(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波パルス波を間欠的に空間へ送波して障害物からの反射波を受波する送受波器と、該送受波器から送波された超音波パルス波の障害物からの反射波を受波するのみの受波器と、必要な反射波のみを取り出す検知ゲート回路とを備え、前記送受波器から送波された超音波パルス波の反射波の時間遅れに基づいて障害物の有無を検出するようにした超音波センサ装置であって、障害物の存在を検出する送受波器側の閾値レベルを、障害物の存在を検出する受波器側の閾値レベルよりも低く設定した検知回路を設け、
前記検知ゲート回路は、送受波器側の検波信号を取り出す送受波器側検知ゲート回路と、受波器側の検波信号を取り出す受波器側検知ゲート回路とを有し、
前記送受波器側検知ゲート回路は、送波信号の残響振動による受波信号が、前記送受波器側の閾値レベル以下になった場合に検知ゲートを開放し、
前記受波器側検知ゲート回路は、前記送受波器の送波信号による回り込み信号が、前記受波器側の閾値レベル以下になった場合に検知ゲートを開放することを特徴とする超音波センサ装置。
【請求項２】
前記検知ゲート回路は前記送受波器の検知ゲートと前記受波器の検知ゲートとで重ならないように設定されており、前記送受波器の検知ゲートで取り出される検波信号と前記受波器の検知ゲートで取り出される検波信号とを識別処理する信号処理部を設けたことを特徴とする請求項１記載の超音波センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波パルス波を送波するとともに障害物からの反射波を受波して障害物の有無を検出する超音波センサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の超音波センサ装置を示すブロック図である。図７は従来の超音波センサ装置の動作を説明するタイミングチャートであり、図７（ａ）は送波信号、図７（ｂ）は受波信号、図７（ｃ）は検波信号、図７（ｄ）は検知ゲート信号、図７（ｅ）は検波信号と検知ゲート信号との論理積信号、図７（ｆ）は時間軸である。図８は超音波センサ装置の検知エリアを示す説明図である。
【０００３】
従来の超音波センサ装置１は、図６に示すように、基準信号発生回路２と、発振回路３と、送受波器４と、検知回路５と、信号処理部６と、表示部７とを備える。基準信号発生回路２は、パルス状の超音波の送波間隔を設定するための基準信号を発生する。発振回路３は、前記基準信号に基づいた送波間隔で所定周波数の電気振動を間欠的に発生する。送受波器４は、発振回路３の出力を超音波に変換して空中へ送波するとともに、障害物Ａからの反射波を受波する。検知回路５は、送受波器４の出力から障害物Ａからの反射波による信号成分を取り出し、障害物Ａの反射波が予め設定された所定時間範囲Ｔc 内で、且つ予め設定された閾値レベルＴh0より大きいか否か検出する。信号処理部６は、検知回路５の出力から検知エリア内に障害物Ａが存在するか否かを判断する。表示部７は、信号処理部６が検知エリア内に障害物Ａが存在すると判断したときにその旨の表示を行う。
【０００４】
検知回路５は受波回路５ａと検知ゲート回路５ｂとゲート制御回路５ｃとを備える。受波回路５ａは、送受波器４の出力する受波信号が閾値レベルＴh0より大きい場合にのみHighになる検波信号を出力する。検知ゲート回路５ｂは、受波回路５ａの出力する検波信号のうち、所定時間範囲Ｔc 内の検波信号のみを通過させる。ゲート制御回路５ｃは、基準信号発生回路２の出力に基づいて、検知ゲート回路５ｂを開放する時間範囲Ｔc を制御する。
【０００５】
上述のような従来の超音波センサ装置１にあっては、発振回路３は図７（ａ）に示すようにバースト信号を時刻ｔ0 から時刻ｔ1 まで送受波器４へ入力する。すると、送受波器４の超音波振動子は時刻ｔ0 から振動を開始するものの、図７（ｂ）に示すように、時刻ｔ1 が過ぎてからも送受波器４の超音波振動子の残響振動が残り、送受波器４の受波信号Ｗs が閾値レベルＴh0を下回るには時間がかかり、受波回路５ａは図７（ｃ）に示すような検波信号Ｋs を出力する。そのため、検知ゲート回路５ｂは、図７（ｄ）に示すように、前記残響振動による受波信号Ｗs が閾値レベルＴh0を下回って以降の、時刻ｔ2 にしか検知ゲートを開くことができない。
【０００６】
いま、超音波センサ装置１の送受波器４と障害物Ａとの距離をＬ、音速をＣとした場合、送波した超音波は障害物Ａに反射して２Ｌ／Ｃ秒後に反射波として返ってきて、図７（ｂ）に示す受波信号Ｗa として送受波器４に受波される。そして、この障害物Ａからの反射波の受波信号Ｗa は、受波回路５ａから図７（ｃ）に示すように検波信号Ｋa として出力され、この検波信号Ｋa が図７（ｄ）に示すように検知ゲート回路５ｂの開いている時刻ｔ2 から時刻ｔ3 までの間にあれば、検知ゲート回路５ｂは、図７（ｅ）に示すように、受波回路５ａの検波信号と検知ゲート回路５ｂの検知ゲート信号との論理積信号Ｐa を、信号処理部６へ出力する。そして、信号処理部６は障害物Ａを検出した旨の表示信号を表示部７へ出力し、表示部７はその旨を表示する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、送受波器４と障害物Ａとの距離Ｌが短くなればなるほど、障害物Ａからの反射波の受波信号Ｗa と残響振動による受波信号Ｗs とが近接してくる。しかし、検知ゲートは、残響振動による受波信号Ｗs のために、時刻ｔ2 より後にしか開くことができないため、送受波器４と障害物Ａとの距離ＬがＣ・（ｔ2 −ｔ0 ）／２よりも近いところは、図８に示すように死角Ｄになってしまい、検知エリアＢは制限され、現在のところ約２０ｃｍ以下に接近する障害物Ａは検出できないという問題点があった。
【０００８】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、近距離の障害物であっても検出できる近距離障害物検出能力を向上せしめた、優れる超音波センサ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の問題点を解決するため、請求項１記載の発明にあっては、超音波パルス波を間欠的に空間へ送波して障害物からの反射波を受波する送受波器と、該送受波器から送波された超音波パルス波の障害物からの反射波を受波するのみの受波器と、必要な反射波のみを取り出す検知ゲート回路とを備え、前記送受波器から送波された超音波パルス波の反射波の時間遅れに基づいて障害物の有無を検出するようにした超音波センサ装置であって、障害物の存在を検出する送受波器側の閾値レベルを、障害物の存在を検出する受波器側の閾値レベルよりも低く設定した検知回路を設け、検知ゲート回路は、送受波器側の検波信号を取り出す送受波器側検知ゲート回路と、受波器側の検波信号を取り出す受波器側検知ゲート回路とを有し、送受波器側検知ゲート回路は、送波信号の残響振動による受波信号が、送受波器側の閾値レベル以下になった場合に検知ゲートを開放し、受波器側検知ゲート回路は、送受波器の送波信号による回り込み信号が、受波器側の閾値レベル以下になった場合に検知ゲートを開放することを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明にあっては、前記検知ゲート回路は前記送受波器の検知ゲートと前記受波器の検知ゲートとで重ならないように設定されており、前記送受波器の検知ゲートで取り出される検波信号と前記受波器の検知ゲートで取り出される検波信号とを識別処理する信号処理部を設けたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る超音波センサ装置の一実施の形態を図１〜図４に基づいて詳細に説明する。図１は超音波センサ装置を示すブロック図である。図２は超音波センサ装置の障害物が比較的遠方にある場合の動作を説明するタイミングチャートであり、図２（ａ）は送波信号、図２（ｂ）は送受波器の受波信号、図２（ｃ）は送受波器の受波信号の検波信号、図２（ｄ）は送受波器側の検知ゲート信号、図２（ｅ）は送受波器の受波信号の検波信号と送受波器側の検知ゲート信号との論理積信号、図２（ｆ）は受波器の受波信号、図２（ｇ）は受波器の受波信号の検波信号、図２（ｈ）は受波器側の検知ゲート信号、図２（ｉ）は受波器の受波信号の検波信号と受波器側の検知ゲート信号との論理積信号、図２（ｊ）は時間軸である。図３は超音波センサ装置の障害物が近距離にある場合の動作を説明するタイミングチャートであり、図３（ａ）は送波信号、図３（ｂ）は送受波器の受波信号、図３（ｃ）は送受波器の受波信号の検波信号、図３（ｄ）は送受波器側の検知ゲート信号、図３（ｅ）は送受波器の受波信号の検波信号と送受波器側の検知ゲート信号との論理積信号、図３（ｆ）は受波器の受波信号、図３（ｇ）は受波器の受波信号の検波信号、図３（ｈ）は受波器側の検知ゲート信号、図３（ｉ）は受波器の受波信号の検波信号と受波器側の検知ゲート信号との論理積信号、図３（ｊ）は時間軸である。図４は超音波センサ装置の検知エリアを示す説明図、図５は超音波センサ装置の受波器側の閾値レベルを高くした場合の検知エリアを示す説明図である。なお、図１に示す超音波センサ装置にあっては、従来の技術で図６を用いて説明した超音波センサ装置と同等な個所には、同じ符号を付してある。
【００１２】
この超音波センサ装置１は、図１に示すように、基準信号発生回路２と、発振回路３と、送受波器４と、受波器４１と、検知回路５と、信号処理部６と、表示部７とを備える。基準信号発生回路２は、パルス状の超音波の送波間隔を設定するための基準信号を発生する。発振回路３は、前記基準信号に基づいた送波間隔で所定周波数の電気振動を間欠的に発生する。送受波器４は、発振回路３の出力を超音波に変換して空中へ送波するとともに、障害物Ａからの反射波を受波する。受波器４１は、受波専用のもので、送受波器４と並べて配設されて、障害物Ａからの反射波を受波する。
【００１３】
検知回路５は、受波回路５ａ，５１ａと、検知ゲート回路５ｂ，５１ｂと、ゲート制御回路５ｃとを備える。受波回路５ａは、送受波器４の出力する受波信号が閾値レベルＴh0より大きい場合にのみHighになる検波信号を出力する。受波回路５１ａは、受波器４１の出力する受波信号が閾値レベルＴh1より大きい場合にのみHighになる検波信号を出力する。なお、閾値レベルＴh0，Ｔh1の関係は、Ｔh1＞Ｔh0とされている。
【００１４】
検知ゲート回路５ｂは、受波回路５ａの出力する検波信号のうち、送受波器側の検知ゲートに相当する所定時間範囲Ｔc 内の、検波信号のみを通過させる。検知ゲート回路５１ｂは、受波回路５１ａの出力する検波信号のうち、受波器側の検知ゲートに相当する所定時間範囲Ｔb 内の、検波信号のみを通過させる。ゲート制御回路５ｃは、基準信号発生回路２の出力に基づいて、検知ゲート回路５ｂを開放する時間範囲Ｔc と検知ゲート回路５１ｂを開放する時間範囲Ｔb とを制御する。
【００１５】
上述のような従来の超音波センサ装置にあっては、発振回路３は図２（ａ）に示すようにバースト信号を時刻ｔ0 から時刻ｔ1 まで送受波器４へ入力する。すると、送受波器４の超音波振動子は時刻ｔ0 から振動を開始するものの、図２（ｂ）に示すように、時刻ｔ1 が過ぎてからも送受波器４の超音波振動子の残響振動が残り、送受波器４の受波信号Ｗs が閾値レベルＴh0を下回るには時間がかかり、受波回路５ａは図２（ｃ）に示すような検波信号Ｋs を出力する。そのため、検知ゲート回路５ｂは、図２（ｄ）に示すように、前記残響振動による受波信号Ｗs が閾値レベルＴh0を下回って以降の、時刻ｔ3 にしか検知ゲートを開くことができない。
【００１６】
また、受波器４１にあっては、近接して並べて配設されている送受波器４の影響を受けて、送受波器４の送波する超音波の中の回り込み成分を図２（ｆ）に示すように受波信号Ｗd として受波し、この受波器４１の受波した受波信号Ｗd は、受波回路５１ａから図２（ｇ）に示すように検波信号Ｋd として出力される。そのため、検知ゲート回路５１ｂは、図２（ｈ）に示すように、前記受波信号Ｗd が閾値レベルＴh1を下回って以降の、時刻ｔ2 にしか検知ゲートを開くことができない。
【００１７】
しかしながら、受波器４１の受波する受波信号Ｗd は、送受波器４の送波する超音波の中の回り込み成分であり、受波レベルはそれほど強くなく残響振動も殆ど生じないので、仮に閾値レベルＴh1＝Ｔh0であったとしても、送受波器４の残響振動による受波信号Ｗs が閾値レベルＴh0を下回るよりも速やかに閾値レベルＴh1を下回ることができる。従って、障害物Ａからの反射波を受波することをもって近距離に位置する障害物Ａを検出することに対しては、送受波器４よりも受波器４１の方が適しているということができる。
【００１８】
しかも、障害物Ａからの反射波の音圧レベルは、障害物Ａが近距離にあればあるほど強くなることから、閾値レベルＴh1を高めることによって感度を鈍らせても障害物Ａの反射波の検出は充分可能であって、閾値レベルＴh0，Ｔh1の関係をＴh1＞Ｔh0とすることによって、検知ゲート回路５１ｂの検知ゲートを開く時刻ｔ2 を早めることが可能で、更に近距離の障害物Ａを検出可能にできる。
【００１９】
なお、この超音波センサ装置１のゲート制御回路５ｃは、基準信号発生回路２の出力に基づいて、時刻ｔ2 から時刻ｔ3 までのＴb 期間のみ検知ゲート回路５１ｂの検知ゲートを開放するとともに、時刻ｔ3 から時刻ｔ4 までのＴc 期間のみ検知ゲート回路５ｂの検知ゲートを開放するようにされている。このときの超音波センサ装置１の検知エリアＢは図４に示すようになり、死角Ｄの領域が狭まり検知エリアＢ2 だけ広がるのであり、検知エリアＢ1 を送受波器４と受波回路５ａと検知ゲート回路５ｂとが受け持ち、検知エリアＢ2 を受波器４１と受波回路５１ａと検知ゲート回路５１ｂとが受け持つことになる。
【００２０】
いま、超音波センサ装置の送受波器４と障害物Ａとの距離をＬ、音速をＣとした場合、送波した超音波は障害物Ａに反射して２Ｌ／Ｃ秒後に反射波として返ってきて、距離Ｌが比較的遠方であるとすると、図２（ｂ）に示すように送受波器４に受波信号Ｗa として受波されるとともに、図２（ｆ）に示すように受波器４１にも受波信号Ｗa として受波される。
【００２１】
そして、送受波器４に受波された障害物Ａからの反射波の受波信号Ｗa は、受波回路５ａから図２（ｃ）に示すように検波信号Ｋa として出力され、この検波信号Ｋa が図２（ｄ）に示すように検知ゲート回路５ｂの開いている時刻ｔ3 から時刻ｔ4 までの間にあるので、検知ゲート回路５ｂは、図２（ｅ）に示すように、受波回路５ａの検波信号と検知ゲート回路５ｂの検知ゲート信号との論理積信号Ｐa を、信号処理部６へ出力できる。
【００２２】
一方、受波器４１に受波された障害物Ａからの反射波の受波信号Ｗa は、受波回路５１ａから図２（ｇ）に示すように検波信号Ｋa として出力されるものの、この検波信号Ｋa が図２（ｈ）に示すように検知ゲート回路５１ｂの開いている時刻ｔ2 から時刻ｔ3 までの間にないので、検知ゲート回路５１ｂは、図２（ｉ）に示すように、受波回路５１ａの検波信号と検知ゲート回路５１ｂの検知ゲート信号との論理積信号を、信号処理部６へ出力できない。
【００２３】
そして、信号処理部６は、検知ゲート回路５１ｂからではなく検知ゲート回路５ｂから、障害物Ａを検出した旨の論理積信号Ｐa を受けたことに基づいて、表示信号を表示部７へ出力し、表示部７は遠方側の検知エリアＢ1 に障害物Ａのある旨を表示できる。
【００２４】
また、超音波センサ装置の送受波器４と障害物Ａとの距離をＬ、音速をＣとした場合、送波した超音波は障害物Ａに反射して２Ｌ／Ｃ秒後に反射波として返ってきて、距離Ｌが近距離であるとすると、図３（ｂ）に示すように送受波器４に受波信号Ｗsaとして受波されるとともに、図３（ｇ）に示すように受波器４１に受波信号Ｗa として受波される。
【００２５】
そして、送受波器４に受波された障害物Ａからの反射波の受波信号Ｗsaは、受波回路５ａから図３（ｃ）に示すように検波信号Ｋsaとして出力されるものの、この検波信号Ｋsaは図３（ｄ）に示すように検知ゲート回路５ｂの開いている時刻ｔ3 から時刻ｔ4 までの間にない。従って、検知ゲート回路５ｂは、図３（ｅ）に示すように、受波回路５ａの検波信号と検知ゲート回路５ｂの検知ゲート信号との論理積信号を、信号処理部６へ出力できない。
【００２６】
一方、受波器４１に受波された障害物Ａからの反射波の受波信号Ｗa は、受波回路５１ａから図３（ｇ）に示すように検波信号Ｋa として出力されるものの、この検波信号Ｋa が図３（ｈ）に示すように検知ゲート回路５１ｂの開いている時刻ｔ2 から時刻ｔ3 までの間にある。従って、検知ゲート回路５１ｂは、図３（ｉ）に示すように、受波回路５１ａの検波信号と検知ゲート回路５１ｂの検知ゲート信号との論理積信号Ｐa を、信号処理部６へ出力できる。
【００２７】
そして、信号処理部６は、検知ゲート回路５ｂからではなく検知ゲート回路５１ｂから、障害物Ａを検出した旨の論理積信号Ｐa を受けたことに基づいて、表示信号を表示部７へ出力し、表示部７は近傍側の検知エリアＢ2 に障害物Ａのある旨を表示できる。
【００２８】
上述のような超音波センサ装置１にあっては、従来のものは２０ｃｍ以内が死角Ｄになり障害物Ａの識別が充分でなかったのが、死角Ｄが７〜１０ｃｍに改善された。
【００２９】
なお、上述の実施の形態にあっては、閾値レベルＴh0，Ｔh1の関係をＴh1＞Ｔh0とすることによって、検知ゲート回路５１ｂの検知ゲートを開く時刻ｔ2 を早めて近距離の障害物Ａの識別を可能にしているが、受波回路５１ａの内蔵する増幅器（図示せず）の増幅率を、受波回路５ａの内蔵する増幅器（図示せず）の増幅率より低くして、閾値レベルＴh0，Ｔh1の関係はＴh1＝Ｔh0にしても原理上同じことになり、同様の作用効果を得ることが可能である。
【００３０】
つまり、閾値レベルＴh0，Ｔh1を高めることと、受波回路５ａ，５１ａの内蔵する増幅器の増幅率を低めることとは同義であり、感度を鈍らせることであり、本発明は、受波回路５１ａの経路の感度を、受波回路５ａの経路の感度よりも鈍らせることをも含むものである。
【００３１】
また、上述のような超音波センサ装置１にあっては、閾値レベルＴh0，Ｔh1を異ならしめたり、受波回路５ａ，５１ａの内蔵する増幅器の増幅率を異ならしめたりすることによって、図５に示すように近距離の検知エリアＢ2 のみを小さくするというような検知エリア制御を行なうことも可能である。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、超音波センサ装置の送受波器の送波時の残響振動の影響を受けることがなくなり、且つ、従来の遠距離の検知性能を損なうことなく、障害物の近距離識別能力の向上した、優れる超音波センサ装置を提供できるという効果を奏する。
【００３３】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて更に、障害物の存在が検知エリアの中の遠方領域に位置するかそれとも近距離領域に位置するかを識別できて使い勝手の良い、優れる超音波センサ装置を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施の形態の超音波センサ装置を示すブロック図である。
【図２】上記超音波センサ装置の障害物が比較的遠方にある場合の動作を説明するタイミングチャートである。
【図３】上記超音波センサ装置の障害物が近距離にある場合の動作を説明するタイミングチャートである。
【図４】上記超音波センサ装置の検知エリアを示す説明図である。
【図５】上記超音波センサ装置の受波器側の閾値レベルを高くした場合の検知エリアを示す説明図である。
【図６】従来の超音波センサ装置を示すブロック図である。
【図７】上記超音波センサ装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図８】上記超音波センサ装置の検知エリアを示す説明図である。
【符号の説明】
１            超音波センサ装置
４            送受波器
４１          受波器
５            検知回路
５ａ          検知ゲート回路
５１ａ        検知ゲート回路
Ａ            障害物
Ｔb           受波器側の検知ゲート
Ｔc           送受波器側の検知ゲート
Ｔh0          送受波器側の閾値レベル
Ｔh1          受波器側の閾値レベル
【図１】
0003804281.tif 000002
【図２】
0003804281.tif 000003
【図３】
0003804281.tif 000004
【図４】
0003804281.tif 000005
【図５】
0003804281.tif 000006
【図６】
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【図７】
0003804281.tif 000008
【図８】
0003804281.tif 000009