には、１２ｍｓと１９ｍｓに相関ピークが見られる。
【００４８】
第１周期開始から１２ｍｓ経過後の特定時では、図１０（ｂ）に示すように第２の拡散符号の相関波形で相関ピークが見られ、図１０（ａ）に示すように第１の拡散符号の相関波形で相関ピークが見られない。このため、第２超音波信号が特定時（図１０における１２ｍｓ）より前に最後に送信された送信時（図１０における０ｍｓ）から、特定時までの時間差１２ｍｓに基づいて物体までの距離を計算する。すなわち、第１周期では、第２の拡散符号との相関である図１１（ａ）に基づいて物体までの距離を計算する。この場合、往復時間１２ｍｓ、音速を３４０ｍ／ｓとして、物体までの距離は０．０１２×３４０／２≒２ｍとなり、物体１までの距離が正しく計算される。
【００４９】
また、第２周期に基づいて計算する場合は、第１周期開始から２７ｍｓ経過後の特定時（つまり、第２周期開始から１２ｍｓ経過後）では、図１０（ａ）に示すように第１の拡散符号の相関波形で相関ピークが見られ、図１０（ｂ）に示すように第２の拡散符号の相関波形で相関ピークが見られない。このため、第１超音波信号が特定時（図１０における２７ｍｓ）より前に最後に送信された送信時（図１０における１５ｍｓ）から、特定時までの時間差１２ｍｓに基づいて物体までの距離を計算する。すなわち、第２周期では、第１の拡散符号との相関である図１１（ｂ）に基づいて物体までの距離を計算する。このようにして計算すると、遠くの物体２からの反射による誤認識を無くすことができることがわかった。
【００５０】
また、図１０に示すように、相関を２周期分とれば、物体２の位置も計算することができる。第１周期では、４ｍｓにおいてピークが第１の拡散符号の相関波形で現れている。この第１超音波信号の最後の送信時は、第１周期の開始時（図１０における０ｍｓ）ではなく、その前の周期の開始時である。従って、この第１超音波信号の送信時から受信時までの時間差１５＋４＝１９ｍｓに基づいて物体２の位置を計算する。また、第２周期では、１９ｍｓにおいてピークが第２の拡散符号の相関波形で現れているため、この第２超音波信号の最後の送信時（図１０における０ｍｓ）から受信時（図１０における１９ｍｓ）までの時間差１９ｍｓに基づいて物体２の位置を計算する。このように複数周期分の相関をとれば、遠くの物体までの距離も正確に特定することができることがわかった。
【符号の説明】
【００５１】
１    符号化信号生成手段
２    超音波送信手段
３    超音波受信手段
４    演算手段
５    計測手段
Ｏ    物体
【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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