JP2003156561A - 超音波距離測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＡＧＣを不要とし、かつ受信したエコーのレ
ベル判断のみにより、ターゲットまでの距離を正確に測
定することが可能な超音波距離測定方法及びその装置を
提供すること。 【解決手段】 受信エコーを３つの異なるスレッショル
ドレベル（ＴＨ）で判定し、送信時点から第１ＴＨを超
えた時点までの時間Ｔ１と、送信時点から第２ＴＨを越
えた時点までの時間Ｔ２とから、直線近似により送信時
点から前記受信エコーの立ち上がり時点までの時間Ｔ０
を演算して、距離を測定する。受信エコーが第３ＴＨを
越えた場合に、距離測定結果を有効とし、第３ＴＨを越
えない場合には、無効とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を送信しタ
ーゲットからの反射波を受信するまでの時間から距離を
測定する超音波距離測定方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からターゲットまでの距離を測定す
るために、超音波を利用した距離測定装置が広く使用さ
れている。

【０００３】図７は、従来から一般的に用いられている
超音波距離測定装置のブロック構成を示す図であり、ま
た図８は距離測定動作を説明するための図である。

【０００４】図７において、中央演算処理装置（以下、
ＣＰＵ）７１は発振器７２からの基準クロック信号に基
づいて動作する。ターゲットまでの距離測定に際して
は、まずＣＰＵ７１から送信トリガが駆動信号発生回路
７３に与えられこれに基づいて形成された所定周波数の
バースト信号が電力増幅回路７４で増幅され、送受切替
器７５を介して超音波センサ７６に供給される。なお、
駆動信号発生回路７３，電力増幅回路７４で送信回路が
構成されている。

【０００５】超音波センサ７６はバースト信号により駆
動され、超音波センサ７６からターゲットに向けて送信
パルスが送信される。送信パルスはターゲットで反射さ
れ超音波エコーが超音波センサ７６で受信され、電気信
号に変換されて受信エコーが送受切替器７５を介して受
信回路に供給される。

【０００６】受信エコーは、受信回路のバンドパスフィ
ルタ７７で帯域外のノイズが除去され、増幅回路７８で
増幅され、検波回路７９で検波されてレベル比較回路８
０に供給される。このレベル比較回路８０は、スレッシ
ョルドレベルＴＨが設定されており検波回路７９からの
検波出力がスレッショルドレベルＴＨと比較され、スレ
ッショルドレベルＴＨを越えたときにＣＰＵ７１にレベ
ル比較信号を供給する。ＣＰＵ７１では、送信トリガの
発生時からレベル比較信号を受けるまでの時間Ｔに基づ
いて、この距離測定装置からターゲットまでの距離を測
定し、表示器８１に測定された距離を表示する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この距離測定におい
て、ターゲットの形状（凹凸など）・材質や距離によっ
て受信エコーのレベルが大きく変動することがある。特
に、近距離ターゲット（例えば、凹凸の激しい路面での
車高計測など）では、エコーレベルが安定しない場合に
は距離測定結果に大きな誤差が生じる原因となる。

【０００８】この状態を図８を参照して説明する。超音
波パルスを送信してから受信したエコーが、レベル比較
回路８０におけるスレッショルドレベルＴＨを越えるま
での時間Ｔによりターゲットまでの距離を求めている。
受信エコー波形は一般的に、超音波センサ７６の特性
や、バンドパスフィルタを含む受信回路などの特性によ
り、その立ち上がり及び立ち下がりに遅延を伴う。この
ため、エコーのレベルが高い実線で示す波形イの場合
と、エコーのレベルが低い破線で示す波形ロの場合とで
は、受信エコーがスレッショルドレベルＴＨを越える時
間が大きく異なるから、必然的にエコーレベルの高低に
より距離測定値が大きく変化してしまう。特に、近距離
のターゲットを測定する場合には、大きな誤差を含むこ
とになる。

【０００９】この問題を解決するために、図７のよう
に、受信回路を構成するバンドパスフィルタ７７，増幅
回路７８、検波回路７９に、さらにＡＧＣ検波回路８２
を設け、増幅回路７８の増幅度を制御できるようにす
る。そして、検波回路７９のエコーレベル（ピーク値）
が一定値になるように自動利得制御（以下、ＡＧＣ）を
行うようにしている。即ち、ＡＧＣの回路構成は、受信
されたエコーレベルが大きいときにはフィードバックを
かけて増幅回路７８のゲインを低下させ、エコーレベル
が小さいときには逆に増幅回路７８のゲインを上昇させ
る。つまり増幅回路７８の増幅度を自動的に制御し出力
レベルを一定にするように動作する。しかし、出力をフ
ィードバックしているためエコーレベル（ピーク値）の
変動が激しい場合には出力レベルを一定に保つことが難
しいという問題がある。

【００１０】また、ＡＧＣを行うために回路規模も大き
くなり、回路実装面積が増大し、コストアップにつなが
るという欠点もある。

【００１１】本発明は上述のような問題点に鑑みて、Ａ
ＧＣを不要とし、かつ受信したエコーのレベル判断のみ
により、ターゲットまでの距離を正確に測定することが
可能な超音波距離測定方法及びその装置を提供すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の超音波距離測
定方法は、超音波パルスの送信時点から、この超音波パ
ルスがターゲットで反射した受信エコーの受信時点まで
の時間によりターゲットまでの距離を測定する超音波距
離測定方法において、受信エコーを少なくとも３つの異
なる第１スレッショルドレベル乃至第３スレッショルド
レベルで判定し、受信エコーが、送信時点から第１スレ
ッショルドレベルを超えた時点までの時間と、送信時点
から前記第１スレッショルドレベルより大きい第２スレ
ッショルドレベルを越えた時点までの時間とから、直線
近似により送信時点から前記受信エコーの立ち上がり時
点までの時間を演算し、受信エコーが前記第２スレッシ
ョルドレベルより大きい第３スレッショルドレベルを越
えた場合に、演算により求められた前記立ち上がり時点
を前記受信エコーの受信時点とする一方、前記受信エコ
ーが前記第３スレッショルドレベルを越えない場合に
は、前記立ち上がり時点を無効とすることを特徴とす
る。

【００１３】請求項１の超音波距離測定方法によれば、
受信エコーの立ち上がり時点を、第１スレッショルドレ
ベルを超えた時点と第２スレッショルドレベルを越えた
時点とから演算により求めるから、ＡＧＣ等の複雑な回
路を用いることなく、受信エコーレベルが常に変動する
状況下においても、送信時点から受信時点までの時間を
正確に得ることができる。したがって、エコーレベルの
変動が激しい近距離ターゲットの距離測定を精度よく行
うことができる。また、受信エコーが第３スレッショル
ドレベルを越える場合にのみ、受信エコーの立ち上がり
時点を受信時点として取得するから、距離測定の信頼性
を確保することができる。

【００１４】請求項２の超音波距離測定装置は、送信パ
ルスを発生する送信手段と、この送信手段からの送信パ
ルスを超音波パルスとして送信し、ターゲットで反射し
た反射波を受信して受信エコーを出力する超音波センサ
手段と、この超音波センサ手段からの受信エコーを検波
する検波手段と、検波された受信エコーと少なくとも３
つの順次レベルが大きい第１スレッショルドレベル乃至
第３スレッショルドレベルとをそれぞれ比較し、比較結
果を出力するレベル比較手段と、前記送信回路に送信ト
リガを与え、時間計測を行うとともに、判断、制御機能
を有する制御手段とを備え、前記制御手段は、受信エコ
ーが、送信トリガ時点から前記第１スレッショルドレベ
ルを超えた時点までの時間と、送信トリガ時点から前記
第２スレッショルドレベルを越えた時点までの時間とか
ら、直線近似により送信トリガ時点から受信エコーの立
ち上がり時点までの時間を演算し、かつ受信エコーが前
記第３スレッショルドレベルを越えた場合に、前記立ち
上がり時点を受信エコーの受信時点として、ターゲット
までの距離を測定する一方、受信エコーが前記第３スレ
ッショルドレベルを越えない場合に、ターゲットまでの
距離測定を行わないことを特徴とする。

【００１５】請求項２の超音波距離測定装置によれば、
受信エコーをレベル比較手段で第１乃至第３スレッショ
ルドレベルと比較し、制御手段でそれらの比較結果に基
づいて受信エコーの立ち上がり時点を演算して距離を測
定するから、ＡＧＣ等の複雑な回路を用いることなく、
受信エコーレベルが常に変動する状況下においても、タ
ーゲットまでの距離を精度よく得ることができる。特
に、エコーレベルの変動が激しい近距離ターゲットの距
離測定に好適である。また、受信エコーが第３スレッシ
ョルドレベルを越える場合にのみ、受信エコーの立ち上
がり時点を受信時点として取得するから、距離測定の信
頼性を確保することができる。

【００１６】請求項３の超音波距離測定装置は、請求項
２の超音波距離測定装置において、前記レベル比較手段
は、受信エコー毎に前記第１スレッショルドレベル乃至
第３スレッショルドレベルのうちのいずれかがスレッシ
ョルドレベルとして設定可能であり、前記制御手段は、
前記レベル比較手段に前記第１スレッショルドレベル乃
至第３スレッショルドレベルのうちのいずれかをスレッ
ショルドレベルとして設定することを特徴とする。

【００１７】請求項３の超音波距離測定装置によれば、
超音波パルスの送信毎に、比較手段のスレッショルドレ
ベルを第１、第２、第３スレッショルドレベルに順次変
更して設定し、各受信エコーの受信毎に１つのレベル判
定を行うから、レベル比較手段及び時間計測手段を、例
えば単一の比較器、カウンタ等の、簡素な構成とするこ
とができ、装置構成を小さくすることができる。

【００１８】請求項４の超音波距離測定装置は、請求項
２の超音波距離測定装置において、前記レベル比較手段
は、前記第１スレッショルドレベルに設定されている第
１比較器と、前記第２スレッショルドレベルに設定され
ている第２比較器と、前記第３スレッショルドレベルに
設定されている第３比較器とを有することを特徴とす
る。

【００１９】請求項４の超音波距離測定装置によれば、
レベル比較手段にスレッショルドレベル毎に比較器を設
けて、受信エコー毎に多段階のレベル比較を行うから、
短い時間で距離測定結果を得ることができる。

【００２０】請求項５の超音波距離測定装置は、請求項
２、３または４のいずれかに記載された超音波距離測定
装置において、前記制御手段は、前記送信トリガにより
時間カウントを開始し、前記レベル比較手段の比較結果
出力により時間カウントを停止するカウンタ手段を有
し、このカウンタ手段のカウント値により時間計測を行
うことを特徴とする。

【００２１】請求項５の超音波距離測定装置によれば、
送信トリガにより時間カウントを開始し、レベル比較手
段の比較結果出力により時間カウントを停止するカウン
タ手段で時間計測を行うから、受信エコーをディジタル
信号に変換することなくアナログ信号のままで処理で
き、所要の分解能を持つクロック信号をカウントするだ
けで精度よく時間を測定できる。また、制御手段に、高
速動作の高価なＣＰＵなどは不要であり、比較的低速の
安価なＣＰＵなどの制御装置により構成することができ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００２３】本発明の超音波距離測定方法及び装置にお
ける基本的な考え方を図１を参照して説明する。超音波
送信パルスに対する受信エコーＥを少なくとも３つの異
なる第１スレッショルドレベルＴＨ１乃至第３スレッシ
ョルドレベルＴＨ３で判定する。なお、ＴＨ１＜ＴＨ２
＜ＴＨ３に設定されている。

【００２４】まず、受信エコーＥが、送信時点ｔｓから
第１スレッショルドレベルＴＨ１を超えた時点ｔ１まで
の時間Ｔ１と、送信時点ｔｓから第２スレッショルドレ
ベルＴＨ２を越えた時点ｔ２までの時間Ｔ２とを求め
る。

【００２５】つぎに、受信エコーＥの立ち上がりに三角
形の相似を適用して、直線近似により送信時点ｔｓから
受信エコーＥの立ち上がり時点ｔ０までの時間Ｔ０を演
算する。即ち、ＴＨ２：ＴＨ１＝（Ｔ２−Ｔ０）：（Ｔ
１−Ｔ０）より、時間Ｔ０を求める。この時間Ｔ０が、
ターゲットまでの超音波パルスの往復に要した時間であ
る。

【００２６】つぎに、受信エコーＥが、適宜その大きさ
を決めている第３スレッショルドレベルＴＨ３を越えた
場合に、直線近似が妥当性を有するとして、演算により
求められている立ち上がり時点ｔ０（即ち時間Ｔ０）を
受信エコーＥの受信時点として、距離測定を行う。

【００２７】しかし、同図中に破線で示すように、受信
エコーＥが第３スレッショルドレベルＴＨ３に達しない
ときには、直線近似が妥当性を欠き、立ち上がり時点ｔ
０′に誤差を多く含むことになる。つまり、実線で示さ
れる正常なエコーレベルである場合の立ち上がり時点ｔ
０と比較して明白なように、受信エコーＥが、送信時点
ｔｓから第１スレッショルドレベルＴＨ１を超えた時点
ｔ１′までの時間Ｔ１′と、送信時点ｔｓから第２スレ
ッショルドレベルＴＨ２を越えた時点ｔ２′までの時間
Ｔ２′に基づいて演算した立ち上がり時点ｔ０′は本当
の立ち上がり時点からずれており、距離測定に大きな誤
差を生じることになる。したがって、求めた立ち上がり
時点ｔ０′（即ち時間Ｔ０′）を無効とする。即ち、こ
の場合には、ターゲットまでの距離は求めないか、求め
たとしても無効とする。

【００２８】このようにして、本発明では、超音波パル
スの送信時点ｔｓから受信エコーＥの受信時点ｔ０まで
の時間により、精度良く且つ信頼性高く、ターゲットま
での距離を測定する。

【００２９】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る
超音波距離測定装置の全体ブロック構成を示す図であ
り、図３は、その測定動作の手順を説明する図である。

【００３０】図２において、ＣＰＵ１１は、発振器１２
からの基準クロック信号を受け、送信トリガを発生し、
スレッショルドレベルＴＨ（ＴＨ１、ＴＨ２またはＴＨ
３）を出力するほか、本装置の判断、制御機能を司る。
カウンタ１３は、例えば１６ビットのバイナリカウンタ
で構成され、発振器１２からの計測用クロック信号を受
け、送信トリガによりカウント動作を開始する。そし
て、比較器２１からの比較出力によりカウント動作を終
了し、カウント値をラッチして１６ビットカウントデー
タとしてＣＰＵ１１に供給する。これらＣＰＵ１１，発
振器１２，カウンタ１３は、制御手段を構成する。

【００３１】駆動信号発生回路１４は送信トリガを受け
て所定周波数、所定パルス幅の駆動信号を発生し、電力
増幅回路１５は、駆動信号を増幅する。この駆動信号発
生回路１４と電力増幅回路１５は送信回路を構成する。
送受切替器１６は電力増幅回路１５からの送信パルスを
超音波センサ１７に与え、超音波センサ１７は超音波パ
ルスをターゲットに向けて送出し、ターゲットで反射さ
れた反射波を受けて受信エコーとして送受切替器１６を
介して受信回路に供給する。

【００３２】受信回路は、バンドパスフィルタ１８，増
幅回路１９、検波回路２０で構成されており、検波回路
２０から検波された受信エコーＥが、比較手段である比
較器２１に出力される。なお、増幅回路１９は設定され
た増幅度で信号増幅を行うが、ＡＧＣ動作は行われな
い。

【００３３】図２の距離測定装置でターゲットまでの距
離を測定する手順を説明する。この第１の実施の形態で
は、３回の送受信をセットとして、１回の距離測定を行
う。

【００３４】まず、第１回目の送信に際して、ＣＰＵ１
１から比較器２１に第１スレッショールドレベルＴＨ１
を設定する。そして、ＣＰＵ１１から送信トリガを発生
して、送信回路を駆動して、超音波センサ１７から超音
波パルスをターゲットに向けて送出する。また、送信ト
リガは、カウンタ１３に与えられ、そのカウント値をリ
セットした後、初期値からカウント動作を開始する。

【００３５】ターゲットで反射された反射波は、超音波
センサ１７で受信され、受信回路で検波されて、受信エ
コーＥとなり、比較器２１に供給される。比較器２１の
スレッショルドレベルは、第１スレッショルドレベルＴ
Ｈ１に設定されている。

【００３６】図３（ａ）を参照して、受信エコーＥが第
１スレッショルドレベルＴＨ１に達した時点ｔ１で、比
較器２１から比較結果の信号がカウンタ１３に供給され
て、そのカウント動作を停止して、その時点のカウント
値をラッチする。このカウント値は１６ビットのカウン
トデータとしてＣＰＵ１１に入力される。このカウント
値は、送信トリガｔｓから時点ｔ１までの時間Ｔ１に対
応している。なお、ＴＲは、送信波（残響波を含む）で
ある。

【００３７】つぎに、第２回目の送信が行われる。この
第２回目の送信に際し、ＣＰＵ１１１は比較器２１に第
２スレッショールドレベルＴＨ２を設定する。この第２
回目の送信及び受信が第１回目と同様に行われ、その結
果、図３（ｂ）のように、受信エコーＥが第２スレッシ
ョルドレベルＴＨ２に達した時点ｔ２で、比較器２１か
ら比較結果の信号がカウンタ１３に供給されて、そのカ
ウント動作が停止されて、そのカウント値がラッチさ
れ、カウントデータとしてＣＰＵ１１に入力される。こ
のカウント値は、送信トリガｔｓから時点ｔ２までの時
間Ｔ２に対応している。

【００３８】これら時間Ｔ１，時間Ｔ２、第１スレッシ
ョルドレベルＴＨ１及び第２スレッショルドレベルＴＨ
２に基づいて、直線近似により受信エコーＥの立ち上が
り時点ｔ０までの時間Ｔ０を求める。

【００３９】さらに、第３回目の送信が行われる。この
第３回目の送信に際し、ＣＰＵ１１は比較器２１に第３
スレッショールドレベルＴＨ３を設定する。この第３回
目の送信及び受信が同様に行われ、その結果、図３
（ｃ）のように、受信エコーＥが第３スレッショルドレ
ベルＴＨ３を越えたか否かを判定する。この判定は、第
３スレッショルドレベルＴＨ３を受信エコーＥが越えた
ときには、カウンタ１３のカウント動作が停止し、その
カウント値が入力されることでＣＰＵ１１が判定する。

【００４０】受信エコーＥが第３スレッショルドレベル
ＴＨ３を越えたときには、直線近似が妥当性を有するか
ら、既に求めている立ち上がり時点ｔ０（即ち時間Ｔ
０）を受信エコーＥの受信時点とし、この時間Ｔ０によ
り直ちに、ターゲットまでの距離を求める。

【００４１】しかし、受信エコーＥが第３スレッショル
ドレベルＴＨ３に達しないときには、直線近似が妥当性
を欠き、立ち上がり時点に誤差を多く含むことになるの
で、既に求めている立ち上がり時点ｔ０（即ち時間Ｔ
０）を無効とする。即ち、この場合には、ターゲットま
での距離は求めないか、求めたとしても無効とする。

【００４２】なお、受信エコーＥが第３スレッショルド
レベルＴＨ３に達しないことは、カウンタ１３からカウ
ント値がＣＰＵ１１に入力されないことで判定できる。
あるいは、比較器２１の出力を監視して、判定してもよ
い。

【００４３】各スレッショルドレベルとしては、ＴＨ１
×２＝ＴＨ２に設定すると演算が容易になる。また、第
３スレッショルドレベルＴＨ３は、第２スレッショルド
レベルＴＨ２より大きければ大きいほど、立ち上がり時
点に含まれる誤差は小さくなるので好ましい。ただ、第
１スレッショルドレベルＴＨ１及び第２スレッショルド
レベルＴＨ２を安定して検出する観点から、例えば、Ｔ
Ｈ３＝３・ＴＨ１、ＴＨ２＝２・ＴＨ１に設定すること
がよい。なお、第１スレッショルドレベルＴＨ１は、タ
ーゲットからの受信エコー以外のノイズを検出しないよ
うに、ノイズレベルの５倍程度はマージンが得られるよ
うに設定すると良い。

【００４４】また、スレッショルドレベルの設定は、必
ずしもＴＨ１，ＴＨ２、ＴＨ３の順に行う必要は、その
順序は逆にするなど任意にすることができる。

【００４５】以上のように、超音波パルスの３回の送受
信により距離測定が一通り終了した後、引き続いて測定
を実施し、複数回の測定結果の平均化処理を行って、測
定距離を得ることが良い。この場合、厳密にはリアルタ
イム測定とはならないが、送受信の周期が短い（周期：
１０ｍｓ）ため、平均を取る間の各受信エコーのレベル
に実質的な変化は発生しない。

【００４６】この実施の形態における、具体的な実施例
として、送受信回路の特性は次のように設定することが
できる。また、受信エコーの特性は、その実測した波形
が図４に示されるようになる。 送信周波数・電圧 ：８００ｋＨｚ、１０波、３
８Ｖｐ−ｐ バンドパスフィルタ特性 ：７４０〜８６０ｋＨｚ（−
３ｄＢ） 増幅回路の利得 ：７０ｄＢ（図４（ａ））、
７４ｄＢ（図４（ｂ）） センサの振動子特性 ：共振周波数７９０ｋＨｚ、
Ｑ＝１３．２（−３ｄＢ）、
Ｃｄ＝１１６ｐＦ（ａｔ １ｋＨｚ）

【００４７】特に、この実施例では、近距離ターゲット
までの距離の測定に適合するように超音波センサの振動
子を飽和させないこととし、送信パルスを８００ｋＨ
ｚ、１０波のバースト波としている。これにより、受信
エコーの波形をほぼ三角形状にすることができる。

【００４８】図４（ａ）は、増幅回路の利得を７０ｄＢ
とした場合のエコー波形Ｅを示しており、増幅回路は飽
和していないので、出力されるエコー波形Ｅは三角形状
である。

【００４９】図４（ｂ）は、増幅回路の利得を７４ｄＢ
とした場合のエコー波形Ｅを示しており、増幅回路が飽
和しているのでエコー波形上部がカットされているが、
波形の立ち上がりは鋭いものになっている。

【００５０】なお、この図４では、受信回路でのエコー
波形を実測したものであるため、送信パルスＴＲは小さ
く見え、逆に大きな残響波ＴＲ′が観測されている。ま
た、図４（ａ）、（ｂ）では、ターゲットの位置が異な
っている。

【００５１】この第１の実施の形態では、ＡＧＣ等の複
雑な回路を用いることなく、受信エコーＥのレベルが常
に変動する状況下においても、ターゲットまでの距離を
精度よく得ることができる。特に、エコーレベルの変動
が激しい近距離ターゲットの距離測定に好適である。ま
た、受信エコーＥが第３スレッショルドレベルＴＨ３を
越える場合にのみ、受信エコーの立ち上がり時点ｔ０を
受信時点として取得するから、距離測定の信頼性を確保
することができる。

【００５２】また、超音波パルスの送信毎に、比較器２
１のスレッショルドレベルＴＨを第１、第２、第３スレ
ッショルドレベルに順次変更して設定し、各受信エコー
の受信毎に１つのレベル判定を行うから、単一の比較
器、カウンタ等の、簡素な構成とすることができ、装置
構成を小さくすることができる。

【００５３】図５は、本発明の第２の実施の形態に係る
超音波距離測定装置の全体ブロック構成を示す図であ
り、図６は、その測定動作を説明する図である。

【００５４】この図５の第２の実施の形態では、超音波
パルスの１回の送受信で距離測定を行うように構成して
いる。そのために、比較手段が、第１スレッショルドレ
ベルに設定されている第１比較器２１−１と、第２スレ
ッショルドレベルに設定されている第２比較器２１−２
と、第３スレッショルドレベルに設定されている第３比
較器２１−３とを有している。

【００５５】また、制御手段におけるカウンタとして、
第１比較器２１−１の比較結果をカウントする第１カウ
ンタ１３−１と、第２比較器２１−２の比較結果をカウ
ントする第２カウンタ１３−２と、第３比較器２１−３
の比較結果をカウントする第３カウンタ１３−３とを有
している。その他の構成は、図２の第１の実施の形態に
おけると同様である。

【００５６】図５において、第１〜第３比較器２１−１
〜２１−３は、予めそれぞれ第１〜第３スレッショルド
レベルＴＨ１〜ＴＨ３に設定されている。ＣＰＵ１１か
ら送信トリガが出力されると、第１〜第３カウンタ１３
−１〜１３−３は、そのカウント値がリセットされた
後、初期値から同時にカウント動作を開始する。

【００５７】このとき、送信トリガにより、送信回路を
駆動して、超音波センサ１７から超音波送信パルスをタ
ーゲットに向けて送出する。ターゲットで反射された反
射波は、超音波センサ１７で受信され、受信回路で検波
されて、受信エコーＥとなり、第１〜第３比較器２１−
１〜２１−３に並列に供給される。

【００５８】図６を参照して、受信エコーＥが第１スレ
ッショルドレベルＴＨ１に達した時点ｔ１で、第１比較
器２１−１から比較結果の信号が第１カウンタ１３−１
に供給されて、そのカウント動作を停止して、その時点
のカウント値をラッチする。このカウント値は１６ビッ
トのカウントデータとしてＣＰＵ１１に入力される。こ
のカウント値は、送信トリガｔｓから時点ｔ１までの時
間Ｔ１に対応している。

【００５９】引き続いて、受信エコーＥが第２スレッシ
ョルドレベルＴＨ２に達した時点ｔ２で、第２比較器２
１−２から比較結果の信号が第２カウンタ１３−２に供
給されて、そのカウント動作を停止して、その時点のカ
ウント値をラッチする。このカウント値は１６ビットの
カウントデータとしてＣＰＵ１１に入力される。このカ
ウント値は、送信トリガｔｓから時点ｔ２までの時間Ｔ
２に対応している。

【００６０】更に、受信エコーＥが第３スレッショルド
レベルＴＨ３を越えた時点で、第３比較器２１−３から
比較結果の信号が第３カウンタ１３−３に供給されて、
そのカウント動作が停止し、その時点のカウント値がＣ
ＰＵ１１に入力される。これにより、ＣＰＵ１１は、第
３スレッショルドレベルＴＨ３を越えたことを検出す
る。この第３カウンタ１３−３は、省略することができ
る。この場合、第３比較器２１−３の出力レベルを直接
ＣＰＵ１１が認識できるようにすればよい。

【００６１】受信エコーＥが第３スレッショルドレベル
ＴＨ３を越えたときには、直線近似が妥当性を有するか
ら、時間Ｔ１，時間Ｔ２、第１スレッショルドレベルＴ
Ｈ１及び第２スレッショルドレベルＴＨ２に基づいて、
直線近似により受信エコーＥの立ち上がり時点ｔ０まで
の時間Ｔ０を求める。この時間Ｔ０により直ちに、ター
ゲットまでの距離を求める。

【００６２】しかし、受信エコーＥが第３スレッショル
ドレベルＴＨ３に達しないときには、直線近似が妥当性
を欠き、立ち上がり時点に誤差を多く含むことになる。
つまり、正常なエコーレベルである場合の立ち上がり時
点ｔ０と比較して、演算した立ち上がり時点は本当の立
ち上がり時点からずれており、距離測定に大きな誤差を
生じることになる。したがって、求めた立ち上がり時点
ｔ０（即ち時間Ｔ０）を無効とする。即ち、この場合に
は、ターゲットまでの距離は求めないか、求めたとして
も無効とする。

【００６３】この第２の実施の形態では、更に、レベル
比較手段に、第１〜第３スレッショルドレベル毎に第１
〜第３比較器２１−１〜２１−３を設けて、受信エコー
毎に多段階のレベル比較を行うから、短い時間で距離測
定結果を得ることができる。

【００６４】

【発明の効果】請求項１の超音波距離測定方法によれ
ば、受信エコーの立ち上がり時点を、第１スレッショル
ドレベルを超えた時点と第２スレッショルドレベルを越
えた時点とから演算により求めるから、ＡＧＣ等の複雑
な回路を用いることなく、受信エコーレベルが常に変動
する状況下においても、送信時点から受信時点までの時
間を正確に得ることができる。したがって、エコーレベ
ルの変動が激しい近距離ターゲットの距離測定を精度よ
く行うことができる。また、受信エコーが第３スレッシ
ョルドレベルを越える場合にのみ、受信エコーの立ち上
がり時点を受信時点として取得するから、距離測定の信
頼性を確保することができる。

【００６５】請求項２の超音波距離測定装置によれば、
受信エコーをレベル比較手段で第１乃至第３スレッショ
ルドレベルと比較し、制御手段でそれらの比較結果に基
づいて受信エコーの立ち上がり時点を演算して距離を測
定するから、ＡＧＣ等の複雑な回路を用いることなく、
受信エコーレベルが常に変動する状況下においても、タ
ーゲットまでの距離を精度よく得ることができる。特
に、エコーレベルの変動が激しい近距離ターゲットの距
離測定に好適である。また、受信エコーが第３スレッシ
ョルドレベルを越える場合にのみ、受信エコーの立ち上
がり時点を受信時点として取得するから、距離測定の信
頼性を確保することができる。

【００６６】請求項３の超音波距離測定装置によれば、
超音波パルスの送信毎に、比較手段のスレッショルドレ
ベルを第１、第２、第３スレッショルドレベルに順次変
更して設定し、各受信エコーの受信毎に１つのレベル判
定を行うから、レベル比較手段及び時間計測手段を、例
えば単一の比較器、カウンタ等の、簡素な構成とするこ
とができ、装置構成を小さくすることができる。

【００６７】請求項４の超音波距離測定装置によれば、
レベル比較手段にスレッショルドレベル毎に比較器を設
けて、受信エコー毎に多段階のレベル比較を行うから、
短い時間で距離測定結果を得ることができる。

【００６８】請求項５の超音波距離測定装置によれば、
送信トリガにより時間カウントを開始し、レベル比較手
段の比較結果出力により時間カウントを停止するカウン
タ手段で時間計測を行うから、受信エコーをディジタル
信号に変換することなくアナログ信号のままで処理で
き、所要の分解能を持つクロック信号をカウントするだ
けで精度よく時間を測定できる。また、制御手段に、高
速動作の高価なＣＰＵなどは不要であり、比較的低速の
安価なＣＰＵなどの制御装置により構成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における超音波距離測定方法及び装置の
考え方を説明する図。

【図２】第１の実施の形態に係る全体ブロック構成を示
す図。

【図３】その測定動作の手順を説明する図。

【図４】実施例における受信エコーの特性を示す図。

【図５】第２の実施の形態に係る全体ブロック構成を示
す図。

【図６】その測定動作を説明する図。

【図７】従来の超音波距離測定装置のブロック構成を示
す図。

【図８】図７の距離測定動作を説明するための図。

【符号の説明】

１１ ＣＰＵ １２ 発振器 １３、１３−１〜１３−３ カウンタ １４ 駆動信号発生回路 １５ 電力増幅回路 １６ 送受切替器 １７ 超音波センサ １８ バンドパスフィルタ １９ 増幅回路 ２０ 検波回路 ２１、２１−１〜２１−３ 比較器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波パルスの送信時点から、この超音
   波パルスがターゲットで反射した受信エコーの受信時点
   までの時間によりターゲットまでの距離を測定する超音
   波距離測定方法において、 受信エコーを少なくとも３つの異なる第１スレッショル
   ドレベル乃至第３スレッショルドレベルで判定し、 受信エコーが、送信時点から第１スレッショルドレベル
   を超えた時点までの時間と、送信時点から前記第１スレ
   ッショルドレベルより大きい第２スレッショルドレベル
   を越えた時点までの時間とから、直線近似により送信時
   点から前記受信エコーの立ち上がり時点までの時間を演
   算し、 受信エコーが前記第２スレッショルドレベルより大きい
   第３スレッショルドレベルを越えた場合に、演算により
   求められた前記立ち上がり時点を前記受信エコーの受信
   時点とする一方、前記受信エコーが前記第３スレッショ
   ルドレベルを越えない場合には、前記立ち上がり時点を
   無効とすることを特徴とする超音波距離測定方法。
2. 【請求項２】 送信パルスを発生する送信手段と、 この送信手段からの送信パルスを超音波パルスとして送
   信し、ターゲットで反射した反射波を受信して受信エコ
   ーを出力する超音波センサ手段と、 この超音波センサ手段からの受信エコーを検波する検波
   手段と、 検波された受信エコーと少なくとも３つの順次レベルが
   大きい第１スレッショルドレベル乃至第３スレッショル
   ドレベルとをそれぞれ比較し、比較結果を出力するレベ
   ル比較手段と、 前記送信回路に送信トリガを与え、時間計測を行うとと
   もに、判断、制御機能を有する制御手段とを備え、 前記制御手段は、 受信エコーが、送信トリガ時点から前記第１スレッショ
   ルドレベルを超えた時点までの時間と、送信トリガ時点
   から前記第２スレッショルドレベルを越えた時点までの
   時間とから、直線近似により送信トリガ時点から受信エ
   コーの立ち上がり時点までの時間を演算し、 かつ受信エコーが前記第３スレッショルドレベルを越え
   た場合に、前記立ち上がり時点を受信エコーの受信時点
   として、ターゲットまでの距離を測定する一方、受信エ
   コーが前記第３スレッショルドレベルを越えない場合
   に、ターゲットまでの距離測定を行わないことを特徴と
   する超音波距離測定装置。
3. 【請求項３】 前記レベル比較手段は、受信エコー毎に
   前記第１スレッショルドレベル乃至第３スレッショルド
   レベルのうちのいずれかがスレッショルドレベルとして
   設定可能であり、 前記制御手段は、前記レベル比較手段に前記第１スレッ
   ショルドレベル乃至第３スレッショルドレベルのうちの
   いずれかをスレッショルドレベルとして設定することを
   特徴とする、請求項２に記載された超音波距離測定装
   置。
4. 【請求項４】 前記レベル比較手段は、前記第１スレッ
   ショルドレベルに設定されている第１比較器と、前記第
   ２スレッショルドレベルに設定されている第２比較器
   と、前記第３スレッショルドレベルに設定されている第
   ３比較器とを有することを特徴とする、請求項２に記載
   された超音波距離測定装置。
5. 【請求項５】 前記制御手段は、前記送信トリガにより
   時間カウントを開始し、前記レベル比較手段の比較結果
   出力により時間カウントを停止するカウンタ手段を有
   し、このカウンタ手段のカウント値により時間計測を行
   うことを特徴とする、請求項２、３または４のいずれか
   に記載された超音波距離測定装置。