JP2015161530A - ultrasonic sensor - Google Patents

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JP2015161530A
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逸志 只政
Itsushi Tadamasa
逸志 只政
一將 山内
Kazumasa Yamauchi
一將 山内
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect accurately, in an ultrasonic sensor, a received signal resulting from the reflection wave of a received wave even when the reflection wave from an object to be located is received while a reverberation signal still exists.SOLUTION: A wave transmission drive unit transmits a drive signal 11 modulated by binary phase-shift keying, and a phase pattern detection unit detects a phase change of a prescribed pattern in the signal after being amplified by an amplification unit. Here, a reverberation signal resulting from the free oscillation of an oscillator is constant in frequency and phase. Accordingly, when the phase change of the prescribed pattern is detected by the phase pattern detection unit, the received signal concerned includes a received signal 14 resulting from a reflection wave (including two phases). Furthermore, by turning the phase change pattern detected by the phase pattern detection unit into a phase change pattern assumed to result from binary phase-shift keying, it is made possible to detect accurately a phase change resulting from the received reflection wave, and, hence, to detect accurately the received signal resulting from the reflection wave.

Description

本発明は、超音波の送波と受波に共用する振動子を有し、送波した超音波に対する、検知対象物からの反射波に応じた受信信号に基づいて、検知対象物までの距離を計算する超音波センサに関する。   The present invention has a vibrator that is commonly used for transmission and reception of ultrasonic waves, and is based on a received signal corresponding to a reflected wave from the detection object with respect to the transmitted ultrasonic waves, and the distance to the detection object The present invention relates to an ultrasonic sensor that calculates

従来より、超音波の送波と受波に共用する（圧電セラミック等で形成された）振動子を有し、マイクロフォンとスピーカとを同一の筐体に組み込んだ、一体型の送受信器を有する送受信兼用超音波センサが知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の超音波センサでは、駆動信号に基づく振動子の振動を、振動子の共振を利用して増幅して、超音波領域のバースト波を送波した後、検知対象物からの反射波を振動子で受波することにより生じる振動子の振動を、振動子の共振を利用して増幅する。そして、この共振により増幅された振動子の振動に応じた受信信号を増幅器で増幅した後、増幅後の受信信号を検波して、検波後の受信信号の振幅値が、所定の閾値より大きいか否かを検出することにより、反射波の受波を検知する。具体的に言うと、検波後の受信信号の振幅値が、所定の閾値より大きいか否かをコンパレータにより判定する。この結果、図１０に示されるように、検知ゲートを開いた後に、コンパレータが、受信信号の振幅値が所定の閾値より大きくなったと判定したとき（コンパレータからの出力信号がハイになったとき）に、検知対象物からの反射波を受波したと判定する。そして、送波の開始時にコンパレータからの出力信号がハイになった時ｔ１０１と、検知ゲートを開いた後にコンパレータからの出力信号がハイになった時ｔ１０２との間の時間（時間計測期間）Ｔ１０１を求め、この時間Ｔ１０１に基づき検知対象物までの距離を求める。 Conventionally, a transmitter / receiver having an integrated transmitter / receiver that has a vibrator (formed of piezoelectric ceramic) shared by ultrasonic transmission and reception and that incorporates a microphone and a speaker in the same housing A combined ultrasonic sensor is known (for example, see Patent Document 1). In this type of ultrasonic sensor, the vibration of the vibrator based on the drive signal is amplified using the resonance of the vibrator, and a burst wave in the ultrasonic region is transmitted. The vibration of the vibrator generated by receiving by the vibrator is amplified using the resonance of the vibrator. Then, after amplifying the received signal corresponding to the vibration of the vibrator amplified by this resonance with an amplifier, the amplified received signal is detected, and whether the amplitude value of the received signal after detection is greater than a predetermined threshold value. By detecting whether or not, the reception of the reflected wave is detected. Specifically, the comparator determines whether the amplitude value of the received signal after detection is greater than a predetermined threshold value. As a result, as shown in FIG. 10, after the detection gate is opened, when the comparator determines that the amplitude value of the received signal is greater than a predetermined threshold (when the output signal from the comparator becomes high). Then, it is determined that the reflected wave from the detection target is received. Then, the time (time measurement period between t 101 when the output signal from the comparator at the start of the transmit goes high, and t 102 when the output signal from the comparator goes high after opening detection gate ) obtains the T 101, obtains the distance to the object to be detected on the basis of the time T 101.

特開昭６４−４４８７６号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-44876

ところが、上記の送受信兼用超音波センサは、送波時に、振動子の共振を利用して、振動子の振動を増幅しているため、送波が終了（振動子への駆動信号の印加が終了）しても、直ぐに振動子（振動板）の振動を止めることができない。このため、振動子への駆動信号の印加が終了して、強制振動が終了しても、図１０に示されるように、送受信器の端子（電極）間には、自由振動に起因する残響信号（残響電圧）が発生する。この残響信号があると、近距離にある検知対象物からの反射波に起因する受信信号が、残響信号に埋もれてしまうので、反射波を検出できないことがある。従って、近距離にある検知対象物からの反射波を検出するには、残響信号が十分収束した後に、検知ゲートを開く必要がある。ここで、残響信号が収束するまでの時間には、ある程度マージンを持たせる必要があるため、検知ゲートを開く時間を、残響信号が収束するであろうと予測される時間から、さらに遅らせる必要がある。このため、近距離性能（送受信器からの距離が短い対象物の検知能力）が、悪化する。すなわち、従来のこの種の超音波センサでは、ある程度遠方にある対象物しか検知することができなかった。   However, the transmission / reception ultrasonic sensor uses the resonance of the vibrator to amplify the vibration of the vibrator at the time of transmission, so the transmission is finished (application of the drive signal to the vibrator is finished). ), The vibration of the vibrator (diaphragm) cannot be stopped immediately. For this reason, even if the application of the drive signal to the vibrator is finished and the forced vibration is finished, as shown in FIG. 10, a reverberation signal caused by free vibration is generated between the terminals (electrodes) of the transceiver. (Reverberation voltage) occurs. If this reverberation signal is present, the received signal resulting from the reflected wave from the object to be detected at a short distance is buried in the reverberant signal, and therefore the reflected wave may not be detected. Therefore, in order to detect a reflected wave from a detection object at a short distance, it is necessary to open the detection gate after the reverberation signal has sufficiently converged. Here, the time until the reverberation signal converges needs to have some margin, so the time for opening the detection gate needs to be further delayed from the time when the reverberation signal is expected to converge. . For this reason, short distance performance (detection ability of the object with a short distance from a transceiver) deteriorates. That is, with this type of conventional ultrasonic sensor, only an object that is far away can be detected.

そこで、上記特許文献１に記載の発明は、駆動信号により振動子を駆動した直後に、駆動信号と逆位相の信号を振動子に印加することにより、残響（信号）を短時間に収束させて、送受信兼用超音波センサの近傍の対象物の検知を可能にすることを図っている。しかしながら、振動子（振動板）の個体差や劣化により、残響信号の収束に要する時間には、ある程度の幅がある（一定ではない）。この残響信号の収束に要する時間の幅を考慮して、（超音波の送波から）検知ゲートを開くまでの時間を大幅に遅らせた場合には、特許文献１の発明でも、送受信兼用超音波センサ近傍の対象物の検知を行うことができない。従って、特許文献１の発明のような、残響信号の収束を早めることにより近距離性能（送受信器からの距離が短い対象物の検知能力）を高める方式では、近距離性能の改善効果に限界がある。   Therefore, in the invention described in Patent Document 1, the reverberation (signal) is converged in a short time by applying a signal having a phase opposite to that of the drive signal to the vibrator immediately after the vibrator is driven by the drive signal. It is intended to enable detection of an object in the vicinity of the transmission / reception ultrasonic sensor. However, the time required for convergence of the reverberation signal has a certain range (not constant) due to individual differences and deterioration of the vibrator (diaphragm). In consideration of the range of time required for convergence of the reverberation signal, when the time until the detection gate is opened (from the transmission of ultrasonic waves) is significantly delayed, the invention of Patent Document 1 also uses ultrasonic waves for both transmission and reception. An object in the vicinity of the sensor cannot be detected. Therefore, the method of improving the short-range performance (detection ability of an object with a short distance from the transmitter / receiver) by increasing the convergence of the reverberation signal as in the invention of Patent Document 1 has a limit to the improvement effect of the short-range performance. is there.

本発明は、上記課題を解決するものであり、残響信号が残っている間に、検知対象物からの反射波を受波した場合でも、受波した反射波に起因する受信信号を正確に検出することができるようにして、近距離性能を向上させることが可能な超音波センサを提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described problem. Even when a reflected wave from a detection target is received while a reverberation signal remains, the received signal due to the received reflected wave is accurately detected. An object of the present invention is to provide an ultrasonic sensor capable of improving the short-range performance.

上記課題を解決するために、本発明の超音波センサは、超音波の送波と受波に共用する振動子を有し、超音波の送波と、送波した超音波に対する、検知対象物からの反射波の受波とを行って、受波した反射波に応じた受信信号を出力する送受信器と、前記送受信器における振動子を駆動するための、２位相偏移変調した駆動信号を送信する送波駆動部と、前記送受信器から出力された信号を増幅する増幅部と、前記増幅部による増幅後の信号を検波して、検波後の信号の振幅値が、所定の閾値より大きいか否かを検出する振幅検出部と、前記増幅部による増幅後の信号における位相角を検出して出力する位相角検出部と、前記位相角検出部から出力された位相角の信号波形に基づいて、前記増幅部による増幅後の信号における、所定のパターンの位相の変化を検出する位相パターン検出部と、前記振幅検出部による検出結果と、前記位相パターン検出部による検出結果とに基づいて、前記検知対象物までの距離を計算する距離計測部とを備える。   In order to solve the above-described problems, an ultrasonic sensor according to the present invention includes a vibrator that is commonly used for transmission and reception of ultrasonic waves, and is an object to be detected with respect to ultrasonic transmission and ultrasonic waves transmitted. A transmitter / receiver that receives a reflected wave from the transmitter and outputs a received signal corresponding to the received reflected wave, and a two-phase shift-modulated drive signal for driving a transducer in the transmitter / receiver. A transmission drive unit for transmission, an amplification unit for amplifying the signal output from the transceiver, and a signal amplified by the amplification unit are detected, and the amplitude value of the detected signal is larger than a predetermined threshold value An amplitude detector that detects whether or not, a phase angle detector that detects and outputs a phase angle in the signal amplified by the amplifier, and a signal waveform of the phase angle output from the phase angle detector A predetermined pattern in the signal amplified by the amplifying unit. A phase pattern detection unit that detects a change in the phase of the signal, a detection result by the amplitude detection unit, and a distance measurement unit that calculates a distance to the detection target based on the detection result by the phase pattern detection unit. Prepare.

この超音波センサにおいて、前記位相パターン検出部は、その時点で前記位相角検出部から出力された位相角と、所定時間前に前記位相角検出部から出力された位相角との差分量の絶対値を出力する位相角微分部と、前記位相角微分部から出力された差分量の絶対値の大きさが所定の値より小さい状態が、所定の時間以上続いたときに、前記位相角検出部から出力された位相角を記憶する第１の位相角記憶部と、前記第１の位相角記憶部に前記位相角を記憶した時点から所定の時間経過した後に、前記位相角微分部から出力された差分量の絶対値の大きさが所定の値より小さい状態が、所定の時間以上続いたときに、前記位相角検出部から出力された位相角を記憶する第２の位相角記憶部と、前記第１の位相角記憶部に記憶された位相角と、前記第２の位相角記憶部に記憶された位相角との差が、所定の値の範囲内に入っていた場合に、前記所定のパターンの位相の変化を検出したと判定する位相変化判定部とを備えることが好ましい。   In this ultrasonic sensor, the phase pattern detection unit calculates the absolute difference between the phase angle output from the phase angle detection unit at that time and the phase angle output from the phase angle detection unit a predetermined time ago. A phase angle differential unit that outputs a value, and the phase angle detection unit when a state in which an absolute value of a difference amount output from the phase angle differential unit is smaller than a predetermined value continues for a predetermined time or more. A first phase angle storage unit that stores the phase angle output from the first phase angle storage unit, and a predetermined time after the phase angle is stored in the first phase angle storage unit. A second phase angle storage unit that stores the phase angle output from the phase angle detection unit when a state in which the magnitude of the absolute value of the difference amount is smaller than a predetermined value continues for a predetermined time or more; A phase angle stored in the first phase angle storage unit; A phase change determination unit that determines that a change in the phase of the predetermined pattern has been detected when the difference from the phase angle stored in the second phase angle storage unit is within a predetermined value range. It is preferable to comprise.

この超音波センサにおいて、その時点で前記位相角検出部から出力された位相角と、所定時間前に前記位相角検出部から出力された位相角との差分量の絶対値が、所定の値を超えたときに、受信信号の位相が変化したと判定する位相変化検出部をさらに備え、前記距離計測部は、前記送受信器による超音波の送波時及び送波直後における、検知ゲートを開いていない期間である第１のゲート期間では、前記検知対象物までの距離を計算せず、前記第１のゲート期間直後の期間であって、所定値以上の振幅幅の残響信号が残っている期間である第２のゲート期間では、前記検知対象物までの距離を計算せず、前記振幅検出部による検出結果と、前記位相変化検出部による検出結果とに基づいて、前記検知対象物の存在の有無を検知し、前記第２のゲート期間直後の期間であって、前記残響信号の振幅幅が所定値未満に収束している期間である第３のゲート期間では、前記振幅検出部による検出結果と、前記位相パターン検出部による検出結果とに基づいて、前記検知対象物までの距離を計算してもよい。   In this ultrasonic sensor, the absolute value of the difference between the phase angle output from the phase angle detection unit at that time and the phase angle output from the phase angle detection unit a predetermined time ago is a predetermined value. A phase change detection unit that determines that the phase of the received signal has changed when the frequency exceeds, the distance measurement unit opens a detection gate at the time of transmitting an ultrasonic wave by the transceiver and immediately after the transmission; In the first gate period, which is not a period, the distance to the detection target is not calculated, and a period immediately after the first gate period, in which a reverberation signal having an amplitude width of a predetermined value or more remains. In the second gate period, the distance to the detection target is not calculated, and the presence of the detection target is detected based on the detection result by the amplitude detection unit and the detection result by the phase change detection unit. Detecting the presence or absence of the second In a third gate period, which is a period immediately after the gate period and in which the amplitude width of the reverberation signal has converged below a predetermined value, the detection result by the amplitude detector and the detection by the phase pattern detector Based on the result, the distance to the detection object may be calculated.

この超音波センサにおいて、その時点で前記位相角検出部から出力された位相角と、所定時間前に前記位相角検出部から出力された位相角との差分量の絶対値が、所定の値を超えたときに、受信信号の位相が変化したと判定する位相変化検出部をさらに備え、前記距離計測部は、前記送受信器による超音波の送波時及び送波直後における、検知ゲートを開いていない期間である第１のゲート期間では、前記検知対象物までの距離を計算せず、前記第１のゲート期間直後の期間であって、所定値以上の振幅幅の残響信号が残っている期間である第２のゲート期間では、前記振幅検出部による検出結果と、前記位相変化検出部による検出結果とに基づいて、前記検知対象物までの距離を計算し、前記第２のゲート期間直後の期間であって、前記残響信号の振幅幅が所定値未満に収束している期間である第３のゲート期間では、前記振幅検出部による検出結果と、前記位相パターン検出部による検出結果とに基づいて、前記検知対象物までの距離を計算してもよい。   In this ultrasonic sensor, the absolute value of the difference between the phase angle output from the phase angle detection unit at that time and the phase angle output from the phase angle detection unit a predetermined time ago is a predetermined value. A phase change detection unit that determines that the phase of the received signal has changed when the frequency exceeds, the distance measurement unit opens a detection gate at the time of transmitting an ultrasonic wave by the transceiver and immediately after the transmission; In the first gate period, which is not a period, the distance to the detection target is not calculated, and a period immediately after the first gate period, in which a reverberation signal having an amplitude width of a predetermined value or more remains. In the second gate period, the distance to the object to be detected is calculated based on the detection result by the amplitude detection unit and the detection result by the phase change detection unit, and immediately after the second gate period. The remaining period In the third gate period in which the amplitude width of the signal is converged below a predetermined value, the detection target is detected based on the detection result by the amplitude detection unit and the detection result by the phase pattern detection unit. May be calculated.

本発明の超音波センサによれば、送波駆動部が、２位相偏移変調した駆動信号を送信して、位相パターン検出部が、増幅部による増幅後の信号における、所定のパターンの位相の変化を検出するようにした。ここで、振動子の自由振動に起因する残響信号（残響電圧）は、周波数及び（信号の）位相が一定である。従って、位相パターン検出部が、増幅部による増幅後の信号における、所定のパターンの位相の変化を検出したときには、その受信信号は、（２つの位相を含む）反射波に起因する受信信号を含むということになる。ここで、単に位相が変化しただけならば、その変化がノイズに起因した位相の変化であるということも考えられる。しかしながら、位相パターン検出部が検出するのは、所定のパターンの位相の変化である。従って、位相パターン検出部は、検出対象となる位相の変化のパターンを、２位相偏移変調に起因していると思われる位相の変化のパターンにすることにより、受波した（２つの位相を含む）反射波に起因する位相の変化を正確に検出することができる。   According to the ultrasonic sensor of the present invention, the transmission drive unit transmits a drive signal subjected to the two-phase shift modulation, and the phase pattern detection unit detects the phase of the predetermined pattern in the signal amplified by the amplification unit. Change was detected. Here, the reverberation signal (reverberation voltage) resulting from the free vibration of the vibrator has a constant frequency and phase. Therefore, when the phase pattern detection unit detects a change in the phase of a predetermined pattern in the signal amplified by the amplification unit, the reception signal includes a reception signal caused by a reflected wave (including two phases). It turns out that. Here, if the phase is simply changed, it can be considered that the change is a phase change caused by noise. However, the phase pattern detection unit detects a change in the phase of a predetermined pattern. Therefore, the phase pattern detection unit receives the signal by changing the phase change pattern to be detected into a phase change pattern that is considered to be caused by the two-phase shift keying (the two phases are changed). It is possible to accurately detect a phase change caused by a reflected wave.

このため、本超音波センサによれば、超音波センサ近傍の検知対象物からの反射波を受波したときのように、残響信号が残っている間に、検知対象物からの反射波に起因する受信信号を受信した場合でも、距離計測部が、位相パターン検出部による検出結果に基づいて、検知対象物からの反射波の受波を正確に検知することができる。これにより、超音波センサの近距離性能（送受信器からの距離が短い対象物の検知能力）を向上させることができるので、近距離の（送受信器からの距離が短い）検知対象物までの距離を正確に求めることができる。また、距離計測部は、振幅検出部による検出結果に基づいて、位相パターン検出部による検出結果（検出した、所定のパターンの位相の変化）から、振幅（値）の小さいノイズ成分を除去することができる。従って、位相パターン検出部による検出結果のみを用いて検知対象物までの距離を求めた場合と比べて、検知対象物までの距離をより正確に求めることができる。   For this reason, according to this ultrasonic sensor, it is caused by the reflected wave from the detection target while the reverberation signal remains as when the reflected wave from the detection target near the ultrasonic sensor is received. Even when the received signal is received, the distance measurement unit can accurately detect the reception of the reflected wave from the detection target based on the detection result by the phase pattern detection unit. As a result, the short-range performance of the ultrasonic sensor (the ability to detect an object with a short distance from the transmitter / receiver) can be improved, so the distance to the detection object at a short distance (the distance from the transmitter / receiver is short) Can be obtained accurately. Further, the distance measuring unit removes a noise component having a small amplitude (value) from the detection result (detected change in the phase of the predetermined pattern) based on the detection result by the amplitude detection unit. Can do. Therefore, the distance to the detection target can be determined more accurately than when the distance to the detection target is determined using only the detection result by the phase pattern detection unit.

本発明の第１の実施形態に係る超音波センサのブロック構成図。The block block diagram of the ultrasonic sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 同超音波センサによる距離の計測時の動作を説明するためのタイミングチャート。The timing chart for demonstrating the operation | movement at the time of the distance measurement by the ultrasonic sensor. 同超音波センサの詳細なブロック構成図。The detailed block block diagram of the ultrasonic sensor. 図３中の位相パターン検出部と位相角検出部のブロック構成図。The block block diagram of the phase pattern detection part in FIG. 3, and a phase angle detection part. 位相パターン検出部の処理のフローチャート。The flowchart of the process of a phase pattern detection part. 本発明の第２の実施形態に係る超音波センサのブロック構成図。The block block diagram of the ultrasonic sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 同超音波センサの動作を説明するためのタイミングチャート。The timing chart for demonstrating operation | movement of the ultrasonic sensor. 図７中の第２のゲート期間に受波したときに、送受信器の端子間電圧の信号に現れる位相の変化と、位相コンパレータから出力されるストップ信号を示すタイミングチャート。The timing chart which shows the change of the phase which appears in the signal of the voltage between terminals of a transmitter / receiver, and the stop signal output from a phase comparator when it receives in the 2nd gate period in FIG. 図６中の位相変化検出部と位相角検出部と位相パターン検出部のブロック構成図。The block block diagram of the phase change detection part in FIG. 6, a phase angle detection part, and a phase pattern detection part. 従来の超音波センサによる距離の計測時の動作を説明するためのタイミングチャート。The timing chart for demonstrating the operation | movement at the time of the distance measurement by the conventional ultrasonic sensor.

以下、本発明を具体化した実施形態による超音波センサについて、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による超音波センサの機能ブロック構成を示す。超音波センサ１は、送波駆動部２と、昇圧トランス３と、振動子を有する送受信器４と、増幅部５と、振幅検出部６と、位相角検出部７と、位相パターン検出部８と、距離計測部９とを備えている。送波駆動部２は、送受信器４における振動子を駆動するための、２位相偏移変調（ＢＰＳＫ（ｂｉｎａｒｙ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ））変調）した駆動信号を送信する。昇圧トランス３は、１次コイル３ａと２次コイル３ｂとを有しており、送波駆動部２から送られた駆動信号電圧を昇圧して、送受信器４に出力する。上記の振幅検出部６、位相角検出部７、位相パターン検出部８、及び距離計測部９は、マイコン（マイクロコンピュータ）１０により構成されている。   Hereinafter, an ultrasonic sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a functional block configuration of an ultrasonic sensor according to the first embodiment of the present invention. The ultrasonic sensor 1 includes a transmission drive unit 2, a step-up transformer 3, a transceiver 4 having a vibrator, an amplification unit 5, an amplitude detection unit 6, a phase angle detection unit 7, and a phase pattern detection unit 8. And a distance measuring unit 9. The transmission driver 2 transmits a drive signal that has been subjected to two-phase shift keying (BPSK (binary phase shift keying)) for driving the transducer in the transceiver 4. The step-up transformer 3 has a primary coil 3 a and a secondary coil 3 b, boosts the drive signal voltage sent from the wave transmission drive unit 2, and outputs it to the transceiver 4. The amplitude detection unit 6, phase angle detection unit 7, phase pattern detection unit 8, and distance measurement unit 9 are configured by a microcomputer (microcomputer) 10.

送受信器４は、超音波の送波と受波に共用する（圧電セラミック等で形成された）振動子を有し、超音波の送波と、送波した超音波に対する、検知対象物からの反射波の受波とを行って、受波した反射波に応じた受信信号を出力する。すなわち、送受信器４は、一つの振動子でマイクロフォンとスピーカの機能を有する送受信兼用超音波トランスデューサである。送受信器４は、駆動信号に基づく振動子の振動を、振動子の共振を利用して増幅して、超音波の送波をした後、この送波に対する検知対象物からの反射波を振動子で受波することにより生じる振動子の振動を、振動子の共振を利用して増幅する。   The transmitter / receiver 4 includes a vibrator (formed of piezoelectric ceramic or the like) that is commonly used for transmission and reception of ultrasonic waves, and transmits and receives ultrasonic waves from the detection target with respect to the transmitted ultrasonic waves. The reflected wave is received and a received signal corresponding to the received reflected wave is output. That is, the transmitter / receiver 4 is a transmission / reception ultrasonic transducer having a function of a microphone and a speaker with a single vibrator. The transmitter / receiver 4 amplifies the vibration of the vibrator based on the drive signal using the resonance of the vibrator to transmit an ultrasonic wave, and then transmits the reflected wave from the detection target object to the transmission. The vibration of the vibrator that is generated by receiving the signal is amplified using the resonance of the vibrator.

上記の増幅部５は、送受信器４から出力された受信信号（電圧）を増幅する。振幅検出部６は、増幅部５による増幅後の受信信号を検波して、検波後の受信信号の振幅値が、所定の閾値より大きいか否かを検出する。位相角検出部７は、増幅部５による増幅後の信号における位相角θを検出して出力する。位相パターン検出部８は、位相角検出部７から出力された位相角θの信号波形に基づいて、増幅部５による増幅後の信号における、所定のパターンの位相の変化を検出する。より具体的に言うと、位相パターン検出部８は、増幅部５による増幅後の信号における、２位相偏移変調に起因していると思われるパターンの位相の変化を検出する。この２位相偏移変調に起因していると思われるパターンの位相の変化は、例えば、上記位相角θの変動が殆どない、位相の安定した期間（第１の安定期間）が所定の時間以上続いた後に、所定の時間経過してから、第１の安定期間における位相と１８０度異なる位相（逆位相）で安定した期間（第２の安定期間）が所定の時間以上続くパターンである。距離計測部９は、振幅検出部６による検出結果と、位相パターン検出部８による検出結果とに基づいて、検知対象物までの距離を計算する。   The amplifying unit 5 amplifies the reception signal (voltage) output from the transceiver 4. The amplitude detection unit 6 detects the reception signal amplified by the amplification unit 5 and detects whether or not the amplitude value of the reception signal after detection is larger than a predetermined threshold value. The phase angle detector 7 detects and outputs the phase angle θ in the signal amplified by the amplifier 5. The phase pattern detection unit 8 detects a change in the phase of a predetermined pattern in the signal amplified by the amplification unit 5 based on the signal waveform of the phase angle θ output from the phase angle detection unit 7. More specifically, the phase pattern detection unit 8 detects a change in the phase of the pattern that seems to be caused by the two-phase shift keying in the signal amplified by the amplification unit 5. The change in the phase of the pattern that seems to be caused by the two-phase shift key modulation is, for example, a period in which the phase angle θ hardly fluctuates and the phase is stable (first stable period) for a predetermined time or more. Subsequently, after a predetermined time has elapsed, a stable period (second stable period) with a phase (opposite phase) 180 degrees different from the phase in the first stable period continues for a predetermined time or more. The distance measurement unit 9 calculates the distance to the detection target based on the detection result by the amplitude detection unit 6 and the detection result by the phase pattern detection unit 8.

次に、図２を参照して、本超音波センサ１に採用されている、近距離性能を向上させるための工夫について説明する。図中の位相パターン検出部入力信号は、位相角検出部７から位相パターン検出部８に入力される信号を示す。また、位相パターン検出部出力信号は、位相パターン検出部８から距離計測部９に出力される信号を示し、振幅検出部出力信号は、振幅検出部６から距離計測部９に出力される信号を示す。送波駆動部２は、駆動信号１１の送信中に、駆動信号１１の位相を、送信開始時の位相（第１の位相）から、この位相と１８０度異なる位相（第２の位相）に変化させる。言い換えると、送波駆動部２により送信される駆動信号１１は、送波の元になる駆動信号１１のパターンとして、第１の位相の状態の駆動信号１１と第２の位相の状態の駆動信号１１とを有している。図２では、駆動信号１１の送信開始時ｔ１から位相変化時ｔ２までの期間Ｔ１が、第１の位相の駆動信号１１の送信期間であり、駆動信号１１の位相変化時ｔ２から駆動信号の送信終了時ｔ３までの期間Ｔ２が、第２の位相の駆動信号１１の送信期間である。ここで、「信号の位相」とは、周期信号における、基準となる信号に対する位相角のずれの量を意味する。 Next, with reference to FIG. 2, a device for improving the short distance performance employed in the ultrasonic sensor 1 will be described. The phase pattern detection unit input signal in the figure indicates a signal input from the phase angle detection unit 7 to the phase pattern detection unit 8. The phase pattern detection unit output signal indicates a signal output from the phase pattern detection unit 8 to the distance measurement unit 9, and the amplitude detection unit output signal indicates a signal output from the amplitude detection unit 6 to the distance measurement unit 9. Show. During transmission of the drive signal 11, the transmission drive unit 2 changes the phase of the drive signal 11 from the phase at the start of transmission (first phase) to a phase that is 180 degrees different from this phase (second phase). Let In other words, the drive signal 11 transmitted by the wave transmission drive unit 2 includes the drive signal 11 in the first phase and the drive signal in the second phase as the pattern of the drive signal 11 that is the source of the transmission. 11. In Figure 2, the period T 1 of the from the transmission start time t 1 until the phase change at t 2 of the drive signal 11, a transmission period of the drive signal 11 of the first phase, the phase change at t 2 of the drive signal 11 A period T 2 until the drive signal transmission end time t 3 is a transmission period of the second phase drive signal 11. Here, “the phase of the signal” means the amount of phase angle deviation with respect to the reference signal in the periodic signal.

ただし、送波駆動部２からの駆動信号１１に基づいて実際に送波される超音波が第１の位相で安定している期間は、図中の期間Ｔ３であり、実際に送波される超音波が第２の位相で安定している期間は、図中の期間Ｔ４である。図中の信号１２は、送波時の駆動電圧により生じた送受信器４の端子間電圧の信号である。また、検知対象物からの反射波に起因する受信信号１４が第１の位相で安定している期間（上記の第１の安定期間）は、図中の期間Ｔ５であり、第２の位相で安定している期間（上記の第２の安定期間）は、図中の期間Ｔ６である。 However, the period in which ultrasonic waves are actually transmit on the basis of the drive signal 11 from transmitting the driving unit 2 is stable at the first phase is a period T 3 in figure actually transmitting that ultrasound are stable period in the second phase is a period T 4 in FIG. A signal 12 in the figure is a signal of a voltage between terminals of the transmitter / receiver 4 generated by the driving voltage at the time of transmission. Also, the period of the received signal 14 due to the reflected wave from the sense target is stable at the first phase (first stable period above) is a period T 5 in FIG., The second phase in are stable period (second stabilization period described above) is the period T 6 in FIG.

次に、本超音波センサ１における検知対象物までの距離の計測方法について説明する。距離の計測を開始すると、超音波センサ１の送波駆動部２は、送受信器４の振動子を駆動するための駆動信号１１の送信を開始する。このとき（図２中のｔ１のとき）、距離計測部９は、送波駆動部２から駆動信号１１の送信の開始の通知を受信して、マイコン１０内部のタイマーにスタート信号を出力する。これにより、タイマーが、距離計測のための時間の計測（カウント）を開始する。次に、送波駆動部２は、上記の駆動信号１１の送信中に、駆動信号１１の位相を、送信開始時の位相（第１の位相）から、この位相と１８０度異なる位相（第２の位相）に変化させる。この送波駆動部２からの駆動信号１１は、昇圧トランス３により増幅されて送受信器４に送られ、送受信器４の振動子を駆動する。これにより、送受信器４が、上記の駆動信号１１に応じた超音波の送波を行う。そして、送受信器４は、検知対象物からの反射波を受波すると、受波した反射波に応じた受信信号１４を出力する。送受信器４により受信された受信信号１４は、増幅部５により増幅された後、検波されて、振幅検出部６及び位相角検出部７に送られる。 Next, a method for measuring the distance to the detection target in the ultrasonic sensor 1 will be described. When the distance measurement is started, the wave transmission drive unit 2 of the ultrasonic sensor 1 starts transmitting a drive signal 11 for driving the transducer of the transceiver 4. At this time (at time t 1 in FIG. 2), the distance measurement unit 9 receives a notification of the start of transmission of the drive signal 11 from the transmission drive unit 2 and outputs a start signal to a timer inside the microcomputer 10. . As a result, the timer starts measuring (counting) time for distance measurement. Next, during transmission of the drive signal 11, the wave transmission drive unit 2 changes the phase of the drive signal 11 from the phase at the start of transmission (first phase) by 180 degrees different from this phase (second phase). Phase). The drive signal 11 from the wave transmission drive unit 2 is amplified by the step-up transformer 3 and sent to the transceiver 4 to drive the transducer of the transceiver 4. As a result, the transmitter / receiver 4 transmits ultrasonic waves in accordance with the drive signal 11 described above. And the transmitter / receiver 4 will output the received signal 14 according to the received reflected wave, if the reflected wave from a detection target object is received. The received signal 14 received by the transceiver 4 is amplified by the amplifying unit 5, detected, and sent to the amplitude detecting unit 6 and the phase angle detecting unit 7.

位相角検出部７は、増幅部５による増幅後の信号における位相角θを検出して、位相パターン検出部８に出力する。位相パターン検出部８は、増幅部５による増幅後の信号における、２位相偏移変調に起因していると思われるパターンの位相の変化を検出する。具体的には、位相パターン検出部８は、第１の位相で安定している期間（第１の安定期間）が所定の時間以上続いた後に、所定の時間経過してから、第２の位相で安定している期間（第２の安定期間）が所定の時間以上続くパターンの位相の変化を検出する。そして、位相パターン検出部８は、このパターンの位相の変化を検出したときに、出力をハイにする。図２に示す例では、位相パターン検出部８は、送波時には、第１の安定期間Ｔ３と第２の安定期間Ｔ４との間の位相の変化を検出したときに、出力をハイにする（ストップ信号１５を出力する）。また、受波時には、位相パターン検出部８は、第１の安定期間Ｔ５と第２の安定期間Ｔ６との間の位相の変化を検出したときに、出力をハイにする（ストップ信号１７を出力する）。なお、図中のストップ信号１６は、送波時に、振動子の振動が、駆動信号１１印加時の強制振動から、駆動信号１１の印加終了後の自由振動に移行するときに、信号１２の位相が（逆位相に）反転することにより生じる、位相パターン検出部８からのハイの出力を示す。 The phase angle detector 7 detects the phase angle θ in the signal amplified by the amplifier 5 and outputs it to the phase pattern detector 8. The phase pattern detection unit 8 detects a change in the phase of the pattern that seems to be caused by the two-phase shift keying in the signal amplified by the amplification unit 5. Specifically, the phase pattern detection unit 8 performs the second phase after a predetermined time has elapsed after a period during which the first phase is stable (the first stable period) continues for a predetermined time or longer. A change in the phase of the pattern in which the stable period (second stable period) continues for a predetermined time or longer is detected. The phase pattern detection unit 8 sets the output to high when detecting a change in the phase of this pattern. In the example shown in FIG. 2, the phase pattern detection unit 8 sets the output to high when detecting a phase change between the first stable period T 3 and the second stable period T 4 during transmission. (Stop signal 15 is output). Further, at the time of reception, the phase pattern detecting unit 8, upon detection of a change in phase between the first stabilization period T 5 and the second stabilization period T 6, the output high (stop signal 17 Is output). The stop signal 16 in the figure is the phase of the signal 12 when the vibration of the vibrator shifts from the forced vibration when the drive signal 11 is applied to the free vibration after the application of the drive signal 11 during transmission. Indicates a high output from the phase pattern detector 8 caused by reversing (in reverse phase).

振幅検出部６は、上記の検波後の受信信号１４の振幅が所定の閾値よりも大きいときに、出力をハイにする。距離計測部９は、検知ゲートを開いた後に、振幅検出部６からの出力がハイになっているときに、位相パターン検出部８による、上記のパターンの位相の変化の検出結果が有効であると判断する。具体的には、距離計測部９は、検知ゲートを開いた後に、振幅検出部６からの出力がハイである期間中に、最初に位相パターン検出部８からの出力（位相検出出力）がハイになった時ｔ６に、受信信号１４の位相が第１の位相から第２の位相に変化したと判断して、タイマーにストップ信号を出力する。そして、距離計測部９は、タイマーのカウンタ値に基づいて、スタート信号の出力時（駆動信号１１の送信開始時）ｔ１から、ストップ信号の出力時ｔ６までの期間（時間計測期間）Ｔ８の時間を求める。なお、上記のように、振幅検出部６からの出力がハイのとき（受信信号１４の振幅が所定の閾値より大きいとき）の、位相パターン検出部８による検出結果のみを有効にした理由は、位相パターン検出部８による検出対象から、振幅の小さなノイズ成分を除くためである。 The amplitude detector 6 sets the output to high when the amplitude of the received signal 14 after detection is greater than a predetermined threshold. When the output from the amplitude detection unit 6 is high after the distance measurement unit 9 opens the detection gate, the detection result of the phase change of the pattern by the phase pattern detection unit 8 is effective. Judge. Specifically, the distance measurement unit 9 first outputs the output (phase detection output) from the phase pattern detection unit 8 during the period when the output from the amplitude detection unit 6 is high after the detection gate is opened. to t 6 when it is, it is determined that the phase of the received signal 14 is changed from the first phase to the second phase, and outputs a stop signal to the timer. Then, based on the counter value of the timer, the distance measuring unit 9 has a period (time measurement period) T from the time t 1 when the start signal is output (when the transmission of the drive signal 11 is started) to the time t 6 when the stop signal is output. Find 8 hours. As described above, when the output from the amplitude detection unit 6 is high (when the amplitude of the reception signal 14 is larger than a predetermined threshold), the reason why only the detection result by the phase pattern detection unit 8 is validated is as follows. This is because a noise component having a small amplitude is removed from the detection target by the phase pattern detection unit 8.

検知対象物までの距離の算出に用いる時間は、駆動信号１１の送信開始時ｔ１から、受信信号１４の受信開始時ｔ５までの期間の時間であるべきだが、上記の期間Ｔ８には、受信信号１４の受信開始時ｔ５から第２の位相で安定する時点ｔ６までの期間Ｔ９の時間が余分に含まれている。ここで、上記の受信信号１４の受信開始時ｔ５から、受信信号１４が第２の位相で安定する時点ｔ６までの期間Ｔ９の時間は、第１の位相の駆動信号１１の送信期間Ｔ１の時間と大差がない。このため、距離計測部９は、期間Ｔ８の時間から、（期間Ｔ９の時間の代わりに）期間Ｔ１の時間を減算して、この減算結果の時間に音速を乗じて、検知対象物までの距離を算出する。また、上記の期間Ｔ９の時間が、送波される超音波が第１の位相である期間と殆ど変らないことを利用して、上記の端子間電圧における、送波に起因する信号１２の位相変化時（信号１２が第２の位相で安定する時点）ｔ４から、検知対象物からの反射波に起因する受信信号１４の位相変化時ｔ６（受信信号１４が第２の位相で安定する時点）までの期間Ｔ７の時間に、音速を乗じて、検知対象物までの距離を算出してもよい。 The time used to calculate the distance to the detection target should be the time from the transmission start time t 1 of the drive signal 11 to the reception start time t 5 of the reception signal 14, but in the above-described period T 8 In addition, an extra period T 9 is included from the time t 5 when the reception of the received signal 14 starts to the time t 6 when the reception signal 14 is stabilized in the second phase. Here, the time period T 9 from the reception start time t 5 of the reception signal 14 to the time point t 6 when the reception signal 14 is stabilized in the second phase is the transmission period of the driving signal 11 of the first phase. T there is no 1 of the time and the great difference. For this reason, the distance measuring unit 9 subtracts the time of the period T 1 (instead of the time of the period T 9 ) from the time of the period T 8 and multiplies the time of the subtraction result by the speed of sound to detect the object to be detected. The distance to is calculated. The time of the period T 9 is, by utilizing the fact that ultrasonic waves transmit is unchanged almost the period a first phase, in the inter-terminal voltage of the signal 12 resulting from the transmitted wave From t 4 when the phase changes (when the signal 12 stabilizes at the second phase) t 4 , when t 6 when the phase of the received signal 14 changes due to the reflected wave from the detection target (the received signal 14 stabilizes at the second phase) time period T 7 to a point) to, by multiplying the sound velocity may be calculated the distance to the detection object.

次に、図３を参照して、本超音波センサ１のより詳細な機能ブロック構成の例について説明する。図３において、図１と同じ部材には、同じ番号を付して、その説明を省略する。図３中のＬＮＡ（Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２１は、図１中の増幅部５に相当する。図３に示される例では、ＬＮＡ２１の後段に、ＡＤ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ）コンバータ２２と、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ−ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）２３と、直交検波部２４とが、設けられている。直交検波部２４は、乗算器２５、２６と、ＬＰＦ（Ｌｏｗ−ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）２７、２８とを有している。   Next, an example of a more detailed functional block configuration of the ultrasonic sensor 1 will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the same members as those in FIG. An LNA (Low Noise Amplifier) 21 in FIG. 3 corresponds to the amplification unit 5 in FIG. In the example shown in FIG. 3, an AD (Analog-to-Digital) converter 22, a BPF (Band-pass filter) 23, and a quadrature detection unit 24 are provided in the subsequent stage of the LNA 21. The quadrature detection unit 24 includes multipliers 25 and 26 and LPFs (Low-pass filters) 27 and 28.

上記の構成によれば、ＬＮＡ２１から出力された、増幅後の（低ノイズの）受信信号が、ＡＤコンバータ２２によりディジタル信号に変換されて、ＢＰＦ２３に入力される。ＢＰＦ２３は、ＡＤコンバータ２２より入力されたディジタル信号の形式の受信信号から、送波した超音波信号の周波数の周辺領域の周波数を有する受信信号を抽出して、直交検波部２４に出力する。直交検波部２４内の乗算器２５と乗算器２６とは、それぞれ、相互に直交する（９０度の位相差を持った）２つの信号（例えば、ｓｉｎωｔとｃｏｓωｔ）を、ＢＰＦ２３から出力された受信信号に乗算する。例えば、乗算器２５は、ＢＰＦ２３から出力された受信信号にｓｉｎωｔを乗算することにより、ｓｉｎωｔの信号を受信信号に混合する。また、乗算器２６は、ＢＰＦ２３から出力された受信信号にｃｏｓωｔを乗算することにより、ｃｏｓωｔの信号を受信信号に混合する。ここで、上記の相互に直交する２つの信号（例えば、ｓｉｎωｔとｃｏｓωｔ）は、送受信器４による送波の搬送波と周波数が同じ信号である。乗算器２５、乗算器２６から出力された信号は、それぞれ、ＬＰＦ２７、２８により高周波成分を除去されて、Ｉ成分と、Ｑ成分となって、位相角検出部７と振幅検出部６に入力される。   According to the above configuration, the amplified (low noise) received signal output from the LNA 21 is converted into a digital signal by the AD converter 22 and input to the BPF 23. The BPF 23 extracts a received signal having a frequency in the peripheral region of the frequency of the transmitted ultrasonic signal from the received signal in the form of a digital signal input from the AD converter 22 and outputs the received signal to the quadrature detector 24. The multiplier 25 and the multiplier 26 in the quadrature detection unit 24 receive two signals (for example, sin ωt and cos ωt) that are orthogonal to each other (with a phase difference of 90 degrees) output from the BPF 23. Multiply the signal. For example, the multiplier 25 multiplies the received signal output from the BPF 23 by sin ωt to mix the sin ωt signal with the received signal. The multiplier 26 multiplies the reception signal output from the BPF 23 by cos ωt, thereby mixing the signal cos ωt with the reception signal. Here, the two signals orthogonal to each other (for example, sin ωt and cos ωt) are signals having the same frequency as the carrier wave of the transmission by the transceiver 4. The signals output from the multiplier 25 and the multiplier 26 are respectively removed from the high frequency components by the LPFs 27 and 28 to become an I component and a Q component, which are input to the phase angle detection unit 7 and the amplitude detection unit 6. The

振幅検出部６は、既知の方法により、Ｉ成分とＱ成分から、直交検波部２４による検波後の受信信号の振幅値を検出する。振幅検出部６は、例えば、Ｉ成分とＱ成分のそれぞれを二乗した値を足し合わせた値の平方根を計算することにより、直交検波部２４による検波後の受信信号の振幅値を検出する。また、位相角検出部７は、既知の方法により、Ｉ成分とＱ成分から、直交検波部２４による検波後の受信信号における位相角θを検出して出力する。位相角検出部７は、例えば、Ｑ成分とＩ成分との比のアークタンジェントを計算することにより、直交検波部２４による検波後の受信信号の位相角θを検出する。位相パターン検出部８は、上記のように、位相角検出部７から出力された位相角θの信号波形に基づいて、２位相偏移変調に起因していると思われるパターンの位相の変化を検出する。距離計測部９は、振幅検出部６による受信信号の振幅値の検出結果と、位相パターン検出部８による検出結果とに基づいて、検知対象物までの距離を計算する。   The amplitude detector 6 detects the amplitude value of the received signal after detection by the quadrature detector 24 from the I component and Q component by a known method. The amplitude detection unit 6 detects the amplitude value of the received signal after detection by the quadrature detection unit 24, for example, by calculating the square root of the value obtained by adding the squares of the I component and Q component. The phase angle detection unit 7 detects and outputs the phase angle θ in the received signal after detection by the quadrature detection unit 24 from the I component and the Q component by a known method. The phase angle detection unit 7 detects the phase angle θ of the received signal after detection by the quadrature detection unit 24, for example, by calculating the arc tangent of the ratio between the Q component and the I component. As described above, the phase pattern detection unit 8 detects the change in the phase of the pattern that seems to be caused by the two-phase shift keying based on the signal waveform of the phase angle θ output from the phase angle detection unit 7. To detect. The distance measurement unit 9 calculates the distance to the detection target based on the detection result of the amplitude value of the received signal by the amplitude detection unit 6 and the detection result by the phase pattern detection unit 8.

次に、図４を参照して、上記位相パターン検出部８の具体的な構成の例について説明する。この例では、位相パターン検出部８は、上記の位相角検出部７に相当する位相角算出回路３０と、位相角微分部３１と、コンパレータ３５と、ＦＩＦＯ３６と、ＡＮＤ回路３８とを備えている。位相角微分部３１は、遅延器３２と、減算器３３と、絶対値出力回路３４とを備えている。ＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ−Ｉｎ，Ｆｉｒｓｔ−Ｏｕｔ）３６は、１ビットのメモリ（バッファ）３７を８つ有している、深さが８ビットのＦＩＦＯである。また、位相パターン検出部８は、ノーマルクローズのスイッチ３９と、ノーマルオープンのスイッチ４０とを備えている。さらに、位相パターン検出部８は、第１レジスタ４１（請求項における第１の位相角記憶部）と、第２レジスタ４２（請求項における第２の位相角記憶部）と、時間計測カウンタ４３と、減算器４４と、絶対値出力回路４５と、ウィンドウコンパレータ４７とを備えている。ウィンドウコンパレータ４７は、高レベル側のコンパレータ４８と、低レベル側のコンパレータ４９と、ＡＮＤ回路５０とを備えている。   Next, an example of a specific configuration of the phase pattern detection unit 8 will be described with reference to FIG. In this example, the phase pattern detection unit 8 includes a phase angle calculation circuit 30 corresponding to the phase angle detection unit 7, a phase angle differentiation unit 31, a comparator 35, a FIFO 36, and an AND circuit 38. . The phase angle differentiating unit 31 includes a delay device 32, a subtracter 33, and an absolute value output circuit 34. A FIFO (First-In, First-Out) 36 is a FIFO having a depth of 8 bits and having eight 1-bit memories (buffers) 37. The phase pattern detector 8 includes a normally closed switch 39 and a normally open switch 40. Further, the phase pattern detection unit 8 includes a first register 41 (first phase angle storage unit in claims), a second register 42 (second phase angle storage unit in claims), a time measurement counter 43, , A subtractor 44, an absolute value output circuit 45, and a window comparator 47. The window comparator 47 includes a high-level side comparator 48, a low-level side comparator 49, and an AND circuit 50.

上記の位相角算出回路３０は、直交検波後のＩ成分とＱ成分との比のアークタンジェントを計算することにより、図３中の直交検波部２４による検波後の受信信号の位相角θを算出する。また、位相角微分部３１は、その時点で位相角算出回路３０（位相角検出部７）から出力された位相角と、直近（請求項における「所定時間前」）に位相角算出回路３０から出力された位相角との差分量の絶対値を出力する。より詳細に説明すると、位相角微分部３１内の減算器３３が、位相角算出回路３０から送られた、検波後の受信信号の位相角θから、遅延器３２に保持されている、直近に算出された位相角θ−１を減算して、これらの位相角の差分量（θ−θ−１）を求め、この差分量を絶対値出力回路３４に送る。絶対値出力回路３４は、減算器３３から送られた位相角の差分量（θ−θ−１）の絶対値｜θ−θ−１｜を求め、この差分量の絶対値をコンパレータ３５に送る。コンパレータ３５は、この差分量の絶対値｜θ−θ−１｜を所定の閾値１（例えば、１°）と比較して、この差分量の絶対値が閾値１より小さいときに、ＦＩＦＯ３６に”１”（ハイ）を出力する。 The phase angle calculation circuit 30 calculates the phase angle θ of the received signal after detection by the quadrature detection unit 24 in FIG. 3 by calculating the arc tangent of the ratio between the I component and the Q component after quadrature detection. To do. In addition, the phase angle differentiating unit 31 and the phase angle output from the phase angle calculating circuit 30 (phase angle detecting unit 7) at that time and the phase angle calculating circuit 30 closest to the “predetermined time” in the claims). The absolute value of the difference from the output phase angle is output. More specifically, the subtractor 33 in the phase angle differentiating unit 31 is held in the delay unit 32 from the phase angle θ of the received signal sent from the phase angle calculation circuit 30 and is most recently The calculated phase angle θ −1 is subtracted to obtain a difference amount (θ−θ −1 ) between these phase angles, and this difference amount is sent to the absolute value output circuit 34. The absolute value output circuit 34 obtains the absolute value | θ−θ −1 | of the phase angle difference amount (θ−θ −1 ) sent from the subtractor 33, and sends the absolute value of the difference amount to the comparator 35. . The comparator 35 compares the absolute value | θ−θ −1 | of the difference amount with a predetermined threshold value 1 (for example, 1 °). When the absolute value of the difference amount is smaller than the threshold value 1, the comparator 35 1 "(high) is output.

ＦＩＦＯ３６は、所定の時間毎に、各メモリ３７に、コンパレータ３５からの出力値を入力（格納）する。ＡＮＤ回路３８は、上記のＦＩＦＯ３６内の各メモリと接続されている。ＡＮＤ回路３８は、ＦＩＦＯ３６内の全てのメモリ３７に”１”が格納されたときに、スイッチ３９を介して第１レジスタ４１のクロック入力用のゲートに、ハイの信号（トリガー信号）を出力する。第１レジスタ４１は、上記のトリガー信号が入力されると、位相角算出回路３０（位相角検出部７）から出力された位相角を記憶（格納）する。ここで、上記のように、ＦＩＦＯ３６内の全てのメモリ３７に”１”が格納されているということは、位相角微分部３１から出力された差分量の絶対値｜θ−θ−１｜の大きさが所定の値より小さい状態が、所定の時間以上続いたことを意味する。従って、第１レジスタ４１は、位相角微分部３１から出力された差分量の絶対値｜θ−θ−１｜の大きさが所定の値より小さい状態が、所定の時間以上続いたときに、位相角算出回路３０（位相角検出部７）から出力された位相角を記憶すると言える。 The FIFO 36 inputs (stores) the output value from the comparator 35 to each memory 37 at every predetermined time. The AND circuit 38 is connected to each memory in the FIFO 36 described above. The AND circuit 38 outputs a high signal (trigger signal) to the clock input gate of the first register 41 via the switch 39 when “1” is stored in all the memories 37 in the FIFO 36. . When the trigger signal is input, the first register 41 stores (stores) the phase angle output from the phase angle calculation circuit 30 (phase angle detection unit 7). Here, as described above, “1” is stored in all the memories 37 in the FIFO 36, which means that the absolute value | θ−θ −1 | of the difference amount output from the phase angle differentiating unit 31. This means that a state in which the size is smaller than a predetermined value has continued for a predetermined time. Accordingly, the first register 41 determines that when the absolute value | θ−θ −1 | of the difference amount output from the phase angle differentiator 31 is smaller than a predetermined value for a predetermined time or longer, It can be said that the phase angle output from the phase angle calculation circuit 30 (phase angle detector 7) is stored.

また、上記のように、ＦＩＦＯ３６内の全てのメモリ３７に”１”が格納されたときに、ＡＮＤ回路３８からのハイの信号は、スイッチ３９を介して時間計測カウンタ４３にも入力される。時間計測カウンタ４３は、このハイの信号をスタート信号として受信して、時間計測（カウント）を開始する。また、時間計測カウンタ４３は、時間計測を開始すると、スイッチ３９を開く。時間計測カウンタ４３は、所定の時間が経過すると（カウントを終了すると）、ノーマルオープンのスイッチ４０にハイの信号を出力して、スイッチ４０を閉じる。   As described above, when “1” is stored in all the memories 37 in the FIFO 36, a high signal from the AND circuit 38 is also input to the time measurement counter 43 via the switch 39. The time measurement counter 43 receives this high signal as a start signal and starts time measurement (count). Moreover, the time measurement counter 43 opens the switch 39 when time measurement is started. The time measurement counter 43 outputs a high signal to the normally open switch 40 and closes the switch 40 when a predetermined time elapses (when the count ends).

これにより、時間計測カウンタ４３による計測開始時点（すなわち、第１レジスタ４１に位相角を記憶した時点）から所定の時間経過した後に、再び、ＦＩＦＯ３６内の全てのメモリ３７に”１”が格納されて、ＡＮＤ回路３８からハイの信号が出力されると、スイッチ４０を介して、第２レジスタ４２のクロック入力用のゲートに、ハイの信号（トリガー信号）が入力される。第２レジスタ４２は、上記のトリガー信号が入力されると、位相角算出回路３０（位相角検出部７）から出力された位相角を記憶（格納）する。ここで、上記のように、ＦＩＦＯ３６内の全てのメモリ３７に”１”が格納されているということは、位相角微分部３１から出力された差分量の絶対値｜θ−θ−１｜の大きさが所定の値より小さい状態が、所定の時間以上続いたことを意味する。従って、第２レジスタ４２は、第１レジスタ４１に位相角を記憶した時点から、時間計測カウンタ４３によるカウント期間である所定の時間が経過した後に、位相角微分部３１から出力された差分量の絶対値｜θ−θ−１｜の大きさが所定の値より小さい状態が、所定の時間以上続いたときに、位相角算出回路３０から出力された位相角を記憶すると言える。 As a result, “1” is stored again in all the memories 37 in the FIFO 36 after a predetermined time has elapsed from the time when the time measurement counter 43 starts measuring (that is, when the phase angle is stored in the first register 41). When a high signal is output from the AND circuit 38, a high signal (trigger signal) is input to the clock input gate of the second register 42 via the switch 40. When the trigger signal is input, the second register 42 stores (stores) the phase angle output from the phase angle calculation circuit 30 (phase angle detection unit 7). Here, as described above, “1” is stored in all the memories 37 in the FIFO 36, which means that the absolute value | θ−θ −1 | of the difference amount output from the phase angle differentiating unit 31. This means that a state in which the size is smaller than a predetermined value has continued for a predetermined time. Therefore, the second register 42 stores the difference amount output from the phase angle differentiating unit 31 after a predetermined time, which is a counting period by the time measurement counter 43, has elapsed since the phase angle was stored in the first register 41. It can be said that the phase angle output from the phase angle calculation circuit 30 is stored when a state where the magnitude of the absolute value | θ−θ −1 | is smaller than a predetermined value continues for a predetermined time or longer.

減算器４４は、第１レジスタ４１に記憶された位相角θ１と、第２レジスタ４２に記憶された位相角θ２との差（θ１−θ２）を算出する。また、絶対値出力回路４５は、減算器４４から送られた位相角の差分量（θ１−θ２）の絶対値｜θ１−θ２｜を求め、この差分量の絶対値をウィンドウコンパレータ４７に送る。ウィンドウコンパレータ４７は、この差分量の絶対値｜θ１−θ２｜が、所定の値の範囲内（閾値２より大きく、閾値３より小さい角度差の範囲内）に入っているか否かを判定する。そして、所定の値の範囲内に入っていた場合に、ウィンドウコンパレータ４７は、所定のパターン（２位相偏移変調に起因していると思われるパターン）の位相の変化を検出したと判定して、ストップ信号を出力する（出力信号を１（ハイ）にする）。ここで、上記の所定の値の範囲内としては、例えば、１００°〜２６０°のように、１８０°を中心とした角度差の範囲内が挙げられる。これは、送波駆動部２による駆動信号が、２位相偏移変調されているため、この駆動信号に基づく送波に対する反射波の位相が、途中で（位相角が）１８０度異なる位相（逆位相）に変化するからである。なお、減算器４４と、絶対値出力回路４５と、ウィンドウコンパレータ４７とが、請求項における位相変化判定部に相当する。   The subtractor 44 calculates a difference (θ1-θ2) between the phase angle θ1 stored in the first register 41 and the phase angle θ2 stored in the second register 42. The absolute value output circuit 45 obtains the absolute value | θ1−θ2 | of the phase angle difference amount (θ1−θ2) sent from the subtractor 44 and sends the absolute value of the difference amount to the window comparator 47. The window comparator 47 determines whether or not the absolute value | θ1−θ2 | of the difference amount is within a predetermined value range (greater than the threshold value 2 and smaller than the threshold value 3). If it is within the range of the predetermined value, the window comparator 47 determines that a change in the phase of the predetermined pattern (a pattern that seems to be caused by the two-phase shift key modulation) has been detected. The stop signal is output (the output signal is set to 1 (high)). Here, examples of the range of the predetermined value include a range of an angle difference centered on 180 °, such as 100 ° to 260 °. This is because the phase of the reflected wave with respect to the transmission based on this drive signal is 180 degrees different in phase (phase angle) because the drive signal from the transmission drive unit 2 is two-phase-shift modulated. This is because the phase changes. The subtractor 44, the absolute value output circuit 45, and the window comparator 47 correspond to the phase change determination unit in the claims.

次に、図５を参照して、上記の位相パターン検出部８全体の処理について説明する。本超音波センサ１による距離計測の開始時に、マイコン１０（のＣＰＵ）は、ＦＩＦＯ３６内の全てのメモリ３７と、第１レジスタ４１と、第２レジスタ４２とを、クリア（初期化）する（＃１）。この時点では、第１レジスタ４１と第２レジスタ４２には、初期値（０°）がセットされるので、ウィンドウコンパレータ４７から出力される信号は、ローになり、ストップ信号は、出力されない。そして、本超音波センサ１による距離計測が開始されて、位相角算出回路３０が、受信信号の位相角θを検出して（＃２）、位相パターン検出部８内の位相角微分部３１に位相角θを出力すると、位相角微分部３１は、位相角θを微分する（＃３）。そして、位相角微分部３１は、位相角θの微分値の絶対値｜ｄθ／ｄｔ｜（上記の位相角の差分量（θ−θ−１）の絶対値｜θ−θ−１｜に相当）を、コンパレータ３５に送る。コンパレータ３５は、この位相角θの微分値の絶対値｜ｄθ／ｄｔ｜が、閾値１（例えば、１°）より小さければ（＃４でＹＥＳ）、ＦＩＦＯ３６内の各メモリ３７に”１”を入力し（＃５）、閾値１以上であれば（＃４でＮＯ）、各メモリ３７に”０”を入力する（＃６）。そして、位相角θの微分値の絶対値｜ｄθ／ｄｔ｜が、閾値１（例えば、１°）より小さい状態（位相（角）の変化が殆どない状態）が、所定の時間以上続き、ＦＩＦＯ３６内の全てのメモリ３７に”１”が格納されている状態になると（＃７でＹＥＳ）、ＡＮＤ回路３８からの出力信号がハイになって、このハイの信号が、トリガー信号として、第１レジスタ４１のクロック入力用のゲートに入力される。これにより、第１レジスタ４１が、位相角算出回路３０から出力された位相角θを、位相角θ１として記憶（格納）する（＃８）。 Next, with reference to FIG. 5, the processing of the entire phase pattern detection unit 8 will be described. At the start of distance measurement by the ultrasonic sensor 1, the microcomputer 10 (CPU) clears (initializes) all the memory 37, the first register 41, and the second register 42 in the FIFO 36 (#). 1). At this time, since the initial value (0 °) is set in the first register 41 and the second register 42, the signal output from the window comparator 47 becomes low and the stop signal is not output. Then, the distance measurement by the ultrasonic sensor 1 is started, the phase angle calculation circuit 30 detects the phase angle θ of the received signal (# 2), and the phase angle differentiation unit 31 in the phase pattern detection unit 8 When the phase angle θ is output, the phase angle differentiating unit 31 differentiates the phase angle θ (# 3). The phase angle differentiating unit 31 corresponds to the absolute value | dθ / dt | of the differential value of the phase angle θ (the absolute value | θ−θ −1 | of the phase angle difference amount (θ−θ −1 )). ) Is sent to the comparator 35. If the absolute value | dθ / dt | of the differential value of the phase angle θ is smaller than the threshold value 1 (for example, 1 °) (YES in # 4), the comparator 35 sets “1” to each memory 37 in the FIFO 36. If it is input (# 5) and the threshold value is 1 or more (NO in # 4), "0" is input to each memory 37 (# 6). A state in which the absolute value | dθ / dt | of the differential value of the phase angle θ is smaller than a threshold value 1 (for example, 1 °) (a state in which there is almost no change in phase (angle)) continues for a predetermined time or more, and the FIFO 36 When “1” is stored in all the memories 37 (YES in # 7), the output signal from the AND circuit 38 becomes high, and this high signal becomes the first signal as the trigger signal. This is input to the clock input gate of the register 41. Thus, the first register 41 stores (stores) the phase angle θ output from the phase angle calculation circuit 30 as the phase angle θ1 (# 8).

上記のように、ＦＩＦＯ３６内の全てのメモリ３７に”１”が格納されている状態になると、ＡＮＤ回路３８からのハイの信号は、スタート信号として時間計測カウンタ４３にも入力される。これにより、時間計測カウンタ４３は、時間計測（カウント）を開始する（＃９）。この時間計測カウンタ４３による時間計測（カウント）中も、上記の＃２乃至６に記載された処理（位相角θの微分値の絶対値の算出処理や、ＦＩＦＯ３６内の各メモリ３７への”０”又は”１”の入力処理）が繰り返される（＃１０）。ただし、この＃１０の処理は、必ずしも必要ではない。   As described above, when “1” is stored in all the memories 37 in the FIFO 36, a high signal from the AND circuit 38 is also input to the time measurement counter 43 as a start signal. Thereby, the time measurement counter 43 starts time measurement (count) (# 9). Even during the time measurement (counting) by the time measurement counter 43, the processing described in # 2 to # 6 (calculation processing of the absolute value of the differential value of the phase angle θ and “0” to each memory 37 in the FIFO 36). ("Input processing of" 1 ") is repeated (# 10). However, the process of # 10 is not always necessary.

第１レジスタ４１に位相角を記憶した時点から、時間計測カウンタ４３によるカウント期間である所定の時間が経過した後も（＃１１でＹＥＳ）、上記の＃２乃至６に記載された処理が繰り返される（＃１２）。そして、再び、ＦＩＦＯ３６内の全てのメモリ３７に”１”が格納されて（＃１３でＹＥＳ）、ＡＮＤ回路３８からハイの信号が出力されると、スイッチ４０を介して、第２レジスタ４２のクロック入力用のゲートに、ハイの信号（トリガー信号）が入力される。これにより、第２レジスタ４２は、位相角算出回路３０から出力された位相角θを、位相角θ２として記憶（格納）する（＃１４）。   Even after a predetermined time, which is a counting period by the time measurement counter 43, has elapsed since the phase angle is stored in the first register 41 (YES in # 11), the processes described in # 2 to # 6 above are repeated. (# 12). When “1” is stored in all the memories 37 in the FIFO 36 again (YES in # 13) and a high signal is output from the AND circuit 38, the second register 42 of the second register 42 is connected via the switch 40. A high signal (trigger signal) is input to the clock input gate. As a result, the second register 42 stores (stores) the phase angle θ output from the phase angle calculation circuit 30 as the phase angle θ2 (# 14).

第２レジスタ４２への位相角の格納が終了すると、減算器４４と絶対値出力回路４５により、第１レジスタ４１に記憶された位相角θ１と、第２レジスタ４２に記憶された位相角θ２との差分量の絶対値｜θ１−θ２｜が、ウィンドウコンパレータ４７に出力される。ウィンドウコンパレータ４７は、入力された差分量の絶対値｜θ１−θ２｜が、（閾値２＜｜θ１−θ２｜＜閾値３）の条件を満たすか否かを判定する（＃１５）。そして、この条件を満たす場合には（＃１５でＹＥＳ）、ウィンドウコンパレータ４７は、２位相偏移変調に起因していると思われるパターンの位相の変化を検出したと判定して、ストップ信号を出力する。   When the storage of the phase angle in the second register 42 is completed, the phase angle θ1 stored in the first register 41 and the phase angle θ2 stored in the second register 42 are obtained by the subtractor 44 and the absolute value output circuit 45. The absolute value | θ1−θ2 | of the difference amount is output to the window comparator 47. The window comparator 47 determines whether or not the input absolute value | θ1-θ2 | of the difference amount satisfies the condition of (threshold 2 <| θ1-θ2 | <threshold 3) (# 15). When this condition is satisfied (YES in # 15), the window comparator 47 determines that a change in the phase of the pattern that seems to be caused by the two-phase shift keying modulation is detected, and outputs a stop signal. Output.

次に、上記位相パターン検出部８において行われる処理の概要と目的についてまとめる。位相パターン検出部８では、受信信号（送受信器４の端子間電圧の信号）の位相角θの変動を見るために、位相角微分部３１により位相角θを微分し、位相角微分部３１からの出力値（位相角θの微分値又は差分量）の絶対値の大きさが所定の値より小さい状態が、所定の時間以上続いたときに、位相角θ１を第１レジスタ４１に記憶する。これは、図２中の第１の安定期間Ｔ５のように、受信信号の位相（角）の変化がなく、位相パターン検出部８に入力される信号１８の波形がフラットになっている（信号１８の波形が安定している）状態での位相角を、第１レジスタ４１に記憶していることになる。この第１レジスタ４１に位相角を記憶した時点から所定の時間経過した後に、位相角微分部３１からの出力値の絶対値の大きさが所定の値より小さい状態が、所定の時間以上続いたときに、位相角θ２を第２レジスタ４２に記憶する。これは、位相角θ２についても、図２中の第２の安定期間Ｔ６のように、受信信号の位相（角）の変化がなく、位相パターン検出部８に入力される信号１８の波形がフラットになっている（信号１８の波形が安定している）状態での位相角を、第２レジスタ４２に記憶していることになる。 Next, the outline and purpose of the processing performed in the phase pattern detection unit 8 will be summarized. In the phase pattern detection unit 8, the phase angle θ is differentiated by the phase angle differentiating unit 31 in order to see the fluctuation of the phase angle θ of the received signal (signal of the voltage across the terminals of the transceiver 4). When the state where the absolute value of the output value (the differential value or difference amount of the phase angle θ) is smaller than a predetermined value continues for a predetermined time or longer, the phase angle θ1 is stored in the first register 41. This, as in the first stabilization period T 5 in FIG. 2, there is no change in phase (angle) of the received signal, the waveform of the signal 18 which is input to the phase pattern detection unit 8 is in the flat ( The phase angle in the state where the waveform of the signal 18 is stable) is stored in the first register 41. After a predetermined time has elapsed since the phase angle was stored in the first register 41, the state where the absolute value of the output value from the phase angle differentiating unit 31 was smaller than the predetermined value continued for a predetermined time or more. Sometimes, the phase angle θ 2 is stored in the second register 42. This, for the phase angle .theta.2, as in the second stabilization period T 6 in FIG. 2, there is no change in the phase of the received signal (square), the waveform of the signal 18 which is input to the phase pattern detection unit 8 The phase angle in the flat state (the waveform of the signal 18 is stable) is stored in the second register 42.

上記のように、位相パターン検出部８に入力される信号１８の波形が安定している状態での位相角θを、位相角θ１、θ２として、第１レジスタ４１、第２レジスタ４２に記憶するようにした理由は、以下の通りである。すなわち、本超音波センサ１のような共振型の超音波センサは、ある位相の駆動信号を印加してから、実際に送波される超音波が、印加された駆動信号に応じた位相になるまでの時間が長い（応答時間が遅い）。このため、位相角の変化量を検出するには、上記のような十分位相が安定している箇所における位相角の値を検出する必要があるからである。また、上記のように、時間計測カウンタ４３を用いて、第１レジスタ４１に位相角を記憶した時点から所定の時間経過した時点以降に、位相角θ２を第２レジスタ４２に記憶するようにした理由も、共振型の超音波センサが、駆動信号の位相を変えてから、実際に送波される超音波が変更後の駆動信号の位相に応じた位相になるまでの時間が長い（応答時間が遅い）ためである。   As described above, the phase angle θ when the waveform of the signal 18 input to the phase pattern detection unit 8 is stable is stored in the first register 41 and the second register 42 as the phase angles θ1 and θ2. The reason for this is as follows. That is, in a resonance type ultrasonic sensor such as the ultrasonic sensor 1, an ultrasonic wave that is actually transmitted after applying a drive signal having a certain phase has a phase corresponding to the applied drive signal. The time until is long (response time is slow). For this reason, in order to detect the amount of change in the phase angle, it is necessary to detect the value of the phase angle at a location where the phase is sufficiently stable as described above. Further, as described above, the phase angle θ2 is stored in the second register 42 after a predetermined time has elapsed since the time when the phase angle was stored in the first register 41 using the time measurement counter 43. The reason is that the resonance type ultrasonic sensor changes the phase of the drive signal until the ultrasonic wave actually transmitted becomes a phase corresponding to the phase of the changed drive signal (response time). Is slow).

また、位相パターン検出部８は、第１レジスタ４１に記憶された位相角θ１と、第２レジスタ４２に記憶された位相角θ２との差が、所定の値の範囲内（例えば、１００°〜２６０°）に入っていた場合に、所定のパターン（２位相偏移変調に起因していると思われるパターン）の位相の変化を検出したと判定して、ストップ信号を出力する。これにより、位相角の変化量も考慮して、受信信号における位相の変化を検出することができるので、受波した（２つの位相を含む）反射波に起因する位相の変化を正確に検出することができる。   Further, the phase pattern detection unit 8 has a difference between the phase angle θ1 stored in the first register 41 and the phase angle θ2 stored in the second register 42 within a predetermined value range (for example, 100 ° to 100 °). 260 °), it is determined that a change in the phase of a predetermined pattern (a pattern that seems to be caused by two-phase shift keying) has been detected, and a stop signal is output. As a result, the phase change in the received signal can be detected in consideration of the amount of change in the phase angle, so that the phase change caused by the received reflected wave (including two phases) is accurately detected. be able to.

上記の図４に示される位相パターン検出部８の構成によれば、受信信号における所定のパターンの位相の変化の検出を、簡易な構成で実現することができる。   According to the configuration of the phase pattern detection unit 8 shown in FIG. 4 above, detection of a change in the phase of a predetermined pattern in the received signal can be realized with a simple configuration.

上記のように、第１の実施形態の超音波センサ１によれば、送波駆動部２が、２位相偏移変調した駆動信号を送信して、位相パターン検出部８が、増幅部５による増幅後の信号における、所定のパターンの位相の変化を検出するようにした。ここで、振動子の自由振動に起因する残響信号１３（残響電圧）は、周波数及び（信号の）位相が一定である。従って、位相パターン検出部８が、増幅部５による増幅後の信号における、所定のパターンの位相の変化を検出したときには、その受信信号は、（２つの位相を含む）反射波に起因する受信信号を含むということになる。ここで、単に位相が変化しただけならば、その変化がノイズに起因した位相の変化であるということも考えられる。しかしながら、位相パターン検出部８が検出するのは、所定のパターンの位相の変化である。従って、位相パターン検出部８は、検出対象となる位相の変化のパターンを、２位相偏移変調に起因していると思われる位相の変化のパターンにすることにより、受波した（２つの位相を含む）反射波に起因する位相の変化を正確に検出することができる。ここで、２位相偏移変調に起因していると思われる位相の変化のパターンとは、例えば、上記の１００°〜２６０°のように、１８０°を中心とした角度差の範囲内が挙げられる。   As described above, according to the ultrasonic sensor 1 of the first embodiment, the transmission drive unit 2 transmits a drive signal that has undergone two-phase shift modulation, and the phase pattern detection unit 8 uses the amplification unit 5. A change in phase of a predetermined pattern in the amplified signal is detected. Here, the reverberation signal 13 (reverberation voltage) resulting from the free vibration of the vibrator has a constant frequency and phase. Therefore, when the phase pattern detection unit 8 detects a change in the phase of a predetermined pattern in the signal amplified by the amplification unit 5, the reception signal is a reception signal caused by a reflected wave (including two phases). Will be included. Here, if the phase is simply changed, it can be considered that the change is a phase change caused by noise. However, the phase pattern detection unit 8 detects a change in the phase of a predetermined pattern. Accordingly, the phase pattern detection unit 8 receives the signal by changing the phase change pattern to be detected into a phase change pattern that seems to be caused by the two-phase shift keying (two phases). It is possible to accurately detect a phase change caused by a reflected wave. Here, the phase change pattern considered to be caused by the two-phase shift keying modulation is, for example, within the range of the angle difference centered on 180 °, such as 100 ° to 260 ° described above. It is done.

本超音波センサ１によれば、上記のように、受波した反射波に起因する位相の変化を正確に検出することができる。このため、超音波センサ１近傍の検知対象物からの反射波を受波したときのように、残響信号１３が残っている間に、検知対象物からの反射波に起因する受信信号を受信した場合でも、距離計測部９が、位相パターン検出部８による検出結果に基づいて、検知対象物からの反射波の受波を正確に検知することができる。これにより、超音波センサ１の近距離性能（送受信器４からの距離が短い対象物の検知能力）を向上させることができるので、近距離の（送受信器４からの距離が短い）検知対象物までの距離を正確に求めることができる。また、距離計測部９は、振幅検出部６による検出結果に基づいて、位相パターン検出部８による検出結果（検出した、所定のパターンの位相の変化）から、振幅（値）の小さいノイズ成分を除去することができる。従って、位相パターン検出部８による検出結果のみを用いて検知対象物までの距離を求めた場合と比べて、検知対象物までの距離をより正確に求めることができる。   According to the ultrasonic sensor 1, as described above, it is possible to accurately detect a phase change caused by the received reflected wave. For this reason, the reception signal resulting from the reflected wave from the detection target is received while the reverberation signal 13 remains as when the reflected wave from the detection target near the ultrasonic sensor 1 is received. Even in this case, the distance measurement unit 9 can accurately detect the reception of the reflected wave from the detection target based on the detection result by the phase pattern detection unit 8. Thereby, since the short distance performance (detection ability of the object with a short distance from the transmitter / receiver 4) of the ultrasonic sensor 1 can be improved, the detection object at a short distance (the distance from the transmitter / receiver 4 is short). Can be obtained accurately. Further, the distance measuring unit 9 detects a noise component having a small amplitude (value) from the detection result (detected change in the phase of the predetermined pattern) based on the detection result by the amplitude detection unit 6. Can be removed. Therefore, the distance to the detection target can be determined more accurately than when the distance to the detection target is determined using only the detection result by the phase pattern detection unit 8.

次に、図６乃至図９を参照して、本発明の第２の実施形態による超音波センサ１について説明する。第２の実施形態の超音波センサ１は、回路構成上は、その時点で位相角検出部７から出力された（今回の）位相角θと、直近に位相角検出部７から出力された（前回の）位相角θ−１との差分量の絶対値｜θ−θ−１｜が、所定の値を超えたことを検出する位相変化検出部５１（図６参照）を備えている点が、第１の実施形態の超音波センサ１と異なっている。本実施形態における他の回路構成については、基本的に、上記第１の実施形態と同様であるので、図６において、同じ番号を付して、その説明を省略する。また、図７乃至図９においても、第１の実施形態と同様な信号、回路等の要素には、同じ番号を付して、その説明を省略する。なお、位相変化検出部５１の詳細な構成については、後述する。 Next, an ultrasonic sensor 1 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The ultrasonic sensor 1 of the second embodiment is output from the phase angle detection unit 7 (current) and the phase angle detection unit 7 most recently output from the phase angle detection unit 7 at that time in terms of circuit configuration ( The phase change detection unit 51 (see FIG. 6) that detects that the absolute value | θ−θ −1 | of the difference from the previous phase angle θ −1 exceeds a predetermined value is provided. This is different from the ultrasonic sensor 1 of the first embodiment. Since other circuit configurations in the present embodiment are basically the same as those in the first embodiment, the same reference numerals are given in FIG. 6 and description thereof is omitted. Also, in FIGS. 7 to 9, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, such as signals and circuits, and the description thereof will be omitted. The detailed configuration of the phase change detection unit 51 will be described later.

また、第２の実施形態の超音波センサ１は、距離計測部９が、図７に示される第１のゲート期間と第２のゲート期間と第３のゲート期間とを設けており、所定値以上の振幅幅の残響信号１３が残っている第２のゲート期間では、検知対象物までの距離を計算せず、振幅検出部６による検出結果と、位相変化検出部５１による検出結果とに基づいて、検知対象物の存在の有無の検知のみを行う点が、第１の実施形態の超音波センサ１と異なっている。ここで、第１のゲート期間は、送受信器４による超音波の送波時及び送波直後における、検知ゲートを開いていない期間であり、第２のゲート期間は、第１のゲート期間直後の期間であって、所定値以上の振幅幅の残響信号１３が残っている期間（具体的には、受波に起因する受信信号の振幅よりも、残響信号１３の振幅の方が大きい期間）である。また、第３のゲート期間は、第２のゲート期間直後の期間であって、残響信号１３の振幅幅が所定値未満に収束している期間（具体的には、残響信号１３の振幅よりも、受波に起因する受信信号１４の振幅の方が大きい期間）である。なお、図７中の位相コンパレータ出力信号は、位相変化検出部５１内の位相コンパレータ８１（図９参照）から距離計測部９に出力される信号を示す。   Further, in the ultrasonic sensor 1 of the second embodiment, the distance measuring unit 9 has a first gate period, a second gate period, and a third gate period shown in FIG. In the second gate period in which the reverberation signal 13 having the above amplitude width remains, the distance to the detection target is not calculated, but based on the detection result by the amplitude detection unit 6 and the detection result by the phase change detection unit 51. Thus, the ultrasonic sensor 1 of the first embodiment is different in that only the presence / absence of the detection target is detected. Here, the first gate period is a period in which the detection gate is not opened when the ultrasonic wave is transmitted by the transmitter / receiver 4 and immediately after the transmission, and the second gate period is immediately after the first gate period. A period in which the reverberation signal 13 having an amplitude width equal to or greater than a predetermined value remains (specifically, a period in which the amplitude of the reverberation signal 13 is larger than the amplitude of the reception signal caused by reception). is there. The third gate period is a period immediately after the second gate period and is a period in which the amplitude width of the reverberation signal 13 is converged to a value less than a predetermined value (specifically, the amplitude of the reverberation signal 13 is larger than the amplitude). , A period during which the amplitude of the received signal 14 due to reception is larger). 7 indicates a signal output from the phase comparator 81 (see FIG. 9) in the phase change detection unit 51 to the distance measurement unit 9.

距離計測部９は、図７に示される第１のゲート期間では、検知対象物までの距離を計算しない。より具体的に言うと、距離計測部９は、第１のゲート期間では、位相パターン検出部８、又は位相変化検出部５１内の位相コンパレータ８１（図９参照）からのストップ信号が来ても無視する。また、距離計測部９は、第１のゲート期間直後の期間であって、受波に起因する受信信号の振幅よりも、残響信号１３の振幅の方が大きい第２のゲート期間では、検知対象物までの距離を計算せず、振幅検出部６による検出結果と、位相変化検出部５１による検出結果とに基づいて、検知対象物の存在の有無の検知のみを行う。すなわち、距離計測部９は、第２のゲート期間では、位相変化検出部５１内の位相コンパレータ８１から出力されるハイの信号をストップ信号として用いて、検知対象物の存在の有無の検知を行う。具体的には、距離計測部９は、第２のゲート期間では、振幅検出部６からの出力がハイである期間中に、図８に示されるように、位相コンパレータ８１からストップ信号７１が出力された（位相コンパレータ８１からの出力がハイになった）ときに、検知対象物からの反射波を受波したと判断して、検知対象物の存在を報知するための信号を出力する。逆に、第２のゲート期間において、振幅検出部６からの出力及び位相コンパレータ８１からの出力の少なくとも一方がローになったときには、距離計測部９は、検知対象物が存在しない旨を報知するための信号を出力する。   The distance measuring unit 9 does not calculate the distance to the detection target in the first gate period shown in FIG. More specifically, the distance measuring unit 9 receives the stop signal from the phase pattern detecting unit 8 or the phase comparator 81 (see FIG. 9) in the phase change detecting unit 51 in the first gate period. ignore. In addition, the distance measuring unit 9 is a period immediately after the first gate period, and in the second gate period in which the amplitude of the reverberation signal 13 is larger than the amplitude of the reception signal due to reception. The distance to the object is not calculated, and only the presence / absence of the detection target is detected based on the detection result by the amplitude detection unit 6 and the detection result by the phase change detection unit 51. That is, in the second gate period, the distance measuring unit 9 detects the presence / absence of the detection target using the high signal output from the phase comparator 81 in the phase change detection unit 51 as a stop signal. . Specifically, in the second gate period, the distance measuring unit 9 outputs a stop signal 71 from the phase comparator 81 as shown in FIG. 8 during a period in which the output from the amplitude detecting unit 6 is high. When the signal is output (the output from the phase comparator 81 becomes high), it is determined that the reflected wave from the detection target is received, and a signal for notifying the presence of the detection target is output. Conversely, when at least one of the output from the amplitude detection unit 6 and the output from the phase comparator 81 becomes low in the second gate period, the distance measurement unit 9 notifies that the detection target does not exist. Signal for output.

なお、図７中のストップ信号６１は、検知対象物からの反射波が、強制振動による送波に対する反射波から、自由振動による送波に対する反射波に移ったために生じた、受信信号の位相反転に起因して発生したストップ信号である。   Note that the stop signal 61 in FIG. 7 is the phase inversion of the received signal that occurs because the reflected wave from the object to be detected has shifted from the reflected wave to the transmitted wave by forced vibration to the reflected wave to the transmitted wave by free vibration. This is a stop signal generated due to the above.

上記のように、第２のゲート期間において、位相パターン検出部８からのストップ信号を用いず、位相コンパレータ８１からのストップ信号７１を用いた理由は、以下の通りである。すなわち、第２のゲート期間のように、残響信号１３の中に、受波に起因する受信信号が埋もれている場合（受波に起因する受信信号１４の振幅よりも、残響信号１３の振幅の方が大きい場合）、受波に起因する受信信号の位相（角）を正確に測定することは難しいため、位相パターン検出部８に採用されているような方法では、ストップ信号を出力することができない場合があるからである。これに対して、（位相コンパレータ８１を含む）位相変化検出部５１では、残響信号１３の位相が変化しないことを利用して、送受信器４の端子間電圧の信号の位相（角）が少しでも（例えば、５°以上）変化した場合に、ストップ信号を出力する。受波に起因する受信信号の振幅よりも、残響信号１３の振幅の方が大きい場合であっても、図８に示されるように、検知対象物からの反射波を受波したときに、送受信器４の端子間電圧は、僅かに影響を受けるので、図８中の矢印で示されるように、送受信器４の端子間電圧の信号の位相（角）が、僅かに変化する。位相変化検出部５１は、この位相（角）の僅かな変化を検出して、ストップ信号７１を出力する。   As described above, the reason why the stop signal 71 from the phase comparator 81 is used in the second gate period without using the stop signal from the phase pattern detection unit 8 is as follows. That is, when the received signal due to the received wave is buried in the reverberant signal 13 as in the second gate period (the amplitude of the reverberant signal 13 is larger than the amplitude of the received signal 14 caused by the received wave). If it is larger), it is difficult to accurately measure the phase (angle) of the received signal caused by the received wave, so that a method such as that employed in the phase pattern detector 8 may output a stop signal. This is because there are cases where it is not possible. On the other hand, the phase change detection unit 51 (including the phase comparator 81) uses the fact that the phase of the reverberation signal 13 does not change, so that even if the phase (angle) of the signal between the terminals of the transceiver 4 is small When it changes (for example, 5 ° or more), a stop signal is output. Even when the amplitude of the reverberation signal 13 is larger than the amplitude of the received signal caused by the received wave, as shown in FIG. 8, when the reflected wave from the detection target is received, transmission / reception is performed. Since the voltage between the terminals of the device 4 is slightly affected, the phase (angle) of the signal of the voltage between the terminals of the transmitter / receiver 4 slightly changes as shown by the arrow in FIG. The phase change detector 51 detects a slight change in the phase (angle) and outputs a stop signal 71.

なお、上記のように、位相変化検出部５１は、位相パターン検出部８と異なり、信号の位相の変化のパターンを検出せず、残響信号１３（送受信器４の端子間電圧の信号）の位相（角）の変化のみしか検出しない。しかしながら、位相変化検出部５１が、このような検出方法を採用したことにより、誤パルス（誤ったストップ信号）を出力したとしても、余分な検知対象物の存在を報知するための信号（例えば、余分な障害物検知信号）を出力してしまうだけであり、必要な信号（例えば、必要な障害物検知信号）を出力しない訳ではない。このため、安全上の問題はない。   As described above, the phase change detection unit 51, unlike the phase pattern detection unit 8, does not detect the phase change pattern of the signal, and the phase of the reverberation signal 13 (the signal of the voltage across the terminals of the transceiver 4). Only changes in (corner) are detected. However, since the phase change detection unit 51 employs such a detection method, even if an erroneous pulse (incorrect stop signal) is output, a signal for notifying the presence of an extra detection target (for example, Only an unnecessary obstacle detection signal) is output, and a necessary signal (for example, a necessary obstacle detection signal) is not output. For this reason, there is no safety problem.

ただし、上記の位相変化検出部５１は、送受信器４の端子間電圧の信号の位相（角）の変化に敏感である。すなわち、位相変化検出部５１は、送受信器４の端子間電圧の信号の位相（角）が僅かに変化しても、位相コンパレータ８１からストップ信号を出力する。このため、残響信号１３の振幅が十分残っている期間以外で、位相変化検出部５１（からのストップ信号）を用いた場合には、誤検知を起こす可能性がある。   However, the phase change detection unit 51 is sensitive to changes in the phase (angle) of the signal between the terminals of the transceiver 4. That is, the phase change detection unit 51 outputs a stop signal from the phase comparator 81 even if the phase (angle) of the signal between the terminals of the transmitter / receiver 4 slightly changes. For this reason, when the phase change detection unit 51 (stop signal from) is used outside the period in which the amplitude of the reverberation signal 13 remains sufficiently, there is a possibility of erroneous detection.

第３のゲート期間では、残響信号１３の振幅よりも、受波に起因する受信信号１４の振幅の方が大きいので、受波に起因する受信信号の位相（角）を正確に測定することが可能である。また、位相変化検出部５１からのストップ信号を用いた場合には、上記のような誤検知の可能性がある。このため、第３のゲート期間では、距離計測部９は、上記第１の実施形態と同様に、位相パターン検出部８からのストップ信号と、振幅検出部６からの出力信号とに基づいて、検知対象物までの距離を計算する。   In the third gate period, since the amplitude of the received signal 14 resulting from the received wave is larger than the amplitude of the reverberant signal 13, the phase (angle) of the received signal resulting from the received wave can be accurately measured. Is possible. Further, when the stop signal from the phase change detection unit 51 is used, there is a possibility of erroneous detection as described above. For this reason, in the third gate period, the distance measurement unit 9 is based on the stop signal from the phase pattern detection unit 8 and the output signal from the amplitude detection unit 6 as in the first embodiment. Calculate the distance to the object to be detected.

なお、本超音波センサ１において、第２のゲート期間では、検知対象物までの距離を計算せず、検知対象物の存在の有無の検知のみを行う理由は、以下の通りである。すなわち、第２のゲート期間のように、残響が強く残っている期間中に、反射波が受波される場合には、反射波の位相が残響の位相と少しでもずれていると、送受信器４の端子間電圧の信号の全体の位相が変化してしまう。ところが、位相変化検出部５１による距離計測方法では、例えば、１つ目の反射波の位相が、たまたま残響の位相と同じであり、２つ目の反射波の位相が、残響の位相と異なる場合には、２回目の反射波に基づいて距離の計測を行ってしまうので、検知対象物までの距離を誤計測してしまうからである。そして、多重反射があった場合には、位相変化検出部５１は、多数の反射波を受波して、反射波を受波する度に、送受信器４の端子間電圧の信号の位相の変化を検出する可能性が高い。従って、距離計測部９は、このような位相変化検出部５１からの多数の位相変化情報に基づいて、正確な距離計測を行うことが難しいからである。   In the ultrasonic sensor 1, the reason why only the presence / absence of the detection target is detected without calculating the distance to the detection target in the second gate period is as follows. That is, when a reflected wave is received during a period in which reverberation remains strong as in the second gate period, if the phase of the reflected wave slightly deviates from the phase of reverberation, the transceiver The overall phase of the signal of the voltage between terminals 4 changes. However, in the distance measurement method using the phase change detection unit 51, for example, the phase of the first reflected wave happens to be the same as the phase of the reverberation, and the phase of the second reflected wave is different from the phase of the reverberation. This is because the distance to the detection target is erroneously measured because the distance is measured based on the second reflected wave. When there is multiple reflection, the phase change detection unit 51 receives a large number of reflected waves and changes the phase of the signal between the terminals of the transceiver 4 each time the reflected wave is received. Is likely to be detected. Therefore, it is difficult for the distance measurement unit 9 to perform accurate distance measurement based on such a large amount of phase change information from the phase change detection unit 51.

次に、図９を参照して、位相変化検出部５１の詳細な構成の例について説明する。位相変化検出部５１は、位相角微分部３１と位相コンパレータ８１とを備えている。図９に示される例では、位相角微分部３１は、位相変化検出部５１と位相パターン検出部８とで、共有されているが、図６に示される構成に合せて、位相変化検出部５１が、位相パターン検出部８とは別の位相角微分部を備える構成であってもよい。本実施形態の位相角微分部３１は、第１の実施形態の位相角微分部３１と同様な構成である。位相コンパレータ８１は、位相パターン検出部８のコンパレータ３５と同様な構成であるが、その閾値４を、位相パターン検出部８のコンパレータ３５の閾値１よりも大きな値に設定している。閾値４は、例えば、５°に設定される。   Next, an example of a detailed configuration of the phase change detection unit 51 will be described with reference to FIG. The phase change detection unit 51 includes a phase angle differentiation unit 31 and a phase comparator 81. In the example shown in FIG. 9, the phase angle differentiating unit 31 is shared by the phase change detecting unit 51 and the phase pattern detecting unit 8, but the phase change detecting unit 51 is adapted to the configuration shown in FIG. However, a configuration including a phase angle differentiating unit different from the phase pattern detecting unit 8 may be used. The phase angle differentiating unit 31 of the present embodiment has the same configuration as the phase angle differentiating unit 31 of the first embodiment. The phase comparator 81 has the same configuration as the comparator 35 of the phase pattern detection unit 8, but the threshold value 4 is set to a value larger than the threshold value 1 of the comparator 35 of the phase pattern detection unit 8. The threshold value 4 is set to 5 °, for example.

次に、本実施形態の超音波センサ１の変形例について説明する。上記のように、本実施形態の超音波センサ１は、第２のゲート期間では、検知対象物までの距離を計算せず、振幅検出部６による検出結果と、位相変化検出部５１による検出結果とに基づいて、検知対象物の存在の有無を検知した。これに対して、本変形例では、第２のゲート期間において、振幅検出部６による検出結果と、位相変化検出部５１による検出結果とに基づいて、検知対象物までの距離を計算する。具体的には、第２のゲート期間において、距離計測部９は、振幅検出部６からの出力がハイである期間中に、最初に位相変化検出部５１からの出力（位相コンパレータ出力信号）がハイになった時に、受信信号の位相が変化したと判断して、タイマーにストップ信号を出力する。そして、距離計測部９は、タイマーのカウンタ値に基づいて、スタート信号の出力時（図７中の駆動信号１１の送信開始時ｔ１に相当）から、上記のタイマーへのストップ信号の出力時までの期間（図７中の時間計測期間Ｔ８に相当）の時間を求める。そして、このスタート信号の出力時からタイマーへのストップ信号の出力時までの時間に音速を乗じて、検知対象物までの距離を算出する。このように、位相変化検出部５１による検出結果を用いて距離の計測を行った場合には、位相パターン検出部８による検出結果に基づいて距離を計測した場合と比べて、正確な距離の計測を行うことは難しいが、計測される距離の精度に厳密さが要求されない用途においては、本変形における距離の計測方法を用いても、問題はない。 Next, a modification of the ultrasonic sensor 1 of the present embodiment will be described. As described above, the ultrasonic sensor 1 of the present embodiment does not calculate the distance to the detection target in the second gate period, and the detection result by the amplitude detection unit 6 and the detection result by the phase change detection unit 51. Based on the above, the presence or absence of the detection object was detected. On the other hand, in the present modification, the distance to the detection target is calculated based on the detection result by the amplitude detection unit 6 and the detection result by the phase change detection unit 51 in the second gate period. Specifically, in the second gate period, the distance measurement unit 9 first receives an output (phase comparator output signal) from the phase change detection unit 51 during a period in which the output from the amplitude detection unit 6 is high. When it becomes high, it is determined that the phase of the received signal has changed, and a stop signal is output to the timer. Then, the distance measuring unit 9, based on the counter value of the timer, from the time the output of the start signal (corresponding to the transmission start time t 1 of the drive signal 11 in FIG. 7), when the output of the stop signal to the timer until obtaining the period (corresponding to the time measurement period T 8 in FIG. 7) of the time. Then, the distance from the output of the start signal to the output of the stop signal to the timer is multiplied by the speed of sound to calculate the distance to the detection target. As described above, when the distance is measured using the detection result by the phase change detection unit 51, the distance measurement is more accurate than when the distance is measured based on the detection result by the phase pattern detection unit 8. However, there is no problem even if the distance measurement method in this modification is used in applications where the accuracy of the measured distance is not required to be strict.

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上記第２の実施形態では、第２のゲート期間を、受波に起因する受信信号の振幅よりも、残響信号の振幅の方が大きい期間に設定し、第３のゲート期間を、残響信号の振幅よりも、受波に起因する受信信号の振幅の方が大きい期間に設定した。しかしながら、第２のゲート期間は、これに限られず、第１のゲート期間直後の期間であって、所定値以上の振幅幅の残響信号が残っている期間であればよい。また、第３のゲート期間も、上記に限られず、第２のゲート期間直後の期間であって、残響信号の振幅幅が所定値未満に収束している期間であればよい。また、上記第１の実施形態では、振幅検出部６、位相角検出部７、位相パターン検出部８、及び距離計測部９を、一つのマイコン１０により構成し、第２の実施形態では、これらの回路に加えて、位相変化検出部５１を、一つのマイコン１０により構成した。けれども、これらの回路を複数の（マイコン等の）プロセッサやＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）で構成してもよい。   In addition, this invention is not restricted to the structure of the said embodiment, A various deformation | transformation is possible in the range which does not change the meaning of invention. For example, in the second embodiment, the second gate period is set to a period in which the amplitude of the reverberation signal is larger than the amplitude of the reception signal resulting from reception, and the third gate period is set to the reverberation. The period was set such that the amplitude of the received signal due to reception was larger than the amplitude of the signal. However, the second gate period is not limited to this, and may be a period immediately after the first gate period and a period in which a reverberation signal having an amplitude width of a predetermined value or more remains. Further, the third gate period is not limited to the above, and may be a period immediately after the second gate period as long as the amplitude width of the reverberation signal is converged to less than a predetermined value. In the first embodiment, the amplitude detector 6, the phase angle detector 7, the phase pattern detector 8, and the distance measuring unit 9 are configured by a single microcomputer 10, and in the second embodiment, these are In addition to the circuit, the phase change detection unit 51 is configured by one microcomputer 10. However, these circuits may be constituted by a plurality of processors (such as a microcomputer) or an FPGA (Field Programmable Gate Array).

１ 超音波センサ
２ 送波駆動部
４ 送受信器
５ 増幅部
６ 振幅検出部
７ 位相角検出部
８ 位相パターン検出部
９ 距離計測部
３１ 位相角微分部
４１ 第１レジスタ（第１の位相角記憶部）
４２ 第２レジスタ（第２の位相角記憶部）
４４ 減算器（位相変化判定部）
４５ 絶対値出力回路（位相変化判定部）
４７ ウィンドウコンパレータ（位相変化判定部）
５１ 位相変化検出部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic sensor 2 Transmission drive part 4 Transmitter / receiver 5 Amplification part 6 Amplitude detection part 7 Phase angle detection part 8 Phase pattern detection part 9 Distance measurement part 31 Phase angle differentiation part 41 1st register (1st phase angle memory | storage part) )
42 Second register (second phase angle storage unit)
44 Subtractor (Phase change determination unit)
45 Absolute value output circuit (phase change judgment part)
47 Window comparator (phase change judgment part)
51 Phase change detector

Claims (4)

超音波の送波と受波に共用する振動子を有し、超音波の送波と、送波した超音波に対する、検知対象物からの反射波の受波とを行って、受波した反射波に応じた受信信号を出力する送受信器と、
前記送受信器における振動子を駆動するための、２位相偏移変調した駆動信号を送信する送波駆動部と、
前記送受信器から出力された信号を増幅する増幅部と、
前記増幅部による増幅後の信号を検波して、検波後の信号の振幅値が、所定の閾値より大きいか否かを検出する振幅検出部と、
前記増幅部による増幅後の信号における位相角を検出して出力する位相角検出部と、
前記位相角検出部から出力された位相角の信号波形に基づいて、前記増幅部による増幅後の信号における、所定のパターンの位相の変化を検出する位相パターン検出部と、
前記振幅検出部による検出結果と、前記位相パターン検出部による検出結果とに基づいて、前記検知対象物までの距離を計算する距離計測部とを備える超音波センサ。 It has a vibrator that is used for both transmission and reception of ultrasonic waves, and transmits the ultrasonic waves and receives the reflected waves from the object to be detected. A transmitter / receiver that outputs a received signal corresponding to a wave;
A transmission drive unit for transmitting a drive signal subjected to two-phase shift modulation for driving a vibrator in the transceiver; and
An amplifier for amplifying a signal output from the transceiver;
An amplitude detection unit for detecting the signal amplified by the amplification unit and detecting whether the amplitude value of the signal after detection is greater than a predetermined threshold;
A phase angle detector that detects and outputs a phase angle in the signal amplified by the amplifier; and
Based on the signal waveform of the phase angle output from the phase angle detection unit, a phase pattern detection unit that detects a change in phase of a predetermined pattern in the signal amplified by the amplification unit;
An ultrasonic sensor comprising: a distance measurement unit that calculates a distance to the detection target based on a detection result by the amplitude detection unit and a detection result by the phase pattern detection unit. 前記位相パターン検出部は、
その時点で前記位相角検出部から出力された位相角と、所定時間前に前記位相角検出部から出力された位相角との差分量の絶対値を出力する位相角微分部と、
前記位相角微分部から出力された差分量の絶対値の大きさが所定の値より小さい状態が、所定の時間以上続いたときに、前記位相角検出部から出力された位相角を記憶する第１の位相角記憶部と、
前記第１の位相角記憶部に前記位相角を記憶した時点から所定の時間経過した後に、前記位相角微分部から出力された差分量の絶対値の大きさが所定の値より小さい状態が、所定の時間以上続いたときに、前記位相角検出部から出力された位相角を記憶する第２の位相角記憶部と、
前記第１の位相角記憶部に記憶された位相角と、前記第２の位相角記憶部に記憶された位相角との差が、所定の値の範囲内に入っていた場合に、前記所定のパターンの位相の変化を検出したと判定する位相変化判定部とを備えることを特徴とする請求項1に記載の超音波センサ。 The phase pattern detector is
A phase angle differentiation unit that outputs an absolute value of a difference amount between the phase angle output from the phase angle detection unit at that time and the phase angle output from the phase angle detection unit a predetermined time ago;
A phase angle output from the phase angle detector is stored when a state in which the absolute value of the difference amount output from the phase angle differentiator is smaller than a predetermined value continues for a predetermined time or longer. 1 phase angle storage unit;
A state in which the magnitude of the absolute value of the difference amount output from the phase angle differentiating unit is smaller than a predetermined value after a predetermined time has elapsed from the time when the phase angle is stored in the first phase angle storage unit, A second phase angle storage unit that stores the phase angle output from the phase angle detection unit when it continues for a predetermined time or more;
When the difference between the phase angle stored in the first phase angle storage unit and the phase angle stored in the second phase angle storage unit is within a predetermined value range, the predetermined phase angle is stored. 2. The ultrasonic sensor according to claim 1, further comprising a phase change determination unit that determines that a change in phase of the pattern is detected. その時点で前記位相角検出部から出力された位相角と、所定時間前に前記位相角検出部から出力された位相角との差分量の絶対値が、所定の値を超えたことを検出する位相変化検出部をさらに備え、
前記距離計測部は、
前記送受信器による超音波の送波時及び送波直後における、検知ゲートを開いていない期間である第１のゲート期間では、前記検知対象物までの距離を計算せず、
前記第１のゲート期間直後の期間であって、所定値以上の振幅幅の残響信号が残っている期間である第２のゲート期間では、前記検知対象物までの距離を計算せず、前記振幅検出部による検出結果と、前記位相変化検出部による検出結果とに基づいて、前記検知対象物の存在の有無を検知し、
前記第２のゲート期間直後の期間であって、前記残響信号の振幅幅が所定値未満に収束している期間である第３のゲート期間では、前記振幅検出部による検出結果と、前記位相パターン検出部による検出結果とに基づいて、前記検知対象物までの距離を計算することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波センサ。 It is detected that the absolute value of the difference amount between the phase angle output from the phase angle detection unit at that time and the phase angle output from the phase angle detection unit a predetermined time ago exceeds a predetermined value. A phase change detector;
The distance measuring unit is
In the first gate period, which is the period when the detection gate is not opened at the time of and immediately after the transmission of the ultrasonic wave by the transceiver, the distance to the detection object is not calculated,
In the second gate period, which is a period immediately after the first gate period and in which a reverberation signal having an amplitude width equal to or greater than a predetermined value remains, the distance to the detection target is not calculated, and the amplitude Based on the detection result by the detection unit and the detection result by the phase change detection unit, the presence or absence of the detection object is detected,
In a third gate period, which is a period immediately after the second gate period and is a period in which the amplitude width of the reverberation signal has converged below a predetermined value, the detection result by the amplitude detector and the phase pattern The ultrasonic sensor according to claim 1, wherein a distance to the detection target is calculated based on a detection result by a detection unit. その時点で前記位相角検出部から出力された位相角と、所定時間前に前記位相角検出部から出力された位相角との差分量の絶対値が、所定の値を超えたことを検出する位相変化検出部をさらに備え、
前記距離計測部は、
前記送受信器による超音波の送波時及び送波直後における、検知ゲートを開いていない期間である第１のゲート期間では、前記検知対象物までの距離を計算せず、
前記第１のゲート期間直後の期間であって、所定値以上の振幅幅の残響信号が残っている期間である第２のゲート期間では、前記振幅検出部による検出結果と、前記位相変化検出部による検出結果とに基づいて、前記検知対象物までの距離を計算し、
前記第２のゲート期間直後の期間であって、前記残響信号の振幅幅が所定値未満に収束している期間である第３のゲート期間では、前記振幅検出部による検出結果と、前記位相パターン検出部による検出結果とに基づいて、前記検知対象物までの距離を計算することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の超音波センサ。 It is detected that the absolute value of the difference amount between the phase angle output from the phase angle detection unit at that time and the phase angle output from the phase angle detection unit a predetermined time ago exceeds a predetermined value. A phase change detector;
The distance measuring unit is
In the first gate period, which is the period when the detection gate is not opened at the time of and immediately after the transmission of the ultrasonic wave by the transceiver, the distance to the detection object is not calculated,
In the second gate period, which is a period immediately after the first gate period and in which a reverberation signal having an amplitude width equal to or greater than a predetermined value remains, the detection result by the amplitude detector and the phase change detector Calculate the distance to the detection object based on the detection result by
In a third gate period, which is a period immediately after the second gate period and is a period in which the amplitude width of the reverberation signal has converged below a predetermined value, the detection result by the amplitude detector and the phase pattern The ultrasonic sensor according to claim 1, wherein a distance to the detection target is calculated based on a detection result by a detection unit.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107807361A (en) * 2016-09-08 2018-03-16 奥特润株式会社 For driving the apparatus and method of ultrasonic sensor
JPWO2021044534A1 (en) * 2019-09-04 2021-03-11

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107807361A (en) * 2016-09-08 2018-03-16 奥特润株式会社 For driving the apparatus and method of ultrasonic sensor
CN107807361B (en) * 2016-09-08 2021-04-27 现代摩比斯株式会社 Apparatus and method for driving ultrasonic sensor
JPWO2021044534A1 (en) * 2019-09-04 2021-03-11
WO2021044534A1 (en) * 2019-09-04 2021-03-11 日本電気株式会社 Optical distance-measuring device and optical distance-measuring method
JP7248132B2 (en) 2019-09-04 2023-03-29 日本電気株式会社 Optical ranging device and optical ranging method

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