JP2001221851A

JP2001221851A - 超音波センサ装置

Info

Publication number: JP2001221851A
Application number: JP2000029649A
Authority: JP
Inventors: Junichi Koike; 淳一小池; Tsugihide Takeoka; 世英竹岡
Original assignee: Niles Parts Co Ltd
Current assignee: Niles Parts Co Ltd
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2000-02-07
Publication date: 2001-08-17

Abstract

(57)【要約】【課題】雑音に対し反射波識別が容易で、近接距離の
計測範囲も拡げる。【解決手段】コントローラ１０は、マイクロコンピュ
ータ２０を備えて発振パルス信号ａを変調用トランジス
タ１８を介して信号線３９へ出力する一方、センサ部４
０Ａからの受信信号を検波器３３に通した反射波信号
ｆ’を入力して障害物等を検出する。センサ部４０Ａは
出力回路５０で超音波マイク４２を駆動して超音波を送
出し、受信信号ｃ’を逆対数増幅器６０で増幅した信号
ｄ’を信号線へ出力する。また、逆対数増幅器の入力側
を超音波マイクの駆動パルスを含む所定時間だけトラン
ジスタ６５で接地して減衰させる。逆対数増幅器により
障害物等までの距離にかかわらず反射波が同レベルに増
幅されるから、信号線から雑音の混入があっても識別が
容易で、トランジスタ６５による減衰で超音波マイクの
残響が短縮され検出可能距離が近くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば車両に搭載
され車両周囲の障害物の検知などに用いられる超音波セ
ンサ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波センサ装置は送波器から超音波を
送出し、物体からの反射波を受波器で受信して送出から
受信までの時間差に基づいて、物体までの距離を検出す
る。これを車両用に用いて、検出された障害物が所定距
離内にあるときに警報を発するようにしたものとして、
図４に示したようなものがある。これは、超音波を送受
するセンサ部とこれを制御するコントローラとからな
り、コントローラの出力でブザーを駆動して警報を発す
る。なお、図５は各部における信号波形を示す。

【０００３】コントローラ１０は、イグニションスイッ
チ２を介してバッテリ１に接続される電源端子１１と、
ブザー３に接続される出力端子１３と、センサ部４０と
接続される第１制御通信端子１２を備え、内部にマイク
ロコンピュータ２０を備える。マイクロコンピュータ２
０は、電源端子１１に接続され５Ｖを出力する定電圧源
１４により作動する。その発振出力端子２２からは４０
ＫＨｚの発振パルス信号ａを出力するとともに、入力端
子２１に反射波信号ｆを入力してその時間差に基づいて
駆動出力端子２３からブザー駆動信号を出力する。

【０００４】電源端子１１と制御端子１２の間には変調
用トランジスタ１８が設けられ、変調用トランジスタ１
８のコレクタは電源端子１１に接続され、エミッタが抵
抗１９を介して第１制御通信端子１２に接続されてい
る。コレクタに抵抗３０を介して接続されたベースは、
ツエナダイオード１７を介して制御トランジスタ１６の
コレクタに接続されている。制御トランジスタ１６のベ
ースは抵抗１５を介してマイクロコンピュータ２０の発
振出力端子２２に接続され、エミッタは接地されてい
る。

【０００５】変調用トランジスタ１８は常オンに設定さ
れて、電源端子１１に入力している電圧を制御トランジ
スタ１６を介したマイクロコンピュータ２０からの発振
パルス信号により変調した信号ｂ０を第１制御通信端子
１２に与える。

【０００６】第１制御通信端子１２にはさらにコンデン
サ３１を介して増幅器（ＡＭＰ）３２、検波器３３およ
びコンパレータ３４が順次に接続され、コンパレータ３
４の出力側がマイクロコンピュータ２０の入力端子２１
に接続されている。マイクロコンピュータ２０の駆動出
力端子２３には、抵抗３５を介して駆動トランジスタ３
６のベースが接続され、駆動トランジスタ３６のコレク
タは出力端子１３に接続され、エミッタは接地されてい
る。電源端子１１と出力端子１３の間にブザー３が接続
されている。

【０００７】センサ部４０は、コントローラ１０の第１
制御通信端子１２と信号線３９で接続される第２制御通
信端子４１と、圧電素子からなる超音波マイク４２を備
える。超音波マイク４２は、超音波の送出器と反射波の
受波器とを兼用している。第２制御通信端子４１と超音
波マイク４２の間には、コントローラ１０から第２制御
通信端子４１に受けた信号に基づいて超音波マイク４２
への駆動パルスを生成する出力回路５０が設けられてい
る。超音波マイク４２と第２制御通信端子４１の間には
さらに、超音波マイク４２で受信した反射波のための増
幅器９０とバンドパスフィルタ８０が設けられている。

【０００８】出力回路５０は、直列接続されたトランジ
スタ５１、５２とトランス５８を主要部とし、トランジ
スタ５１のエミッタは一端が接地されたコンデンサ５４
の他端が接続されるとともに、ダイオード５３を介して
第２制御通信端子４１に接続されている。トランジスタ
５１のベースは抵抗５５を介して第２制御通信端子４１
に接続されている。

【０００９】トランジスタ５２のベースも抵抗５６を介
して第２制御通信端子４１に接続され、エミッタは接地
されている。トランジスタ５１のコレクタとトランジス
タ５２のコレクタの接続点はコンデンサ５７を介してト
ランス５８の１次側に接続され、トランス５８の２次側
が超音波マイク４２に接続されている。

【００１０】増幅器９０は、反転入力部に超音波マイク
４２の受信信号を入力し、出力部と反転入力部間を抵抗
９２を介して接続した差動増幅器９１からなり、一定増
幅率で受信信号を増幅する。

【００１１】バンドパスフィルタ８０は、増幅器９０の
出力をコンデンサ８１、抵抗８２およびコンデンサ８３
を介して反転入力部に入力し、出力部と反転入力部間を
抵抗８５を介して接続した差動増幅器８４を備える。抵
抗８２とコンデンサ８３の接続点は抵抗８６を介して接
地されるとともに、差動増幅器８４の出力部との間には
さらにコンデンサ８７が設けられている。これにより、
バンドパスフィルタ８０は４０ＫＨｚを中心とする所定
幅の信号のみを通過させるよう設定されている。

【００１２】増幅器９０およびバンドパスフィルタ８０
の各差動増幅器９１、８４の非反転入力には、ダイオー
ド５３を介して第２制御通信端子４１に接続された抵抗
７１、ツエナダイオード７２およびコンデンサ７３によ
り形成されるバイアス電圧が印加されている。なお、超
音波マイク４２と増幅器９０の間にはコンデンサ７５と
抵抗７６が設けられ、またバンドパスフィルタ８０と第
２制御通信端子４１の間にもコンデンサ７７が設けられ
て直流遮断を行なっている。

【００１３】センサ部４０では、出力回路５０がコント
ローラ１０からの信号に基づいてトランジスタ５１、５
２が交互にオン・オフを繰り返して駆動パルスｃ０を生
成し、これにより超音波マイク４２を駆動して超音波を
送出させる。障害物等に当たって戻ってきた反射波を超
音波マイク４２が受信すると、その反射波ｃ１、ｃ２、
ｃ３を含む受信信号ｃＲは増幅器９０で増幅された後、
バンドパスフィルタ８０を経て第２制御通信端子４１に
接続された信号線３９へ出力される。なお、ｃ１、ｃ
２、ｃ３はそれぞれ異なる距離にある障害物等からの反
射波である。

【００１４】図５中、ｄＲ（ｄ１、ｄ２、ｄ３）は増幅
器９０で増幅後の反射波に対応する受信信号である。な
お、増幅器９０の作動電圧の制限によって駆動パルスｃ
０の増幅信号ｄ０は所定の最大振幅となっている。図５
のｂにおいて、ｂ０を除くｂｚ、ｂＲ（ｂ１、ｂ２、ｂ
３）はバンドパスフィルタ８０を経て信号線３９上に出
力される信号である。

【００１５】コントローラ１０では、信号線３９上の受
信信号ｄを増幅器３２で増幅した後、検波器３３で検波
を行う。コンパレータ３４ではこの検波信号ｅを所定強
度Ｌ以上のものに制限し、波形整形して反射波信号ｆＲ
（ｆ１、ｆ２、ｆ３）として出力する。マイクロコンピ
ュータ２０はこのコンパレータ３４から出力された反射
波信号ｆＲと先に出力した発振パルス信号ａとに基づい
て所定の演算を行ない、障害物等までの距離を求める。

【００１６】上述したような超音波センサ装置によれ
ば、超音波の送出と受信が単一の超音波マイク４２で行
なわれて小型化されるとともにコストも安価であり、ま
た信号線３９がセンサ部４０のための電源線をも兼ねて
いるので、構成を簡単にできるという利点が得られる。
また、障害物検出に限らず、例えば車両のフロアと路面
間の距離計測など種々の用途が提案されている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置では、コントローラ１０とセンサ部４０とが別
体とされ、両者を信号線３９で結んでいる構成となって
いるから、信号線３９を介して雑音が混入しやすい。一
方、センサ部４０における反射波受信信号は障害物まで
の距離が長いほど弱く、ｃ１、ｃ２、ｃ３のように順次
に受信電圧が低くなり、また、増幅器９０は一定増幅率
で単に受信信号を比例的に増幅するだけであるから、と
くに遠距離からの反射波は雑音に埋もれてしまってその
識別が困難となるという問題がある。

【００１８】また、圧電素子等を用いた超音波マイク４
２はこれを駆動したとき残響ｃｚを伴うという問題があ
る。単一の超音波マイク４２を超音波送出と受信に兼用
しているので、残響成分もｄｚのように増幅された後信
号線上のｂｚとしてコントローラ１０へ入力されること
となり、とくに検出距離の短い路面など近接距離の計測
では反射波が残響成分ｄｚと重なって識別が困難となる
おそれがある。したがって本発明は、上記の問題点に鑑
み、雑音に対して反射波の識別が容易で、さらには近接
距離の計測範囲も拡大可能の超音波センサ装置を提供す
ることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１の本
発明は、単一の超音波送受信体により超音波を送受信し
反射波を検出して物体の存在を検出する超音波センサ装
置であって、超音波送受信体により受信した受信信号を
逆対数増幅器により増幅したあと反射波の検出処理を行
うように構成されているものとした。逆対数増幅器によ
り、近距離からの反射波も遠距離からの反射波も同レベ
ルの振幅に増幅されるので、その後の検出処理が例えば
信号線を介した遠隔部位で行なわれるとき信号線から雑
音が混入することがあっても、どの反射波も雑音に埋も
れることなく容易に識別される。

【００２０】請求項２の発明は、さらに超音波送受信体
への駆動パルス供給を含む所定時間の間作動する受信信
号減衰手段を、逆対数増幅器の受信信号入力側に設けて
あるものとした。受信信号減衰手段は、請求項３に記載
のように、逆対数増幅器の受信信号入力側と接地間にト
ランジスタを接続し、該トランジスタのベースを駆動パ
ルスにより充電されるコンデンサからなる作動電源に接
続して構成することができる。受信信号減衰手段の作動
により、超音波送受信体の駆動に続く残響の消滅が早ま
り、その分だけさらに近接距離からの反射波が残響に重
なることなく検出可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の形態を実
施例により説明する。図１は実施例の構成を示す図であ
る。図２は各部における信号波形を示す。コントローラ
１０およびこれに接続されたブザー３は、図４に示した
従来装置におけるコントローラおよびブザーと同一であ
る。

【００２２】センサ部４０Ａは、コントローラ１０の第
１制御通信端子１２と信号線３９で接続される第２制御
通信端子４１と、圧電素子からなる超音波マイク４２を
備える。第２制御通信端子４１と超音波マイク４２の間
には、コントローラ１０から第２制御通信端子４１に受
けた信号に基づいて超音波マイク４２への駆動パルスを
生成する出力回路５０が設けられている。出力回路５０
は図４に示した従来装置における出力回路と同じであ
り、トランス５８の２次側が超音波マイク４２に接続さ
れている。

【００２３】超音波マイク４２には、直列のコンデンサ
７５と抵抗７６を介して逆対数増幅器６０とバンドパス
フィルタ８０が順次接続され、バンドパスフィルタ８０
の出力側がコンデンサ７７を介して第２制御通信端子４
１に接続されている。

【００２４】逆対数増幅器６０は、出力側を抵抗を介し
て反転入力部に接続した差動増幅器６１を備え、その反
転入力部と抵抗７６の間にトランジスタ６３が設けられ
ている。トランジスタ６３はコレクタを差動増幅器６１
の反転入力部に、エミッタを抵抗７６に接続し、ベース
には非反転入力部と同じバイアス電圧が印加されるよう
になっている。これにより、逆対数増幅器６０は図３に
示すように、入力電圧が小さいときは出力電圧が高く、
入力電圧が大きいときは出力電圧が低くなる。

【００２５】逆対数増幅器６０におけるトランジスタ６
３のエミッタはさらにトランジスタ６５を介して接地さ
れる。トランジスタ６５のベースは出力回路５０におけ
るトランジスタ５１とトランジスタ５２の接続点と抵抗
６６を介して接続され、また互いに並列の抵抗６７およ
びコンデンサ６８を介して接地されている。

【００２６】バンドパスフィルタ８０は図４に示した従
来装置のセンサ部におけるバンドパスフィルタと同じで
ある。逆対数増幅器６０およびバンドパスフィルタ８０
の各差動増幅器６１、８４の非反転入力部には、ダイオ
ード５３を介して第２制御通信端子４１に接続された抵
抗７１、ツエナダイオード７２およびコンデンサ７３に
より形成されるバイアス電圧が印加されている。

【００２７】上記構成において、センサ部４０Ａでは、
出力回路５０においてコントローラ１０からの信号に基
づいてトランジスタ５１、５２が交互にオン・オフを繰
り返して駆動パルスｃ０を生成し、これにより超音波マ
イク４２を駆動して超音波を送出させる。障害物等に当
たって戻ってきた反射波を超音波マイク４２が受信する
と、その反射波を含む受信信号ｃＲは逆対数増幅器６０
で増幅された後、バンドパスフィルタ８０を経て第２制
御通信端子４１に接続された信号線３９へ出力される。

【００２８】入力電圧の小さい受信信号は逆対数増幅器
６０で大きく増幅され、入力電圧の大きい受信信号は逆
対数増幅器６０で小さく増幅されて、逆対数増幅器６０
後の受信信号はｄＲ’（ｄ１’、ｄ２’、ｄ３’）のよ
うにいずれも同レベルの振幅の波形となる。出力回路５
０が上記駆動パルスｃ０を出力している間、コンデンサ
６８に電荷が蓄えられ、トランジスタ６５はそのベース
電位が高くなってオンし、このため、逆対数増幅器６０
への受信信号の入力は減衰される。

【００２９】コンデンサ６８は駆動パルスｃ０のオフ後
徐々に放電するので、その端子電位は駆動パルスｃ０の
オフ後もしばらく所定値以上の値を保持して、トランジ
スタ６５のオン状態を継続する。これにより、駆動パル
スの増幅信号ｄ０’に続く超音波マイク４２の残響成分
ｄｚ’はそのエネルギーが減衰されて、従来の場合のｄ
ｚの長さよりもＷだけ短い時間で消滅する。図２中、ｂ
ｚ’、ｂＲ’（ｂ１’、ｂ２’、ｂ３’）はバンドパス
フィルタ８０を経て信号線３９上に出力される信号であ
る。また、ｅ’およびｆＲ’（ｆ１’、ｆ２’、ｆ
３’）はそれぞれ信号線３９上の信号ｂ’に対する検波
信号およびコンパレータ３４で抽出された反射波信号で
ある。

【００３０】本実施例は以上のように構成され、単一の
超音波マイク４２で超音波を送受するセンサ部４０Ａと
これを制御するコントローラ１０が信号線３９で接続さ
れた超音波センサ装置において、センサ部４０Ａが超音
波マイク４２の受信信号を逆対数増幅器６０で増幅して
からコントローラ１０へ出力し検波するものとしたの
で、近距離からの反射波も遠距離からの反射波も同レベ
ルの振幅に増幅され、信号線３９から雑音が混入するこ
とがあっても識別容易で、障害物等の検出が確実に行な
われる。

【００３１】また、逆対数増幅器６０の受信信号入力側
をトランジスタ６５を介して接地し、超音波マイク４２
への駆動パルス供給を含む所定時間このトランジスタ６
５をオンさせることにより、超音波マイク駆動に続く残
響の消滅時間が短縮されるので、反射波が残響に重なっ
て識別できない領域が減少し、従来より一層近接した距
離からの反射波が検出できる。上記の所定時間は、トラ
ンジスタ６５のベースに接続された電源に含まれるコン
デンサ６８の容量選択により簡単に調整できる。

【００３２】なお、実施例では単一の超音波送受信体と
して圧電素子からなる超音波マイク４２を用いたが、種
々の代替物を使用することができる。また、コントロー
ラ１０の駆動出力でブザー３を作動させるものとした
が、これに限定されず、視覚的に障害物など反射物体ま
での距離を表示するものとしてもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上のとおり、請求項１の本発明は、単
一の超音波送受信体を用いた超音波センサ装置におい
て、超音波送受信体により受信した受信信号を逆対数増
幅器により増幅したあと反射波の検出処理を行うものと
したので、近距離からの反射波も遠距離からの反射波も
同レベルの振幅に増幅され、これにより、雑音が混入す
ることがあってもどの反射波も雑音に埋もれることなく
容易に識別できる。したがって、超音波送受信体を含む
センサ部と他の検出処理側が離間した部位に設置されて
信号線を介して接続される場合にも、信号線に乗るおそ
れのある雑音に影響を受けない。

【００３４】請求項２の発明は、さらに逆対数増幅器の
受信信号入力側に受信信号減衰手段を設け、駆動パルス
供給を含む所定時間だけ作動させるので、超音波送受信
体の残響の消滅が早まり、近接距離の検出領域が広が
る。請求項３の発明は、超音波送受信体への駆動パルス
により充電されるコンデンサからなる作動電源にベース
を接続したトランジスタを介して逆対数増幅器の受信信
号入力側を接地して上記受信信号減衰手段としたので、
簡単な構成で所定時間を設定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示す図である。

【図２】実施例装置の各部における信号波形を示す図で
ある。

【図３】実施例における逆対数増幅器の増幅率特性を示
す図である。

【図４】従来例を示す図である。

【図５】従来例の各部における信号波形を示す図であ
る。

【符号の説明】

１バッテリ２イグニションスイッチ３ブザー１０コントローラ１１電源端子１２第１制御通信端子１３出力端子１４定電圧源１５、１９抵抗１６制御トランジスタ１７ツエナダイオード１８変調用トランジスタ２０マイクロコンピュータ２１入力端子２２発振出力端子２３駆動出力端子３０抵抗３１コンデンサ３２増幅器３３検波器３４コンパレータ３５抵抗３６駆動トランジスタ３９信号線４０センサ部４０Ａセンサ部４１第２制御通信端子４２超音波マイク５０出力回路５１、５２トランジスタ５３ダイオード５４コンデンサ５５、５６抵抗５７コンデンサ５８トランス６０逆対数増幅器６１差動増幅器６２、６６、６７抵抗６３、６５トランジスタ６８コンデンサ７１、７６抵抗７２ツエナダイオード７３コンデンサ７５、７７コンデンサ８０バンドパスフィルタ８１、８３、８７コンデンサ８２、８５、８６抵抗８４差動増幅器９０増幅器９１差動増幅器９２抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5J083 AA02 AB13 AC05 AC16 AC18 AD04 AE01 AE06 AE08 AF05 BA01 BE50 BE54 CA01 CB01 CC03 EB11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単一の超音波送受信体により超音波を送
受信し反射波を検出して物体の存在を検出する超音波セ
ンサ装置であって、超音波送受信体により受信した受信
信号を逆対数増幅器により増幅したあと反射波の検出処
理を行うように構成されていることを特徴とする超音波
センサ装置。
【請求項２】前記超音波送受信体への駆動パルス供給
を含む所定時間の間作動する受信信号減衰手段を、前記
逆対数増幅器の受信信号入力側に設けてあることを特徴
とする請求項１記載の超音波センサ装置。
【請求項３】前記受信信号減衰手段は、前記逆対数増
幅器の受信信号入力側と接地間にトランジスタを接続し
て構成され、該トランジスタのベースが前記駆動パルス
により充電されるコンデンサからなる作動電源に接続さ
れているものであることを特徴とする請求項２記載の超
音波センサ装置。