多重検知装置及びその方法
【課題】多数の超音波センサーが互いに異なる送信周波数を使用するようにして単一の分析集積回路を使用できるようにした多重検知装置及びその方法を提供する。
【解決手段】該当送信周波数の超音波信号を発信する送波部１１０と、送波部１１０から発信した超音波信号を受信して出力する受波部１３０を備えた多数の超音波センサー１００と、多数の超音波センサー１００の各送波部１１０に対して該当送信周波数の超音波信号を発信するように制御し、各受波部１３０から出力した超音波反射信号を受信して発信時間と受信時間との時間差を利用して超音波センサー１００が検知した物体の距離を計算して出力する分析集積回路２００と、を含む。
【解決手段】該当送信周波数の超音波信号を発信する送波部１１０と、送波部１１０から発信した超音波信号を受信して出力する受波部１３０を備えた多数の超音波センサー１００と、多数の超音波センサー１００の各送波部１１０に対して該当送信周波数の超音波信号を発信するように制御し、各受波部１３０から出力した超音波反射信号を受信して発信時間と受信時間との時間差を利用して超音波センサー１００が検知した物体の距離を計算して出力する分析集積回路２００と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多重検知装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、超音波センサーは、超音波を発信する送波部と発信された超音波を受信する受波部とを含んで取付体に取り付けられ、送波部から超音波が発信された時点から送波部から発信した超音波が物体に反射して受波部に受信するまでにかかった時間を利用して取付体と物体との距離を検知する。
【０００３】
このような超音波センサーは、液体が貯蔵される液体貯蔵庫の上部に設けられ、液体の水位を検出して液体の流量を検出するために用いたり、運転手が肉眼で観察できない車両の後部に設けられ、車両の後方に位置する障害物を検知するために用いられている。
【０００４】
従来、このような超音波センサーは、特許文献１などに開示されたように、取付体に多数個を装着して使用される。
【０００５】
このように取付体に多数個の超音波センサーが設けられる場合、前記それぞれのセンサーは、電気的なパルス信号を超音波信号に変換して探知区域内に放射し、物体に衝突して反射された超音波反射信号は、超音波センサーにそれぞれ受信され、これらを分析する分析集積回路で分析される。
【０００６】
このように、従来の取付体に多数個の超音波センサーを装着して使用する場合、それぞれの超音波センサーが固定された同一の超音波送信周波数を使用し、固定された同一の超音波受信回路の利得及び固定された送信パルス数を使用して構成され、同一のセンサー特性を有しているため、それぞれの超音波センサーに対応する分析集積回路が必要となる。
【０００７】
このように多数の超音波センサーを使用して物体を検知する場合、それぞれの超音波センサーに伴う分析集積回路が必要となり、コスト及び設置面積が増加するため、製品の小型化を困難とさせる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１５６５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記のような問題点を解決するために導き出されたものであって、多数の超音波センサーが互いに異なる送信周波数を使用するようにして単一の分析集積回路を使用できるようにした多重検知装置及びその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記のような目的を果たすために本発明は、該当送信周波数の超音波信号を発信する送波部と、前記送波部から発信した超音波信号を受信して出力する受波部を備えた多数の超音波センサーと、前記多数の超音波センサーの各送波部に対して該当送信周波数の超音波信号を発信するように制御し、各受波部から出力した超音波反射信号を受信して発信時間と受信時間との時間差を利用して該当超音波センサーが検知した物体の距離を計算して出力する分析集積回路と、を含む。
【００１１】
また、本発明の前記多数の超音波センサーの各送波部は、底部を有する円筒状のケースと、前記ケース内部の底面に形成される圧電素子と、前記圧電素子に電気的に接続される端子と、前記端子が固定される基板と、を含み、前記多数の超音波センサーの各送波部の送信周波数は該当送波部のケースの底面の厚さや直径または圧電素子の物質定数が互いに異なるようにして互いに異なる送信周波数を有するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の前記多数の超音波センサーの各受波部は、所定の物体に衝突して反射された超音波を受信する超音波受信機と、前記超音波受信機から受信した周波数のうち電圧が最大である共振周波数のみを通過させる帯域通過フィルターと、前記帯域通過フィルターを通過した超音波信号を所定雑音の大きさに応じて増幅率を調整する増幅器と、を含む。
【００１３】
また、本発明の前記多数の超音波センサーの各受波部は、前記増幅器を通過した信号を検波する検波器と、前記検波器で検波した信号を線形基準信号と比較してデジタル値に変換する比較器と、をさらに含む。
【００１４】
また、本発明の前記分析集積回路は、クロック信号を発生する発振器と、前記クロック信号の入力を受けて該当共振周波数の単一駆動パルスを発生する複数の単一パルス発生器と、前記複数の単一パルス発生器から出力される単一駆動パルスのうち何れか一つを選択して出力するパルス選択器と、前記パルス選択器から出力される単一駆動パルスを該当超音波センサーに印加する駆動信号出力機と、を含む。
【００１５】
また、本発明の前記分析集積回路は、前記受波部から出力される超音波信号の入力を受けて該当超音波センサーを認識するセンサー認識器と、前記センサー認識器で認識した超音波センサーの超音波信号の発信時間と受信時間を利用して検知した物体の距離を算出する信号処理機と、前記パルス選択器と駆動信号出力機を制御する制御器と、を含む。
【００１６】
また、本発明は、（Ａ）分析集積回路が多数の超音波センサーを駆動して該当送信周波数の超音波信号を順に出力する段階と、（Ｂ）多数の超音波センサーが、発信された超音波信号が反射されてくる超音波反射信号を受信して出力する段階と、（Ｃ）分析集積回路が、多数の超音波センサーから受信した超音波信号の入力を受けて超音波信号が入力された超音波センサーを区別し、該当超音波センサーの超音波信号の発信時間と受信時間を利用して距離を算出して出力する段階と、を含む。
【００１７】
また、本発明の前記（Ａ）段階は、（Ａ−１）前記分析集積回路の制御器が発振器を駆動してクロック信号を発生する段階と、（Ａ−２）前記分析集積回路の多数の単一パルス発生器がクロック信号の入力を受けて該当共振周波数を有するパルス信号を発生して出力する段階と、（Ａ−３）前記分析集積回路のパルス選択器が、制御器の制御により、多数の単一パルス発生器から出力されるパルス信号を順に選択して出力する段階と、（Ａ−４）前記分析集積回路の駆動信号出力機が、制御器の制御により、該当共振周波数のパルス信号を該当超音波センサーに出力する段階と、（Ａ−５）該当超音波センサーの送波部が、該当超音波信号を生成して発信する段階と、を含む。
【００１８】
また、本発明の前記（Ｃ）段階は、（Ｃ−１）前記分析集積回路のセンサー認識器が、多数の超音波センサーから超音波信号の入力を受けると、超音波信号が入力された超音波センサーを認識して該当超音波センサーを決定する段階と、（Ｃ−２）前記分析集積回路の信号処理機は、センサー認識器で認識した超音波センサーの超音波信号の発信時間及び受信時間を利用して該当超音波センサーが検知した物体の距離を算出して出力する段階と、を含む。
【００１９】
本発明の特徴及び利点は、添付図面に基づいた以下の詳細な説明によってさらに明らかになるであろう。
【００２０】
本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的かつ辞書的な意味に解釈されてはならず、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に従って本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されるべきである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、前記のように多数の超音波センサーを使用して物体を検知する場合、単一の分析集積回路を使用してコストを低減することができる。
【００２２】
また、本発明は、多数の超音波センサーを使用して物体を検知する場合、単一の分析集積回路を使用して製品の小型化を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例による多重検知装置の構成図である。
【図２】図１の送波部の断面図である。
【図３】図１の受波部の内部ブロック構成図である。
【図４】図１の分析集積回路の内部ブロック構成図である。
【図５】本発明の実施例による多重検知方法のフローチャートである。
【図６】図５の超音波信号の出力段階の詳細構成図である。
【図７】図５の距離算出過程のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は、添付図面に係る以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにあたり、係わる公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。
【００２５】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施例による多重検知装置の構成図である。
【００２７】
図１を参照すると、本発明の実施例による多重検知装置は、送波部１１０と受波部１３０を備えた多数の超音波センサー１００及び分析集積回路２００で構成されている。
【００２８】
先ず、多数の超音波センサー１００は、取付体に固定設置され、多数の超音波センサー１００それぞれに該当する送波部１１０は、該当共振周波数に該当する送信周波数の超音波信号を発信する。
【００２９】
ここで、各送波部１１０から発信される超音波信号は、その出力及びアンテナ特性などを調節することにより、検知地域の該当超音波信号の到達位置や到達距離などが所望レベルに達するように設計することができる。
【００３０】
このような送波部１１０において、共振周波数の範囲におけるインピーダンス変化を示す図２を参照すると、共振周波数から１ＫＨｚ外れるだけでも振幅がすぐ低下することが確認できる。
【００３１】
このような送波部１１０において、共振周波数の範囲におけるインピーダンス変化を示す図２を参照すると、共振周波数から１ＫＨｚ外れるだけでも振幅がすぐ低下することが確認できる。
【００３２】
従って、例えば、共振周波数が４８ＫＨｚである送波部１１０に、４６ＫＨｚの周波数を印加する場合、ＳＰＬ（Ｓｏｕｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｌｅｖｅｌ）が４８ＫＨｚに比べて３ｄＢ以上低下するが、ＳＰＬ特性値における３ｄＢは、ピークに対する切断の特性値の差を示すものであって、分析集積回路２００内で通常意味のないデータとして処理する。
【００３３】
このような特性を有する送波部１１０における共振周波数は、ケースの底面の厚さや直径、圧電素子の物質定数等を少し変化するだけでも容易に周波数を変化することができる。
【００３４】
このような多数の超音波センサー１００の送波部１１０は、順に駆動されて該当送信周波数の超音波信号を発信することが好ましい。勿論、前記多数の超音波センサー１００の送波部１１０が同時に駆動されて該当送信周波数の超音波信号を発信することができる。
【００３５】
また、多数の超音波センサー１００の各受波部１３０は、該当超音波センサー１００の送波部１１０から発信した超音波信号を受信して分析集積回路２００に出力する。
【００３６】
このように、多数の超音波センサー１００の各受波部１３０が、該当超音波センサー１００の送波部１１０から発信した送信周波数の超音波信号を受信できるように設計すると、各受波部１３０は、複数個の送波部１１０から発信された超音波信号を受信しても、これら信号の個別的特性により、該信号を発信する送波部１１０を区分して識別することができる。
【００３７】
一方、分析集積回路２００は、多数の超音波センサー１００の各送波部１１０に対して該当送信周波数の超音波信号を発信するように制御し、各受波部１３０から出力された超音波反射信号を受信して時間差を利用して該当物体の距離などを計算して出力する。
【００３８】
ここで、使用される共振周波数が４８ＫＨｚ前後の周波数である場合、１秒に４８，０００回の信号を入力することができ、実際、周波数を順に入力するためにかかる時間は、４／４８，０００秒程度であるが、分析集積回路２００が各超音波センサー１００のノイズを除去して所望の重要信号を得るためにかかる時間が通常１．２ｍｓであるため、０．０８ｍｓは、実際に超音波センサー１００の作動に大きく影響を及ぼすほどの数値ではない。
【００３９】
このように構成される多重検知装置の動作を詳細に説明すると次のとおりである。
【００４０】
先ず、分析集積回路２００は、多数の超音波センサー１００を一定順序に従って順に駆動し、駆動された超音波センサー１００の送波部１１０が該当送信周波数の超音波信号を発信するようにする。
【００４１】
このように、多数の超音波センサー１００の送波部１１０が該当送信周波数の超音波信号を発信すると、該当超音波信号は、信号の進行経路に位置した物体に衝突して反射されてくるようになり、該当超音波センサー１００の受波部１３０は、反射されてきた超音波反射信号を受信する。
【００４２】
このように該当超音波センサー１００の受波部１３０が超音波信号を受信し、受信された超音波信号を分析集積回路２００に出力すると、分析集積回路２００は、超音波信号が入力された超音波センサー１００を区別して認識し、認識された超音波センサー１００の超音波信号の発信時間と受信時間を検知した後、時間差を利用して距離を計算し、計算された距離を出力する。
【００４３】
このように前記のような多重検知装置は、多数の超音波センサー１００を使用して物体を検知する場合、単一の分析集積回路２００を使用して検知することにより、コストを低減することができる。
【００４４】
また、本発明の多重検知装置は、多数の超音波センサー１００を使用して物体を検知する場合、単一の分析集積回路２００を使用して検知することにより、製品の小型化を可能とする。
【００４５】
図２は、図１の超音波センサーの送波部のブロック構成図である。
【００４６】
図２を参照すると、図１の超音波センサーの送波部は、例えば、底部を有する円筒状のケース１１２を含む。このケース１１２は、円板状の底面部１１２ａと円筒状の側壁１１２ｂとで構成される。ケース１１２は、例えば、アルミニウムなどの金属材料で形成される。ケース１１２の内側の空洞部１１４は、例えば、断面円状になるように形成される。
【００４７】
一方、空洞部１１４の形状に応じて超音波センサー１００から放射される超音波が広がる方式が決定されるため、所望の特性に応じて、空洞部１１４の形状は、例えば、断面は楕円形などの他の形状に設計変更されても良い。
【００４８】
ケース１１２の内部において、底面部１１２ａの内面には、圧電素子１１６が付着される。圧電素子１１６は、例えば、円板状の圧電体基板の両面に電極を形成したものである。また、圧電素子１１６の一方の主面側の電極が、導電性接着剤などによって底面部１１２ａに接着される。
【００４９】
ケース１１２の開口部の端面には、例えば、シリコンゴムからなる減衰材１１８が付着される。減衰材１１８は、ケース１１２や圧電素子１１６から外部への不要な振動の伝達と、外部からケース１１２や圧電素子１１６への不要な振動の侵入を抑制するためのものである。
【００５０】
減衰材１１８は、例えば、ケース１１２の外径より若干小さいがケース１１２の内径より若干大きい外径を有する円板状に形成される。また、減衰材１１８は、その一方の主面における外周部分がケース１１２の開口部の端面に対向するとともに、その中心がケース１１２の中心と同一直線上に位置するように配置される。
【００５１】
即ち、減衰材１１８は、ケース１１２の開口部を覆うように形成される。減衰材１１８には、その両面を垂直に貫通するとともに、ケース１１２の空洞部１１４に通過するように２個の端子孔１１８ａ、１１８ｂが互いに離れて形成される。
【００５２】
減衰材１１８の他方の主面には、例えば、硝子エポキシ基板を利用した円板状の基板１２０が付着される。基板１２０は、減衰材１１８の外径と同一の外径を有し、その一方の主面が減衰材１１８の他方の主面に対向するとともに、その中心がケース１１２の中心及び減衰材１１８の中心と同一直線上に位置するように配置される。
【００５３】
それにより、減衰材１１８は、ケース１１２の開口部の端面と基板１２０の一方の主面との間に形成される。また、基板１２０には、その両面を垂直に貫通するための２個の端子孔１２０ａ、１２０ｂが形成される。これら端子孔１２０ａ、１２０ｂは、減衰材１１８に形成された端子孔１１８a、１１８ｂにそれぞれ対応して形成される。
【００５４】
基板１２０には、直線状の２個のピン端子１２２ａ、１２２ｂが端子孔１２０ａ、１２０ｂにそれぞれ圧入されて固定される。
【００５５】
この場合、これらピン端子１２２ａ、１２２ｂは、それらの一端が基板１２０の一方の主面側、即ち、内側に配置され、それらの他端が基板１２０の他方の主面側、即ち、外側に配置される。また、ピン端子１２２ａ、１２２ｂの一端は、減衰材１１８に形成された端子孔１１８a、１１８ｂに挿入され、それらの先端部がケース１１２の空洞部１１４に配置される。
【００５６】
ケース１１２の側壁１１２ｂの内面には、接続部材として、例えば、ポリウレタン銅線からなる一方のリード線１２４ａの一端がソルダリングされる。それにより、このリード線１２４ａは、ケース１１２を介して圧電素子１１６の一方の主面側の電極に電気的に接続される。また、リード線１２４ａの他端は、一方のピン端子１２２ａの一端の先端部にソルダリングされる。従って、圧電素子１１６の一方の主面側の電極は、ケース１１２及びリード線１２４ａを介して一方のピン端子１２２ａに電気的に接続される。
【００５７】
また、接続部材として、例えば、ポリウレタン銅線からなる他方のリード線１２４ｂの一端が、圧電素子１１６の他方の主面側の電極にソルダリングされる。このリード線１２４ｂの他端は、他方のピン端子１２２ｂの他端の先端部にソルダリングされる。従って、圧電素子１１６の他方の主面側の電極は、リード線１２４ｂを介して他方のピン端子１２２ｂに電気的に接続される。
【００５８】
このような構成を有する超音波センサー１００は、ピン端子１２２ａ、１２２ｂに駆動電圧を印加することにより、圧電素子１１６が励振される。圧電素子１１６の振動により、ケース１１２の底面部１１２ａも振動して、底面部１１２ａに直交する方向に超音波が放射される。超音波センサー１００から放射された超音波が被検出物から反射して超音波センサー１００に到逹すると、圧電素子１１６が振動して電気信号に変換され、ピン端子１２２ａ、１２２ｂから電気信号が出力される。従って、駆動電圧を印加してから電気信号が出力されるまでの時間を測定することにより、超音波センサー１００から被検出物までの距離を測定することができる。
【００５９】
この超音波センサー１００で共振周波数（ｆｓｎ）は、ケース１１２の円板状の底面部１１２ａの厚さ（ｔ）と、円板状の底面部１１２ａの直径（Ｄ）と、圧電素子１１６の物質定数（ｋｎ）によって、以下の式１のように定められ、このうち何れか一つの要素を変化させると発信される送信周波数を変更することができる。
【００６０】
【数１】
【００６１】
従って、前記超音波センサー１００を多数個使用する本発明の多重検知装置の場合、前記超音波センサー１００の何れか一つの構成要素を変更して互いに異なる送信周波数の超音波信号を生成して発信することができる。
【００６２】
図３は、図１の受波部の内部ブロック構成図である。
【００６３】
図３を参照すると、図１の受波部は、所定の物体に衝突して反射された超音波を受信する超音波受信機１２１と、前記超音波受信機１２１から受信した周波数のうち電圧が最大である共振周波数のみを通過させる帯域通過フィルター１２２と、前記帯域通過フィルター１２２を通過した超音波信号を所定雑音の大きさに応じて増幅率を調整する増幅器１２３と、前記増幅器１２３を通過した信号を検波する検波器１２４と、前記検波器１２４で検波した信号を線形基準信号と比較してデジタル値に変換する比較器１２５と、を備えている。
【００６４】
ここで、検波器１２４と比較器１２５は、受波部から出力される信号をデジタル信号に変換するためのものであって、必要に応じて省略することができる。
【００６５】
このように構成される受波部は、所定の物体に衝突して反射された超音波を超音波受信機１２１で受信し、前記超音波受信機１２１で受信した周波数のうち電圧が最大である共振周波数のみを帯域通過フィルター１２２から通過させる。
【００６６】
また、前記帯域通過フィルター１２２を通過した超音波信号は、所定雑音の大きさに応じて増幅率を調整し、増幅器１２３によって調整された増幅率は検波器１２４により超音波信号を検波する。
【００６７】
また、前記検波器１２４で検波した信号を、線形基準信号と比較して比較器１２５でデジタル値に変換して出力される。
【００６８】
図４は、図１の分析集積回路の内部ブロック構成図である。
【００６９】
図４を参照すると、図１の分析集積回路は、発振器２１０と、複数の単一パルス発生器２２０と、パルス選択器２３０と、駆動信号出力機２４０と、センサー認識器２５０と、信号処理機２６０と、制御器２７０と、を備えている。
【００７０】
前記発振器２１０は、電源供給装置（不図示）から供給される電源の入力を受けてクロックパルス信号を発生する。
【００７１】
また、複数の単一パルス発生器２２０は、クロックパルス信号を発生する発振器２１０から出力されるクロックパルスを利用して、それぞれに該当する単一駆動パルスを発生する。
【００７２】
次に、パルス選択器２３０は、制御器２７０の制御により、複数の単一パルス発生器２２０から何れか一つの出力信号を選択して、駆動信号出力機２４０に出力する。
【００７３】
前記駆動信号出力機２４０は、前記パルス選択器２３０から選択された該当パルスを該当超音波センサーの送波部に出力する。
【００７４】
一方、センサー認識器２５０は、多数の超音波センサー１００の受波部から超音波信号の入力を受けると、超音波信号が入力された超音波センサー１００を認識して、該当超音波センサー１００を区別できる区別信号（例えば、識別番号）と受信時間を出力する。
【００７５】
また、信号処理機２６０は、センサー認識器２５０から出力される該当超音波センサー１００を区別できる区別信号（例えば、識別番号）と受信時間を利用して該当超音波センサーが検知した物体の距離を検知する。
【００７６】
このような分析集積回路の動作を詳細に説明すると、次のとおりである。
【００７７】
先ず、前記制御器２７０は、前記発振器２１０を駆動して、電源供給装置から入力される電源を利用してクロック信号を発生する。
【００７８】
また、このように発振器２１０から発生されたクロック信号は、多数の単一パルス発生器２２０に入力され、前記多数の単一パルス発生器２２０は、該当共振周波数を有するパルス信号を発生して出力する。
【００７９】
その後、制御器２７０は、前記パルス選択器２３０を制御して、前記多数の単一パルス発生器２２０から出力されるパルス信号を順に選択できるようにする。
【００８０】
ここで、パルス選択器２３０は、予め定められた順序に従って選択を行ってもよく、または任意の順序に従ってランダムに選択を行ってもよい。
【００８１】
このようにパルス選択器２３０により選択されたパルス信号は、駆動信号出力機２４０に出力され、駆動信号出力機２４０は、制御器の制御により、該当共振周波数のパルス信号を該当超音波センサーに出力する。
【００８２】
一方、センサー認識器２５０は、多数の超音波センサー１００の受波部から超音波信号が入力されると、超音波信号が入力された超音波センサー１００を認識して、該当超音波センサー１００を検知する。
【００８３】
ここで、センサー認識器２５０は、前記多数の超音波センサー１００で入力される信号がアナログ信号である場合、共振周波数を検出し、検出された共振周波数を利用して、該当超音波センサー１００を区別することができる。
【００８４】
これと異なり、前記多数の超音波センサー１００がデジタル信号を出力する場合、センサー認識器２５０は、デジタル信号の入力ラインを区別して、超音波センサー１００が検知することができる。
【００８５】
また、信号処理機２６０は、センサー認識器２５０から出力される該当超音波センサー１００を区別できる区別信号（例えば、識別番号）と、発信時間及び受信時間を利用して該当超音波センサーが検知した物体の距離を検知する。
【００８６】
図５は、本発明の実施例による多重検知方法のフローチャートである。
【００８７】
図５を参照すると、本発明の実施例による多重検知方法は、先ず、分析集積回路２００が多数の超音波センサー１００を、一定順序に従って順に駆動して、多数の超音波センサー１００の送波部１１０が該当送信周波数の超音波信号を順に出力する（Ｓ１００）。
【００８８】
次に、前記多数の超音波センサー１００の受波部１３０は、発信された超音波信号が、信号の進行経路に位置した物体に衝突して反射されてきた超音波反射信号を受信して出力する（Ｓ２００）。
【００８９】
その後、分析集積回路２００は、多数の超音波センサー１００の受波部１３０で受信した超音波信号の入力を受けて超音波信号が入力された超音波センサーを区別して認識し、認識された超音波センサー１００の超音波信号の発信時間と受信時間を検知した後、時間差を利用して距離を計算し、計算された距離を出力する（Ｓ３００）。
【００９０】
本発明は、前記のように多数の超音波センサーを使用して物体を検知する場合、単一の分析集積回路を使用してコストを低減することができる。
【００９１】
また、本発明は、多数の超音波センサーを使用して物体を検知する場合、単一の分析集積回路を使用して製品の小型化を可能とする。
【００９２】
図６は、図５の超音波信号の出力段階の詳細構成図である。
【００９３】
図６を参照すると、図５の超音波信号の出力段階は、先ず、制御器が発振器を駆動してクロック信号を発生させ（Ｓ１１１）、多数の単一パルス発生器は、クロック信号の入力を受けて該当共振周波数を有するパルス信号を発生させて出力する（Ｓ１１２）。
【００９４】
その後、パルス選択器を制御器の制御により、多数の単一パルス発生器から出力されるパルス信号を予め定められた順序に従って選択して出力するか、または任意の順序に従ってランダムに選択して出力する（Ｓ１１３）。
【００９５】
このようにパルス選択器によって選択されたパルス信号は、駆動信号出力機に出力され、駆動信号出力機は、制御器により、該当共振周波数のパルス信号を該当超音波センサーに出力し（Ｓ１１４）、該当超音波センサーの送波部が該当超音波信号を生成して発信する ようにする（Ｓ１１５）。
【００９６】
図７は、図５の距離算出過程のフローチャートである。
【００９７】
図７を参照すると、図５の距離算出過程は、先ず、センサー認識器が、多数の超音波センサーの受波部から超音波信号の入力を受けると、超音波信号が入力された超音波センサーを認識して該当超音波センサーを検知する（Ｓ３１１）。
【００９８】
ここで、センサー認識器は、前記多数の超音波センサーで入力される信号がアナログ信号である場合、共振周波数を検出し、検出された共振周波数を利用して該当超音波センサーを区別することができる。
【００９９】
これと異なり、前記多数の超音波センサーがデジタル信号を出力する場合、センサー認識器は、デジタル信号の入力ラインを区別して、超音波センサーを検知することができる。
【０１００】
その後、信号処理機は、センサー認識器から出力される該当超音波センサーを区別できる区別信号（例えば、識別番号）と、発信時間及び受信時間を利用して該当超音波センサーが検知した物体の距離を検知する（Ｓ３１２）。
【０１０１】
以上、本発明を好ましい実施例に基づいて詳細に説明したが、これは、本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明による多重検知装置及びその方法は、これに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、多数の超音波センサーが互いに異なる送信周波数を使用するようにして単一の分析集積回路を使用できるようにした多重検知装置及びその方法に適用可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１００ 超音波センサー
１１０ 送波部
１１２ ケース
１１２ａ 底面部
１１２ｂ 側壁
１１４ 空洞部
１１６ 圧電素子
１１８ 減衰材
１１８ａ、１１８ｂ 端子孔
１２０ 基板
１２０ａ、１２０ｂ 端子孔
１２２ａ、１２２ｂ ピン端子
１２４ａ、１２４ｂ リード線
１３０ 受波部
１２１ 超音波受信機
１２２ 帯域通過フィルター
１２３ 増幅器
１２４ 検波器
１２５ 比較器
２００ 分析集積回路
２１０ 発振器
２２０ 単一パルス発生器
２３０ パルス選択器
２４０ 駆動信号出力機
２５０ センサー認識器
２６０ 信号処理機
２７０ 制御器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多重検知装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、超音波センサーは、超音波を発信する送波部と発信された超音波を受信する受波部とを含んで取付体に取り付けられ、送波部から超音波が発信された時点から送波部から発信した超音波が物体に反射して受波部に受信するまでにかかった時間を利用して取付体と物体との距離を検知する。
【０００３】
このような超音波センサーは、液体が貯蔵される液体貯蔵庫の上部に設けられ、液体の水位を検出して液体の流量を検出するために用いたり、運転手が肉眼で観察できない車両の後部に設けられ、車両の後方に位置する障害物を検知するために用いられている。
【０００４】
従来、このような超音波センサーは、特許文献１などに開示されたように、取付体に多数個を装着して使用される。
【０００５】
このように取付体に多数個の超音波センサーが設けられる場合、前記それぞれのセンサーは、電気的なパルス信号を超音波信号に変換して探知区域内に放射し、物体に衝突して反射された超音波反射信号は、超音波センサーにそれぞれ受信され、これらを分析する分析集積回路で分析される。
【０００６】
このように、従来の取付体に多数個の超音波センサーを装着して使用する場合、それぞれの超音波センサーが固定された同一の超音波送信周波数を使用し、固定された同一の超音波受信回路の利得及び固定された送信パルス数を使用して構成され、同一のセンサー特性を有しているため、それぞれの超音波センサーに対応する分析集積回路が必要となる。
【０００７】
このように多数の超音波センサーを使用して物体を検知する場合、それぞれの超音波センサーに伴う分析集積回路が必要となり、コスト及び設置面積が増加するため、製品の小型化を困難とさせる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１５６５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記のような問題点を解決するために導き出されたものであって、多数の超音波センサーが互いに異なる送信周波数を使用するようにして単一の分析集積回路を使用できるようにした多重検知装置及びその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記のような目的を果たすために本発明は、該当送信周波数の超音波信号を発信する送波部と、前記送波部から発信した超音波信号を受信して出力する受波部を備えた多数の超音波センサーと、前記多数の超音波センサーの各送波部に対して該当送信周波数の超音波信号を発信するように制御し、各受波部から出力した超音波反射信号を受信して発信時間と受信時間との時間差を利用して該当超音波センサーが検知した物体の距離を計算して出力する分析集積回路と、を含む。
【００１１】
また、本発明の前記多数の超音波センサーの各送波部は、底部を有する円筒状のケースと、前記ケース内部の底面に形成される圧電素子と、前記圧電素子に電気的に接続される端子と、前記端子が固定される基板と、を含み、前記多数の超音波センサーの各送波部の送信周波数は該当送波部のケースの底面の厚さや直径または圧電素子の物質定数が互いに異なるようにして互いに異なる送信周波数を有するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の前記多数の超音波センサーの各受波部は、所定の物体に衝突して反射された超音波を受信する超音波受信機と、前記超音波受信機から受信した周波数のうち電圧が最大である共振周波数のみを通過させる帯域通過フィルターと、前記帯域通過フィルターを通過した超音波信号を所定雑音の大きさに応じて増幅率を調整する増幅器と、を含む。
【００１３】
また、本発明の前記多数の超音波センサーの各受波部は、前記増幅器を通過した信号を検波する検波器と、前記検波器で検波した信号を線形基準信号と比較してデジタル値に変換する比較器と、をさらに含む。
【００１４】
また、本発明の前記分析集積回路は、クロック信号を発生する発振器と、前記クロック信号の入力を受けて該当共振周波数の単一駆動パルスを発生する複数の単一パルス発生器と、前記複数の単一パルス発生器から出力される単一駆動パルスのうち何れか一つを選択して出力するパルス選択器と、前記パルス選択器から出力される単一駆動パルスを該当超音波センサーに印加する駆動信号出力機と、を含む。
【００１５】
また、本発明の前記分析集積回路は、前記受波部から出力される超音波信号の入力を受けて該当超音波センサーを認識するセンサー認識器と、前記センサー認識器で認識した超音波センサーの超音波信号の発信時間と受信時間を利用して検知した物体の距離を算出する信号処理機と、前記パルス選択器と駆動信号出力機を制御する制御器と、を含む。
【００１６】
また、本発明は、（Ａ）分析集積回路が多数の超音波センサーを駆動して該当送信周波数の超音波信号を順に出力する段階と、（Ｂ）多数の超音波センサーが、発信された超音波信号が反射されてくる超音波反射信号を受信して出力する段階と、（Ｃ）分析集積回路が、多数の超音波センサーから受信した超音波信号の入力を受けて超音波信号が入力された超音波センサーを区別し、該当超音波センサーの超音波信号の発信時間と受信時間を利用して距離を算出して出力する段階と、を含む。
【００１７】
また、本発明の前記（Ａ）段階は、（Ａ−１）前記分析集積回路の制御器が発振器を駆動してクロック信号を発生する段階と、（Ａ−２）前記分析集積回路の多数の単一パルス発生器がクロック信号の入力を受けて該当共振周波数を有するパルス信号を発生して出力する段階と、（Ａ−３）前記分析集積回路のパルス選択器が、制御器の制御により、多数の単一パルス発生器から出力されるパルス信号を順に選択して出力する段階と、（Ａ−４）前記分析集積回路の駆動信号出力機が、制御器の制御により、該当共振周波数のパルス信号を該当超音波センサーに出力する段階と、（Ａ−５）該当超音波センサーの送波部が、該当超音波信号を生成して発信する段階と、を含む。
【００１８】
また、本発明の前記（Ｃ）段階は、（Ｃ−１）前記分析集積回路のセンサー認識器が、多数の超音波センサーから超音波信号の入力を受けると、超音波信号が入力された超音波センサーを認識して該当超音波センサーを決定する段階と、（Ｃ−２）前記分析集積回路の信号処理機は、センサー認識器で認識した超音波センサーの超音波信号の発信時間及び受信時間を利用して該当超音波センサーが検知した物体の距離を算出して出力する段階と、を含む。
【００１９】
本発明の特徴及び利点は、添付図面に基づいた以下の詳細な説明によってさらに明らかになるであろう。
【００２０】
本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的かつ辞書的な意味に解釈されてはならず、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に従って本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されるべきである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、前記のように多数の超音波センサーを使用して物体を検知する場合、単一の分析集積回路を使用してコストを低減することができる。
【００２２】
また、本発明は、多数の超音波センサーを使用して物体を検知する場合、単一の分析集積回路を使用して製品の小型化を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例による多重検知装置の構成図である。
【図２】図１の送波部の断面図である。
【図３】図１の受波部の内部ブロック構成図である。
【図４】図１の分析集積回路の内部ブロック構成図である。
【図５】本発明の実施例による多重検知方法のフローチャートである。
【図６】図５の超音波信号の出力段階の詳細構成図である。
【図７】図５の距離算出過程のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は、添付図面に係る以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにあたり、係わる公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。
【００２５】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施例による多重検知装置の構成図である。
【００２７】
図１を参照すると、本発明の実施例による多重検知装置は、送波部１１０と受波部１３０を備えた多数の超音波センサー１００及び分析集積回路２００で構成されている。
【００２８】
先ず、多数の超音波センサー１００は、取付体に固定設置され、多数の超音波センサー１００それぞれに該当する送波部１１０は、該当共振周波数に該当する送信周波数の超音波信号を発信する。
【００２９】
ここで、各送波部１１０から発信される超音波信号は、その出力及びアンテナ特性などを調節することにより、検知地域の該当超音波信号の到達位置や到達距離などが所望レベルに達するように設計することができる。
【００３０】
このような送波部１１０において、共振周波数の範囲におけるインピーダンス変化を示す図２を参照すると、共振周波数から１ＫＨｚ外れるだけでも振幅がすぐ低下することが確認できる。
【００３１】
このような送波部１１０において、共振周波数の範囲におけるインピーダンス変化を示す図２を参照すると、共振周波数から１ＫＨｚ外れるだけでも振幅がすぐ低下することが確認できる。
【００３２】
従って、例えば、共振周波数が４８ＫＨｚである送波部１１０に、４６ＫＨｚの周波数を印加する場合、ＳＰＬ（Ｓｏｕｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｌｅｖｅｌ）が４８ＫＨｚに比べて３ｄＢ以上低下するが、ＳＰＬ特性値における３ｄＢは、ピークに対する切断の特性値の差を示すものであって、分析集積回路２００内で通常意味のないデータとして処理する。
【００３３】
このような特性を有する送波部１１０における共振周波数は、ケースの底面の厚さや直径、圧電素子の物質定数等を少し変化するだけでも容易に周波数を変化することができる。
【００３４】
このような多数の超音波センサー１００の送波部１１０は、順に駆動されて該当送信周波数の超音波信号を発信することが好ましい。勿論、前記多数の超音波センサー１００の送波部１１０が同時に駆動されて該当送信周波数の超音波信号を発信することができる。
【００３５】
また、多数の超音波センサー１００の各受波部１３０は、該当超音波センサー１００の送波部１１０から発信した超音波信号を受信して分析集積回路２００に出力する。
【００３６】
このように、多数の超音波センサー１００の各受波部１３０が、該当超音波センサー１００の送波部１１０から発信した送信周波数の超音波信号を受信できるように設計すると、各受波部１３０は、複数個の送波部１１０から発信された超音波信号を受信しても、これら信号の個別的特性により、該信号を発信する送波部１１０を区分して識別することができる。
【００３７】
一方、分析集積回路２００は、多数の超音波センサー１００の各送波部１１０に対して該当送信周波数の超音波信号を発信するように制御し、各受波部１３０から出力された超音波反射信号を受信して時間差を利用して該当物体の距離などを計算して出力する。
【００３８】
ここで、使用される共振周波数が４８ＫＨｚ前後の周波数である場合、１秒に４８，０００回の信号を入力することができ、実際、周波数を順に入力するためにかかる時間は、４／４８，０００秒程度であるが、分析集積回路２００が各超音波センサー１００のノイズを除去して所望の重要信号を得るためにかかる時間が通常１．２ｍｓであるため、０．０８ｍｓは、実際に超音波センサー１００の作動に大きく影響を及ぼすほどの数値ではない。
【００３９】
このように構成される多重検知装置の動作を詳細に説明すると次のとおりである。
【００４０】
先ず、分析集積回路２００は、多数の超音波センサー１００を一定順序に従って順に駆動し、駆動された超音波センサー１００の送波部１１０が該当送信周波数の超音波信号を発信するようにする。
【００４１】
このように、多数の超音波センサー１００の送波部１１０が該当送信周波数の超音波信号を発信すると、該当超音波信号は、信号の進行経路に位置した物体に衝突して反射されてくるようになり、該当超音波センサー１００の受波部１３０は、反射されてきた超音波反射信号を受信する。
【００４２】
このように該当超音波センサー１００の受波部１３０が超音波信号を受信し、受信された超音波信号を分析集積回路２００に出力すると、分析集積回路２００は、超音波信号が入力された超音波センサー１００を区別して認識し、認識された超音波センサー１００の超音波信号の発信時間と受信時間を検知した後、時間差を利用して距離を計算し、計算された距離を出力する。
【００４３】
このように前記のような多重検知装置は、多数の超音波センサー１００を使用して物体を検知する場合、単一の分析集積回路２００を使用して検知することにより、コストを低減することができる。
【００４４】
また、本発明の多重検知装置は、多数の超音波センサー１００を使用して物体を検知する場合、単一の分析集積回路２００を使用して検知することにより、製品の小型化を可能とする。
【００４５】
図２は、図１の超音波センサーの送波部のブロック構成図である。
【００４６】
図２を参照すると、図１の超音波センサーの送波部は、例えば、底部を有する円筒状のケース１１２を含む。このケース１１２は、円板状の底面部１１２ａと円筒状の側壁１１２ｂとで構成される。ケース１１２は、例えば、アルミニウムなどの金属材料で形成される。ケース１１２の内側の空洞部１１４は、例えば、断面円状になるように形成される。
【００４７】
一方、空洞部１１４の形状に応じて超音波センサー１００から放射される超音波が広がる方式が決定されるため、所望の特性に応じて、空洞部１１４の形状は、例えば、断面は楕円形などの他の形状に設計変更されても良い。
【００４８】
ケース１１２の内部において、底面部１１２ａの内面には、圧電素子１１６が付着される。圧電素子１１６は、例えば、円板状の圧電体基板の両面に電極を形成したものである。また、圧電素子１１６の一方の主面側の電極が、導電性接着剤などによって底面部１１２ａに接着される。
【００４９】
ケース１１２の開口部の端面には、例えば、シリコンゴムからなる減衰材１１８が付着される。減衰材１１８は、ケース１１２や圧電素子１１６から外部への不要な振動の伝達と、外部からケース１１２や圧電素子１１６への不要な振動の侵入を抑制するためのものである。
【００５０】
減衰材１１８は、例えば、ケース１１２の外径より若干小さいがケース１１２の内径より若干大きい外径を有する円板状に形成される。また、減衰材１１８は、その一方の主面における外周部分がケース１１２の開口部の端面に対向するとともに、その中心がケース１１２の中心と同一直線上に位置するように配置される。
【００５１】
即ち、減衰材１１８は、ケース１１２の開口部を覆うように形成される。減衰材１１８には、その両面を垂直に貫通するとともに、ケース１１２の空洞部１１４に通過するように２個の端子孔１１８ａ、１１８ｂが互いに離れて形成される。
【００５２】
減衰材１１８の他方の主面には、例えば、硝子エポキシ基板を利用した円板状の基板１２０が付着される。基板１２０は、減衰材１１８の外径と同一の外径を有し、その一方の主面が減衰材１１８の他方の主面に対向するとともに、その中心がケース１１２の中心及び減衰材１１８の中心と同一直線上に位置するように配置される。
【００５３】
それにより、減衰材１１８は、ケース１１２の開口部の端面と基板１２０の一方の主面との間に形成される。また、基板１２０には、その両面を垂直に貫通するための２個の端子孔１２０ａ、１２０ｂが形成される。これら端子孔１２０ａ、１２０ｂは、減衰材１１８に形成された端子孔１１８a、１１８ｂにそれぞれ対応して形成される。
【００５４】
基板１２０には、直線状の２個のピン端子１２２ａ、１２２ｂが端子孔１２０ａ、１２０ｂにそれぞれ圧入されて固定される。
【００５５】
この場合、これらピン端子１２２ａ、１２２ｂは、それらの一端が基板１２０の一方の主面側、即ち、内側に配置され、それらの他端が基板１２０の他方の主面側、即ち、外側に配置される。また、ピン端子１２２ａ、１２２ｂの一端は、減衰材１１８に形成された端子孔１１８a、１１８ｂに挿入され、それらの先端部がケース１１２の空洞部１１４に配置される。
【００５６】
ケース１１２の側壁１１２ｂの内面には、接続部材として、例えば、ポリウレタン銅線からなる一方のリード線１２４ａの一端がソルダリングされる。それにより、このリード線１２４ａは、ケース１１２を介して圧電素子１１６の一方の主面側の電極に電気的に接続される。また、リード線１２４ａの他端は、一方のピン端子１２２ａの一端の先端部にソルダリングされる。従って、圧電素子１１６の一方の主面側の電極は、ケース１１２及びリード線１２４ａを介して一方のピン端子１２２ａに電気的に接続される。
【００５７】
また、接続部材として、例えば、ポリウレタン銅線からなる他方のリード線１２４ｂの一端が、圧電素子１１６の他方の主面側の電極にソルダリングされる。このリード線１２４ｂの他端は、他方のピン端子１２２ｂの他端の先端部にソルダリングされる。従って、圧電素子１１６の他方の主面側の電極は、リード線１２４ｂを介して他方のピン端子１２２ｂに電気的に接続される。
【００５８】
このような構成を有する超音波センサー１００は、ピン端子１２２ａ、１２２ｂに駆動電圧を印加することにより、圧電素子１１６が励振される。圧電素子１１６の振動により、ケース１１２の底面部１１２ａも振動して、底面部１１２ａに直交する方向に超音波が放射される。超音波センサー１００から放射された超音波が被検出物から反射して超音波センサー１００に到逹すると、圧電素子１１６が振動して電気信号に変換され、ピン端子１２２ａ、１２２ｂから電気信号が出力される。従って、駆動電圧を印加してから電気信号が出力されるまでの時間を測定することにより、超音波センサー１００から被検出物までの距離を測定することができる。
【００５９】
この超音波センサー１００で共振周波数（ｆｓｎ）は、ケース１１２の円板状の底面部１１２ａの厚さ（ｔ）と、円板状の底面部１１２ａの直径（Ｄ）と、圧電素子１１６の物質定数（ｋｎ）によって、以下の式１のように定められ、このうち何れか一つの要素を変化させると発信される送信周波数を変更することができる。
【００６０】
【数１】
【００６１】
従って、前記超音波センサー１００を多数個使用する本発明の多重検知装置の場合、前記超音波センサー１００の何れか一つの構成要素を変更して互いに異なる送信周波数の超音波信号を生成して発信することができる。
【００６２】
図３は、図１の受波部の内部ブロック構成図である。
【００６３】
図３を参照すると、図１の受波部は、所定の物体に衝突して反射された超音波を受信する超音波受信機１２１と、前記超音波受信機１２１から受信した周波数のうち電圧が最大である共振周波数のみを通過させる帯域通過フィルター１２２と、前記帯域通過フィルター１２２を通過した超音波信号を所定雑音の大きさに応じて増幅率を調整する増幅器１２３と、前記増幅器１２３を通過した信号を検波する検波器１２４と、前記検波器１２４で検波した信号を線形基準信号と比較してデジタル値に変換する比較器１２５と、を備えている。
【００６４】
ここで、検波器１２４と比較器１２５は、受波部から出力される信号をデジタル信号に変換するためのものであって、必要に応じて省略することができる。
【００６５】
このように構成される受波部は、所定の物体に衝突して反射された超音波を超音波受信機１２１で受信し、前記超音波受信機１２１で受信した周波数のうち電圧が最大である共振周波数のみを帯域通過フィルター１２２から通過させる。
【００６６】
また、前記帯域通過フィルター１２２を通過した超音波信号は、所定雑音の大きさに応じて増幅率を調整し、増幅器１２３によって調整された増幅率は検波器１２４により超音波信号を検波する。
【００６７】
また、前記検波器１２４で検波した信号を、線形基準信号と比較して比較器１２５でデジタル値に変換して出力される。
【００６８】
図４は、図１の分析集積回路の内部ブロック構成図である。
【００６９】
図４を参照すると、図１の分析集積回路は、発振器２１０と、複数の単一パルス発生器２２０と、パルス選択器２３０と、駆動信号出力機２４０と、センサー認識器２５０と、信号処理機２６０と、制御器２７０と、を備えている。
【００７０】
前記発振器２１０は、電源供給装置（不図示）から供給される電源の入力を受けてクロックパルス信号を発生する。
【００７１】
また、複数の単一パルス発生器２２０は、クロックパルス信号を発生する発振器２１０から出力されるクロックパルスを利用して、それぞれに該当する単一駆動パルスを発生する。
【００７２】
次に、パルス選択器２３０は、制御器２７０の制御により、複数の単一パルス発生器２２０から何れか一つの出力信号を選択して、駆動信号出力機２４０に出力する。
【００７３】
前記駆動信号出力機２４０は、前記パルス選択器２３０から選択された該当パルスを該当超音波センサーの送波部に出力する。
【００７４】
一方、センサー認識器２５０は、多数の超音波センサー１００の受波部から超音波信号の入力を受けると、超音波信号が入力された超音波センサー１００を認識して、該当超音波センサー１００を区別できる区別信号（例えば、識別番号）と受信時間を出力する。
【００７５】
また、信号処理機２６０は、センサー認識器２５０から出力される該当超音波センサー１００を区別できる区別信号（例えば、識別番号）と受信時間を利用して該当超音波センサーが検知した物体の距離を検知する。
【００７６】
このような分析集積回路の動作を詳細に説明すると、次のとおりである。
【００７７】
先ず、前記制御器２７０は、前記発振器２１０を駆動して、電源供給装置から入力される電源を利用してクロック信号を発生する。
【００７８】
また、このように発振器２１０から発生されたクロック信号は、多数の単一パルス発生器２２０に入力され、前記多数の単一パルス発生器２２０は、該当共振周波数を有するパルス信号を発生して出力する。
【００７９】
その後、制御器２７０は、前記パルス選択器２３０を制御して、前記多数の単一パルス発生器２２０から出力されるパルス信号を順に選択できるようにする。
【００８０】
ここで、パルス選択器２３０は、予め定められた順序に従って選択を行ってもよく、または任意の順序に従ってランダムに選択を行ってもよい。
【００８１】
このようにパルス選択器２３０により選択されたパルス信号は、駆動信号出力機２４０に出力され、駆動信号出力機２４０は、制御器の制御により、該当共振周波数のパルス信号を該当超音波センサーに出力する。
【００８２】
一方、センサー認識器２５０は、多数の超音波センサー１００の受波部から超音波信号が入力されると、超音波信号が入力された超音波センサー１００を認識して、該当超音波センサー１００を検知する。
【００８３】
ここで、センサー認識器２５０は、前記多数の超音波センサー１００で入力される信号がアナログ信号である場合、共振周波数を検出し、検出された共振周波数を利用して、該当超音波センサー１００を区別することができる。
【００８４】
これと異なり、前記多数の超音波センサー１００がデジタル信号を出力する場合、センサー認識器２５０は、デジタル信号の入力ラインを区別して、超音波センサー１００が検知することができる。
【００８５】
また、信号処理機２６０は、センサー認識器２５０から出力される該当超音波センサー１００を区別できる区別信号（例えば、識別番号）と、発信時間及び受信時間を利用して該当超音波センサーが検知した物体の距離を検知する。
【００８６】
図５は、本発明の実施例による多重検知方法のフローチャートである。
【００８７】
図５を参照すると、本発明の実施例による多重検知方法は、先ず、分析集積回路２００が多数の超音波センサー１００を、一定順序に従って順に駆動して、多数の超音波センサー１００の送波部１１０が該当送信周波数の超音波信号を順に出力する（Ｓ１００）。
【００８８】
次に、前記多数の超音波センサー１００の受波部１３０は、発信された超音波信号が、信号の進行経路に位置した物体に衝突して反射されてきた超音波反射信号を受信して出力する（Ｓ２００）。
【００８９】
その後、分析集積回路２００は、多数の超音波センサー１００の受波部１３０で受信した超音波信号の入力を受けて超音波信号が入力された超音波センサーを区別して認識し、認識された超音波センサー１００の超音波信号の発信時間と受信時間を検知した後、時間差を利用して距離を計算し、計算された距離を出力する（Ｓ３００）。
【００９０】
本発明は、前記のように多数の超音波センサーを使用して物体を検知する場合、単一の分析集積回路を使用してコストを低減することができる。
【００９１】
また、本発明は、多数の超音波センサーを使用して物体を検知する場合、単一の分析集積回路を使用して製品の小型化を可能とする。
【００９２】
図６は、図５の超音波信号の出力段階の詳細構成図である。
【００９３】
図６を参照すると、図５の超音波信号の出力段階は、先ず、制御器が発振器を駆動してクロック信号を発生させ（Ｓ１１１）、多数の単一パルス発生器は、クロック信号の入力を受けて該当共振周波数を有するパルス信号を発生させて出力する（Ｓ１１２）。
【００９４】
その後、パルス選択器を制御器の制御により、多数の単一パルス発生器から出力されるパルス信号を予め定められた順序に従って選択して出力するか、または任意の順序に従ってランダムに選択して出力する（Ｓ１１３）。
【００９５】
このようにパルス選択器によって選択されたパルス信号は、駆動信号出力機に出力され、駆動信号出力機は、制御器により、該当共振周波数のパルス信号を該当超音波センサーに出力し（Ｓ１１４）、該当超音波センサーの送波部が該当超音波信号を生成して発信する ようにする（Ｓ１１５）。
【００９６】
図７は、図５の距離算出過程のフローチャートである。
【００９７】
図７を参照すると、図５の距離算出過程は、先ず、センサー認識器が、多数の超音波センサーの受波部から超音波信号の入力を受けると、超音波信号が入力された超音波センサーを認識して該当超音波センサーを検知する（Ｓ３１１）。
【００９８】
ここで、センサー認識器は、前記多数の超音波センサーで入力される信号がアナログ信号である場合、共振周波数を検出し、検出された共振周波数を利用して該当超音波センサーを区別することができる。
【００９９】
これと異なり、前記多数の超音波センサーがデジタル信号を出力する場合、センサー認識器は、デジタル信号の入力ラインを区別して、超音波センサーを検知することができる。
【０１００】
その後、信号処理機は、センサー認識器から出力される該当超音波センサーを区別できる区別信号（例えば、識別番号）と、発信時間及び受信時間を利用して該当超音波センサーが検知した物体の距離を検知する（Ｓ３１２）。
【０１０１】
以上、本発明を好ましい実施例に基づいて詳細に説明したが、これは、本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明による多重検知装置及びその方法は、これに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、多数の超音波センサーが互いに異なる送信周波数を使用するようにして単一の分析集積回路を使用できるようにした多重検知装置及びその方法に適用可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１００ 超音波センサー
１１０ 送波部
１１２ ケース
１１２ａ 底面部
１１２ｂ 側壁
１１４ 空洞部
１１６ 圧電素子
１１８ 減衰材
１１８ａ、１１８ｂ 端子孔
１２０ 基板
１２０ａ、１２０ｂ 端子孔
１２２ａ、１２２ｂ ピン端子
１２４ａ、１２４ｂ リード線
１３０ 受波部
１２１ 超音波受信機
１２２ 帯域通過フィルター
１２３ 増幅器
１２４ 検波器
１２５ 比較器
２００ 分析集積回路
２１０ 発振器
２２０ 単一パルス発生器
２３０ パルス選択器
２４０ 駆動信号出力機
２５０ センサー認識器
２６０ 信号処理機
２７０ 制御器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
該当送信周波数の超音波信号を発信する送波部と、前記送波部から発信した超音波信号を受信して出力する受波部を備えた多数の超音波センサーと、
前記多数の超音波センサーの各送波部に対して該当送信周波数の超音波信号を発信するように制御し、各受波部から出力した超音波反射信号を受信して発信時間と受信時間との時間差を利用して該当超音波センサーが検知した物体の距離を計算して出力する分析集積回路と、を含む多重検知装置。
【請求項２】
前記多数の超音波センサーの各送波部は、
底部を有する円筒状のケースと、
前記ケース内部の底面に形成される圧電素子と、
前記圧電素子に電気的に接続される端子と、
前記端子が固定される基板と、を含み、
前記多数の超音波センサーの各送波部の送信周波数は、該当送波部のケースの底面の厚さや直径または圧電素子の物質定数が互いに異なるようにして互いに異なる送信周波数を有するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の多重検知装置。
【請求項３】
前記多数の超音波センサーの各受波部は、
所定の物体に衝突して反射された超音波を受信する超音波受信機と、
前記超音波受信機から受信した周波数のうち電圧が最大である共振周波数のみを通過させる帯域通過フィルターと、
前記帯域通過フィルターを通過した超音波信号を所定雑音の大きさに応じて増幅率を調整する増幅器と、を含む請求項１に記載の多重検知装置。
【請求項４】
前記多数の超音波センサーの各受波部は、
前記増幅器を通過した信号を検波する検波器と、
前記検波器で検波した信号を線形基準信号と比較してデジタル値に変換する比較器と、をさらに含む請求項３に記載の多重検知装置。
【請求項５】
前記分析集積回路は、
クロック信号を発生する発振器と、
前記クロック信号の入力を受けて該当共振周波数の単一駆動パルスを発生する複数の単一パルス発生器と、
前記複数の単一パルス発生器から出力される単一駆動パルスのうち何れか一つを選択して出力するパルス選択器と、
前記パルス選択器から出力される単一駆動パルスを該当超音波センサーに印加する駆動信号出力機と、を含む請求項１に記載の多重検知装置。
【請求項６】
前記分析集積回路は、
前記受波部から出力される超音波信号の入力を受けて該当超音波センサーを認識するセンサー認識器と、
前記センサー認識器で認識した超音波センサーの超音波信号の発信時間と受信時間を利用して検知した物体の距離を算出する信号処理機と、
パルス選択器と駆動信号出力機を制御する制御器と、を含む請求項１に記載の多重検知装置。
【請求項７】
（Ａ）分析集積回路が多数の超音波センサーを駆動して該当送信周波数の超音波信号を順に出力する段階と、
（Ｂ）多数の超音波センサーが発信された超音波信号が反射されてくる超音波反射信号を受信して出力する段階と、
（Ｃ）分析集積回路が多数の超音波センサーから受信した超音波信号の入力を受けて超音波信号が入力された超音波センサーを区別して該当超音波センサーの超音波信号の発信時間と受信時間を利用して距離を算出して出力する段階と、を含む多重検知方法。
【請求項８】
前記（Ａ）段階は、
（Ａ−１）前記分析集積回路の制御器が発振器を駆動してクロック信号を発生する段階と、
（Ａ−２）前記分析集積回路の多数の単一パルス発生器が、クロック信号の入力を受けて該当共振周波数を有するパルス信号を発生して出力する段階と、
（Ａ−３）前記分析集積回路のパルス選択器が、制御器の制御により、多数の単一パルス発生器から出力されるパルス信号を順に選択して出力する段階と、
（Ａ−４）前記分析集積回路の駆動信号出力機が、制御器の制御により、該当共振周波数のパルス信号を該当超音波センサーに出力する段階と、
（Ａ−５）該当超音波センサーの送波部が該当超音波信号を生成して発信する段階と、を含む請求項７に記載の多重検知方法。
【請求項９】
前記（Ｃ）段階は、
（Ｃ−１）前記分析集積回路のセンサー認識器が多数の超音波センサーから超音波信号の入力を受けると、超音波信号が入力された超音波センサーを認識して該当超音波センサーを決定する段階と、
（Ｃ−２）前記分析集積回路の信号処理機は、センサー認識器で認識した超音波センサーの超音波信号の発信時間及び受信時間を利用して、該当超音波センサーが検知した物体の距離を算出して出力する段階と、を含む請求項７に記載の多重検知方法。
【請求項１】
該当送信周波数の超音波信号を発信する送波部と、前記送波部から発信した超音波信号を受信して出力する受波部を備えた多数の超音波センサーと、
前記多数の超音波センサーの各送波部に対して該当送信周波数の超音波信号を発信するように制御し、各受波部から出力した超音波反射信号を受信して発信時間と受信時間との時間差を利用して該当超音波センサーが検知した物体の距離を計算して出力する分析集積回路と、を含む多重検知装置。
【請求項２】
前記多数の超音波センサーの各送波部は、
底部を有する円筒状のケースと、
前記ケース内部の底面に形成される圧電素子と、
前記圧電素子に電気的に接続される端子と、
前記端子が固定される基板と、を含み、
前記多数の超音波センサーの各送波部の送信周波数は、該当送波部のケースの底面の厚さや直径または圧電素子の物質定数が互いに異なるようにして互いに異なる送信周波数を有するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の多重検知装置。
【請求項３】
前記多数の超音波センサーの各受波部は、
所定の物体に衝突して反射された超音波を受信する超音波受信機と、
前記超音波受信機から受信した周波数のうち電圧が最大である共振周波数のみを通過させる帯域通過フィルターと、
前記帯域通過フィルターを通過した超音波信号を所定雑音の大きさに応じて増幅率を調整する増幅器と、を含む請求項１に記載の多重検知装置。
【請求項４】
前記多数の超音波センサーの各受波部は、
前記増幅器を通過した信号を検波する検波器と、
前記検波器で検波した信号を線形基準信号と比較してデジタル値に変換する比較器と、をさらに含む請求項３に記載の多重検知装置。
【請求項５】
前記分析集積回路は、
クロック信号を発生する発振器と、
前記クロック信号の入力を受けて該当共振周波数の単一駆動パルスを発生する複数の単一パルス発生器と、
前記複数の単一パルス発生器から出力される単一駆動パルスのうち何れか一つを選択して出力するパルス選択器と、
前記パルス選択器から出力される単一駆動パルスを該当超音波センサーに印加する駆動信号出力機と、を含む請求項１に記載の多重検知装置。
【請求項６】
前記分析集積回路は、
前記受波部から出力される超音波信号の入力を受けて該当超音波センサーを認識するセンサー認識器と、
前記センサー認識器で認識した超音波センサーの超音波信号の発信時間と受信時間を利用して検知した物体の距離を算出する信号処理機と、
パルス選択器と駆動信号出力機を制御する制御器と、を含む請求項１に記載の多重検知装置。
【請求項７】
（Ａ）分析集積回路が多数の超音波センサーを駆動して該当送信周波数の超音波信号を順に出力する段階と、
（Ｂ）多数の超音波センサーが発信された超音波信号が反射されてくる超音波反射信号を受信して出力する段階と、
（Ｃ）分析集積回路が多数の超音波センサーから受信した超音波信号の入力を受けて超音波信号が入力された超音波センサーを区別して該当超音波センサーの超音波信号の発信時間と受信時間を利用して距離を算出して出力する段階と、を含む多重検知方法。
【請求項８】
前記（Ａ）段階は、
（Ａ−１）前記分析集積回路の制御器が発振器を駆動してクロック信号を発生する段階と、
（Ａ−２）前記分析集積回路の多数の単一パルス発生器が、クロック信号の入力を受けて該当共振周波数を有するパルス信号を発生して出力する段階と、
（Ａ−３）前記分析集積回路のパルス選択器が、制御器の制御により、多数の単一パルス発生器から出力されるパルス信号を順に選択して出力する段階と、
（Ａ−４）前記分析集積回路の駆動信号出力機が、制御器の制御により、該当共振周波数のパルス信号を該当超音波センサーに出力する段階と、
（Ａ−５）該当超音波センサーの送波部が該当超音波信号を生成して発信する段階と、を含む請求項７に記載の多重検知方法。
【請求項９】
前記（Ｃ）段階は、
（Ｃ−１）前記分析集積回路のセンサー認識器が多数の超音波センサーから超音波信号の入力を受けると、超音波信号が入力された超音波センサーを認識して該当超音波センサーを決定する段階と、
（Ｃ−２）前記分析集積回路の信号処理機は、センサー認識器で認識した超音波センサーの超音波信号の発信時間及び受信時間を利用して、該当超音波センサーが検知した物体の距離を算出して出力する段階と、を含む請求項７に記載の多重検知方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−７６６８７（Ｐ２０１３−７６６８７Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６５２４１（Ｐ２０１１−２６５２４１）
【出願日】平成２３年１２月２日（２０１１．１２．２）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月２日（２０１１．１２．２）
【出願人】（５９４０２３７２２）サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド． (1,585)
【Ｆターム（参考）】
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