物体検知装置
【課題】超音波振動子の残響振動が小さい場合でも残響振動の中に埋もれた反射波を検出し、近距離に存在する物体を検知することのできる物体検知装置を提供する。
【解決手段】物体Ａ１に超音波を送波して物体Ａ１で反射した反射波を受波する超音波振動子１と、超音波振動子１を第１の周波数ｆ１で駆動させた後に第１の周波数ｆ１とは異なる第２の周波数ｆ２で超音波振動子１を駆動させる駆動部２及び制御部３と、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との差分に基づくビート信号を検波する包絡線検波部７と、包絡線検波部７の出力に基づいて物体Ａ１を検知する信号処理部８とを備えた。
【解決手段】物体Ａ１に超音波を送波して物体Ａ１で反射した反射波を受波する超音波振動子１と、超音波振動子１を第１の周波数ｆ１で駆動させた後に第１の周波数ｆ１とは異なる第２の周波数ｆ２で超音波振動子１を駆動させる駆動部２及び制御部３と、第１の周波数ｆ１と第２の周波数ｆ２との差分に基づくビート信号を検波する包絡線検波部７と、包絡線検波部７の出力に基づいて物体Ａ１を検知する信号処理部８とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の存在の検知や物体までの距離を求める物体検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、超音波信号の物体からの反射波を検出することで物体の存在検知や物体までの距離の算出を行う超音波センサーが知られている。超音波センサーはトランスデューサーから超音波信号を出力するとともに物体からの反射波をトランスデューサーで受けて、物体の存在の検出を行ったり、超音波信号の送出時刻から反射波の受信時刻までの時間から物体までの距離を検出するものである。このような超音波センサーでは、超音波信号の送出と反射波の受信とを単一のトランスデューサーで行うものが多い。
【０００３】
ここで、発振出力をトランスデューサーに印加して超音波信号の送出を行った時、トランスデューサーは発振出力が止まった後も残響振動によるところの出力が受信出力に現れる。このため、物体からの反射波の検出にあたり、物体までの距離が短くて反射波が残響振動に埋もれてしまうと物体の検出ができないという問題があった。超音波信号の送出と反射波の受信とを異なるトランスデューサーで行うものにおいても、送出した超音波信号が受信用トランスデューサーに回り込むために、ほぼ同様の問題を有している。
【０００４】
上記の問題を解決するものが、特許文献１に開示されている。この従来例は、超音波信号の送出と超音波信号の物体からの反射波の受信とをトランスデューサーで行う超音波センサーにおいて、トランスデューサーの共振周波数ｆｒと異なる周波数ｆ０のパルス発振出力をトランスデューサーに加える発振回路を備える。そして、この従来例は、トランスデューサーの受信出力に接続されて｜ｆｒ−ｆ０｜の周波数を通過させるフィルターと、該フィルター出力を処理する処理回路とを備えている。
【０００５】
したがって、この従来例では、共振周波数ｆｒの残響振動の中に周波数ｆ０の反射波が重なっても、フィルターの出力に｜ｆｒ−ｆ０｜の周波数で反射波の存在を示す出力が現れることから、残響振動の中に埋もれた反射波の存在を抽出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２６８０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来例では、トランスデューサー（超音波振動子）の共振周波数ｆｒの残響振動と周波数ｆ０の反射波との周波数差成分に基づいて残響振動の中に埋もれた反射波を検出している。このため、十分な大きさの残響振動が発生した場合には残響振動の中に埋もれた反射波を検出することができるが、残響振動が小さい場合には上記周波数差成分を検出することができず、残響振動の中に埋もれた反射波を検出し難しいという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、超音波振動子の残響振動が小さい場合でも残響振動の中に埋もれた反射波を検出し、近距離に存在する物体を検知することのできる物体検知装置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】
【０００９】
本発明の物体検知装置は、１乃至複数の超音波振動子を有し、超音波の送波及び受波を行う送受波部と、前記送受波部を第１の周波数で駆動させた後に前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で前記送受波部を駆動させる駆動制御部と、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差分に基づくビート信号を検波する包絡線検波部と、前記包絡線検波部の出力に基づいて前記物体を検知する信号処理部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
この物体検知装置において、前記送受波部は、１つの前記超音波振動子を有し、当該超音波振動子で超音波の送波及び受波を行うことが好ましい。
【００１１】
この物体検知装置において、前記送受波部は、少なくとも２つの前記超音波振動子を有し、少なくとも１つの前記超音波振動子は超音波を送波する送波器であり、少なくとも１つの前記超音波振動子は超音波を受波する受波器であり、前記駆動制御部は、前記送波器を駆動させることが好ましい。
【００１２】
この物体検知装置において、前記第１の周波数は、前記送受波部の共振周波数とは異なる周波数であり、前記第２の周波数は、前記送受波部の共振周波数と同じ、若しくはこれに近い周波数であることが好ましい。
【００１３】
この物体検知装置において、前記駆動制御部は、前記送受波部に印加する駆動電圧を昇圧するトランスと、前記トランスの１次側巻線に直列に接続される抵抗とを備え、前記第１の周波数で前記送受波部を駆動する際には前記抵抗を使用せず、前記第２の周波数で前記送受波部を駆動する際には前記抵抗を前記トランスの１次側巻線に接続することが好ましい。
【００１４】
この物体検知装置において、前記駆動制御部は、近距離に存在する前記物体を検知する近距離モードと、遠距離に存在する前記物体を検知する遠距離モードとを有し、前記近距離モードでは、前記送受波部を第１の周波数で駆動させた後に前記第２の周波数で前記送受波部を駆動させ、前記遠距離モードでは、前記送受波部を前記第２の周波数で駆動させた後に前記送受波部の駆動を停止させることが好ましい。
【００１５】
この物体検知装置において、前記駆動制御部は、前記近距離モードにおいて前記遠距離モードのときよりも高い駆動電圧で前記送受波部を駆動させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、超音波振動子の残響振動が小さい場合でも、残響振動の中に埋もれた反射波を検出し、近距離に存在する物体を検知することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る物体検知装置の実施形態を示す図で、（ａ）はブロック図で、（ｂ）は波形図である。
【図２】同上の物体検知装置の駆動部を示す図で、（ａ）は回路概略図で、（ｂ）は他の構成を示す回路概略図で、（ｃ）は（ｂ）の具体的構成を示す回路概略図である。
【図３】同上の物体検知装置の他の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る物体検知装置の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態は、図１（ａ）に示すように、物体Ａ１に超音波を送波して物体Ａ１で反射した反射波を受波する超音波振動子１（送受波部）と、超音波振動子１に駆動電圧を印加する駆動部２と、駆動部２を制御する制御部３とを備える。また、本実施形態は、第１の周波数ｆ１の発振信号を出力する第１の発振器４と、第１の周波数ｆ１とは異なる第２の周波数ｆ２の発振信号を出力する第２の発振器５と、超音波振動子１で受波した信号を増幅して出力する増幅部６とを備える。更に、本実施形態は、増幅部６の出力信号の包絡線を検波する包絡線検波部７と、包絡線検波部７の出力信号に基づいて物体Ａ１を検知する信号処理部８と、物体Ａ１までの距離を演算する測距部９とを備える。なお、特許請求の範囲における「駆動制御部」とは、駆動部２と制御部３とを含むものである。
【００１９】
本実施形態は、例えば車両（図示せず）に装着されて、車両の周辺の障害物（物体Ａ１）の検知及び障害物までの距離を求めるものである。本実施形態を車両に装着する場合には、超音波振動子１は車両のバンパーに埋め込まれ、その他の部材は車室内に配置される。
【００２０】
超音波振動子１は、駆動部２からパルス状の駆動電圧を印加されることによって振動し、当該駆動電圧の周波数の超音波を外部空間に送波する。また、超音波振動子１は、外部空間に存在する物体Ａ１からの反射波を受波して振動することにより、反射波の周波数に基づいた受波信号を出力して増幅部６に与える。
【００２１】
駆動部２は、制御部３を介して何れかの発振器４，５から与えられる発振信号を増幅して超音波振動子１に駆動電圧を印加する。ここで、駆動部２の回路構成の一例について図面を用いて説明する。本実施形態の駆動部２は、図２（ａ）に示すように、定電圧源ＶＲ１と、ＰＮＰ型トランジスタから成るスイッチング素子Ｑ１と、トランス２０と、抵抗Ｒ１及びスイッチＳＷ１の並列回路とを備える。トランス２０の１次側巻線２０Ａの一端には、スイッチング素子Ｑ１を介して定電圧源ＶＲ１が接続されており、他端には抵抗Ｒ１が直列に接続されている。また、トランス２０の２次側巻線２０Ｂには、超音波振動子１が並列に接続されている。なお、１次側巻線２０Ａの巻数と２次側巻線２０Ｂの巻数との巻数比は、１対ｎ（ｎ＞１）である。
【００２２】
以下、駆動部２の動作について説明する。スイッチング素子Ｑ１のベース端子には、制御部３を介して何れかの発振器４，５から発振信号が入力される。したがって、スイッチング素子Ｑ１は、発振信号の周波数に基づいてオン／オフを交互に切り替える。これにより、定電圧源ＶＲ１の電圧が１次側巻線２０Ａに間欠的に印加される。すなわち、１次側巻線２０Ａには、発振信号の周期と同じ周期のパルス状の電圧が印加される。トランス２０では、１次側巻線２０Ａに印加されるパルス状の電圧を昇圧した誘起電圧（例えば、３０Ｖ）が２次側巻線２０Ｂに誘導される。そして、超音波振動子１には当該誘起電圧が駆動電圧として印加される。
【００２３】
ここで、物体Ａ１を検知するために超音波振動子１から超音波を送波する際には、超音波振動子１に印加される駆動電圧が大きければ超音波の出力も増大する。この場合には、超音波振動子１から見たトランス２０の１次側のインピーダンスが小さいのが望ましい。一方、物体Ａ１からの反射波を受波する際には、超音波振動子１での受波信号が大きければ受信感度も大きくなる。この場合には、超音波振動子１から見たトランス２０の１次側のインピーダンスが大きいのが望ましい。
【００２４】
そこで、本実施形態では、抵抗Ｒ１及びスイッチＳＷ１の並列回路を１次側巻線２０Ａに接続している。スイッチＳＷ１は、制御部３から与えられる制御信号によってオン／オフを切り替えるようになっており、第１の周波数ｆ１の超音波を送波する際にはオン、第２の周波数ｆ２で超音波振動子１を駆動させる際にはオフに切り替わる。なお、本実施形態では、第２の周波数ｆ２で超音波振動子１を駆動させる期間が、物体Ａ１からの反射波を受波する期間となっている。
【００２５】
したがって、超音波振動子１から超音波を送波する際には、スイッチＳＷ１がオンに切り替わることで抵抗Ｒ１が１次側巻線２０Ａに接続されないため、超音波振動子１から見たトランス２０の１次側のインピーダンスを小さくすることができる。また、物体Ａ１からの反射波を受波する際には、スイッチＳＷ１がオフに切り替わることで抵抗Ｒ１が１次側巻線２０Ａに接続されるため、超音波振動子１から見たトランス２０の１次側のインピーダンスを大きくすることができる。
【００２６】
なお、物体Ａ１からの反射波を受波する際には第２の周波数ｆ２で超音波振動子１を駆動しているが、上記のようにインピーダンスを大きくすることで駆動電圧を小さく抑えることができる。したがって、物体Ａ１からの反射波を受波する際に、超音波振動子１を駆動している第２の周波数ｆ２の発振信号に含まれる第１の周波数ｆ１の周波数成分を小さくすることができ、超音波振動子１に入力が無い状態でのフロアノイズを抑制することができる。
【００２７】
制御部３は、例えばマイコンから成り、第１の発振器４から発振される第１の周波数ｆ１の発振信号を駆動部２に供給する経路と、第２の発振器５から発振される第２の周波数ｆ２の発振信号を駆動部２に供給する経路との切替制御を行う。また、制御部３は、上述のようにスイッチＳＷ１のオン／オフを切り替える制御信号を駆動部２に出力する。更に、制御部３は、第１の発振器４から発振される第１の周波数ｆ１の発振信号を駆動部２に供給する経路に切り替える際に、当該タイミングを超音波振動子１が超音波を送波する送波タイミングとして測距部９に与える。
【００２８】
包絡線検波部７は、増幅部６からの出力信号のうち周波数｜ｆ１−ｆ２｜のビート信号の包絡線を検波する。ここで、増幅部６からの出力信号には、第１の周波数ｆ１の送波信号、第２の周波数ｆ２の送波信号、超音波振動子１の共振周波数ｆｒの残響振動が含まれる。また、増幅部６からの出力信号には、周波数｜ｆｒ−ｆ２｜のビート信号、周波数｜ｆ１−ｆ２｜のビート信号が含まれる。そこで周波数｜ｆ１−ｆ２｜が他の信号の周波数と離れていることに着目して、包絡線検波部７には、周波数｜ｆ１−ｆ２｜のビート信号のみを通過させるバンドパスフィルタ又はローパスフィルタ（図示せず）が設けられている。
【００２９】
信号処理部８は、包絡線検波部７の出力信号を更に包絡線検波する包絡線検波回路（図示せず）と、包絡線検波回路の出力値と所定の閾値とを比較するコンパレータ（図示せず）とを備える。信号処理部８は、包絡線検波部７の出力信号を包絡線検波することで、矩形波パルスを得る。そして、信号処理部８は、当該矩形波パルスの出力値と所定の閾値とを比較することで、当該矩形波パルスの立ち上がりタイミングを検出して測距部９にハイレベル信号を出力する。すなわち、信号処理部８は、矩形波パルスの立ち上がりタイミングを検出することで外部空間に物体Ａ１が存在することを検知する。また、信号処理部８は、矩形波パルスの立ち上がりタイミングを検出することで物体Ａ１からの反射波の受波タイミングを検出し、その検出結果を測距部９に与える。
【００３０】
なお、上記の信号処理部８では、包絡線検波部７の出力信号を包絡線検波回路で検波しているが、包絡線検波回路の代わりに、包絡線検波部７の出力信号のピーク値を保持するピークホールド回路を用いてもよい。この場合でも、上記と同様に物体Ａ１からの反射波の受波タイミングを検出することができる。
【００３１】
測距部９は、制御部３から与えられる送波タイミングと、信号処理部８から与えられる受波タイミングとから超音波の伝播時間Ｔ１を求め、この伝播時間Ｔ１に基づいて物体Ａ１までの距離を演算する。この演算結果は、例えばブザー等の装置に与えられる。ブザーに与えられる場合には、物体Ａ１までの距離が所定の閾値以下になると警報音を鳴動するように構成することが考えられる。また、演算結果をディスプレイに表示させ、運転者に物体Ａ１までの距離を知らせる構成も考えられる。
【００３２】
以下、本実施形態の動作について図１（ｂ）を用いて説明する。なお、以下の説明では、第１の周波数ｆ１を６２ｋＨｚ、第２の周波数ｆ２を５７ｋＨｚ、超音波振動子１の共振周波数ｆｒを７２ｋＨｚと定めるものとする。
【００３３】
先ず、制御部３は、第１の発振器４から出力される第１の周波数ｆ１の発振信号を駆動部２に供給する経路に切り替える。駆動部２は、当該発振信号を増幅し、第１の周波数ｆ１のパルス状の駆動電圧を超音波振動子１に印加する。これにより、超音波振動子１は、第１の周波数ｆ１の超音波を一定期間の間、外部空間に向けて送波する。
【００３４】
一定期間の経過後、制御部３は第２の発振器５から出力される第２の周波数ｆ２の発振信号を駆動部２に供給する経路に切り替える。駆動部２は、当該発振信号を増幅し、第２の周波数ｆ２のパルス状の駆動電圧を超音波振動子１に印加する。これにより、超音波振動子１は、第１の周波数ｆ１での駆動を停止し、第２の周波数ｆ２の超音波を一定期間の間、外部空間に向けて送波する。
【００３５】
ここで、超音波振動子１はＱ値が高いために、第１の周波数ｆ１での駆動を停止しても直ぐに振動を止めることができず、振動は徐々に減衰していく。これが超音波振動子１の残響振動であり、この残響振動時の周波数は、超音波振動子１の固有振動数、すなわち共振周波数ｆｒとなる。
【００３６】
外部空間に物体Ａ１が存在する場合、超音波振動１から送波される第１の周波数ｆ１の超音波が物体Ａ１で反射し、その反射波を超音波振動子１で受波する。このとき、超音波振動子１は第２の周波数ｆ２で駆動しているため、超音波振動子１において第１の周波数ｆ１の反射波と第２の周波数ｆ２の送信波とで唸りが生じる。この唸りによって生じるビート信号は次式で表される。
【００３７】
【数１】
【００３８】
次に、超音波振動子１で受信した上式で表されるビート信号は、包絡線検波部７において検波される。ここで、包絡線検波部７においては包絡線検波を行い、高周波成分を無視することで、次式で表される出力信号を得る。
【００３９】
【数２】
【００４０】
したがって、包絡線検波部７では、周波数｜ｆ１−ｆ２｜（＝５ｋＨｚ）のビート信号を検波することができる。包絡線検波部７の出力信号は信号処理部８に入力される。そして、信号処理部８では、当該出力信号を上記のように処理することで物体Ａ１が外部空間に存在することを検知し、また、物体Ａ１からの反射波の受波タイミングを測距部９に与える。測距部９は、制御部３から与えられる送波タイミングと、信号処理部８から与えられる受波タイミングとから超音波の伝播時間Ｔ１を求め、この伝播時間Ｔ１に基づいて物体Ａ１までの距離を演算する。
【００４１】
なお、超音波振動子１を第２の周波数ｆ２で駆動している期間においては、超音波振動子１の残響振動と第２の周波数ｆ２の送信波とによりビート信号が生じる。このビート信号は、上記と同様に包絡線検波部７において包絡線検波を行うと、周波数｜ｆｒ−ｆ２｜（＝１５ｋＨｚ）の周波数成分となる。したがって、包絡線検波部７に遮断周波数が５〜１５ｋＨｚとなるローパスフィルタを設けることで当該ビート信号を遮断することができるので、周波数｜ｆ１−ｆ２｜のビート信号のみを検波することができる。
【００４２】
また、超音波振動子１を第２の周波数ｆ２で駆動することで、超音波振動子１から第２の周波数ｆ２の超音波が外部空間に送波される。この送信波は物体Ａ１で反射し、第２の周波数ｆ２の反射波として超音波振動子１で受信されるが、超音波振動子１は第２の周波数ｆ２で駆動しているため、ビート信号は生じず、包絡線検波部７で検波されることがない。更に、第２の周波数ｆ２の反射波は、第１の周波数ｆ１の反射波を超音波振動子１で受信した後に受信することになるため、物体Ａ１の検知及び物体Ａ１までの距離の演算に影響を与えない。
【００４３】
上述のように、本実施形態では、第１の周波数ｆ１の超音波を送波した後に第２の周波数ｆ２で超音波振動子１を駆動させ、第１の周波数ｆ１の反射波と第２の周波数ｆ２の送信波とで生じるビート信号を検波することで、物体Ａ１からの反射波を検出している。したがって、超音波振動子１の残響振動の有無に依らず物体Ａ１からの反射波を検出することができるので、超音波振動子１の残響振動が小さい場合でも、残響振動の中に埋もれた反射波を検出し、近距離に存在する物体Ａ１を検知することができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、第２の周波数ｆ２を第１の周波数ｆ１及び超音波振動子１の共振周波数ｆｒと異なる周波数に設定しているが、第２の周波数ｆ２を超音波振動子１の共振周波数ｆｒと同じ周波数、若しくはこれに近い周波数に設定してもよい。この場合、超音波振動子１を第２の周波数ｆ２で駆動している期間において、超音波振動子１の残響振動と第２の周波数ｆ２の送信波とによるビート信号が生じ難いため、第１の周波数ｆ１の反射波と第２の周波数ｆ２の送信波とによるビート信号を検出し易くなる。
【００４５】
但し、実際には、第１の周波数ｆ１での超音波振動子１を駆動した後、超音波振動子１の残響振動の周波数は第１の周波数ｆ１から共振周波数ｆｒまで過渡的に変化するため、残響振動には共振周波数ｆｒ以外の周波数成分も含まれる。したがって、超音波振動子１の残響振動には第１の周波数ｆ１の周波数成分も少しながら含まれるため、超音波振動子１の残響振動と第２の周波数ｆ２の送信波とによるビート信号は生じ得る。勿論、当該ビート信号は小さいものであるため、第１の周波数ｆ１の反射波と第２の周波数ｆ２の送信波とによるビート信号の検出には影響を与えない。
【００４６】
ところで、駆動部２において、超音波振動子１から見たトランス２０の１次側のインピーダンスは、上述のように超音波振動子１から超音波を送波する際に小さく、物体Ａ１からの反射波を受波する際に大きくなればよい。したがって、図２（ｂ）に示すように、第２の周波数ｆ２の超音波を送波する際に駆動するハイインピーダンス駆動部２１と、第１の周波数ｆ１の超音波を送波する際に駆動するローインピーダンス駆動部２２とを１次側巻線２０Ｂに接続する構成であってもよい。
【００４７】
ハイインピーダンス駆動部２１は、例えば図２（ｃ）に示すように、定電圧源ＶＲ１と、ＰＮＰ型トランジスタから成るスイッチング素子Ｑ２と、抵抗Ｒ２との直列回路を１次側巻線２０Ａの一端に接続して構成される。ローインピーダンス駆動部２２は、例えば図２（ｃ）に示すように、定電圧源ＶＲ１と、ＰＮＰ型トランジスタから成るスイッチング素子Ｑ３との直列回路を１次側巻線２０Ａの一端に接続して構成される。
【００４８】
したがって、第１の周波数ｆ１の超音波を送波する際には、制御部３がスイッチング素子Ｑ３に制御信号を与えてオンに切り替える。この場合、１次側巻線２０Ａには抵抗Ｒ２が直列に接続されないため、超音波振動子１から見たトランス２０の１次側のインピーダンスを小さくすることができる。また、第２の周波数ｆ２の超音波を送波する際には、制御部３がスイッチング素子Ｑ２に制御信号を与えてオンに切り替える。この場合、１次側巻線２０Ａに抵抗Ｒ２が直列に接続されるので、超音波振動子１から見たトランス２０の１次側のインピーダンスを大きくすることができる。
【００４９】
ところで、本実施形態は、超音波振動子１の残響振動に反射波が埋もれてしまう場合、すなわち物体Ａ１までの距離が短い場合を考慮して構成されたものである。一方、超音波振動子１の残響振動に反射波が埋もれない場合、すなわち物体Ａ１までの距離が長い場合には、超音波振動子１から送波する超音波の周波数は、最も送受波の感度が高い超音波振動子１の共振周波数ｆｒ、若しくはこれに近い周波数であるのが好ましい。
【００５０】
そこで、制御部３に、近距離に存在する物体Ａ１を検知する近距離モードと、遠距離に存在する物体Ａ１を検知する遠距離モードとを切り替えて制御させるようにしてもよい。例えば、図３に示すように、包絡線検波部７と並列にスイッチＳＷ２を設け、当該スイッチＳＷ２と制御部３とに外部の制御装置（図示せず）からモード切替信号を与える構成が考えられる。以下、当該構成における動作について説明する。
【００５１】
モード切替信号が近距離モードへの切り替えを指令するものである場合、モード切替信号によってスイッチＳＷ２はオフに切り替えられる。そして、制御部３では、上記実施形態と同様に、超音波振動子１を第１の周波数ｆ１で駆動させた後に第２の周波数ｆ２で超音波振動子１を駆動させる。したがって、近距離モードにおいては、上記実施形態と同様に、超音波振動子１の残響振動が小さい場合でも、残響振動の中に埋もれた反射波を検出し、近距離に存在する物体Ａ１を検知することができる。
【００５２】
一方、モード切替信号が遠距離モードへの切り替えを指令するものである場合、モード切替信号によってスイッチＳＷ２はオンに切り替えられる。これにより、増幅部６の出力信号は包絡線検波部７を介さずに信号処理部８に与えられる。そして、制御部３では、超音波振動子１を第２の周波数ｆ２で駆動させた後に超音波振動子１の駆動を停止させる。したがって、遠距離モードにおいては、単に第２の周波数ｆ２で超音波の送受波を行い、包絡線検波を行うことがないため、ビート信号を検出する必要がない。このため、第２の周波数ｆ２を超音波振動子１の共振周波数ｆｒ、若しくはこれに近い周波数に設定することで、超音波振動子１の送受波の感度を最も高くすることができ、物体Ａ１の測定距離を伸ばすことができる。
【００５３】
なお、上記構成では外部の制御装置からモード切替信号を与えているが、制御部３自身でモード切替を行い、且つ制御部３からスイッチＳＷ２にモード切替信号を与える構成であってもよい。この構成では、例えば制御部３において先ず遠距離モードで物体Ａ１の検知及び物体Ａ１までの距離の測定を行い、測距部９で得られる物体Ａ１までの距離が所定の閾値を下回ると近距離モードに切り替える制御が可能である。
【００５４】
また、近距離モードで物体Ａ１を検知する場合には、超音波振動子１から送波する超音波の周波数は第１の周波数ｆ１であって共振周波数ｆｒではない。このため、近距離モードで送波する超音波の出力は、共振周波数ｆｒで送波する場合と比較して小さくなる。近距離モードでは、近距離に存在する物体Ａ１の検知を目的としているために、超音波振動子１から送波する超音波の出力はそれほど大きくする必要がないが、より確実に物体Ａ１を検知するためには、送波する超音波の出力は大きい方が望ましい。
【００５５】
そこで、近距離モードにおいて送波する超音波の出力を大きくするために、例えば駆動部２の増幅率を大きくすることで、遠距離モードのときよりも高い駆動電圧で超音波振動子１を駆動させるように構成してもよい。例えば、図３の破線で示すように、モード切替信号を駆動部２に与え、近距離モードに切り替えられた際に駆動部２の増幅率を大きくする構成が考えられる。なお、駆動部２の増幅率を変化させる構成については従来周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００５６】
なお、本実施形態では、超音波の送波及び受波を行う１つの超音波振動子１で送受波部を構成したものについて説明したが、送受波部を２つ以上の超音波振動子１で構成してもよい。例えば、超音波の送波を行う送波器と、超音波の受波を行う受波器とをそれぞれ少なくとも１つ以上設け、駆動部２及び制御部３によって送波器を駆動させる構成であってもよい。この構成でも、本実施形態と同様の効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 超音波振動子（送受波部）
２ 駆動部（駆動制御部）
３ 制御部（駆動制御部）
７ 包絡線検波部
８ 信号処理部
Ａ１ 物体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の存在の検知や物体までの距離を求める物体検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、超音波信号の物体からの反射波を検出することで物体の存在検知や物体までの距離の算出を行う超音波センサーが知られている。超音波センサーはトランスデューサーから超音波信号を出力するとともに物体からの反射波をトランスデューサーで受けて、物体の存在の検出を行ったり、超音波信号の送出時刻から反射波の受信時刻までの時間から物体までの距離を検出するものである。このような超音波センサーでは、超音波信号の送出と反射波の受信とを単一のトランスデューサーで行うものが多い。
【０００３】
ここで、発振出力をトランスデューサーに印加して超音波信号の送出を行った時、トランスデューサーは発振出力が止まった後も残響振動によるところの出力が受信出力に現れる。このため、物体からの反射波の検出にあたり、物体までの距離が短くて反射波が残響振動に埋もれてしまうと物体の検出ができないという問題があった。超音波信号の送出と反射波の受信とを異なるトランスデューサーで行うものにおいても、送出した超音波信号が受信用トランスデューサーに回り込むために、ほぼ同様の問題を有している。
【０００４】
上記の問題を解決するものが、特許文献１に開示されている。この従来例は、超音波信号の送出と超音波信号の物体からの反射波の受信とをトランスデューサーで行う超音波センサーにおいて、トランスデューサーの共振周波数ｆｒと異なる周波数ｆ０のパルス発振出力をトランスデューサーに加える発振回路を備える。そして、この従来例は、トランスデューサーの受信出力に接続されて｜ｆｒ−ｆ０｜の周波数を通過させるフィルターと、該フィルター出力を処理する処理回路とを備えている。
【０００５】
したがって、この従来例では、共振周波数ｆｒの残響振動の中に周波数ｆ０の反射波が重なっても、フィルターの出力に｜ｆｒ−ｆ０｜の周波数で反射波の存在を示す出力が現れることから、残響振動の中に埋もれた反射波の存在を抽出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２６８０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来例では、トランスデューサー（超音波振動子）の共振周波数ｆｒの残響振動と周波数ｆ０の反射波との周波数差成分に基づいて残響振動の中に埋もれた反射波を検出している。このため、十分な大きさの残響振動が発生した場合には残響振動の中に埋もれた反射波を検出することができるが、残響振動が小さい場合には上記周波数差成分を検出することができず、残響振動の中に埋もれた反射波を検出し難しいという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、超音波振動子の残響振動が小さい場合でも残響振動の中に埋もれた反射波を検出し、近距離に存在する物体を検知することのできる物体検知装置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】
【０００９】
本発明の物体検知装置は、１乃至複数の超音波振動子を有し、超音波の送波及び受波を行う送受波部と、前記送受波部を第１の周波数で駆動させた後に前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で前記送受波部を駆動させる駆動制御部と、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差分に基づくビート信号を検波する包絡線検波部と、前記包絡線検波部の出力に基づいて前記物体を検知する信号処理部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
この物体検知装置において、前記送受波部は、１つの前記超音波振動子を有し、当該超音波振動子で超音波の送波及び受波を行うことが好ましい。
【００１１】
この物体検知装置において、前記送受波部は、少なくとも２つの前記超音波振動子を有し、少なくとも１つの前記超音波振動子は超音波を送波する送波器であり、少なくとも１つの前記超音波振動子は超音波を受波する受波器であり、前記駆動制御部は、前記送波器を駆動させることが好ましい。
【００１２】
この物体検知装置において、前記第１の周波数は、前記送受波部の共振周波数とは異なる周波数であり、前記第２の周波数は、前記送受波部の共振周波数と同じ、若しくはこれに近い周波数であることが好ましい。
【００１３】
この物体検知装置において、前記駆動制御部は、前記送受波部に印加する駆動電圧を昇圧するトランスと、前記トランスの１次側巻線に直列に接続される抵抗とを備え、前記第１の周波数で前記送受波部を駆動する際には前記抵抗を使用せず、前記第２の周波数で前記送受波部を駆動する際には前記抵抗を前記トランスの１次側巻線に接続することが好ましい。
【００１４】
この物体検知装置において、前記駆動制御部は、近距離に存在する前記物体を検知する近距離モードと、遠距離に存在する前記物体を検知する遠距離モードとを有し、前記近距離モードでは、前記送受波部を第１の周波数で駆動させた後に前記第２の周波数で前記送受波部を駆動させ、前記遠距離モードでは、前記送受波部を前記第２の周波数で駆動させた後に前記送受波部の駆動を停止させることが好ましい。
【００１５】
この物体検知装置において、前記駆動制御部は、前記近距離モードにおいて前記遠距離モードのときよりも高い駆動電圧で前記送受波部を駆動させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、超音波振動子の残響振動が小さい場合でも、残響振動の中に埋もれた反射波を検出し、近距離に存在する物体を検知することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る物体検知装置の実施形態を示す図で、（ａ）はブロック図で、（ｂ）は波形図である。
【図２】同上の物体検知装置の駆動部を示す図で、（ａ）は回路概略図で、（ｂ）は他の構成を示す回路概略図で、（ｃ）は（ｂ）の具体的構成を示す回路概略図である。
【図３】同上の物体検知装置の他の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る物体検知装置の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態は、図１（ａ）に示すように、物体Ａ１に超音波を送波して物体Ａ１で反射した反射波を受波する超音波振動子１（送受波部）と、超音波振動子１に駆動電圧を印加する駆動部２と、駆動部２を制御する制御部３とを備える。また、本実施形態は、第１の周波数ｆ１の発振信号を出力する第１の発振器４と、第１の周波数ｆ１とは異なる第２の周波数ｆ２の発振信号を出力する第２の発振器５と、超音波振動子１で受波した信号を増幅して出力する増幅部６とを備える。更に、本実施形態は、増幅部６の出力信号の包絡線を検波する包絡線検波部７と、包絡線検波部７の出力信号に基づいて物体Ａ１を検知する信号処理部８と、物体Ａ１までの距離を演算する測距部９とを備える。なお、特許請求の範囲における「駆動制御部」とは、駆動部２と制御部３とを含むものである。
【００１９】
本実施形態は、例えば車両（図示せず）に装着されて、車両の周辺の障害物（物体Ａ１）の検知及び障害物までの距離を求めるものである。本実施形態を車両に装着する場合には、超音波振動子１は車両のバンパーに埋め込まれ、その他の部材は車室内に配置される。
【００２０】
超音波振動子１は、駆動部２からパルス状の駆動電圧を印加されることによって振動し、当該駆動電圧の周波数の超音波を外部空間に送波する。また、超音波振動子１は、外部空間に存在する物体Ａ１からの反射波を受波して振動することにより、反射波の周波数に基づいた受波信号を出力して増幅部６に与える。
【００２１】
駆動部２は、制御部３を介して何れかの発振器４，５から与えられる発振信号を増幅して超音波振動子１に駆動電圧を印加する。ここで、駆動部２の回路構成の一例について図面を用いて説明する。本実施形態の駆動部２は、図２（ａ）に示すように、定電圧源ＶＲ１と、ＰＮＰ型トランジスタから成るスイッチング素子Ｑ１と、トランス２０と、抵抗Ｒ１及びスイッチＳＷ１の並列回路とを備える。トランス２０の１次側巻線２０Ａの一端には、スイッチング素子Ｑ１を介して定電圧源ＶＲ１が接続されており、他端には抵抗Ｒ１が直列に接続されている。また、トランス２０の２次側巻線２０Ｂには、超音波振動子１が並列に接続されている。なお、１次側巻線２０Ａの巻数と２次側巻線２０Ｂの巻数との巻数比は、１対ｎ（ｎ＞１）である。
【００２２】
以下、駆動部２の動作について説明する。スイッチング素子Ｑ１のベース端子には、制御部３を介して何れかの発振器４，５から発振信号が入力される。したがって、スイッチング素子Ｑ１は、発振信号の周波数に基づいてオン／オフを交互に切り替える。これにより、定電圧源ＶＲ１の電圧が１次側巻線２０Ａに間欠的に印加される。すなわち、１次側巻線２０Ａには、発振信号の周期と同じ周期のパルス状の電圧が印加される。トランス２０では、１次側巻線２０Ａに印加されるパルス状の電圧を昇圧した誘起電圧（例えば、３０Ｖ）が２次側巻線２０Ｂに誘導される。そして、超音波振動子１には当該誘起電圧が駆動電圧として印加される。
【００２３】
ここで、物体Ａ１を検知するために超音波振動子１から超音波を送波する際には、超音波振動子１に印加される駆動電圧が大きければ超音波の出力も増大する。この場合には、超音波振動子１から見たトランス２０の１次側のインピーダンスが小さいのが望ましい。一方、物体Ａ１からの反射波を受波する際には、超音波振動子１での受波信号が大きければ受信感度も大きくなる。この場合には、超音波振動子１から見たトランス２０の１次側のインピーダンスが大きいのが望ましい。
【００２４】
そこで、本実施形態では、抵抗Ｒ１及びスイッチＳＷ１の並列回路を１次側巻線２０Ａに接続している。スイッチＳＷ１は、制御部３から与えられる制御信号によってオン／オフを切り替えるようになっており、第１の周波数ｆ１の超音波を送波する際にはオン、第２の周波数ｆ２で超音波振動子１を駆動させる際にはオフに切り替わる。なお、本実施形態では、第２の周波数ｆ２で超音波振動子１を駆動させる期間が、物体Ａ１からの反射波を受波する期間となっている。
【００２５】
したがって、超音波振動子１から超音波を送波する際には、スイッチＳＷ１がオンに切り替わることで抵抗Ｒ１が１次側巻線２０Ａに接続されないため、超音波振動子１から見たトランス２０の１次側のインピーダンスを小さくすることができる。また、物体Ａ１からの反射波を受波する際には、スイッチＳＷ１がオフに切り替わることで抵抗Ｒ１が１次側巻線２０Ａに接続されるため、超音波振動子１から見たトランス２０の１次側のインピーダンスを大きくすることができる。
【００２６】
なお、物体Ａ１からの反射波を受波する際には第２の周波数ｆ２で超音波振動子１を駆動しているが、上記のようにインピーダンスを大きくすることで駆動電圧を小さく抑えることができる。したがって、物体Ａ１からの反射波を受波する際に、超音波振動子１を駆動している第２の周波数ｆ２の発振信号に含まれる第１の周波数ｆ１の周波数成分を小さくすることができ、超音波振動子１に入力が無い状態でのフロアノイズを抑制することができる。
【００２７】
制御部３は、例えばマイコンから成り、第１の発振器４から発振される第１の周波数ｆ１の発振信号を駆動部２に供給する経路と、第２の発振器５から発振される第２の周波数ｆ２の発振信号を駆動部２に供給する経路との切替制御を行う。また、制御部３は、上述のようにスイッチＳＷ１のオン／オフを切り替える制御信号を駆動部２に出力する。更に、制御部３は、第１の発振器４から発振される第１の周波数ｆ１の発振信号を駆動部２に供給する経路に切り替える際に、当該タイミングを超音波振動子１が超音波を送波する送波タイミングとして測距部９に与える。
【００２８】
包絡線検波部７は、増幅部６からの出力信号のうち周波数｜ｆ１−ｆ２｜のビート信号の包絡線を検波する。ここで、増幅部６からの出力信号には、第１の周波数ｆ１の送波信号、第２の周波数ｆ２の送波信号、超音波振動子１の共振周波数ｆｒの残響振動が含まれる。また、増幅部６からの出力信号には、周波数｜ｆｒ−ｆ２｜のビート信号、周波数｜ｆ１−ｆ２｜のビート信号が含まれる。そこで周波数｜ｆ１−ｆ２｜が他の信号の周波数と離れていることに着目して、包絡線検波部７には、周波数｜ｆ１−ｆ２｜のビート信号のみを通過させるバンドパスフィルタ又はローパスフィルタ（図示せず）が設けられている。
【００２９】
信号処理部８は、包絡線検波部７の出力信号を更に包絡線検波する包絡線検波回路（図示せず）と、包絡線検波回路の出力値と所定の閾値とを比較するコンパレータ（図示せず）とを備える。信号処理部８は、包絡線検波部７の出力信号を包絡線検波することで、矩形波パルスを得る。そして、信号処理部８は、当該矩形波パルスの出力値と所定の閾値とを比較することで、当該矩形波パルスの立ち上がりタイミングを検出して測距部９にハイレベル信号を出力する。すなわち、信号処理部８は、矩形波パルスの立ち上がりタイミングを検出することで外部空間に物体Ａ１が存在することを検知する。また、信号処理部８は、矩形波パルスの立ち上がりタイミングを検出することで物体Ａ１からの反射波の受波タイミングを検出し、その検出結果を測距部９に与える。
【００３０】
なお、上記の信号処理部８では、包絡線検波部７の出力信号を包絡線検波回路で検波しているが、包絡線検波回路の代わりに、包絡線検波部７の出力信号のピーク値を保持するピークホールド回路を用いてもよい。この場合でも、上記と同様に物体Ａ１からの反射波の受波タイミングを検出することができる。
【００３１】
測距部９は、制御部３から与えられる送波タイミングと、信号処理部８から与えられる受波タイミングとから超音波の伝播時間Ｔ１を求め、この伝播時間Ｔ１に基づいて物体Ａ１までの距離を演算する。この演算結果は、例えばブザー等の装置に与えられる。ブザーに与えられる場合には、物体Ａ１までの距離が所定の閾値以下になると警報音を鳴動するように構成することが考えられる。また、演算結果をディスプレイに表示させ、運転者に物体Ａ１までの距離を知らせる構成も考えられる。
【００３２】
以下、本実施形態の動作について図１（ｂ）を用いて説明する。なお、以下の説明では、第１の周波数ｆ１を６２ｋＨｚ、第２の周波数ｆ２を５７ｋＨｚ、超音波振動子１の共振周波数ｆｒを７２ｋＨｚと定めるものとする。
【００３３】
先ず、制御部３は、第１の発振器４から出力される第１の周波数ｆ１の発振信号を駆動部２に供給する経路に切り替える。駆動部２は、当該発振信号を増幅し、第１の周波数ｆ１のパルス状の駆動電圧を超音波振動子１に印加する。これにより、超音波振動子１は、第１の周波数ｆ１の超音波を一定期間の間、外部空間に向けて送波する。
【００３４】
一定期間の経過後、制御部３は第２の発振器５から出力される第２の周波数ｆ２の発振信号を駆動部２に供給する経路に切り替える。駆動部２は、当該発振信号を増幅し、第２の周波数ｆ２のパルス状の駆動電圧を超音波振動子１に印加する。これにより、超音波振動子１は、第１の周波数ｆ１での駆動を停止し、第２の周波数ｆ２の超音波を一定期間の間、外部空間に向けて送波する。
【００３５】
ここで、超音波振動子１はＱ値が高いために、第１の周波数ｆ１での駆動を停止しても直ぐに振動を止めることができず、振動は徐々に減衰していく。これが超音波振動子１の残響振動であり、この残響振動時の周波数は、超音波振動子１の固有振動数、すなわち共振周波数ｆｒとなる。
【００３６】
外部空間に物体Ａ１が存在する場合、超音波振動１から送波される第１の周波数ｆ１の超音波が物体Ａ１で反射し、その反射波を超音波振動子１で受波する。このとき、超音波振動子１は第２の周波数ｆ２で駆動しているため、超音波振動子１において第１の周波数ｆ１の反射波と第２の周波数ｆ２の送信波とで唸りが生じる。この唸りによって生じるビート信号は次式で表される。
【００３７】
【数１】
【００３８】
次に、超音波振動子１で受信した上式で表されるビート信号は、包絡線検波部７において検波される。ここで、包絡線検波部７においては包絡線検波を行い、高周波成分を無視することで、次式で表される出力信号を得る。
【００３９】
【数２】
【００４０】
したがって、包絡線検波部７では、周波数｜ｆ１−ｆ２｜（＝５ｋＨｚ）のビート信号を検波することができる。包絡線検波部７の出力信号は信号処理部８に入力される。そして、信号処理部８では、当該出力信号を上記のように処理することで物体Ａ１が外部空間に存在することを検知し、また、物体Ａ１からの反射波の受波タイミングを測距部９に与える。測距部９は、制御部３から与えられる送波タイミングと、信号処理部８から与えられる受波タイミングとから超音波の伝播時間Ｔ１を求め、この伝播時間Ｔ１に基づいて物体Ａ１までの距離を演算する。
【００４１】
なお、超音波振動子１を第２の周波数ｆ２で駆動している期間においては、超音波振動子１の残響振動と第２の周波数ｆ２の送信波とによりビート信号が生じる。このビート信号は、上記と同様に包絡線検波部７において包絡線検波を行うと、周波数｜ｆｒ−ｆ２｜（＝１５ｋＨｚ）の周波数成分となる。したがって、包絡線検波部７に遮断周波数が５〜１５ｋＨｚとなるローパスフィルタを設けることで当該ビート信号を遮断することができるので、周波数｜ｆ１−ｆ２｜のビート信号のみを検波することができる。
【００４２】
また、超音波振動子１を第２の周波数ｆ２で駆動することで、超音波振動子１から第２の周波数ｆ２の超音波が外部空間に送波される。この送信波は物体Ａ１で反射し、第２の周波数ｆ２の反射波として超音波振動子１で受信されるが、超音波振動子１は第２の周波数ｆ２で駆動しているため、ビート信号は生じず、包絡線検波部７で検波されることがない。更に、第２の周波数ｆ２の反射波は、第１の周波数ｆ１の反射波を超音波振動子１で受信した後に受信することになるため、物体Ａ１の検知及び物体Ａ１までの距離の演算に影響を与えない。
【００４３】
上述のように、本実施形態では、第１の周波数ｆ１の超音波を送波した後に第２の周波数ｆ２で超音波振動子１を駆動させ、第１の周波数ｆ１の反射波と第２の周波数ｆ２の送信波とで生じるビート信号を検波することで、物体Ａ１からの反射波を検出している。したがって、超音波振動子１の残響振動の有無に依らず物体Ａ１からの反射波を検出することができるので、超音波振動子１の残響振動が小さい場合でも、残響振動の中に埋もれた反射波を検出し、近距離に存在する物体Ａ１を検知することができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、第２の周波数ｆ２を第１の周波数ｆ１及び超音波振動子１の共振周波数ｆｒと異なる周波数に設定しているが、第２の周波数ｆ２を超音波振動子１の共振周波数ｆｒと同じ周波数、若しくはこれに近い周波数に設定してもよい。この場合、超音波振動子１を第２の周波数ｆ２で駆動している期間において、超音波振動子１の残響振動と第２の周波数ｆ２の送信波とによるビート信号が生じ難いため、第１の周波数ｆ１の反射波と第２の周波数ｆ２の送信波とによるビート信号を検出し易くなる。
【００４５】
但し、実際には、第１の周波数ｆ１での超音波振動子１を駆動した後、超音波振動子１の残響振動の周波数は第１の周波数ｆ１から共振周波数ｆｒまで過渡的に変化するため、残響振動には共振周波数ｆｒ以外の周波数成分も含まれる。したがって、超音波振動子１の残響振動には第１の周波数ｆ１の周波数成分も少しながら含まれるため、超音波振動子１の残響振動と第２の周波数ｆ２の送信波とによるビート信号は生じ得る。勿論、当該ビート信号は小さいものであるため、第１の周波数ｆ１の反射波と第２の周波数ｆ２の送信波とによるビート信号の検出には影響を与えない。
【００４６】
ところで、駆動部２において、超音波振動子１から見たトランス２０の１次側のインピーダンスは、上述のように超音波振動子１から超音波を送波する際に小さく、物体Ａ１からの反射波を受波する際に大きくなればよい。したがって、図２（ｂ）に示すように、第２の周波数ｆ２の超音波を送波する際に駆動するハイインピーダンス駆動部２１と、第１の周波数ｆ１の超音波を送波する際に駆動するローインピーダンス駆動部２２とを１次側巻線２０Ｂに接続する構成であってもよい。
【００４７】
ハイインピーダンス駆動部２１は、例えば図２（ｃ）に示すように、定電圧源ＶＲ１と、ＰＮＰ型トランジスタから成るスイッチング素子Ｑ２と、抵抗Ｒ２との直列回路を１次側巻線２０Ａの一端に接続して構成される。ローインピーダンス駆動部２２は、例えば図２（ｃ）に示すように、定電圧源ＶＲ１と、ＰＮＰ型トランジスタから成るスイッチング素子Ｑ３との直列回路を１次側巻線２０Ａの一端に接続して構成される。
【００４８】
したがって、第１の周波数ｆ１の超音波を送波する際には、制御部３がスイッチング素子Ｑ３に制御信号を与えてオンに切り替える。この場合、１次側巻線２０Ａには抵抗Ｒ２が直列に接続されないため、超音波振動子１から見たトランス２０の１次側のインピーダンスを小さくすることができる。また、第２の周波数ｆ２の超音波を送波する際には、制御部３がスイッチング素子Ｑ２に制御信号を与えてオンに切り替える。この場合、１次側巻線２０Ａに抵抗Ｒ２が直列に接続されるので、超音波振動子１から見たトランス２０の１次側のインピーダンスを大きくすることができる。
【００４９】
ところで、本実施形態は、超音波振動子１の残響振動に反射波が埋もれてしまう場合、すなわち物体Ａ１までの距離が短い場合を考慮して構成されたものである。一方、超音波振動子１の残響振動に反射波が埋もれない場合、すなわち物体Ａ１までの距離が長い場合には、超音波振動子１から送波する超音波の周波数は、最も送受波の感度が高い超音波振動子１の共振周波数ｆｒ、若しくはこれに近い周波数であるのが好ましい。
【００５０】
そこで、制御部３に、近距離に存在する物体Ａ１を検知する近距離モードと、遠距離に存在する物体Ａ１を検知する遠距離モードとを切り替えて制御させるようにしてもよい。例えば、図３に示すように、包絡線検波部７と並列にスイッチＳＷ２を設け、当該スイッチＳＷ２と制御部３とに外部の制御装置（図示せず）からモード切替信号を与える構成が考えられる。以下、当該構成における動作について説明する。
【００５１】
モード切替信号が近距離モードへの切り替えを指令するものである場合、モード切替信号によってスイッチＳＷ２はオフに切り替えられる。そして、制御部３では、上記実施形態と同様に、超音波振動子１を第１の周波数ｆ１で駆動させた後に第２の周波数ｆ２で超音波振動子１を駆動させる。したがって、近距離モードにおいては、上記実施形態と同様に、超音波振動子１の残響振動が小さい場合でも、残響振動の中に埋もれた反射波を検出し、近距離に存在する物体Ａ１を検知することができる。
【００５２】
一方、モード切替信号が遠距離モードへの切り替えを指令するものである場合、モード切替信号によってスイッチＳＷ２はオンに切り替えられる。これにより、増幅部６の出力信号は包絡線検波部７を介さずに信号処理部８に与えられる。そして、制御部３では、超音波振動子１を第２の周波数ｆ２で駆動させた後に超音波振動子１の駆動を停止させる。したがって、遠距離モードにおいては、単に第２の周波数ｆ２で超音波の送受波を行い、包絡線検波を行うことがないため、ビート信号を検出する必要がない。このため、第２の周波数ｆ２を超音波振動子１の共振周波数ｆｒ、若しくはこれに近い周波数に設定することで、超音波振動子１の送受波の感度を最も高くすることができ、物体Ａ１の測定距離を伸ばすことができる。
【００５３】
なお、上記構成では外部の制御装置からモード切替信号を与えているが、制御部３自身でモード切替を行い、且つ制御部３からスイッチＳＷ２にモード切替信号を与える構成であってもよい。この構成では、例えば制御部３において先ず遠距離モードで物体Ａ１の検知及び物体Ａ１までの距離の測定を行い、測距部９で得られる物体Ａ１までの距離が所定の閾値を下回ると近距離モードに切り替える制御が可能である。
【００５４】
また、近距離モードで物体Ａ１を検知する場合には、超音波振動子１から送波する超音波の周波数は第１の周波数ｆ１であって共振周波数ｆｒではない。このため、近距離モードで送波する超音波の出力は、共振周波数ｆｒで送波する場合と比較して小さくなる。近距離モードでは、近距離に存在する物体Ａ１の検知を目的としているために、超音波振動子１から送波する超音波の出力はそれほど大きくする必要がないが、より確実に物体Ａ１を検知するためには、送波する超音波の出力は大きい方が望ましい。
【００５５】
そこで、近距離モードにおいて送波する超音波の出力を大きくするために、例えば駆動部２の増幅率を大きくすることで、遠距離モードのときよりも高い駆動電圧で超音波振動子１を駆動させるように構成してもよい。例えば、図３の破線で示すように、モード切替信号を駆動部２に与え、近距離モードに切り替えられた際に駆動部２の増幅率を大きくする構成が考えられる。なお、駆動部２の増幅率を変化させる構成については従来周知であるので、ここでは詳細な説明を省略する。
【００５６】
なお、本実施形態では、超音波の送波及び受波を行う１つの超音波振動子１で送受波部を構成したものについて説明したが、送受波部を２つ以上の超音波振動子１で構成してもよい。例えば、超音波の送波を行う送波器と、超音波の受波を行う受波器とをそれぞれ少なくとも１つ以上設け、駆動部２及び制御部３によって送波器を駆動させる構成であってもよい。この構成でも、本実施形態と同様の効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 超音波振動子（送受波部）
２ 駆動部（駆動制御部）
３ 制御部（駆動制御部）
７ 包絡線検波部
８ 信号処理部
Ａ１ 物体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１乃至複数の超音波振動子を有し、超音波の送波及び受波を行う送受波部と、前記送受波部を第１の周波数で駆動させた後に前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で前記送受波部を駆動させる駆動制御部と、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差分に基づくビート信号を検波する包絡線検波部と、前記包絡線検波部の出力に基づいて前記物体を検知する信号処理部とを備えたことを特徴とする物体検知装置。
【請求項２】
前記送受波部は、１つの前記超音波振動子を有し、当該超音波振動子で超音波の送波及び受波を行うことを特徴とする請求項１記載の物体検知装置
【請求項３】
前記送受波部は、少なくとも２つの前記超音波振動子を有し、少なくとも１つの前記超音波振動子は超音波を送波する送波器であり、少なくとも１つの前記超音波振動子は超音波を受波する受波器であり、前記駆動制御部は、前記送波器を駆動させることを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項４】
前記第１の周波数は、前記送受波部の共振周波数とは異なる周波数であり、前記第２の周波数は、前記送受波部の共振周波数と同じ、若しくはこれに近い周波数であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の物体検知装置。
【請求項５】
前記駆動制御部は、前記送受波部に印加する駆動電圧を昇圧するトランスと、前記トランスの１次側巻線に直列に接続される抵抗とを備え、前記第１の周波数で前記送受波部を駆動する際には前記抵抗を使用せず、前記第２の周波数で前記送受波部を駆動する際には前記抵抗を前記トランスの１次側巻線に接続することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の物体検知装置。
【請求項６】
前記駆動制御部は、近距離に存在する前記物体を検知する近距離モードと、遠距離に存在する前記物体を検知する遠距離モードとを有し、前記近距離モードでは、前記送受波部を第１の周波数で駆動させた後に前記第２の周波数で前記送受波部を駆動させ、前記遠距離モードでは、前記送受波部を前記第２の周波数で駆動させた後に前記送受波部の駆動を停止させることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の物体検知装置。
【請求項７】
前記駆動制御部は、前記近距離モードにおいて前記遠距離モードのときよりも高い駆動電圧で前記送受波部を駆動させることを特徴とする請求項６記載の物体検知装置。
【請求項１】
１乃至複数の超音波振動子を有し、超音波の送波及び受波を行う送受波部と、前記送受波部を第１の周波数で駆動させた後に前記第１の周波数とは異なる第２の周波数で前記送受波部を駆動させる駆動制御部と、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差分に基づくビート信号を検波する包絡線検波部と、前記包絡線検波部の出力に基づいて前記物体を検知する信号処理部とを備えたことを特徴とする物体検知装置。
【請求項２】
前記送受波部は、１つの前記超音波振動子を有し、当該超音波振動子で超音波の送波及び受波を行うことを特徴とする請求項１記載の物体検知装置
【請求項３】
前記送受波部は、少なくとも２つの前記超音波振動子を有し、少なくとも１つの前記超音波振動子は超音波を送波する送波器であり、少なくとも１つの前記超音波振動子は超音波を受波する受波器であり、前記駆動制御部は、前記送波器を駆動させることを特徴とする請求項１記載の物体検知装置。
【請求項４】
前記第１の周波数は、前記送受波部の共振周波数とは異なる周波数であり、前記第２の周波数は、前記送受波部の共振周波数と同じ、若しくはこれに近い周波数であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の物体検知装置。
【請求項５】
前記駆動制御部は、前記送受波部に印加する駆動電圧を昇圧するトランスと、前記トランスの１次側巻線に直列に接続される抵抗とを備え、前記第１の周波数で前記送受波部を駆動する際には前記抵抗を使用せず、前記第２の周波数で前記送受波部を駆動する際には前記抵抗を前記トランスの１次側巻線に接続することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の物体検知装置。
【請求項６】
前記駆動制御部は、近距離に存在する前記物体を検知する近距離モードと、遠距離に存在する前記物体を検知する遠距離モードとを有し、前記近距離モードでは、前記送受波部を第１の周波数で駆動させた後に前記第２の周波数で前記送受波部を駆動させ、前記遠距離モードでは、前記送受波部を前記第２の周波数で駆動させた後に前記送受波部の駆動を停止させることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の物体検知装置。
【請求項７】
前記駆動制御部は、前記近距離モードにおいて前記遠距離モードのときよりも高い駆動電圧で前記送受波部を駆動させることを特徴とする請求項６記載の物体検知装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２２０４３４（Ｐ２０１２−２２０４３４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８９０１４（Ｐ２０１１−８９０１４）
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]