超音波受信モジュール、超音波距離測定システムおよび超音波距離測定方法、並びに書画カメラ
【課題】超音波を利用して距離を測定する超音波受信モジュール、超音波距離測定システムおよび超音波距離測定方法、並びに書画カメラを提供する。
【解決手段】超音波受信モジュール１２０は、少なくとも１つの超音波信号を受信する超音波受信端１３０と、超音波受信端１３０と電気的に接続され、時間の経過とともに増大する所定倍率を提供し、所定倍率により超音波信号の振幅を変更する信号増幅器１４０と、信号増幅器１４０と電気的に接続され、時間の経過とともに低減する閾値を提供し、振幅が閾値よりも大きな超音波信号の部分をキャプチャする測定モジュール１５０とを備える。
【解決手段】超音波受信モジュール１２０は、少なくとも１つの超音波信号を受信する超音波受信端１３０と、超音波受信端１３０と電気的に接続され、時間の経過とともに増大する所定倍率を提供し、所定倍率により超音波信号の振幅を変更する信号増幅器１４０と、信号増幅器１４０と電気的に接続され、時間の経過とともに低減する閾値を提供し、振幅が閾値よりも大きな超音波信号の部分をキャプチャする測定モジュール１５０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波距離測定装置および超音波距離測定方法に関し、特に超音波を利用して距離を測定する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動距離測定システムは、産業技術の発展に伴い、需要が日増しに高まっている。例えば、車両駐車、無人運搬車の操作およびポジショニングシステムには、自動距離測定システムが一般に使用される。自動距離測定システムを利用すると、障害物に邪魔されることなく、所定の場所へ車両をスムーズに駐車したり、無人運搬車により所定の場所へ貨物を迅速に移動させたりすることができる。
【０００３】
従来の距離測定システムでは、距離測定の媒体（ｍｅｄｉａ）として超音波を用い、反射された超音波を利用して被測定物までの距離を測定する。
【０００４】
図１Ａおよび図１Ｂは、従来の反射式超音波距離測定システム１０を示す模式図である。図１Ａを参照する。例えば、図１Ａに示すように、従来の反射式超音波距離測定システム１０は、送信器１２、受信器１４、被測定物１６および周辺回路（図示せず）を含む。被測定物１６から送信器１２および／または受信器１４までの距離が測定距離である。
【０００５】
従来の反射式超音波距離測定システム１０は、まず、送信器１２により進行波ｆを生成させる。進行波ｆの一部は、被測定物１６の表面により受信器１４へ反射波ｒが反射される。
【０００６】
続いて、送信器１２から送信される進行波ｆと、受信器１４により受信される反射波ｒとの間の時間差を利用し、被測定物１６から送信器１２および／または受信器１４までの距離（即ち、測定距離）を計算する。
【０００７】
しかし、この従来の反射式超音波距離測定システム１０には、例えば、反射波ｒの信号が弱すぎて測定が困難であるなど、多くの欠点があった。さらに詳細には、空間を伝搬される超音波は、伝搬距離が長くなるに従い、振幅強度が大幅に低減する虞があった。そのため、遠距離の測定を行うとき、超音波の振幅強度が低すぎて信号ノイズ比が大幅に低減し、測定精度が低くなる虞があった。
【０００８】
図１Ｂを参照する。図１Ｂに示すように、実際の測定環境中には、被測定物１６から反射された反射波ｒ以外に、例えば、クロストーク現象によるクロストークノイズｃなど、多くの干渉信号が存在する。近距離測定を行うとき、測定距離が短いため、被測定物１６から反射された反射波ｒがクロストークノイズｃによる影響を受け、測定結果に誤差が生じる虞があった。
【０００９】
そのため、遠距離または近距離の測定モードでも、測定精度が高い超音波距離測定装置および超音波距離測定方法が求められていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、超音波信号の伝達時間が短いとき（例えば、短距離を測定するとき）、所定倍率が小さく、クロストーク信号の干渉を防ぐことができ、閾値が大きいときにクロストーク信号を除去することができる上、超音波信号の伝達時間が長いとき（例えば、遠距離を測定するとき）、所定倍率の増大により超音波信号が増幅されて閾値が低減されるため、測定感度を高めることができる超音波受信モジュール、超音波距離測定システムおよび超音波距離測定方法、並びに書画カメラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）本発明は上記課題を解決するため、少なくとも１つの超音波信号を受信する超音波受信端と、前記超音波受信端と電気的に接続され、時間の経過とともに増大する所定倍率を提供し、前記所定倍率により前記超音波信号の振幅を変更する信号増幅器と、前記信号増幅器と電気的に接続され、時間の経過とともに低減する閾値を提供し、前記振幅が前記閾値よりも大きな前記超音波信号の部分をキャプチャする測定モジュールと、を備えることを特徴とする超音波受信モジュールを提供する。
【００１２】
（２）また、少なくとも１つの第１の超音波信号を送信する超音波送信端と、前記第１の超音波信号および少なくとも１つの干渉信号を含む少なくとも１つの第２の超音波信号を受信する超音波受信端と、前記超音波受信端と電気的に接続され、時間の経過とともに増大する所定倍率を提供し、前記所定倍率により前記第２の超音波信号の振幅を変更する信号増幅器と、前記信号増幅器と電気的に接続され、時間の経過とともに低減する閾値を提供し、前記振幅が前記閾値よりも大きな前記第２の超音波信号の部分をキャプチャする測定モジュールと、を備えることを特徴とする超音波距離測定システムを提供する。
【００１３】
（３）また、少なくとも１つの第１の超音波信号を送信するステップと、少なくとも１つの第２の超音波信号を受信するステップと、時間の経過とともに増大する所定倍率で、前記受信した第２の超音波信号の振幅を変更するステップと、前記第１の超音波信号の周波数を含む周波数範囲に周波数が入る前記第２の超音波信号の部分をフィルタリングするステップと、時間の経過とともに低減する閾値に基づいて、前記振幅が前記閾値よりも大きな前記第２の超音波信号の部分をキャプチャするステップと、を含むことを特徴とする超音波距離測定方法を提供する。
【００１４】
（４）また、ベースと、前記ベース上に吊設され、少なくとも１つの被撮影物の画像をキャプチャするレンズと、前記レンズから前記被撮影物までの距離を測定する長音波距離測定システムと、を備えることを特徴とする書画カメラを提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の超音波受信モジュール、超音波距離測定システムおよび超音波距離測定方法、並びに書画カメラは、超音波信号の伝達時間が短いとき（例えば、短距離測定を処理するとき）、所定倍率が小さく、クロストーク信号の干渉を防ぐことができ、閾値が大きいときにクロストーク信号を除去することができる上、超音波信号の伝達時間が長いとき（例えば、遠距離測定を処理するとき）、所定倍率が増大されて超音波信号を増幅し、閾値が低減されるため、測定感度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】従来の反射式超音波距離測定システムを示す模式図である。
【図１Ｂ】従来の反射式超音波距離測定システムを示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態による超音波距離測定システムを示すブロック図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による超音波信号の時間変化を表すグラフである。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による所定倍率の時間変化を表すグラフである。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態による閾値の時間変化を表すグラフである。
【図４】本発明の他の実施形態による書画カメラを示す斜視図である。
【図５】本発明の他の実施形態による超音波距離測定方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
図２を参照する。図２は、本発明の一実施形態による超音波距離測定システム１００を示すブロック図である。超音波距離測定システム１００は、超音波送信端１１０および超音波受信モジュール１２０を含む。
【００１９】
超音波送信端１１０は、信号生成器１１２に接続される。信号生成器１１２により生成された超音波信号は、超音波送信端１１０から空間へ放射される。以下、説明の都合上、超音波送信端１１０から送信される超音波信号を第１の超音波信号と称する。
【００２０】
図３Ａ〜図３Ｃを参照する。図３Ａ〜図３Ｃは、超音波信号、所定倍率および閾値の時間変化を表すグラフである。図２および図３Ａに示すように、本実施形態の超音波送信端１１０は、第１の時間ｔ１のときに、第１の超音波信号ｆ（ｔ１）を空気中に送信する。
【００２１】
超音波受信モジュール１２０は、超音波信号の受信および処理を行うために用いる。超音波受信モジュール１２０は、超音波信号の受信に用いる超音波受信端１３０を含む。以下、説明の都合上、超音波受信端１３０が受信する超音波信号を第２の超音波信号と称する。
【００２２】
図２〜図３Ｂを同時に参照する。図２〜図３Ｂに示すように、第２の超音波信号は、被測定信号および環境中の干渉信号を含む。本実施形態の被測定信号とは、超音波送信端１１０から送信された第１の超音波信号ｆ（ｔ１）が空間を伝搬された後、超音波受信端１３０により受信される信号を指す。
【００２３】
超音波送信端１１０と超音波受信端１３０とは、互いに対向するように間隔をおいて配置されてもよい。これにより、超音波送信端１１０は、超音波受信端１３０に向けて第１の超音波信号ｆ（ｔ１）を送信することができる。さらに、超音波送信端１１０は、超音波受信端１３０に隣接させて互いに対向しないように配置させてもよい。これにより、超音波送信端１１０により送信された第１の超音波信号ｆ（ｔ１）は、他の物体により超音波受信端１３０へ反射される。本実施形態の超音波送信端１１０は、他の物体により反射された信号を受信するために用いる超音波受信端１３０へ隣接するように配置させてもよい。
【００２４】
超音波の強度は、空間を伝搬される距離が長くなるに従い下がる。さらに、伝搬距離が長くなるに従い伝搬時間も長くなるため、超音波受信端１３０が受信する被測定信号の強度は、時間の経過に伴い小さくなる。例えば、第２の時間ｔ２で受信する被測定信号ｒ（ｔ２）は、第２の時間ｔ２の後の第３の時間ｔ３で受信する被測定信号ｒ（ｔ３）より強度が強い。一般に、超音波の強度が小さすぎる場合、信号ノイズ比が大幅に下がり、測定精度が低下する虞があった。
【００２５】
さらに、超音波の伝搬時間が短い状況では、超音波受信端１３０は、クロストーク現象により形成されたクロストーク信号ｃ（ｔ２）を受信する。クロストーク信号ｃ（ｔ２）の波形および強度は、被測定信号ｒ（ｔ２）に近似しているため、従来の超音波距離測定システムでは、測定結果に誤差が生じる虞があった。
【００２６】
本実施形態の超音波距離測定システム１００は、以下で述べる複数の装置および方法により、従来技術における問題点を解決し、測定精度を高めることができる。
【００２７】
本実施形態の超音波距離測定システム１００は、超音波受信端１３０と電気的に接続された信号増幅器１４０を有する。信号増幅器１４０は、第２の超音波信号の振幅を変更することができる（即ち、第２の超音波信号の振幅を増幅させたり減衰させたりすることができる。）。さらに詳細には、信号増幅器１４０は、第２の超音波信号の振幅を所定倍率ｇ（ｔ）で変更させることができる。所定倍率ｇ（ｔ）は、時間の経過に伴い大きくなる。言い換えれば、所定倍率ｇ（ｔ）は、時間の経過に伴い数値が増大する一種の時間変化関数である。
【００２８】
図３Ｂを参照する。図３Ｂは、所定倍率ｇ（ｔ）の時間変化を表すグラフである。図３Ｂのグラフは、横軸が時間を表し、縦軸が所定倍率ｇ（ｔ）の大きさを表す。
【００２９】
所定倍率ｇ（ｔ）は、時間の経過に伴い値が増大する連続した時間変化関数である。時間が短いとき（例えば、第２の時間ｔ２のとき）、所定倍率ｇ（ｔ）は小さく、クロストーク信号ｃ（ｔ２）による干渉を抑えることができる。反対に、時間が長いとき（例えば、第３の時間ｔ３のとき）、所定倍率ｇ（ｔ）は大きく、被測定信号ｒ（ｔ３）の強度を増幅させることができる。
【００３０】
超音波距離測定システム１００は、信号増幅器１４０と電気的に接続され、第２の超音波信号の一部をキャプチャするために用いる測定モジュール１５０をさらに含む。測定モジュール１５０には、閾値ｄ（ｔ）が設定される。測定モジュール１５０は、信号増幅器１４０により処理された振幅が閾値ｄ（ｔ）より大きい第２の超音波信号の部分をキャプチャする。閾値ｄ（ｔ）は、時間の経過に伴い小さくなる。言い換えれば、測定モジュール１５０が提供する閾値ｄ（ｔ）は、時間の経過に伴い大きさが減少する時間変化関数である。
【００３１】
図２および図３Ｃを同時に参照する。図３Ｃは、閾値ｄ（ｔ）の時間変化を表すグラフである。図３Ｃのグラフは、横軸が時間を表し、縦軸が閾値ｄ（ｔ）の大きさを表す。
【００３２】
閾値ｄ（ｔ）は、時間の経過に伴い値が小さくなる連続した時間変化関数である。時間が短い場合（例えば、第２の時間ｔ２のとき）、閾値ｄ（ｔ）は大きく、測定基準値を高くすることにより、クロストーク信号ｃ（ｔ２）の影響を防ぐことができる。反対に、時間が長い場合（例えば、第３の時間ｔ３のとき）、閾値ｄ（ｔ）は小さく、被測定信号ｒ（ｔ３）の測定感度を高めることができる。
【００３３】
超音波距離測定システム１００は、周波数範囲が設定され、第２の超音波信号中の周波数範囲にある部分をキャプチャするバンドパスフィルタ１９０をさらに含む。さらに詳細には、バンドパスフィルタ１９０は、周波数範囲が設定され、第２の超音波信号中の周波数範囲にある部分だけが残される。基本的に、バンドパスフィルタ１９０の周波数範囲には、第１の超音波信号の周波数が含まれる。言い換えれば、超音波送信端１１０から送信される第１の超音波信号の周波数は、上述の周波数範囲内にある。例えば、第１の超音波信号の周波数は４０ｋＨｚであり、バンドパスフィルタ１９０の周波数は４０ｋＨｚ前後（例えば、３８ｋＨｚ〜４２ｋＨｚの間）である。これにより、フィルタリングされた第２の超音波信号の一部は、空間を伝搬された後の第１の超音波信号である可能性が極めて高い。
【００３４】
バンドパスフィルタ１９０は、信号増幅器１４０および／または測定モジュール１５０と電気的に接続される。本実施形態のバンドパスフィルタ１９０は、信号増幅器１４０と測定モジュール１５０との間に配置される。言い換えれば、第２の超音波信号を受信すると、信号増幅器１４０により第２の超音波信号の振幅が変更されてから、バンドパスフィルタ１９０により所定の帯域幅の部分がフィルタリングされ、その後、振幅が閾値ｄ（ｔ）より大きい部分が測定ジュール１５０によりキャプチャされる。
【００３５】
超音波距離測定システム１００は、測定モジュール１５０と電気的に接続されたプロセッサ１６０を含む。測定モジュール１５０により第２の超音波信号の一部がキャプチャされた後、超音波送信端１１０から超音波受信端１３０まで伝送される第１の超音波信号ｆ（ｔ１）の距離をプロセッサ１６０により計算する。
【００３６】
本実施形態では第１の超音波信号ｆ（ｔ１）の伝送時間をプロセッサ１６０により計算することにより、第１の超音波信号ｆ（ｔ１）の伝送距離を計算する。さらに詳細には、超音波距離測定システム１００は、超音波送信端１１０と電気的に接続され、第１の超音波信号ｆ（ｔ１）が超音波送信端１１０から送信された時間（例えば、第１の時間ｔ１）を記録するタイマ１７０を含む。
【００３７】
タイマ１７０は、信号の受信時間を記録するために超音波受信端１３０または測定モジュール１５０と電気的に接続されてもよい。さらに詳細には、タイマ１７０は、超音波受信端１３０と電気的に接続され、超音波受信端１３０が信号を受信する時間を記録する。さらに、タイマ１７０は、測定モジュール１５０と電気的に接続され、被測定信号ｒ（ｔ２）を含む信号を受信する時間を記録する。言い換えれば、測定モジュール１５０により第２の超音波信号の一部をキャプチャするとは、被測定信号ｒ（ｔ２）を含む第２の超音波信号を受信することを意味するため、その時間を第２の時間ｔ２として記録する。本実施形態のタイマ１７０は、測定モジュール１５０と電気的に接続される。
【００３８】
プロセッサ１６０は、タイマ１７０と電気的に接続される。プロセッサ１６０は、比較作業を終了した後、第１の時間ｔ１と第２の時間ｔ２との差値に基づいて第１の超音波信号ｆ（ｔ１）の伝送距離を計算する。さらに詳細には、プロセッサ１６０は、第１の時間ｔ１と第２の時間ｔ２との差値を超音波の伝搬速度で乗ずることにより、第１の超音波信号ｆ（ｔ１）の伝送距離を計算する。
【００３９】
本実施形態では、超音波送信端１１０から送信された第１の超音波信号ｆ（ｔ１）が、被測定物から超音波受信端１３０へ反射される。第１の超音波信号ｆ（ｔ１）の伝送距離とは、超音波送信端１１０から被測定物までの距離に、被測定物から超音波受信端１３０までの距離を加えた距離のことである。本発明の他の実施形態では、超音波送信端１１０と超音波受信端１３０とが近接するように配置されているため、第１の超音波信号ｆ（ｔ１）の伝送距離は、被測定物から超音波受信端１３０までの距離の約２倍に等しいか、超音波送信端１１０から被測定物までの距離の約２倍に等しい。
【００４０】
さらに、本発明の他の実施形態において、超音波送信端１１０と超音波受信端１３０とが互いに対向するように間隔をおいて配置される場合、第１の超音波信号ｆ（ｔ１）の伝送距離は、超音波送信端１１０から超音波受信端１３０までの距離に等しい。
【００４１】
さらに、プロセッサ１６０は、信号生成器１１２により信号が生成される時間を制御するために、信号生成器１１２と電気的に接続されてもよい。
【００４２】
超音波距離測定システム１００は、近距離または遠距離でも良好な測定精度を得るために、超音波送信端１１０と電気的に接続された切換装置１８０をさらに含む。切換装置１８０は、超音波送信端１１０を近距離モードまたは遠距離モードへ切換えるために用いる。近距離モードの場合、超音波送信端１１０から送信される第１の超音波信号ｆ（ｔ１）には、第１のサイクル数が含まれる。遠距離モードの場合、第１の超音波信号ｆ（ｔ１）には、第２のサイクル数が含まれる。ここで第１のサイクル数は、第２のサイクル数と異なる。
【００４３】
ここで、「近距離」または超音波信号が伝搬される「時間が短い」状況とは、クロストーク信号ｃ（ｔ２）の影響を受けやすい状況を指す。さらに、「遠距離」または超音波信号が伝搬される「時間が長い」状況とは、クロストーク信号ｃ（ｔ２）の影響を受け難い状況を指す。
【００４４】
本実施形態では、第１のサイクル数が第２のサイクル数より小さい。近距離モードのとき、第１の超音波信号ｆ（ｔ１）の第１のサイクル数は小さく、クロストーク干渉を受ける時間を短縮させることができる。反対に、遠距離モードのとき、第１の超音波信号ｆ（ｔ１）の第２のサイクル数が大きい場合、伝送エネルギーが累積され、第１の超音波信号ｆ（ｔ１）が測定される機会を増やすことができる。
【００４５】
図４は、本発明の他の実施形態による書画カメラ４００を示す斜視図である。図２および図４に示すように、書画カメラ４００は、ベース４１０、レンズ４２０および超音波距離測定システム１００（図示しない）を含む。超音波距離測定システム１００については、すでに詳述しているため、ここでは繰り返して述べない。
【００４６】
レンズ４２０は、ベース４１０の上方に吊設され、被撮影物の撮影に用いられる。書画カメラ４００のレンズ４２０は、回動可能であるため、ベース４１０へ向けたり、他の方向へ向けたりして撮影することができる。例えば、室内で書画カメラ４００を使用するとき、レンズ４２０を用いてベース４１０上の物体（例えば、書籍など）を撮影したり、他の場所にある物体（例えば、壁に掛けられた絵など）を撮影したりすることができる。
【００４７】
超音波距離測定システム１００の超音波送信端１１０および超音波受信端１３０は、何れも、レンズ４２０に近接した箇所に設けられる。さらに詳細には、図４に示すように、ケーシング４３０の表面４３２上にはレンズ４２０が配置され、超音波送信端１１０および超音波受信端１３０がレンズ４２０に近接された表面４３２上に設けられる。そのため、超音波距離測定システム１００は、レンズ４２０から被撮影物までの距離を測定することができる。
【００４８】
超音波距離測定システム１００の切換装置１８０は、手動切換モードまたは自動切換モードでもよい。例えば、図４の書画カメラ４００の切換装置１８０を手動切換モードに切り換えた場合、ユーザ自らが切換装置１８０を近距離モードまたは遠距離モードへ切換えることができる。さらに、切換装置１８０が自動切換モードである場合、例えば、センサにより検知したレンズ４２０の現在位置を基に、切換装置１８０の切換えを自動的に行う。センサおよびその作用は、様々な態様があり、ここでは詳述しない。
【００４９】
例えば、レンズ４２０をベース４１０へ向け、ベース４１０上にある物体（例えば、書籍など）を撮影する場合、切換装置１８０を近距離モードに切換える。例えば、レンズ４２０を他の方向へ向け、他の場所にある物体（例えば、壁に掛けられた絵など）を撮影するときは、切換装置１８０を遠距離モードへ切換える。
【００５０】
上述の各実施形態から分かるように、本実施形態の超音波距離測定システム１００を書画カメラ４００などへ応用する際は、近距離または遠距離でも測定を行うことができるため、従来の測定方法による問題が生じず、測定感度を向上させることができる。
【００５１】
図５を参照する。図５は、本発明の他の実施形態による超音波距離測定方法５００を示す流れ図である。
【００５２】
この超音波距離測定方法５００では、まず、ステップ５１０において、少なくとも１つの第１の超音波信号を送信する。続いて、ステップ５２０において、少なくとも１つの第２の超音波信号を受信する。第２の超音波信号には、被測定信号および環境中の干渉信号（例えば、クロストーク信号）が含まれる。被測定信号とは、ステップ５１０において送信された第１の超音波信号が空間を伝搬された後に受信される信号を指す。
【００５３】
続いて、ステップ５３０において、受信した第２の超音波信号の振幅を所定倍率で変更する。この所定倍率は、時間の経過に伴い増大する。
【００５４】
続いて、ステップ５４０において、第２の超音波信号中の周波数が周波数範囲にある部分をフィルタリングする。ステップ５４０では、バンドパスフィルタ（ｂａｎｄ−ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）を介して第２の超音波信号をフィルタリングし、周波数が周波数範囲にある第２の超音波信号の部分をフィルタリングする。ここで、第１の超音波信号の周波数は、周波数範囲内にある。
【００５５】
続いて、ステップ５５０において、閾値に基づいて第２の超音波信号の一部をキャプチャする。このキャプチャした第２の超音波信号の振幅は、時間の経過に伴い減少する閾値より大きい。
【００５６】
本実施形態では、振幅が閾値より大きい第２の超音波信号をキャプチャする場合、ステップ５６０で第１の超音波信号の伝送距離を計算する。
【００５７】
第１の超音波信号の伝送距離の計算には様々な方法があるが、本実施形態では第１の超音波信号の伝送時間に基づいて第１の超音波信号の伝送距離を計算する。
【００５８】
さらに詳細には、超音波距離測定方法５００のステップ５１０を行うとき、第１の超音波信号の送信時間を第１の時間として記録する。続いて、ステップ５２０を行うとき、第２の超音波信号の受信時間を第２の時間として記録する。或いは、ステップ５５０を行うとき、振幅が閾値より大きい第２の超音波信号をキャプチャする時間を第２の時間として記録する。
【００５９】
続いて、第１の時間と第２の時間との差値を計算する。最後に、この差値に基づいて第１の超音波信号の伝送距離を計算する。
【００６０】
上述の各実施形態から分かるように、本発明の超音波距離測定システムおよびその超音波距離測定方法は、近距離または遠距離の測定に利用することができる。さらに、時間変化する所定倍率、時間変化する閾値および／またはサイクル数が調整可能な超音波信号により、近距離で測定するときに、クロストーク信号による干渉を防ぐことができる上、遠距離を測定するときに、被測定信号の強度を高めることにより、従来測定の際に生じていた問題点を有さず、測定感度を高めることができる。
【００６１】
当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と範囲を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明による特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００６２】
１０ 超音波距離測定システム
１２ 送信器
１４ 受信器
１６ 被測定物
１００ 超音波距離測定システム
１１０ 超音波送信端
１１２ 信号生成器
１２０ 超音波受信モジュール
１３０ 超音波受信端
１４０ 信号増幅器
１５０ 測定モジュール
１６０ プロセッサ
１７０ タイマ
１８０ 切換装置
１９０ バンドパスフィルタ
４００ 書画カメラ
４１０ ベース
４２０ レンズ
４３０ ケーシング
４３２ 表面
５００ 超音波距離測定方法
ｃ クロストークノイズ
ｃ（ｔ２） クロストーク信号
ｄ（ｔ） 閾値
ｆ 進行波
ｆ（ｔ１） 第１の超音波信号
ｇ（ｔ） 所定倍率
ｒ 反射波
ｒ（ｔ２） 被測定信号
ｒ（ｔ３） 被測定信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波距離測定装置および超音波距離測定方法に関し、特に超音波を利用して距離を測定する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動距離測定システムは、産業技術の発展に伴い、需要が日増しに高まっている。例えば、車両駐車、無人運搬車の操作およびポジショニングシステムには、自動距離測定システムが一般に使用される。自動距離測定システムを利用すると、障害物に邪魔されることなく、所定の場所へ車両をスムーズに駐車したり、無人運搬車により所定の場所へ貨物を迅速に移動させたりすることができる。
【０００３】
従来の距離測定システムでは、距離測定の媒体（ｍｅｄｉａ）として超音波を用い、反射された超音波を利用して被測定物までの距離を測定する。
【０００４】
図１Ａおよび図１Ｂは、従来の反射式超音波距離測定システム１０を示す模式図である。図１Ａを参照する。例えば、図１Ａに示すように、従来の反射式超音波距離測定システム１０は、送信器１２、受信器１４、被測定物１６および周辺回路（図示せず）を含む。被測定物１６から送信器１２および／または受信器１４までの距離が測定距離である。
【０００５】
従来の反射式超音波距離測定システム１０は、まず、送信器１２により進行波ｆを生成させる。進行波ｆの一部は、被測定物１６の表面により受信器１４へ反射波ｒが反射される。
【０００６】
続いて、送信器１２から送信される進行波ｆと、受信器１４により受信される反射波ｒとの間の時間差を利用し、被測定物１６から送信器１２および／または受信器１４までの距離（即ち、測定距離）を計算する。
【０００７】
しかし、この従来の反射式超音波距離測定システム１０には、例えば、反射波ｒの信号が弱すぎて測定が困難であるなど、多くの欠点があった。さらに詳細には、空間を伝搬される超音波は、伝搬距離が長くなるに従い、振幅強度が大幅に低減する虞があった。そのため、遠距離の測定を行うとき、超音波の振幅強度が低すぎて信号ノイズ比が大幅に低減し、測定精度が低くなる虞があった。
【０００８】
図１Ｂを参照する。図１Ｂに示すように、実際の測定環境中には、被測定物１６から反射された反射波ｒ以外に、例えば、クロストーク現象によるクロストークノイズｃなど、多くの干渉信号が存在する。近距離測定を行うとき、測定距離が短いため、被測定物１６から反射された反射波ｒがクロストークノイズｃによる影響を受け、測定結果に誤差が生じる虞があった。
【０００９】
そのため、遠距離または近距離の測定モードでも、測定精度が高い超音波距離測定装置および超音波距離測定方法が求められていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、超音波信号の伝達時間が短いとき（例えば、短距離を測定するとき）、所定倍率が小さく、クロストーク信号の干渉を防ぐことができ、閾値が大きいときにクロストーク信号を除去することができる上、超音波信号の伝達時間が長いとき（例えば、遠距離を測定するとき）、所定倍率の増大により超音波信号が増幅されて閾値が低減されるため、測定感度を高めることができる超音波受信モジュール、超音波距離測定システムおよび超音波距離測定方法、並びに書画カメラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）本発明は上記課題を解決するため、少なくとも１つの超音波信号を受信する超音波受信端と、前記超音波受信端と電気的に接続され、時間の経過とともに増大する所定倍率を提供し、前記所定倍率により前記超音波信号の振幅を変更する信号増幅器と、前記信号増幅器と電気的に接続され、時間の経過とともに低減する閾値を提供し、前記振幅が前記閾値よりも大きな前記超音波信号の部分をキャプチャする測定モジュールと、を備えることを特徴とする超音波受信モジュールを提供する。
【００１２】
（２）また、少なくとも１つの第１の超音波信号を送信する超音波送信端と、前記第１の超音波信号および少なくとも１つの干渉信号を含む少なくとも１つの第２の超音波信号を受信する超音波受信端と、前記超音波受信端と電気的に接続され、時間の経過とともに増大する所定倍率を提供し、前記所定倍率により前記第２の超音波信号の振幅を変更する信号増幅器と、前記信号増幅器と電気的に接続され、時間の経過とともに低減する閾値を提供し、前記振幅が前記閾値よりも大きな前記第２の超音波信号の部分をキャプチャする測定モジュールと、を備えることを特徴とする超音波距離測定システムを提供する。
【００１３】
（３）また、少なくとも１つの第１の超音波信号を送信するステップと、少なくとも１つの第２の超音波信号を受信するステップと、時間の経過とともに増大する所定倍率で、前記受信した第２の超音波信号の振幅を変更するステップと、前記第１の超音波信号の周波数を含む周波数範囲に周波数が入る前記第２の超音波信号の部分をフィルタリングするステップと、時間の経過とともに低減する閾値に基づいて、前記振幅が前記閾値よりも大きな前記第２の超音波信号の部分をキャプチャするステップと、を含むことを特徴とする超音波距離測定方法を提供する。
【００１４】
（４）また、ベースと、前記ベース上に吊設され、少なくとも１つの被撮影物の画像をキャプチャするレンズと、前記レンズから前記被撮影物までの距離を測定する長音波距離測定システムと、を備えることを特徴とする書画カメラを提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の超音波受信モジュール、超音波距離測定システムおよび超音波距離測定方法、並びに書画カメラは、超音波信号の伝達時間が短いとき（例えば、短距離測定を処理するとき）、所定倍率が小さく、クロストーク信号の干渉を防ぐことができ、閾値が大きいときにクロストーク信号を除去することができる上、超音波信号の伝達時間が長いとき（例えば、遠距離測定を処理するとき）、所定倍率が増大されて超音波信号を増幅し、閾値が低減されるため、測定感度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】従来の反射式超音波距離測定システムを示す模式図である。
【図１Ｂ】従来の反射式超音波距離測定システムを示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態による超音波距離測定システムを示すブロック図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による超音波信号の時間変化を表すグラフである。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による所定倍率の時間変化を表すグラフである。
【図３Ｃ】本発明の一実施形態による閾値の時間変化を表すグラフである。
【図４】本発明の他の実施形態による書画カメラを示す斜視図である。
【図５】本発明の他の実施形態による超音波距離測定方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
図２を参照する。図２は、本発明の一実施形態による超音波距離測定システム１００を示すブロック図である。超音波距離測定システム１００は、超音波送信端１１０および超音波受信モジュール１２０を含む。
【００１９】
超音波送信端１１０は、信号生成器１１２に接続される。信号生成器１１２により生成された超音波信号は、超音波送信端１１０から空間へ放射される。以下、説明の都合上、超音波送信端１１０から送信される超音波信号を第１の超音波信号と称する。
【００２０】
図３Ａ〜図３Ｃを参照する。図３Ａ〜図３Ｃは、超音波信号、所定倍率および閾値の時間変化を表すグラフである。図２および図３Ａに示すように、本実施形態の超音波送信端１１０は、第１の時間ｔ１のときに、第１の超音波信号ｆ（ｔ１）を空気中に送信する。
【００２１】
超音波受信モジュール１２０は、超音波信号の受信および処理を行うために用いる。超音波受信モジュール１２０は、超音波信号の受信に用いる超音波受信端１３０を含む。以下、説明の都合上、超音波受信端１３０が受信する超音波信号を第２の超音波信号と称する。
【００２２】
図２〜図３Ｂを同時に参照する。図２〜図３Ｂに示すように、第２の超音波信号は、被測定信号および環境中の干渉信号を含む。本実施形態の被測定信号とは、超音波送信端１１０から送信された第１の超音波信号ｆ（ｔ１）が空間を伝搬された後、超音波受信端１３０により受信される信号を指す。
【００２３】
超音波送信端１１０と超音波受信端１３０とは、互いに対向するように間隔をおいて配置されてもよい。これにより、超音波送信端１１０は、超音波受信端１３０に向けて第１の超音波信号ｆ（ｔ１）を送信することができる。さらに、超音波送信端１１０は、超音波受信端１３０に隣接させて互いに対向しないように配置させてもよい。これにより、超音波送信端１１０により送信された第１の超音波信号ｆ（ｔ１）は、他の物体により超音波受信端１３０へ反射される。本実施形態の超音波送信端１１０は、他の物体により反射された信号を受信するために用いる超音波受信端１３０へ隣接するように配置させてもよい。
【００２４】
超音波の強度は、空間を伝搬される距離が長くなるに従い下がる。さらに、伝搬距離が長くなるに従い伝搬時間も長くなるため、超音波受信端１３０が受信する被測定信号の強度は、時間の経過に伴い小さくなる。例えば、第２の時間ｔ２で受信する被測定信号ｒ（ｔ２）は、第２の時間ｔ２の後の第３の時間ｔ３で受信する被測定信号ｒ（ｔ３）より強度が強い。一般に、超音波の強度が小さすぎる場合、信号ノイズ比が大幅に下がり、測定精度が低下する虞があった。
【００２５】
さらに、超音波の伝搬時間が短い状況では、超音波受信端１３０は、クロストーク現象により形成されたクロストーク信号ｃ（ｔ２）を受信する。クロストーク信号ｃ（ｔ２）の波形および強度は、被測定信号ｒ（ｔ２）に近似しているため、従来の超音波距離測定システムでは、測定結果に誤差が生じる虞があった。
【００２６】
本実施形態の超音波距離測定システム１００は、以下で述べる複数の装置および方法により、従来技術における問題点を解決し、測定精度を高めることができる。
【００２７】
本実施形態の超音波距離測定システム１００は、超音波受信端１３０と電気的に接続された信号増幅器１４０を有する。信号増幅器１４０は、第２の超音波信号の振幅を変更することができる（即ち、第２の超音波信号の振幅を増幅させたり減衰させたりすることができる。）。さらに詳細には、信号増幅器１４０は、第２の超音波信号の振幅を所定倍率ｇ（ｔ）で変更させることができる。所定倍率ｇ（ｔ）は、時間の経過に伴い大きくなる。言い換えれば、所定倍率ｇ（ｔ）は、時間の経過に伴い数値が増大する一種の時間変化関数である。
【００２８】
図３Ｂを参照する。図３Ｂは、所定倍率ｇ（ｔ）の時間変化を表すグラフである。図３Ｂのグラフは、横軸が時間を表し、縦軸が所定倍率ｇ（ｔ）の大きさを表す。
【００２９】
所定倍率ｇ（ｔ）は、時間の経過に伴い値が増大する連続した時間変化関数である。時間が短いとき（例えば、第２の時間ｔ２のとき）、所定倍率ｇ（ｔ）は小さく、クロストーク信号ｃ（ｔ２）による干渉を抑えることができる。反対に、時間が長いとき（例えば、第３の時間ｔ３のとき）、所定倍率ｇ（ｔ）は大きく、被測定信号ｒ（ｔ３）の強度を増幅させることができる。
【００３０】
超音波距離測定システム１００は、信号増幅器１４０と電気的に接続され、第２の超音波信号の一部をキャプチャするために用いる測定モジュール１５０をさらに含む。測定モジュール１５０には、閾値ｄ（ｔ）が設定される。測定モジュール１５０は、信号増幅器１４０により処理された振幅が閾値ｄ（ｔ）より大きい第２の超音波信号の部分をキャプチャする。閾値ｄ（ｔ）は、時間の経過に伴い小さくなる。言い換えれば、測定モジュール１５０が提供する閾値ｄ（ｔ）は、時間の経過に伴い大きさが減少する時間変化関数である。
【００３１】
図２および図３Ｃを同時に参照する。図３Ｃは、閾値ｄ（ｔ）の時間変化を表すグラフである。図３Ｃのグラフは、横軸が時間を表し、縦軸が閾値ｄ（ｔ）の大きさを表す。
【００３２】
閾値ｄ（ｔ）は、時間の経過に伴い値が小さくなる連続した時間変化関数である。時間が短い場合（例えば、第２の時間ｔ２のとき）、閾値ｄ（ｔ）は大きく、測定基準値を高くすることにより、クロストーク信号ｃ（ｔ２）の影響を防ぐことができる。反対に、時間が長い場合（例えば、第３の時間ｔ３のとき）、閾値ｄ（ｔ）は小さく、被測定信号ｒ（ｔ３）の測定感度を高めることができる。
【００３３】
超音波距離測定システム１００は、周波数範囲が設定され、第２の超音波信号中の周波数範囲にある部分をキャプチャするバンドパスフィルタ１９０をさらに含む。さらに詳細には、バンドパスフィルタ１９０は、周波数範囲が設定され、第２の超音波信号中の周波数範囲にある部分だけが残される。基本的に、バンドパスフィルタ１９０の周波数範囲には、第１の超音波信号の周波数が含まれる。言い換えれば、超音波送信端１１０から送信される第１の超音波信号の周波数は、上述の周波数範囲内にある。例えば、第１の超音波信号の周波数は４０ｋＨｚであり、バンドパスフィルタ１９０の周波数は４０ｋＨｚ前後（例えば、３８ｋＨｚ〜４２ｋＨｚの間）である。これにより、フィルタリングされた第２の超音波信号の一部は、空間を伝搬された後の第１の超音波信号である可能性が極めて高い。
【００３４】
バンドパスフィルタ１９０は、信号増幅器１４０および／または測定モジュール１５０と電気的に接続される。本実施形態のバンドパスフィルタ１９０は、信号増幅器１４０と測定モジュール１５０との間に配置される。言い換えれば、第２の超音波信号を受信すると、信号増幅器１４０により第２の超音波信号の振幅が変更されてから、バンドパスフィルタ１９０により所定の帯域幅の部分がフィルタリングされ、その後、振幅が閾値ｄ（ｔ）より大きい部分が測定ジュール１５０によりキャプチャされる。
【００３５】
超音波距離測定システム１００は、測定モジュール１５０と電気的に接続されたプロセッサ１６０を含む。測定モジュール１５０により第２の超音波信号の一部がキャプチャされた後、超音波送信端１１０から超音波受信端１３０まで伝送される第１の超音波信号ｆ（ｔ１）の距離をプロセッサ１６０により計算する。
【００３６】
本実施形態では第１の超音波信号ｆ（ｔ１）の伝送時間をプロセッサ１６０により計算することにより、第１の超音波信号ｆ（ｔ１）の伝送距離を計算する。さらに詳細には、超音波距離測定システム１００は、超音波送信端１１０と電気的に接続され、第１の超音波信号ｆ（ｔ１）が超音波送信端１１０から送信された時間（例えば、第１の時間ｔ１）を記録するタイマ１７０を含む。
【００３７】
タイマ１７０は、信号の受信時間を記録するために超音波受信端１３０または測定モジュール１５０と電気的に接続されてもよい。さらに詳細には、タイマ１７０は、超音波受信端１３０と電気的に接続され、超音波受信端１３０が信号を受信する時間を記録する。さらに、タイマ１７０は、測定モジュール１５０と電気的に接続され、被測定信号ｒ（ｔ２）を含む信号を受信する時間を記録する。言い換えれば、測定モジュール１５０により第２の超音波信号の一部をキャプチャするとは、被測定信号ｒ（ｔ２）を含む第２の超音波信号を受信することを意味するため、その時間を第２の時間ｔ２として記録する。本実施形態のタイマ１７０は、測定モジュール１５０と電気的に接続される。
【００３８】
プロセッサ１６０は、タイマ１７０と電気的に接続される。プロセッサ１６０は、比較作業を終了した後、第１の時間ｔ１と第２の時間ｔ２との差値に基づいて第１の超音波信号ｆ（ｔ１）の伝送距離を計算する。さらに詳細には、プロセッサ１６０は、第１の時間ｔ１と第２の時間ｔ２との差値を超音波の伝搬速度で乗ずることにより、第１の超音波信号ｆ（ｔ１）の伝送距離を計算する。
【００３９】
本実施形態では、超音波送信端１１０から送信された第１の超音波信号ｆ（ｔ１）が、被測定物から超音波受信端１３０へ反射される。第１の超音波信号ｆ（ｔ１）の伝送距離とは、超音波送信端１１０から被測定物までの距離に、被測定物から超音波受信端１３０までの距離を加えた距離のことである。本発明の他の実施形態では、超音波送信端１１０と超音波受信端１３０とが近接するように配置されているため、第１の超音波信号ｆ（ｔ１）の伝送距離は、被測定物から超音波受信端１３０までの距離の約２倍に等しいか、超音波送信端１１０から被測定物までの距離の約２倍に等しい。
【００４０】
さらに、本発明の他の実施形態において、超音波送信端１１０と超音波受信端１３０とが互いに対向するように間隔をおいて配置される場合、第１の超音波信号ｆ（ｔ１）の伝送距離は、超音波送信端１１０から超音波受信端１３０までの距離に等しい。
【００４１】
さらに、プロセッサ１６０は、信号生成器１１２により信号が生成される時間を制御するために、信号生成器１１２と電気的に接続されてもよい。
【００４２】
超音波距離測定システム１００は、近距離または遠距離でも良好な測定精度を得るために、超音波送信端１１０と電気的に接続された切換装置１８０をさらに含む。切換装置１８０は、超音波送信端１１０を近距離モードまたは遠距離モードへ切換えるために用いる。近距離モードの場合、超音波送信端１１０から送信される第１の超音波信号ｆ（ｔ１）には、第１のサイクル数が含まれる。遠距離モードの場合、第１の超音波信号ｆ（ｔ１）には、第２のサイクル数が含まれる。ここで第１のサイクル数は、第２のサイクル数と異なる。
【００４３】
ここで、「近距離」または超音波信号が伝搬される「時間が短い」状況とは、クロストーク信号ｃ（ｔ２）の影響を受けやすい状況を指す。さらに、「遠距離」または超音波信号が伝搬される「時間が長い」状況とは、クロストーク信号ｃ（ｔ２）の影響を受け難い状況を指す。
【００４４】
本実施形態では、第１のサイクル数が第２のサイクル数より小さい。近距離モードのとき、第１の超音波信号ｆ（ｔ１）の第１のサイクル数は小さく、クロストーク干渉を受ける時間を短縮させることができる。反対に、遠距離モードのとき、第１の超音波信号ｆ（ｔ１）の第２のサイクル数が大きい場合、伝送エネルギーが累積され、第１の超音波信号ｆ（ｔ１）が測定される機会を増やすことができる。
【００４５】
図４は、本発明の他の実施形態による書画カメラ４００を示す斜視図である。図２および図４に示すように、書画カメラ４００は、ベース４１０、レンズ４２０および超音波距離測定システム１００（図示しない）を含む。超音波距離測定システム１００については、すでに詳述しているため、ここでは繰り返して述べない。
【００４６】
レンズ４２０は、ベース４１０の上方に吊設され、被撮影物の撮影に用いられる。書画カメラ４００のレンズ４２０は、回動可能であるため、ベース４１０へ向けたり、他の方向へ向けたりして撮影することができる。例えば、室内で書画カメラ４００を使用するとき、レンズ４２０を用いてベース４１０上の物体（例えば、書籍など）を撮影したり、他の場所にある物体（例えば、壁に掛けられた絵など）を撮影したりすることができる。
【００４７】
超音波距離測定システム１００の超音波送信端１１０および超音波受信端１３０は、何れも、レンズ４２０に近接した箇所に設けられる。さらに詳細には、図４に示すように、ケーシング４３０の表面４３２上にはレンズ４２０が配置され、超音波送信端１１０および超音波受信端１３０がレンズ４２０に近接された表面４３２上に設けられる。そのため、超音波距離測定システム１００は、レンズ４２０から被撮影物までの距離を測定することができる。
【００４８】
超音波距離測定システム１００の切換装置１８０は、手動切換モードまたは自動切換モードでもよい。例えば、図４の書画カメラ４００の切換装置１８０を手動切換モードに切り換えた場合、ユーザ自らが切換装置１８０を近距離モードまたは遠距離モードへ切換えることができる。さらに、切換装置１８０が自動切換モードである場合、例えば、センサにより検知したレンズ４２０の現在位置を基に、切換装置１８０の切換えを自動的に行う。センサおよびその作用は、様々な態様があり、ここでは詳述しない。
【００４９】
例えば、レンズ４２０をベース４１０へ向け、ベース４１０上にある物体（例えば、書籍など）を撮影する場合、切換装置１８０を近距離モードに切換える。例えば、レンズ４２０を他の方向へ向け、他の場所にある物体（例えば、壁に掛けられた絵など）を撮影するときは、切換装置１８０を遠距離モードへ切換える。
【００５０】
上述の各実施形態から分かるように、本実施形態の超音波距離測定システム１００を書画カメラ４００などへ応用する際は、近距離または遠距離でも測定を行うことができるため、従来の測定方法による問題が生じず、測定感度を向上させることができる。
【００５１】
図５を参照する。図５は、本発明の他の実施形態による超音波距離測定方法５００を示す流れ図である。
【００５２】
この超音波距離測定方法５００では、まず、ステップ５１０において、少なくとも１つの第１の超音波信号を送信する。続いて、ステップ５２０において、少なくとも１つの第２の超音波信号を受信する。第２の超音波信号には、被測定信号および環境中の干渉信号（例えば、クロストーク信号）が含まれる。被測定信号とは、ステップ５１０において送信された第１の超音波信号が空間を伝搬された後に受信される信号を指す。
【００５３】
続いて、ステップ５３０において、受信した第２の超音波信号の振幅を所定倍率で変更する。この所定倍率は、時間の経過に伴い増大する。
【００５４】
続いて、ステップ５４０において、第２の超音波信号中の周波数が周波数範囲にある部分をフィルタリングする。ステップ５４０では、バンドパスフィルタ（ｂａｎｄ−ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）を介して第２の超音波信号をフィルタリングし、周波数が周波数範囲にある第２の超音波信号の部分をフィルタリングする。ここで、第１の超音波信号の周波数は、周波数範囲内にある。
【００５５】
続いて、ステップ５５０において、閾値に基づいて第２の超音波信号の一部をキャプチャする。このキャプチャした第２の超音波信号の振幅は、時間の経過に伴い減少する閾値より大きい。
【００５６】
本実施形態では、振幅が閾値より大きい第２の超音波信号をキャプチャする場合、ステップ５６０で第１の超音波信号の伝送距離を計算する。
【００５７】
第１の超音波信号の伝送距離の計算には様々な方法があるが、本実施形態では第１の超音波信号の伝送時間に基づいて第１の超音波信号の伝送距離を計算する。
【００５８】
さらに詳細には、超音波距離測定方法５００のステップ５１０を行うとき、第１の超音波信号の送信時間を第１の時間として記録する。続いて、ステップ５２０を行うとき、第２の超音波信号の受信時間を第２の時間として記録する。或いは、ステップ５５０を行うとき、振幅が閾値より大きい第２の超音波信号をキャプチャする時間を第２の時間として記録する。
【００５９】
続いて、第１の時間と第２の時間との差値を計算する。最後に、この差値に基づいて第１の超音波信号の伝送距離を計算する。
【００６０】
上述の各実施形態から分かるように、本発明の超音波距離測定システムおよびその超音波距離測定方法は、近距離または遠距離の測定に利用することができる。さらに、時間変化する所定倍率、時間変化する閾値および／またはサイクル数が調整可能な超音波信号により、近距離で測定するときに、クロストーク信号による干渉を防ぐことができる上、遠距離を測定するときに、被測定信号の強度を高めることにより、従来測定の際に生じていた問題点を有さず、測定感度を高めることができる。
【００６１】
当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と範囲を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明による特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００６２】
１０ 超音波距離測定システム
１２ 送信器
１４ 受信器
１６ 被測定物
１００ 超音波距離測定システム
１１０ 超音波送信端
１１２ 信号生成器
１２０ 超音波受信モジュール
１３０ 超音波受信端
１４０ 信号増幅器
１５０ 測定モジュール
１６０ プロセッサ
１７０ タイマ
１８０ 切換装置
１９０ バンドパスフィルタ
４００ 書画カメラ
４１０ ベース
４２０ レンズ
４３０ ケーシング
４３２ 表面
５００ 超音波距離測定方法
ｃ クロストークノイズ
ｃ（ｔ２） クロストーク信号
ｄ（ｔ） 閾値
ｆ 進行波
ｆ（ｔ１） 第１の超音波信号
ｇ（ｔ） 所定倍率
ｒ 反射波
ｒ（ｔ２） 被測定信号
ｒ（ｔ３） 被測定信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの超音波信号を受信する超音波受信端と、
前記超音波受信端と電気的に接続され、時間の経過とともに増大する所定倍率を提供し、前記所定倍率により前記超音波信号の振幅を変更する信号増幅器と、
前記信号増幅器と電気的に接続され、時間の経過とともに低減する閾値を提供し、前記振幅が前記閾値よりも大きな前記超音波信号の部分をキャプチャする測定モジュールと、を備えることを特徴とする超音波受信モジュール。
【請求項２】
前記所定倍率は、連続した時間変化関数であり、
前記閾値は連続した時間変化関数であることを特徴とする請求項１に記載の超音波受信モジュール。
【請求項３】
少なくとも１つの第１の超音波信号を送信する超音波送信端と、
前記第１の超音波信号および少なくとも１つの干渉信号を含む少なくとも１つの第２の超音波信号を受信する超音波受信端と、
前記超音波受信端と電気的に接続され、時間の経過とともに増大する所定倍率を提供し、前記所定倍率により前記第２の超音波信号の振幅を変更する信号増幅器と、
前記信号増幅器と電気的に接続され、時間の経過とともに低減する閾値を提供し、前記振幅が前記閾値よりも大きな前記第２の超音波信号の部分をキャプチャする測定モジュールと、を備えることを特徴とする超音波距離測定システム。
【請求項４】
前記測定モジュールと電気的に接続され、周波数範囲を提供し、周波数が前記周波数範囲に入る前記第２の超音波信号の部分をフィルタリングし、前記第１の超音波信号の周波数を含む前記周波数範囲を設定するバンドパスフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の超音波距離測定システム。
【請求項５】
前記超音波送信端および前記測定モジュールと電気的に接続され、前記第１の超音波信号が前記超音波送信端から送信される時間を第１の時間として記録し、前記第２の超音波信号が前記測定モジュールによりキャプチャされる時間を第２の時間として記録するタイマと、
前記測定モジュールおよび前記タイマと電気的に接続され、前記第１の時間と前記第２の時間との差値に基づいて前記第１の長音波信号の伝送距離を計算するプロセッサと、をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の超音波距離測定システム。
【請求項６】
前記超音波送信端と電気的に接続され、近距離モードまたは遠距離モードの切換えを行い、
前記近距離モードのときに、前記第１の超音波信号が第１のサイクル数を有し、
前記遠距離モードのときに、前記第１の超音波信号が第２のサイクル数を有し、
前記第１のサイクル数は、前記第２のサイクル数と異なり、
前記第１のサイクル数は、前記第２のサイクル数よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の超音波距離測定システム。
【請求項７】
少なくとも１つの第１の超音波信号を送信するステップと、
少なくとも１つの第２の超音波信号を受信するステップと、
時間の経過とともに増大する所定倍率で、前記受信した第２の超音波信号の振幅を変更するステップと、
前記第１の超音波信号の周波数を含む周波数範囲に周波数が入る前記第２の超音波信号の部分をフィルタリングするステップと、
時間の経過とともに低減する閾値に基づいて、前記振幅が前記閾値よりも大きな前記第２の超音波信号の部分をキャプチャするステップと、を含むことを特徴とする超音波距離測定方法。
【請求項８】
ベースと、
前記ベース上に吊設され、少なくとも１つの被撮影物の画像をキャプチャするレンズと、
前記レンズから前記被撮影物までの距離を測定する請求項３乃至６の何れかに記載の長音波距離測定システムと、を備えることを特徴とする書画カメラ。
【請求項１】
少なくとも１つの超音波信号を受信する超音波受信端と、
前記超音波受信端と電気的に接続され、時間の経過とともに増大する所定倍率を提供し、前記所定倍率により前記超音波信号の振幅を変更する信号増幅器と、
前記信号増幅器と電気的に接続され、時間の経過とともに低減する閾値を提供し、前記振幅が前記閾値よりも大きな前記超音波信号の部分をキャプチャする測定モジュールと、を備えることを特徴とする超音波受信モジュール。
【請求項２】
前記所定倍率は、連続した時間変化関数であり、
前記閾値は連続した時間変化関数であることを特徴とする請求項１に記載の超音波受信モジュール。
【請求項３】
少なくとも１つの第１の超音波信号を送信する超音波送信端と、
前記第１の超音波信号および少なくとも１つの干渉信号を含む少なくとも１つの第２の超音波信号を受信する超音波受信端と、
前記超音波受信端と電気的に接続され、時間の経過とともに増大する所定倍率を提供し、前記所定倍率により前記第２の超音波信号の振幅を変更する信号増幅器と、
前記信号増幅器と電気的に接続され、時間の経過とともに低減する閾値を提供し、前記振幅が前記閾値よりも大きな前記第２の超音波信号の部分をキャプチャする測定モジュールと、を備えることを特徴とする超音波距離測定システム。
【請求項４】
前記測定モジュールと電気的に接続され、周波数範囲を提供し、周波数が前記周波数範囲に入る前記第２の超音波信号の部分をフィルタリングし、前記第１の超音波信号の周波数を含む前記周波数範囲を設定するバンドパスフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の超音波距離測定システム。
【請求項５】
前記超音波送信端および前記測定モジュールと電気的に接続され、前記第１の超音波信号が前記超音波送信端から送信される時間を第１の時間として記録し、前記第２の超音波信号が前記測定モジュールによりキャプチャされる時間を第２の時間として記録するタイマと、
前記測定モジュールおよび前記タイマと電気的に接続され、前記第１の時間と前記第２の時間との差値に基づいて前記第１の長音波信号の伝送距離を計算するプロセッサと、をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の超音波距離測定システム。
【請求項６】
前記超音波送信端と電気的に接続され、近距離モードまたは遠距離モードの切換えを行い、
前記近距離モードのときに、前記第１の超音波信号が第１のサイクル数を有し、
前記遠距離モードのときに、前記第１の超音波信号が第２のサイクル数を有し、
前記第１のサイクル数は、前記第２のサイクル数と異なり、
前記第１のサイクル数は、前記第２のサイクル数よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の超音波距離測定システム。
【請求項７】
少なくとも１つの第１の超音波信号を送信するステップと、
少なくとも１つの第２の超音波信号を受信するステップと、
時間の経過とともに増大する所定倍率で、前記受信した第２の超音波信号の振幅を変更するステップと、
前記第１の超音波信号の周波数を含む周波数範囲に周波数が入る前記第２の超音波信号の部分をフィルタリングするステップと、
時間の経過とともに低減する閾値に基づいて、前記振幅が前記閾値よりも大きな前記第２の超音波信号の部分をキャプチャするステップと、を含むことを特徴とする超音波距離測定方法。
【請求項８】
ベースと、
前記ベース上に吊設され、少なくとも１つの被撮影物の画像をキャプチャするレンズと、
前記レンズから前記被撮影物までの距離を測定する請求項３乃至６の何れかに記載の長音波距離測定システムと、を備えることを特徴とする書画カメラ。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２５６３１７（Ｐ２０１０−２５６３１７Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４４２１５（Ｐ２００９−１４４２１５）
【出願日】平成２１年６月１７日（２００９．６．１７）
【出願人】（５０８１９８３３９）圓展科技股▲分▼有限公司 (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１７日（２００９．６．１７）
【出願人】（５０８１９８３３９）圓展科技股▲分▼有限公司 (5)
【Ｆターム（参考）】
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