JP3149802B2 - 超音波センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、監視空間に超音波
を送波し、その反射波を検出して、監視空間内への侵入
物を検知等する超音波センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術の超音波センサを図４乃至図
８を用いて説明する。図４は超音波センサの構成を示す
ブロック図である。図５はデータ列と背景圧縮データ又
は検知圧縮データとの関係の説明図である。図６〜図８
は超音波センサが獲得したデータをメモリに格納した様
子を説明するイメージ図である。

【０００３】超音波センサは所定の周波数の超音波を監
視空間内に送波し、監視空間内にある物体からの反射波
を受波することにより物体の存在を検知するものであ
る。監視空間とは、送波された超音波が、監視空間内に
侵入した物体によって反射された場合に、その反射波を
受波できる空間をいい、超音波センサによる侵入物の検
知が可能な空間である。

【０００４】図４において超音波センサは、発振部１、
送波間隔決定部２、波形生成部３、超音波送波部４ａ、
超音波受波部４ｂ、増幅部５、検波部６、中央処理部７
とを有している。

【０００５】発振部１は、電気的な持続振動を有する発
信信号Ｓ１を生成して波形生成部３に出力するものであ
る。

【０００６】送波間隔決定部２は、超音波の送波の間隔
を決定するものであり、所定時間Ｔ間隔毎に送波指示信
号Ｓ２を波形生成部３に出力する。

【０００７】波形生成部３は、送波指示信号Ｓ２を受け
取ると、発信信号Ｓ１に基づいて、トーンバースト波Ｓ
３を生成して、例えば１ミリ秒等の一定期間だけ該トー
ンバースト波Ｓ３を超音波送波部４ａに出力する。

【０００８】超音波送波部４ａは、トーンバースト波Ｓ
３に基づく超音波Ｓ４を監視空間に送波するものであ
る。超音波送波部４ａは、トーンバースト波Ｓ３が例え
ば１ミリ秒間入力さた場合には、１ミリ秒間だけ超音波
Ｓ４を送波する。超音波送波部４ａが超音波Ｓ４を送波
する時間間隔は所定時間Ｔである。

【０００９】超音波受波部４ｂは、超音波送波部４ａが
送波して監視空間内に存在する物体により反射した超音
波Ｓ５を受波して、微弱電圧である受波信号Ｓ６を増幅
部５に出力するものである。

【００１０】増幅部５は微弱電圧の受波信号Ｓ６を増幅
して例えば０〜５［ｖ］の電圧の増幅信号Ｓ７とし、該
増幅信号Ｓ７を検波部６に出力するものである。

【００１１】検波部６は、増幅信号Ｓ７受け取ると、所
定のしきい値でもってLow （０［ｖ］）またはHigh（５
［ｖ］）の検波信号Ｓ８として、該検波信号Ｓ８を中央
制御部７に出力する。

【００１２】中央処理部７は、記憶部に相当する背景圧
縮データ記憶部７ａ、記憶部に相当する検知圧縮データ
記憶部７ｂ，書込部７ｃ，比較部７ｄとを有して構成さ
れている。中央処理部７は、背景設定モードと、運用モ
ードとの２つのモードを有している。

【００１３】書込部７ｃは、例えば０．１６ミリ秒毎
に、検波信号Ｓ８のLow （０［ｖ］）またはHigh（５
［ｖ］）に基づいて「０」又は「１」の構成データより
なるデータ列を生成する。書込部７ｃは、該データ列に
ついて各構成データを例えば６個毎等の所定個Ｋ毎に区
切り、該所定個数Ｋの構成データを圧縮して一つの背景
圧縮データＤｂ又は検知圧縮データＤｓを生成する。そ
して、記憶部７ｃは、該背景圧縮データＤｂ又は検知圧
縮データＤｓを背景圧縮データ記憶部７ａ、検知圧縮デ
ータ記憶部７ｂにメモリの先頭から順に書き込むもので
ある。従って、背景圧縮データ記憶部７ａ、検知圧縮デ
ータ記憶部７ｂには、背景圧縮データＤｂ又は検知圧縮
データＤｓが蓄積記憶されて、圧縮データ列に相当する
背景圧縮データ列又は検知圧縮データ列が生成される。

【００１４】具体的には、書込部７ｃは、構成データを
所定個Ｋ毎に区切って、該所定個Ｋの構成データの内１
つでも「１」の構成データがあればメモリに書き込む背
景圧縮データＤｂ又は検知圧縮データＤｓを「１」と
し、所定個Ｋの検波信号Ｓ８の内全部が「０」の場合に
はメモリに書き込む背景圧縮データＤｂ又は検知圧縮デ
ータＤｓを「０」とする。

【００１５】従って、図５に示すように、例えば連続す
る構成データＤｃの内の１２個を取り出して考えてみる
と、１２個の構成データＤｃの内、４番目から９番目の
構成データが「１」である場合、左端から６個の構成デ
ータＤｃに基づいて、背景圧縮データＤｂ又は検知圧縮
データＤｓが「１」とされ、残りの６個の構成データＤ
ｃに基づいて、背景圧縮データＤｂ又は検知圧縮データ
Ｄｓが「１」とされる。従って、背景圧縮データ記憶部
７ａ又は検知圧縮データ記憶部７ｂには「１」の背景圧
縮データＤｂ又は検知圧縮データＤｓが２つ書き込まれ
る。

【００１６】書込部７ｃは、波形生成部３がトーンバー
スト波Ｓ３を超音波送波部４ａに出力すると同時に又は
一定時間後に、データ列を圧縮して背景圧縮データＤｂ
又は検知圧縮データＤｓを背景圧縮データ記憶部７ａ又
は検知圧縮データ記憶部７ｂに書込む動作を開始し、１
０ミリ秒等の一定期間書込みを継続した後に該動作を終
了する。書込部７ｃは、以上のようにして、背景圧縮デ
ータＤｂ又は検知圧縮データＤｓを背景圧縮データ記憶
部７ａ又は検知圧縮データ記憶部７ｂに書き込み、背景
圧縮データ列又は検知圧縮データ列を生成する。

【００１７】背景圧縮データ記憶部７ａは、超音波セン
サの初期設定時等の背景設定モードのときにサンプリン
グしたデータ列に基づく背景圧縮データＤｂを記憶する
ものである。

【００１８】検知圧縮データ記憶部７ｂは、超音波セン
サの運用モードの時にサンプリングしたデータ列に基づ
く検知圧縮データＤｓを記憶するものである。

【００１９】図６は背景圧縮データ記憶部７ａ又は検知
圧縮データ記憶部７ｂのメモリの状態と、記憶内容とを
説明する図である。図６において、最左端のマスＭ１
は、０ミリ秒〜１ミリ秒の間に受け取った背景圧縮デー
タＤｂ等を記憶するメモリを表し、その右のマスＭ２は
１ミリ秒〜２ミリ秒の間に受け取った背景圧縮データＤ
ｂ等を記憶するメモリを表し、更に右のマスＭ３は２ミ
リ秒〜３ミリ秒の間に受け取った背景圧縮データＤｂ等
を記憶するメモリを表し…、といった具合に、各マスは
各時間毎に受け取った背景圧縮データＤｂ等を記憶する
メモリに対応している。該マスは、実際にはメモリの１
ビットで表されており、「０」または「１」を記憶でき
る。そして、例えば、左から３番目のマスＭ３に「１」
が書き込まれていれば、超音波Ｓ４が送波されてから超
音波Ｓ５が受波されるまでに２〜３ミリ秒の時間を要し
たこととなる。なお、図６中のハッチングされたマスが
「１」を表し、白抜きのマスが「０」を表している。

【００２０】上述のように該背景圧縮データＤｂ又は検
知圧縮データＤｓは、前述のように「１」の記憶されて
いるマスの位置によって、超音波Ｓ４が送波されてから
受波されるまでの時間を表している。よって、該時間に
音速を掛け合わせることにより、超音波センサから超音
波Ｓ４を反射した物体までの往復の距離を求めることが
できる。単に超音波が送波されてから受波されるまでの
時間を数値として記憶せずに、時系列に入力される検波
信号Ｓ８を束ねて「０」「１」よりなる背景圧縮データ
Ｄｂ又は検知圧縮データＤｓとして記憶することとした
のは、ノイズに対する頑強性を向上させるとともに演算
処理を容易に行うよう、背景圧縮データＤｂ又は検知圧
縮データＤｓに対してＡＮＤ処理や比較処理を可能にす
るためである。

【００２１】比較部７ｄは、背景圧縮データ記憶部７ａ
に記憶されている背景圧縮データ列と、検知圧縮データ
記憶部７ｂに記憶されている検知圧縮データ列とを読み
出して、両者を比較して両者に差異があれば監視空間に
侵入物があると判断する。

【００２２】以上のようにして構成された超音波センサ
は次のように動作する。まず、初期設定時の背景設定モ
ードにおいては、超音波送波部４ａが超音波Ｓ４を送波
し、超音波受波部４ｂが超音波Ｓ５を受波して、書込部
７ｃが検波信号Ｓ８に基づくデータ列を圧縮して背景圧
縮データＤｂを生成し、該背景圧縮データＤｂを背景圧
縮データ記憶部７ａに書き込む。このとき、例えば、図
６に示すように、左から９番目のマスＭ４と１０番目の
マスＭ５に「１」の背景圧縮データＤｂが書き込まれ
る。即ち、図６の例では、初期設定時には、超音波セン
サから超音波Ｓ４を送波して反射した超音波Ｓ５を受波
するまでに、８ミリ秒時間がかかっている。

【００２３】次に、運用モードにおいて、所定時間Ｔ毎
に超音波送波部４ａが超音波Ｓ４を送波し、超音波受波
部４ｂが超音波Ｓ５を受波して、書込部７ｃ検波信号Ｓ
８に基づくデータ列を圧縮して検知圧縮データＤｓを生
成し、該検知圧縮データＤｓを検知圧縮データ記憶部７
ｂに書き込む。その際、監視空間に侵入物が存在し、超
音波センサと超音波Ｓ４を反射する物体との距離が短く
なると、図７に示すように、左から８番目のマスＭ６と
９番目のマスＭ７に「１」の検知圧縮データＤｓが書き
込まれる。即ち、図７の例では、超音波センサから超音
波Ｓ４を送波して反射した超音波Ｓ５を受波するまで
に、７ミリ秒時間がかかっている。

【００２４】次に、比較部７ｄは、背景圧縮データ記憶
部７ａに記憶されている背景圧縮データ列と、検知圧縮
データ記憶部７ｂに記憶されている検知圧縮データ列と
を読み出して、両者の「０」と「１」の並びを比較す
る。比較部７ｄは、両者に差異があれば監視空間に侵入
物があると判断する。図６の背景圧縮データ列と図７の
検知圧縮データ列とを比較すると、背景圧縮データ列は
「００００００００１１００…」であるのに対して、検
知圧縮データ列は「０００００００１１０００…」であ
り「１」の位置が相違しているので、比較部７ｄは侵入
物があると判断する。超音波センサは、以上のようにし
て侵入物の検知を行う。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
図４に示すような超音波センサにあっては、次のような
問題点があった。

【００２６】０．１６ミリ秒間隔で構成データを生成し
ているにも関わらず、書込部７ｃが該構成データを圧縮
して、背景圧縮データＤｂや検知圧縮データＤｓとな
し、背景圧縮データ記憶部７ａや検知圧縮データ記憶部
７ｂに書込んでいるので、圧縮前のデータ列を用いる場
合に較べると距離解像度が低下する。

【００２７】即ち、０．１６ミリ秒毎に生成される構成
データよりなるデータ列を用いて検知を行うと、一つの
構成データが表す距離は、０．１６ミリ秒×約３４０メ
ートルで約５．４センチメートルである。

【００２８】しかし、例えば６個の構成データを束ねて
１ミリ秒毎に背景圧縮データＤｂ等を記憶することにす
ると、１ビットが表す距離は、１ミリ秒×約３４０メー
トルで約３４センチメートルである。つまり距離解像度
が圧縮前のデータ列を用いる場合に較べて約６分の１に
低下している。

【００２９】また、図８に示すように、実際に構成デー
タが「１」となるタイミングは、図７に示す場合と異な
るが、データ列を圧縮することにより背景圧縮データ列
等として見た場合には同一のものと見える場合があり、
変化を検出できない場合がある。

【００３０】このため、距離解像度が低く、また侵入物
の侵入を確実に検出することができないという問題点が
あった。

【００３１】一方、この問題を解決するために、データ
列を全てで記憶しておくことも考えられるが、必要とな
るメモリが大量となり、また比較部６における演算も大
量となるため高性能の演算装置を必要としコストの増大
を招く。

【００３２】本発明は、上記問題点を改善するために成
されたもので、その目的とするところは、さほどメモリ
を増大させることなく、距離解像度を高くでき、侵入物
の侵入による監視空間内の変化を確実に検知できる超音
波センサを提供することにある。

【００３３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題を解
決するために、請求項１記載の発明にあっては、超音波
の送波後にその反射波を検出して該反射波に基づいてデ
ータ列を生成し、該データ列を圧縮した圧縮データ列を
生成し、該圧縮データ列と監視空間内に侵入者が存在し
ない場合における圧縮データ列とを比較して、監視空間
内の侵入物の有無を検知する超音波センサにおいて、圧
縮データ列を構成する個々の構成データのうち反射波を
受波したことを表す構成データに対応する部分の圧縮前
のデータ列である部分データ列を記憶する詳細記憶部
と、所定の送波間隔で超音波の送波が行われて検出され
たデータ列の圧縮データ列及びその部分データ列と、監
視空間内に侵入者が存在しない場合における圧縮データ
列及びその部分データ列とを比較する比較部と、を有す
ることを特徴とするものである。

【００３４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１〜図３
を用いて説明する。図１は超音波センサの構成を示すブ
ロック図である。図２、図３は超音波センサが獲得した
データをメモリに格納した様子を説明するイメージ図で
ある。なお、図１においては前述の従来の技術で説明し
たところの超音波センサと同等の箇所には同じ符号を付
してあるので、同等の箇所の詳細な説明は省略する。

【００３５】図１に示す本実施の形態の超音波センサ
が、前述の従来の技術で説明したところの超音波センサ
と異なり特徴となるのは次の構成である。

【００３６】即ち、書込部８は、圧縮するための所定個
Ｋの構成データのうち一つでも「１」の構成データが存
在すれば、背景圧縮データＤｂ又は検知圧縮データＤｓ
を「１」として背景圧縮データ記憶部７ａ又は検知圧縮
データ記憶部７ｂに書き込むとともに、該所定個Ｋの構
成データの各々の内容（即ち、「０」であるか「１」で
あるか）を部分データ列に相当する背景部分データ列又
は検知部分データ列として、詳細記憶部に相当する背景
部分データ記憶部１０ａ又は検知部分データ記憶部１０
ｂに書き込むようにした構成である。また、比較部９は
背景圧縮データＤｂと検知圧縮データＤｓとを比較する
際に両者ともに「１」であれば、更に背景部分データ列
と検知部分データ列とを比較して、両者が一致するか否
かを比較するようにした構成である。

【００３７】背景部分データ記憶部１０ａと検知部分デ
ータ記憶部１０ｂとは、図２に示すように、背景圧縮デ
ータ記憶部７ａ内の一部のメモリ及び、検知圧縮データ
記憶部７ｂ内の一部のメモリを用いている。なお、背景
部分データ記憶部１０ａと検知部分データ記憶部１０ｂ
とは、背景圧縮データ記憶部７ａ、検知圧縮データ記憶
部７ｂと別個に設けるようにしても良い。

【００３８】以上のようにして構成した超音波センサは
次のように動作する。まず、初期設定時の背景設定モー
ドにおいて、超音波送波部４ａが超音波Ｓ４を送波し、
超音波受波部４ｂが超音波Ｓ５を受波して、書込部８が
検波信号Ｓ８に基づくデータ列を圧縮して背景圧縮デー
タＤｂとなし、該背景圧縮データＤｂを背景圧縮データ
記憶部７ａに書き込む。このとき、例えば、図２に示す
ように、データ列が「…０００００１１１１１１０…」
という順序であるとすると、例えば左から８番目のマス
Ｍ８と９番目のマスＭ９に「１」の背景圧縮データＤｂ
が書き込まれる。更に、８番目のマスＭ８に記憶される
背景圧縮データＤｂは「１」であるため、書込部８は、
該背景圧縮データＤｂを書き込む際に、対応する構成デ
ータを背景部分データ列として背景部分データ記憶部１
０ａに書き込む。また、９番目のマスＭ９に記憶される
背景圧縮データＤｂも「１」であるため、書込部８は、
該背景圧縮データＤｂを書き込む際に、対応する構成デ
ータを背景部分データ列として背景部分データ記憶部１
０ａに書き込む。従って、背景部分データ記憶部１０ａ
には、「０００００１、１１１１１０」が記憶される。

【００３９】次に、運用モードにおいて、所定時間Ｔ毎
に超音波送波部４ａが超音波Ｓ４を送波し、超音波受波
部４ｂが超音波Ｓ５を受波して、書込部７ｃがデータ列
を圧縮して検知圧縮データＤｓを検知圧縮データ記憶部
７ｂに書き込む。その際、監視空間に侵入物が存在する
と、超音波センサと超音波Ｓ４を反射する物体との距離
が短くなる。そして例えば、図３に示すように、データ
列が「…０００１１１１１１０００…」という順である
とすると、例えば左から８番目のマスＭ１０と９番目の
マスＭ１１に「１」の検知圧縮データＤｓが書き込まれ
る。更に、８番目のマスＭ１０に記憶される検知圧縮デ
ータＤｓは「１」であるため、書込部８は、該検知圧縮
データＤｓを書き込む際に、対応する構成データを検知
部分データ列として検知部分データ記憶部１０ｂに書き
込む。また、９番目のマスＭ１１に記憶される検知圧縮
データＤｓも「１」であるため、書込部８は、該検知圧
縮データＤｓを書き込む際に、構成データを検知部分デ
ータ列として検知部分データ記憶部１０ｂに書き込む。
従って、検知部分データ記憶部１０ｂには、「０００１
１１、１１１０００」が記憶される。

【００４０】次に、比較部９は、背景圧縮データ記憶部
７ａに記憶されている背景圧縮データ列と、検知圧縮デ
ータ記憶部７ｂに記憶されている検知圧縮データ列とを
読み出して、メモリの先頭に記憶されたデータから順に
両者を比較する。比較部７ｄは、両者に差異があれば監
視空間に侵入物があると判断する。また、比較部９は、
両者に差異がない場合であっても、背景圧縮データＤｂ
と検知圧縮データＤｓとがいずれも「１」の場合には、
背景部分データ列を背景部分データ記憶部１０ａから読
み出し、検知部分データ列を検知部分データ記憶部１０
ｂから読み出し、背景部分データ列と検知部分データ列
とを比較する。即ち、比較部９は、図２、図３における
８番目のマスＭ８，Ｍ１０を比較した場合、背景圧縮デ
ータＤｂと検知圧縮データＤｓとがいずれも「１」であ
るので、対応する背景部分データ列と検知部分データ列
とを読み出す。背景部分データ列は「０００００１」で
あり、検知部分データ列は「０００１１１」である。従
って、比較部９は背景部分データ列と検知部分データ列
とを比較して、両者が異なるので、監視空間内に侵入物
が存在すると判断する。超音波センサは、以上のように
して侵入物の検知を行う。

【００４１】従って、メモリをさほど増大させることな
く、距離解像度を高くすることができ、より正確に侵入
物の存在を検知することができる。また、メモリをさほ
ど増大させないので、コストの増大を抑制することがで
きる。

【００４２】なお、本実施の形態では、構成データの圧
縮は、所定個数の構成データの内１つでも「１」の構成
データｇあれば、検知圧縮データＤｓ等を「１」とし、
全ての構成データが「０」の場合のみ検知圧縮データＤ
ｓ等を「０」としているが、圧縮の方法はこれに限られ
るものではなく、例えば「１」の構成データが２つ以上
ある場合に検知圧縮データＤｓ等を「１」とするもので
あってもよい。

【００４３】

【発明の効果】本発明の超音波センサは上述のように構
成してあるから、請求項１記載の発明にあっては、詳細
記憶部が圧縮データ列を構成する個々の構成データのう
ち反射波を受波したことを表す構成データに対応する部
分の圧縮前のデータ列である部分データ列を記憶し、比
較部が所定の送波間隔で超音波の送波が行われて検出さ
れたデータ列の圧縮データ列及びその部分データ列と、
監視空間内に侵入者が存在しない場合における圧縮デー
タ列及びその部分データ列とを比較するので、メモリを
さほど増大させることなく、距離解像度を高くすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波センサの一構成例を示すブロッ
ク図である。

【図２】超音波センサが獲得したデータをメモリに格納
した様子を説明するイメージ図である。

【図３】超音波センサが獲得したデータをメモリに格納
した様子を説明するイメージ図である。

【図４】従来の技術の超音波センサの構成を示すブロッ
ク図である。

【図５】データ列と背景圧縮データ又は検知圧縮データ
との関係の説明図である。

【図６】超音波センサが獲得したデータをメモリに格納
した様子を説明するイメージ図である。

【図７】超音波センサが獲得したデータをメモリに格納
した様子を説明するイメージ図である。

【図８】超音波センサが獲得したデータをメモリに格納
した様子を説明するイメージ図である。

【符号の説明】

４ａ 超音波送波部 ４ｂ 超音波受波部 ８ 書込部 ９ 比較部 ７ａ 背景データ記憶部 ７ｂ 検知データ記憶部 １０ａ 詳細記憶部 １０ｂ 詳細記憶部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−201826（ＪＰ，Ａ) 特許3057395（ＪＰ，Ｂ２) 特表 平８−506656（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 7/52 - 7/64 G01S 15/00 - 15/96 G01V 1/00 G08B 13/16

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波の送波後にその反射波を検出して
   該反射波に基づいてデータ列を生成し、該データ列を圧
   縮した圧縮データ列を生成し、該圧縮データ列と監視空
   間内に侵入者が存在しない場合における圧縮データ列と
   を比較して、監視空間内の侵入物の有無を検知する超音
   波センサにおいて、 圧縮データ列を構成する個々の構成データのうち反射波
   を受波したことを表す構成データに対応する部分の圧縮
   前のデータ列である部分データ列を記憶する詳細記憶部
   と、 所定の送波間隔で超音波の送波が行われて検出されたデ
   ータ列の圧縮データ列及びその部分データ列と、監視空
   間内に侵入者が存在しない場合における圧縮データ列及
   びその部分データ列とを比較する比較部と、を有するこ
   とを特徴とする超音波センサ。