CN108802682A - 一种超声波组件和信号接收器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种超声波组件，该超声波组件包括：一个超声波接收器、一个第一电处理元件以及一个超声接收通道组件；超声波接收器与第一电处理元件电连接，并且超声波接收器和第一电处理元件放置于超声接收通道组件上；超声接收通道组件构成超声波的接收通道；其中，该接收通道为立体的内部空间结构，该立体的内部空间结构的侧剖面呈号筒型。本发明实施例还公开了一种信号接收器。

Description

一种超声波组件和信号接收器

技术领域

本发明实施例涉及空间定位技术，尤指一种超声波组件和信号接收器。

背景技术

随着虚拟现实领域的日益繁荣，虚拟游戏开始出现，在虚拟游戏提供的沉浸式交互体验中，精确的空间定位追踪技术显得尤为关键，目前使用的定位技术，无论是手柄还是头显定位装置都很笨重，拿在手里或者戴在头上都会带来不便，因此如何实现轻巧精确的空间定位，成为亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种超声波组件和信号接收器，能够有效减小接收设备的重量和体积，大幅缩减成本，并提高超声波的传输效率。

为了达到本发明实施例目的，本发明实施例提供了一种超声波组件，该超声波组件包括：一个超声波接收器、一个第一电处理元件以及一个超声接收通道组件；超声波接收器与第一电处理元件电连接；超声接收通道组件构成超声波的接收通道；所述超声波接收器放置于所述超声波接收通道的一端；

其中，接收通道为立体的内部空间结构，该立体的内部空间结构的侧剖面呈号筒型。

可选地，接收通道为立体圆盘的内部空间结构，立体圆盘的内部空间结构的侧剖面呈镜像放置的号筒型，且镜像放置的两个号筒的喉部相对。

可选地，超声波接收器，为MEMS超声波接收器，用于接收超声波信号，并将超声波信号转换为电信号；

第一电处理元件，用于将电信号进行处理；

超声波的接收通道，用于收集空间内预设的超声波发射器发射的超声波，并将所收集的超声波传导至超声波接收器。

可选地，超声接收通道组件包括：底座和顶盖；

底座包括：底板；其中底板呈圆锥体型，并且该圆锥体的斜面为曲面；

顶盖包括：斜面体；其中斜面体的侧面上沿侧面圆周设置有多个开孔，该开孔与超声波的接收通道连通；斜面体的内表面也为曲面，斜面体的内表面与底板构成超声波的接收通道。

可选地，顶盖还包括：顶板；该顶板设置于斜面体的上端，顶板上设置有通孔，该通孔与超声波的接收通道连通，超声波接收器和第一电处理元件设置在顶板上，位于通孔上方。

可选地，顶板上设置有凹槽，用于放置超声波接收器和第一电处理元件；通孔设置于该凹槽的底部。

可选地，超声波组件还包括：固定板；固定板设置于超声接收通道组件上方，用于固定超声波接收器和第一电处理元件。

可选地，号筒型的微指数曲线计算式包括：d(x)＝S₀e^δx/(2πR(x))；

其中，x为沿轴线方向距号筒喉部的曲线距离，d(x)为x位置处号筒的宽度；R(x)是x位置处号筒的半径，S₀为号筒喉部面积，δ为蜿蜒指数。

为了达到本发明实施例目的，本发明实施例还提供了一种信号接收器，包括透镜组件以及上述任意一项所述的超声波组件；

透镜组件包括：一个透镜、一个光敏元件和一个第二电处理元件；

光敏元件与第二电处理元件相连，透镜设置于光敏元件上方。

可选地，透镜为全向接收透镜，光信号从透镜的入射面入射到透镜中，经透镜的折射作用，从透镜的出射面出射后，汇聚到光敏元件上。

可选地，光敏元件和所述第二电处理元件设置于所述超声波组件中超声接收通道组件的顶板的凹槽内。

可选地，该信号接收器还包括：固定板，透镜安装在固定板上方，光敏元件、第二电处理元件、超声波接收器和第一电处理元件安装在固定板内，超声接收通道组件安装在固定板下方。

可选地，当光敏元件和第二电处理元件设置于凹槽内时，透镜固定于顶板上；当光敏元件和第二电处理元件设置于固定板上时，透镜固定于固定板上；

可选地，第一电处理元件和第二电处理元件集成于一个电路板内。

可选地，超声波组件能够接收180°空间范围内的超声波信号，以及透镜组件能够接收180°空间范围内的激光信号。

本发明实施例包括：一个超声波接收器、一个第一电处理元件以及一个超声接收通道组件；超声波接收器与第一电处理元件电连接，并且超声波接收器和第一电处理元件放置于超声接收通道组件上；超声接收通道组件构成超声波的接收通道；其中，该接收通道为立体圆盘的内部空间结构，该立体圆盘的内部空间结构的侧剖面呈镜像放置的号筒型，并且镜像放置的两个号筒的喉部相对。通过本发明实施例方案，该超声波组件中仅包含一个超声波接收器、一个第一电处理元件以及一个超声接收通道组件，能够解决当前的手柄和头显定位装置中设置多个光信号接收元件和超声波信号接收元件，造成定位装置笨重的问题，从而有效地减小了接收设备的重量和体积，并大幅缩减了生产成本；另外超声波的接收通道为立体圆盘的内部空间结构，该立体圆盘的内部空间结构的侧剖面呈镜像放置的号筒型，该接收通道结构大大提高了超声波的传输效率。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例的超声波组件组成框图；

图2为本发明实施例的超声波组件结构示意图；

图3为本发明实施例的超声波组件侧面剖视图；

图4为本发明实施例的超声接收通道组件结构爆炸图；

图5为本发明实施例的包含固定板的超声波组件组合结构图；

图6为本发明实施例的信号接收器组成框图；

图7为本发明实施例的信号接收器整体结构示意图；

图8为本发明实施例的透镜组件结构爆炸图；

图9为本发明实施例的信号接收器侧面剖视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例一

一种超声波组件1，如图1、图2所示，该超声波组件1可以包括：一个超声波接收器11、一个第一电处理元件12以及一个超声接收通道组件13；超声波接收器11与第一电处理元件12电连接；超声接收通道组件13构成超声波的接收通道，并且超声波接收器1112放置于超声接收通道组件13的一端。其中，如图2、图3所示，超声波的接收通道侧剖面呈镜像放置的号筒型131，并且镜像放置的两个号筒的喉部132相对。具体地，超声波接收通道可以为立体圆盘的内部空间结构，该立体圆盘的内部空间结构的侧剖面呈镜像放置的号筒型131，该超声波接收通道还可以设置为其他立体的非圆盘的形状，例如为立体矩形，立体椭圆形等，只要其侧剖面呈号筒形，皆在本发明实施例的技术方案保护范围内。

在本发明实施例中，由于当前的手柄和头显定位装置中设置有多个超声波信号接收元件，使得手柄和头显定位装置本身非常笨重，不易操作，为用户带来了很差的体验感。为了解决这一问题，本发明实施例方案提出了一种新型的超声波接收组件，该组件仅由一个超声波接收器11、一个第一电处理元件12以及一个超声接收通道组件13组成，结构简单且轻便，有效地减小了接收设备的重量和体积，并大幅缩减了生产成本。另外，该组件可以接收空间内各个方位上预设的超声波发射器发射的超声波信号，具体地，该超声波组件能够接收360°空间范围内的超声波信号，扩大了接收范围，弥补了普通接收器件存在一定角度盲区的缺陷，平衡了各个接收角度声波信号的动态范围，为后期信号处理提供便利，优化了整体结构的接收指向性，使单一指向性转变为全指向性，提高了空间定位的精度。其次，本发明实施例方案中的超声波的接收通道为立体圆盘的内部空间结构，且其内部空间结构是边缘空间容量大，并从边缘到中心的空间容量逐渐减小，使得该立体圆盘的内部空间结构的侧剖面呈镜像放置的号筒型，该结构更利于超声波信号的传输，大大提高了超声波的传输效率，提高了空间定位速度。

在本发明实施例中，为了平衡多入射角度的超声波的收集效率，缩小各个角度的动态范围，本发明实施例方案中的号筒型超声波接收通道的内部曲线可以采用下述的计算式进行计算。

可选地，号筒型的指数曲线计算式可以包括：d(x)＝S₀e^δx/(2πR(x))；

其中，x为沿轴线方向距号筒喉部132的曲线距离，d(x)为x位置处号筒的宽度；S₀为号筒喉部面积，R(x)是x位置处号筒的半径，δ为蜿蜒指数，是决定截面积变化快慢的参量。

在本发明实施例中，通过调整上述参数，可以改变开孔135处(即超声波的输入口，在下述内容中将做详细介绍)的输入声阻抗和系统截止频率，从而达到最大化声传输效率的目的。

可选地，超声波接收器11，用于接收空间内预设的超声波发射器(未示出)发射的超声波，并将超声波信号转换为电信号；

第一电处理元件12，用于将接收的电信号进行初步处理并传输出去；

超声波的接收通道13，用于收集超声波发射器发射的超声波，并将所收集的超声波传导至超声波接收器11。

在本发明实施例中，该超声波接收器11可以为任何可以实施的超声波接收装置、器材、设备、电路等，对于其具体实现形式不做限制；并且为了便于应用于手持式设备或头戴设备中，该超声波接收器11最好为微型元器件，可选地，该超声波接收器11可以为微机电系统MEMS超声波接收器。如超声波接收器11为MEMS超声波接收器，则其透气孔应朝下，面向超声波的接收通道13，以接收从超声波接收通道13传导过来的超声波信号。另外，该第一电处理元件12可以为任何能够对电信号进行处理的电路、芯片和/或模块等，并且该电路、芯片和/或模块可以为单一的电路、芯片和/或模块，也可以为与其他电路或模块集成在一起的电路、芯片和/或模块，对于其具体形式不做限制。

可选地，如图2、图3所示，超声接收通道组件13可以包括：底座133和顶盖134。

如图4所示，底座133可以包括：底板1331以及围绕于该底板1331周围的第一围板1332；其中，底板1331呈圆锥体型，并且该圆锥体的斜面为曲面；

顶盖134可以包括：顶板1341、斜面体1342以及围绕于该斜面体1342周围的第二围板1343；其中斜面体1342的侧面上沿侧面圆周设置有多个开孔135，该开孔135与超声波的接收通道连通；斜面体1342的内表面也为曲面，斜面体1342的内表面与底板1331构成超声波的接收通道。

在本发明实施例中，斜面体1342的外表面可以为圆锥面，也可以为弧面，对于其具体形状不做限制。并且开孔135的形状可以包括但不限于：长方形、圆形、菱形和/或不规则形状等，对于其具体形状也不做限制；开孔135的个数可以为一个或多个，对于其具体数量不做限制。另外为了使得该开孔135能够接收空间内多个角度的超声波信号，应使开孔135尽量分布于斜面体1342的圆周上。并且为了增加斜面体1342上的接收空间，该开孔135还可以为一排或多排。

可选地，该顶板1341可以设置于斜面体1342的上端，顶板1341上设置有通孔136，该通孔136与超声波的接收通道连通。

可选地，顶板1341上可以设置有凹槽137，用于放置超声波接收器11和第一电处理元件12；通孔136设置于该凹槽137的底部。

在本发明实施例中，在顶板1341上可以设置凹槽137，以方便放置超声波接收器11和第一电处理元件12，并且可以在凹槽137的底部设置通孔136，以便于超声波从超声波的接收通道传输到超声波接收器11内。

在本发明实施例中，图2所示的实施例中超声波接收器11设置于第一电处理元件12上方，在其它实施例中，超声波接收器11也可以设置于第一电处理元件12的下方或四周，并且超声波接收器11和第一电处理元件12还可以根据不同的需求设置于不同的位置上，例如只将超声波接收器11设置在超声接收通道组件上方，和超声波接收器11点连接的第一电处理元件12外置于超声接收通道组件。本发明实施例对于超声波接收器11和第一电处理元件12的具体位置不做限制。在本发明实施例中，为了减少整个接收组件的重量，超声接收通道组件13可以采用塑料材料。

在本发明实施例中，为了保护超声波接收器11和第一电处理元件12不受损害或外界环境的污染，超声波组件1中还可以包括保护壳，该保护壳设置于超声波接收器11和第一电处理元件12上方，以对其进行保护，并防尘、防潮。如超声波接收器11为MEMS超声波接收器，则为了保证无背部声波串扰，在超声波接收器11上方设置保护壳还可以满足气密性要求，不会有缝隙露声。

实施例二

如图5所示，实施例二与实施例一的区别在于，超声波接收器11和第一电处理元件12的放置位置不同。

可选地，超声波组件1还可以包括：固定板14；固定板14设置于超声接收通道组件13上方，用于固定超声波接收器11和第一电处理元件12。

固定板14上可以设置有凹槽，用于放置超声波接收器11和第一电处理元件12；通孔136设置于该凹槽的底部，该通孔136与超声波的接收通道连通。

超声波组件1中还可以包括保护壳，该保护壳设置于超声波接收器11上方，以对其进行保护，并防尘、防潮。如超声波接收器11为MEMS超声波接收器，在超声波接收器11上方设置保护壳，保护壳和固定板密封超声波接收器11，为了保证无背部声波串扰，以满足超声波接收器11的气密性要求，不会有缝隙露声。

实施例三

实施例二与实施例一的区别在于，给出了超声波接收通道的内部曲线的具体实施例。

在本发明实施例中，如图3所示，号筒喉部132的62位置处的宽度为1mm，高度为0.7mm，则S₀＝1.35mm²；号筒61处的相对于圆心半径为14mm，宽度为2.4mm，因此此处面积S＝211.12mm²，根据公式S＝S₀e^δx由此得到δ＝358.32，带入计算式d(x)＝S₀e^δx/(2πR(x))可以得到曲线d(x)。

号筒的截止频率为C₀为声速；则f_c＝9694Hz，如果使用的为40kHz超声波，则远大于此截止频率。并且，此结构设计在能提高40kHz的传输效率的同时能够削弱9694Hz以下声波的影响。

实施例四

一种信号接收器2，如图6、图7所示，包括上述任意一项所述的超声波组件1以及透镜组件3；

如图8、图9所示，透镜组件3包括：一个透镜31、一个光敏元件32和一个第二电处理元件33；

光敏元件32与第二电处理元件33相连，透镜31设置于光敏元件32上方。从光信号发射器发出的光信号从透镜的入射面入射到透镜中，经透镜的折射作用，从透镜的出射面出射后，汇聚到所述光敏元件32上，光敏元件32可以包括滤光片和光电传感器，光敏元件32将光信号转化为电信号，再通过第二电处理元件33进行初步处理后并传输出去。具体地，透镜为一个全向接收透镜，可以接收来自周边180°范围内的光信号。

在本发明实施例中，信号接收器2仅由一个超声波接收器11、一个第一电处理元件12、一个超声接收通道组件13，以及一个透镜31、一个光敏元件32和一个第二电处理元件33组成，结构简单且轻便，有效地减小了接收设备的重量和体积，并大幅缩减了生产成本。另外，信号接收器2可以接收空间内各个方位上预设的超声波发射器发射的超声波信号，以及预设的激光发射器发射的激光信号。具体地，超声波组件1能够接收360°空间范围内的超声波信号，透镜组件3能够接收180°空间范围内的激光信号，扩大了接收范围，提高了空间定位的精度。

可选地，光敏元件32和所述第二电处理元件33设置于超声波组件1中超声接收通道组件13的顶板1341的凹槽137内。

可选地，信号接收器还包括：固定板14，透镜31安装在固定板14上方，光敏元件32、第二电处理元件33、超声波接收器11和第一电处理元件12安装在固定板14内，超声接收通道组件13安装在固定板14下方。

可选地，当光敏元件和第二电处理元件设置于凹槽内时，透镜固定于顶板上；当光敏元件和第二电处理元件设置于固定板上时，透镜固定于固定板上，如图9所示。

可选地，第一电处理元件和第二电处理元件集成于一个电路板内。

本发明实施例包括：一个微机电系统MEMS超声波接收器、一个第一电处理元件以及一个超声接收通道组件；一个透镜31、一个光敏元件32和一个第二电处理元件33。MEMS超声波接收器与第一电处理元件电连接，并且MEMS超声波接收器放置于超声接收通道组件上；超声接收通道组件构成超声波的接收通道；其中，该接收通道为立体圆盘的内部空间结构，该立体圆盘的内部空间结构的侧剖面呈镜像放置的号筒型，并且镜像放置的两个号筒的喉部相对；透镜31位于整个信号接收器的最上方，用于接收180°范围内的光信号，并将光信号传导到光敏原件32上转化为电信号，通过第二电处理元件33进行处理。通过本发明实施例方案，该信号接收器中仅包含一个超声波接收器组件和一个透镜组件，能够解决当前的手柄和头显定位装置中设置多个光信号接收元件和超声波信号接收元件，造成定位装置笨重的问题，从而有效地减小了接收设备的重量和体积，并大幅缩减了生产成本；另外超声波的接收通道为立体圆盘的内部空间结构，该立体圆盘的内部空间结构的侧剖面呈镜像放置的号筒型，该结构通道结构大大提高了超声波的接收效率。

虽然本发明实施例所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明实施例。任何本发明实施例所属领域内的技术人员，在不脱离本发明实施例所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明实施例的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种超声波组件，其特征在于，所述超声波组件包括：一个超声波接收器、一个第一电处理元件以及一个超声接收通道组件；所述超声波接收器与所述第一电处理元件电连接；所述超声接收通道组件构成超声波的接收通道；所述超声波接收器放置于所述超声波接收通道的一端；

其中，所述接收通道为立体的内部空间结构，所述立体的内部空间结构的侧剖面呈号筒型。

2.如权利要求1所述的超声波组件，其特征在于，所述接收通道为立体圆盘的内部空间结构，所述立体圆盘的内部空间结构的侧剖面呈镜像放置的号筒型，且镜像放置的两个号筒的喉部相对。

3.根据权利要求1所述的超声波组件，其特征在于，

所述超声波接收器，为MEMS超声波接收器，用于接收超声波信号，并将超声波信号转换为电信号；

所述第一电处理元件，用于将电信号进行处理；

所述超声波的接收通道，用于收集空间内预设的超声波发射器发射的超声波，并将所收集的超声波传导至所述超声波接收器。

4.根据权利要求2所述的超声波组件，其特征在于，所述超声接收通道组件包括：底座和顶盖；

所述底座包括：底板；其中所述底板呈圆锥体型，并且所述圆锥体的斜面为曲面；

所述顶盖包括：斜面体；其中所述斜面体的侧面上沿侧面圆周设置有多个开孔，所述开孔与所述超声波的接收通道连通；所述斜面体的内表面也为曲面，所述斜面体的内表面与所述底板构成所述超声波的接收通道。

5.根据权利要求4所述的超声波组件，其特征在于，所述顶盖还包括：顶板；所述顶板设置于所述斜面体的上端，所述顶板上设置有通孔，所述通孔与所述超声波的接收通道连通，所述超声波接收器和所述第一电处理元件设置在顶板上，位于所述通孔上方。

6.根据权利要求1所述的超声波组件，其特征在于，所述号筒型的指数曲线计算式包括：d(x)＝S₀e^δx/(2πR(x))；

其中，x为沿轴线方向距号筒喉部的曲线距离，d(x)为x位置处号筒的宽度；R(x)是x位置处号筒的半径，S₀为号筒喉部面积，δ为蜿蜒指数。

7.一种信号接收器，其特征在于，包括透镜组件以及权利要求1至7任意一项所述的超声波组件；

所述透镜组件包括：一个透镜、一个光敏元件和一个第二电处理元件；

所述光敏元件与所述第二电处理元件相连，所述透镜设置于所述光敏元件上方。

8.根据权利要求7所述的信号接收器，其特征在于，所述透镜为全向接收透镜，光信号从透镜的入射面入射到透镜中，经透镜的折射作用，从透镜的出射面出射后，汇聚到所述光敏元件上。

9.根据权利要求7所述的信号接收器，其特征在于，还包括：固定板，所述透镜安装在所述固定板上方，所述光敏元件、所述第二电处理元件、所述超声波接收器和所述第一电处理元件安装在所述固定板内，所述超声接收通道组件安装在所述固定板下方。

10.根据权利要求7所述的信号接收器，其特征在于，所述第一电处理元件和所述第二电处理元件集成于一个电路板内。