JP2001235538A

JP2001235538A - 超音波送受信回路及び視覚障害者用物体検知装置

Info

Publication number: JP2001235538A
Application number: JP2000044935A
Authority: JP
Inventors: Takuo Takai; 拓夫高井
Original assignee: Ricoh Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Ricoh Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2000-02-22
Publication date: 2001-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】高感度増幅部を利用して受信部を構成するこ
とにより、簡単な回路構成を有する超音波送受信回路を
提供し、該超音波送受信回路を用いて装置の小型化を実
現し、視覚障害者にとって利便性の高い物体検知装置を
提供する。【解決手段】受信部１２は受信信号と他のノイズ信号
とを高精度で区別することができる受信アンプを備えて
いる。このため、超音波振動子２０へ送る送信部１１か
らの駆動パルスは小さくて済むので該送信部に増幅部を
設ける必要がなくなり、ダイオードクリップ回路等を省
略できる。また、上記受信アンプは送波時には電源がオ
フになっているので、受信部側のダイオードクリップ回
路等も省略できる。したがって、回路構成を簡略化でき
る。また、この超音波送受信回路１０では、更に駆動パ
ルスを小さくするため、上記送信部を上記超音波振動子
に並列接続された終端抵抗Ｒ₁を利用して直列接続して
いるので、回路構成を更に簡略化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波送受信回路
及び該回路を有する視覚障害者用物体検知装置に係り、
詳しくは、ソナー、医療用超音波装置、金属探傷機など
に使用される超音波振動子に接続される電子回路である
超音波送受信回路及び該回路を有する視覚障害者用物体
検知装置に関するものである。尚、ここで使用する「超
音波振動子」の語は、超音波探触子等を含む意味であ
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の超音波送受信回路は、超音波振
動子を駆動させて超音波を送波し、その反射波を受波し
て、その受波信号に対して所定の処理を行うことによ
り、視覚障害者用又は自動車用の物体検知装置、超音波
医用診断装置、魚群探知機、非破壊検査装置など、広い
技術分野で適用されている。

【０００３】図７は、超音波送受信回路１１０の概略構
成の一例を示す回路図である。この超音波送受信回路１
１０は、超音波振動子１２０に送信信号である駆動パル
スを送信する送信部１１１と、該超音波振動子で受波し
た超音波に基づく受信信号を受信する受信部１１２とか
ら構成されている。この超音波送受信回路１１０を、視
覚障害者が歩行する際に進行方向に存在する障害物等の
物体を検知して該視覚障害者に該物体の有無を報知する
視覚障害者用物体検知装置に適用する場合、該装置は、
視覚障害者が手で把持したり、衣服等に取り付けられた
りした状態で前方に向けて超音波を送波し、その反射波
から物体の有無を検知する。

【０００４】上記送信部１１１は、端子ＥにＬレベルの
信号が加えられると、トランジスタＴｒ₁がオフ状態と
なり、信号生成部として機能する３段のインバータＩｎ
ｖ１，Ｉｎｖ２，Ｉｎｖ３によるＣＲ発振回路１１１ａ
で上記超音波振動子１２０の駆動パルスが生成される。
そして、この駆動パルスは、直流カット用のコンデンサ
Ｃ₂₀を通過し、増幅部としてのパルストランス１１１ｂ
によって昇圧された後、２つのダイオードＤ₁，Ｄ₂を逆
並列接続してなる送受信切替部としてのダイオードスイ
ッチ回路１１１ｃを通過して超音波振動子２０に入力さ
れる。

【０００５】上記ＣＲ発振回路１１１ａは、コンデンサ
Ｃ₂及び抵抗Ｒ₂を適切に設定することで、所定の送信周
波数をもつ駆動パルスを生成している。また、物体検知
に必要な送波レベルで超音波振動子１２０に超音波を送
波させるために、上記送信部１１１では、パルストラン
ス１１１ｂを用いて上記ＣＲ発振回路１１１ａで生成さ
れた駆動パルスを、例えば５Ｖ程度に昇圧するとともに
直流分をカットしている。

【０００６】上記ダイオードスイッチ回路１１１ｃは、
順方向の立上がり電圧が約０．６ＶのダイオードＤ₁，
Ｄ₂で構成されているため、送信時においては上記パル
ストランス１１１ｂからの駆動パルスを通過させること
ができる。一方、受信時においては、上記超音波振動子
１２０で受信する受信信号レベルが数ｍＶ程度と小さい
ため、上記ダイオードスイッチ回路１１１ｃはハイイン
ピーダンス状態となる。したがって、受信時には、上記
送信部１１１を上記超音波振動子１２０に対して電気的
に開放状態であるとみなすことができ、該送信部が受信
信号に影響を与えることはない。

【０００７】一方、上記受信部１１２では、上記送信部
１１１からの駆動パルスが超音波振動子１２０に入力さ
れて該超音波振動子が所定周波数の超音波の送波を開始
すると、その反射波を該超音波振動子で受波してその受
信信号を受信する。この受信信号は、信号増幅部として
の受信アンプ１１２ａのバイアスを保持するためのコン
デンサＣ₁を通過し、該受信アンプ１１２ａで増幅され
てから信号処理部１５０に送られる。この超音波受信時
において、上記超音波振動子１２０では、上記反射波以
外の信号レベルの低いノイズも受波することになる。こ
のノイズがそのまま上記アンプ７に入力されると、受信
信号と一緒に増幅され、信号処理の精度が落ちる結果と
なる。そこで、図７の例では、比較的インピーダンスの
低い終端抵抗Ｒ₁を上記超音波振動子１２０に並列に接
続し、上記ノイズの低減を図っている。尚、終端抵抗を
超音波振動子に並列接続する回路構成は従来からよく知
れられており、ノイズの低減を図るための手段として一
般的に用いられている。

【０００８】また、送信信号のように大きいレベルの信
号が上記受信部１１２に直接流れ込むと、該受信部にお
いて無駄な電力を消費することになり、また、上記信号
処理部１５０等には過大な逆バイアスが加えられて故障
の原因ともなり得る。これを防止するために、上記受信
部１１２には、２つのダイオードＤ₃，Ｄ₄を逆並列接続
してなる大信号入力防止部としてのダイオードクリップ
回路１１２ｂ及び抵抗Ｒ₂₀が設けられている。尚、この
ような大信号入力防止部を受信部の入力側に設ける回路
構成は従来からよく知れられており一般的に用いられて
いる。

【０００９】上記信号処理部１５０では、超音波を送波
してからその反射波を受波するまでの時間間隔から視覚
障害者と物体との距離を算出し、例えば、物体までの距
離が近くなるにつれてブザー音の間隔を短くするように
して、物体の有無及び物体までの距離の情報を視覚障害
者に報知する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記超音波送受信回路
１１０では、受信部１１２に設けられた受信アンプ１１
２ａにおいて、受信信号とノイズとを区別して増幅する
性能に制限があったため、上記送信部１１１ではある程
度大きいレベルの送信信号を送らざるを得なかった。そ
のため、上記送信部１１１には、パルストランス１１１
ｂ等の増幅部やダイオードスイッチ回路１１１ｃを設
け、また、上記受信部１１２にもダイオードクリップ回
路１１２ｂを設ける必要があり、その部品点数が多くそ
の回路構成も複雑化し、消費電力が増大するという問題
があった。

【００１１】また、これに伴って、上記超音波送受信回
路１１０を備えた装置が大型化するという問題もあっ
た。例えば、実用新案登録第３００２６６７号公報で
は、上記超音波送受信回路１１０と同様の回路を有する
盲人用道案内装置が開示されているが、この装置は、視
覚障害者の首と腰にベンディングして胸の下側の腹部位
に着用して使用されるような大きな装置である。したが
って、この装置を身体に着用する際の取り扱いが不便で
あり、しかも美観も悪いので、装置の小型化が望まれて
いた。

【００１２】ところで、本出願人は、受信信号レベルが
低くても該受信信号とノイズとの区別を高い精度で行う
ことができる信号増幅部（以下、「高感度増幅部」とい
う。）を受信部に備えた速度測定装置を市販している。
この速度測定装置に用いられている高感度増幅部は、そ
の回路構成中に受信信号と同じ周波数で共振する直列共
振回路が設けられている。この高感度増幅部によれば、
直列の共振回路を用いることで並列の共振回路に比べて
Ｑを高めることができるので、信号の選択性能が高く所
定周波数の信号のみを高い精度で増幅させることができ
る。このような高感度増幅部を利用すれば、上記送信部
１１１において送信信号をパルストランス１１１ｂ等で
昇圧しなくても、信号処理が十分可能な受信信号を得る
ことが可能となる。

【００１３】本発明は、以上の問題点に鑑みなされたも
のであり、第１の目的は、高感度増幅部を利用して受信
部を構成することにより、簡単な回路構成を有する超音
波送受信回路を提供することである。また、第２の目的
は、簡単な回路構成の超音波送受信回路を用いること
で、装置の小型化を実現し、視覚障害者の利便性の向上
を図ることができる視覚障害者用物体検知装置を提供す
ることである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、請求項１の発明は、超音波を送受波する超音
波振動子に並列に接続された終端抵抗と、該超音波振動
子に送るための送信信号を生成する信号生成部を有する
送信部と、該超音波振動子からの受信信号を受信する受
信部とを備えた超音波送受信回路において、上記受信部
が、上記信号生成部で生成した送信信号の信号レベルを
減じてから上記超音波振動子に送ったときにその受信信
号をノイズと区別して受信可能であって、上記送信部
が、超音波受波時に、その出力端子から該送信部側を見
たときの交流的なインピーダンスが上記終端抵抗に対し
て無視でき、かつ、該出力端子の交流的な電位が該受信
部で受信可能なレベルの受信信号を得ることができる電
位となる構成であり、該送信部の出力端子を該終端抵抗
に直列接続したことを特徴とするものである。ここで、
上記超音波送受信回路の受信部としては、上述した高感
度増幅部を備えたものや、高性能の帯域通過フィルタを
備えたものなどを利用することができる。

【００１５】この超音波送受信回路では、受信部におい
て受信信号とノイズとを高精度で区別することができる
ので、送信信号をパルストランス等の増幅部で昇圧しな
くても信号処理が十分可能な受信信号を得ることができ
る。したがって、送信部にこのような増幅部を設ける必
要がなくなり、回路構成を簡略化することができる。

【００１６】また、上記受信部の受信能力及び上記送信
部の信号生成部の出力レベルによっては、上記パルスト
ランス等の増幅部を設けなくても、送信信号レベルが大
きすぎる場合がある。この場合、その受信信号レベルが
該受信部が予定している信号レベルよりも大きくなって
しまい、該受信部の構成部品等が故障等するおそれがあ
る。したがって、このように送信信号レベルが大きすぎ
るときには、その信号レベルを減じる手段を講じる必要
がある。そこで、本請求項の超音波送受信回路では、ま
ず受信部として、上記信号生成部で生成した送信信号の
信号レベルを減じてから上記超音波振動子に送ったとき
にその受信信号をノイズと区別して受信可能なものを利
用し、送信信号レベルを減じる手段として、従来から該
超音波振動子に並列接続されて用いられている終端抵抗
を利用している。そのため、送信信号レベルを減じるの
に必要な回路素子を新たに設ける必要がなく、更に回路
構成を簡略化することができる。

【００１７】尚、超音波受波時において、上記送信部の
出力側から該送信部側を見たときの交流的なインピーダ
ンスは上記終端抵抗に対して無視でき、しかも該送信部
の出力端子の交流的な電位が上記受信部で受信可能なレ
ベルの受信信号を得ることができる電位、好ましくは０
電位となることで、該終端抵抗は従来と同じようにその
機能を十分に発揮してノイズを低減することができる。

【００１８】更に、従来、上記パルストランス等の増幅
部によって受信信号が減衰するという不具合をなくすた
めに、送信部の出力側にダイオードスイッチ回路等を設
けて超音波受信時に該送信部を該超音波振動子に対して
電気的に開放させていた。しかし、本請求項の超音波送
受信回路では、送信部にパルストランス等を設ける必要
がないので、超音波受信時に該送信部を電気的に開放さ
せなくても受信信号の信号処理を妨げるほど該受信信号
が減衰することはない。したがって、本請求項の超音波
送受信回路における送信部には、ダイオードスイッチ回
路等も設ける必要はなく、回路構成を更に簡略化するこ
とができる。

【００１９】また、請求項２の発明は、請求項１の超音
波送受信回路において、上記受信部の最初段に位置する
回路構成部品が、超音波送波時には、上記送信信号のレ
ベルを、上記超音波振動子が超音波を送波可能なレベル
よりも大きいレベルに維持可能な入力インピーダンスと
なり、超音波受波時には、上記受信信号が入力可能な入
力インピーダンスとなるように動作することを特徴とす
るものである。

【００２０】従来の超音波送受信回路では、上述のよう
に、大きい信号レベルの送信信号を使用していたので、
受信部の最初段には、ダイオードクリップ回路等の大信
号入力防止部が設けられていた。しかし、請求項１の超
音波送受信回路では、送信信号が昇圧されないばかりか
終端抵抗によって減圧されてから超音波振動子に入力さ
れるので、超音波送波時に受信部に流入する信号レベル
は従来に比べて非常に小さい。そこで、本請求項では、
大信号入力防止部を設けず、超音波送波時に、上記受信
部の最初段に位置する回路構成部品、例えば帯域通過フ
ィルタや信号増幅部が、上記送信信号のレベルを上記超
音波振動子が超音波を送波可能なレベルよりも大きいレ
ベルに維持できるような入力インピーダンスとなるよう
にしている。これにより、送信信号を、上記超音波振動
子が送波ができないようなレベルにまで低下することを
防ぐことができる。また、上述のように送信信号のレベ
ルが小さいので、従来のように大信号入力防止部を設け
なくても上記受信部の回路構成部品の故障等を引き起こ
すことはない。尚、上記受信部の最初段に位置する回路
構成部品の動作の切り替えは、当該超音波送受信回路が
取り付けられる装置に設けられた制御部、例えば電源制
御部によって行うことが可能である。

【００２１】また、請求項３の発明は、請求項２の超音
波送受信回路において、上記受信部の最初段に位置する
回路構成部品を、超音波送波時には、上記送信信号のレ
ベルを、上記超音波振動子が超音波を送波可能なレベル
よりも大きいレベルに維持可能な入力インピーダンスと
なり、超音波受波時には、上記受信信号が入力可能な入
力インピーダンスとなるように、該回路構成部品の動作
を制御する制御部を設けたことを特徴とするものであ
る。

【００２２】この超音波送受信回路では、上記受信部の
最初段に位置する回路構成部品の動作の切り替えを行う
制御部を独自に備えている。したがって、当該超音波送
受信回路が取り付けられる装置の構成に依存しないた
め、既存の装置構成に変更を加えずに本超音波送受信回
路を取り付けることが可能となる。尚、この制御部とし
ては、例えば、上記回路構成部品の電源を制御する構成
で実現することができる。

【００２３】また、請求項４の発明は、請求項２又は３
の超音波送受信回路において、上記回路構成部品の動作
を該回路構成部品に供給する電源のオン／オフ制御によ
って行うことを特徴とするものである。

【００２４】この超音波送受信回路では、電源のオン／
オフ制御によって上記回路構成部品の動作を制御する。
この構成によれば、上記回路構成部品の動作を切り替え
るためだけの回路構成部品を新たに採用しなくてもよく
なる。このとき、電源が供給されていない状態では、送
信信号が上記超音波振動子の送波可能なレベルよりも小
さくならないような入力インピーダンスとなる回路構成
部品を利用すればよい。また、このような電源のオン／
オフ制御は、上記回路構成部品が動作する必要のある超
音波受波時のみ電源を供給することになるため、当該超
音波送受信回路の消費電力を小さくすることができる。
特に、当該超音波送受信回路を電源を入れた状態で長期
間使用する場合には、総合的な電力消費を大幅に低減す
ることができる。

【００２５】また、請求項５の発明は、請求項２、３又
は４の超音波送受信回路において、上記回路構成部品
が、上記受信信号をノイズと区別して増幅する信号増幅
部であることを特徴とするものである。

【００２６】この超音波送受信回路では、上述した受信
部の最初段に位置する回路構成部品として、受信信号と
同じ周波数帯域を通過させるフィルタ機能と信号増幅機
能とを併せ持つ高感度増幅部を採用している。したがっ
て、受信信号とノイズとの区別を行う帯域通過フィルタ
等と、該受信信号の信号レベルを単に増幅させる増幅部
とを１つの回路構成部品で実現でき、更に回路構成の簡
略化を図ることができる。尚、本請求項の信号増幅部を
請求項４の超音波送受信回路のように電源制御によって
動作を制御する場合には、該信号増幅部としては、例え
ば、エミッタ接地トランジスタやコレクタ接地トランジ
スタを最初段に有するアンプを利用することができる。

【００２７】上記第２の目的を達成するために、請求項
６の発明は、終端抵抗が並列に接続された超音波を送受
波する超音波振動子と、該超音波振動子に送信信号を送
るとともに、該超音波振動子からの受信信号を受信する
超音波送受信回路と、物体の有無を検知するために該受
信信号に基づいて所定の処理を行う信号処理部とを備え
た視覚障害者用物体検知装置において、上記超音波送受
信回路が、請求項１、２、３、４又は５の超音波送受信
回路であることを特徴とするものである。

【００２８】この視覚障害者用物体検知装置は、視覚障
害者が歩行する際に進行方向に存在する障害物等の物体
を検知して該視覚障害者に該物体の有無を報知するもの
であるが、該装置に設けられている超音波送受信回路と
して上述した請求項１、２、３、４又は５の超音波送受
信回路を利用することで装置構成を簡略化することがで
き、装置の小型化を図ることができる。

【発明の実施の形態】以下、本発明を、超音波送受信回
路を備えた視覚障害者用物体検知装置（以下、単に「物
体検知装置」という。）に適用した一実施形態について
説明する。この物体検知装置は、視覚障害者が歩行する
際に進行方向に存在する障害物等の物体を検知して該視
覚障害者に該物体の有無を報知するものである。

【００２９】図１は、本実施形態に係る物体検知装置の
概略構成を示すブロック図である。この物体検知装置
は、送信部１１及び受信部１２を有する超音波送受信回
路１０と、超音波を送受波する超音波振動子２０と、当
該装置を構成する各部に電源を供給する電源部３０と、
超音波の送波期間及び受波期間を制御するとともに該電
源部のオン／オフ動作を制御する制御部４０と、物体の
有無を検知するために該受信信号に基づいて所定の処理
を行う信号処理部５０と、該信号処理部による検知結果
を報知する報知部６０などから構成されている。

【００３０】まず、上記超音波送受信回路１０の構成に
ついて説明する。図２は、上記超音波送受信回路１０の
送信部１１の概略構成を示す回路図である。この送信部
１１は、信号生成部として機能する３段のインバータＩ
ｎｖ１，Ｉｎｖ２，Ｉｎｖ３によるＣＲ発振回路１１ａ
で構成されている。このＣＲ発振回路１１ａを構成する
各インバータＩｎｖ１，Ｉｎｖ２，Ｉｎｖ３は、上記電
源部３０から電源供給を受けている。このＣＲ発振回路
１１ａには、該ＣＲ発振回路の発振のオン／オフを切り
換える入力スイッチとして機能するエミッタ接地トラン
ジスタＴｒ₁が接続されている。上記トランジスタＴｒ₁
のベース端子は、通常の状態では、上記電源部３０から
の電源電圧が抵抗Ｒ₅を介して入力されているためＨレ
ベルに維持されており、このとき上記ＣＲ発振回路１１
ａは発振しない。本実施形態では、上記ＣＲ発振回路１
１ａを構成する抵抗Ｒ₂及び抵抗Ｒ₃がともに１ＭΩ、コ
ンデンサＣ₂が０．００１μＦとなっており、該ＣＲ発
振回路は約４０ｋＨｚの周波数をもつ送信信号としての
駆動パルスを出力する。

【００３１】一方、上記受信部１２は、信号増幅部とし
ての受信アンプ１２ａで構成されている。この受信部１
２は、上記超音波振動子２０から送波された超音波が視
覚障害者の前方にある障害物等から反射されてきた反射
波による圧電効果によって生成された受信信号を上記受
信アンプ１２ａによって増幅し、増幅した受信信号を上
記信号処理部５０に送る。上記受信アンプ１２ａの電源
のオン／オフは、電源部３０を介して上記制御部４０に
よって制御されている。

【００３２】図３は、上記受信アンプ１２ａの概略構成
を示す回路図である。この受信アンプ１２ａにおいて、
トランジスタＴｒ₂を有する第１段回路及びトランジス
タＴｒ₅を有する第４段回路は、受信信号レベルを増幅
させる役割を果たしている。また、この受信アンプ１２
ａには、コイルＬ₁及びコンデンサＣ₅からなる第１直列
共振回路と、コイルＬ₂及びコンデンサＣ₇からなる第２
直列共振回路とが設けられている。これら直列共振回路
は、受信信号と同じ周波数すなわち約４０ｋＨｚで共振
するように設定されており、受信信号とノイズとを区別
するフィルタ機能を果たす。

【００３３】尚、本実施形態では、回路の簡略化のた
め、図３に示すような直列共振回路及びトランジスタか
らなる高感度増幅部を用いているが、この構成に限らず
他の回路構成を有する高感度増幅部を利用してもよい。
また、上記受信アンプ１２ａは、信号増幅機能とともに
フィルタ機能を有する構成であるが、これら機能を別個
の部品で構成した同様の効果を奏する回路構成としても
よい。

【００３４】ここで、本実施形態では、約４０ｋＨｚ近
辺のごく限られた周波数帯域をもつ受信信号のみを受信
できればよいので、上記受信アンプ１２ａにコイル及び
コンデンサを直列接続してなる直列共振回路を設けてい
る。直列共振回路は、並列共振回路に比べてＱが高いの
で、高い精度で受信信号とノイズとの区別をすることが
できる。

【００３５】具体的に説明すると、従来の並列共振回路
を有する受信アンプは、図４に示すように、信号増幅機
能を有するエミッタ接地トランジスタＴｒ₃₀のコレクタ
端子にコイルＬ₃₀及びコンデンサＣ₃₀からなる並列共振
回路が接続され、これにより受信信号とノイズとを区別
していた。しかし、この構成では、上記トランジスタＴ
ｒ₃₀により扱う振幅が電源電圧に制限され、その最大振
幅が電源電圧値でクリップされてしまう。したがって、
受信信号とノイズとの信号レベル差を大きくするにして
も限度があった。これに対して、図３に示す本実施形態
の直列共振回路を有する受信アンプ１２ａでは、該直列
共振回路による信号増幅によって電源電圧以上の出力が
得られた場合でも、受信信号とノイズとの信号レベル差
を電源電圧によって制限されることなく確保することが
できる。

【００３６】更に、本実施形態の受信アンプ１２ａで
は、コイルＬ₁及びコンデンサＣ₅からなる第１直列共振
回路の入力側と出力側に、トランジスタＴｒ₃を有する
第２段回路及びトランジスタＴｒ₄を有する第３段回路
が設けられている。上記第１直列共振回路の入力側に設
けられたトランジスタＴｒ₃は出力インピーダンスの高
く、一方、出力側に設けられたトランジスタＴｒ₄は入
力インピーダンスの高い。すなわち、これら第２段回路
及び第３段回路はバッファとしての機能を果たしてい
る。これにより、上記第１直列共振回路は上記受信アン
プ１２ａを構成する他の回路部の影響を受けにくく、該
他の回路部が該第１直列共振回路のもつＱに影響を与え
ることがない。したがって、上記第１直列共振回路のも
つＱを高く維持することができる。尚、トランジスタＴ
ｒ₆を有する第５段回路も、上記第２直列共振回路の入
力側のバッファとして機能している。

【００３７】以上の構成により、本実施形態の受信アン
プ１２ａによれば、ノイズに比べて受信信号のみを大き
く増幅させ、Ｓ／Ｎを高くすることができるので、高感
度増幅部である受信アンプを得ることができる。

【００３８】次に、上記超音波送受信回路１０の動作に
ついて説明する。図５は、上記制御部４０の概略構成を
示す回路図である。この制御部４０は、上記超音波振動
子２０における超音波の送波期間及び受波期間のタイミ
ングを決めるタイミング回路４１と、該超音波振動子か
ら超音波を送波した後の残響時間を確保するための残響
時間確保回路４２と、上記受信部１２の受信アンプ１２
ａの電源供給タイミングを決める電源供給タイミング回
路４３とから構成されている。

【００３９】上記タイミング回路４１は、３段のインバ
ータＩｎｖ４，Ｉｎｖ５，Ｉｎｖ６によるＣＲ発振回路
で構成されている。このタイミング回路４１を構成する
各インバータＩｎｖ４，Ｉｎｖ５，Ｉｎｖ６は、上記電
源部３０から電源供給を受けている。視覚障害者が図示
しない電源スイッチをオンにすると、上記タイミング回
路４１では、図６（ａ）に示すような抵抗Ｒ₁₄及びコン
デンサＣ₈によって決まる所定周期の繰り返しパルス信
号が生成される。上記タイミング回路４１の出力端子Ａ
において、その信号レベルがＨレベルからＬレベルに落
ちたとき、その信号は、コンデンサＣ₃及び抵抗Ｒ₄を介
して、図２に示した上記送信部１１のトランジスタＴｒ
₁のベース端子に入力され、該ベース端子はＬレベルに
落とされる。このとき、上記送信部１１のＣＲ発振回路
１１ａは、発振を開始して、図６（ｂ）に示すような約
４０ｋＨｚのパルス信号を出力する（図５中Ｂ点）。
尚、上記ベース端子は、該ベース端子に接続されたコン
デンサＣ₃及び抵抗Ｒ₄で決まる時定数によって徐々にＨ
レベルに回復し、そのベース電圧が０．６Ｖを超える
と、再びトランジスタＴｒ₁がオン状態になって発振が
止まる。ここで、上記時定数は小さい値に設定されてい
るため、上記ＣＲ発振回路１１ａの発振期間すなわち上
記超音波振動子２０の送波期間は非常に短い。

【００４０】上記タイミング回路４１の制御の下、上記
ＣＲ発振回路１１ａからは、上記超音波振動子２０を駆
動させるための送信信号として、周波数が４０ｋＨｚ、
電圧が３Ｖの駆動パルスが出力される。本実施形態で
は、上述のように高感度の受信アンプ１２ａを用いてい
るため、この駆動パルスの信号レベルはあまり大きくす
る必要がない。むしろ、その信号レベルをより小さくす
る必要がある。そこで、本実施形態では、上記ＣＲ発振
回路１１ａを、上記超音波振動子２０に並列接続されて
いる終端抵抗Ｒ₁に対して直列接続している。これによ
り、上記駆動パルスは、上記終端抵抗Ｒ₁を介して上記
超音波振動子２０に入力されることになるので、該超音
波振動子のインピーダンスをＺとすると上記ＣＲ発振回
路１１ａの出力電圧（３Ｖ）のＺ／（Ｚ＋Ｒ₁）の電圧
まで減圧される。そして、この駆動パルスが入力される
ことで、超音波振動子から比較的出力の小さい約４０ｋ
Ｈｚの超音波が送波される。

【００４１】一方、上記タイミング回路４１から出力さ
れたパルス信号は、図５に示すように、上記残響時間確
保回路４２にも入力される。この残響時間確保回路４２
は、インバータＩｎｖ７を有し、該インバータの入力端
子は抵抗Ｒ₁₇を介して上記電源部３０に接続されており
Ｈレベルに維持されている。上記タイミング回路４１の
出力端子Ａにおいて、その出力レベルがＨレベルからＬ
レベルに落ちたとき、その信号は、上記残響時間確保回
路４２のインバータＩｎｖ７に入力され、その入力がＬ
レベルに落とされる。このとき、この残響時間確保回路
４２からは、図６（ｃ）に示すように、Ｈレベルの信号
が出力される（図５中Ｃ点）。尚、上記インバータＩｎ
ｖ７の入力は、該インバータに接続された抵抗Ｒ₁₆及び
コンデンサＣ₉で決まる時定数によって徐々にＨレベル
に回復し、その入力電位が該インバータのスレッショル
ド電圧を超えると、該インバータの出力はＬレベルとな
る。ここで、上記時定数は、上記超音波振動子２０が送
波を開始してからその送波による残響がなくなるまで、
上記インバータＩｎｖ７の出力がＨレベルとなるように
設定されている。

【００４２】このようなタイミングで上記残響時間確保
回路４２から出力された信号は、上記電源供給タイミン
グ回路４３に入力される。この電源供給タイミング回路
４３の回路構成は、上記残響時間確保回路４２と同じで
あるが、その入力端子に設けられた抵抗Ｒ₁₈とコンデン
サ₁₀の値が異なっている。上記残響時間確保回路４２の
出力端子Ｃにおいて、その出力レベルがＨレベルからＬ
レベルに落ちたとき、その信号は、上記電源供給タイミ
ング回路４３のインバータＩｎｖ８に入力され、その入
力がＬレベルに落とされる。このとき、この電源供給タ
イミング回路４３からは、図６（ｄ）に示すように、Ｈ
レベルの信号が出力される（図５中Ｄ点）。尚、上記イ
ンバータＩｎｖ８の入力は、該インバータに接続された
抵抗Ｒ₁₈及びコンデンサＣ₁₀で決まる時定数によって徐
々にＨレベルに回復し、その入力電位が該インバータの
スレッショルド電圧を超えると、該インバータの出力は
Ｌレベルとなる。ここで、上記時定数は、視覚障害者か
ら約５０〜１５０ｃｍまでの間にある物体からの反射波
を受波できる受波期間に合わせ、その受波期間中は上記
インバータＩｎｖ７の出力がＨレベルとなるように設定
されている。

【００４３】上記電源供給タイミング回路４３から出力
された信号は、上記電源部３０に入力される。この電源
部３０には、上記受信アンプ１２ａに供給される電源の
オン／オフを切り換える図示しないスイッチ回路が設け
られている。このスイッチ回路は、上記電源供給タイミ
ング回路４３から出力された信号がＨレベルの状態にあ
るときは上記受信アンプ１２ａに電源を供給するように
動作し、Ｌレベルの状態にあるときは電源供給をストッ
プするように動作する。

【００４４】このような電源制御によって、送波期間及
び残響期間においては、上記受信アンプ１２ａに電源が
供給されないので、該受信アンプは非動作状態となる。
このとき、受信アンプ１２ａの入力インピーダンスは、
上記超音波振動子２０のインピーダンスに比べてハイイ
ンピーダンス状態となるため、上記受信部１２では上記
送信部１１のＣＲ発振回路１１ａから出力された駆動パ
ルスのほとんどは上記超音波振動子２０側に入力され
る。また、この駆動パルスの信号レベルは、パルストラ
ンス等が設けられた従来のものに比べて非常に小さいた
め、図７に示すような抵抗Ｒ₂₀やダイオードクリップ回
路１１２ｂのような大信号入力防止部を設けなくても、
該駆動パルスが上記受信部１２に悪影響を及ぼすことは
ない。

【００４５】また、このような電源制御によって、上記
受信アンプ１２ａは動作する必要がない送波期間及び残
響期間においては、該受信アンプに電源が供給されない
ため、該受信アンプによる消費電力を小さくすることが
できる。特に、当該装置全体の消費電力のうち、この受
信アンプ１２ａによる電力消費が大きく影響するため、
この電源制御による効果は極めて大きい。

【００４６】一方、受波期間においては、上記受信アン
プ１２ａに電源が供給されるので、該受信アンプは動作
状態となる。したがって、上記超音波振動子２０からの
受信信号はコンデンサＣ₁を通過して上記受信アンプ１
２ａに入力され、ノイズと区別されて増幅された後、信
号処理部５０に出力される。尚、この受波期間におい
て、上記送信部１１のＣＲ発振回路１１ａは非発振状態
であるので最終段にあるインバータＩｎｖ３の出力端子
は交流的に電位が０の状態となっている。また、その出
力インピーダンスは、上記終端抵抗Ｒ₁に対してローイ
ンピーダンス状態であるため、該終端抵抗は従来と同じ
ようにその機能を十分に発揮してノイズの低減に寄与す
ることができる。

【００４７】上記信号処理部５０は、上記受信部１２か
ら出力された受信信号に基づいて受信信号の有無を検知
し、その検知結果を上記報知部６０に出力する。この信
号処理部としては、可聴帯域の周波数を生成する発振回
路と、上記受信信号が入力されたときだけ該発振回路を
発振させるスイッチ回路とから構成することができる。

【００４８】また、上記信号処理部５０としては、上記
受信部１２からの受信信号に基づいて視覚障害者から障
害物等までの距離を演算し、その演算結果に基づいて可
聴帯域の周波数をもつ音信号を生成して、上記報知部６
０に送るような構成であってもよい。この場合、例え
ば、送信タイミングと受波タイミングとから距離を演算
する比較器等からなる距離演算回路部と、該距離演算回
路部の演算結果に基づいて音の間隔を調整する音間調節
用発振回路部と、音の周波数を決定する周波数調節用発
振回路部などで構成することができる。例えば、実用新
案登録第３００２６６７号公報に開示された回路構成を
用いることができる。

【００４９】また、上記報知部６０は、上記信号処理部
５０から出力された音信号に基づいて音を出力するブザ
ーから構成されている。尚、本実施形態では、物体を検
知したときには単に音を発する構成であるが、物体を検
知したときに、音声で案内する構成としてもよい。この
場合、上記信号処理部５０に、例えば「前方に障害物が
あります。」というような音声を音声信号として記憶す
る記憶手段と、上記受信部１２からの受信信号を受け取
ると該記憶手段から該音声信号を出力させる制御部とを
設け、上記報知部６０として該音声信号に基づいて音声
を出力するスピーカーを用いることで実現することがで
きる。

【００５０】更に、上記報知部６０は、視覚障害者の触
覚を通じて報知するものを用いてもよい。このような報
知部としては、例えば、物体を検知したときに振動で報
知するものや電気的刺激で報知するものなどが挙げられ
る。この場合、上記信号処理部５０には、音を生成する
発振回路等を設ける代わりに、該報知部の構成にあった
信号出力する回路部を設けることになる。

【００５１】以上、本実施形態よれば、超音波送受信回
路を、安価で容易に入手可能なインバータやトランジス
タで構成することができ、しかも従来に比べて簡単な回
路構成で済むため、安価な物体検知装置を提供すること
ができる。そして、視覚障害者は、上記ブザーから出る
音によって進行方向にある障害物等の物体の存在を知る
ことができ、安全に歩行することが可能となる。また、
上記制御部４０による電源制御により、消費電力を抑え
ることができるので、当該物体検知装置の電源として用
いられる電池の寿命を延ばし、当該装置の長期間の連続
使用も可能になる。

【００５２】尚、上述した実施形態では、受信部１２を
受信アンプ１２ａのみで構成したので、該受信部の最初
段に位置する回路構成部品は該受信アンプであったが、
例えば、受信信号のみを通過させるフィルタと、信号増
幅機能のみを有する受信アンプとで構成した場合には、
これらのうち受信部１２の最初段に位置する方を上記電
源部３０及び制御部４０によって制御できる構成すれば
よい。また、受信部１２の構成によって、その最初段に
位置する回路構成部品が他の回路あるいは回路素子にな
った場合には、その回路構成部品の構成に応じて、本実
施形態のように電源制御によって動作を制御してもよい
し、他の制御方法で制御してもよい。

【００５３】また、上記実施形態は、本発明に係る超音
波送受信回路を視覚障害者用物体検知装置に適用した場
合について説明したが、上記超音波送受信回路のような
回路構成が簡単で小型のものは、他の広い応用分野でも
利用価値が高い。したがって、上記超音波送受信回路
は、例えば、自動車の後方にある障害物や人を検知する
ようなバックソナーのような障害物検知装置などにも適
用することができ、該装置の小型化を図ることもでき
る。

【００５４】

【発明の効果】請求項１乃至５の発明によれば、高感度
増幅部を利用して受信部を構成することにより、簡単な
回路構成を有する超音波送受信回路を提供することがで
きるという優れた効果がある。

【００５５】特に、請求項２の発明によれば、従来設け
られていた大信号入力防止部を設ける必要がなく、更に
回路構成を簡略化することができるという優れた効果が
ある。

【００５６】また、請求項３の発明によれば、本超音波
送受信回路を取り付ける装置の構成に依らず利用するこ
とができるので、利用価値を高めることができるという
優れた効果がある。

【００５７】また、請求項４の発明によれば、受信部の
最初段に設けられる回路構成部品の動作を切り替えるた
めだけの回路構成部品を新たに採用しなくてもよく、更
に回路構成を簡略化することができるという優れた効果
がある。更に、消費電力を小さくすることができるとい
う優れた効果もある。

【００５８】また、請求項５の発明によれば、受信信号
とノイズとの区別を行う機能と、該受信信号の信号レベ
ルを単に増幅させる機能とを１つの回路構成部品で実現
でき、更に回路構成の簡略化を図ることができるという
優れた効果がある。

【００５９】請求項６の発明によれば、簡単な回路構成
の超音波送受信回路を用いることで、装置の小型化を実
現し、視覚障害者の利便性の向上を図ることができる視
覚障害者用物体検知装置を提供することができるという
優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る物体検知装置の概略構成を示す
ブロック図。

【図２】同物体検知装置の超音波送受信回路の送信部の
概略構成を示す回路図。

【図３】同超音波送受信回路の受信アンプの概略構成を
示す回路図。

【図４】従来の受信アンプにおける共振回路の一例を示
す回路図。

【図５】同物体検知装置の制御部の概略構成を示す回路
図。

【図６】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ図５に示すＡ〜Ｄ
点の信号波形を示すグラフ。

【図７】従来の超音波送受信回路の概略構成を示す回路
図。

【符号の説明】

１０，１１０超音波送受信回路１１，１１１送信部１１ａ，１１１ａＣＲ発振回路１２，１１２受信部１２ａ，１１２ａ受信アンプ２０，１２０超音波振動子３０電源部４０制御部４１タイミング回路４２残響時間確保回路４３電源供給タイミング回路５０，１５０信号処理部６０報知部Ｒ₁〜Ｒ₂₀ 抵抗Ｃ₁〜Ｃ₁₀，Ｃ₂₀，Ｃ₃₀ コンデンサＬ₁，Ｌ₂，Ｌ₃₀ コイルＩｎｖ１〜８インバータ１１１ｂパルストランス１１１ｃダイオードスイッチ回路１１２ｂダイオードクリップ回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超音波を送受波する超音波振動子に並列に
接続された終端抵抗と、該超音波振動子に送るための送
信信号を生成する信号生成部を有する送信部と、該超音
波振動子からの受信信号を受信する受信部とを備えた超
音波送受信回路において、上記受信部が、上記信号生成
部で生成した送信信号の信号レベルを減じてから上記超
音波振動子に送ったときにその受信信号をノイズと区別
して受信可能であって、上記送信部が、超音波受波時
に、その出力端子から該送信部側を見たときの交流的な
インピーダンスが上記終端抵抗に対して無視でき、か
つ、該出力端子の交流的な電位が該受信部で受信可能な
レベルの受信信号を得ることができる電位となる構成で
あり、該送信部の出力端子を該終端抵抗に直列接続した
ことを特徴とする超音波送受信回路。
【請求項２】請求項１の超音波送受信回路において、上
記受信部の最初段に位置する回路構成部品が、超音波送
波時には、上記送信信号のレベルを、上記超音波振動子
が超音波を送波可能なレベルよりも大きいレベルに維持
可能な入力インピーダンスとなり、超音波受波時には、
上記受信信号が入力可能な入力インピーダンスとなるよ
うに動作することを特徴とする超音波送受信回路。
【請求項３】請求項２の超音波送受信回路において、上
記受信部の最初段に位置する回路構成部品を、超音波送
波時には、上記送信信号のレベルを、上記超音波振動子
が超音波を送波可能なレベルよりも大きいレベルに維持
可能な入力インピーダンスとなり、超音波受波時には、
上記受信信号が入力可能な入力インピーダンスとなるよ
うに、該回路構成部品の動作を制御する制御部を設けた
ことを特徴とする超音波送受信回路。
【請求項４】請求項２又は３の超音波送受信回路におい
て、上記回路構成部品の動作を該回路構成部品に供給す
る電源のオン／オフ制御によって行うことを特徴とする
超音波送受信回路。
【請求項５】請求項２、３又は４の超音波送受信回路に
おいて、上記回路構成部品が、上記受信信号をノイズと
区別して増幅する信号増幅部であることを特徴とする超
音波送受信回路。
【請求項６】終端抵抗が並列に接続された超音波を送受
波する超音波振動子と、該超音波振動子に送信信号を送
るとともに、該超音波振動子からの受信信号を受信する
超音波送受信回路と、物体の有無を検知するために該受
信信号に基づいて所定の処理を行う信号処理部とを備え
た視覚障害者用物体検知装置において、上記超音波送受
信回路が、請求項１、２、３、４又は５の超音波送受信
回路であることを特徴とする視覚障害者用物体検知装
置。