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JPH06186328A - Ultrasonic range-finding device - Google Patents

Ultrasonic range-finding device

Info

Publication number
JPH06186328A
JPH06186328A JP4340543A JP34054392A JPH06186328A JP H06186328 A JPH06186328 A JP H06186328A JP 4340543 A JP4340543 A JP 4340543A JP 34054392 A JP34054392 A JP 34054392A JP H06186328 A JPH06186328 A JP H06186328A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
transmitter
phase
frequencies
distance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4340543A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsuo Iida
安津夫 飯田
Nobuyasu Yamaguchi
伸康 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP4340543A priority Critical patent/JPH06186328A/en
Publication of JPH06186328A publication Critical patent/JPH06186328A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To significantly improve coordinate specifying resolution of a coordinate input device by transmitting/receiving two frequencies and obtaining respective phases, and then, based on these phases, obtaining the distance between a transmitter and a receiver. CONSTITUTION:A transmission circuit (a) cuts out continuous waveform of fundamental frequency f1 from an oscillator b, and drives a transmitter c. Ultrasonic waves, propagating in the air, are converted into electrical signals by a receiver and then amplified (e), after that, inputted into a phase detector f. In phase detection, firstly, two multiplication waveforms (sin and cos) having the same frequency f1 but of but of different phase by 90 degrees from each other, are multiplied together by a multiplier, and only low-frequency component is extracted by an LPF, and then their ratio (tan 2pifx1) is obtained, further, from its inverse function tan<-1> (tan 2pifx1), instantaneous phase X1 of reception signal is obtained, and then averaged. In a similar manner, phase X2 of fundamental frequency f2 is obtained, and an analysis part g, based on phase X1 and phase X2 of two frequencies, corrects the sound velocity and phase, to obtain the distance L between a transmitter and a receiver. By using phase for measuring distance, precision of about 1/40 wavelength is available.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を用いて距離を
測定する超音波距離測定装置に関し、特に、超音波を用
いて、ペン先、人体の指、頭等の動きや位置をパーソナ
ルコンピュータ、ワークステーション、CAD等に入力
する座標入力装置に適用するのに好適な超音波距離測定
装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic distance measuring device for measuring distance using ultrasonic waves, and in particular, it uses ultrasonic waves to personalize movement and position of a pen tip, a human finger, a head or the like. The present invention relates to an ultrasonic distance measuring device suitable for being applied to a coordinate input device for inputting to a computer, a workstation, CAD, or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】図13は、超音波を用いて座標を入力す
る座標入力装置を示すブロック図である。CRT等のモ
ニタ画面5aに隣接した位置に、この例では3つの超音
波受信器2a,2b,2cが固定され、一方ペンシル型
の操作子の先端に超音波送信器1が取り付けられてお
り、この操作子は、モニタ画面5aの前面でオペレータ
により操作される。操作子には図示しないスイッチが備
えられており、オペレータによりこのスイッチが押され
るとこの操作子先端に取り付けられた超音波送信器1か
ら超音波パルスが発せられる。この超音波パルスは3つ
の超音波送信器2a,2b,2cのそれぞれで受信さ
れ、各受信信号が座標計算部3に入力される。この座標
計算部3には、超音波送信器1から超音波が発せられた
タイミングを示す送信トリガ信号も入力され、この座標
計算部3で超音波送信器1(操作子) の3次元座標情報
が求められる。この求められた座標情報は計算機4に入
力され、モニタ画面5a上に表示すべき座標に変換さ
れ、表示情報としてモニタ5に送り込まれる。このモニ
タ画面5a上には例えば立体図が表示されており、この
立体図に重畳されてオペレータにより指示された3次元
座標が表示される。これにより、例えば、オペレータ
は、モニタ画面5aに表示されている立体構造物があた
かもモニタ画面5aの前面に存在するかのように考え
て、操作子でその立体構造物の3次元的な任意の位置を
指定することができる。尚ここでは計算機4とは別に座
標計算部3を備えているが、計算機4の内部で座標の計
算を行なってもよい。また、ここでは操作子側に超音波
送信器を備えているとして説明したが、操作子側には超
音波受信器を備え、モニタ側に超音波送信器を備えても
よい。
2. Description of the Related Art FIG. 13 is a block diagram showing a coordinate input device for inputting coordinates using ultrasonic waves. In this example, three ultrasonic wave receivers 2a, 2b, 2c are fixed to a position adjacent to a monitor screen 5a such as a CRT, while the ultrasonic wave transmitter 1 is attached to the tip of a pencil type operator, This operator is operated by the operator on the front surface of the monitor screen 5a. The operator is provided with a switch (not shown), and when the operator presses this switch, an ultrasonic wave pulse is emitted from the ultrasonic transmitter 1 attached to the tip of the operator. This ultrasonic pulse is received by each of the three ultrasonic transmitters 2a, 2b, 2c, and each received signal is input to the coordinate calculation unit 3. A transmission trigger signal indicating the timing at which the ultrasonic wave is emitted from the ultrasonic transmitter 1 is also input to the coordinate calculation unit 3, and the coordinate calculation unit 3 receives three-dimensional coordinate information of the ultrasonic transmitter 1 (operator). Is required. The obtained coordinate information is input to the computer 4, converted into coordinates to be displayed on the monitor screen 5a, and sent to the monitor 5 as display information. For example, a stereoscopic view is displayed on the monitor screen 5a, and the three-dimensional coordinates superposed on the stereoscopic view and instructed by the operator are displayed. Thereby, for example, the operator thinks as if the three-dimensional structure displayed on the monitor screen 5a exists on the front surface of the monitor screen 5a, and operates the operator to select an arbitrary three-dimensional structure of the three-dimensional structure. You can specify the position. Although the coordinate calculator 3 is provided separately from the calculator 4 here, the coordinates may be calculated inside the calculator 4. In addition, although it has been described here that the operator side includes the ultrasonic transmitter, the operator side may include the ultrasonic receiver and the monitor side may include the ultrasonic transmitter.

【0003】図14は、従来の座標解析のための超音波
の送受信波形を模式的に示した図である。送信波形は、
図に示すように、オペレータが上記スイッチを押す都
度、あるいはスイッチを押した後所定の時間間隔を置い
て繰り返し発生されるパルス状の波形である。これに対
する受信波形は、所定の包絡線を有するように繰り返し
正弦的に変化する波形となる。従来は、図14(a) の
受信波形に示すように、受信波形を所定のスレッシュホ
ールドをもってモニタしておき、送信開始時点から、受
信波形が所定のスレッシュホールドを横切るまでの伝播
時間τを各超音波受信器について測定し、距離L=τ×
C(Cは音速) を求め、これに基づいて超音波送信器1
(操作子) の座標を求めていた(特開昭52−1271
29号公報参照) 。
FIG. 14 is a diagram schematically showing a transmission / reception waveform of ultrasonic waves for conventional coordinate analysis. The transmitted waveform is
As shown in the figure, it is a pulse-like waveform that is repeatedly generated every time the operator presses the switch or at a predetermined time interval after pressing the switch. On the other hand, the received waveform is a waveform that repeatedly changes sinusoidally so as to have a predetermined envelope. Conventionally, as shown in the reception waveform of FIG. 14 (a), the reception waveform is monitored with a predetermined threshold, and the propagation time τ from the start of transmission until the reception waveform crosses the predetermined threshold is Measured with ultrasonic receiver, distance L = τ ×
C (C is the speed of sound) is calculated, and based on this, the ultrasonic transmitter 1
The coordinates of the (operator) were obtained (Japanese Patent Laid-Open No. 52-1271).
29).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで空間超音波は
減衰が激しく、しかもその減衰は超音波周波数の2乗に
比例するため、実用的には例えば40kHz等かなり低
周波数域の超音波しか使用することができない。また減
衰が大きいこともあって超音波送信器と超音波受信器と
の間の距離により、受信波形の振幅がかなり大幅に変化
する。このため、伝播時間τは、例えば受信波形の最初
の波が所定のスレッシュホールドを越えるか否か等によ
り1周期分容易に変化し、40kHzの超音波ではこの
1周期分の伝播時間の変化は距離にして約8.5mmに
相当し、座標指示手段としては分解能が低すぎあまりに
も大雑把な座標しか指示できず実用にはほど遠いという
問題がある。
By the way, since spatial ultrasonic waves are strongly attenuated and the attenuation is proportional to the square of the ultrasonic frequency, only ultrasonic waves in a considerably low frequency range such as 40 kHz are practically used. I can't. In addition, since the attenuation is large, the amplitude of the received waveform changes considerably depending on the distance between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver. Therefore, the propagation time τ easily changes for one cycle depending on, for example, whether the first wave of the received waveform exceeds a predetermined threshold, and the ultrasonic wave of 40 kHz does not change the propagation time for this one cycle. The distance is equivalent to about 8.5 mm, and the resolution is too low for the coordinate designating means, and only coarse coordinates can be designated, which is far from practical use.

【0005】この問題を解決しようとしていくつかの方
法が提案されている。例えば特開昭59−102127
号公報には、図14(b) の受信波形に示すように、包
絡線検波し、この包絡線のピークに最も近いゼロクロス
点をもって伝播時間τとする方法が提案されている。し
かしこの包絡線は通常かなりゆるやかなスロープをもっ
ており、したがって包絡線のピークを求めるにあたって
1周期分程度の誤差を含んでしまい、結局、座標指示分
解能を向上させることはできない。
Several methods have been proposed in an attempt to solve this problem. For example, JP-A-59-102127
As shown in the received waveform of FIG. 14 (b), the publication discloses a method in which envelope detection is performed and a zero cross point closest to the peak of this envelope is used as the propagation time τ. However, this envelope usually has a fairly gentle slope, and therefore, an error of about one cycle is included in obtaining the peak of the envelope, and eventually the coordinate pointing resolution cannot be improved.

【0006】また特開昭63−283863号公報に
は、典型的な受信波形をあらかじめ記憶しておき、この
受信波形と超音波受信器により得られた受信波形との相
互相関演算を行ない、これにより受信波形の立ち上がり
の時刻を補正する方法が提案されている。しかし、この
場合相互相関演算により求められた波形も受信波形と同
様な形状の繰り返し波形となり、したがってやはり1周
期分程度の誤差を含んでしまうこととなる。
In Japanese Patent Laid-Open No. 63-283863, a typical received waveform is stored in advance, and a cross-correlation operation between this received waveform and a received waveform obtained by an ultrasonic receiver is performed. Has proposed a method of correcting the rising time of the received waveform. However, in this case, the waveform obtained by the cross-correlation calculation also becomes a repetitive waveform having the same shape as the received waveform, and thus also includes an error of about one period.

【0007】さらに、特開昭63−159779号公報
にはチャープ波圧縮技術を用いる方法が提案されてい
る。チャープ波とは周波数が連続的に変化する波形であ
る。このチャープ波を採用し例えば相関演算を行なう
と、ピークの鋭い相関演算波形が得られることは理論的
には示されているが、空中超音波は減衰が厳しいことか
らもともと狭帯域であって広帯域の空中超音波振動子を
製造することは極めて困難であり、結局例えば40kH
zに対し2kHz位しか変化させることはできず、この
程度周波数を変化させてもほとんど精度向上にはつなが
らない。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 63-159779 proposes a method using a chirp wave compression technique. A chirp wave is a waveform whose frequency changes continuously. It has been theoretically shown that a correlation calculation waveform with a sharp peak can be obtained by employing this chirp wave and performing a correlation calculation, for example, but since aerial ultrasonic waves are severely attenuated, they are originally narrowband and wideband. It is extremely difficult to manufacture an airborne ultrasonic transducer of
Only about 2 kHz can be changed with respect to z, and even if the frequency is changed to this extent, the accuracy is hardly improved.

【0008】本発明は、上記事情に鑑み、座標入力装置
の座標指示分解能を大幅に向上させるに適した超音波距
離測定装置を提供することを目的とする。
In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide an ultrasonic distance measuring device suitable for greatly improving the coordinate pointing resolution of a coordinate input device.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的達成のための本
発明の超音波距離測定装置は、 (1) 超音波を送信する超音波送信器および該超音波送
信器から送信された超音波を受信する超音波受信器の双
方の機能を兼用あるいは分担する1つもしくは複数の超
音波トランスデューサ (2) 互いに異なる少なくとも2つの周波数の超音波を
超音波送信器から送信させるための駆動信号を発生する
送信部 (3) 超音波受信器で受信された少なくとも2つの周波
数の超音波それぞれの位相を検出する位相検出部 (4) 位相検出部により検出された少なくとも2つの位
相に基づいて超音波送信器および超音波受信器間の超音
波の伝播経路に沿う距離を求める距離解析部 を備えたことを特徴とする。
An ultrasonic distance measuring apparatus according to the present invention for achieving the above object comprises: (1) an ultrasonic wave transmitter for transmitting an ultrasonic wave and an ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic wave transmitter. One or a plurality of ultrasonic transducers that have the functions of both of the ultrasonic receivers or share the functions (2) Generate drive signals for transmitting ultrasonic waves of at least two different frequencies from the ultrasonic transmitter Transmitting section (3) Phase detecting section for detecting respective phases of ultrasonic waves of at least two frequencies received by the ultrasonic receiver (4) Ultrasonic wave transmitter based on at least two phases detected by the phase detecting section And a distance analysis unit for determining the distance along the propagation path of the ultrasonic wave between the ultrasonic receivers.

【0010】ここで上記送信部は、互いに異なる超音波
の周波数をf1 ,f2 、音速をc、測定距離範囲の最大
値をLmax としたとき、式 |f2 −f1 |<c/Lmax …(1) を満足する少なくとも2つの周波数f1 ,f2 の超音波
が超音波送信器から出力されるように超音波送信器を駆
動するものであり、この送信部は、超音波送信器からこ
れら少なくとも2つの周波数f1 ,f2 の超音波が順次
時間間隔を置いて送信されるように超音波送信器を駆動
するものであってもよく、あるいは、超音波送信器から
少なくとも2つの周波数f1 ,f2 の超音波が相前後し
て送信されるように超音波送信器を駆動するものであっ
てもよい。あるいは、上記送信部が、少なくとも2つの
周波数f1 ,f2 を包含する駆動信号を超音波送信器に
印加するものであり、かつこの超音波距離測定装置が、
超音波受信器で受信された超音波から少なくとも2つの
周波数f1 ,f2 の超音波をそれぞれ抽出するフィルタ
部を備えた構成としてもよい。
Here, when the frequencies of different ultrasonic waves are f 1 and f 2 , the sound velocity is c, and the maximum value of the measurement distance range is L max , the transmitting unit is given by the formula | f 2 −f 1 | <c / L max (1) The ultrasonic transmitter is driven so that ultrasonic waves of at least two frequencies f 1 and f 2 satisfying (1) are output from the ultrasonic transmitter. The ultrasonic transmitter may be driven so that the ultrasonic waves of these at least two frequencies f 1 and f 2 are sequentially transmitted at a time interval from the ultrasonic wave transmitter, or from the ultrasonic wave transmitter. The ultrasonic transmitter may be driven so that ultrasonic waves of at least two frequencies f 1 and f 2 are transmitted one after another. Alternatively, the transmitting unit applies a drive signal including at least two frequencies f 1 and f 2 to the ultrasonic transmitter, and the ultrasonic distance measuring device includes:
A configuration including a filter unit that extracts at least two ultrasonic waves of frequencies f 1 and f 2 from the ultrasonic waves received by the ultrasonic receiver may be provided.

【0011】また、上記本発明の超音波距離測定装置に
おける上記位相検出部は、この位相検出部で検出される
位相を補正するための補正値を記憶する手段を有してい
ることが好ましい。またこの超音波距離測定装置が、上
記距離解析部で求められる距離を補正するための温度セ
ンサを備えることも好ましい態様である。
Further, it is preferable that the phase detecting section in the ultrasonic distance measuring apparatus of the present invention has means for storing a correction value for correcting the phase detected by the phase detecting section. It is also a preferable aspect that the ultrasonic distance measuring device includes a temperature sensor for correcting the distance calculated by the distance analyzing unit.

【0012】本発明の超音波距離測定装置を2次元座標
ないし3次元座標を求める装置として構成する場合は、
本発明の超音波距離測定装置は、互いに異なる各所定の
位置に配置された、超音波送信器あるいは超音波受信器
のいずれか一方として用いられる複数の第1の超音波ト
ランスデューサ、およびこの第1の超音波トランスデュ
ーサに対して移動自在に設けられた、超音波送信器ある
いは超音波受信器のうちの上記一方とは異なるいずれか
他方として用いられる第2の超音波トランスデューサを
備え、さらにこれら第1の超音波トランスデューサおよ
び第2の超音波トランスデューサを用いて求められた複
数の距離に基づいて第2の超音波トランスデューサの2
次元座標ないし3次元座標を求める座標解析部を備えた
構成が採用される。
When the ultrasonic distance measuring device of the present invention is constructed as a device for obtaining two-dimensional coordinates or three-dimensional coordinates,
The ultrasonic distance measuring device of the present invention includes a plurality of first ultrasonic transducers, which are arranged at predetermined positions different from each other and are used as either one of an ultrasonic transmitter or an ultrasonic receiver, and the first ultrasonic transducers. A second ultrasonic transducer, which is movably provided with respect to the other ultrasonic transducer and is used as the other one of the ultrasonic transmitters or the ultrasonic receivers different from the above one. Of the second ultrasonic transducer based on the plurality of distances obtained using the second ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer.
A configuration including a coordinate analysis unit for obtaining dimensional coordinates or three-dimensional coordinates is adopted.

【0013】[0013]

【作用】以下、本発明の超音波距離測定装置に関し、簡
単のため1組の超音波送信器と超音波受信器を用いた場
合について説明するが、1つの超音波送受信器を用いて
反射体との間の距離を求める場合も同様である。超音波
送信器と超音波受信器との間の距離をLとすると、 L=(n1 +x1 ) λ1 …(2) と表される。ここに、nは0以上の整数、λは波長、x
は0から1の間の数値であり、xλは距離Lをnλで割
った余りとなる。添え字の数字1は1番目の周波数の超
音波に関するものであることを表す。受信信号の位相検
出を行った場合に得られる情報は、xのみである。つま
りnが判明しないと距離Lが求められないため、位相検
出では絶対距離は求められないというのが通説であっ
た。
In the following, regarding the ultrasonic distance measuring apparatus of the present invention, a case where one set of ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver is used will be described for the sake of simplicity. However, a reflector using one ultrasonic transmitter / receiver is used. The same applies when the distance between and is obtained. If the distance between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver is L, then L = (n 1 + x 1 ) λ 1 (2) Here, n is an integer of 0 or more, λ is a wavelength, x
Is a numerical value between 0 and 1, and xλ is the remainder of dividing the distance L by nλ. The subscript number 1 indicates that it relates to the ultrasonic wave of the first frequency. The information obtained when the phase of the received signal is detected is only x. In other words, it has been generally accepted that the distance L cannot be obtained unless n is known, and thus the absolute distance cannot be obtained by phase detection.

【0014】本発明者はnを求める手法をここに提案す
る。それは位相情報のみにより、極めて高精度に絶対座
標を求めるものである。そのために2以上の複数の周波
数の超音波を用いて、各々の超音波について、受信信号
の位相検出を行う。すなわち、上記(1) 式の場合と異
なる波長λ2 (すなわち異なる周波数) の超音波を用い
て、 L=(n2 +x2 ) λ2 …(3) に示すx2 を計測する。ここにn2 は整数である。
(2) 式と(3) 式では、式2つに対して未知数はL,
1 ,n2 の3つあるのでこのままでは解けない。
The present inventor proposes a method for obtaining n here. It seeks absolute coordinates with extremely high accuracy based only on phase information. Therefore, using ultrasonic waves of two or more frequencies, the phase of the received signal is detected for each ultrasonic wave. That is, x 2 shown in L = (n 2 + x 2 ) λ 2 (3) is measured by using an ultrasonic wave having a wavelength λ 2 (that is, a different frequency) different from that of the above formula (1). Here, n 2 is an integer.
In equations (2) and (3), the unknowns are L,
Since there are 3 of n 1 and n 2 , it cannot be solved as it is.

【0015】そこで制限を与える。n1 とn2 の差が1
以下となるようにλ1 ,λ2 を設定する。この理由は、
1 とn2 との差が2以上異なった場合には位相情報だ
けでは原理的にn1 とn2 の差を求めることができない
ために、解が求められないからである。n1 は(1) 式
より略L/λ1 、n2 は(2) 式より略L/λ2 であ
り、n1 とn2 の差はLの最大値において最大となるた
め |(Lmax /λ2 )−(Lmax /λ1 )|<1 …(4) の条件を与える。ここにLmax は測定する距離の最大値
である。(4) 式を変形すると上述した(1) 式 |f2 −f1 |<c/Lmax …(1) を得る。ここにcは音速、f1 ,f2 はそれぞれ波長λ
1 ,λ2 を有する超音波の周波数である。例えばf1
40kHzとすると、測定距離の最大値Lmax を300
mmとするためにはf2 を41kHz(39kHzでも
良い) とすれば良いことが(4) 式から導かれる。広帯
域の空中超音波振動子を製造することは極めて困難であ
るが、この程度の帯域は容易に持たせることができるた
め実用上の障害とはならない。以上ではLmax を測定距
離の最大値と定義したが、正確には測定距離範囲の最大
値とした方が正しい。例えば,Lmax を300mmとし
たとき、近距離の検出限界を0mmとした場合には30
0mmが測定距離の最大値となるが、近距離の検出限界
を100mmとした場合には測定距離の最大値は400
mmとなる。なお、1つの超音波送受信器を用いて反射
体との距離を求める場合は超音波が往復伝播する。した
がって、例えば測定距離の最大値を300mmとするた
めには(4) 式のLmax を600mmとして計算する。
Therefore, restrictions are given. The difference between n 1 and n 2 is 1
Set λ 1 and λ 2 so that The reason for this is
This is because, if the difference between n 1 and n 2 differs by 2 or more, the solution cannot be obtained because the difference between n 1 and n 2 cannot be obtained in principle only by the phase information. n 1 is approximately L / λ 1 from the equation (1), n 2 is approximately L / λ 2 from the equation (2), and the difference between n 1 and n 2 is the maximum at the maximum value of L | (L The condition of max / λ 2 )-(L max / λ 1 ) | <1 (4) is given. Here, L max is the maximum value of the measured distance. (4) is deformed and the above-described (1) Expression | f 2 -f 1 | obtain <c / L max ... (1 ). Where c is the speed of sound, and f 1 and f 2 are wavelengths λ, respectively.
It is the frequency of the ultrasonic wave having 1 and λ 2 . For example, when f 1 is 40 kHz, the maximum value L max of the measurement distance is 300
It is derived from the equation (4) that f 2 should be 41 kHz (39 kHz may be used) in order to obtain mm. Although it is extremely difficult to manufacture a wideband aerial ultrasonic transducer, it is possible to easily provide a band of this degree, which is not a practical obstacle. Although L max is defined as the maximum value of the measurement distance in the above, it is more accurate to set it to the maximum value of the measurement distance range. For example, when L max is set to 300 mm, 30 is set when the short range detection limit is set to 0 mm.
The maximum value of the measurement distance is 0 mm, but the maximum value of the measurement distance is 400 when the detection limit of the short distance is 100 mm.
mm. When the distance to the reflector is obtained using one ultrasonic transmitter / receiver, ultrasonic waves propagate back and forth. Therefore, for example, in order to set the maximum value of the measurement distance to 300 mm, L max in the equation (4) is calculated to be 600 mm.

【0016】f1 <f2 の場合について、(2) 式と
(3) 式からn1 を求める手法を以下説明する。f1
2 の場合、λ1 >λ2 となる。なおf1 >f2 の場合
2つの周波数の超音波を交代させて考えればよく、した
がってf1 <f2 としても一般性は失わない。λ1 >λ
2 の場合に、条件式(4) が成立するとn2 =n1 −1
にはならず、n2 =n1 もしくはn2 =n1 +1とな
る。
A method for obtaining n 1 from the equations (2) and (3) in the case of f 1 <f 2 will be described below. f 1 <
In the case of f 2 , λ 1 > λ 2 . In the case of f 1 > f 2 , ultrasonic waves of two frequencies may be considered in alternation, and therefore, even if f 1 <f 2 , generality is not lost. λ 1 > λ
In the case of 2 , if conditional expression (4) is satisfied, n 2 = n 1 −1
However, n 2 = n 1 or n 2 = n 1 +1.

【0017】まずn2 =n1 の場合について説明する。
このときには(2) 式と(3) 式から n1 =(x2 λ2 −x1 λ1 )/(λ1 −λ2 ) …(5) となる。簡単のため、図1に示すn2 =n1 =3の場合
の例を用いて解析方法を説明する。2周波数において検
出される位相x1 ,x2 から、x1 λ1 ,x2 λ 2 を計
算する。x1 λ1 ,x2 λ2 はそれぞれ距離Lをλ1
λ2 で割った余りである。(5) 式を用いてn1 を求
め、このn1 を(2) 式に代入することにより絶対距離
Lを求めることができる。
First, n2= N1The case will be described.
At this time, from equations (2) and (3), n1= (X2λ2-X1λ1) / (Λ1−λ2)… (5) For simplicity, n shown in FIG.2= N1= 3
The analysis method will be described using the example of. Check at 2 frequencies
Phase to be emitted x1, X2From x1λ1, X2λ 2Total
Calculate x1λ1, X2λ2Respectively the distance L to λ1
λ2It is the remainder divided by. Using equation (5), n1Seeking
This n1By substituting into equation (2)
L can be obtained.

【0018】次にn2 =n1 +1の場合には(2) 式と
(3) 式から n1 =(x2 λ2 −x1 λ1 +λ2 )/(λ1 −λ2 ) …(6) となる。図2にn1 =4、n2 =5の例を示す。x2 λ
2 をx2 λ2 +λ2 とすればn 2 =n1 =4となり、
(5) 式を適用できることがわかる。
Next, n2= N1If +1 then
From the formula (3), n1= (X2λ2-X1λ1+ Λ2) / (Λ1−λ2) ... (6) N in FIG.1= 4, n2= 5 is shown. x2λ
2X2λ2+ Λ2Then n 2= N1= 4,
It can be seen that the formula (5) can be applied.

【0019】以上に示すようにn2 =n1 かn2 =n1
+1かで適用する式は(5) 式、(6) 式と異なる。n
2 =n1 かn2 =n1 +1かは未知であるために、既知
のλ 1 ,λ2 ,x1 ,x2 を用いてこれを判定する必要
がある。以下にこの判定方法を説明する。n2 =n1
して(2) 、(3) 式を整理すると、 x2 λ2 −x1 λ1 =n1 (λ1 −λ2 ) …(7) となり、n2 =n1 +1として(2) 、(3) 式を整理
すると、 x2 λ2 −x1 λ1 =n1 (λ1 −λ2 ) −λ2 …(8) となる。ここでλ1 −λ2 >0、すなわち周波数f1
2 の場合を考える。
As shown above, n2= N1Or n2= N1
The formula applied by +1 is different from the formulas (5) and (6). n
2= N1Or n2= N1Known because +1 is unknown
Λ 1, Λ2, X1, X2Need to determine this using
There is. The determination method will be described below. n2= N1When
Then, rearranging equations (2) and (3), x2λ2-X1λ1= N11−λ2)… (7), and n2= N1Organize equations (2) and (3) as +1
Then x2λ2-X1λ1= N11−λ2) −λ2 … (8). Where λ1−λ2> 0, that is, frequency f1<
f2Consider the case.

【0020】まず、n2 =n1 のときには、(7) 式か
らx2 λ2 >x1 λ1 となることがわかる。次に、n2
=n1 +1のときには、n1 はLmax /λ1 よりも小さ
いことを用いて(8) 式の右辺を変形すると n1 =(λ1 −λ2 ) −λ2 <Lmax (λ1 −λ2 ) /λ1 −λ2 =Lmax −Lmax λ2 /λ1 −λ2 =λ2 (Lmax /λ2 −Lmax /λ1 −1) …(9) となる。この(9) 式のλ2 以下のかっこ内は(4) 式
で与えた条件式から0以下である。よってn2 =n1
1のときは、必ずx2 λ2 <x1 λ1 であることがわか
る。
First, when n 2 = n 1 , it can be seen from equation (7) that x 2 λ 2 > x 1 λ 1 . Then n 2
= N 1 +1, n 1 is smaller than L max / λ 1 and the right side of equation (8) is transformed to n 1 = (λ 1 −λ 2 ) −λ 2 <L max1 −λ 2 ) / λ 1 −λ 2 = L max −L max λ 2 / λ 1 −λ 2 = λ 2 (L max / λ 2 −L max / λ 1 −1) (9). The inside of the brackets of λ 2 or less in the expression (9) is 0 or less according to the conditional expression given by the expression (4). Therefore, n 2 = n 1 +
When 1 , it is understood that x 2 λ 2 <x 1 λ 1 is always satisfied.

【0021】以上から、x2 λ2 >x1 λ1 のときはn
2 =n1 であり(8) 式を用いてn 1 を求め、x2 λ2
<x1 λ1 のときはn2 −n1 +1であり(9) 式を用
いてn1 を求めればよいことがわかる。最後に精度を検
討する。(5) 式の右辺において分子のλ1 とλ2 はほ
ぼ等しいので共にλ1 とし、分母のλ1 −λ2 をΔλと
置くと、(5) 式は n1 =(x2 −x1 ) λ1 /Δλ …(10) と近似できる。これから、n1 の精度はx2 −x1 、す
なわち位相検出の精度で決まることがわかる。
From the above, x2λ2> X1λ1Then n
2= N1And n using the equation (8) 1, X2λ2
<X1λ1Then n2-N1+1 and use equation (9)
N1You can see that Finally check the accuracy
Debate. Λ of the numerator on the right side of equation (5)1And λ2Haho
Since both are equal, λ1And denominator λ1−λ2And Δλ
If you put it, equation (5) is n1= (X2-X1) λ1It can be approximated as / Δλ (10). From now on, n1The precision of x2-X1You
That is, it can be seen that it is determined by the accuracy of phase detection.

【0022】本発明者による中空超音波を用いた実験の
結果、最も簡単な回路を用いた場合でも位相検出精度は
波長の1/40程度は容易に達成できることが確認され
ている。整数であるn1 の精度は1未満にすれば良い。
このためには、位相検出精度が1/40程度の場合、λ
1 /Δλを40以下に設定することが必要条件である。
λ1 /Δλは、略f1 /(f2 −f1 ) である。上述の
1 =40kHz、f 2 =41kHzの例ではn1 の精
度はこの条件の限界に等しい。n1 の精度をさらに向上
するためには2つの手段が考えられる。1つはf1 を小
さくすることであり、1つはf2 −f1 を大きくするこ
とである。しかし、前者は、n1 の精度の向上には有効
であるが、波長λが大きくなるので、(2) 式に示した
距離Lの測定精度が低下する。
Of the experiment using hollow ultrasonic waves by the present inventor
As a result, even if the simplest circuit is used, the phase detection accuracy is
It was confirmed that about 1/40 of the wavelength can be easily achieved.
ing. N is an integer1The accuracy of is less than 1.
For this purpose, if the phase detection accuracy is about 1/40, λ
1It is a necessary condition to set / Δλ to 40 or less.
λ1/ Δλ is approximately f1/ (F2-F1). Above
f1= 40 kHz, f 2= 41kHz in the example1The spirit of
Degree is equal to the limit of this condition. n1The accuracy of
There are two possible ways to do this. One is f1Small
One is f2-F1To make
And. However, the former is n1Effective in improving the accuracy of
However, since the wavelength λ becomes large, it is shown in equation (2).
The measurement accuracy of the distance L is reduced.

【0023】一方後者は距離Lの精度低下は無いもの
の、(1) 式からも明らかなようにL max の低下を招
く。Lmax を低下させずに精度を高めようとするために
は、位相検出の精度を高めることが肝要である。実際に
は、使用環境によって決まるLma x に対して、n1 すな
わちLmax /λ1 が位相検出精度の逆数に近い値になる
ようにλ1 、すなわち周波数f1 を決定する。
On the other hand, in the latter, the accuracy of the distance L does not decrease.
As is clear from the equation (1), L maxDecrease
Ku. LmaxIn order to increase the accuracy without lowering the
, It is important to improve the accuracy of phase detection. actually
Is L determined by the usage environmentma xFor n1sand
Wachi Lmax/ Λ1Is close to the reciprocal of the phase detection accuracy
As λ1, The frequency f1To decide.

【0024】なお、音速は温度が10℃変化すると約2
%変化すると言われている。音速がn1 に与える影響は
(10) 式からも微小であることが容易にわかるが、
(1)式で示したように最終的な距離Lを求める際には
波長の変化分がそのまま誤差となる。この対策として
は、例えば装置に温度計を備え温度を計測して音速補正
を行う方法などあり、この誤差のキャンセルは可能であ
る。
The speed of sound is about 2 when the temperature changes by 10 ° C.
It is said to change%. It can easily be seen from the equation (10) that the influence of the speed of sound on n 1 is very small.
As shown in the equation (1), when the final distance L is obtained, the variation of the wavelength becomes an error as it is. As a countermeasure for this, for example, there is a method in which the device is equipped with a thermometer to measure the temperature to correct the sound velocity, and this error can be canceled.

【0025】また、(2) 式におけるx1 と実際に検出
される位相x1 ′との値には差が生じる。これは振動子
と送受信受信回路系が持つ時間遅れに起因する。この差
は距離Lに依存しない定数であるために、装置毎にキャ
リブレーションを行なうことにより容易に補正できる。
Further, there is a difference between the value of x 1 in the equation (2) and the value of the actually detected phase x 1 ′. This is due to the time delay that the oscillator and the transmission / reception circuit system have. Since this difference is a constant that does not depend on the distance L, it can be easily corrected by performing calibration for each device.

【0026】[0026]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
3は、本発明の超音波距離測定装置の第1の実施例のブ
ロック図、図4は本発明の超音波距離測定装置の第2の
実施例のブロック図である。また図5は送受信波形の例
を示した図である。第1の実施例(図3) と第2の実施
例(図4) の相違点は、第1の実施例(図3) は別々の
送信器13と受信器14を用いて構成した例であり、第
2の実施例(図4) は送受器と受信器双方の機能を兼用
する送受信器を用いた例である。第1の実施例では送信
器13と受信器14との間の距離L、第2の実施例では
送受信器と反射体との間の距離Lを測定する。両者とも
に受信信号の解析方法は同じであるため、以下では第1
の実施例について説明する。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. 3 is a block diagram of the first embodiment of the ultrasonic distance measuring apparatus of the present invention, and FIG. 4 is a block diagram of the second embodiment of the ultrasonic distance measuring apparatus of the present invention. Further, FIG. 5 is a diagram showing an example of a transmission / reception waveform. The difference between the first embodiment (FIG. 3) and the second embodiment (FIG. 4) is that the first embodiment (FIG. 3) is an example in which separate transmitter 13 and receiver 14 are used. The second embodiment (FIG. 4) is an example using a transmitter / receiver having the functions of both the handset and the receiver. The distance L between the transmitter 13 and the receiver 14 is measured in the first embodiment, and the distance L between the transceiver and the reflector is measured in the second embodiment. Since the method of analyzing the received signal is the same for both,
An example will be described.

【0027】発振器はまず基本周波数f1 の連続波形を
発生する。送信回路はこの波形を必要があれば増幅して
送信器を駆動する。送信回路では、図5に示すように、
発振器からの連続波形を切り出した波形で送信器を駆動
する。超音波は空中を伝播して受信器で受信され、電気
信号に変換される。これら送信器、受信器はPZTなど
の圧電性磁器、静電型マイクロホン、電磁コイルなどに
より構成される。受信信号は増幅器15で増幅され、位
相検出器16により位相検出される。
The oscillator first generates a continuous waveform of fundamental frequency f 1 . The transmitter circuit amplifies this waveform if necessary and drives the transmitter. In the transmitter circuit, as shown in FIG.
The transmitter is driven by the waveform obtained by cutting out the continuous waveform from the oscillator. The ultrasonic wave propagates through the air, is received by a receiver, and is converted into an electric signal. These transmitters and receivers are composed of piezoelectric porcelain such as PZT, electrostatic microphones, electromagnetic coils and the like. The received signal is amplified by the amplifier 15 and the phase is detected by the phase detector 16.

【0028】図6は、位相検出器の一例である直交検波
器を示したブロック図である。受信信号はまず、乗算器
により受信信号と同じ周波数の乗算波形との乗算が行わ
れる。乗算波形は一般的に互いに位相が90°異なる2
周波(sinとcos) の信号が用いられる。これらの
信号としては1つは発振器からの連続波形をそのまま用
い、もう一方は発振器からの連続波形にLC遅延線など
により、90°の位相遅延を持たせた信号を用いる。乗
算器の出力はLPFにより低周波数のみ抽出した後に比
を計算する。この比が受信信号の位相(tan2πfx
1 ) となる。このtan2πfx1 の逆関数tan
-1(tan2πfx1 ) を求めることにより受信信号の
瞬時の位相x1 が求まる。これらの逆関数tan-1は計
算により求める方法と、ROMテーブルを用いて求める
方法がある。直交検波は一般的にノイズに弱いという欠
点があるため、例えば時刻の異なる連続した数個のx1
を平均することが望ましい。
FIG. 6 is a block diagram showing a quadrature detector which is an example of a phase detector. First, the received signal is multiplied by the multiplication waveform having the same frequency as the received signal by the multiplier. Multiplying waveforms are generally 90 ° out of phase with each other 2
Frequency (sin and cos) signals are used. As these signals, one uses a continuous waveform from the oscillator as it is, and the other uses a signal obtained by adding a 90 ° phase delay to the continuous waveform from the oscillator by an LC delay line or the like. The ratio of the output of the multiplier is calculated after extracting only low frequencies by the LPF. This ratio is the phase of the received signal (tan2πfx
1 ) The inverse function tan of this tan2πfx 1
The instantaneous phase x 1 of the received signal can be obtained by obtaining −1 (tan2πfx 1 ). These inverse functions tan −1 can be obtained by calculation or by using a ROM table. Since quadrature detection is generally vulnerable to noise, for example, several consecutive x 1
It is desirable to average

【0029】こうして周波数f1 での位相x1 を求めた
後に、発振器は基本周波数f2 の連続波形を発生し、上
記と同様の手法によって位相x2 を求める。発振器は例
えば図7のように各単一の周波数f1 ,f2 で発信する
2つの発振器を備えており、これを切り換えることによ
りf1 ,f2 の2つの基本周波数を出力する。上述の実
施例の場合は1つの距離を測定するために2回送受信を
行う必要があったが、要は2つの周波数を送信器から放
射すれば良い。1回の送受信で距離を測定する例を図
8,図9に示す。
[0029] Thus after obtaining a phase x 1 at frequency f 1, the oscillator generates a continuous waveform of the fundamental frequency f 2, to obtain the phase x 2 by the same method as above. The oscillator includes, for example, two oscillators each of which emits at a single frequency f 1 and f 2 as shown in FIG. 7, and outputs two fundamental frequencies f 1 and f 2 by switching these oscillators. In the case of the above-described embodiment, it was necessary to perform transmission and reception twice in order to measure one distance, but the point is to radiate two frequencies from the transmitter. An example of measuring the distance by one transmission and reception is shown in FIGS. 8 and 9.

【0030】図8は、本発明の超音波距離測定装置の第
3の実施例を表わしたブロック図、図9は図8に示す第
3の実施例で採用される送受信波形例を示した図であ
る。送信器はまず周波数f1 を所定のt時間放射し、そ
れに続いて周波数f2 の超音波を放射する。受信側では
超音波を受信してから少し経った時点でまず周波数f1
に合わせて位相検出を行う。その約t時間経過した後
に、周波数f2 に合わせて位相検出を行う。超音波の受
信を開始した時点は、簡単なスレッシュホールド回路1
個あれば検出可能である。
FIG. 8 is a block diagram showing a third embodiment of the ultrasonic distance measuring apparatus of the present invention, and FIG. 9 is a diagram showing an example of transmission / reception waveforms adopted in the third embodiment shown in FIG. Is. The transmitter first emits a frequency f 1 for a predetermined time t, followed by an ultrasound of frequency f 2 . On the receiving side, the frequency f 1
Phase detection is performed according to. After about t time has passed, phase detection is performed in accordance with the frequency f 2 . A simple threshold circuit 1 at the start of ultrasonic wave reception.
If there is one, it can be detected.

【0031】図10は、本発明の超音波距離測定装置の
第4の実施例のブロック図、図11は図10に示す第4
の実施例で採用される駆動波形例である。ここでは、送
信波形を図1に示したようなパルス状とする。パルスは
広い周波数帯域を有する。受信波形は送信器と受信器の
周波数帯域のために、送信波形よりは狭帯域となるが、
上記の2周波程度は包含されている。この受信波からバ
ンドパスフィルタでf 1 ,f2 の2周波を抽出し、各々
位相を検出する。なお、位相検出を直交検波で行う場合
にはバンドパスフィルタを省略することも可能である。
この場合には受信波に直接f1 ,f2 の周波数を乗算
し、後のローパスフィルタで直流成分のみ抽出すれば良
い。
FIG. 10 shows an ultrasonic distance measuring apparatus according to the present invention.
FIG. 11 is a block diagram of a fourth embodiment, and FIG. 11 is a fourth diagram shown in FIG.
3 is an example of a drive waveform adopted in the embodiment of FIG. Here, send
The signal waveform is pulsed as shown in FIG. Pulse is
It has a wide frequency band. Received waveforms of transmitter and receiver
Due to the frequency band, it becomes narrower than the transmission waveform,
The above two frequencies are included. From this received wave
With a pass filter 1, F2Of the two frequencies of
Detect the phase. When phase detection is performed by quadrature detection
It is also possible to omit the band pass filter.
In this case, f1, F2Multiply the frequency of
Then, only the DC component should be extracted by the low pass filter that follows.
Yes.

【0032】図12は解析部における解析アルゴリズム
を示したフローチャートである。上記のようにして求め
た2周波での位相x1 ,x2 を基に、解析部にて図12
に示したアルゴリズムに従って距離を計算する。このア
ルゴリズムについては作用の欄で既に十分説明したので
ここでは説明を省略する。なお、このアルゴリズムで
は、位相x1 と実際に検出される位相x1 ′との差の位
相補正や、音速補正も行なわれる。位相補正は装置毎に
補正定数を持たせ、その定数の加減のみで行うので容易
である。音速補正は温度に応じた速度テーブルをROM
に入力しておき、例えば温度センサにより測定した温度
に応じた音速を用いる。
FIG. 12 is a flow chart showing the analysis algorithm in the analysis unit. Based on the phases x 1 and x 2 at the two frequencies obtained as described above, the analysis unit of FIG.
Calculate the distance according to the algorithm shown in. This algorithm has already been fully described in the section of action, and its explanation is omitted here. Note that this algorithm also performs phase correction of the difference between the phase x 1 and the actually detected phase x 1 ′, and sound velocity correction. Phase correction is easy because each device is provided with a correction constant and only the addition or subtraction of the constant is performed. For speed of sound correction, a speed table according to temperature is stored in ROM
The sound velocity corresponding to the temperature measured by the temperature sensor is used.

【0033】こうして求めた距離情報を図13に示した
ようなシステムに適用して2次元、3次元座標検出を行
うことができる。
The distance information thus obtained can be applied to a system as shown in FIG. 13 to detect two-dimensional and three-dimensional coordinates.

【0034】[0034]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の超音波距
離測定装置は、所定の2つの周波数の超音波を送受信し
てそれら各受信信号の位相を求め、これらの位相に基づ
いて距離を測定するものであるため、距離が正確に測定
され、座標入力装置に好適な超音波測定装置が実現す
る。
As described above, the ultrasonic distance measuring apparatus of the present invention transmits and receives ultrasonic waves of two predetermined frequencies to obtain the phase of each received signal, and the distance is calculated based on these phases. Since the measurement is performed, the distance is accurately measured, and an ultrasonic measurement device suitable for the coordinate input device is realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明における距離測定原理の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a distance measuring principle in the present invention.

【図2】本発明における距離測定原理の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of a distance measuring principle in the present invention.

【図3】本発明の超音波距離測定装置の第1の実施例の
ブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram of a first embodiment of the ultrasonic distance measuring apparatus of the present invention.

【図4】本発明の超音波距離測定装置の第2の実施例の
ブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram of a second embodiment of the ultrasonic distance measuring apparatus of the present invention.

【図5】送受信波形例を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of transmission / reception waveforms.

【図6】直交検波器を示したブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a quadrature detector.

【図7】発振器の例を示したブロック図である。FIG. 7 is a block diagram showing an example of an oscillator.

【図8】本発明の超音波距離測定装置の第3の実施例の
ブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram of a third embodiment of the ultrasonic distance measuring apparatus of the present invention.

【図9】図8に示す第3の実施例で採用される送受信波
形例を示した図である。
9 is a diagram showing a transmission / reception waveform example adopted in the third embodiment shown in FIG.

【図10】本発明の超音波距離測定装置の第4の実施例
のブロック図である。
FIG. 10 is a block diagram of a fourth embodiment of the ultrasonic distance measuring apparatus of the present invention.

【図11】図10に示す第4の実施例で採用される駆動
波形例である。
11 is an example of drive waveforms adopted in the fourth embodiment shown in FIG.

【図12】解析部における解析アルゴリズムを示したフ
ローチャートである。
FIG. 12 is a flowchart showing an analysis algorithm in the analysis unit.

【図13】超音波を用いて座標を入力する座標入力装置
を示すブロック図である。
FIG. 13 is a block diagram showing a coordinate input device for inputting coordinates using ultrasonic waves.

【図14】従来の座標解析のための超音波の送受信波形
を模式的に示した図である。
FIG. 14 is a diagram schematically showing a transmission / reception waveform of ultrasonic waves for conventional coordinate analysis.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 超音波送信器 2a,2b,2c 超音波受信器 3 座標計算部 4 計算機 5 モニタ 5a モニタ画面 1 Ultrasonic Transmitter 2a, 2b, 2c Ultrasonic Receiver 3 Coordinate Calculator 4 Calculator 5 Monitor 5a Monitor Screen

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超音波を送信する超音波送信器および該
超音波送信器から送信された超音波を受信する超音波受
信器の双方の機能を兼用あるいは分担する1つもしくは
複数の超音波トランスデューサと、 互いに異なる少なくとも2つの周波数の超音波を前記超
音波送信器から送信させるための駆動信号を発生する送
信部と、 前記超音波受信器で受信された少なくとも2つの周波数
の超音波それぞれの位相を検出する位相検出部と、 該位相検出部により検出された少なくとも2つの位相に
基づいて前記超音波送信器および前記超音波受信器間の
超音波の伝播経路に沿う距離を求める距離解析部とを備
えたことを特徴とする超音波距離測定装置。
1. One or a plurality of ultrasonic transducers that share or share the functions of both an ultrasonic transmitter that transmits ultrasonic waves and an ultrasonic receiver that receives ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitters. A transmitter for generating a drive signal for transmitting ultrasonic waves of at least two different frequencies from the ultrasonic transmitter, and phases of the ultrasonic waves of at least two frequencies received by the ultrasonic receiver. And a distance analysis unit that determines a distance along the propagation path of the ultrasonic wave between the ultrasonic transmitter and the ultrasonic receiver based on at least two phases detected by the phase detection unit. An ultrasonic distance measuring device comprising:
【請求項2】 前記送信部が、互いに異なる超音波の周
波数をf1 ,f2 、音速をc、測定距離範囲の最大値を
max としたとき、式 |f2 −f1 |<c/Lmax を満足する少なくとも2つの周波数f1 ,f2 の超音波
が前記超音波送信器から出力されるように該超音波送信
器を駆動するものであることを特徴とする請求項1記載
の超音波距離測定装置。
2. When the transmitting section sets the frequencies of different ultrasonic waves to f 1 and f 2 , the sound velocity to c, and the maximum value of the measurement distance range to L max , the formula | f 2 −f 1 | <c 2. The ultrasonic transmitter is driven so that ultrasonic waves of at least two frequencies f 1 and f 2 satisfying / L max are output from the ultrasonic transmitter. Ultrasonic distance measuring device.
【請求項3】 前記送信部が、前記超音波送信器から少
なくとも2つの周波数の超音波が順次時間間隔を置いて
送信されるように該超音波送信器を駆動するものである
ことを特徴とする請求項1記載の超音波距離測定装置。
3. The transmitting unit drives the ultrasonic transmitter so that ultrasonic waves of at least two frequencies are sequentially transmitted at time intervals from the ultrasonic transmitter. The ultrasonic distance measuring device according to claim 1.
【請求項4】 前記送信部が、前記超音波送信器から少
なくとも2つの周波数の超音波が相前後して送信される
ように該超音波送信器を駆動するものであることを特徴
とする請求項1記載の超音波距離測定装置。
4. The transmitting unit drives the ultrasonic transmitter so that ultrasonic waves of at least two frequencies are transmitted in succession from the ultrasonic transmitter. Item 1. The ultrasonic distance measuring device according to item 1.
【請求項5】 前記送信部が、少なくとも2つの周波数
を包含する前記駆動信号を前記超音波送信器に印加する
ものであり、かつ前記超音波距離測定装置が、前記超音
波受信器で受信された超音波から前記少なくとも2つの
周波数の超音波をそれぞれ抽出するフィルタ部を備えた
ことを特徴とする請求項1記載の超音波距離測定装置。
5. The transmitting unit applies the drive signal including at least two frequencies to the ultrasonic transmitter, and the ultrasonic distance measuring device is received by the ultrasonic receiver. The ultrasonic distance measuring device according to claim 1, further comprising a filter unit that extracts the ultrasonic waves of at least two frequencies from the ultrasonic waves.
【請求項6】 前記位相検出部が、前記位相検出部で検
出される前記位相を補正するための補正値を記憶する手
段を有することを特徴とする請求項1記載の超音波距離
測定装置。
6. The ultrasonic distance measuring apparatus according to claim 1, wherein the phase detecting unit has a unit that stores a correction value for correcting the phase detected by the phase detecting unit.
【請求項7】 前記超音波距離測定装置が、前記距離解
析部で求められる前記距離を補正するための温度センサ
を備えたことを特徴とする請求項1記載の超音波距離測
定装置。
7. The ultrasonic distance measuring apparatus according to claim 1, wherein the ultrasonic distance measuring apparatus includes a temperature sensor for correcting the distance calculated by the distance analyzing unit.
【請求項8】 前記超音波距離測定装置が、 互いに異なる各所定の位置に配置された超音波送信器あ
るいは超音波受信器のいずれか一方として用いられる複
数の第1の超音波トランスデューサ、および該第1の超
音波トランスデューサに対して移動自在に設けられた、
超音波送信器あるいは超音波受信器のうちの前記一方と
異なるいずれか他方として用いられる第2の超音波トラ
ンスデューサを備え、さらにこれら第1の超音波トラン
スデューサおよび第2の超音波トランスデューサを用い
て求められた複数の前記距離に基づいて前記第2の超音
波トランスデューサの2次元座標ないし3次元座標を求
める座標解析部を備えたことを特徴とする超音波距離測
定装置。
8. A plurality of first ultrasonic transducers, wherein the ultrasonic distance measuring device is used as either one of an ultrasonic transmitter or an ultrasonic receiver arranged at respective predetermined positions different from each other, and Movably provided with respect to the first ultrasonic transducer,
A second ultrasonic transducer that is used as the other one of the ultrasonic transmitters or the ultrasonic receivers, which is different from the above one, and is obtained using the first ultrasonic transducer and the second ultrasonic transducer. An ultrasonic distance measuring apparatus, comprising: a coordinate analysis unit that obtains two-dimensional coordinates or three-dimensional coordinates of the second ultrasonic transducer based on a plurality of the calculated distances.
JP4340543A 1992-12-21 1992-12-21 Ultrasonic range-finding device Pending JPH06186328A (en)

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JP4340543A JPH06186328A (en) 1992-12-21 1992-12-21 Ultrasonic range-finding device

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