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JP2004045188A - 距離測定装置 - Google Patents

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JP2004045188A
JP2004045188A JP2002202486A JP2002202486A JP2004045188A JP 2004045188 A JP2004045188 A JP 2004045188A JP 2002202486 A JP2002202486 A JP 2002202486A JP 2002202486 A JP2002202486 A JP 2002202486A JP 2004045188 A JP2004045188 A JP 2004045188A
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JP
Japan
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wave
ultrasonic
transmission
reception
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Application number
JP2002202486A
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English (en)
Inventor
Tetsuya Koda
甲田 哲也
Tadashi Nakatani
中谷 直史
Hirotsugu Kamiya
上谷 洋次
Keiko Noda
野田 桂子
Yumiko Hara
原 由美子
Atsushi Nakayama
中山 淳
Hidetoshi Imai
今井 秀利
Hiroo Oshima
大島 裕夫
Tadashi Matsushiro
松代 忠
Hidetaka Yabuuchi
藪内 秀隆
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】超音波を用いて測定対象物までの距離を非接触で測定する距離測定装置において、どのような場合でも測定対象物の距離を測定すること。
【解決手段】距離測定対象とする測定対象物の状態、または超音波によって測定対象物との距離を測定する距離測定装置の状態に応じて、超音波の受信条件を変更する構成とした。これにより、測定対象物の状態、距離測定装置の状態に応じて、受信波の感度、受信波判別用の閾値を調節することにより、どのような場合でも測定対象物の距離を測定できるようになる。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を用いて測定対象物までの距離を非接触で測定する距離測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の技術に対して図17、図3で説明する。
【0003】
まず、従来の技術の構成について図17で説明する。
【0004】
図17において、20は距離測定開始手段であり、距離測定を開始する際に距離測定開始信号を出力する。
【0005】
送信信号出力手段21は、距離測定開始手段による距離測定開始信号が入力されると、超音波送信センサにある特定周波数の信号を送信する。
【0006】
22は超音波送信センサであり、送信信号出力手段による特定周波数の信号が入力されることにより、距離を測定する測定対象物に対して超音波を送信する。
【0007】
10は超音波受信センサであり、超音波送信センサ22から送信された超音波の測定対象物の反射波を受信し、受信波を出力する。
【0008】
また、距離測定手段23は、超音波受信センサの受信波と閾値記憶手段による閾値を比較して、受信波到達時間を決定して距離測定手段に出力する。
【0009】
距離測定手段23は、距離測定開始手段20による距離測定開始信号と距離測定手段23による受信波到達時間を入力とし、距離測定開始信号と受信信号から測定対象物までの距離を計算し、距離出力として出力する。
【0010】
また、従来の技術の動作について図3で説明する。
【0011】
図3は超音波送信センサによる超音波の送信波、直接波、超音波受信センサによる反射波を示した図である。だだし、横軸を時間、縦軸を波形の振幅とする。
【0012】
図3に示すように、超音波送信センサの超音波の送信波と超音波受信センサの反射波には時間のずれΔtが生じている。これは、超音波送信センサから送信された超音波が測定対象物に反射して超音波受信センサに返ってくるまでに時間Δtかかることを示している。
【0013】
よって、時間のずれΔtは、
Δt=(L1+L2)/V
と表すことができる。
【0014】
だだし、超音波送信センサから測定対象物までの距離L1(cm)、測定対象物から超音波受信センサまでの距離L2(cm)、超音波の速度をV(cm/sec)とする。
【0015】
超音波送信センサ22と超音波受信センサ10はほぼ同じ場所に設置されるとすると、距離測定装置と測定対象物の距離LはL=L1=L2となるので、上記式は以下のように表すことができる。
【0016】
L(cm)=17(cm/msec)×Δt
だだし、超音波の速度を34000(cm/sec)として計算した。
【0017】
また、図3に直接波も同時に示した。直接波とは、超音波送信センサから超音波受信センサへプリント基板、筐体等により直接伝達する超音波波形であり、その時間、振幅は送信波の送信時間、送信エネルギ等によって決定する。
【0018】
さらに、図3は超音波の受信波と受信波検知用の閾値との関係を示した図である。だだし、横軸を時間、縦軸を受信波、受信波検知用閾値を示した。図3に示すように、受信波の到達時間を受信波が閾値を超えた時間t2とする。
【0019】
故に、距離測定開始信号の出力時間である超音波送信時間t1、図の受信波が閾値を超えた受信波到達時間t2を測定し、その時間差Δtを求めることによって距離測定装置と測定対象物の距離を測定することができる。
【0020】
距離測定手段23は、距離測定開始手段20による距離測定開始信号の出力時間t1と超音波受信センサ10による受信波到達時間t2を測定し、その時間差Δtを求めることにより、距離を測定するものである。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術の構成、動作によると、超音波の送信時間t1、受信時間t2を測定し、その時間差Δtを計算することにより、距離測定装置と測定対象物の距離Lを測定することができる。
【0022】
しかし、超音波が伝搬する際のエネルギは距離に反比例して小さくなるため、超音波送信センサの送信波エネルギが小さく、測定対象物の反射波である受信波感度が低い場合、距離を測定することができない。
【0023】
一般に超音波によって距離を測定する場合、長中距離を測定できるように、測定対象物が反射しにくい場合でも測定できるように、エネルギが大きな超音波の送信波を送信したり、受信波の感度を上げることを距離測定装置で行っている。
【0024】
しかし、超音波送信センサから送信される送信波のエネルギが大きくすることにより、受信波のエネルギも大きくなるが、超音波送信センサから超音波受信センサへの直接波のエネルギも大きくなる。
【0025】
また、受信波の感度を上げることにより、直接波までの検知したり、ノイズまでの検知してしまう等の原因により、距離のご検知をする可能性が生じる。
【0026】
故に、上記従来の技術の構成、動作によると、超音波測定できる範囲は超音波送信センサの超音波の送信エネルギ、および、受信センサの感度で決まるが、送信エネルギが大きい場合、また、受信センサの感度が大きい場合、測定対象物の距離が小さいときは正確に測定できず、逆に、エネルギが小さい場合、また、受信センサの感度が小さい場合、測定対象物の距離が長いもの、測定対象物が反射しにくい材料であるものを測定することができない。
【0027】
よって、上記従来の技術では、超音波装置の測定範囲は限定されるという課題があった。
【0028】
本発明は、上記課題を解決するもので、どのような場合でも測定対象物の距離を測定することができる距離測定装置の提供を目的とする。
【0029】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、距離測定対象とする測定対象物の状態、超音波によって測定対象物との距離を測定する距離測定装置の状態に応じて、超音波の受信条件を変更する構成を備えるものである。
【0030】
上記本発明の構成、動作によると、例えば、まず、超音波受信波の感度を下げること、または、受信波検知用の閾値を大きくすることにより、短距離の距離測定を可能とするものであり、次に、超音波受信波の感度を上げること、または、受信波判別用の閾値を下げることにより、測定対象物の距離が長い場合、測定対象物が反射しにくい材料である場合でも距離測定を可能とするものである。
【0031】
故に、測定対象物の状態、距離測定装置の状態に応じて、受信波の感度、受信波判別用の閾値を調節することにより、どのような場合でも測定対象物の距離を測定することができる。
【0032】
【発明の実施の形態】
請求項1の発明は、距離測定対象とする測定対象物の状態、超音波によって測定対象物との距離を測定する距離測定装置の状態に応じて、超音波の受信条件を変更する構成とするものである。
【0033】
上記請求項1の発明の構成、動作によると、例えば、まず、超音波受信波の感度を下げること、または、受信波検知用の閾値を大きくすることにより、短距離の距離測定を可能とするものであり、次に、超音波受信波の感度を上げること、または、受信波判別用の閾値を下げることにより、測定対象物の距離が長い場合、測定対象物が反射しにくい材料である場合でも距離測定を可能とするものである。
【0034】
故に、測定対象物の状態、距離測定装置の状態に応じて、受信波の感度、受信波判別用の閾値を調節することにより、どのような場合でも測定対象物の距離を測定することができる。
【0035】
また、請求項2の発明は、距離測定対象とする測定対象物と超音波によって測定対象物との距離を測定する距離測定装置との距離に応じて、超音波の受信条件を変更するものである。
【0036】
上記請求項2の構成、動作によると、狙いとする距離が長い場合は超音波検知の感度を上げ、距離が短い場合は超音波検知の感度をさげることにより、どのような距離でも測定対象物の距離を測定することができる。
【0037】
また、設定距離に測定対象物が存在するかどうかを測定するピンポイントの距離測定を行うので、測定対象物の距離範囲の測定、複数の測定対象物の距離の同時測定等を行うことができる。
【0038】
請求項3の発明は、請求項2の発明に加えて、超音波の受信条件を測定対象物と距離測定装置との距離に応じた受信波検知用閾値とする構成とするものであり、上記請求項3の発明の構成、動作によると、受信検知用の閾値の設定を行うだけで距離範囲の拡大、複数の測定対象物の距離測定ができるので、簡単に目的を達成ずることができる。
【0039】
次に、請求項4の発明は、超音波の送信条件を記憶する送信条件記憶手段と、前記送信条件記憶手段による送信条件に従って超音波を送信する超音波送信手段と、複数の測定距離範囲を設定した設定距離範囲記憶手段と、前記設定距離範囲記憶手段が記憶する複数の設定距離に応じた超音波の受信条件を記憶する受信条件記憶手段と、受信条件記憶手段の受信条件に従って受信波を検知する超音波受信手段と、送信条件記憶手段の送信条件と超音波受信手段の受信波から測定対象物までの距離測定を行う距離測定手段を備える構成とするものである。
【0040】
上記請求項4の発明の構成、動作によると、設定範囲に最適な超音波送信部への送信条件を記憶し、その条件下で超音波による距離測定を行うので、より広範囲な距離測定をより容易に行うことができる。
【0041】
請求項5の発明は、請求項3の発明に加えて、受信条件記憶手段の受信条件を設定距離範囲記憶手段が記憶する設定距離に応じた受信波検知用の閾値とする構成とするものであり、上記請求項5の発明の構成、動作によると、閾値の設定は簡単な構成で実現することができるので、容易で単純な構成でより広範囲な距離測定を行うことができる。
【0042】
請求項6の発明は、請求項4、5のいずれかの発明に加えて、受信条件記憶手段の受信条件を設定距離範囲記憶手段が記憶する設定距離に応じた複数の受信波検知用の閾値と閾値時間とする構成とするものである。
【0043】
上記請求項6の発明の構成、動作によると、一つの設定距離範囲記憶手段による設定距離に対して複数の受信波検知用の閾値とその閾値とする時間である閾値時間を設定することにより、細かな受信設定をすることが可能となるため、より正確な距離測定をすることができる。
【0044】
請求項7の発明は、請求項3から6のいずれかの発明に加えて、設定距離範囲記憶手段を距離対象物の距離が測定できた場合は設定距離範囲の出力を停止する構成とするものであり、上記請求項7の発明の構成、動作によると、距離測定ができた場合は距離測定を停止することにより無駄な距離測定時間を消費することがなくなるので、よりスピーディな距離測定をすることができる。
【0045】
また、請求項8の発明は、超音波の送信条件を記憶する送信条件記憶手段と、前記送信条件記憶手段による送信条件に従って超音波を送信する超音波送信手段と、送信条件記憶手段が記憶する送信条件に応じた超音波の受信条件を記憶する送受信条件記憶手段と、送受信条件記憶手段の受信条件に従った受信波を検知する超音波受信手段と、送信条件記憶手段の送信条件と超音波受信手段の受信波から測定対象物までの距離測定を行う距離測定手段を備えるものである。
【0046】
上記請求項8の発明、動作によると、送信条件に合わせて受信条件を設定することができるので、例えば、超音波送信波の振幅が大きいときは、受信感度を下げたり、逆に、超音波送信波の振幅が小さいときは受信感度を上げることにより、距離測定をより正確で確実にすることができる。
【0047】
さらに、請求項9の発明は、請求項8の発明に加えて、送受信条件記憶手段を送信条件である送信波振幅に応じた受信波検知用の閾値を記憶する構成とするものであり、上記請求項9の発明の構成、動作によると、例えば、超音波送信波の振幅が大きいときは、閾値を上げたり、逆に、超音波送信波の振幅が小さいときは閾値を下げることにより、距離測定をより正確で確実にすることができる。また、閾値設定は簡単な構成で実現することができるので、容易で単純な構成でより広範囲な距離測定を行うことができる。
【0048】
また、請求項10の発明は、請求項8、9のいずれかの発明に加えて、送受信条件記憶手段を送信条件の送信波時間に応じた受信波検知用の閾値時間を記憶する構成とするものである。
【0049】
上記請求項10の発明の構成、動作によると、例えば、超音波送信波の振幅が大きいときは、閾値時間を長くしたり、逆に、超音波送信波の振幅が小さいときは閾値時間を短くしたりすることにより、距離測定をより確実にすることができる。また、閾値設定は簡単な構成で実現することができるので、容易で単純な構成でより広範囲な距離測定を行うことができる。さらに、送信波の条件に従った閾値時間を設定することにより、設定時間外のノイズを受信する可能性が小さくすることができるので、より正確な距離測定を行うことができる。
【0050】
請求項11の発明は、請求項8から11のいずれかの発明に加えて、送受信条件記憶手段を送信条件が超音波送信手段に送信されたにも関わらず受信波が受信できない場合は送信する超音波の振幅を大きくする構造とするものであり、上記請求項11の構成、動作によると、超音波の送信波の振幅を大きくすることにより、送信波のエネルギを大きくすることができるので、より色々な条件での測定対象物の測定を行うことができる。
【0051】
また、請求項12の発明は、請求項8から10のいずれかの発明に加えて、送受信条件記憶手段を送信条件が超音波送信手段に送信されたにも関わらず受信波が受信できない場合は超音波の閾値を下げる構造とするものであり、上記請求項12の発明の構成、動作によると、超音波の受信波用閾値を下げることにより、受信波の感度を上げることができるので、より色々な条件での測定対象物でも距離測定を行うことができる。また、閾値設定は簡単な構成で実現することができるので、容易で単純な構成でより広範囲な距離測定を行うことができる。
【0052】
請求項13の発明は、請求項8から12のいずれかの発明に加えて、送受信条件記憶手段を送信条件が超音波送信手段に送信されたにも関わらず受信波が受信できない場合は送信する超音波の送信時間を長くする構造とするものであり、上記請求項13の発明の構成、動作によると、超音波の送信エネルギを大きくすることにより、より色々な条件での測定対象物でも距離測定を行うことができる。また、送信波の時間設定はマイコン内の設定時間変更等の非常に簡単な構成で、かつ、コストアップすることなしに、実現することができるので、容易で単純な構成でより広範囲な距離測定を行うことができる。
【0053】
請求項14の発明は、請求項3から13のいずれかの発明に加えて、距離測定手段を受信波検知用の閾値を超える時間が雑音判定時間記憶手段の雑音判定時間以下である場合は、受信信号が雑音であると判定する構成とするものであり、上記請求項14の発明の構成、動作によると、簡単な構成で、かつ、コストアップすることなく実現することができるので、容易で安価に距離測定の誤検知を防ぐことができる。
【0054】
請求項15の発明は、請求項3から14のいずれかの発明に加えて、距離測定手段を受信波検知用の閾値を超える時間が直接波判定時間記憶手段の直接波判定時間以下である場合は、受信信号が直接波であると判定する構成とするものであり、上記請求項15の発明の構成、動作によると、簡単な構成で、かつ、コストアップすることなく直接波と反射波の区別を行うことができるので、容易、かつ、安価に直接波による誤検知を防ぐことができる。
【0055】
請求項16の発明は、請求項3から15のいずれかの発明に加えて、距離測定手段を受信波検知用の閾値を超える時間帯の数が直接波判定回数記憶手段の直接波判定回数以下である場合は、受信信号が直接波であると判定する構成とするものである。上記請求項16の発明の構成、動作によると、簡単な構成で、かつ、コストアップすることなく直接波と反射波の区別を行うことができるので、容易、かつ、安価に直接波の誤検知を防ぐことができる。
【0056】
また、経時変化、個体ばらつき等の超音波受信手段の直接波時間が変化した場合でも直接波のしきい値を超える回数は変わらないので、安定して直接波による誤検知を防ぐことができる。
【0057】
請求項17の発明は、請求項3から16のいずれかの発明に加えて、距離測定手段を送信条件記憶手段による送信条件の超音波送信手段への出力時間と超音波の受信波の立ち上がり時間から距離を測定する構成とするものであり、上記請求項17の発明の構成、動作によると、受信波到達時間である超音波受信波の波形の立ち上がりを用いて距離測定を行うので、より正確に距離測定を行うことができる。
【0058】
請求項18の発明は、請求項3から17のいずれかの発明に加えて、距離測定手段を送信条件記憶手段による送信条件の超音波送信手段への出力時間と超音波の受信波のピーク値を示す時間から距離を測定する構成とするものであり、上記請求項18の発明の構成、動作によると、一般に測定対象物からの反射波が最も大きくなるように距離測定装置のパラメータを設定しているので、超音波の受信波のピークを調べることにより測定対象物の距離をより正確に、かつ、誤検知少ない状態で測定することができる。
【0059】
また、請求項19の発明は、請求項3から18のいずれかの発明に加えて、距離測定手段を送信条件記憶手段による送信条件の超音波送信手段への出力時間と超音波の受信波が受信波検知用の閾値を超え始める時間から距離を測定する構成とするものである。上記請求項19の発明の構成、動作によると、閾値設定は簡単な構成で実現することができるので、容易で単純な構成でより正確な距離測定を行うことができる。
【0060】
請求項20の発明は、請求項3から19のいずれかの発明に加えて、距離測定手段を送信条件記憶手段による送信条件の超音波送信手段への出力時間と超音波の受信波が受信波検知用のしきい値を超えている時間帯の中心時間から距離を測定する構成とするものである。上記請求項20の発明の構成、動作によると、超音波の受信波が受信検知用のしきい値を超えている時間帯の中心時間は超音波の受信波のピーク時間とほぼ同時刻であることから、より正確に、かつ、誤検知少ない状態で測定対象物までの距離を測定することができる。また、閾値設定は簡単な構成で実現することができるので、容易で単純な構成で実現することができる。
【0061】
請求項21の発明は、請求項3から20の発明に加えて、距離制御手段を距離測定時間記憶手段が記憶する距離測定時間の間隔で距離制御信号を出力する構成とするものであり、上記請求項21の発明の構成、動作によると、距離測定時間記憶手段が記憶する距離計測時間の間隔で距離計測を行うので、常に最新の距離情報を収集することができる。
【0062】
請求項22の発明は、請求項21の発明に加えて、距離測定時間記憶手段が記憶する距離測定時間を設定距離範囲記憶手段が記憶する設定距離によって決定する最小距離時間以上である構成とするものであり、上記請求項22の発明の構成、動作によると、距離測定時間に最小時間を設定することにより、実際には距離が測定できているが、距離測定時間が短いために、次の距離測定周期が始まり、距離測定ができないということがなくなるので、距離測定の結果の信頼性をより上げることができる。
【0063】
請求項23の発明は、請求項19から22の発明に加えて、距離制御手段を距離測定時間記憶手段が記憶する時間間隔までに距離測定ができなかった場合は測定対象物までの距離が設定範囲以上であると判定する構成とするものであり、上記請求項23の発明の構成、動作によると、測定対象物が設定距離以上にあると判定することより、距離測定中に無駄な時間を消費することなく測定時間のスピードアップを図ることができる。
【0064】
請求項24の発明は、請求項3から23のいずれかの発明に加えて、受信条件記憶手段を設定範囲記憶手段による設定範囲に応じた超音波の周波数を出力し、超音波受信手段は受信条件記憶手段による周波数を検波する構成とするものである。
【0065】
上記請求項24の発明の構成、動作によると、設定範囲に応じた超音波の周波数を変更することにより、超音波受信センサに超音波の反射波が一度に多く返ってきた場合でもどの設定範囲のときの周波数であるかを調べることにより、誤検知することなく、より正確に測定対象物の距離を測定することができる。
【0066】
請求項25の発明は、請求項7から24のいずれかの発明に加えて、送受信条件記憶手段を送信条件記憶手段が出力する超音波の送信周波数と同じ周波数を出力し、超音波受信手段は送受信条件記憶手段による周波数を検波する構成とするものである。
【0067】
上記請求項25の発明の構成、動作によると、送信条件と同じ超音波の周波数を変更することにより、超音波受信センサに超音波の反射波が一度に多く返ってきた場合でもどの送信条件のときの周波数であるかを調べることにより、誤検知することなく、より正確に測定対象物の距離を測定することができる。
【0068】
【実施例】
以下で実施例の構成、動作について説明する。
【0069】
(実施例1)
まず、実施例1の構成について図1、図2で説明する。図1において、1は距離制御手段であり、距離測定命令が与えられると制御間隔記憶手段8が記憶する時間間隔Tで設定距離範囲記憶手段2に距離制御信号を出力し、距離測定を開始する。設定距離範囲記憶手段2は複数の超音波による距離測定の設定距離を記憶しており、距離制御手段1の距離制御信号が入力されると一般に短い距離から順番に設定距離範囲を送信条件記憶手段3、受信条件記憶手段4へ出力する。3は送信条件記憶手段であり、設定距離範囲に対応した超音波送信部5への送信条件を記憶しており、設定距離範囲記憶手段2による設定距離範囲が入力されると超音波送信部5、受信条件記憶手段4へその送信条件信号を出力する。
【0070】
また、4は受信条件記憶手段であり、設定距離範囲に対応した超音波受信部への受信条件を記憶しており、送出条件記憶手段3による送信条件、または、設定距離範囲記憶手段2による設定距離範囲が入力されると超音波受信部6への受信条件を出力する。超音波送信部5は、送信条件記憶手段3が記憶する送信条件信号に従って、超音波送信センサの状態を変更し、測定対象物に対して超音波を照射する。超音波受信部6は、受信条件記憶手段4が記憶する受信条件信号に従って超音波送信部5から測定対象物への超音波の反射波を受信し、その波形を検波して超音波受信信号として出力する。
【0071】
距離計算手段7は、送信条件記憶手段3の送信条件信号と超音波受信部6の超音波受信信号を入力としており、送信条件信号と超音波受信信号の時間間隔Δtから測定対象物までの距離Lを以下の式で計算し、距離出力として出力する。
【0072】
L(cm)=Δt(msec)・17(cm/msec)
また、距離計算手段7は、制御間隔記憶手段9の制御間隔Tも入力としており、送信条件が入力されて始めてから次の距離制御信号が出力される制御間隔T以上になるまで、超音波受信信号の入力がないと、測定対象物までの距離が最大設定距離Lmax以上であるとする。
【0073】
8は距離測定停止手段であり、距離計算手段7による距離出力Lが出力されると距離が確定したとして、設定距離範囲停止信号を設定距離範囲記憶手段2に出力して、設定距離範囲記憶手段2の設定範囲出力を停止する。
【0074】
次に、図2を用いて、超音波受信部についてさらに詳しく説明する。
【0075】
10は受信センサであり、超音波の受信波を受信するセンサである。受信センサで受信された受信波は、感度記憶手段11による感度で受信波増幅手段12により増幅され、受信波増幅信号として出力される。また、13は受信波検波手段であり、受信波増幅手段12で増幅された受信波増幅信号と受信波閾値記憶手段14が記憶する閾値を比較して受信波を検出する。感度記憶手段11は受信波用の感度を記憶しており、受信条件記憶手段4による受信条件の中で感度変更の命令があるまで受信波感度を出力する。また、受信波閾値記憶手段14は受信波検波用の閾値を記憶しており、受信条件記憶手段4による受信条件の中で受信波閾値変更の命令があるまで受信波閾値を出力する。
【0076】
次に、実施例1の動作について説明する。
【0077】
まず、超音波の送信波、受信波、直接波について図3で説明する。図3は、超音波の送信波、受信波、反射波のタイムチャートを示した図である。だだし、縦軸として超音波の振幅A1,A2、横軸として時間tとした。図3に示すように、一般に約40kHzの超音波領域に属する超音波を測定対象物に対して超音波送信部5から発信される。測定対象物から反射した超音波の反射波は、受信波が発信されてから時間差Δtに超音波受信部6で受信される。
【0078】
また、超音波送信部5と超音波受信部6は同じ距離測定装置に設定されているので、送信波が距離測定装置のボディ、プリント基板を介して時間Δt1の直接波となって超音波受信部6に伝搬する。
【0079】
まず、超音波測定装置による距離測定の原理について説明する。
【0080】
超音波受信部4から測定対象物までの距離をL1、測定対象物までの距離をL2とすると、
Δt=(L1+L2)/V
と計算することができる。だだし、Vは音波の速度であり、
V≒約34000(cm/sec)
となる。
【0081】
超音波送信部5と超音波受信部6の設定位置が同じ場所であるとすると、
L=L1=L2
となるから、上式は
L(cm)=Δt(msec)・17(cm/msec)   (1)
と変形することができ、(1)式に測定した時間差Δtを代入することにより超音波装置と測定対象物の距離Lを求めることができる。
【0082】
次に、超音波の直接波に関して説明する。
【0083】
図3の超音波の直接波のエネルギは一般に送信波のエネルギが大きければ大きいほど、ほぼ比例して大きくなることが経験的に分かっている。また、超音波の直接波が存在する時間帯に反射波を受信しても、直接波と反射波を区別することができない。よって、図3の超音波測定装置は、超音波の送信波が送信してから直接波がなくなる時間Δt1までは距離を測定することができない不感時間をもつことがわかる。
【0084】
次に、超音波の反射波について説明する。
【0085】
超音波のエネルギEは空気を伝搬するうちに減衰し、一般に超音波のエネルギは伝搬距離rに対して以下の式で表すことができる。
【0086】
E ∝ 1/r^2
つまり、測定対象物までの距離Lが遠ければ遠いほど、超音波受信部4の反射波のエネルギはその距離の二乗に反比例して小さくなることがわかる。
【0087】
まず、図4、図5で超音波受信部4の動作を説明する。
【0088】
図4は、超音波受信センサ10による超音波の受信波と増幅した増幅受信波を示している。だだし、横軸を時間t、縦軸を受信波の振幅、増幅受信波の振幅とする。図4に示すように受信波を受信感度で決定する増幅率で増幅する。受信波の感度をよくする場合は増幅率を大きくし、受信波の感度を悪くする場合は増幅率を小さくする。このように、感度を決定することにより受信波の増幅率を決めることができる。感度記憶手段11は設定された感度になるように記憶した増幅率を受信波増幅手段12に出力する。受信波増幅手段12は感度記憶手段11による増幅率で超音波受信センサ10の受信波を増幅する。
【0089】
図5は、受信波増幅手段12による増幅受信波と受信波敷居値の関係を示した図である。だだし、横軸を時間t、縦軸を増幅受信波の振幅、受信波敷居値とする。図5に示すように、増幅受信波の振幅が受信波敷居値を上回った場合、受信波が到達したと判断し、受信波到達時間とする。容易にわかるように、受信波敷居値の大きさが受信波到達時間を決定する。つまり、振幅が大きい受信波を受信したい場合は受信波敷居値を大きくし、振幅が小さい受信波を受信したい場合は受信波敷居値を小さくすることで、受信波の感度を調節することができる。
【0090】
また、図5の斜線部は増幅受信波の不感時間であり、一般に超音波の送信波が送信してからの時間を0時間として1〜2msecに設定し、超音波の直接波が受信センサに入力される最大時間を規定している。よって、不感時間内で受信波敷居値により受信したと判断した場合でもその受信波は直接波であり、距離測定には不必要であると判断する。
【0091】
また、図5には直接波、反射波に加えてノイズも同時に示している。しかし、一般にノイズはインパルス的な波形であるので、受信波の敷居値を越える時間が短いものはノイズであるとして判断することにより、ノイズと超音波の反射波、直接波を容易に区別することができる。
【0092】
また、図5に示すように、受信波敷居値を時間t1でH1からH2に変更している。これは、測定対象物の距離xと送信波と受信波の時間差Δtの関係、及び、受信波のエネルギと測定対象物までの距離xの関係より、時間差が長ければ長いほど受信波の振幅は小さくなる。よって、図6に示すように測定対象物の距離が遠い場合、つまり、時間差が長い場合は敷居値の値を小さくすることにより測定対象物の反射波を受信できるようにする。故に、複数の受信波敷居値とそれぞれの受信波敷居値に対応する受信波敷居値時間を持ち、時間経過とともに敷居値も小さくすることにより遠くの測定対象物を常に測定することができる。
【0093】
また、測定対象物までの距離が同じ場合でも、超音波の送信波の振幅と受信波の振幅はほぼ比例の関係があるから、超音波の送信条件の一つである振幅に従って受信波の振幅も小さくなる。よって、図7に示すように超音波の送信波の振幅が小さいときは受信波の敷居値も小さくすることにより測定対象物の反射波を受信できるようにする。
【0094】
次に、設定距離範囲記憶手段3、送信条件記憶手段4の動作について図8で説明する。図8は、超音波の送信波、受信波、反射波のタイムチャートを示した図である。だだし、縦軸として超音波の振幅A1,A2、横軸として時間tとした。図8は、距離測定装置の測定距離範囲を広げるために本実施例で使用する方法を示している。
【0095】
まず、測定対象物までの距離が短い範囲を測定するために送信波エネルギが小さい第一送信波を送信し、時間T1後、距離が長い範囲を測定するために送信波エネルギが大きい第二送信波を送信する。つまり、第一の送信波によって距離範囲x1からx2まで第一の距離時間T1測定し、第二の送信波によって距離範囲x3からx4を第二の距離測定時間T2測定する。
【0096】
だだし、x1<x2、x3<x4とする。
【0097】
第一の設定距離時間T1内に第二の反射波が返ってこない場合は、測定対象物の距離は設定距離x2以上であると判定する。その後、第二の送信波を送信し、第二の設定距離時間T2内に受信波が時間差Δtで返ることにより、測定対象物までの距離Lを
L(cm)=Δt(msec)・17(cm/msec)
から計算することで測定対象物までの距離を測定することができる。
だだし、x3<L<x4となる。
【0098】
故に、図8に示す方式の距離測定装置は、測定範囲x1からx2、または、測定範囲x3からx4の送信波が1つだけの場合と比べて、測定範囲x1からx4までの距離を測定することができる。よって、送信波エネルギを変えて複数の送信波を送信することにより、距離測定装置の測定範囲を飛躍的に広げることができる。
【0099】
図8の例を一例として示すと、設定距離範囲記憶手段2は設定距離範囲x1からx2、または、設定距離範囲x3からx4を記憶しており、距離制御手段1から距離制御信号が入力されると、最初に、設定距離範囲x1からx2、次に、設定距離範囲x3からx4を送信条件記憶手段3へ出力する。送信条件記憶手段3は、設定距離範囲記憶手段2による設定距離範囲x1からx2が入力されると第一の送信波の送信条件、例えば、送信時間、送信波の振幅を超音波送信部4に出力する。また、送信波条件記憶手段3は、設定距離範囲記憶手段3による設定距離距離範囲がx3からx4であるとすると、同様に第二の送信波の送信条件を超音波送信部4に出力する。
【0100】
なお、上記説明では、送信波エネルギを変更する方法として、送信波の振幅、送信時間を述べたが、最も簡単な方法は送信波の送信時間を変更することであり、その方法では超音波送信部4の複雑な構成の変更も必要ないので安易に実現できる。
【0101】
また、送信周波数を第一の送信波と第二の送信波で変更することにより、第一の送信波による反射波と第二の送信波による反射波の区別が超音波周波数を調べることにより容易にできるために、第一の設定距離時間T1を長くとる必要はなく、第一の直接波がなくなる時間以上であればよい。よって、送信周波数を送信波毎に変更することにより、超音波による距離測定のスピードアップを図ることができる。
【0102】
次に、設定距離範囲記憶手段3、受信条件記憶手段5の動作について図8で説明する。図9は、超音波の送信波、受信波、反射波、受信用敷居値のタイムチャートを示した図である。だだし、縦軸として超音波の振幅A1,A2、敷居値H、横軸として時間tとした。図9は、距離測定装置の測定距離範囲を広げるために本実施例で使用する方法を示している。
【0103】
まず、測定対象物までの距離が短い範囲を測定するために第一送信波を送信し、時間T1後、距離が長い範囲を測定するために第二送信波を送信する。つまり、第一の送信波によって距離範囲x1からx2まで第一の距離時間T1測定し、第二の送信波によって距離範囲x3からx4を第二の距離測定時間T2測定する。
【0104】
だだし、x1<x2、x3<x4とする。
【0105】
受信波のエネルギは上記で述べたように測定対象物までの距離の二乗に反比例して小さくなる。よって、距離範囲が長くなるほど受信波の敷居値を小さくして、測定対象物までの距離が遠い場合でも安定した距離測定測定をはかる。第一の設定距離時間T1内に敷居値H1を越える第一の反射波が返ってこない場合は、測定対象物の距離は設定距離x2以上であると判定する。その後、第二の送信波を送信し、第二の設定距離時間T2内に敷居値H2を越える受信波が時間差Δtで返ることにより、測定対象物までの距離Lを
L(cm)=Δt(msec)・17(cm/msec)
から計算することで測定対象物までの距離を測定することができる。
【0106】
だだし、x3<L<x4、H1>H2とする。
【0107】
故に、図9に示す方式の距離測定装置は、測定範囲x1からx2、または、測定範囲x3からx4の送信波が1つだけの場合と比べて、敷居値Hを変化させることにより測定範囲x1からx4までの距離を測定することができる。よって、敷居値を変化させて複数の受信波を検波することにより、距離測定装置の測定範囲を飛躍的に広げることができる。
【0108】
図9の例を一例として示すと、設定距離範囲記憶手段2は設定距離範囲x1からx2、または、設定距離範囲x3からx4を記憶しており、距離制御手段1から距離制御信号が入力されると、最初に、設定距離範囲x1からx2、次に、設定距離範囲x3からx4を受信条件記憶手段4へ出力する。受信条件記憶手段4は、設定距離範囲記憶手段2による設定距離範囲x1からx2が入力されると第一の送信波の受信条件、例えば、敷居値H1を敷居値記憶手段14に出力する。
【0109】
また、受信条件記憶手段4は、設定距離範囲記憶手段2による設定距離距離範囲がx3からx4であるとすると、同様に第二の送信波の受信条件を超音波受信部4に出力する。だだし、距離間隔記憶手段による距離間隔時間経過しても測定対象物までの距離を測定できないとき、測定対象物の角度、材質等の理由によりうまく受信できないとして、受信波敷居値を小さくすることにより受信波を受信する。さらに、距離計算手段7は、送信波条件記憶手段3による送信条件が出力される時刻をトリガーとして超音波受信部6に受信波が入力されるまでの時間Δtを計測し、(1)式に代入して距離を計算して、距離出力を行う。
【0110】
また、距離測定停止手段8は、距離計算手段7による距離出力がされると、測定対象物の距離が測定できたとして、設定距離範囲記憶手段2に距離測定停止信号を出力して、超音波の送信を停止する。
【0111】
なお、上記説明では、受信波の感度を変更する方法として、受信波用敷居値を述べたが、最も簡単な方法は敷居値を変更することであり、その方法では超音波受信部5の複雑な構成の変更も必要ないので安易に実現できる。
【0112】
また、送信周波数を第一の送信波と第二の送信波で変更し、受信波の対象周波数を送信条件と同じものにより第一の送信波による反射波と第二の送信波による反射波の区別が容易にできるために、第一の設定距離時間T1を長くとる必要はなく、第一の直接波がなくなる時間以上であればよい。
【0113】
よって、送信周波数、受信周波数を送信波毎に変更することにより、超音波による距離測定のスピードアップを図ることができる。
【0114】
次に、距離制御手段1、制御間隔記憶手段8の動作について図9で説明する。図10は、超音波の送信波、受信波、反射波、受信波検知用敷居値のタイムチャートを示した図である。だだし、縦軸として超音波の振幅A1,A2、横軸として時間tとした。また、図10は、図8、図9と同様に、第一の送信波によって距離範囲x1からx2まで第一の距離時間T1測定し、第二の送信波によって距離範囲x3からx4を第二の距離測定時間T2測定した結果を示している。
【0115】
図10に示すように、距離範囲x1からx2間の距離を測定する第一の設定距離時間T1、距離範囲x3からx4間の距離を測定する第二の設定距離T2になっても受信波は受信されていない。つまり、測定対象物と距離測定装置の距離Lは設定距離範囲の最大距離x4以上であることがわかる。そこで、図10の一例にして示すように、第一の設定距離時間T1と第二の設定距離時間T2を加えた最小距離時間Tmaxを制御間隔Tとして設定し、距離測定を開始してから制御間隔T時間以上であれば、測定対象物と距離測定装置との距離は設定距離の最大距離x4以上とする。そして、制御間隔T時間を経過すると、第一の送信波を再び送信して、距離計測を行うこととする。よって、制御間隔T時間のサイクルで距離計測が行え、距離計測のスピードアップを図ることができる。
【0116】
なお、図10の制御間隔T時間の最も短い時間は、第一の設定距離時間T1、第二の設置時間T2を加えたものであるが、一般には送信条件記憶手段3が記憶する超音波送信部4の超音波送信時間を全て加えた最小距離時間以上であればあればよい。距離制御手段1は、制御間隔記憶手段8が記憶する制御間隔Tのサイクルで距離計測を行うように、設定距離範囲記憶手段2に距離制御信号を出力する。また、距離計算手段7は、距離測定から制御間隔記憶手段8による制御間隔T毎に距離計測のリフレッシュ化を行い、また、制御間隔T以内に受信波が入力されなかった場合は測定対象物と距離測定装置の距離Lは設定距離の最大距離以上であるとして距離出力を行う。
【0117】
上記実施例1の発明は、複数の測定距離範囲を設定した設定距離範囲記憶手段と、前記設定距離範囲記憶手段が記憶する複数の設定距離に応じた超音波の受信条件を記憶する受信条件記憶手段と、受信条件記憶手段の受信条件に従って受信波を検知する超音波受信手段を備えるものである。
【0118】
上記実施例1の発明の構成、動作によると、設定範囲に最適な超音波受信部への受信条件を記憶し、その条件下で超音波による距離測定を行うので、より広範囲な距離測定をより容易に行うことができる。また、実施例1の発明は、受信条件記憶手段の受信条件を設定距離範囲記憶手段が記憶する設定距離に応じた受信波検知用の閾値とする構成とするものであり、上記実施例1の発明の構成、動作によると、閾値の設定は簡単な構成で実現することができるので、容易で単純な構成でより広範囲な距離測定を行うことができる。
【0119】
実施例1の発明は、受信条件記憶手段の受信条件を設定距離範囲記憶手段が記憶する設定距離に応じた複数の受信波検知用の閾値と閾値時間とする構成とするものである。上記実施例1の発明の構成、動作によると、一つの設定距離範囲記憶手段による設定距離に対して複数の受信波検知用の閾値とその閾値とする時間である閾値時間を設定することにより、細かな受信設定をすることが可能となるため、より正確な距離測定をすることができる。
【0120】
実施例1の発明は、設定距離範囲記憶手段を距離対象物の距離が測定できた場合は設定距離範囲の出力を停止する構成とするものであり、上記実施例1の発明の構成、動作によると、距離測定ができた場合は距離測定を停止することにより無駄な距離測定時間を消費することがなくなるので、よりスピーディな距離測定をすることができる。
【0121】
また、実施例1の発明は、超音波の送信条件を記憶する送信条件記憶手段と、前記送信条件記憶手段による送信条件に従って超音波を送信する超音波送信手段と、送信条件記憶手段が記憶する送信条件に応じた超音波の受信条件を記憶する送受信条件記憶手段と、送受信条件記憶手段の受信条件に従った受信波を検知する超音波受信手段と、送信条件記憶手段の送信条件と超音波受信手段の受信波から測定対象物までの距離測定を行う距離測定手段を備えるものである。上記実施例1の発明の構成、動作によると、送信条件に合わせて受信条件を設定することができるので、例えば、超音波送信波の振幅が大きいときは、受信感度を下げたり、逆に、超音波送信波の振幅が小さいときは受信感度を上げることにより、距離測定をより正確で確実にすることができる。
【0122】
さらに、実施例1の発明は、送受信条件記憶手段を送信条件である送信波振幅に応じた受信波検知用の閾値を記憶する構成とするものであり、上記実施例1の発明の構成、動作によると、例えば、超音波送信波の振幅が大きいときは、閾値を上げたり、逆に、超音波送信波の振幅が小さいときは閾値を下げることにより、距離測定をより正確で確実にすることができる。また、閾値設定は簡単な構成で実現することができるので、容易で単純な構成でより広範囲な距離測定を行うことができる。
【0123】
また、実施例1の発明は、送受信条件記憶手段を送信条件の送信波時間に応じた受信波検知用の閾値時間を記憶する構成とするものである。上記実施例1の発明は、例えば、超音波送信波の振幅が大きいときは、閾値時間を長くしたり、逆に、超音波送信波の振幅が小さいときは閾値時間を短くしたりすることにより、距離測定をより確実にすることができる。また、閾値設定は簡単な構成で実現することができるので、容易で単純な構成でより広範囲な距離測定を行うことができる。さらに、送信波の条件に従った閾値時間を設定することにより、設定時間外のノイズを受信する可能性が小さくすることができるので、より正確な距離測定を行うことができる。
【0124】
また、実施例1の発明は、請求項8から10のいずれかの発明に加えて、送受信条件記憶手段を送信条件が超音波送信手段に送信されたにも関わらず受信波が受信できない場合は超音波の閾値を下げる構造とするものであり、上記実施例1の発明の構成、動作によると、超音波の受信波用閾値を下げることにより、受信波の感度を上げることができるので、より色々な条件での測定対象物でも距離測定を行うことができる。また、閾値設定は簡単な構成で実現することができるので、容易で単純な構成でより広範囲な距離測定を行うことができる。
【0125】
実施例1の発明は、送受信条件記憶手段を送信条件が超音波送信手段に送信されたにも関わらず受信波が受信できない場合は送信する超音波の送信時間を長くする構造とするものであり、上記実施例の発明の構成、動作によると、超音波の送信エネルギを大きくすることにより、より色々な条件での測定対象物でも距離測定を行うことができる。
【0126】
また、送信波の時間設定はマイコン内の設定時間変更等の非常に簡単な構成で、かつ、コストアップすることなしに、実現することができるので、容易で単純な構成でより広範囲な距離測定を行うことができる。
【0127】
実施例1の発明は、距離測定手段を受信波検知用の閾値を超える時間が雑音判定時間記憶手段の雑音判定時間以下である場合は、受信信号が雑音であると判定する構成とするものであり、上記実施例1の発明の構成、動作によると、簡単な構成で、かつ、コストアップすることなく実現することができるので、容易で安価に距離測定の誤検知を防ぐことができる。
【0128】
実施例1の発明は、請求項3から14のいずれかの発明に加えて、距離測定手段を受信波検知用の閾値を超える時間が直接波判定時間記憶手段の直接波判定時間以下である場合は、受信信号が直接波であると判定する構成とするものであり、上記第一の実施例の発明の構成、動作によると、簡単な構成で、かつ、コストアップすることなく直接波と反射波の区別を行うことができるので、容易、かつ、安価に直接波による誤検知を防ぐことができる。
【0129】
実施例1の発明は、距離制御手段を距離測定時間記憶手段が記憶する距離測定時間の間隔で距離制御信号を出力する構成とするものであり、上記実施例1の発明の構成、動作によると、距離測定時間記憶手段が記憶する距離計測時間の間隔で距離計測を行うので、常に最新の距離情報を収集することができる。
【0130】
実施例1の発明は、距離測定時間記憶手段が記憶する距離測定時間を設定距離範囲記憶手段が記憶する設定距離によって決定する最小距離時間以上である構成とするものであり、上記実施例1の発明の構成、動作によると、距離測定時間に最小時間を設定することにより、実際には距離が測定できているが、距離測定時間が短いために、次の距離測定周期が始まり、距離測定ができないということがなくなるので、距離測定の結果の信頼性をより上げることができる。
【0131】
実施例1の発明は、距離制御手段を距離測定時間記憶手段が記憶する時間間隔までに距離測定ができなかった場合は測定対象物までの距離が設定範囲以上であると判定する構成とするものであり、上記実施例1の発明の構成、動作によると、測定対象物が設定距離以上にあると判定することより、距離測定中に無駄な時間を消費することなく測定時間のスピードアップを図ることができる。
【0132】
実施例1の発明は、請求項3から23のいずれかの発明に加えて、受信条件記憶手段を設定範囲記憶手段による設定範囲に応じた超音波の周波数を出力し、超音波受信手段は受信条件記憶手段による周波数を検波する構成とするものである。上記実施例1の発明の構成、動作によると、設定範囲に応じた超音波の周波数を変更することにより、超音波受信センサに超音波の反射波が一度に多く返ってきた場合でもどの設定範囲のときの周波数であるかを調べることにより、誤検知することなく、より正確に測定対象物の距離を測定することができる。
【0133】
実施例1の発明は、請求項7から24のいずれかの発明に加えて、送受信条件記憶手段を送信条件記憶手段が出力する超音波の送信周波数と同じ周波数を出力し、超音波受信手段は送受信条件記憶手段による周波数を検波する構成とするものである。上記実施例1の発明の構成、動作によると、送信条件と同じ超音波の周波数を変更することにより、超音波受信センサに超音波の反射波が一度に多く返ってきた場合でもどの送信条件のときの周波数であるかを調べることにより、誤検知することなく、より正確に測定対象物の距離を測定することができる。
【0134】
(実施例2)
次に、実施例2について説明する。
【0135】
実施例2の構成、動作は、実施例1の構成、動作に、測定対象物の種類によって超音波の送信条件を変更する構成、動作を加えたものである。よって、以下では実施例2の構成、動作について、実施例1の構成、動作との相違点を中心に述べ、その他の構成、動作は実施例1と同じものとする。
【0136】
図11において、15は測定状態情報記憶手段であり、超音波で測定する測定対象物の色、素材、距離測定装置の超音波の角度、周波数等の測定状態情報を記憶し、距離制御手段1による距離制御信号が入力されると測定状態情報を出力する。測定状態受信条件記憶手段16は、測定状態情報記憶手段9による測定状態情報から超音波受信部4の受信条件を決定して、測定状態受信条件として出力する。
【0137】
次に、実施例2の動作について説明する。まず、測定状態受信条件記憶手段16の動作について図12、図13で一例にて説明する。図12、図13は、超音波の送信波、受信波、反射波のタイムチャートを示した図である。だだし、縦軸として超音波の振幅A1,A2、横軸として時間tとした。
【0138】
また、図12は測定対象物としてソファとした場合、図13は測定測定対象物として木壁とした場合の測定結果を示している。ソファは木壁と比べて材質が柔らかいために超音波が反射しにくい。よって、図12、図13に示すように、ソファで反射した超音波の受信波は、木壁で反射した超音波の受信波と比較して、振幅は小さくなる。つまり、ソファまでの距離を安定して検知するためには、超音波の受信波の感度を大きくしなければならない。或いは、超音波の受信波入力の有無を判定する際に使用する受信波用閾値の値を小さくしなければならない。故に、短距離測定目的としてエネルギが小さい超音波を送信してある設定された超音波用受信感度、または、受信波閾値を用いて測定対象物までの距離測定を行い、もしも測定不能であった場合は測定可能範囲は狭くなるが超音波の受信感度を大きくしたり、超音波用閾値を小さくすることにより、ソファ等の超音波が反射しにくい測定対象物の距離測定を可能にする。
【0139】
なお、上記では測定対象物の情報を測定対象物の材質として距離測定装置の動作を述べたが、測定対象物の角度、距離、構造、また、超音波測定装置の超音波の角度、品番等に示すように超音波の反射率に影響を与える情報であれば何でも良い。
【0140】
測定状態受信条件記憶手段10は、上記で一例にて測定対象物の材質として述べたように、測定状態情報記憶手段9が記憶する測定状態の情報に従った超音波受信部4の受信条件を記憶している。測定状態情報記憶手段9から測定対象物の情報が入力されると、測定状態受信条件記憶手段16は、対応する超音波受信部5の受信条件を超音波受信部5へ出力するものである。
【0141】
実施例2の発明は、距離測定対象とする測定対象物の状態、超音波によって測定対象物との距離を測定する距離測定装置の状態に応じて、超音波の受信条件を変更するものである。上記実施例2の構成、動作によると、例えば、まず、超音波用感度を小さくしたり、超音波受信用閾値を大きくすることにより、超音波の直接波を低減して、短距離の距離測定を可能とするものであり、次に、超音波用感度を大きくしたり、超音波受信用閾値を小さくすることによって、超音波の反射波を大きくすることにより、測定対象物の距離が長い場合、測定対象物が反射しにくい材料である場合の距離測定を可能とするものである。故に、測定対象物の状態、距離測定装置の状態に応じて、超音波送信センサによる超音波の送信エネルギを変更することにより、どのような場合でも測定対象物の距離を測定することができる。
【0142】
(実施例3)
次に、実施例3について説明する。実施例3の構成、動作は、実施例1、2の構成、動作に、測定対象物と距離測定装置の距離によって超音波の受信条件を変更する構成、動作を加えたものである。よって、以下では実施例3の構成、動作について、実施例1、2の構成、動作との相違点を中心に述べ、その他の構成、動作は実施例1、2と同じものとする。
【0143】
実施例3の構成について図14で説明する。図14において、設定距離記憶手段17であり、超音波で測定する距離、設定距離を複数個記憶している。設定距離記憶手段17は、距離制御手段1の距離制御信号が入力されると、記憶した設定距離を順番に距離受信条件記憶手段12に出力する。距離受信条件記憶手段12は、設定距離記憶手段11が出力した設定距離を入力とし、設定距離から超音波受信部4への受信条件を出力する。
【0144】
また、19は距離判断手段であり、設定距離記憶手段17による設定距離、距離受信条件記憶手段18による受信条件と超音波受信部5による受信波入力信号を入力とする。距離判断手段19は、設定距離記憶手段17の設定距離と距離受信条件記憶手段18の受信条件より設定距離に測定対象物があるかどうかを判断し、測定対象物があれば、その設定距離を距離出力として出力する。
【0145】
次に、実施例3の動作について一例にて説明する。図15は、設定距離xと超音波送信部4による超音波の受信波の感度Sを示した図である。だだし、横軸を設定距離x、感度Sとして図示した。図15に示すように、超音波で測定する設定距離xが長くなればなるほど、感度Sを大きくする。これは、設定距離xが長いほど、測定対象物からの反射波が小さくなるので、感度Sを大きくしなければならないからである。設定距離記憶手段17は、距離制御手段1による距離制御信号が入力されると、連続的に設定距離xを出力する。
【0146】
なお、上記では、図15を用いて、設定距離xに対して超音波の受信波の感度Sを変化させる方法を述べたが、要は受信波の受信できる割合である受信率を変化させる方法であればよく、それ以外の方法、送信波の振幅の変化等の方法でもかまわない。距離送信条件記憶手段17は、設定距離記憶手段18の設定距離xに対応した超音波の受信条件、図15の例によると受信波の感度Sを超音波送信部4へ出力する。
【0147】
次に、距離判断手段19の動作について一例にて図16で説明する。図16は、超音波の送信波、受信波、反射波のタイムチャートを示した図である。だだし、縦軸として超音波の振幅A1,A2、横軸として時間tとした。図16において、測定対象物までの距離xであるとき、超音波の送信波と受信波の時間差Δtは、
Δt(msec)=x(cm)/17(cm/msec)
となる。
【0148】
すなわち、設定距離xに対して時間差 Δt=x/17のときに超音波の受信波が入力されているかどうかを判断することにより、測定対象物が測定距離xになるかどうかを知ることができる。
【0149】
距離判断手段19は、距離送信手段12の送信条件が出力された時間t11と超音波受信部5の受信波入力信号t12から時間差Δt1=t11−t12を計算し、設定距離記憶手段11による設定距離xでの時間差Δt(=x/17)がΔt1と同値であるかどうかを判断する。同値であると判断すると、測定対象物が設定距離xに存在するものとして、距離出力を行う。
【0150】
実施例3の発明は、距離測定対象とする測定対象物と距離測定装置との距離に応じて、超音波の送信条件を変更するものである。上記実施例3の構成、動作によると、狙いとする距離が長い場合は超音波の受信波の感度を大きくし、距離が短い場合は超音波の受信波の感度を小さくすることにより、どのような距離でも測定対象物の距離を測定することができる。また、設定距離に測定対象物が存在するかどうかを測定するピンポイントの距離測定を行うので、測定対象物の距離範囲の測定、複数の測定対象物の距離の同時測定等を行うことができる。
【0151】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、どのような場合でも測定対象物の距離を測定することができる距離測定装置が提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における距離測定装置の構成を示す図
【図2】同、超音波受信部の構成を示す図
【図3】同、超音波による距離測定の原理を示す図
【図4】同、受信波増幅手段の動作を示す図
【図5】同、超音波受信部の動作を示す図
【図6】同、測定対象物までの距離と敷居値の関係を示す図
【図7】同、送信波の振幅と敷居値の関係を示す図
【図8】同、送信条件記憶手段の動作を示す図
【図9】同、受信条件記憶手段の動作を示す図
【図10】同、制御間隔記憶手段の動作を示す図
【図11】本発明の実施例2における距離測定装置の構成を示す図
【図12】同、超音波の受信波を示す図
【図13】同超音波の受信波を示す他の図
【図14】本発明の実施例3における距離測定装置の構成を示す図
【図15】同、測定対象物までの距離と感度Sの関係を示す図
【図16】同、距離判断手段の動作を示す図
【図17】従来の距離測定装置の構成を示す図
【符号の説明】
1 距離制御手段
2 設定距離範囲記憶手段
3 送信条件記憶手段
4 受信条件記憶手段
5 超音波送出部
6 超音波受信部
7 距離計算手段
8 距離測定停止手段
9 制御間隔記憶手段
10 受信センサ
11 感度記憶手段
12 受信波増幅手段
13 検波手段
14 受信波敷居値記憶手段
15 測定状態情報記憶手段
16 測定状態記憶手段
17 設定距離記憶手段
18 距離受信条件記憶手段
19 距離判断手段
20 距離測定開始手段
21 送信信号出力手段
22 超音波送信センサ
23 距離測定手段

Claims (25)

  1. 距離測定対象とする測定対象物の状態、または超音波によって測定対象物との距離を測定する距離測定装置の状態に応じて、超音波の受信条件を変更する構成とする超音波による距離測定装置。
  2. 距離測定対象とする測定対象物と超音波によって測定対象物との距離を測定する距離測定装置との距離に応じて、超音波の受信条件を変更する構成とする超音波による距離測定装置。
  3. 超音波の受信条件は、測定対象物と距離測定装置との距離に応じた受信波検知用閾値とする構成とする請求項2記載の距離測定装置。
  4. 超音波の送信条件を記憶する送信条件記憶手段と、前記送信条件記憶手段による送信条件に従って超音波を送信する超音波送信手段と、複数の測定距離範囲を設定した設定距離範囲記憶手段と、前記設定距離範囲記憶手段が記憶する複数の設定距離に応じた超音波の受信条件を記憶する受信条件記憶手段と、受信条件記憶手段の受信条件に従って受信波を検知する超音波受信手段と、送信条件記憶手段の送信条件と超音波受信手段の受信波から測定対象物までの距離測定を行う距離測定手段を備える構成とする超音波による距離測定装置。
  5. 受信条件記憶手段の受信条件は、設定距離範囲記憶手段が記憶する設定距離に応じた受信波検知用の閾値とする請求項4に記載の距離測定装置。
  6. 受信条件記憶手段の受信条件は、設定距離範囲記憶手段が記憶する設定距離に応じた複数の受信波検知用の閾値と閾値時間とする請求項4に記載の距離測定装置。
  7. 設定距離範囲記憶手段は、距離対象物の距離が測定できた場合は設定距離範囲の出力を停止する構成とする請求項3から6のいずれか1項に記載の超音波による距離測定装置。
  8. 超音波の送信条件を記憶する送信条件記憶手段と、前記送信条件記憶手段による送信条件に従って超音波を送信する超音波送信手段と、送信条件記憶手段が記憶する送信条件に応じた超音波の受信条件を記憶する送受信条件記憶手段と、送受信条件記憶手段の受信条件に従った受信波を検知する超音波受信手段と、送信条件記憶手段の送信条件と超音波受信手段の受信波から測定対象物までの距離測定を行う距離測定手段を備える構成とする超音波による距離測定装置。
  9. 送受信条件記憶手段は、送信条件である送信波振幅に応じた受信波検知用の閾値を記憶する構成とする請求項8に記載の超音波による距離測定装置。
  10. 送受信条件記憶手段は、送信条件の送信波時間に応じた受信波検知用の閾値時間を記憶する構成とする請求項8または9に記載の超音波による距離測定装置。
  11. 送受信条件記憶手段は、送信条件が超音波送信手段に送信されたにも関わらず受信波が受信できない場合は送信する超音波の振幅を大きくする構造とする請求項8から10のいずれか1項に記載の超音波による距離測定装置。
  12. 送受信条件記憶手段は、送信条件が超音波送信手段に送信されたにも関わらず受信波が受信できない場合は超音波の閾値を下げる構造とする請求項8から11のいずれか1項に記載の超音波による距離測定装置。
  13. 送受信条件記憶手段は、送信条件が超音波送信手段に送信されたにも関わらず受信波が受信できない場合は送信する超音波の送信時間を長くする構造とする請求項8から12のいずれか1項に記載の超音波による距離測定装置。
  14. 距離測定手段は、受信波検知用の閾値を超える時間が雑音判定時間記憶手段の雑音判定時間以下である場合は、受信信号が雑音であると判定する構成とする請求項3から13のいずれか1項に記載の超音波による距離測定装置。
  15. 距離測定手段は、受信波検知用の閾値を超える時間が直接波判定時間記憶手段の直接波判定時間以下である場合は、受信信号が直接波であると判定する構成とする請求項3から14のいずれか1項に記載の超音波による距離測定装置。
  16. 距離測定手段は、受信波検知用の閾値を超える時間帯の数が直接波判定回数記憶手段の直接波判定回数以下である場合は、受信信号が直接波であると判定する構成とする請求項3から15のいずれか1項に記載の超音波による距離測定装置。
  17. 距離測定手段は、送信条件記憶手段による送信条件の超音波送信手段への出力時間と超音波の受信波の立ち上がり時間から距離を測定する構成とする請求項3から16のいずれか1項に記載の超音波による距離測定装置。
  18. 距離測定手段は、送信条件記憶手段による送信条件の超音波送信手段への出力時間と超音波の受信波のピーク値を示す時間から距離を測定する構成とする請求項3から17のいずれか1項に記載の超音波による距離測定装置。
  19. 距離測定手段は、送信条件記憶手段による送信条件の超音波送信手段への出力時間と超音波の受信波が受信波検知用の閾値を超え始める時間から距離を測定する構成とする請求項3から18のいずれか1項に記載の超音波による距離測定装置。
  20. 距離測定手段は、送信条件記憶手段による送信条件の超音波送信手段への出力時間と超音波の受信波が受信波検知用の値を超えている時間帯の中心時間から距離を測定する構成とする請求項3から19のいずれか1項に記載の超音波による距離測定装置。
  21. 距離制御手段は、距離測定時間記憶手段が記憶する距離測定時間の間隔で距離制御信号を出力する構成とする請求項3から20のいずれか1項に記載の距離測定装置。
  22. 距離測定時間記憶手段が記憶する距離測定時間は、設定距離範囲記憶手段が記憶する設定距離によって決定する最小距離時間以上である構成とする請求項21に記載の距離測定装置。
  23. 距離制御手段は、距離測定時間記憶手段が記憶する時間間隔までに距離測定ができなかった場合は測定対象物までの距離が設定範囲以上であると判定する構成とする請求項19から22のいずれか1項に記載の距離測定装置。
  24. 受信条件記憶手段は、設定範囲記憶手段による設定範囲に応じた超音波の周波数を出力し、超音波受信手段は受信条件記憶手段による周波数を検波する構成とする請求項3から23のいずれか1項に記載の距離測定装置。
  25. 送受信条件記憶手段は、送信条件記憶手段が出力する超音波の送信周波数と同じ周波数を出力し、超音波受信手段は送受信条件記憶手段による周波数を検波する構成とする請求項7から24のいずれか1項に記載の距離測定装置。
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