JPS58150877A - 超音波距離測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、超音波を用いて前方の物体までの距離を連
続的にとらえる超音波距離測定装置に関するものであり
、外部雑音や物体からの２次反射等の影響をなくシ、安
定性及び信頼性に於て、改良を加えたものである。

現在障害物を検出、測距する方法として、電波を用いた
方法、一般的なランプ等の光源を用いる方法、又はレー
ザーを用いる方法等があるが、いずれも高価、複雑、雨
風の影響等において問題がある。超音波を用いる測距方
法は、超音波の伝搬速度が比較的遅いため近距離の測距
に適し、容易かつ安価に装置を構成することができる。

しかし超音波を単に用いる従来の方法では、外界の影響
を受は誤動作し易く、雑音や２次、３次の反射波が多い
場所等では信頼性及び安定性が十分得られないため使用
目的が限定される。本発明は小型。

軽量、低コストで、車両等が遭遇するような厳しい雑音
環境でも使用でき、かつ測距精度、警報表示等について
も改良を加えたものである。

以下図面にもとづいて本発明について説明する。

第１図（１）のパルス制御器は、第２図（１００）に示
すタイム・チャートで超音波送信パルスを輻射するため
の制御を行う。この制御は前に測定した障害物までの距
離に対応して１次の測定距離範囲を決定し、超音波発生
のくり返し周期Ｔと、送信パルス幅τの制御を行う。（
送信パルス幅τの間に複数個の超音波が含まれている）
。さらに一定の距離においても送信パルスのくり返し周
期をランダムに変化させる。第２図（１００）は測定距
離が長い場合を示し、同図（２００）は測定距離が短く
なった場合Ｋ、（り返し周期Ｔと送信パルス幅が変化し
′て短くなってゆく様子を示している。このような送信
制御を行うために、（１）のパルス制御器は、（２）の
クロック発生器の周波数及び（３）の送信パルス発生器
ｔコントロールする。こうして発生した送信パルスを（
４）の増幅器、（５）のトランス、（６）ノ変換器によ
って超音波として空間に輻射する。これが障害物にあた
り、その反射波が（６）の変換器で受信され、（５）の
トランス、（８）の増幅検波器で受信パルスとなり、記
憶回路を構成する９ａ〜９ｎのシフト・レジスターに入
る（シフトレジスターの数は１例）。なお上記（６）及
び（６）の変換器は兼用し、（５）及び（５）のトラン
スをハイブリッドトランスとすることができる。

各シフト・レジスターは超音波の（り返し周期Ｔ内に入
力されるシフトパルスに対応した段数のフリップ・フロ
ップ等で構成され、送信パルスが発射された時間を開始
時間とし、（２）のクロックツくルス発生器のシフトパ
ルスＣＬｌでシフト動作を行っている。このとき増幅検
波器（８）からの受信ノ（ルス’Ｙ処理して、シフトパ
ルス幅の）くルスにしだ後９ａのシフトレジスターの入
力に入れると（即ちｌ″が入力されると）その瞬間シフ
トレジスターは８１″ヲ記録し、シフトパルスＣＬｌで
シフトされてゆく。送信の１周期が終ると９ａには受信
ノクルスの距離に対応したところのみ　ｌ　の状態とな
って記憶されている（第３図３０１参照）。次の送信周
期でも同様にして、たとえば第３図３０２に示すデータ
が９　ａ’に入るので、９ａに入っていた３０１のデー
タは同時にシフトされて、次のシフトレジスター９ｂに
入る。このように次々と第３図３０３から３０６に示す
ようなデータが入って（ると、これらのデータは９ａか
ら９ｎまでのシフト・レジスターに記憶される。受信パ
ルスは物体からの反射パルスの他に、雑音等によるパル
ス例えば第３図３０２のｎも含まれているため、以上の
シフトレジスターで得られたＮ回の相関をとり、物体か
らの反射信号を強調し、雑音によるランダムな反射波を
除去するために、次の送信周期のタイミングでクロック
パルスＣＬｌを各シフトレジスターに送り、それぞれの
シフトレジスターの内容をシフトさせてとり出す。そう
すると各シフトレジスターの出力（ａ）〜（ｎ）が得ら
れるが、これをたとえばアナログ式の加算器で次々と加
算してゆけば、第３図４００に示すように、各シフトレ
ジスターの内容が重複され、加算された信号が得られる
。そこでこの相関のとれた大きいパルスのみを取り出す
ために、第１図（１０）のパルスレベル検出器で重ね合
せる回数Ｎに対応したスレツシュホールドレベ／ｌ／　
Ｓを設定し、これ以上の電圧のパルスを取り出す。

（第３図５００）そして第１　［１（１１）の計数器を
このパルスで停止させれば（計数器のスタートパルスは
送信パルス発生時に送信パルス発生器（３）より入力さ
れており、距離測定用クロックパルスＣＬ２　’４カウ
ントしている）計数器の内容が物体までの距離を表わし
ていることになる。測定した距離に応じて、送信くり返
し周期を変化させているため遠くの物体からの反射波が
２回目以降のくり返し周期内の一定の距離内に入ってき
て、Ｎ回の加算で相関がとれ、誤動作する恐れがある。

これを除くため及び雑音や２次反射を軽減するために、
第４図のように送信パルスのくり返し周期を、一定の測
定距離においても、数クロックパルス分だけランダムに
毎回変化させて送信する。こうすれば、遠（からの反射
波あるいは２次３次の反射波は重複回路によって相関が
とれなくなり、有効に除去することができる。

計数器の内容を（１２）の表示器に、たとえば棒グラフ
表示で知らせると同時に、（１３）のアラーム発生器で
距離に対応した周期又は周波数で可聴音を発生させ距離
を音で表現し、あらかじめ定めた最接近距離のときに、
一段と高い音でアラームを発するようにすることができ
る。

なお計数器の距離情報は次の測定距離範囲を決めるため
に、（１）のパルス制御器に送られる。

本発明における距離測定の第１の特徴は、測定した距離
に対応して、次の測定距離範囲を決定していることであ
る。即ちくり返し周期Ｔを決定しデータ率を向上させて
いる。さらにこのくり返し周期Ｔをランダムに変化させ
、重複回路と組み合せて種々の雑音を除去していること
である。

第２の特徴は距離に対応して送信パルス幅を変化させて
いることである。これは長距離では送信出力を増大させ
、短距離においては送信パルス幅を小さくして、距離分
解能を向上させるためである− 第３の特徴は、何回か得られた受信データを重ね合わせ
ることにより、自動車等から発生する雑音のようなラン
ダムな反射成分をとり除き、装置の信頼性及び安定性を
向上させたことである。

以上の改良を加えることにより、特に移動して接近する
物体の検出、測距を安定して行え、かつ必要な分解能及
び精度を有する装置とすることができた。

第５図は自動車後部に１２個又は１個の第１図に示した
変換器（６）を取り付けた場合の実施例を示す。表示装
置は運転席の適当な場所忙取り付ける。

運転者がバックギアに入れたとき自動的に電源が入るよ
うにする。消費電力は１ワツト以下であり、自動車の電
源ＫＪ−１とんど負担をかけない。又装置はトランジス
ター又はＩＣ等で構成することが出来、小型軽量である
ので、設置も容易である。電源が入ると装置は初期状態
となり、最大距離範囲のくり返し周期で送信パルスを発
生する。障害物が測定されると、これを表示し、同時に
測定距離に対応した（り返しの可聴音で距離を知らせる
。

運転者は馴れてくると単に音を聞くだけでその時の大体
の距離がわかるので、表示を見な（ても距離感がつかめ
る。そして設定した最接近距離になれば、高い調子のア
ラームを鳴らし、運転者に注意を喚起する。以上のよ５
＆Ｃ，自動車の後進時における事故を未然に防止するこ
とが可能となる。

第６図は盲人を誘導するだめの障害物検出装置としての
実施例を示す。この場合表示器はなく、物体との距離に
対応して可聴音の周波数又は間隔を変化させることによ
り、盲人に対し音で物体までの距離を仰らせる。即ち障
害物が遠距離では、低い周波数又は間隔、近距離になれ
ば高い周波数又は間隔とし、ある一定距離内に障害物が
入ると高い周波数の連続音となり危険であることを知ら
せることができる。（連続音の７ラームを発する距離は
盲人がセットできる） なお第１図９変換器（６）を、盲人用メガネ忙組み込む
か、ベルトのバックルに組み込むか、又は服の胸ポケッ
トに装着する。

その他の実施例として、ロボットにおける対象物の検知
や障害物の探知、測距として用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明の超音波距離測定装置のブロック図、
第２図、第３図及び第４図は第１図の動作を説明するた
めの図、第５図ヒ）、（ロ）は第１図の装置を自動車に
取り付けた場合の実施例を示す図、第６図は第１図の装
置を盲人に適用した場合の実施例を示す図。 第５図 特許出願人　開田和名 第６図 手続補正書 昭和５７年　５月１０日 特許片長′。 □□□許庁第 １、事件の表示 昭和５ｑ年　　　竹言千願第　３Ｍ斗号案）の名称　苅
ト咎譲影東ＩＨ１蝦へ −る者 との関係　　　　　特許出願人 ！Ｌ　＋’／’１　　％％　Ｐ　７４’ｊｐ＆　Ｌ　ｒ
−Ｌ／）Ｃ場ト＋ｌ！１）手纏補正書（方式） 昭和５７年１１月２０日 特許庁１１！　　　、！　　杉　和　夫　殿１、事件の
表示 昭和５７年脣許願慕３３９４号 １発明の名称 超ｔｍ距離醐定装置 １輸正Ｙする者 事件との関Ｓ＊許出願人 住　所　奈良県北葛槙鄭香芝町１ＩＩＡ饋２丁目１０３
３番噛り２住　所　神奈川県用崎市多摩区千代ケ丘１−
１５４、櫓上命令の日付 ＆１８和５７年６月２ｓ日（！ｉｉ過日）５．１１正の
対象 タイグ印書により鮮明に記載した願書、ａ細書及び適正
な図− ６、補正の内容 別紙の通りの願書、明細書及び図−の浄書（内容に変更
なし） １　事件の表示 昭和番１年醤許鳳　　第５８９４号 ２　侮−〇名称 麿音緻膳−１Ｉｌ電装置 ３　補正をする者 事件との関係　　畳許崩―人 −爾　　和　　男（−１名） ４、代理人〒１０５ 住　所　　東京都港区芝３丁目２番１４号芝三丁目ビル
５　補正の対象 （１）　　本願の発明の名称ン「超ｔａｉ距離測定方法
及び装置」に補正する。 （２３本願明細書纂１頁＠２行ｔ［超曾献距離樹定方法
及び装置」Ｋ補正する。 （３３同書纂４頁第７行乃至５３１１行を下記の通り補
正する。 「して短くなってゆく様子を示し【いる。このような送
（ＩＮ制御を行なう冗めに］（ルス側鞠器４１）は後述
する計数器１１からの一定距離情報を受け、それに対応
しｙ＝’＊圧を発生し、ガえば公知の電圧制御発量器か
ら成るクロック発生！！　（２３に与えて、そこから出
力されるクロックパルスの周波数を制御する。これによ
りクロックパルスの周ｌｌｌＬａは画定距離が長いと高
く、短いと低くなるので、その）くルス幅は測定距離に
厄じ【変化する。 上記クロックパルスは送信パルス発生器（３３Ｋ送られ
る。この送信パルス発生器は公知のグリーセットカクン
タの機能ン有しており、プリセットされたＮ＠の入力に
対し、１ｍのパルスＶ出力し、このパルスで公知の如（
後述する電音波変換器６り励振用搬送＃ｌｌｖパルス変
胸するように構成されているが、プリセットの値＆変更
すること罠よりＮ個の値な変えることができる。送信パ
ルス発生器（３７ｂＸＮ　＠のクロックパルスＹ受信し
て、１個のパルスＶ出力するまでの特開、即ち送信周期
Ｔはタロツクパルスの周ｇ　Ｖ　Ｔｃと丁れば、Ｔ＝Ｔ
ｃ　＠　Ｎとなり、上述し鼠ようＫＴｃ　Ｖ痴症距離に
応じて東北させれば、Ｔ４１四機に変化し、掬定距−に
対応した送（！Ｉ周期が得られる。 また送信ハルス幅は、１ｉｌえはクロックパルスの１ｊ
ｉｌ１期の輪となるように設定しておけば、前述したよ
うにクロックパルスの−が距離に応じて変化するので、
送信パルス−も距離に応じて変化することになる。 送信パルス発生＠ｔ３）の出力は（４１の増幅器、（５
Ｊのトランス、（耐の襞置」 ＜４１　　ｒ＊Ｗ！、７＊１１Ｌｓ行「一定ＬｒＪ　ｔ
’　ｒ。次に本発倒では一定」Ｋ−正する。 （５３ｆｕｌｌ貢纂５行乃至亀認行［これを・・・・・
・できる。」Ｙ下記の通り補正する。 「このことを纂４図を参照して詳説すると、同図でＡＶ
送信パルスとし、最も近い物体からの反射波ｖ８として
該Ｓは静止しているとすれば、＾からＳ迄の時間は當に
一定である。しかるに上記物体より遠くからの反射波や
２次反射＠１）ような岡期雑ｆｎがあると、送信パルス
＾＃）２目目以降のくり返し周期内（現れることになる
が、仮りに送信パルスの送信周期が一定であるとすると
、このｎも送信パルス＾からの特開が一定の所に現われ
。 前述した加算ｉ略で相−がとれる可能性がある。 しかもこのｎが８＃）前に現われると、これＹ最も近い
一体からのものと誤検出する恐れがある。 そこでこのような雑音や２次反射Ｏ影響Ｙ＠滅さセるた
めＷ−纂４図から―らかなように送信パルス＾のくり返
し周期を一定Ｏ１１定距離においても送１１毎Ｋａタロ
ツクパルス分だけ変化させる。このように丁れば同期雑
Ｉｎは送信パルス＾からの時間が送信毎に異なり【くる
ので、加算回路で相関とれなくなるが、反射波Ｓはくり
返し周期をランダムに変化させても當に＾からの時間が
一定であるから加算鋪路で相関がとれる。９１つて雑音
ｎは有効に除去され、高精度で最も近い物体からの反射
波な検出できる。 上達しに（り返し周期Ｔのランダムな俊化力法としては
、Ｈえは、ｉ＆僅パルス発生Ｉ！（３１Ｋおけるブリ竜
ット値Ｏ下位桁αを、送信毎にランダムに変化させれば
よい。そのため、列えば、パルス制御１１１（ＩＪＫ、
公知のリングカクンタを設け、該リングカウンメに前記
クロックパルスと同期していない’Ｐい周期のクロツタ
パルス音与え、測ｆｆ１ｆｆｉ［ｉにりングカウンタの
Ｗ力によす、クロックパルス発生器２からのクロックパ
ルスの人力に光重って上記プリ（ット値の−ＷＩＩＣ下
位桁）ンランダムに変化させる。このようにすれば、送
信周期ＴはＴ−−Ｔｃ・（Ｎ＋α）となり、送信毎ＫＴ
ｃが鉛線に応じて変化すると共にＴはその一定の距Ｓに
おいてもランダムに赦クロックパルスαだけ変化するこ
とになる。なお上記（り返し周期はランダムでな（同期
又は非同期のクロックで一定の順序で変化させ（も有効
である。」 （４３１１４図を別紙の通り補正する。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　所定時間幅の超音波を間欠的に発生させ、こ
   の超音波の送信パルス幅及びくり返し周期を物体を測定
   した距離が長い場合は長く、測定した距離が短い場合は
   短くすると共に、送信ノくルスくり返し周期を一定の測
   定距離においてもランダムに変化させ、かつこの超音波
   が物体に当って反射してきた受信信号を複数回加算して
   、所定レベル以上の信号のみを取り出して受信信号とし
   、超音波を発生させてから前記受信信号が発生するまで
   の時間によって、物体との距離を測定する方法。
2. （２）検出した物体までの距離に対応して、超音波の送
   信くり返し周期と、送信・くルス幅を決定すると共に、
   一定距離においても送信（り返し周期をランダムに変化
   させるための）くルス制御器、該パルス制御器によって
   制御されるクロックツくルス発生器及び送信パルス発生
   器、該送信ノくルス発生器の出力を超音波に変換する第
   １の変換器及び超音波を受信する第２の変換器、該第２
   の変換器の出力を逐次記憶する複数の記憶回路、該複数
   の記憶回路の出力を加算する加算回路、該加算回路の出
   力が所定レベル以上にあるか否かを判別するパルスレベ
   ル検出器、超音波の送信パルスが発生してからパルスレ
   ベル検出器が出力を発生するまでの時間を計測する計数
   器、該計数器の計数値を音又は光学的に表示する表示器
   からなる超音波距離測定装置。
3. （３）パルス発生器の出力を超音波に変換する第１の変
   換器と、超音波を受信する第２の変換器を兼用した特許
   請求の範囲第２番目に記載の超音波距離測定装置。