JP5568986B2 - 超音波伝播時間測定システム - Google Patents
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Description
本願は、先の日本特許出願2007−224859号(2007年8月30日出願)並びに、日本特許出願2008−159151号(2008年6月18日出願)の優先権を主張するものであり、前記先の出願の全記載内容は、本書に引用をもって繰込み記載されているものとみなされる。
本発明は超音波発信源から所定位置に至る超音波の伝播時間を測定する方法及び超音波の伝播時間測定システムに関する。
超音波発信源から送信される超音波信号は、人に聞こえない可聴帯域以上の周波数が用いられるため、少なくとも20kHz以上であることが必要である。この周波数帯域の信号を十分な音圧で発生させる手段としては、小型高剛性の振動板を電磁的に振動駆動する所謂スピーカーが知られているが小型化が困難なこと、電流駆動であるため消費電力が大きいことなどから電子ペンなどの小型の可動物体に実装することは困難である。そのため、超音波発信源として電圧駆動である圧電素子を用いることが広く行われている。
2 送信部
3 受信部
11 スイッチ
101 制御回路
102 M系列生成回路
103 超音波駆動回路
104 超音波送信器(圧電素子または磁歪素子)
105 赤外線駆動回路
106 赤外線送信器
201 超音波受信器(圧電素子、磁歪素子又はマイクロフォン)
202 サンプリング回路
203 赤外線受信器
204 検出回路
205 メモリ
206 データ処理回路
数式(1)において、iは整数値でサンプリング時刻変数であり、Nはモデル波形のサンプリング数、r(i)はサンプリング時刻iのモデル波形の値、f(i+t)はサンプリング時刻(i+t)の受信波形の値である。
Claims (26)
- 送信タイミングを表す電磁波信号を送出する電磁波送信手段と、
前記電磁波信号の送出と同時に自己相関性の高い擬似ランダム信号に基づいて超音波を変調することにより超音波駆動信号を生成する手段と、
該超音波駆動信号により駆動され、該超音波駆動信号の基本周波数より高い周波数の超音波信号を送出する圧電又は磁歪素子からなる超音波送信手段と、
前記電磁波信号を検出する電磁波受信手段と、
送出された前記超音波信号を検出する超音波受信手段と、
前記超音波駆動信号と同じ波形をモデル波形とし、検出された超音波信号と該モデル波形との間で相関値を算出し、算出された相関値の主ピーク値を検出し、前記電磁波信号の検出時点と該主ピーク値の検出時点とから超音波伝播時間を算出するデータ処理手段と、を具備することを特徴とする超音波伝播時間測定システム。 - 請求項1において、前記超音波送信手段は、前記超音波駆動信号の周波数より高い周波数に共振点を有することを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項2において、前記超音波送信手段は、前記超音波駆動信号の周波数の実質的に整数倍の周波数に共振点を有することを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項3において、前記超音波送信手段は、前記超音波駆動信号の周波数の実質的に偶数倍の周波数に共振点を有することを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項1乃至4のいずれかにおいて、前記超音波受信手段は、圧電素子、磁歪素子又はマイクロフォンのいずれかからなることを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項1乃至5のいずれかにおいて、前記変調された超音波駆動信号は該擬似ランダム信号の1ビット当たり超音波のM周期(M≧1の整数)が割り当てられていること特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項1乃至5のいずれかにおいて、前記超音波駆動信号を生成する手段は前記超音波を位相変調することを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項1乃至7のいずれかにおいて、前記超音波駆動信号は信号の先頭と少なくとも位相変調点に発生することを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項1乃至7のいずれかにおいて、前記超音波駆動信号は信号の先頭と位相変調点のみに発生することを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項1乃至9のいずれかにおいて、前記擬似ランダム信号はM系列データであることを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項1乃至10のいずれかにおいて、前記超音波送信手段の共振周波数における振動ゲインは前記超音波駆動信号の周波数における振動ゲインより大きいことを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項1乃至10のいずれかにおいて、前記電磁波信号は赤外線であることを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項1乃至11のうちのいずれかにおいて、前記超音波受信手段は前記超音波駆動信号の周波数以上の周波数帯域を有することを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項13において、前記超音波受信手段は前記超音波駆動信号の周波数の偶数倍までの周波数帯域を有することを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項1乃至14のうちのいずれかにおいて、前記超音波送信手段は可動物体に装着されていることを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項15において、前記可動物体は電子ペンであることを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項15において、前記可動物体はロボットであることを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項10記載のM系列データにおいて、M系列データは4次の特性多項式から生成される15ビットからなる符号であって、かつビット列の末尾が少なくとも2ビット以上同じであることを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項18記載のM系列データにおいて、M系列データは4次の特性多項式から生成される15ビットからなる符号であって、かつビット列の末尾が1111あるいは000であることを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項19記載のM系列データにおいて、M系列データは4次の特性多項式から生成される15ビットからなる符号であって、かつビット列の末尾が1111000の並びとなっていることを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項1乃至20のいずれかにおいて、前記超音波送信手段を構成する超音波生成回路中に、可聴域の駆動信号を除去するための濾波器を有することを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項1乃至21のいずれかにおいて、前記超音波送信手段を構成する超音波生成回路中に、少なくとも前記超音波送信手段により送出される超音波信号の発信周期に相当する周波数領域の音波を除去するための濾波器を有することを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項1乃至22のいずれかにおいて、前記超音波送信手段を構成する超音波生成回路中に、少なくともM系列符号の変調周期に相当する周波数領域の音波を除去するための濾波器を有することを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項1乃至23のいずれかにおいて、超音波生成回路中に濾波器を有する超音波送信手段から空間に放出された直後の音波を、相関計算を行う上でのモデル波形とすることを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
- 請求項21乃至24のいずれかにおいて用いられるM系列データにおいて、M系列データは4次の特性多項式から生成される15ビットからなる符号であって、かつビット列の末尾が1111あるいは000の並びとなっていることを特徴とする超音波伝播時間測定システム。
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