(57)【要約】【課題】距離計測環境内外のノイズによる影響や、障害物となる他の物体の影響を回避して測距の信頼性を高めるとともに、より遠距離の物体まで測距可能とする。【解決手段】例えば２つの周波数で周波数偏移変調した超音波信号である送信信号を超音波送波器から送信し、物体からの反射信号を含む受信信号を超音波受波器で受信し、受信信号の周波数偏移を検出するとともに、そのタイミングｔ１と送信タイミングｔ０との時間差ΔＴに基づいて物体までの距離を検知する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数偏移変調した超音波信号である送信信号を超音波送波器で送信する手段と、
前記送信信号の物体からの反射信号を含む受信信号を超音波受波器で受信するとともに当該受信信号の周波数偏移を検出する周波数偏移検出手段と、
前記送信信号の周波数偏移のタイミングと前記受信信号の周波数偏移のタイミングとの差に基づいて物体までの距離を検知する距離検知手段と、
を備えたことを特徴とする超音波計測装置。
【請求項２】
前記周波数偏移検出手段は、前記周波数偏移変調で採り得る複数の周波数信号と前記受信信号との相関値を求めるとともに、当該相関値の変化するタイミングを前記周波数偏移のタイミングとして検出する、請求項１に記載の超音波計測装置。
【請求項３】
前記超音波送波器と前記超音波受波器とは個別に備え、
前記送信信号は前記周波数偏移を繰り返す連続信号である、請求項１または２に記載の、超音波計測装置。
【請求項４】
前記周波数偏移変調で採り得る周波数は３つ以上である、請求項１〜３のいずれかに記載の超音波計測装置。
【請求項５】
前記超音波受波器は平面上の互いに異なった位置に複数備え、前記周波数偏移検出手段は前記複数の超音波受波器で受信した受信信号についてそれぞれ周波数偏移を検出し、前記距離検知手段は、前記送信信号の周波数偏移のタイミングと前記複数の超音波受波器で受信した受信信号の周波数偏移のタイミングとの差に基づいて、前記超音波送波器と前記各超音波受波器とを焦点とする複数の楕円の交点を物体の平面上の位置として検知する、請求項１〜４のいずれかに記載の超音波計測装置。
【請求項６】
前記超音波受波器は三次元空間上の互いに異なった位置に複数備え、前記周波数偏移検出手段は前記複数の超音波受波器で受信した受信信号についてそれぞれ周波数偏移を検出し、前記距離検知手段は、前記送信信号の周波数偏移のタイミングと前記複数の超音波受波器で受信した受信信号の周波数偏移のタイミングとの差に基づいて、前記超音波送波器と前記各超音波受波器とを焦点とする複数の回転楕円体の交点を三次元空間上の物体の位置として検知する、請求項１〜４のいずれかに記載の超音波計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、物体に対して超音波信号の送受信を行い、送受信の時間差に基づいて物体までの距離等を計測する超音波計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波距離計測装置は、一般に、受信した反射信号の強度が所定の検出レベルに達した時、反射波を検知したものと判断し、そのタイミングと送信信号の送信タイミングとの時間差に基づいて距離を計測するように構成されている。
【０００３】
また、単に受信信号強度が所定のしきい値を超えるタイミングを検出するだけでは騒音（音響的ノイズ）や外部からの不要輻射や信号ラインに重畳される雑音（電気的ノイズ）の影響を受けて信頼性の高い距離計測ができない。この問題を解消するものとして特許文献１〜３が開示されている。
【０００４】
特許文献１の装置は、送信信号を周波数拡散変調することによって雑音の影響を排除し得る広い周波数帯域を用いる。また、そのために共振周波数や共鳴周波数を変化させることのできる超音波振動子を用いる。
【０００５】
特許文献２の装置は、誤検出を避けるために、ＦＭ変調を行ったり、ＩＤ番号を重畳させたり、バースト波を複数にすること等によって送信信号を特徴付けるものである。
【０００６】
特許文献３の装置は、受信信号を、その信号レベルに係わらず大きな利得で雑音とともに増幅し、増幅後の信号から、送信信号の周波数成分のみを抽出すことによって受信信号を再生するものである。
【特許文献１】特許第３８１０４３０号公報
【特許文献２】特開平９−２１８６９号公報
【特許文献３】特表２００７−５００３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが上記いずれの超音波距離計測装置においても次に述べるような問題があった。
【０００８】
特許文献１の装置では、共振周波数や共鳴周波数を変化させるための特殊な超音波振動子が必要となる。また共振周波数や共鳴周波数を変化させるための制御回路が必要であり、装置が全体に複雑化する。
【０００９】
特許文献２の装置では、送信信号に重畳された識別符号等を少なくとも１ワード全て受信できなければ測距ができない。そのため短時間での測距が困難であり、また連続して安定な信号を送受信できなければ距離計測ができない。また、受信回路に相互相関演算等を処理するための複雑な回路またはＣＰＵによる複雑な処理が必要となり、全体に低コストに構成することができない。
【００１０】
特許文献３の装置では、増幅器が発生する雑音は一般的に広い周波数帯域を持つ白色雑音であり、雑音の中に送信信号の周波数成分を含む可能性が高いため誤検出するおそれがある。
【００１１】
また、前述のノイズによる影響が単に信頼性を低下させるだけでなく、測距可能距離を短縮化してしまうという側面を持っている。しかし、特許文献１〜３のいずれも長距離計測を目的としていない。すなわち、ノイズに起因して信頼性の低下および測距可能距離の短縮化が生じるが、特許文献１〜３の信頼性（精度）を高める手法が測距距離を延ばすことに繋がらない。
【００１２】
また、ある障害物に隣接して物体が存在する場合、受信信号強度の包絡線の立ち上がりで反射信号のタイミングを検出する従来の方法によれば、障害物からの反射信号の影響を受けて、物体からの反射波の包絡線の立ち上がりが消失することも生じる。そのため、距離が近接する他の大きな物体の影響を受けやすい、という問題もあった。
【００１３】
そこで、この発明の目的は、距離計測環境内外のノイズによる影響や、障害物となる他の物体の影響や、障害物となる他の物体の影響を回避して測距の信頼性を高めるとともに測距可能距離を延ばした超音波計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明の超音波計測装置は次のように構成する。
（１）周波数偏移変調（ＦＳＫ）した超音波信号である送信信号を超音波送波器で送信する手段と、前記送信信号の物体からの反射信号を含む受信信号を超音波受波器で受信するとともに当該受信信号の周波数偏移を検出する周波数偏移検出手段と、前記送信信号の周波数偏移のタイミングと前記受信信号の周波数偏移のタイミングとの差に基づいて物体までの距離を検知する距離検知手段と、を備えたことを特徴としている。ここで、超音波送波器と超音波受波器は単一の超音波送受波器で兼ねてもよい。
【００１５】
この構成により、送信信号が周波数偏移変調（ＦＳＫ）した超音波信号であるので、例えば単純に２つの周波数に偏移させるだけでよく、広帯域に亘って共振する超音波送波器を用いる必要がない。周波数偏移検出手段は、受信信号の周波数偏移のタイミングを検出するだけであるので、簡単な回路構成で済む。したがって全体に簡単な構成であるにもかかわらず長距離測定が可能となる。
【００１６】
受信信号の強度が所定の検出レベルに達するか否かだけを検出するのではなく、周波数偏移のタイミングを検出するので、周波数軸上でのランダム性の高いノイズの影響を強く受けることがない。また特定の周波数成分を備えたノイズがあってもその影響を受け難くい。そのため、受信信号レベルが低下する長距離の物体からの反射信号についても周波数偏移のタイミングが検出できるので結果的に長距離計測が可能となる。
【００１７】
すなわち、反射信号の包絡線の立ち上がりが検出できなくても、また送信信号に重畳されている情報の全てが受信できなくても測距が可能であるので、このことが長距離計測に寄与する。
【００１８】
（２）前記周波数偏移検出手段は、例えば前記周波数偏移変調で採り得る複数の周波数信号と前記受信信号との相関値を求めるとともに、当該相関値の変化するタイミングを前記周波数偏移のタイミングとして検出する。
【００１９】
このように送信信号に含まれる周波数成分は既知であるので、その周波数信号と受信信号との相関値を求めることによって、例えばＦＦＴ等に比べて簡単な回路構成または簡単な演算処理によって周波数偏移を検出することができる。
【００２０】
（３）前記超音波送波器と前記超音波受波器とは個別に備えて、送信信号が周波数偏移を繰り返す連続信号であってもよい。
このような構成とすることにより、超音波送波器の残響による悪影響を排除することができる。
【００２１】
（４）前記周波数偏移変調で採り得る周波数は３つ以上であってもよい。
このことにより、周波数偏移のパターンが偶然一致するようなノイズが発生する確率がさらに低くなり、誤検知が低減できる。
【００２２】
（５）前記超音波受波器は平面上の互いに異なった位置に複数備え、前記周波数偏移検出手段は前記複数の超音波受波器で受信した受信信号についてそれぞれ周波数偏移を検出し、前記距離検知手段は、前記送信信号の周波数偏移のタイミングと前記複数の超音波受波器で受信した受信信号の周波数偏移のタイミングとの差に基づいて、前記超音波送波器と前記各超音波受波器とを焦点とする複数の楕円の交点を物体の平面上の位置として検知するように構成してもよい。
【００２３】
この構成により、単なる一次元の距離だけでなく、計測装置に対する物体の相対的な位置を計測することができる。
【００２４】
なお、超音波送波器と受波器を兼用している場合のように、同じ位置で送受波を行う場合には二つの焦点が重なるので、上記「楕円」は「円」となる。
【００２５】
（６）前記超音波受波器は三次元空間上の互いに異なった位置に複数備え、前記周波数偏移検出手段は前記複数の超音波受波器で受信した受信信号についてそれぞれ周波数偏移を検出し、前記距離検知手段は、前記送信信号の周波数偏移のタイミングと前記複数の超音波受波器で受信した受信信号の周波数偏移のタイミングとの差に基づいて、前記超音波送波器と前記各超音波受波器とを焦点とする複数の回転楕円体の交点を三次元空間上の物体の位置として検知するように構成してもよい。
【００２６】
この構成により、計測装置に対する物体の三次元空間上の相対的な位置を計測することができる。
【００２７】
なお、超音波送波器と受波器を兼用している場合のように、同じ位置で送受波を行う場合には二つの焦点が重なるので、上記「回転楕円体」は「球」となる。
【発明の効果】
【００２８】
この発明によれば、広帯域に亘って共振する超音波送波器を用いる必要がなく、また簡単な回路構成で受信タイミングを検出できる。また、周波数軸上でのランダム性の高いノイズの影響を強く受けることがなく、特定の周波数成分を備えたノイズがあってもその影響を受け難い。さらに、反射信号の包絡線の立ち上がりが検出できなくても、また送信信号に重畳されている情報の全てが受信できなくても測距が可能である。これらによって全体に簡単な構成であるにもかかわらず長距離測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係る超音波計測装置１０１のブロック図である。図１において、送信信号生成部１１は、後に示す２つの周波数で周波数偏移変調（ＦＳＫ）したバースト波信号を発生する。送信アンプ１２は送信信号生成部１１が生成した上記バースト信号を増幅して超音波送受波器１８を駆動する。これにより超音波信号が送信され、物体で反射した反射信号を受けることになる。受信アンプ１５は超音波送受波器１８が受信した受信信号を増幅する。Ａ／Ｄコンバータ１６は、受信アンプ１５で増幅された信号をディジタルデータ列に変換する。信号処理部１７は、送信信号生成部１１が発生した送信タイミング信号とＡ／Ｄコンバータ１６から出力されるディジタルデータ列とに基づいて周波数偏移のタイミングと上記送信タイミングとの時間差に基づいて超音波送受波器１８から物体までの距離を求める。
【００３０】
上記超音波送受波器１８には中心周波数が例えば４０ｋＨｚの送受信兼用超音波センサ（株式会社村田製作所製  ＭＡ４０ＭＣ１０−Ｂなど）を用いる。送信信号生成部１１および信号処理部１７はＦＰＧＡ，ＡＳＩＣ等のロジックにより構成しても、ＣＰＵ等のソフトウェアにより構成してもよい。
【００３１】
図２は前記送信信号と変調信号との関係を示す波形図である。図１に示した送信信号生成部１１は図２に示すように、４５ｋＨｚの矩形波１０波長と３５ｋＨｚの１０波長とで１つのバースト信号にしたものを送信信号として生成する。
【００３２】
このような矩形波信号は、制御電圧によって発振周波数が変化する電圧制御発振器を用いて生成する。図２に示す変調信号は上記制御電圧の信号である。
【００３３】
なお、前記送受信兼用超音波センサの性能から、測距可能距離が高々２０ｍであったとすると、反射波が到達する時間は１２０ｍｓ未満である。そのため、バースト信号を１２０ｍｓ間隔をおいて送出することにより、反射波を受信できなかった場合に、次の反射波を受信しても、伝搬時間が１２０ｍｓ以上と検出されたときには、「検出できなかった」と判定することにより、伝搬時間の誤検出を防ぐことができる。
【００３４】
図３は信号処理部１７の構成を示すブロック図である。図３において、ローパスフィルタ２１は、図１に示したＡ／Ｄコンバータ１６から出力されるデータ列（Ａ／Ｄ変換値）をディジタル信号処理によってローパスフィルタリングを行う。このローパスフィルタの遮断周波数は４５ｋＨｚより高く設定している。４５ｋＨｚ相関器２２ａは、ローパスフィルタ２１でフィルタリングされた信号（データ列）と４５ｋＨｚ信号との相関値を求める。３５ｋＨｚ相関器２２ｂは、ローパスフィルタ２１でフィルタリングされた信号（データ列）と３５ｋＨｚ信号との相関値を求める。
【００３５】
なお、上記ローパスフィルタ２１の代わりに、３５ｋＨｚ，４５ｋＨｚを含む周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタを設けてもよい。
【００３６】
比較器２３は上記４５ｋＨｚ相関器２２ａにより求められた相関値（以下４５ｋＨｚ相関値という。）と３５ｋＨｚ相関器２２ｂにより求められた相関値（以下３５ｋＨｚ相関値という。）との差分を求める。
【００３７】
しきい値処理部２４は、比較器２３が求めた差分値が予め定めたしきい値を超えるか否かを判定し、その結果を伝搬時間・距離計算処理部２５へ与える。
【００３８】
上記４５ｋＨｚ相関器２２ａ、３５ｋＨｚ相関器２２ｂ、比較器２３、およびしきい値処理部２４が、この発明に係る「周波数偏移検出手段」に相当する。
【００３９】
伝搬時間・距離計算処理部２５は、しきい値処理部２４から信号が出力されたタイミングと送信タイミングとの時間差に基づいて物体までの距離を求め、これを距離情報としてホスト装置へ出力する。または時間差情報のまま出力する。この伝搬時間・距離計算処理部２５がこの発明に係る「距離検知手段」に相当する。
【００４０】
上記相関値の大小関係の入れ替わりは、定常的に存在する白色雑音により常に発生するが、上記しきい値処理により、２つの相関値の変化が小さいときは、それが無視されるので、白色雑音などによる誤検知を軽減できる。
【００４１】
図４は図３に示した２つの相関器２２ａ，２２ｂの構成を示すブロック図である。この例では、Ａ／Ｄ変換値に対して、検出しようとする周波数と同じ周波数のｓｉｎ波とｃｏｓ波の信号とを乗算し、それの加算値を相関値とする。上記ｓｉｎ波およびｃｏｓ波は、予め１波長分の値をテーブルとして備えて、カウンタの値によって、各位相での値を読み出すことによって発生する。
【００４２】
このように相関器によって処理を行うことで、ＦＦＴ等と比較して演算量の少ない方法で変化点を検出することが可能である。
【００４３】
図５は図１に示した超音波送受波器１８が受信する受信信号（Ａ／Ｄ変換値）と前記２つの相関器による相関値をそれぞれ波形として表したものである。
この２つの相関値のうち実線は４５ｋＨｚ相関値、破線は３５ｋＨｚ相関値である。ここでｆは４０ｋＨｚ、Δｆは５ｋＨｚである。
【００４４】
この図５に示すように、受信信号が４５ｋＨｚ（ｆ＋Δｆ）である時、４５ｋＨｚ相関値が３５ｋＨｚ相関値より大きくなる。逆に、受信信号が３５ｋＨｚである時、３５ｋＨｚ相関値が４５ｋＨｚ相関値より大きくなる。
【００４５】
したがって受信信号の周波数偏移変調により、周波数が偏移する点（またはその近傍）で２つの相関値の大小関係が反転することになる。この周波数偏移のタイミングと送信信号の周波数偏移のタイミングとの時間差が超音波送受波器から物体までの距離に起因して生じる時間差である。
【００４６】
図６は、その送信信号と２つの相関値の表れ方との関係を示している。送信信号の周波数偏移変調による周波数偏移のタイミングをｔ０、受信信号の周波数偏移のタイミングをｔ１とした時、その時間差ΔＴを信号処理部１７が求める。この時間差ΔＴは超音波送受波器から物体までの距離の比例値であるので、これを計測結果としてホスト装置へ出力するか、または予め定めた係数を乗じてホスト装置へ出力する。
【００４７】
図１に示した送信信号生成部１１および信号処理部１７をＦＰＧＡで構成して効果を検証したところ、測距可能距離は、従来方式である包絡線の検出による測距よりも約１６％延びた。
【００４８】
また、目的の物体が障害物に隣接していても、従来の包絡線の立ち上がりを受信タイミングとして検出する方法にくらべて、両者の分離が容易であるため、目的の物体をより的確に検知できるようになった。
【００４９】
《第２の実施形態》
図７は第２の実施形態に係る超音波計測装置１０２のブロック図である。第１の実施形態で図１に示したものと異なるのは、超音波送波器１３と超音波受波器１４を別個に設けている点である。第１の実施形態で示したように、送信信号がバースト波である場合には送受共用の超音波送受波器１８を用いることができたが、第２の実施形態では、送信信号はバースト波ではなく連続波としている。
【００５０】
図８は、図７に示した信号処理部１７での処理で求めた相関値と受信信号との関係等を波形で表したものである。また相関値のうち実線は（ｆ＋Δｆ）相関値、破線は（ｆ−Δｆ）相関値である。（ｆ＋Δｆ）相関値が（ｆ−Δｆ）相関値より大きい状態から反転するタイミングｔａを受信信号の周波数偏移のタイミング（受信タイミング）として検出する。
【００５１】
この例では、（ｆ−Δｆ）相関値が（ｆ＋Δｆ）相関値より大きい状態から反転するタイミングｔｂは距離計測のためには用いない。
【００５２】
《第３の実施形態》
図９は第３の実施形態に係る超音波計測装置１０３の信号処理部の構成を示すブロック図である。超音波計測装置全体の構成は、第１の実施形態で図１に示したものと同様である。
【００５３】
図９においてバンドパスフィルタ２６は、受信信号のＡ／ＤコンバータによるＡ／Ｄ変換値に対して、送信信号周波数が含まれる周波数帯域を通過させ、その他の不要な周波数成分を除去するフィルタである。
【００５４】
この第３の実施形態では３つの周波数に周波数偏移変調を行うので、その３つの周波数に対応した４４ｋＨｚ相関器２２ａ、４０ｋＨｚ相関器２２ｃ、および３６ｋＨｚ相関器２２ｂを備えている。
【００５５】
比較器２３ａは４０ｋＨｚ相関値と４４ｋＨｚ相関値との差分を求める。しきい値処理部２４ａは上記差分が予め定めたしきい値を超えるか否かの判定を行う。同様に比較器２３ｂは４０ｋＨｚ相関値と３６ｋＨｚ相関値との差分を求める。しきい値処理部２４ｂは上記差分が予め定めたしきい値を超えるか否かの判定を行う。
【００５６】
ＡＮＤゲート２７は上記２つのしきい値処理部２４ａ，２４ｂの判定結果が共にハイレベル、すなわち４４ｋＨｚから４０ｋＨｚへの周波数遷移があり、且つ４０ｋＨｚから３６ｋＨｚへの周波数偏移があった時、そのタイミング（受信タイミング）の信号を伝搬時間・距離計算処理部２５へ出力する。伝搬時間距離計算処理部２５はこの受信タイミングと送信タイミングとの時間差に基づいて超音波送受波器から物体までの距離を求める。
【００５７】
図１０は送信信号の１つのバースト波と受信信号の相関値の変化の例を示すものである。この例では４４ｋＨｚを１０波長、４０ｋＨｚを１０波長、３６ｋＨｚを１０波長とするバースト波を一定間隔で送信する。そのため、受信信号に対して図９に示した３つの相関器で求めた相関値は図１０（Ｂ）に示すように変化する。この３つの相関値の比較によって、４４ｋＨｚ相関値と４０ｋＨｚの相関値の大小関係が反転するタイミングｔ１１と、４０ｋＨｚ相関値は３６ｋＨｚ相関値との大小関係が反転するタイミングｔ１２とをそれぞれ検出する。図９に示したしきい値処理部２４ａの出力はｔ１１で立ち上がり、しきい値処理部２４ｂの出力はｔ１２で立ち上がる。したがってＡＮＤゲート２７の出力はｔ１２でハイレベルとなって、図９に示した伝搬時間・距離計算処理部２５はこのタイミングｔ１２と送信タイミングとの時間差を求める。
【００５８】
なお、第３の実施形態では３つの周波数で周波数偏移する送信信号を用いたが、２つの周波数で周波数偏移させ、且つ周波数偏移のタイミングを１つのバースト波内で２回現れるようにしてもよい。例えば（ｆ−Δｆ）→（ｆ＋Δｆ）→（ｆ−Δｆ）の順に偏移させ、その２回目の周波数偏移のタイミングを受信タイミングとして扱うようにしてもよい。
【００５９】
《第４の実施形態》
図１１は第４の実施形態に係る超音波計測装置１０４のブロック図である。この超音波計測装置１０４は超音波送受波器１８を用いて超音波信号の送受信を行うだけでなく、超音波受波器１４ａ，１４ｂを用いて物体からの反射信号を受信する。すなわち、この超音波計測装置１０４は、１つの超音波信号が物体で反射することによる反射信号を３つの位置で受信するようにしたものである。送信信号生成部１１、送信アンプ１２、超音波送受波器１８、受信アンプ１５ｃ、Ａ／Ｄコンバータ１６ｃの構成は第１の実施形態で図１に示したものと同様である。
【００６０】
受信アンプ１５ａ，１５ｂは超音波受波器１４ａ，１４ｂで物体からの反射信号を受けることによって生じる受信信号を増幅し、Ａ／Ｄコンバータ１６ａ，１６ｂは増幅された受信信号をディジタルデータ列に変換して信号処理部１７へ出力する。
【００６１】
信号処理部１７は、Ａ／Ｄコンバータ１６ａ，１６ｂ，１６ｃからのデータ列と送信信号生成部１１から与えられる送信タイミングの信号とに基づいて物体の三次元空間上の位置を検知する。
【００６２】
図１２はその説明図である。超音波送受波器１８の位置Ｐｏから送信された超音波信号が物体で反射し、超音波受波器１４ａの位置Ｐａで受けるまでの経路長（Ｌｃ＋Ｌａ）は、図１１に示したＡ／Ｄコンバータ１６ａにより変換されたデータ列から受信タイミングを検出し、送信タイミングとの時間差によって求めることができる。したがって超音波送受波器１８と超音波受波器１４ａとをそれぞれ焦点とする回転楕円体Ｏａのどこかの点に物体があるものと見なせる。
【００６３】
同様に、超音波受波器１４ｂの位置Ｐｂで受けるまでの経路長（Ｌｃ＋Ｌｂ）は、図１１に示したＡ／Ｄコンバータ１６ｂにより変換されたデータ列から受信タイミングを検出し、送信タイミングとの時間差によって求めることができる。したがって超音波送受波器１８と超音波受波器１４ｂとをそれぞれ焦点とする回転楕円体Ｏｂのどこかの点に物体があるものと見なせる。
【００６４】
さらに、超音波送受波器１８の位置Ｐｏと物体までの往復経路長（Ｌｃ＋Ｌｃ）は、図１１に示したＡ／Ｄコンバータ１６ｃにより変換されたデータ列から受信タイミングを検出し、送信タイミングとの時間差によって求めることができる。したがって超音波送受波器１８と超音波受波器１８とをそれぞれ焦点とする回転楕円体、すなわち超音波送受波器１８を中心とする球Ｂのどこかの点に物体があるものと見なせる。
【００６５】
これにより、上記２つの回転楕円体Ｏａ，Ｏｂおよび球Ｂの交わる位置に物体が存在するものとして、その位置を検知することができる。
【００６６】
なお、図１２において、直線Ｐｏ−Ｐａと直線Ｐｏ−Ｐｂとは同一直線上にはなく、例えば直交している。そのためＰｏ，Ｐａを焦点とする回転楕円体と、Ｐｏ，Ｐｂを焦点とする回転楕円体Ｏｐとが交わる曲線が生じる。これにさらにＰｏを中心とする球Ｂとが交わって１点が求まる。
【００６７】
図１１に示した信号処理部１７は物体の上記三次元空間上の位置を求めてホスト装置へ出力してもよいし、単に３つの時間差情報のみをホスト装置へ渡し、ホスト装置側で物体の位置を検知するようにしてもよい。
【００６８】
《第５の実施形態》
図１３は第５の実施形態に係る超音波計測装置のブロック図である。この超音波計測装置１０５は、図１１に示した超音波計測装置に対してさらに超音波受波器１４ｃ、受信アンプ１５ｃ、およびＡ／Ｄコンバータ１６ｃを設けたものである。そして、図１１に示した超音波計測装置では超音波送受波器１８を用いているので、送信信号はバースト波にする必要があるが、図１３に示す例では、送信専用の超音波送波器１３を用いているので、第２の実施形態の場合と同様に連続波の送信信号とすることができる。
【００６９】
なお、二次元平面上の物体の位置を求めるだけであるなら、同一平面上に超音波送受波器と１つの超音波受波器のみを用いて、その２つの位置を焦点とする楕円と超音波送受波器の位置を中心とする円との交点を物体の位置として求めることができる。
【００７０】
また、送信専用の超音波送波器と２つの超音波受波器を同一平面上に配置した場合には、その超音波送波器と２つの超音波受波器の位置とをそれぞれ焦点とする２つの楕円の交点を二次元平面上の物体の位置として求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】第１の実施形態に係る超音波計測装置のブロック図である。
【図２】同超音波計測装置における送信信号と変調信号との関係を示す図である。
【図３】同超音波計測装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図４】信号処理部内の相関器の構成を示すブロック図である。
【図５】同超音波計測装置における受信信号と相関値との関係を示す図である。
【図６】同超音波計測装置における送信信号と受信信号の相関値との関係を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係る超音波計測装置のブロック図である。
【図８】同超音波計測装置における受信信号と相関値などとの関係を示す図である。
【図９】第３の実施形態に係る超音波計測装置のブロック図である。
【図１０】同超音波計測装置における送信信号と変調信号との関係、および受信信号と相関値との関係を示す図である。
【図１１】第４の実施形態に係る超音波計測装置のブロック図である。
【図１２】同超音波計測装置での物体の三次元空間上の位置を検知する方法を示す図である。
【図１３】第５の実施形態に係る超音波計測装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００７２】
１３…超音波送波器
１４…超音波受波器
１８…超音波送受波器
１０１〜１０５…超音波計測装置
【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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