JP2013181809A - 距離測定方法及び距離測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】相互相関値の計算に基づいて距離を測定する距離測定方法において、送信する超音波の波形形状を相互相関時の相関値に相違点が表れやすい波形とし、距離測定の精度を高める。
【解決手段】送信器２と、受信器３と、信号処理装置４と、距離測定装置５とを備えた距離測定システム１において、相互相関値の計算に基づいて距離を測定する距離測定方法であって、参照波及び測定波を作成するとき、正位相の波形データ、逆位相の波形データ及び正位相の波形データを連続して送信器２に送信することにより、振幅の大小がはっきりした波形を作成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、距離測定方法及び距離測定システムに関し、より詳しくは相互相関値の計算に基づいて距離を測定する距離測定方法及び距離測定システムに関する。

従来より、超音波を用いた距離測定方法が知られている。この方法では、既知の超音波の伝播速度と、距離を測定するために送受信した超音波の受信器における到達時刻とに基づいて、送信器と受信器との間の距離を測定する。すなわち、送受信器との間の超音波の伝搬時間により距離を測定するため、この方法において距離の測定精度を高めるには、受信器における超音波の到達時刻を高精度で特定することが必要となる。

超音波の到達時刻を精度良く特定するための方法の１つとして、相互相関値の計算に基づく方法が知られている。この方法では、測定のために送受信した測定波の形状と、予め測定しておいた参照波の形状とを比較し、これら測定波と参照波の位相が一致する時刻から、測定波の到達時刻を特定する。ここで、２つの波の位相が一致する時刻は、測定波の波形形状と参照波の波形形状との相関値の最大値を検索することにより特定される（特許文献１参照）。この方法によれば、波形形状のみにより到達時刻を特定できるため、送信器や受信器などの特性による位相遅延の影響が小さい、という利点がある。

国際公開第２００８／０９１０１２号公報

しかしながら、ノイズ等の影響によって波形形状に乱れが生じた場合に、測定波の波形形状の振幅の大小が少ないと、測定波の波形形状と参照波の波形形状との相関値の最大値を検索することが困難になるため、測定波の波形形状と参照波の波形形状との相関値の最大値に誤差が生じ易くなる。具体的には、例えば、図２の（ａ）に示すような測定波の波形形状の場合、ノイズが発生すると振幅が最大となる時間的位置が明確ではなく、振幅が最大となる時間的位置の相関を正しく算出することは容易でない。
そのため、誤差が生じた相関値の最大値に基づいて距離を測定するため、正確な距離を測定することが困難であった。

そこで、本発明は、相互相関値の計算に基づいて距離を測定する距離測定方法及び距離測定システムであって、送信する超音波の波形形状を相互相関時の相関値に相違点が表れやすい波形とし、距離測定の精度を高める距離測定方法及び距離測定システムを提供することを目的とする。

（１）超音波を送信する送信器（例えば、後述の送信器２）と、当該送信器から送信された超音波を受信する受信器（例えば、後述の受信機３）と、前記送信器から超音波を前記受信器に向けて送信するために、所定の波形形状の波形データを変調信号としてキャリア波データを振幅変調した送信波形データを生成する距離測定装置（例えば、後述の距離測定装置５）と、を備えた距離測定システムにおいて、相互相関値の計算に基づいて距離を測定する距離測定方法であって、
前記送信器及び前記受信器により超音波である参照波を送受信し、前記受信器で受信した参照波について標本データ（例えば、後述の標本データＦ［ｉ］）を作成する準備工程（例えば、後述の工程Ｓ１）と、
前記送信器及び前記受信器により超音波である測定波を送受信し、前記受信器で受信した測定波について測定データ（例えば、後述の測定データｇ［ｍ］）を作成する測定工程（例えば、後述の工程Ｓ２）と、
前記測定データと前記標本データの相対位置をずらしながら、これらのデータの相互相関値のピークを検索し、当該相互相関値が最大となる前記標本データの相対位置を特定するピーク検索工程（例えば、後述の工程Ｓ３２）と、
前記ピーク検索工程で特定された相対位置に基づいて算出される時間に基づいて距離を算出する距離算出工程（例えば、後述の工程Ｓ３３）と、を含み、
前記準備工程及び前記測定工程は、いずれも前記送信器に対して、
最初に前記送信波形データを正位相で送信し、続けて前記送信波形データを逆位相で送信し、更に続けて前記送信波形データを正位相で送信する超音波生成工程（例えば、後述の工程Ｓ１１１、１１２、１１３、１１４、１１５）を含むことを特徴とする距離測定方法。

（１）の距離測定システムによれば、先ず準備工程では、所定の波形形状の波形データを変調信号としてキャリア波データを振幅変調した送信波形データに基づき送信器により超音波である参照波を送信し、受信器で受信した参照波について標本データを作成し、次に測定工程では、同じく所定の波形形状の波形データを変調信号としてキャリア波データを振幅変調した送信波形データに基づき送信器により超音波である測定波を送信し、受信器で受信した測定波について測定データを作成する。
次にピーク検索工程では、測定データと標本データの相対位置をずらしながら、これらのデータの相互相関値のピークを検索し、相互相関値が最大となる標本データの相対位置を特定し、次の距離算出工程では、ピーク検索工程で特定された相対位置に基づいて算出される時間に基づいて距離を算出する。

ここで、本発明では、準備工程において参照波、及び測定工程において測定波として、それぞれ送信器によって発信される超音波は、いずれも送信器に対して、最初に送信波形データを正位相で送信し、続けて送信波形データを逆位相で送信し、更に続けて送信波形データを正位相で送信する超音波生成工程によって形成されている。
送信器に対して１つ目の正位相の送信波形データを送信し、続けて２つ目の逆位相の送信波形データを送信するため、送信器の超音波素子に残留している振動は逆向きの振動によって急激に抑制される。これにより、１つ目の超音波の波形はピーク後急激に振幅を小さくし、１つ目の超音波波形と２つ目の超音波波形との間にくびれを形成する。その後、更に正位相の（２つ目の逆位相の信号に対しては逆位相に相当する）３つ目の送信波形データを送信するため、送信器の超音波素子に残留している２つ目の波形の振動は、逆向きの振動によって急激に抑制される。これにより、同様に、２つ目の波形はピーク後急激に振幅を小さくし、２つ目の超音波波形と３つ目の超音波波形との間にくびれを形成する。
このように２つ目の波形は、ピークの前後にくびれを有し、波形の振幅の大小がはっきりと表れている。これによって、受信する超音波の波形に大小が強く出るため、相互相関時の相関値に差が出やすくなり、ノイズの影響を受け難くなり、距離測定の精度を高めることができる。

（２）前記超音波生成工程において送信される１つ目の正位相の送信波形データと、２つ目の逆位相の送信波形データと、３つ目の正位相の送信波形データは、いずれも略正弦波形状の波形データであることを特徴とする請求項１に記載の距離測定方法。

（２）の距離測定方法によれば、送受信する超音波を生成する「基礎波形」として安定性が高いので送信器から送信される超音波波形の形状が安定し、距離測定の精度を高めることができる。

（３）前記超音波生成工程において、前記１つ目の正位相の送信波形データを振幅最大部まで送信した時点で前記２つ目の逆位相の送信波形データの送信を開始し、前記２つ目の逆位相の送信波形データを振幅最大部まで送信した時点で前記３つ目の正位相の送信波形データの送信を開始することを特長とする請求項２に記載の距離測定方法。

（３）の距離測定方法によれば、超音波生成工程において、超音波の振幅が最大となった時点からそのときの超音波の振動と逆位相の送信波形データにより送信器の超音波素子の振動が強制的に抑制されるため、振幅が急激に小さくなり、くびれを有する超音波波形を効果的に形成することができる。これによって、距離測定の精度を更に高めることができる。

（４）超音波を送信する送信器（例えば、後述の送信器２）と、当該送信器から送信された超音波を受信する受信器（例えば、後述の受信機３）と、前記送信器から超音波を前記受信器に向けて送信するために、所定の波形形状の波形データを変調信号としてキャリア波データを振幅変調した送信波形データを生成すると共に、相互相関値の計算に基づいて距離を測定する距離測定装置（例えば、後述の距離測定装置５）とを、備えた距離測定システム（例えば、後述の距離測定システム１）において、
前記距離測定システムは、更に、前記送信器及び前記受信器により超音波である参照波を送受信し、前記受信器で受信した参照波について標本データ（例えば、後述の標本データＦ［ｉ］）を作成すると共に、前記送信器及び前記受信器により超音波である測定波を送受信し、前記受信器で受信した測定波について測定データ（例えば、後述の測定データｇ［ｍ］）を作成する信号処理装置（例えば、後述の信号処理装置４）を備え、
前記距離測定装置は、前記測定データと前記標本データの相対位置をずらしながら、これらのデータの相互相関値のピークを検索し、当該相互相関値が最大となる前記標本データの相対位置を特定し、特定された相対位置に基づいて算出される時間に基づいて距離を算出するものであり、
前記距離測定装置は、更に、前記参照波及び前記測定波を生成するために、前記送信器に対して、最初に前記送信波形データを正位相で送信し、続けて前記送信波形データを逆位相で送信し、更に続けて前記送信波形データを正位相で送信するものであることを特徴とする距離測定システム。

（４）の距離測定システムによれば、（１）と同様の効果を得ることができる。

本発明によれば、相互相関値の計算に基づいて距離を測定する距離測定方法及び距離測定システムであって、送信する超音波の波形形状を相互相関時の相関値に相違点が表れやすい波形とし、距離測定の精度を高める距離測定方法及び距離測定システムを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る距離測定方法が適用された距離測定システムの構成を示す模式図である。 受信器で受信した送信超音波波形を示す図であり、ａは従来の送信超音波波形であり、ｂは送信超音波波形を示す。 本実施形態に係る送信超音波波形の生成原理を説明する図である。 本実施形態に係る距離測定方法の手順を示すフローチャートの図である。 本実施形態に係る相関用データ生成の手順を示すフローチャートの図である。 本実施形態に係る送信超音波波形を生成させる手順を示すフローチャートの図である。 本実施形態に係る測定データ生成の手順を示すフローチャートの図である。 本実施形態に係る送受信器間距離算出の手順を示すフローチャートの図である。 本実施形態に係る相互相関値を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係る距離測定方法が適用された距離測定システム１の構成を示す模式図である。距離測定システム１は、超音波を送信する送信器２と、送信器２から送信された超音波を受信する受信器３と、波形データと電気信号の変換を行う信号処理装置４と、送信された波形データに基づいて各種演算を行う距離測定装置５と、を含んで構成される。この距離測定システム１は、送信器２から所定のタイミングで送信された超音波を受信器３で受信すると共に、距離測定装置５により受信器３における超音波の到達時刻を相互相関値の計算に基づいて特定し、この到達時刻と既知の超音波の伝播速度から送信器２と受信器３との間の距離を測定する。

距離測定装置５は、所定のタイミングで所定の波形形状の波形データを記憶部から取り出し、その波形データを変調信号としてキャリア波データを振幅変調し送信波形データを生成し、生成された送信波形データを信号処理装置４に入力する。信号処理装置４は、入力を受け付けた波形形状信号を電気信号に変換して、電気信号を送信器２に入力する。
送信器２は、超音波素子を含み、信号処理装置４からの電気信号（送信波形データ信号）の入力を受け付けたことに応じて、電気信号を超音波に変換して、超音波を受信器３へ向けて送信する。

受信器３は、超音波センサであってよく、送信器２から送信された超音波を受信し、電気信号に変換し、電気信号を信号処理装置４に入力する。信号処理装置４は、入力を受け付けた電気信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングすることによって当該電気信号に基づいて数値化した波形データを生成し、距離測定装置５に入力する。
距離測定装置５は、信号処理装置４から入力を受け付けた波形データに基づいて、後述の各種演算処理を行うことにより距離を算出する。

図２は、受信器で受信した超音波波形を示す図であり、図２（ａ）は従来の超音波波形であり、図２（ｂ）は本実施形態の超音波波形を示す。これらは、それぞれ、受信機３で受信した超音波から生成した波形データ（後述）をプロットしたものである。
図２（ａ）に示す従来の波形は、振幅が最大になる点を中心とした所定の幅の区間にわたってデータを切り出したウィンドウ内において、振幅の大小がはっきりしないため、ノイズの影響を受けやすい波形形状である。
これに対して、図２（ｂ）に示す本実施形態の超音波波形は、連続した３つのピークを有しており、それぞれのピークの間には、はっきりとした「くびれ」が形成されている。特に、中央のピークにおいて、波形形状の振幅の大小がはっきりと表れている。
後述の通り、中央のピーク、すなわち振幅が最大になる点を中心とした所定の幅の区間にわたってデータを切り出したウィンドウ内のデータを、準備工程に用いる参照波において標本データＦ［ｉ］として、測定工程に用いる測定波において測定データｇ［ｍ］として、それぞれ用いる。
図２（ｂ）に示す本実施形態の波形は、仮にノイズが混入した場合であっても、波形形状の振幅の大小がはっきりと表れているため、ノイズの影響を受け難く、相関関係を判断しやすい。

図３は、本実施形態に係る送信超音波波形の生成原理を説明する図である。
前述の通り、距離測定装置５は、先ず所定の波形形状の波形データを変調信号として所定の周波数のキャリア波データを振幅変調して送信波形データを生成して、生成した送信波形データを信号処理装置４に入力する。信号処理装置４は、入力を受け付けた波形形状信号を電気信号に変換し、電気信号を送信器２に入力する。従って、送信器２に入力される波形データは、所定の波形形状の波形データに等しい。送信器２は、その電気信号（送信波形データに基づく）に従って超音波素子を振動させて超音波を送信する。

所定の波形形状の波形データは、送受信する超音波を生成するための「基礎波形」に相当する。この所定の波形形状の波形データとしては、図３（ｂ）に示すような略正弦波形状の波形データであることが好ましい。
一方、キャリア波データの周波数は、受信機３の超音波センサの特性に合わせて設定してよく、本実施形態では４０ｋＨｚとしている。

図３（ａ）に示す波形は、送信器２に図３（ｂ）に示す略正弦波形状の波形を１つ送信した場合に受信器３が受信する超音波の波形データを示す。前述の通り、送信器２に入力される波形データは、所定の波形形状の波形データ、すなわち、図３（ｂ）に示す略正弦波形状の波形データであるが、図３（ａ）に示す受信器３が受信する超音波の波形データは、図３（ｂ）に示す送信器２に入力された波形データと異なる波形になっている。すなわち、図３（ａ）の超音波の波形データの中央部において振幅の差が顕著に表れておらず、また、ピーク後の波形において振幅が残っている。
これは、送信器２の超音波素子の慣性の影響により振動が入力された波形データの急な変化に追従できないことが原因と考えられる。

一方、図３（ｃ）に示す波形は、送信器２に図３（ｂ）に示す略正弦波形状の波形の送信波形データを２つ連続して送信したとき受信器３が受信する超音波の波形データを示す。１つ目の超音波が最大の振幅を示す時点で新たに同じ位相の送信波形データを送信器２に送信している。そのため、超音波素子の振動が増幅され２つ目の波形はさらに大きな振幅を示している。

図３（ｄ）に示す波形は、送信器２に図３（ｂ）に示す略正弦波形状の波形の送信波形データを最初に正位相、次に逆位相と位相を変えて２つ連続して送信したとき受信器３が受信する超音波の波形データを示す。１つ目の正位相の送信波形データによって超音波が最大の振幅を示す時点で新たに逆位相の送信波形データを送信器２に送信している。
２つ目の超音波は、１つ目の超音波とは逆位相であるため、送信器２の超音波素子に逆の振動が与えられて１つ目の超音波の振動は急激に抑制される。これにより、１つ目の波形はピーク後急激に振幅を小さくし、くびれを形成する。２つ目の波形は、ピーク後の波形において、図３（ａ）の波形と同様に、振幅が残っている。

図３（ｅ）に示す波形は、送信器２に図３（ｂ）に示す略正弦波形状の波形の送信波形データを、最初に正位相、次に逆位相、更に次に正位相と位相を変えて３つ連続して送信したとき受信器３が受信する超音波の波形データを示す。１つ目の正位相の送信波形データによって超音波が最大の振幅を示す時点ｈ２で新たに逆位相の２つ目の送信波形データを送信器２に送信する。２つ目の逆位相の送信波形データによって超音波が最大の振幅を示す時点ｈ４で新たに正位相（２つ目の送信波形データとは逆の位相）の３つ目の送信波形データを送信器２に送信する。
２つ目の超音波は、１つ目の超音波とは逆位相であるため、送信器２の超音波素子は逆の振動が与えられて１つ目の超音波の振動（ｈ１、ｈ２、ｈ３）は急激に抑制される。これにより、１つ目の波形はピーク（ｈ２）後急激に振幅を小さくし、くびれ（ｈ３）を形成する。その後、２つ目の波形は、速やかに波形の振幅を増大し、ピーク（ｈ４）に達する。ここで、３つ目の超音波は、２つ目の超音波とは逆位相であるため、送信器２の超音波素子に逆の振動が与えられて２つ目の超音波の振動は急激に抑制される。従って、同様に、２つ目の超音波（ｈ３、ｈ４、ｈ５）は、ピーク（ｈ４）後急激に振幅を小さくし、くびれ（ｈ５）を形成する。このように２つ目の波形は、ピーク（ｈ４）の前後にくびれ（ｈ３、ｈ５）を有し、波形の振幅の大小がはっきりと表れている。

図４は、本実施形態に係る距離測定方法の手順を示すフローチャートの図である。
先ずＳ１では、Ｓ２及びＳ３に示す測定工程に先立つ準備工程として、相関用データを生成する。より具体的には、送信器２及び受信器３により超音波である参照波を送受信し、受信器３で受信した参照波に基づいて相関用データを生成する。ここで参照波を生成するために送信器２に送信する送信波形データとしては、図２（ｂ）に示すものを用いる。なお、相関用データ生成の詳細な手順については、図５及び図６を参照して後述する。

Ｓ２では、送信器２及び受信器３により超音波である測定波を送受信し、受信器３で受信した測定波に基づいて測定データを生成する。ここで測定波を生成するために送信器２に送信する送信波形データとしては、Ｓ１において送受信される参照波を生成するために送信器２に送信する送信波形データと同じく、図２（ｂ）に示すものを用いる。なお、測定データ生成の詳細な手順については、図７を参照して後述する。

Ｓ３では、Ｓ１で生成した相関用データ及びＳ２で生成した測定データに基づいて、送受信器間の距離を算出する。なお、送受信器間の距離算出の詳細な手順については、図８を参照して後述する。

図５は、本実施形態に係る相関用データ生成の手順を示すフローチャートの図である。
Ｓ１１では、相関用データの元となる参照波を送信し、Ｓ１２に移る。このＳ１１では、具体的には、前述の通り、図３（ｂ）に示す略正弦波形状の波形の正位相の送信波形データ、逆位相の送信波形データ及び正位相の送信波形データを連続して信号処理装置４に入力し、信号処理装置４によって電気信号に変換して送信器２に入力する。送信器２は、入力された電気信号に基づき、参照波である超音波を送信する。
送信器２が送信する超音波の周波数は、用いられるキャリア波データの周波数に等しく、前述の通り、本実施形態においては４０ｋＨｚである。
以下、この処理（超音波生成工程）の手順について具体的に説明する。

図６は、本実施形態に係る送信超音波波形を生成させる手順を示すフローチャートの図である。
Ｓ１１１では、距離測定装置５は、記憶部から送信しようとする所定の波形形状の波形データを読み出し、読み出された所定の波形形状の波形データを変調信号として所定の周波数のキャリア波データを振幅変調して送信波形データを作成する。作成された送信波形データは、図３(ｂ)に示すように中央にピークを有する形状になっている。
ここで、記憶部から送信しようとする所定の波形形状の波形データを読み出し、その波形データを変調信号としてキャリア波データを振幅変調して送信波形データを作成する代わりに、予め送信しようとする所定の波形形状の波形データを変調信号としてキャリア波データを振幅変調して送信波形データを作成して記憶部に保存しておき、Ｓ１１１で記憶部から読み出すように構成してもよい。
以下、Ｓ１１１で作成した、または読み出した送信波形データを正位相送信波形データという。

次に、Ｓ１１２では、距離測定装置５は、正位相送信波形データの逆位相である送信波形データを生成する。以下、生成した送信波形データを逆位相送信波形データという。

次に、Ｓ１１３では、距離測定装置５は、正位相送信波形データを信号処理装置４に入力する。信号処理装置４は、入力を受け付けた正位相送信波形データを電気信号に変換して、送信器２に入力する。送信器２は、入力を受け付けた電気信号に基づいて、超音波を送信する。

次に、Ｓ１１４では、距離測定装置５は、逆位相送信波形データを信号処理装置４に入力する。信号処理装置４は、入力を受け付けた逆位相送信波形データを電気信号に変換して、送信器２に入力する。送信器２は、入力を受け付けた電気信号に基づいて、超音波を送信する。この際、逆位相送信波形データに対応する超音波は、Ｓ１１３で送信した正位相送信波形データに対応する超音波の振幅が最大となるタイミングで送信するように設定されている。

次に、Ｓ１１５では、距離測定装置５は、正位相送信波形データを信号処理装置４に入力する。信号処理装置４は、入力を受け付けた正位相送信波形データを電気信号に変換して、送信器２に入力する。送信器２は、受信した電気信号に基づいて、超音波を送信する。この際、正位相送信波形データに対応する超音波は、Ｓ１１４で送信した逆位相送信波形データに対応する超音波の振幅がピークに達するタイミングで送信するように設定されている。

図５に戻って、Ｓ１２では、受信器３が、Ｓ１１で送信した参照波を受信する。受信器３は受信した参照波を電気信号に変換して信号処理装置４に送信する。信号処理装置４は、受信した電気信号を波形データに変換して、距離測定装置５に送信する。

Ｓ１３では、Ｓ１２で受信した３つのピークを有する波形データのうち、２つ目の波形データを切り出すことにより標本データを生成し、Ｓ１３に移る。より具体的には、図２（ｂ）に示すように、Ｓ１２で受信した波形データに対し、３つのピークを有する波形データのうち、最も波形形状の大小が出ている２つ目の波形を、１つ目の波形のピークと２つ目の波形のピークとの間のくびれの部分から２つ目の波形のピークと３つ目の波形のピークとの間のくびれの部分までをウィンドウとしてデータを切り出し、これを標本データにする。なお、標本データは、標本データＦ［ｉ］とし、“ｉ”は、所定のサンプリング周波数下で離散化した時間におけるサンプリング時刻を示し、所定のサンプリング時刻における振幅値を格納する。
本実施形態では、Ｓ１１で生成した波形データから５００点のデータを切り出すことにより、標本データＦ［ｉ］（ｉ＝０〜４９９）を生成する。

Ｓ１４では、Ｓ１３で生成した標本データＦ［ｉ］に含まれるノイズを除去した後、Ｓ１５に移る。

Ｓ１５では、標本データＦ［ｉ］から相関用データを生成した後、図４のＳ２に移る。

図７は、本実施形態に係る測定データ生成の手順を示すフローチャートの図である。
Ｓ２１では、信号処理装置４から電気信号を送信器２に送信し、送信器２から測定波を送信させ、Ｓ２２に移る。
ここにおいても、Ｓ１１と同様に、図３（ｂ）に示す略正弦波形状の波形データの正位相の送信波形データ、逆位相の送信波形データ及び正位相の送信波形データを連続して信号処理装置４に入力し、信号処理装置４によって電気信号に変換して送信器２に入力する。送信器２は、入力された電気信号に基づき、測定波である超音波を送信する。送信器２が送信する超音波の周波数は、同様に４０ｋＨｚである。

Ｓ２２では、受信器３により測定波を受信し、受信した測定波について、前述の相関用データのサンプリング周波数と同じ周波数のサンプリング周波数でサンプリングし、測定データｇ［ｍ］を生成し、図４のＳ３に移る。ここで“ｍ”は、所定のサンプリング周波数の下で離散化した時間におけるサンプリング時刻を示す。本実施形態では、測定波の振幅最大となる中心を含むように、５００点にわたって測定データｇ［ｍ］（ｍ＝０〜４９９）を生成する。

図８は、本実施形態に係る送受信器間距離算出の手順を示すフローチャートの図である。
Ｓ３１では、測定データｇ［ｍ］のうち振幅最大となる時刻位置を抽出する。測定データｇ［ｍ］の振幅最大となる時刻位置を予め抽出しておくことにより、振幅が最大となる中心付近においてのみ測定データと相関用データとの相互相関値の計算を行うことができるのでピークの検索にかかる計算回数を減らすことができる。

Ｓ３２では、これら測定データｇ［ｍ］及び相関用データＦ［ｉ］の相互相関値のピークを検索する。具体的には、測定データと相関用データとの相対位置をずらしながら、これら相関用データと測定データとの相互相関値を計算し、その相互相関値が最大となるピークを検索する。この場合に、測定データの時刻位置は、振幅最大となる時刻位置から所定の範囲遡った時刻位置を基準値とすることが望ましい。

次に、Ｓ３３では、測定データの測定を開始してから相互相関値のピークを示すまでの時間と測定波の伝播速度とを積算することにより、送信器２と受信器３との間の距離を算出する。

図９は、本実施形態に係る相互相関値を示す図である。
図中Ｐ２は、図２（ａ）に示す超音波波形を参照波及び測定波に用いたときの相互相関値の波形を示す。図から明らかなように、相互相関値が最大となるピークはなだらかであり、ノイズによって相互相関値が最大となる伝播時刻位置に誤差が含まれ易い。
これに対して、Ｐ１は、図２（ａ）に示す本実施形態に係る超音波波形を参照波及び測定波に用いたときの相互相関値の波形を示す。相互相関値が最大となるピークは峻険であり、ノイズによっても互相関値が最大となる伝播時刻位置に誤差が含まれ難い。従って、本実施形態に係る超音波波形を参照波及び測定波に用いることにより距離測定の精度を高めることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態で挙げたキャリア波データの周波数やサンプリングデータ数などの具体的な値は一例であり、本発明はこれに限るものではない。

１・・・距離測定システム
２・・・送信器
３・・・受信器
４・・・信号処理装置
５・・・距離測定装置

Claims (4)

1. 超音波を送信する送信器と、当該送信器から送信された超音波を受信する受信器と、前記送信器から超音波を前記受信器に向けて送信するために、所定の波形形状の波形データを変調信号としてキャリア波データを振幅変調した送信波形データを生成する距離測定装置と、を備えた距離測定システムにおいて、相互相関値の計算に基づいて距離を測定する距離測定方法であって、
   前記送信器及び前記受信器により超音波である参照波を送受信し、前記受信器で受信した参照波について標本データを作成する準備工程と、
   前記送信器及び前記受信器により超音波である測定波を送受信し、前記受信器で受信した測定波について測定データを作成する測定工程と、
   前記測定データと前記標本データの相対位置をずらしながら、これらのデータの相互相関値のピークを検索し、当該相互相関値が最大となる前記標本データの相対位置を特定するピーク検索工程と、
   前記ピーク検索工程で特定された相対位置に基づいて算出される時間に基づいて距離を算出する距離算出工程と、を含み、
   前記準備工程及び前記測定工程は、いずれも前記送信器に対して、
   最初に前記送信波形データを正位相で送信し、続けて前記送信波形データを逆位相で送信し、更に続けて前記送信波形データを正位相で送信する超音波生成工程を含むことを特徴とする距離測定方法。
2. 前記超音波生成工程において送信される１つ目の正位相の送信波形データと、２つ目の逆位相の送信波形データと、３つ目の正位相の送信波形データは、いずれも略正弦波形状の波形データであることを特徴とする請求項１に記載の距離測定方法。
3. 前記超音波生成工程において、前記１つ目の正位相の送信波形データを振幅最大部まで送信した時点で前記２つ目の逆位相の送信波形データの送信を開始し、前記２つ目の逆位相の送信波形データを振幅最大部まで送信した時点で前記３つ目の正位相の送信波形データの送信を開始することを特長とする請求項２に記載の距離測定方法。
4. 超音波を送信する送信器と、当該送信器から送信された超音波を受信する受信器と、前記送信器から超音波を前記受信器に向けて送信するために、所定の波形形状の波形データを変調信号としてキャリア波データを振幅変調した送信波形データを生成すると共に、相互相関値の計算に基づいて距離を測定する距離測定装置とを、備えた距離測定システムにおいて、
   前記距離測定システムは、更に、前記送信器及び前記受信器により超音波である参照波を送受信し、前記受信器で受信した参照波について標本データを作成すると共に、前記送信器及び前記受信器により超音波である測定波を送受信し、前記受信器で受信した測定波について測定データを作成する信号処理装置を備え、
   前記距離測定装置は、前記測定データと前記標本データの相対位置をずらしながら、これらのデータの相互相関値のピークを検索し、当該相互相関値が最大となる前記標本データの相対位置を特定し、特定された相対位置に基づいて算出される時間に基づいて距離を算出するものであり、
   前記距離測定装置は、更に、前記参照波及び前記測定波を生成するために、前記送信器に対して、最初に前記送信波形データを正位相で送信し、続けて前記送信波形データを逆位相で送信し、更に続けて前記送信波形データを正位相で送信するものであることを特徴とする距離測定システム。

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