JP2789330B2 - 超音波送信装置及びこれを用いた超音波センサ - Google Patents
超音波送信装置及びこれを用いた超音波センサInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気的かつ三次元
的に指向性を変えて超音波を送信する超音波送信装置、
及びこれを用いた超音波センサに関する。
的に指向性を変えて超音波を送信する超音波送信装置、
及びこれを用いた超音波センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】図９は、電気的かつ三次元的に指向性を
変えて超音波を送信する、従来の超音波送信装置を示す
ブロック図である。
変えて超音波を送信する、従来の超音波送信装置を示す
ブロック図である。
【０００３】従来の超音波送信装置８０は、送波面８２
１〜８２ｎを同じ一方向（以下、ｘ軸方向という。）に
向けたままｘ軸方向の垂直方向（以下、ｙ軸方向及びｚ
軸方向という。）に一定間隔Ｌ2 で平面状に配設された
複数の超音波振動子８４１〜８４ｎと、超音波振動子８
４１〜８４ｎのそれぞれに設けられるとともに超音波振
動子８４１〜８４ｎを一定の位相差δづつずらして発振
させる移相器８６１〜８６ｎと、移相器８６１〜８６ｎ
の位相差δを変化させる制御部８８とを備えたものであ
る。
１〜８２ｎを同じ一方向（以下、ｘ軸方向という。）に
向けたままｘ軸方向の垂直方向（以下、ｙ軸方向及びｚ
軸方向という。）に一定間隔Ｌ2 で平面状に配設された
複数の超音波振動子８４１〜８４ｎと、超音波振動子８
４１〜８４ｎのそれぞれに設けられるとともに超音波振
動子８４１〜８４ｎを一定の位相差δづつずらして発振
させる移相器８６１〜８６ｎと、移相器８６１〜８６ｎ
の位相差δを変化させる制御部８８とを備えたものであ
る。
【０００４】超音波送信装置８０は、いわゆる「フェイ
ズドアレイ」として知られており、機械的な構造を必要
とせず、電気的に位相差δを変化させるだけで、所望の
三次元方向に指向性を走査できる。
ズドアレイ」として知られており、機械的な構造を必要
とせず、電気的に位相差δを変化させるだけで、所望の
三次元方向に指向性を走査できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
超音波送信装置８０には、次のような問題があった。
超音波送信装置８０には、次のような問題があった。
【０００６】移相器８６１，…及び制御部８８は、超音
波振動子８４１，…を一定の位相差δづつずらして発振
させ、かつ位相差δを一定範囲内で変化させるものであ
る。このような機能を実現するには、極めて複雑な回路
構成となる。しかも、超音波振動子８４１，…の位相は
全て異なるので、移相器８６１，…は各超音波振動子８
４１，…ごとに必要となる。
波振動子８４１，…を一定の位相差δづつずらして発振
させ、かつ位相差δを一定範囲内で変化させるものであ
る。このような機能を実現するには、極めて複雑な回路
構成となる。しかも、超音波振動子８４１，…の位相は
全て異なるので、移相器８６１，…は各超音波振動子８
４１，…ごとに必要となる。
【０００７】また、移相器８６１，…が超音波振動子８
４１，…の数だけ必要になることは、超音波振動子８４
１，…の数を多くしてより平坦な平面波を得ようとする
場合に、大きな障害となる。
４１，…の数だけ必要になることは、超音波振動子８４
１，…の数を多くしてより平坦な平面波を得ようとする
場合に、大きな障害となる。
【０００８】
【発明の目的】そこで、本発明の目的は、簡単な構成で
ありながら電気的かつ三次元的に超音波の指向性を変え
ることのできる超音波送信装置、及びこれを用いた超音
波センサを提供することにある。
ありながら電気的かつ三次元的に超音波の指向性を変え
ることのできる超音波送信装置、及びこれを用いた超音
波センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明に係る超音波送信
装置は、複数の超音波振動子と可変周波数発振部とを備
えたものである。複数の超音波振動子は、送波面を同じ
一方向に向けたまま、当該一方向の斜め方向に一定間隔
で円錐状に配設されている。可変周波数発振部は、複数
の超音波振動子を同じ周波数で発振させるとともに、当
該周波数を変えることができる。
装置は、複数の超音波振動子と可変周波数発振部とを備
えたものである。複数の超音波振動子は、送波面を同じ
一方向に向けたまま、当該一方向の斜め方向に一定間隔
で円錐状に配設されている。可変周波数発振部は、複数
の超音波振動子を同じ周波数で発振させるとともに、当
該周波数を変えることができる。
【００１０】複数の超音波振動子からは、同一の周波数
の超音波が送信される。このとき、各超音波振動子から
送信された超音波は、互いに位相が一致する方向に進
む。位相が一致しない方向の超音波は、互いに弱め合う
からである。また、超音波の周波数を変えると、超音波
振動子の配設されている形状に基づき、超音波の位相の
一致する方向が変わる。したがって、超音波の周波数を
変えることにより、超音波の指向性を変えることができ
る。
の超音波が送信される。このとき、各超音波振動子から
送信された超音波は、互いに位相が一致する方向に進
む。位相が一致しない方向の超音波は、互いに弱め合う
からである。また、超音波の周波数を変えると、超音波
振動子の配設されている形状に基づき、超音波の位相の
一致する方向が変わる。したがって、超音波の周波数を
変えることにより、超音波の指向性を変えることができ
る。
【００１１】また、可変周波数発振部は単数としてもよ
い。さらに、複数の超音波振動子は超音波の同じ波長に
おいて最大出力が得られ、当該波長と前記一定間隔の前
記一方向の成分とが一致するものとしてもよい。
い。さらに、複数の超音波振動子は超音波の同じ波長に
おいて最大出力が得られ、当該波長と前記一定間隔の前
記一方向の成分とが一致するものとしてもよい。
【００１２】本発明に係る超音波センサは、本発明に係
る超音波送信装置、受信用の超音波振動子、受信信号処
理部及び制御部を備えたものである。受信用の超音波振
動子は、複数の送信用の超音波振動子によって形成され
る円錐体の頂点に設けられている。受信信号処理部は、
超音波振動子で受信された信号を処理する。制御部は、
受信信号処理部及び可変周波数発振部を制御する。
る超音波送信装置、受信用の超音波振動子、受信信号処
理部及び制御部を備えたものである。受信用の超音波振
動子は、複数の送信用の超音波振動子によって形成され
る円錐体の頂点に設けられている。受信信号処理部は、
超音波振動子で受信された信号を処理する。制御部は、
受信信号処理部及び可変周波数発振部を制御する。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る超音波送信
装置の一実施形態を示すブロック図である。図２は、図
１の超音波送信装置の一例を示す回路図である。図３
は、図１の超音波送信装置の一例を示す外観斜視図であ
る。以下、これらの図面に基づき説明する。
装置の一実施形態を示すブロック図である。図２は、図
１の超音波送信装置の一例を示す回路図である。図３
は、図１の超音波送信装置の一例を示す外観斜視図であ
る。以下、これらの図面に基づき説明する。
【００１４】本発明に係る超音波送信装置１０は、送波
面１２１〜１２（２ｎ），…を同じ一方向（以下、ｘ軸
方向という。）に向けたままｘ軸方向の斜め方向に一定
間隔Ｌで円錐状に配設された超音波振動子１４１〜１４
（２ｎ），…と、超音波振動子１４１，…を同じ周波数
ｆで発振させるとともに周波数ｆを可変とした可変周波
数発振部１６とを備えたものである。なお、実際にはｚ
軸側にも超音波振動子が円錐状となるように配設されて
いるが、図１及び図２では便宜上省略している。
面１２１〜１２（２ｎ），…を同じ一方向（以下、ｘ軸
方向という。）に向けたままｘ軸方向の斜め方向に一定
間隔Ｌで円錐状に配設された超音波振動子１４１〜１４
（２ｎ），…と、超音波振動子１４１，…を同じ周波数
ｆで発振させるとともに周波数ｆを可変とした可変周波
数発振部１６とを備えたものである。なお、実際にはｚ
軸側にも超音波振動子が円錐状となるように配設されて
いるが、図１及び図２では便宜上省略している。
【００１５】超音波振動子１４１，…は、一般的なもの
でよいが、広帯域で発振するものが好ましい。可変周波
数発振部１６は、一般的な発振回路１６１と、発振回路
１６１の発振周波数を変える可変抵抗器１６２と、発振
回路１６１の出力波形を増幅するトランジスタ１６３
と、トランジスタ１６３のベース側に接続された抵抗器
１６４，１６５及びダイオード１６６と、トランジスタ
１６３の出力波形から交流波形を得るパルストランス１
６７とから構成されている。
でよいが、広帯域で発振するものが好ましい。可変周波
数発振部１６は、一般的な発振回路１６１と、発振回路
１６１の発振周波数を変える可変抵抗器１６２と、発振
回路１６１の出力波形を増幅するトランジスタ１６３
と、トランジスタ１６３のベース側に接続された抵抗器
１６４，１６５及びダイオード１６６と、トランジスタ
１６３の出力波形から交流波形を得るパルストランス１
６７とから構成されている。
【００１６】通常、周波数を変化させる回路は、位相差
を変化させる回路よりも簡単な構成となる。また、可変
周波数発振部１６は、超音波振動子１４１，…を並列に
接続するので、一個でよい。したがって、超音波送信装
置１０は、従来の超音波送信装置８０（図９）に比べ
て、極めて単純な構成となる。
を変化させる回路よりも簡単な構成となる。また、可変
周波数発振部１６は、超音波振動子１４１，…を並列に
接続するので、一個でよい。したがって、超音波送信装
置１０は、従来の超音波送信装置８０（図９）に比べ
て、極めて単純な構成となる。
【００１７】図３に示すように、超音波振動子１４１，
…は、送波面１２１，…を同じｘ軸方向に向けたまま、
ｘ軸方向の斜め方向に一定間隔Ｌで円錐状になるよう
に、取付台座２０に埋設されている。取付台座２０は、
例えば合成樹脂によって全体として円錐体状に形成さ
れ、埋設面２０１〜２０３が階段状に設けられている。
埋設面２０１〜２０３は、超音波振動子１４１，…を埋
設する部分であり、それぞれ径の異なるリング状を呈し
ている。可変周波数発振部１６は、取付台座２０に内蔵
してもよいし、取付台座２０の外に置いてケーブルで接
続してもよい。なお、図３において、超音波振動子１４
１〜１４６（ｎ＝３）にのみ符号を付しているが、超音
波振動子１４１，…と同一形状のものは全て超音波振動
子である。
…は、送波面１２１，…を同じｘ軸方向に向けたまま、
ｘ軸方向の斜め方向に一定間隔Ｌで円錐状になるよう
に、取付台座２０に埋設されている。取付台座２０は、
例えば合成樹脂によって全体として円錐体状に形成さ
れ、埋設面２０１〜２０３が階段状に設けられている。
埋設面２０１〜２０３は、超音波振動子１４１，…を埋
設する部分であり、それぞれ径の異なるリング状を呈し
ている。可変周波数発振部１６は、取付台座２０に内蔵
してもよいし、取付台座２０の外に置いてケーブルで接
続してもよい。なお、図３において、超音波振動子１４
１〜１４６（ｎ＝３）にのみ符号を付しているが、超音
波振動子１４１，…と同一形状のものは全て超音波振動
子である。
【００１８】図４乃至図６は、本発明に係る超音波送信
装置の動作原理を示す説明図である。以下、これらの図
面に基づき説明する。
装置の動作原理を示す説明図である。以下、これらの図
面に基づき説明する。
【００１９】一定間隔Ｌのｘ軸方向成分をＬｘ、超音波
ＵＳの波長をλとする。また、説明を簡潔にするため
に、超音波振動子を１４ｍ及び１４（ｍ＋１）の二個と
する。図４〔１〕はλ＝Ｌｘの場合である。この場合の
超音波ＵＳは、ｘ軸方向で位相が揃うので、ｘ軸方向に
進む。図４〔２〕はλ＜Ｌｘの場合である。この場合の
超音波ＵＳは、ｘ軸方向よりもｙ軸の負方向に傾いて位
相が揃うので、その方向に進む。図４〔３〕はλ＞Ｌｘ
の場合である。この場合の超音波ＵＳは、ｘ軸方向より
もｙ軸の正方向に傾いて位相が揃うので、その方向に進
む。
ＵＳの波長をλとする。また、説明を簡潔にするため
に、超音波振動子を１４ｍ及び１４（ｍ＋１）の二個と
する。図４〔１〕はλ＝Ｌｘの場合である。この場合の
超音波ＵＳは、ｘ軸方向で位相が揃うので、ｘ軸方向に
進む。図４〔２〕はλ＜Ｌｘの場合である。この場合の
超音波ＵＳは、ｘ軸方向よりもｙ軸の負方向に傾いて位
相が揃うので、その方向に進む。図４〔３〕はλ＞Ｌｘ
の場合である。この場合の超音波ＵＳは、ｘ軸方向より
もｙ軸の正方向に傾いて位相が揃うので、その方向に進
む。
【００２０】次に、図５に基づき図４の現象を一般化し
て説明する。図５において、ｘ軸方向と超音波ＵＳの進
行方向とのなす角を指向角φとし、ｙ軸方向と超音波振
動子１４ｍ，１４（ｍ＋１）の配設されている方向との
なす角を配設角θとする。ここで、超音波振動子１４
（ｍ＋１）から送信される超音波ＵＳに対して、超音波
振動子１４ｍを通る垂線を引き、この交点をａとする。
すると、超音波ＵＳの波長λは、超音波振動子１４（ｍ
＋１）から交点ａまでの距離に一致する。したがって、
次式が得られる。
て説明する。図５において、ｘ軸方向と超音波ＵＳの進
行方向とのなす角を指向角φとし、ｙ軸方向と超音波振
動子１４ｍ，１４（ｍ＋１）の配設されている方向との
なす角を配設角θとする。ここで、超音波振動子１４
（ｍ＋１）から送信される超音波ＵＳに対して、超音波
振動子１４ｍを通る垂線を引き、この交点をａとする。
すると、超音波ＵＳの波長λは、超音波振動子１４（ｍ
＋１）から交点ａまでの距離に一致する。したがって、
次式が得られる。
【００２１】 λ＝Ｌ・ｓｉｎ（θ−φ） ・・・・・ （１）
【００２２】また、音速をｖとすると波長λはλ＝ｖ／
ｆであるから、これを式（１）に代入して、次式が得ら
れる。
ｆであるから、これを式（１）に代入して、次式が得ら
れる。
【００２３】 φ＝θ−ｓｉｎ-1｛ｖ／（ｆ・Ｌ）｝ ・・・・・ （２）
【００２４】式（２）から明らかなように、θ，ｖ，Ｌ
は定数であるから、周波数ｆを変えることによって、指
向角φを変えることができる。
は定数であるから、周波数ｆを変えることによって、指
向角φを変えることができる。
【００２５】ここで、超音波振動子１４ｍ，…は同じ周
波数特性であるとする。個々の超音波振動子１４ｍ，…
は、送波面と垂直なｘ軸方向に、超音波を最も強く出力
する指向性を有している。一方、超音波振動子１４ｍ，
…は、最大出力の得られる波長λ0 を有している。そこ
で、一定間隔Ｌのｘ軸方向成分Ｌｘと波長λ0 とを一致
させると、図４〔１〕に示すλ0 ＝Ｌｘの場合に、ｘ軸
方向に進む超音波ＵＳが得られる。この超音波ＵＳは、
振動子１４ｍ，…全体を組み合わせた場合に得られる最
も強いものとなる。なぜなら、個々の超音波振動子１４
ｍ，…の最大出力の得られる方向と、最大出力の得られ
る波長λ0 における超音波ＵＳの進行方向とが一致する
からである。
波数特性であるとする。個々の超音波振動子１４ｍ，…
は、送波面と垂直なｘ軸方向に、超音波を最も強く出力
する指向性を有している。一方、超音波振動子１４ｍ，
…は、最大出力の得られる波長λ0 を有している。そこ
で、一定間隔Ｌのｘ軸方向成分Ｌｘと波長λ0 とを一致
させると、図４〔１〕に示すλ0 ＝Ｌｘの場合に、ｘ軸
方向に進む超音波ＵＳが得られる。この超音波ＵＳは、
振動子１４ｍ，…全体を組み合わせた場合に得られる最
も強いものとなる。なぜなら、個々の超音波振動子１４
ｍ，…の最大出力の得られる方向と、最大出力の得られ
る波長λ0 における超音波ＵＳの進行方向とが一致する
からである。
【００２６】実際の超音波ＵＳの進行方向は、超音波振
動子１４ｍ，…がｘ軸を中心とする円錐状に配設されて
いるので、図４においてｘ軸を中心に超音波ＵＳを回転
させた方向である。図６は、実際の超音波ＵＳの進行方
向すなわち送波領域を示す断面図である。図６〔１〕，
〔２〕は、それぞれ図４〔１〕，〔２〕に対応してい
る。図６〔１〕はλ＝Ｌｘの場合である。この場合の超
音波送信装置１０による超音波の送波領域Ａは、ｘ軸方
向に伸びる直線状となる。図４〔２〕はλ＜Ｌｘの場合
である。この場合の送波領域Ａは、ｘ軸方向よりもｙ軸
方向に傾いて拡がる傘状となる。このように、周波数ｆ
を変えることによって、超音波の指向性は傘を開いたり
閉じたりするように変わる。周波数ｆは、λ≦Ｌｘとな
る範囲で変えれば十分である。
動子１４ｍ，…がｘ軸を中心とする円錐状に配設されて
いるので、図４においてｘ軸を中心に超音波ＵＳを回転
させた方向である。図６は、実際の超音波ＵＳの進行方
向すなわち送波領域を示す断面図である。図６〔１〕，
〔２〕は、それぞれ図４〔１〕，〔２〕に対応してい
る。図６〔１〕はλ＝Ｌｘの場合である。この場合の超
音波送信装置１０による超音波の送波領域Ａは、ｘ軸方
向に伸びる直線状となる。図４〔２〕はλ＜Ｌｘの場合
である。この場合の送波領域Ａは、ｘ軸方向よりもｙ軸
方向に傾いて拡がる傘状となる。このように、周波数ｆ
を変えることによって、超音波の指向性は傘を開いたり
閉じたりするように変わる。周波数ｆは、λ≦Ｌｘとな
る範囲で変えれば十分である。
【００２７】なお、本発明に係る超音波送信装置は、い
うまでもなく、上記実施形態に限定されるものではな
い。例えば、可変抵抗器１６２をトランジスタのコレク
タ−エミッタ間抵抗に置き換え、トランジスタのベース
電圧をマイクロコンピュータで制御することによりコレ
クタ−エミッタ間抵抗の抵抗値を変えるようにしてもよ
い。
うまでもなく、上記実施形態に限定されるものではな
い。例えば、可変抵抗器１６２をトランジスタのコレク
タ−エミッタ間抵抗に置き換え、トランジスタのベース
電圧をマイクロコンピュータで制御することによりコレ
クタ−エミッタ間抵抗の抵抗値を変えるようにしてもよ
い。
【００２８】図７は、本発明に係る超音波センサの一実
施形態を示すブロック図である。図８は、図７の超音波
センサの一例を示す外観斜視図である。以下、これらの
図面に基づき説明する。ただし、図１及び図３と同一部
分は同一符号を付すことにより重複説明を省略する。
施形態を示すブロック図である。図８は、図７の超音波
センサの一例を示す外観斜視図である。以下、これらの
図面に基づき説明する。ただし、図１及び図３と同一部
分は同一符号を付すことにより重複説明を省略する。
【００２９】本発明に係る超音波センサ３０は、送波面
１２１〜１２（２ｎ），…を同じ一方向（以下、ｘ軸方
向という。）に向けたままｘ軸方向の斜め方向に一定間
隔Ｌで円錐状に配設された送信用の超音波振動子１４１
〜１４（２ｎ），…と、超音波振動子１４１，…を同じ
周波数ｆで発振させるとともに周波数ｆを可変とした可
変周波数発振部１６と、超音波振動子１４１…によって
形成される円錐体の頂点に設けられた受信用の超音波振
動子３２と、超音波振動子３２で受信された信号を処理
する受信信号処理部３４と、受信信号処理部３４及び可
変周波数発振部１６を制御する制御部３６とを備えたも
のである。なお、実際にはｚ軸側にも送信用の超音波振
動子が円錐状となるように配設されているが、図７では
便宜上省略している。
１２１〜１２（２ｎ），…を同じ一方向（以下、ｘ軸方
向という。）に向けたままｘ軸方向の斜め方向に一定間
隔Ｌで円錐状に配設された送信用の超音波振動子１４１
〜１４（２ｎ），…と、超音波振動子１４１，…を同じ
周波数ｆで発振させるとともに周波数ｆを可変とした可
変周波数発振部１６と、超音波振動子１４１…によって
形成される円錐体の頂点に設けられた受信用の超音波振
動子３２と、超音波振動子３２で受信された信号を処理
する受信信号処理部３４と、受信信号処理部３４及び可
変周波数発振部１６を制御する制御部３６とを備えたも
のである。なお、実際にはｚ軸側にも送信用の超音波振
動子が円錐状となるように配設されているが、図７では
便宜上省略している。
【００３０】図８に示すように、取付台座２０は、全体
として円錐体状に形成され、埋設面２００〜２０３が階
段状に設けられている。埋設面２００〜２０３は、超音
波振動子３２及び超音波振動子１４１，…を埋設する部
分であり、それぞれ径の異なるリング状を呈している。
超音波振動子３２は、受波面３２１をｘ軸方向に向けた
まま埋設面２００に埋設されることによって、超音波振
動子１４１…によって形成される円錐体の頂点に設けら
れている。可変周波数発振部１６、受信信号処理部３４
及び制御部３６は、取付台座２０に内蔵してもよいし、
取付台座２０の外に置いてケーブルで接続してもよい。
として円錐体状に形成され、埋設面２００〜２０３が階
段状に設けられている。埋設面２００〜２０３は、超音
波振動子３２及び超音波振動子１４１，…を埋設する部
分であり、それぞれ径の異なるリング状を呈している。
超音波振動子３２は、受波面３２１をｘ軸方向に向けた
まま埋設面２００に埋設されることによって、超音波振
動子１４１…によって形成される円錐体の頂点に設けら
れている。可変周波数発振部１６、受信信号処理部３４
及び制御部３６は、取付台座２０に内蔵してもよいし、
取付台座２０の外に置いてケーブルで接続してもよい。
【００３１】超音波振動子３２は、超音波振動子１４
１，…によって形成される円錐体の頂点に設けられてい
るので、超音波振動子１４１，…から送信される超音波
の障害とならないばかりか、広範囲から到達する超音波
を容易に受信できる。
１，…によって形成される円錐体の頂点に設けられてい
るので、超音波振動子１４１，…から送信される超音波
の障害とならないばかりか、広範囲から到達する超音波
を容易に受信できる。
【００３２】受信信号処理部３４は、一般的なものであ
り、検波回路、増幅回路、Ａ／Ｄコンバータ等を有して
いる。超音波振動子３２の受信信号は、受信信号処理部
３４で処理されて受信データとなり、制御部３６へ出力
される。制御部３６は、例えばマイクロコンピュータで
あり、受信データに基づき超音波の反射体までの距離を
算出したり、図示しない入力手段からの指令に基づき、
超音波振動子１４１，…から超音波を送信させたりその
周波数ｆを変化させたりする機能を有している。
り、検波回路、増幅回路、Ａ／Ｄコンバータ等を有して
いる。超音波振動子３２の受信信号は、受信信号処理部
３４で処理されて受信データとなり、制御部３６へ出力
される。制御部３６は、例えばマイクロコンピュータで
あり、受信データに基づき超音波の反射体までの距離を
算出したり、図示しない入力手段からの指令に基づき、
超音波振動子１４１，…から超音波を送信させたりその
周波数ｆを変化させたりする機能を有している。
【００３３】移動体の自律運行には、広域情報取得用の
センサと局所情報取得用のセンサとの両方が必要とな
る。本発明に係る超音波センサは、一つで広域情報も局
所情報も取得できるので、自律移動ロボット用の障害物
センサや自動車用の接近センサなどに、好適に用いるこ
とができる。
センサと局所情報取得用のセンサとの両方が必要とな
る。本発明に係る超音波センサは、一つで広域情報も局
所情報も取得できるので、自律移動ロボット用の障害物
センサや自動車用の接近センサなどに、好適に用いるこ
とができる。
【００３４】
【発明の効果】請求項１乃至３記載の超音波送信装置及
び請求項４記載の超音波センサによれば、送波面を同じ
一方向に向けたまま当該一方向の斜め方向に一定間隔で
直線状に配設された複数の超音波振動子と、これらの超
音波振動子を同じ周波数で発振させるとともに当該周波
数を可変とした可変周波数発振部とを備えたので、超音
波の周波数を変えることにより超音波の指向性を三次元
的に変えることができる。しかも、従来技術のような位
相差を変える複雑な回路の代わりに、周波数を変える簡
単な回路を用いているので、構成を簡素化できる。した
がって、装置の小型化、軽量化及び低価格化等を達成で
きる。これに加え、全ての超音波振動子を同じ周波数で
発振させることにより、全ての超音波振動子を異なる位
相差で発振させる従来技術に比べて極めて簡素化できる
ので、指向性の精度及び制御の速度等の性能を容易に向
上できる。
び請求項４記載の超音波センサによれば、送波面を同じ
一方向に向けたまま当該一方向の斜め方向に一定間隔で
直線状に配設された複数の超音波振動子と、これらの超
音波振動子を同じ周波数で発振させるとともに当該周波
数を可変とした可変周波数発振部とを備えたので、超音
波の周波数を変えることにより超音波の指向性を三次元
的に変えることができる。しかも、従来技術のような位
相差を変える複雑な回路の代わりに、周波数を変える簡
単な回路を用いているので、構成を簡素化できる。した
がって、装置の小型化、軽量化及び低価格化等を達成で
きる。これに加え、全ての超音波振動子を同じ周波数で
発振させることにより、全ての超音波振動子を異なる位
相差で発振させる従来技術に比べて極めて簡素化できる
ので、指向性の精度及び制御の速度等の性能を容易に向
上できる。
【００３５】請求項２記載の超音波送信装置によれば、
可変周波数発振部を単数とすることにより、極めて単純
な構成にできる。この効果は超音波振動子の数が多いほ
ど顕著となるので、いわゆる二次元アレイセンサに好適
に用いることができる。
可変周波数発振部を単数とすることにより、極めて単純
な構成にできる。この効果は超音波振動子の数が多いほ
ど顕著となるので、いわゆる二次元アレイセンサに好適
に用いることができる。
【００３６】請求項３記載の超音波送信装置によれば、
複数の超音波振動子を超音波の同じ波長において最大出
力が得られるものとし、当該波長と前記一定間隔の前記
一方向の成分とを一致させることにより、複数の超音波
振動子を組み合わせて得ることのできる最も強い超音波
を、前記一方向へ送信することができる。したがって、
前方に最も強い超音波を送信する必要がある、例えば自
動車の接近センサ等に好適に用いることができる。
複数の超音波振動子を超音波の同じ波長において最大出
力が得られるものとし、当該波長と前記一定間隔の前記
一方向の成分とを一致させることにより、複数の超音波
振動子を組み合わせて得ることのできる最も強い超音波
を、前記一方向へ送信することができる。したがって、
前方に最も強い超音波を送信する必要がある、例えば自
動車の接近センサ等に好適に用いることができる。
【００３７】請求項４記載の超音波センサによれば、送
信用の複数の超音波振動子によって形成される円錐体の
頂点に受信用の超音波振動子を設けたことにより、送信
用の超音波振動子から出力される超音波の障害とならな
いばかりか、広範囲から到達する超音波を容易に受信で
きる。
信用の複数の超音波振動子によって形成される円錐体の
頂点に受信用の超音波振動子を設けたことにより、送信
用の超音波振動子から出力される超音波の障害とならな
いばかりか、広範囲から到達する超音波を容易に受信で
きる。
【図１】本発明に係る超音波送信装置の一実施形態を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図２】図１の超音波送信装置の一例を示す回路図であ
る。
る。
【図３】図１の超音波送信装置の一例を示す外観斜視図
である。
である。
【図４】本発明に係る超音波送信装置の動作原理を示す
説明図であり、図４〔１〕は超音波がｘ軸方向に進む場
合、図４〔２〕は超音波がｘ軸方向よりもｙ軸の負方向
に傾いて進む場合、図４〔３〕は超音波がｘ軸方向より
もｙ軸の正方向に傾いて進む場合である。
説明図であり、図４〔１〕は超音波がｘ軸方向に進む場
合、図４〔２〕は超音波がｘ軸方向よりもｙ軸の負方向
に傾いて進む場合、図４〔３〕は超音波がｘ軸方向より
もｙ軸の正方向に傾いて進む場合である。
【図５】本発明に係る超音波送信装置の動作原理を示す
説明図であり、図４に示す現象を一般化したものであ
る。
説明図であり、図４に示す現象を一般化したものであ
る。
【図６】図１の超音波送信装置における超音波の送波領
域を示す断面図である。図６〔１〕は送波領域が直線状
となる場合、図６〔２〕は送波領域が傘状となる場合で
ある。
域を示す断面図である。図６〔１〕は送波領域が直線状
となる場合、図６〔２〕は送波領域が傘状となる場合で
ある。
【図７】本発明に係る超音波センサの一実施形態を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図８】図１の超音波センサの一例を示す外観斜視図で
ある。
ある。
【図９】従来の超音波送信装置を示すブロック図であ
る。
る。
１０ 超音波送信装置 １２１〜１２（２ｎ） 送波面 １４１〜１４（２ｎ） 送信用の超音波振動子 １６ 可変周波数発振部 ３０ 超音波センサ ３２ 受信用の超音波振動子 Ｌ 一定間隔 ｆ 周波数
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅実 祐一 神奈川県横浜市都筑区桜並木２番１号 スズキ株式会社技術研究所内 (72)発明者 小原 睦生 神奈川県横浜市都筑区桜並木２番１号 スズキ株式会社技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭63−181600（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−62468（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−224399（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01S 15/02 G01S 7/521 G01S 7/523 H04R 17/00 332
Claims (4)
- 【請求項１】 送波面を同じ一方向に向けたまま当該一
方向の斜め方向に一定間隔で円錐状に配設された複数の
送信用の超音波振動子と、これらの超音波振動子を同じ
周波数で発振させるとともに当該周波数を可変とした可
変周波数発振部とを備えた超音波送信装置。 - 【請求項２】 前記可変周波数発振部が単数である請求
項１記載の超音波送信装置。 - 【請求項３】 前記複数の超音波振動子は超音波の同じ
波長において最大出力が得られ、当該波長と前記一定間
隔の前記一方向の成分とが一致する請求項１記載の超音
波送信装置。 - 【請求項４】 請求項１記載の超音波送信装置と、前記
複数の送信用の超音波振動子によって形成される円錐体
の頂点に設けられた受信用の超音波振動子と、この超音
波振動子で受信された信号を処理する受信信号処理部
と、この受信信号処理部及び前記可変周波数発振部を制
御する制御部とを備えた超音波センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8192968A JP2789330B2 (ja) | 1996-07-03 | 1996-07-03 | 超音波送信装置及びこれを用いた超音波センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8192968A JP2789330B2 (ja) | 1996-07-03 | 1996-07-03 | 超音波送信装置及びこれを用いた超音波センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1020033A JPH1020033A (ja) | 1998-01-23 |
| JP2789330B2 true JP2789330B2 (ja) | 1998-08-20 |
Family
ID=16300047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8192968A Expired - Lifetime JP2789330B2 (ja) | 1996-07-03 | 1996-07-03 | 超音波送信装置及びこれを用いた超音波センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2789330B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1656568B1 (en) * | 2003-07-11 | 2017-12-27 | Teledyne RESON A/S | Systems and methods implementing frequency-steered acoutic arrays for 2d and 3d imaging |
| CN107782441B (zh) * | 2016-08-30 | 2021-04-13 | 张若愚 | 一种用于目标噪声测试的三维声学传感器阵列 |
| JP6366673B2 (ja) * | 2016-10-10 | 2018-08-01 | ソヨン チォェ | 組み立て式ブロック玩具セット |
-
1996
- 1996-07-03 JP JP8192968A patent/JP2789330B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1020033A (ja) | 1998-01-23 |
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