JP2002156451A - 音波センサ及び遅延回路を備えた半導体装置及び視覚障害者用杖及び３次元計測方法 - Google Patents
音波センサ及び遅延回路を備えた半導体装置及び視覚障害者用杖及び３次元計測方法Info
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- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/80—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- G01S3/802—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/808—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using transducers spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
Abstract
(57)【要約】
【課題】 小型で組み込みの用途に適した対象物までの
距離情報を取得可能な半導体装置を提供する。 【解決手段】 送信された音波の反射波を受信すること
によって対象物までの距離を測定する装置であって、反
射波を受信する受信手段と、入力信号を遅延させて出力
する遅延手段と、該遅延手段に対して遅延時間を指定す
る遅延時間指定手段と、前記遅延手段からの出力信号を
加算処理する加算手段とを備え、前記遅延手段は前記受
信手段からの出力信号を前記遅延時間だけ遅延させるこ
とによって対象物までの距離情報を測定する。
距離情報を取得可能な半導体装置を提供する。 【解決手段】 送信された音波の反射波を受信すること
によって対象物までの距離を測定する装置であって、反
射波を受信する受信手段と、入力信号を遅延させて出力
する遅延手段と、該遅延手段に対して遅延時間を指定す
る遅延時間指定手段と、前記遅延手段からの出力信号を
加算処理する加算手段とを備え、前記遅延手段は前記受
信手段からの出力信号を前記遅延時間だけ遅延させるこ
とによって対象物までの距離情報を測定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は音波計測分野、特に
音波を使用して対象物までの距離を計測することにより
対象物までの距離の方位角方向の２次元分布を計測する
３次元計測分野に関する。
音波を使用して対象物までの距離を計測することにより
対象物までの距離の方位角方向の２次元分布を計測する
３次元計測分野に関する。
【０００２】
【従来の技術】送信された音波が対象物から反射され
て、受信装置によって受信されるまでの時間を計測する
ことにより、対象物までの距離を計測することが一般に
行われている。更に、特定方向からの反射波を選択的に
受信することが可能であり、受信方向を適宜変更するこ
とによって、対象物までの距離に関する１次元または２
次元分布を取得することが可能である。
て、受信装置によって受信されるまでの時間を計測する
ことにより、対象物までの距離を計測することが一般に
行われている。更に、特定方向からの反射波を選択的に
受信することが可能であり、受信方向を適宜変更するこ
とによって、対象物までの距離に関する１次元または２
次元分布を取得することが可能である。
【０００３】図１に示すように、音波センサ１の近くに
設置した音源２から所定の周波数の音波を発し、対象物
３からの反射波を音波センサ１で受信することにより、
対象物３を認識できる。このとき、音波センサ１への各
入射方向における伝搬時間（音源から発信されてから反
射波が音波センサに届くまでの時間）を観測することに
よって、各方向における対象物３までの距離の分布（奥
行き方向の距離）を計測できる。
設置した音源２から所定の周波数の音波を発し、対象物
３からの反射波を音波センサ１で受信することにより、
対象物３を認識できる。このとき、音波センサ１への各
入射方向における伝搬時間（音源から発信されてから反
射波が音波センサに届くまでの時間）を観測することに
よって、各方向における対象物３までの距離の分布（奥
行き方向の距離）を計測できる。
【０００４】ここで、音波センサ１には同時にあらゆる
方向から音波が入射することから、一方向の信号を取り
出して処理することが必要となる。一方向の成分を取り
出す処理の概要を図２、３に示す。
方向から音波が入射することから、一方向の信号を取り
出して処理することが必要となる。一方向の成分を取り
出す処理の概要を図２、３に示す。
【０００５】図２においては、簡単のために、２方向か
らの反射波のみが存在し、センサ素子が１次元的に等間
隔に並んでいる場合を示す。入射波Iは、音波センサ素
子４が配置された面に対して、入射角θIをもって複数
の音波センサ素子４に到達するため、各音波センサ素子
４はθIに依存した時間だけ遅れた反射波を受信する。
図２において、音波センサ素子４の間隔をｄとすると、
隣り合う音波センサ素子４の遅れは ｄsinθI であ
る。同様に、入射波IIに関する音波センサ素子４の受信
遅れは ｄsinθII である。従って、各音波センサ素
子４の出力信号を同じ時間軸で表示すると、図３に示す
ように各音波センサ素子の位置に応じた時間遅れを有す
る波形となる。これを、角度θIに対応する遅延パター
ン(I)に設定した遅延手段を通すことにより、遅延後の
波形(I)に示すように入射波Iの位相を揃えることができ
る。遅延パターン(Ｉ)においては、各信号ラインの遅延
時間の大きさを長方形の横の長さとして表現している。
各遅延時間は、音波センサ素子の出力信号の時間遅れ＋
遅延時間＝一定 となるように決定される。これらの遅
延波形を加算処理することにより、加算後の波形(I)に
示すように、他の波形に比べて入射波Iの波形のみを素
子数倍して取り出すことができる。
らの反射波のみが存在し、センサ素子が１次元的に等間
隔に並んでいる場合を示す。入射波Iは、音波センサ素
子４が配置された面に対して、入射角θIをもって複数
の音波センサ素子４に到達するため、各音波センサ素子
４はθIに依存した時間だけ遅れた反射波を受信する。
図２において、音波センサ素子４の間隔をｄとすると、
隣り合う音波センサ素子４の遅れは ｄsinθI であ
る。同様に、入射波IIに関する音波センサ素子４の受信
遅れは ｄsinθII である。従って、各音波センサ素
子４の出力信号を同じ時間軸で表示すると、図３に示す
ように各音波センサ素子の位置に応じた時間遅れを有す
る波形となる。これを、角度θIに対応する遅延パター
ン(I)に設定した遅延手段を通すことにより、遅延後の
波形(I)に示すように入射波Iの位相を揃えることができ
る。遅延パターン(Ｉ)においては、各信号ラインの遅延
時間の大きさを長方形の横の長さとして表現している。
各遅延時間は、音波センサ素子の出力信号の時間遅れ＋
遅延時間＝一定 となるように決定される。これらの遅
延波形を加算処理することにより、加算後の波形(I)に
示すように、他の波形に比べて入射波Iの波形のみを素
子数倍して取り出すことができる。
【０００６】また、入射波IIに関しても同様に、角度θ
IIに対応する遅延パターン(II)を通過させることによ
り、加算後の波形(II)に示すように入射波IIのみを大き
く取り出すことができる。
IIに対応する遅延パターン(II)を通過させることによ
り、加算後の波形(II)に示すように入射波IIのみを大き
く取り出すことができる。
【０００７】以上のように、各音波センサ素子４で受信
した信号に対して、入射角と素子の位置関係に対応した
時間だけ遅延させることによって、一方向からの入射波
だけを選択的に取り出すことが可能である。従って、音
源２からの発信毎に、各音波センサ素子４の受信信号に
対する遅延パターンを変化させて加算処理することによ
り、機械的な可動部を使用せずに、電気的な信号処理の
みによって角度方向に走査させることが可能となる。
した信号に対して、入射角と素子の位置関係に対応した
時間だけ遅延させることによって、一方向からの入射波
だけを選択的に取り出すことが可能である。従って、音
源２からの発信毎に、各音波センサ素子４の受信信号に
対する遅延パターンを変化させて加算処理することによ
り、機械的な可動部を使用せずに、電気的な信号処理の
みによって角度方向に走査させることが可能となる。
【０００８】次に、走査によって得られた信号から、奥
行き情報を取得する方法を図４〜６によって説明する。
行き情報を取得する方法を図４〜６によって説明する。
【０００９】上記したように、遅延加算することにより
角度方向に走査させることができるが、これにより得ら
れた各入射音波波形の反射波到達時間から、その角度方
向における対象物までの距離を求めることができる。
角度方向に走査させることができるが、これにより得ら
れた各入射音波波形の反射波到達時間から、その角度方
向における対象物までの距離を求めることができる。
【００１０】図４は、５個の音波センサ素子４が直線状
に配置された音波センサ１と、測定対象物３の位置関係
を示す。
に配置された音波センサ１と、測定対象物３の位置関係
を示す。
【００１１】図５は、全音波センサ素子４の受信信号か
ら、上記で説明したように遅延処理して加算することで
得られる信号を、各入射角θ1〜θN毎に、音源２からの
発信時刻を基準として表したものである。図５は、入射
角度θ1〜θN方向の反射波の伝搬時間がt1〜tNであるこ
とを示している。
ら、上記で説明したように遅延処理して加算することで
得られる信号を、各入射角θ1〜θN毎に、音源２からの
発信時刻を基準として表したものである。図５は、入射
角度θ1〜θN方向の反射波の伝搬時間がt1〜tNであるこ
とを示している。
【００１２】空気、水などの媒体中の音の伝搬速度をｃ
とすると、対象物までの距離ｄと伝搬時間ｔとの関係
は、音波センサ１と音源２との距離が測定対象物との距
離よりも充分に小さい場合、 ｄ＝ｃｔ／２ であるこ
とから、伝搬時間ｔに応じた対象物までの距離ｄを計算
することができる。
とすると、対象物までの距離ｄと伝搬時間ｔとの関係
は、音波センサ１と音源２との距離が測定対象物との距
離よりも充分に小さい場合、 ｄ＝ｃｔ／２ であるこ
とから、伝搬時間ｔに応じた対象物までの距離ｄを計算
することができる。
【００１３】図６は、計算された対象物までの距離ｄi
の分布を図示したものである。ｄiは入射角θi方向の対
象物までの距離であり、ｄi＝ｃｔi／２ である。
の分布を図示したものである。ｄiは入射角θi方向の対
象物までの距離であり、ｄi＝ｃｔi／２ である。
【００１４】以上のことから、直線上に配置された音波
センサ素子を使用することによって、音波センサ素子を
配置した直線方向に関する対象物までの距離情報（奥行
き情報）を得ることができる。
センサ素子を使用することによって、音波センサ素子を
配置した直線方向に関する対象物までの距離情報（奥行
き情報）を得ることができる。
【００１５】図２〜６においては、音波センサ素子４の
１次元配置で説明したが、同様に音波センサ素子４を２
次元的に配置することによって、奥行き情報の２次元分
布を得ることが可能である。
１次元配置で説明したが、同様に音波センサ素子４を２
次元的に配置することによって、奥行き情報の２次元分
布を得ることが可能である。
【００１６】図７、８には２次元配置を示している。図
７は直交するｘ軸、ｙ軸方向に沿った単純な２次元配置
であり、図８は同心円状に配置したものである。
７は直交するｘ軸、ｙ軸方向に沿った単純な２次元配置
であり、図８は同心円状に配置したものである。
【００１７】走査の方向としては、例えばｘ−ｙの２次
元に走査することができる。これは、ｘ軸を水平方向
に、ｙ軸を鉛直方向に沿って配置した場合、仰角を固定
し水平に、即ちｘ軸方向に走査した後、仰角を変化させ
て再度ｘ軸方向に走査することを繰り返す走査方法であ
る。仰角方向の変化はｙ軸方向に走査することに相当す
ることから、ｘ−ｙの２次元走査となる。ｘ−ｙの２次
元走査によって、奥行き情報の２次元分布を得ることが
できる。
元に走査することができる。これは、ｘ軸を水平方向
に、ｙ軸を鉛直方向に沿って配置した場合、仰角を固定
し水平に、即ちｘ軸方向に走査した後、仰角を変化させ
て再度ｘ軸方向に走査することを繰り返す走査方法であ
る。仰角方向の変化はｙ軸方向に走査することに相当す
ることから、ｘ−ｙの２次元走査となる。ｘ−ｙの２次
元走査によって、奥行き情報の２次元分布を得ることが
できる。
【００１８】同様に、極座標表示の角度（θ，φ）を使
用して、θ−φの２次元走査を行うことも可能である
（音センサ素子４の配置面の中心を原点とし、配置面に
垂直な軸からの極角をθ、方位角をφとする）。即ち、
回転角φを固定して、φが一定の面内において極角θを
変化させて走査した後、回転角φを変化させて再度φが
一定の面内において極角θを変化させて走査することを
繰り返す。
用して、θ−φの２次元走査を行うことも可能である
（音センサ素子４の配置面の中心を原点とし、配置面に
垂直な軸からの極角をθ、方位角をφとする）。即ち、
回転角φを固定して、φが一定の面内において極角θを
変化させて走査した後、回転角φを変化させて再度φが
一定の面内において極角θを変化させて走査することを
繰り返す。
【００１９】図９は、以上の方法を応用した電子走査装
置を示す。１次元又は２次元に配置された各音波センサ
素子からのアナログ信号出力はＡ／Ｄ変換され、コンピ
ュータのメモリに蓄えられた後、プログラムによって図
３に示されたように遅延処理され、波形合成される。メ
モリに蓄積されたディジタル信号に対して、遅延時間を
適宜変更して処理することによって、走査に相当する信
号を得ることが可能であり、奥行き情報の２次元分布を
得ることが可能である。
置を示す。１次元又は２次元に配置された各音波センサ
素子からのアナログ信号出力はＡ／Ｄ変換され、コンピ
ュータのメモリに蓄えられた後、プログラムによって図
３に示されたように遅延処理され、波形合成される。メ
モリに蓄積されたディジタル信号に対して、遅延時間を
適宜変更して処理することによって、走査に相当する信
号を得ることが可能であり、奥行き情報の２次元分布を
得ることが可能である。
【００２０】一方、信号の遅延にはＢＢＤ（Bucket Bri
gade Device）を使用することが可能である。ＢＢＤは
バケツリレー式に電荷を転送する半導体素子である。図
１０〜１３に、ＢＢＤの構造と信号遅延動作の原理を示
す。
gade Device）を使用することが可能である。ＢＢＤは
バケツリレー式に電荷を転送する半導体素子である。図
１０〜１３に、ＢＢＤの構造と信号遅延動作の原理を示
す。
【００２１】図１０はＢＢＤの断面の模式図を、図１１
は素子の回路図を示す。
は素子の回路図を示す。
【００２２】図１０に示すように、ＢＢＤは複数のキャ
パシタ５とＭＯＳ−ＦＥＴ素子６が一列に並んだ構造で
ある。また、図１１に示すように、奇数番目のＭＯＳ−
ＦＥＴ素子と偶数番目のＭＯＳ−ＦＥＴ素子には、同じ
周波数で位相がほぼ反転した図１７に示すようなクロッ
クが入力される。ＭＯＳ−ＦＥＴ素子６はスイッチとし
ての働きをし、クロックによってスイッチの開閉動作を
行う。両方のクロックのレベルが共にローの場合、全て
のＭＯＳ−ＦＥＴ素子がオフとなり、キャパシタに電荷
が蓄積された状態（蓄積モード）となる。いずれかのク
ロックのレベルがハイの場合、対応するＭＯＳ−ＦＥＴ
素子がオンとなり隣接するキャパシタから電荷が転送さ
れる状態（転送モード）となる。両方のクロックのレベ
ルが共にハイとなることはない。
パシタ５とＭＯＳ−ＦＥＴ素子６が一列に並んだ構造で
ある。また、図１１に示すように、奇数番目のＭＯＳ−
ＦＥＴ素子と偶数番目のＭＯＳ−ＦＥＴ素子には、同じ
周波数で位相がほぼ反転した図１７に示すようなクロッ
クが入力される。ＭＯＳ−ＦＥＴ素子６はスイッチとし
ての働きをし、クロックによってスイッチの開閉動作を
行う。両方のクロックのレベルが共にローの場合、全て
のＭＯＳ−ＦＥＴ素子がオフとなり、キャパシタに電荷
が蓄積された状態（蓄積モード）となる。いずれかのク
ロックのレベルがハイの場合、対応するＭＯＳ−ＦＥＴ
素子がオンとなり隣接するキャパシタから電荷が転送さ
れる状態（転送モード）となる。両方のクロックのレベ
ルが共にハイとなることはない。
【００２３】図１２は、蓄積モードにおいてキャパシタ
に電荷が蓄積され、転送モードにおいて隣接する素子に
電荷が転送される状態をイメージ的に示す。奇数番目の
ＭＯＳ−ＦＥＴ素子と偶数番目のＭＯＳ−ＦＥＴ素子に
それぞれ位相が反転したクロックが入力されることによ
って、隣接する素子間で電荷の転送、蓄積が繰返され
て、入力信号が転送される。
に電荷が蓄積され、転送モードにおいて隣接する素子に
電荷が転送される状態をイメージ的に示す。奇数番目の
ＭＯＳ−ＦＥＴ素子と偶数番目のＭＯＳ−ＦＥＴ素子に
それぞれ位相が反転したクロックが入力されることによ
って、隣接する素子間で電荷の転送、蓄積が繰返され
て、入力信号が転送される。
【００２４】入力された信号波形を保持して転送するた
めには、標本化定理から入力信号に含まれる周波数成分
の少なくとも２倍以上のクロック周波数が必要である。
従って、音源から発信する周波数の２倍以上のクロック
周波数を使用することによって、入力された信号はその
波形を保ったまま素子間を順次転送されて行くこととな
る。
めには、標本化定理から入力信号に含まれる周波数成分
の少なくとも２倍以上のクロック周波数が必要である。
従って、音源から発信する周波数の２倍以上のクロック
周波数を使用することによって、入力された信号はその
波形を保ったまま素子間を順次転送されて行くこととな
る。
【００２５】入力端から出力端までの転送に要する時間
は、図１３に示すように、ＢＢＤ７内のＭＯＳ−ＦＥＴ
の素子数Ｎと制御クロックの周波数ｆによって決まる。
即ち、遅延時間τ=Ｎ／(２ｆ)である。ここでＮはＢＢ
Ｄ７の構造によって物理的に固定されてしまうが、クロ
ックの周波数を変化させることにより遅延時間を変更す
ることが可能である。
は、図１３に示すように、ＢＢＤ７内のＭＯＳ−ＦＥＴ
の素子数Ｎと制御クロックの周波数ｆによって決まる。
即ち、遅延時間τ=Ｎ／(２ｆ)である。ここでＮはＢＢ
Ｄ７の構造によって物理的に固定されてしまうが、クロ
ックの周波数を変化させることにより遅延時間を変更す
ることが可能である。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、奥行き
方向の２次元分布を取得する方法を利用した電子走査装
置が利用されているが、音波センサ素子とＡ／Ｄ変換器
の間に音波センサ素子数（数十〜数百）と同数のケーブ
ルが必要であり、装置が大がかりになる欠点がある。
方向の２次元分布を取得する方法を利用した電子走査装
置が利用されているが、音波センサ素子とＡ／Ｄ変換器
の間に音波センサ素子数（数十〜数百）と同数のケーブ
ルが必要であり、装置が大がかりになる欠点がある。
【００２７】また、処理のための大きなコンピュータが
必要であり、機器への組込み等の応用が困難である。
必要であり、機器への組込み等の応用が困難である。
【００２８】更に、音波の波形を忠実に取り込むために
は高速のＡ／Ｄ変換器が必要であること、リアルタイム
処理にはコンピュータを含めて高速のハードウェアが必
要であることからコストが高くなる。
は高速のＡ／Ｄ変換器が必要であること、リアルタイム
処理にはコンピュータを含めて高速のハードウェアが必
要であることからコストが高くなる。
【００２９】本発明は、以上の課題を解決すべく、小型
で組み込みの用途に適した奥行き情報を取得可能な半導
体装置、視覚障害者用白杖及び高速な３次元計測方法を
提供するものである。
で組み込みの用途に適した奥行き情報を取得可能な半導
体装置、視覚障害者用白杖及び高速な３次元計測方法を
提供するものである。
【００３０】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、以下の
手段によって達成される。
手段によって達成される。
【００３１】即ち本発明の一態様によれば、送信された
音波の反射波を受信することによって対象物までの距離
を測定する装置であって、反射波を受信する受信手段
と、入力信号を遅延させて出力する遅延手段と、該遅延
手段に対して遅延時間を指定する遅延時間指定手段と、
前記遅延手段からの出力信号を加算処理する加算手段と
を備え、前記遅延手段は前記受信手段からの出力信号を
前記遅延時間だけ遅延させるものであることを特徴とす
る半導体装置が提供される。
音波の反射波を受信することによって対象物までの距離
を測定する装置であって、反射波を受信する受信手段
と、入力信号を遅延させて出力する遅延手段と、該遅延
手段に対して遅延時間を指定する遅延時間指定手段と、
前記遅延手段からの出力信号を加算処理する加算手段と
を備え、前記遅延手段は前記受信手段からの出力信号を
前記遅延時間だけ遅延させるものであることを特徴とす
る半導体装置が提供される。
【００３２】前記受信手段は複数の音波センサを備え、
前記複数の音波センサは平面上に所定の配置パターンで
配置され、前記遅延手段は各々の前記音波センサの出力
信号をそれぞれ独立的に遅延させるものであってもよ
い。
前記複数の音波センサは平面上に所定の配置パターンで
配置され、前記遅延手段は各々の前記音波センサの出力
信号をそれぞれ独立的に遅延させるものであってもよ
い。
【００３３】また、前記遅延手段は前記音波センサと同
数のＢＢＤ素子を備え、前記遅延時間指定手段は周波数
変換手段と制御発振手段を備え、前記周波数変換手段は
前記音波センサの相対位置に応じて入力信号を変換し、
複数の信号を前記制御発振手段に出力し、前記制御発振
手段は各々のＢＢＤ素子に対して前記周波数変換手段か
らの信号に応じた周波数のクロック信号を供給するもの
であってもよい。
数のＢＢＤ素子を備え、前記遅延時間指定手段は周波数
変換手段と制御発振手段を備え、前記周波数変換手段は
前記音波センサの相対位置に応じて入力信号を変換し、
複数の信号を前記制御発振手段に出力し、前記制御発振
手段は各々のＢＢＤ素子に対して前記周波数変換手段か
らの信号に応じた周波数のクロック信号を供給するもの
であってもよい。
【００３４】また、前記遅延手段の出力信号を前記遅延
時間指定手段からの信号に応じた時間だけ遅延させ、前
記遅延手段に入力する待機用遅延手段を備えているもの
であってもよい。
時間指定手段からの信号に応じた時間だけ遅延させ、前
記遅延手段に入力する待機用遅延手段を備えているもの
であってもよい。
【００３５】また、前記ＢＢＤ素子と同数の待機遅延用
ＢＢＤ素子を備え、該待機遅延手段用ＢＢＤ素子は前記
ＢＢＤ素子の出力信号を前記遅延時間指定手段からのク
ロック信号に応じた時間だけ遅延させ、前記ＢＢＤ素子
に入力するものであってもよい。
ＢＢＤ素子を備え、該待機遅延手段用ＢＢＤ素子は前記
ＢＢＤ素子の出力信号を前記遅延時間指定手段からのク
ロック信号に応じた時間だけ遅延させ、前記ＢＢＤ素子
に入力するものであってもよい。
【００３６】また、前記遅延時間指定手段は、反射波の
受信による前記音波センサからの出力信号が前記ＢＢＤ
素子への入力を開始した時から所定の時間経過した後、
所定の時間前記クロック信号の周波数を増大させるもの
であってもよい。
受信による前記音波センサからの出力信号が前記ＢＢＤ
素子への入力を開始した時から所定の時間経過した後、
所定の時間前記クロック信号の周波数を増大させるもの
であってもよい。
【００３７】また、以上に記載の半導体装置が装備され
た視覚障害者用白杖が提供される。
た視覚障害者用白杖が提供される。
【００３８】さらに、送信された音波の反射波を受信す
ることによって対象物までの距離を測定する３次元計測
方法であって、反射波を受信して信号を出力する第１ス
テップと、所定の周波数のクロックを出力する第２ステ
ップと、前記第１ステップによって出力される信号を、
前記クロックの周波数に応じた時間だけ遅延させて出力
する第３ステップと、前記第３ステップによって出力さ
れる信号を加算処理する第４ステップと、前記第３ステ
ップによって出力される信号を、前記クロックの周波数
に応じた時間だけ遅延させて出力する第５ステップとを
備え、前記第２ステップにおいて出力される前記クロッ
クの周波数は、前記第３ステップからの出力信号が前記
第５ステップへの入力信号とされる時から所定の時間増
大された状態を保持され、前記第５ステップの出力信号
は前記所定の時間前記第３ステップによって遅延処理さ
れることを特徴とする３次元計測方法が提供される。
ることによって対象物までの距離を測定する３次元計測
方法であって、反射波を受信して信号を出力する第１ス
テップと、所定の周波数のクロックを出力する第２ステ
ップと、前記第１ステップによって出力される信号を、
前記クロックの周波数に応じた時間だけ遅延させて出力
する第３ステップと、前記第３ステップによって出力さ
れる信号を加算処理する第４ステップと、前記第３ステ
ップによって出力される信号を、前記クロックの周波数
に応じた時間だけ遅延させて出力する第５ステップとを
備え、前記第２ステップにおいて出力される前記クロッ
クの周波数は、前記第３ステップからの出力信号が前記
第５ステップへの入力信号とされる時から所定の時間増
大された状態を保持され、前記第５ステップの出力信号
は前記所定の時間前記第３ステップによって遅延処理さ
れることを特徴とする３次元計測方法が提供される。
【００３９】
【発明の実施の形態】図１４は、本発明に係る半導体装
置の構成を模式的に示した平面図である。該半導体装置
１０は、周波数演算器１１、電圧制御発振器１２、音波
センサ素子１３、プリアンプ１４、ＢＢＤ１５、クロッ
クジェネレータ１６及び加算器１７を含んで構成されて
いる。半導体装置は、音波センサ素子１３、プリアンプ
１４、ＢＢＤ１５及びクロックジェネレータ１６を1組
として、複数組から構成されている。図１４において
は、簡単のため７組とし、中心の1組と周囲の６組で構
成されている。複数の音波センサ素子１３によるこの配
置は図８に示した同心円状の配置を取っていることにな
る。
置の構成を模式的に示した平面図である。該半導体装置
１０は、周波数演算器１１、電圧制御発振器１２、音波
センサ素子１３、プリアンプ１４、ＢＢＤ１５、クロッ
クジェネレータ１６及び加算器１７を含んで構成されて
いる。半導体装置は、音波センサ素子１３、プリアンプ
１４、ＢＢＤ１５及びクロックジェネレータ１６を1組
として、複数組から構成されている。図１４において
は、簡単のため７組とし、中心の1組と周囲の６組で構
成されている。複数の音波センサ素子１３によるこの配
置は図８に示した同心円状の配置を取っていることにな
る。
【００４０】周波数演算器１１は外部から入力される信
号Ｖθ、Ｖφに応じて、ＢＢＤ１５の数と同数の電圧信
号を電圧制御発振器１２に出力する。電圧制御発振器１
２は入力された各電圧に応じた周波数のクロックを、各
クロックジェネレータ１６に出力する。クロックジェネ
レータ１６は、電圧制御発振器１２から入力されたクロ
ック周波数と同じ周波数で位相が反転したクロックを生
成し、これら２つのクロックを１組としてＢＢＤ１５に
入力する。各組のクロックが各ＢＢＤ１５に入力される
ことによって、各ＢＢＤ１５の遅延時間が決定される。
号Ｖθ、Ｖφに応じて、ＢＢＤ１５の数と同数の電圧信
号を電圧制御発振器１２に出力する。電圧制御発振器１
２は入力された各電圧に応じた周波数のクロックを、各
クロックジェネレータ１６に出力する。クロックジェネ
レータ１６は、電圧制御発振器１２から入力されたクロ
ック周波数と同じ周波数で位相が反転したクロックを生
成し、これら２つのクロックを１組としてＢＢＤ１５に
入力する。各組のクロックが各ＢＢＤ１５に入力される
ことによって、各ＢＢＤ１５の遅延時間が決定される。
【００４１】電圧制御発振器１２から各クロックジェネ
レータ１６に対して供給されるクロック周波数は、走査
方向に対応するＶθ、Ｖφ及び各クロックジェネレータ
１６に対応する音波センサ素子１３の位置によって決定
される。
レータ１６に対して供給されるクロック周波数は、走査
方向に対応するＶθ、Ｖφ及び各クロックジェネレータ
１６に対応する音波センサ素子１３の位置によって決定
される。
【００４２】図１５は、図１４における音波センサ素子
１３に１方向からの音波が入力され、プリアンプ１４、
ＢＢＤ１５、クロックジェネレータ１６及び加算器１７
によって処理される様子を示す。図１５では、入射角θ
の音波による各音波センサ素子の出力信号は、それぞれ
τ1〜τNの時間遅延を有しており、プリアンプ１４によ
って増幅された後、ＢＢＤ１５に入力される。
１３に１方向からの音波が入力され、プリアンプ１４、
ＢＢＤ１５、クロックジェネレータ１６及び加算器１７
によって処理される様子を示す。図１５では、入射角θ
の音波による各音波センサ素子の出力信号は、それぞれ
τ1〜τNの時間遅延を有しており、プリアンプ１４によ
って増幅された後、ＢＢＤ１５に入力される。
【００４３】図１０〜１３における説明と同様に、ＢＢ
Ｄ１５内のＭＯＳ−ＦＥＴは、クロックジェネレータ１
６からの前記１組のクロックによりスイッチ動作を繰返
し、プリアンプ１４からの入力信号を遅延させる。ＢＢ
Ｄ１５の遅延時間は前記クロックの周波数によって決ま
ることから、各音波センサ素子１３の出力信号の相対的
な遅延時間τ1〜τNを元の状態に戻すために、対応する
周波数ｆ1〜ｆNとして、ｆi＝Ｎ／（２（ｋ−τi））が
各々のクロックジェネレータ１６から各々のＢＢＤ１５
に入力される。ｋは定数である。これによって図３に示
したような遅延パターンが形成される。
Ｄ１５内のＭＯＳ−ＦＥＴは、クロックジェネレータ１
６からの前記１組のクロックによりスイッチ動作を繰返
し、プリアンプ１４からの入力信号を遅延させる。ＢＢ
Ｄ１５の遅延時間は前記クロックの周波数によって決ま
ることから、各音波センサ素子１３の出力信号の相対的
な遅延時間τ1〜τNを元の状態に戻すために、対応する
周波数ｆ1〜ｆNとして、ｆi＝Ｎ／（２（ｋ−τi））が
各々のクロックジェネレータ１６から各々のＢＢＤ１５
に入力される。ｋは定数である。これによって図３に示
したような遅延パターンが形成される。
【００４４】遅延された全ＢＢＤ１５の出力信号は、加
算器１７によって合成されて出力されることにより、
（θ，φ）方向の信号成分が取り出されることとなる。
算器１７によって合成されて出力されることにより、
（θ，φ）方向の信号成分が取り出されることとなる。
【００４５】音波センサ素子の出力信号（電圧レベル、
周波数特性）は当然のことながら使用する音波センサ素
子により異なることから、音波センサ素子１３の後段の
プリアンプ１４は省略され得るものである。
周波数特性）は当然のことながら使用する音波センサ素
子により異なることから、音波センサ素子１３の後段の
プリアンプ１４は省略され得るものである。
【００４６】また、音波センサ素子の出力周波数特性に
関しては、音波センサ素子の受波部の構造によって決ま
る機械的共振周波数の近傍に集中することから、バンド
パスフィルタは通常必要とされないが、信号処理の精度
向上において一般に使用されるプリアンプ、周波数フィ
ルタ、波形整形器等を付加しても差し支えない。
関しては、音波センサ素子の受波部の構造によって決ま
る機械的共振周波数の近傍に集中することから、バンド
パスフィルタは通常必要とされないが、信号処理の精度
向上において一般に使用されるプリアンプ、周波数フィ
ルタ、波形整形器等を付加しても差し支えない。
【００４７】音波センサ素子に比べて、プリアンプ１
４、ＢＢＤ１５、クロックジェネレータ１６等の電子回
路は充分に小さいことから、各音波センサ素子１３の近
傍にこれら電子回路を配置することができる。一例とし
て、薄膜ＰＺＴ（圧電材料であるPb(Zr,Ti)O3の薄膜）
を用いたＳＯＩ（Silicon on Insulator）ダイアフラム
型の音波センサ素子３７個を等間隔の同心円状に配置
（中心に１個、各円周上に６個、１２個、１８個を配
置）する場合には、音波センサ素子の大きさが約０．５
ｍｍ、音波センサ素子の間隔が約２ｍｍ、同心円の最外
周の直径が約１０ｍｍとすることができ、半導体装置の
大きさを２０ｍｍ×２０ｍｍ以下にすることが可能であ
る。また、図１４の配置の場合には、最外周の直径が約
４ｍｍとなり、半導体装置１０の大きさは１０ｍｍ×１
０ｍｍよりも充分に小さくすることが可能である。
４、ＢＢＤ１５、クロックジェネレータ１６等の電子回
路は充分に小さいことから、各音波センサ素子１３の近
傍にこれら電子回路を配置することができる。一例とし
て、薄膜ＰＺＴ（圧電材料であるPb(Zr,Ti)O3の薄膜）
を用いたＳＯＩ（Silicon on Insulator）ダイアフラム
型の音波センサ素子３７個を等間隔の同心円状に配置
（中心に１個、各円周上に６個、１２個、１８個を配
置）する場合には、音波センサ素子の大きさが約０．５
ｍｍ、音波センサ素子の間隔が約２ｍｍ、同心円の最外
周の直径が約１０ｍｍとすることができ、半導体装置の
大きさを２０ｍｍ×２０ｍｍ以下にすることが可能であ
る。また、図１４の配置の場合には、最外周の直径が約
４ｍｍとなり、半導体装置１０の大きさは１０ｍｍ×１
０ｍｍよりも充分に小さくすることが可能である。
【００４８】以上において、電圧制御発振器を使用した
ＢＢＤへのクロック供給手段は1実施例であり、上記以
外の手段によってもＢＢＤへのクロック供給は可能であ
る。
ＢＢＤへのクロック供給手段は1実施例であり、上記以
外の手段によってもＢＢＤへのクロック供給は可能であ
る。
【００４９】上記で説明したように、音波計測において
ＢＢＤを使用した電子走査を用いることにより、小型で
簡便な奥行き情報の２次元分布を測定する手段（以下、
３次元計測と記す）を行なうことができるが、通常は１
方向の信号を得るためには少なくとも１回の音波の送受
信を行う必要がある。音波の伝搬速度が遅いことから、
角度分解能を上げて画像として表示可能な程度の数の信
号を得るには、非常に長い時間がかかる。例えば、通常
の大気中における音速は約３４０ｍ／secであり、１ｍ
の距離の往復には約６ｍsecかかることから、θ、φの
分解能を共に約５度として画素数が３２×３２＝１０２
４個の信号を得るには、約６秒もかかることになる。
ＢＢＤを使用した電子走査を用いることにより、小型で
簡便な奥行き情報の２次元分布を測定する手段（以下、
３次元計測と記す）を行なうことができるが、通常は１
方向の信号を得るためには少なくとも１回の音波の送受
信を行う必要がある。音波の伝搬速度が遅いことから、
角度分解能を上げて画像として表示可能な程度の数の信
号を得るには、非常に長い時間がかかる。例えば、通常
の大気中における音速は約３４０ｍ／secであり、１ｍ
の距離の往復には約６ｍsecかかることから、θ、φの
分解能を共に約５度として画素数が３２×３２＝１０２
４個の信号を得るには、約６秒もかかることになる。
【００５０】以下に、本発明に係る高速に奥行き方向距
離の２次元分布を測定する装置及び方法を説明する。本
発明に係る高速３次元計測装置は、図１４に示す半導体
装置において、更に待機遅延用ＢＢＤを備えることを特
徴とする。
離の２次元分布を測定する装置及び方法を説明する。本
発明に係る高速３次元計測装置は、図１４に示す半導体
装置において、更に待機遅延用ＢＢＤを備えることを特
徴とする。
【００５１】図１６は、図１４における各々の音波セン
サ素子１３から出力される信号ラインに主遅延用ＢＢＤ
１８と待機用ＢＢＤ２０が接続されていることを示す。
ここで、主遅延用ＢＢＤ１８は図１４、１５におけるＢ
ＢＤ１５を表すものであり、主遅延用ＢＢＤ１８から加
算器への信号ラインは分岐され、フィルタ１９、待機用
ＢＢＤ２０、アンプ２１を介して主遅延用ＢＢＤ１８の
入力ラインに帰還されている。
サ素子１３から出力される信号ラインに主遅延用ＢＢＤ
１８と待機用ＢＢＤ２０が接続されていることを示す。
ここで、主遅延用ＢＢＤ１８は図１４、１５におけるＢ
ＢＤ１５を表すものであり、主遅延用ＢＢＤ１８から加
算器への信号ラインは分岐され、フィルタ１９、待機用
ＢＢＤ２０、アンプ２１を介して主遅延用ＢＢＤ１８の
入力ラインに帰還されている。
【００５２】主遅延用ＢＢＤ１８は、図１５に示したＢ
ＢＤ１５の場合と同様に特定方向の信号を取り出すため
に信号を遅延させる役割を果たす。図１６では、繁雑に
なるのを避けるため図１５に示すクロックジェネレータ
１６等の回路を省略している。待機用ＢＢＤ２０は、主
遅延用ＢＢＤ１８の出力を入力に戻すとともに、他の音
波センサ素子との同期を取るために必要となる待機時間
に相当する遅延を行なう役割を果たす。
ＢＤ１５の場合と同様に特定方向の信号を取り出すため
に信号を遅延させる役割を果たす。図１６では、繁雑に
なるのを避けるため図１５に示すクロックジェネレータ
１６等の回路を省略している。待機用ＢＢＤ２０は、主
遅延用ＢＢＤ１８の出力を入力に戻すとともに、他の音
波センサ素子との同期を取るために必要となる待機時間
に相当する遅延を行なう役割を果たす。
【００５３】各音波センサ素子ｉに接続された主遅延用
ＢＢＤ１８及び待機用ＢＢＤ２０において、それぞれ主
遅延時間がτM,i、待機用遅延時間がτS,iであるとする
と、Ａ点に帰還された信号はτM,i＋τS,iだけ遅延され
た信号である。従って、全ての音波センサ素子に関し
て、τM,i＋τS,iが共通の一定の値となるようにτS,i
を決めることによって、全ての音波センサ素子ｉに関し
て、主遅延用ＢＢＤ１８の入力端に帰還された信号の時
間軸を一致させる、即ち各音波センサ素子間の相対的な
位相関係を、元の信号と同じ位相関係に戻すことができ
る。
ＢＢＤ１８及び待機用ＢＢＤ２０において、それぞれ主
遅延時間がτM,i、待機用遅延時間がτS,iであるとする
と、Ａ点に帰還された信号はτM,i＋τS,iだけ遅延され
た信号である。従って、全ての音波センサ素子に関し
て、τM,i＋τS,iが共通の一定の値となるようにτS,i
を決めることによって、全ての音波センサ素子ｉに関し
て、主遅延用ＢＢＤ１８の入力端に帰還された信号の時
間軸を一致させる、即ち各音波センサ素子間の相対的な
位相関係を、元の信号と同じ位相関係に戻すことができ
る。
【００５４】従って、再び主遅延用ＢＢＤによって異な
る遅延時間τM,iをもって遅延し、加算処理することに
より異なる方向の信号を取り出すことができる。これを
繰り返すことにより、１回の音波の送受信によって得ら
れたただ１つの信号を用いて、必要となる任意の方向の
信号を得ることが可能となる。
る遅延時間τM,iをもって遅延し、加算処理することに
より異なる方向の信号を取り出すことができる。これを
繰り返すことにより、１回の音波の送受信によって得ら
れたただ１つの信号を用いて、必要となる任意の方向の
信号を得ることが可能となる。
【００５５】静的な情報を取得する場合には１回の音波
の送受信で充分であるが、測定対象物に関する時間的変
化（測定対象物の形状変化、対象物と測定装置との位置
関係の変化など）を測定するには、所定の時間間隔で繰
返し音波の送受信及び上記の処理を繰り返すことが必要
となる。この場合には、ループ処理の間、音波センサ素
子ｉの次の受信信号と重ならないようにする必要があ
り、例えば図１６のＡ点においてスイッチを備えて、ル
ープ処理の間は待機用ＢＢＤの出力のみが主遅延用ＢＢ
Ｄに入力されるようにするなどの手段によって実現可能
である。
の送受信で充分であるが、測定対象物に関する時間的変
化（測定対象物の形状変化、対象物と測定装置との位置
関係の変化など）を測定するには、所定の時間間隔で繰
返し音波の送受信及び上記の処理を繰り返すことが必要
となる。この場合には、ループ処理の間、音波センサ素
子ｉの次の受信信号と重ならないようにする必要があ
り、例えば図１６のＡ点においてスイッチを備えて、ル
ープ処理の間は待機用ＢＢＤの出力のみが主遅延用ＢＢ
Ｄに入力されるようにするなどの手段によって実現可能
である。
【００５６】更に、一旦必要な範囲の信号が主遅延用Ｂ
ＢＤ１８に入力された後、主遅延用ＢＢＤ１８と待機用
ＢＢＤ２０の間で信号をループさせる際に、ＢＢＤ制御
用のクロック周波数を増大させることによって、高速に
処理することが可能となる。
ＢＤ１８に入力された後、主遅延用ＢＢＤ１８と待機用
ＢＢＤ２０の間で信号をループさせる際に、ＢＢＤ制御
用のクロック周波数を増大させることによって、高速に
処理することが可能となる。
【００５７】例えば、大気中において対象物の奥行き方
向の変位が１ｍ程度であり、送信波として１００kHzの
信号を使用し、反射波を受信した後の最初の遅延処理に
おいて、周波数２００kHzのクロックで主遅延用ＢＢＤ
１８を制御し、その後ループを回す際にクロックを２０
MHzに上げる場合について説明する。
向の変位が１ｍ程度であり、送信波として１００kHzの
信号を使用し、反射波を受信した後の最初の遅延処理に
おいて、周波数２００kHzのクロックで主遅延用ＢＢＤ
１８を制御し、その後ループを回す際にクロックを２０
MHzに上げる場合について説明する。
【００５８】まず各音波センサ素子ｉからの信号が主遅
延用ＢＢＤ１８に全て入力されるには、実際の信号の長
さに応じた時間が必要である。例えば、１ｍの距離範囲
（即ち往復２ｍ）を測定する場合、２(ｍ)／３４０(ｍ
／sec)＝約６(ｍsec)の時間が掛かる。奥行き情報は受
信信号の相対的な時間遅れとして観測されることから、
反射波は奥行きに相当するだけの時間範囲に広がって受
信されることになり、反射波を受信すべき時間は、対象
物までの距離ではなく、対象物がどれだけの距離範囲を
有するかに依存する。
延用ＢＢＤ１８に全て入力されるには、実際の信号の長
さに応じた時間が必要である。例えば、１ｍの距離範囲
（即ち往復２ｍ）を測定する場合、２(ｍ)／３４０(ｍ
／sec)＝約６(ｍsec)の時間が掛かる。奥行き情報は受
信信号の相対的な時間遅れとして観測されることから、
反射波は奥行きに相当するだけの時間範囲に広がって受
信されることになり、反射波を受信すべき時間は、対象
物までの距離ではなく、対象物がどれだけの距離範囲を
有するかに依存する。
【００５９】最初の反射波を受信してから約６ｍsecの
時間をかけて、受信信号が主遅延用ＢＢＤ１８に保存さ
れる。即ち、２００kHzのクロックで受信信号がサンプ
リングされて、主遅延用ＢＢＤ１８内の各キャパシタに
は、１個置きに信号振幅に対応した電荷が蓄積された状
態となる。この場合、主遅延用ＢＢＤ１８の段数（ＭＯ
Ｓ−ＦＥＴ又はキャパシタの数）は、６(ｍsec)×２０
０(kHz)×２＝２４００あれば十分である。
時間をかけて、受信信号が主遅延用ＢＢＤ１８に保存さ
れる。即ち、２００kHzのクロックで受信信号がサンプ
リングされて、主遅延用ＢＢＤ１８内の各キャパシタに
は、１個置きに信号振幅に対応した電荷が蓄積された状
態となる。この場合、主遅延用ＢＢＤ１８の段数（ＭＯ
Ｓ−ＦＥＴ又はキャパシタの数）は、６(ｍsec)×２０
０(kHz)×２＝２４００あれば十分である。
【００６０】次の段階として、上記で主遅延用ＢＢＤ１
８内のキャパシタの電荷量として保存された信号波形に
対して、クロックを最初の２００kHzから２０MHzに増大
させて、待機遅延用ＢＢＤ２０による遅延処理を含むル
ープの処理が行われる。クロック周波数が１００倍とな
ることから、６ｍsecかかっていた処理時間が１／１０
０に、即ち６０μsecに短くなり、１秒間に１／６０μs
ec＝１．７×１０4回の処理が可能となる。
８内のキャパシタの電荷量として保存された信号波形に
対して、クロックを最初の２００kHzから２０MHzに増大
させて、待機遅延用ＢＢＤ２０による遅延処理を含むル
ープの処理が行われる。クロック周波数が１００倍とな
ることから、６ｍsecかかっていた処理時間が１／１０
０に、即ち６０μsecに短くなり、１秒間に１／６０μs
ec＝１．７×１０4回の処理が可能となる。
【００６１】ループ毎に、各主遅延用ＢＢＤ１８を制御
するクロック周波数をθ、φに応じて変更させることに
よって、主遅延用ＢＢＤ１８による（θ，φ）方向の信
号の分離が可能となる。ループの際には最初の取り込み
の際に比べて１００倍のクロック周波数が用いられる
が、これによってループ処理の際には最初の取り込みの
際に比べて時間軸が１／１００に縮小されているとみな
して処理することができる。即ち、最初の取り込みの際
と同じだけ絶対周波数を変化させるのではなく、ループ
時のクロック周波数２０MHzに対する割合が取り込み時
のクロック周波数２００kHzのに対する割合とと同じに
なるように、各主遅延用ＢＢＤ１８のクロック周波数を
変化させることによって、（θ，φ）方向に対応する信
号を加算器から取り出すことが可能である。
するクロック周波数をθ、φに応じて変更させることに
よって、主遅延用ＢＢＤ１８による（θ，φ）方向の信
号の分離が可能となる。ループの際には最初の取り込み
の際に比べて１００倍のクロック周波数が用いられる
が、これによってループ処理の際には最初の取り込みの
際に比べて時間軸が１／１００に縮小されているとみな
して処理することができる。即ち、最初の取り込みの際
と同じだけ絶対周波数を変化させるのではなく、ループ
時のクロック周波数２０MHzに対する割合が取り込み時
のクロック周波数２００kHzのに対する割合とと同じに
なるように、各主遅延用ＢＢＤ１８のクロック周波数を
変化させることによって、（θ，φ）方向に対応する信
号を加算器から取り出すことが可能である。
【００６２】ここでは、送信波の周波数１００kHzに対
して、受信した反射波のＢＢＤによる遅延処理において
標本化定理から要求される２倍の２００kHzを使用する
場合を説明したが、距離測定に関しては、受信波形の遅
延処理における信号波形の忠実な再現性は必ずしも必要
ではない。即ち、信号波形の位相差を充分に精度よく測
定できればよいことから、送信波の２倍の周波数よりも
低い周波数を使用することも可能である。また、送信波
としては超音波を使用することが望ましいが、超音波よ
りも低い周波数の送信波を使用しても差し支えない。
して、受信した反射波のＢＢＤによる遅延処理において
標本化定理から要求される２倍の２００kHzを使用する
場合を説明したが、距離測定に関しては、受信波形の遅
延処理における信号波形の忠実な再現性は必ずしも必要
ではない。即ち、信号波形の位相差を充分に精度よく測
定できればよいことから、送信波の２倍の周波数よりも
低い周波数を使用することも可能である。また、送信波
としては超音波を使用することが望ましいが、超音波よ
りも低い周波数の送信波を使用しても差し支えない。
【００６３】上記した高速３次元計測装置は、視覚障害
者への情報提供に応用することができる。視覚障害者用
の白杖に、音波送信器と本発明に係る音波センサ及び遅
延回路を有する半導体装置を組み込み、上記の高速３次
元計測方法によって得られる奥行き情報、即ち周囲の障
害物の情報を視覚障害者に伝えることが可能である。
者への情報提供に応用することができる。視覚障害者用
の白杖に、音波送信器と本発明に係る音波センサ及び遅
延回路を有する半導体装置を組み込み、上記の高速３次
元計測方法によって得られる奥行き情報、即ち周囲の障
害物の情報を視覚障害者に伝えることが可能である。
【００６４】取得した奥行き情報を伝える手段には、振
動、音あるいは点字ディスプレイ（面上に配置された複
数の凹凸によって点字を表し、凹凸を時間的に変化させ
ることによって、経時的に情報提示が可能な触覚ディス
プレイ）など、視覚によらない情報提示装置を使用する
ことができる。
動、音あるいは点字ディスプレイ（面上に配置された複
数の凹凸によって点字を表し、凹凸を時間的に変化させ
ることによって、経時的に情報提示が可能な触覚ディス
プレイ）など、視覚によらない情報提示装置を使用する
ことができる。
【００６５】点字ディスプレイとしては、点字（一文字
を表す長方形状に並べられた６個の点）に限らず、計測
された３次元パターンをそのまま表すようなデバイス
（従って６個よりも多い数の点で構成され、各点の凹凸
の程度が連続的に変化するもの）を使用することもでき
る。
を表す長方形状に並べられた６個の点）に限らず、計測
された３次元パターンをそのまま表すようなデバイス
（従って６個よりも多い数の点で構成され、各点の凹凸
の程度が連続的に変化するもの）を使用することもでき
る。
【００６６】
【発明の効果】本発明に係る音波センサ及び遅延回路を
有する半導体装置によれば、音波受信手段、遅延手段、
遅延時間指定手段、加算手段を1チップ上に集積するこ
とが可能となり、コンピュータ等による受信信号の処理
を行うことなく、音波を使用して指定方向における対処
物の奥行き情報を取得することが可能となる。
有する半導体装置によれば、音波受信手段、遅延手段、
遅延時間指定手段、加算手段を1チップ上に集積するこ
とが可能となり、コンピュータ等による受信信号の処理
を行うことなく、音波を使用して指定方向における対処
物の奥行き情報を取得することが可能となる。
【００６７】また、１チップに小型化されることから、
奥行き情報を取得する機能の機器への組み込み応用が安
価に且つ容易に可能となる。
奥行き情報を取得する機能の機器への組み込み応用が安
価に且つ容易に可能となる。
【００６８】また、本発明に係る高速３次元計測装置及
び方法によって、１回の音波送信によって対処物の奥行
き情報の２次元分布を、高速に得ることが可能となる。
び方法によって、１回の音波送信によって対処物の奥行
き情報の２次元分布を、高速に得ることが可能となる。
【００６９】さらに、本発明に係る高速３次元計測装置
を視覚障害者用の白杖に組み込むことによって、奥行き
情報を視覚障害者に提示することが可能となり、視覚障
害者は従来の白杖では得られなかった詳細な周囲の状況
を認識することが可能となる。
を視覚障害者用の白杖に組み込むことによって、奥行き
情報を視覚障害者に提示することが可能となり、視覚障
害者は従来の白杖では得られなかった詳細な周囲の状況
を認識することが可能となる。
【図１】音波計測の概要を説明するための側面図であ
る。
る。
【図２】音波センサ素子への入射音波の相対的な時間遅
延を説明するための模式的側面図である。
延を説明するための模式的側面図である。
【図３】遅延処理によって特定方向の受信信号を選択す
る原理を説明する模式図である。
る原理を説明する模式図である。
【図４】１次元に配置された音波センサ素子と測定対象
物の配置を示す図である。
物の配置を示す図である。
【図５】加算後の各方向における受信信号を示す波形図
である。
である。
【図６】各方向の遅延時間を奥行き情報に変換して表示
した図である。
した図である。
【図７】音波センサ素子のｘ−ｙ配置を示す正面図であ
る。
る。
【図８】音波センサ素子の同心円状の配置を示す正面図
である。
である。
【図９】従来のコンピュータを使用した電子走査装置を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図１０】ＢＢＤを示す模式的な断面図である。
【図１１】ＢＢＤ内のＭＯＳ−ＦＥＴ素子へのクロック
信号の配線を示す回路図である。
信号の配線を示す回路図である。
【図１２】ＢＢＤの動作原理を示す模式図である。
【図１３】ＢＢＤの段数と遅延時間との関係を示す模式
図である。
図である。
【図１４】本発明に係る半導体装置を示す模式的ブロッ
ク図である。
ク図である。
【図１５】本発明に係る半導体装置の動作説明図であ
る。
る。
【図１６】本発明に係る高速３次元計測装置における時
間遅延に関係する部分のブロック図である。
間遅延に関係する部分のブロック図である。
【図１７】ＢＢＤに供給されるクロックのタイミング図
である。
である。
１ 音波センサ ２ 音源 ３ 対象物 ４ 音波センサ素子 ５ キャパシタ ６ ＭＯＳ−ＦＥＴ ７ ＢＢＤ １０ 半導体装置 １１ 周波数演算器 １２ 電圧制御発振器 １３ 音波センサ素子 １４ プリアンプ １５ ＢＢＤ １６ クロックジェネレータ １７ 加算器 １８ 主遅延用ＢＢＤ １９ フィルタ ２０ 待機用ＢＢＤ ２１ アンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 500533503 青柳 誠司 大阪府吹田市山手町３丁目18番１−601 (72)発明者 鈴木 義彦 大阪府豊中市上野西３丁目14−22 (72)発明者 田中 恒久 大阪府豊中市曽根西町４丁目16−32 (72)発明者 有田 滋 京都府宇治市南陵町２−１−204 (72)発明者 山下 馨 大阪府池田市石橋１丁目７番14号 (72)発明者 青柳 誠司 大阪府吹田市山手町３丁目18番１−601 Ｆターム(参考） 5J083 AA02 AB12 AC32 AC33 AD04 AD13 AE06 AF04 BA01 BC13 BD02 BE60 CA12 CA13 CB03 CB14 CB16
Claims (8)
- 【請求項１】 送信された音波の反射波を受信すること
によって対象物までの距離を測定する装置であって、 反射波を受信する受信手段と、 入力信号を遅延させて出力する遅延手段と、 該遅延手段に対して遅延時間を指定する遅延時間指定手
段と、 前記遅延手段からの出力信号を加算処理する加算手段と
を備え、 前記遅延手段は前記受信手段からの出力信号を前記遅延
時間だけ遅延させるものであることを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項２】 前記受信手段は複数の音波センサを備
え、 前記複数の音波センサは平面上に所定の配置パターンで
配置され、 前記遅延手段は各々の前記音波センサの出力信号をそれ
ぞれ独立的に遅延させるものであることを特徴とする請
求項１に記載の半導体装置。 - 【請求項３】 前記遅延手段は前記音波センサと同数の
ＢＢＤ素子を備え、 前記遅延時間指定手段は周波数変換手段と制御発振手段
を備え、 前記周波数変換手段は前記音波センサの相対位置に応じ
て入力信号を変換し、複数の信号を前記制御発振手段に
出力し、 前記制御発振手段は各々のＢＢＤ素子に対して前記周波
数変換手段からの信号に応じた周波数のクロック信号を
供給するものであることを特徴とする請求項２に記載の
半導体装置。 - 【請求項４】 前記遅延手段の出力信号を前記遅延時間
指定手段からの信号に応じた時間だけ遅延させ、前記遅
延手段に入力する待機用遅延手段を備えていることを特
徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。 - 【請求項５】 前記ＢＢＤ素子と同数の待機遅延用ＢＢ
Ｄ素子を備え、 該待機遅延手段用ＢＢＤ素子は前記ＢＢＤ素子の出力信
号を前記遅延時間指定手段からのクロック信号に応じた
時間だけ遅延させ、前記ＢＢＤ素子に入力するものであ
ることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。 - 【請求項６】 前記遅延時間指定手段は、反射波の受信
による前記音波センサからの出力信号が前記ＢＢＤ素子
への入力を開始した時から所定の時間経過した後、所定
の時間前記クロック信号の周波数を増大させるものであ
ることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかの項に記載の半
導体装置が装備されていることを特徴とする視覚障害者
用白杖。 - 【請求項８】 送信された音波の反射波を受信すること
によって対象物までの距離を測定する３次元計測方法で
あって、 反射波を受信して信号を出力する第１ステップと、 所定の周波数のクロックを出力する第２ステップと、 前記第１ステップによって出力される信号を、前記クロ
ックの周波数に応じた時間だけ遅延させて出力する第３
ステップと、 前記第３ステップによって出力される信号を加算処理す
る第４ステップと、 前記第３ステップによって出力される信号を、前記クロ
ックの周波数に応じた時間だけ遅延させて出力する第５
ステップとを備え、 前記第２ステップにおいて出力される前記クロックの周
波数は、前記第３ステップからの出力信号が前記第５ス
テップへの入力信号とされる時から所定の時間増大され
た状態を保持され、 前記第５ステップの出力信号は前記所定の時間前記第３
ステップによって遅延処理されることを特徴とする３次
元計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000353471A JP2002156451A (ja) | 2000-11-20 | 2000-11-20 | 音波センサ及び遅延回路を備えた半導体装置及び視覚障害者用杖及び３次元計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000353471A JP2002156451A (ja) | 2000-11-20 | 2000-11-20 | 音波センサ及び遅延回路を備えた半導体装置及び視覚障害者用杖及び３次元計測方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002156451A true JP2002156451A (ja) | 2002-05-31 |
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ID=18826231
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000353471A Pending JP2002156451A (ja) | 2000-11-20 | 2000-11-20 | 音波センサ及び遅延回路を備えた半導体装置及び視覚障害者用杖及び３次元計測方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002156451A (ja) |
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- 2000-11-20 JP JP2000353471A patent/JP2002156451A/ja active Pending
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