JPH04184615A - ３次元測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、コンピュータ入力のための３次元測距装置に
関する。

［発明の概要］ 本発明の発信部と受信部とからなる３次元測距装置にお
いそ、前記発信部には超音波発振器を有し上記超音波発
振器に音圧指向性拡張手段として音響レンズあるいは共
鳴体を設けたことを特徴とする３次元測距装置。

［従来の技術］ 超音波式距離測定装置として各種の考案がなされており
、超音波パルスの受渡し時間を正確に決めることが必要
となっている。超音波による距離測定には大別して低周
波の超音波と高周波の超音波を利用する２つの方式があ
る。前者は超音波の波長が長く測定精度は低いが指向性
が広＜１１２１１１に対する減衰が少ない、後者は超音
波の波長が短く測定精度は高いが指向性が強（距離に対
する減衰も大きい、このため低周波超音波による距離測
定が一般的であった。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、コンピュータの入力装置として、人の操
作する入力部分においては高い位置精度を必要とする。

（例えば１本発明のひとつの応用例としてキーボードレ
スコンピュータの仮想入力装置では、位置精度５ｍｍを
必要とする）このため高周波超音波測距による構成度距
離測定を前提とし、指向性の少ない広角測定と距離によ
る減衰にたいする高感度測定を実現することが必要であ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はかかるｔｌＨを解決するために、超音波発振波
長の短い高周波領域の超音波発振器を用いるもので、狭
域の音圧指向性を改善することにより所望の距離測定性
能を得るものである。

〔実　施　例〕

本発明による３次元測距装置のシステム構成を第１図に
示す１発信部は、３次元測定を可能にするための少なく
とも３個の超音波発音体１１と該超音波発音体の共振周
波数帯で間欠駆動するための発振器１２と分周器１３と
からなる。受信部は超音波受音体１４とゼロクロス検出
回路１５と信号整形回路１６とからなる。該信号整形回
路から出力する時刻信号は、前期発信部の分周器出力を
ラッチ・記憶するラッチメモリ回路１７に超音波信号の
受渡し時間を蓄積する。第２図には、高周波超音波発振
器の音圧指向性を改善するための発振部の構造を示す、
超音波発音体１１から超音波の波長の整数倍離れた位置
に凸形状の音響レンズ２１を配置し超音波の進行方向の
変更と音圧の配向性を改善する構造、あるいは超音波発
音体１１に結合する共鳴体２２を設置し回折孔２３から
拡散性の超音波を得る共鳴体構造とすることができる。

なお前記回折孔２３の位置は球状の前記共鳴体２２の任
意の位置に設けることができる。第３図には、３個の超
音波発音体の配置例を示す、ここでは同一平面内の互い
に直交する２軸上の交点を含む３カ所に配置する。第４
図には前記回路の各部の動作波形を示す、ａ）ｂ）ｃ）
は３個の発音体の駆動波形を示す０発振周期Ｔｓは、そ
れぞれの発音体に割り当てられた超音波信号の最大受渡
し許容時間Ｔｒｉ、Ｔｒ２、Ｔｒ３　（これは測定距離
の最大値を続開する）とそれぞれの発音体の発振時間Ｔ
ｅ１．Ｔｅ２、Ｔｅ３とによりつぎのように決定する。

Ｔｒｉ＝［最大測定距離コ／〔音速〕 ｉ＝１．２．３ Ｔｓ＝　（Ｔｒｌ＋Ｔｒ２＋Ｔｒ３） ＋Ｔｅｌ＋Ｔｅ２＋Ｔｅ５）＋ａ なお発振時間Ｔｅｌは、測定時間を短縮するために、少
数パルス信号による短時間決定がよい。

次に、前！己発音体からの超音波パルスは、超音波受音
体においてパルス信号列（波形ｅ）を庄する。該パルス
信号列は、ゼロクロス回路により高感度増幅したのち（
波形ｆ）、コンパレータによる波形整形をし、Ｒ−Ｓラ
ッチ回路によりそれぞれ受渡し時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３の
単パルス（波形ｇ）を得る。該単パルスは、ラッチ・メ
モリ回路をラッチし前記超音波受渡し時間データを蓄積
する。該データは、データバス等を経てＣＰＵに読み込
まれ、演算処理により前記受音体の位置座簿が求められ
る。

次に、本発明の具体例として第５図にキーボードレスコ
ンピュータの外Ｕを示す、ここで図示していないが、指
に装着した５個の受音体による距離計測行う′もので、
該仮想キーボードに接続するコンピュータへの５系統の
入力を可能とする０発音体に印荷する信号は、ＣＰＵの
原発振がら分周し、その周波数Ｂ１を２００ＫＨｚ、発
音体発振時間１０７１２０秒、超音波信号の最大受渡し
許容時間３．１ミリ秒とし、約１メートルまでの距離計
測なにおいて測定精度的２ｍｍを得るために、前記ラッ
チ・メモリ回路には前記分周回路のＥＯからＢｌｌまで
の１２ビツトの出力信号を入力する。このようにして基
準、となる３個の発音体から受音体までの距離データは
約１０ミリ秒で計測でき、複数の受音体に対しても、高
速で順次に距離データを読みだせるため、フレーム周波
数３０Ｈｚで動作するデイスプレィの動作速度を十分満
足する距離測定を可能とする。この測定方法では１位置
精度２ミリメートルの距Ｈ？ＪＩＩｌ定を可能とする。

［発明の効果］ 本発明は１発信周波数の高い超音波発音体の音圧指向性
を改善し、測定領域を広げることができる。また発信周
波数が高いために超音波の波長が短く測定分解能を高め
ることができるにのためコンピュータやゲームやシュミ
レータなどの仮想入力装置として広い空間領域で操作可
能なかつ高精度の複数機能の入力装置として応用できる
。

【図面の簡単な説明】

！ｌ！１図は１本発明の一実施例を示すシステム構成図
。 第２図は、超音波発音体の構造図。 第３図は、超音波発音体の配置図。 第４図は、動作波形を示すチャート図。 第５図は、本発明の１つの応用例のキーボードレスコン
ピュータの外１図。 １１は超音波発音体 １２は発振器 １３は分周器 １４は受信体 １５はゼロクロス検出器 １６は億号整形回路 以上 ３２取り付は面 第　３　図 Ｃ区） （ｂン 第２図 第　４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 発信部と受信部とからなる３次元測距装置において、前
   記発信部には超音波発振器を有し前記超音波発振器に音
   圧指向性拡張手段を設けたことを特徴とする３次元測距
   装置。