JPH06138210A - マイクロフォンアレイ - Google Patents
マイクロフォンアレイInfo
- Publication number
- JPH06138210A JPH06138210A JP31279692A JP31279692A JPH06138210A JP H06138210 A JPH06138210 A JP H06138210A JP 31279692 A JP31279692 A JP 31279692A JP 31279692 A JP31279692 A JP 31279692A JP H06138210 A JPH06138210 A JP H06138210A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic wave
- microphone array
- wave receiving
- signal
- receiving elements
- Prior art date
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 超音波を用いた画像検出に適用される複数の
超音波受波素子からなるマイクロフォンアレイであっ
て、単一のハードウェアにて適度の分解能にて広範囲の
領域の検出が可能であるとともに限定された領域ではあ
るが高い分解能の検出を可能とするマイクロフォンアレ
イを得ることを目的とする。 【構成】 第一の間隔にて設置した複数の超音波受波素
子１２と、第二の間隔にて設置した複数の超音波受波素
子１９と、超音波受波素子１２に接続された複数の信号
線１１と、超音波受波素子１９に接続された複数の信号
線１８と、信号線２１と、信号線１１又は１８のうちい
ずれかを選択して信号線２１に接続する信号スイッチ２
とからなる。信号スイッチ２は信号線１１又は１８のう
ちいずれかを信号線２１に接続するかを選択する選択入
力を持つ。
超音波受波素子からなるマイクロフォンアレイであっ
て、単一のハードウェアにて適度の分解能にて広範囲の
領域の検出が可能であるとともに限定された領域ではあ
るが高い分解能の検出を可能とするマイクロフォンアレ
イを得ることを目的とする。 【構成】 第一の間隔にて設置した複数の超音波受波素
子１２と、第二の間隔にて設置した複数の超音波受波素
子１９と、超音波受波素子１２に接続された複数の信号
線１１と、超音波受波素子１９に接続された複数の信号
線１８と、信号線２１と、信号線１１又は１８のうちい
ずれかを選択して信号線２１に接続する信号スイッチ２
とからなる。信号スイッチ２は信号線１１又は１８のう
ちいずれかを信号線２１に接続するかを選択する選択入
力を持つ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波を用いた画像検
出に適用される複数の超音波受波素子からなるマイクロ
フォンアレイに関する。
出に適用される複数の超音波受波素子からなるマイクロ
フォンアレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、超音波送波素子及び複数の超音波
受波素子からなるマイクロフォンアレイを用い、高い解
像度にて対象物体の形状及び距離情報を検出するシステ
ムがあった。このシステムでは、マイクロフォンアレイ
から得た複数の受波信号を処理することにより、対象物
体の形状及び距離情報を画像として再生する。例えば、
海法らにより、「音響映像ソーナ」という題名で日本音
響学会誌４７巻１号に述べられている。
受波素子からなるマイクロフォンアレイを用い、高い解
像度にて対象物体の形状及び距離情報を検出するシステ
ムがあった。このシステムでは、マイクロフォンアレイ
から得た複数の受波信号を処理することにより、対象物
体の形状及び距離情報を画像として再生する。例えば、
海法らにより、「音響映像ソーナ」という題名で日本音
響学会誌４７巻１号に述べられている。
【０００３】図４はマイクロフォンアレイの受波信号か
らの対象物体像再生処理アルゴリズムを示した図であ
る。座標（ｘ，ｚ）にある再生画面上の１点Ｐ３０の超
音波反射強度は、次の処理により求まる。送波器Ｐｔ１
０の座標を（ｘｔ，，ｚｔ）とし、受波素子Ｐｒ３１の
座標を（ｘｒ，０）とすると、Ｐｔから送波され、Ｐに
て反射し、Ｐｒで検出された超音波の伝播経路長Ｌは、 Ｌ（ｘｒ，ｘ，ｚ）＝ｌｒ＋ｌｔ ただし、ｌｒ＝（（ｘｒ−ｘ）2 ＋（ｚｒ−ｚ）2 ）
0.5 ｌｔ＝（（ｘｔ−ｘ）2 ＋（ｚｔ−ｚ）2 ）0.5 である。Ｐｒにおける時刻の受波信号をＲ（ｘｒ，ｔ）
とすると、１点Ｐの反射強度Ｉは、ｘｒ＝-D/2 から+D/
2 の間の受波信号Ｒのうち、適切な時刻の検出値を取り
出し、受波器の個数分加え合わせることにより求まる。
らの対象物体像再生処理アルゴリズムを示した図であ
る。座標（ｘ，ｚ）にある再生画面上の１点Ｐ３０の超
音波反射強度は、次の処理により求まる。送波器Ｐｔ１
０の座標を（ｘｔ，，ｚｔ）とし、受波素子Ｐｒ３１の
座標を（ｘｒ，０）とすると、Ｐｔから送波され、Ｐに
て反射し、Ｐｒで検出された超音波の伝播経路長Ｌは、 Ｌ（ｘｒ，ｘ，ｚ）＝ｌｒ＋ｌｔ ただし、ｌｒ＝（（ｘｒ−ｘ）2 ＋（ｚｒ−ｚ）2 ）
0.5 ｌｔ＝（（ｘｔ−ｘ）2 ＋（ｚｔ−ｚ）2 ）0.5 である。Ｐｒにおける時刻の受波信号をＲ（ｘｒ，ｔ）
とすると、１点Ｐの反射強度Ｉは、ｘｒ＝-D/2 から+D/
2 の間の受波信号Ｒのうち、適切な時刻の検出値を取り
出し、受波器の個数分加え合わせることにより求まる。
【０００４】つまり、音速をｃとすると、反射強度Ｉ
（ｘ，ｚ）は次式により求める。
（ｘ，ｚ）は次式により求める。
【数１】 Ｉ（ｘ，ｚ）＝｜Ｉｓ｜
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一般に、マイクロフォ
ンアレイにより得た受波波形から対象物体の形状及び距
離情報を画像として再生する上記方式では、再生画像の
分解能はマイクロフォンアレイの幅Ｄによって定まり、
また検出可能範囲はマイクロフォンアレイを構成する超
音波受波素子の間隔ｄによって定まる。具体的には、用
いる超音波の波長をλとすると、方位方向に得られる分
解能ｗは、 ｗ＝λ／Ｄ によって与えられる。また、検出可能な範囲は方位方向
の見込み角として、 ｗ＝λ／ｄ によって与えられる。
ンアレイにより得た受波波形から対象物体の形状及び距
離情報を画像として再生する上記方式では、再生画像の
分解能はマイクロフォンアレイの幅Ｄによって定まり、
また検出可能範囲はマイクロフォンアレイを構成する超
音波受波素子の間隔ｄによって定まる。具体的には、用
いる超音波の波長をλとすると、方位方向に得られる分
解能ｗは、 ｗ＝λ／Ｄ によって与えられる。また、検出可能な範囲は方位方向
の見込み角として、 ｗ＝λ／ｄ によって与えられる。
【０００６】従って、広い範囲を検出しようとするとＷ
を大きくする必要があり、すなわち、ｄを小さく選択す
ることになる。また、高い分解能にて対象物体を検出し
ようとした場合、Ｄを大きく選択する必要がある。マイ
クロフォンアレイを構成するために一定の個数のｎの超
音波受波素子を用いた場合、Ｄ＝ｎ・ｄの関係が成立す
るため、検出範囲を大きくとるためｄを小さく選択する
とＤは小さくなり、分解能を高くとるためＤを大きく選
択するとｄは大きくせざるを得ない。すなわち、検出の
範囲の拡大と、検出分解能の向上は相反する要素であ
り、同時に実現することはできなかった。
を大きくする必要があり、すなわち、ｄを小さく選択す
ることになる。また、高い分解能にて対象物体を検出し
ようとした場合、Ｄを大きく選択する必要がある。マイ
クロフォンアレイを構成するために一定の個数のｎの超
音波受波素子を用いた場合、Ｄ＝ｎ・ｄの関係が成立す
るため、検出範囲を大きくとるためｄを小さく選択する
とＤは小さくなり、分解能を高くとるためＤを大きく選
択するとｄは大きくせざるを得ない。すなわち、検出の
範囲の拡大と、検出分解能の向上は相反する要素であ
り、同時に実現することはできなかった。
【０００７】一般には表示系の画素数は一定であるの
で、広い範囲を検出する場合には低い分解能の検出で十
分である一方、限られた範囲に対して高い分解能の像を
必要とする場合が多い。ところが、前記従来のマイクロ
フォンアレイにより対象物体からの反射波を検出した場
合、受波素子数及び受波素子間の間隔が一定であるた
め、検出範囲と分解能としては、あらかじめ設計した一
定の値しか設定することができないという課題かあっ
た。
で、広い範囲を検出する場合には低い分解能の検出で十
分である一方、限られた範囲に対して高い分解能の像を
必要とする場合が多い。ところが、前記従来のマイクロ
フォンアレイにより対象物体からの反射波を検出した場
合、受波素子数及び受波素子間の間隔が一定であるた
め、検出範囲と分解能としては、あらかじめ設計した一
定の値しか設定することができないという課題かあっ
た。
【０００８】本発明の目的はこれらの課題を解決したマ
イクロフォンアレイを提供することにある。
イクロフォンアレイを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、第一の
間隔にて設置した複数の第１の超音波受波素子と、第二
の間隔にて設置した複数の第２の超音波受波素子と、複
数の第１の超音波受波素子にそれぞれ接続された複数の
第１の信号線と、複数の第２の超音波受波素子にそれぞ
れ接続された複数の第２の信号線と、複数の信号出力線
と、選択信号に応じて前記複数の第１の信号線又は複数
の第２の信号線のうちのいずれか一方を前記複数の信号
出力線に接続する信号スイッチとからなることを特徴と
するマイクロフォンアレイが得られる。
間隔にて設置した複数の第１の超音波受波素子と、第二
の間隔にて設置した複数の第２の超音波受波素子と、複
数の第１の超音波受波素子にそれぞれ接続された複数の
第１の信号線と、複数の第２の超音波受波素子にそれぞ
れ接続された複数の第２の信号線と、複数の信号出力線
と、選択信号に応じて前記複数の第１の信号線又は複数
の第２の信号線のうちのいずれか一方を前記複数の信号
出力線に接続する信号スイッチとからなることを特徴と
するマイクロフォンアレイが得られる。
【００１０】
【実施例】本発明の構成について図面を用いて詳細に説
明する。図１は、本発明の一実施例であるマイクロフォ
ンアレイの構成を示すブロック図である。本発明になる
マイクロフォンアレイは、２種かつ複数の受波素子を内
蔵する受波アレイ１と、受波アレイに接続される信号ス
イッチ２から構成される。受波アレイ１は、第一の間隔
ｄ１にて設置した第一の複数の超音波受波素子１２と、
第二の間隔ｄ２にて設置した第二の複数の超音波受波素
子１９により構成される。また、第一の複数の超音波受
波素子１２は第一の複数の信号線１１により信号スイッ
チ２と接続され、第二の複数の超音波受波素子１９は第
二の複数の信号線１８により信号スイッチ２と接続され
る。
明する。図１は、本発明の一実施例であるマイクロフォ
ンアレイの構成を示すブロック図である。本発明になる
マイクロフォンアレイは、２種かつ複数の受波素子を内
蔵する受波アレイ１と、受波アレイに接続される信号ス
イッチ２から構成される。受波アレイ１は、第一の間隔
ｄ１にて設置した第一の複数の超音波受波素子１２と、
第二の間隔ｄ２にて設置した第二の複数の超音波受波素
子１９により構成される。また、第一の複数の超音波受
波素子１２は第一の複数の信号線１１により信号スイッ
チ２と接続され、第二の複数の超音波受波素子１９は第
二の複数の信号線１８により信号スイッチ２と接続され
る。
【００１１】信号スイッチ２は、入力として２種類かつ
複数の信号線１１，１８と複数の信号出力２１及び選択
入力２９からなる。選択入力２９の値により、第一及び
第二の間隔にて設置した前記２種類の超音波受波素子線
１２または１９のうちいずれをその信号出力２１と接続
するかを切り替える。
複数の信号線１１，１８と複数の信号出力２１及び選択
入力２９からなる。選択入力２９の値により、第一及び
第二の間隔にて設置した前記２種類の超音波受波素子線
１２または１９のうちいずれをその信号出力２１と接続
するかを切り替える。
【００１２】以下、本発明の一実施例であるマイクロフ
ォンアレイの使用例とその効果を説明する。図２は本発
明になるマイクロフォンアレイにより検出する対象物体
及びマイクロフォンアレイの配置と画像再生装置の構成
を示した図である。ここでは、受波アレイ１の前方に設
置してある複数の対象物体７０を検出することを考え
る。受波アレイ１からの出力は２種類の超音波受波素子
とそれぞれ接続された信号線１１及び信号線１８が信号
スイッチ２へ接続される。２種類の信号線のうちいずれ
か一方が選択入力２９の値により選択され、画像再生演
算装置３と接続される。再生画像は、画像表示装置４に
表示される。
ォンアレイの使用例とその効果を説明する。図２は本発
明になるマイクロフォンアレイにより検出する対象物体
及びマイクロフォンアレイの配置と画像再生装置の構成
を示した図である。ここでは、受波アレイ１の前方に設
置してある複数の対象物体７０を検出することを考え
る。受波アレイ１からの出力は２種類の超音波受波素子
とそれぞれ接続された信号線１１及び信号線１８が信号
スイッチ２へ接続される。２種類の信号線のうちいずれ
か一方が選択入力２９の値により選択され、画像再生演
算装置３と接続される。再生画像は、画像表示装置４に
表示される。
【００１３】ここで、選択入力２９の値により、図１に
おける第１の間隔ｄ１にて配置された第１の複数の超音
波受波素子１２を信号出力２１と接続し、検出した反射
波から適切に距離像を再生することを考える。このとき
マイクロフォンアレイを構成する個別受波素子間の距離
ｄは小さく設計してあるため、検出可能な範囲は図２に
おいて６１のように大きくすることができる。ただし、
マイクロフォンアレイ全体の横幅を大きくとることがで
きないので、高い分解能は得られない。
おける第１の間隔ｄ１にて配置された第１の複数の超音
波受波素子１２を信号出力２１と接続し、検出した反射
波から適切に距離像を再生することを考える。このとき
マイクロフォンアレイを構成する個別受波素子間の距離
ｄは小さく設計してあるため、検出可能な範囲は図２に
おいて６１のように大きくすることができる。ただし、
マイクロフォンアレイ全体の横幅を大きくとることがで
きないので、高い分解能は得られない。
【００１４】一方、選択入力２９の値により、図１にお
ける第２の間隔ｄ２にて設置された第２の複数の超音波
受波素子１９を信号出力２１と接続し、検出した反射波
から適切に距離像を再生することを考える。このときマ
イクロフォンアレイを構成する個別受波素子間の距離ｄ
は大きく設計してあるため、検出可能な範囲は図２にお
いて５１のように小さくなる。ただし、マイクロフォン
アレイ全体の横幅が大きい為、高い分解能が得られる。
ける第２の間隔ｄ２にて設置された第２の複数の超音波
受波素子１９を信号出力２１と接続し、検出した反射波
から適切に距離像を再生することを考える。このときマ
イクロフォンアレイを構成する個別受波素子間の距離ｄ
は大きく設計してあるため、検出可能な範囲は図２にお
いて５１のように小さくなる。ただし、マイクロフォン
アレイ全体の横幅が大きい為、高い分解能が得られる。
【００１５】従って、第一の超音波受波素子１２によれ
ば大きな領域６２をある程度の分解能にて検出すること
ができる一方、第二の超音波受波素子１９により小さな
領域５２を高い分解能にて詳細に検出することができ
る。
ば大きな領域６２をある程度の分解能にて検出すること
ができる一方、第二の超音波受波素子１９により小さな
領域５２を高い分解能にて詳細に検出することができ
る。
【００１６】図３は画像表示装置４に第一及び第二の２
種の超音波受波素子による像を表示した例を示す図であ
る。図２に示した大きな領域６２と小さな領域５２がと
もに同じ大きさの表示装置に表示される。ここでは一例
として小さな領域５２には４点の物体が含まれるとす
る。さらに４点のうち２点は前記第一の超音波受波素子
の持つ分解能以下の間隔にて設置されている。このと
き、大きな領域６２の表示像（ａ）では中心部に３点の
物体像が得られる。一方、小さな領域５２は、前記中心
部のみを含む領域であり、その表示像（ｂ）では下方の
物体が２点に分離されて検出される。
種の超音波受波素子による像を表示した例を示す図であ
る。図２に示した大きな領域６２と小さな領域５２がと
もに同じ大きさの表示装置に表示される。ここでは一例
として小さな領域５２には４点の物体が含まれるとす
る。さらに４点のうち２点は前記第一の超音波受波素子
の持つ分解能以下の間隔にて設置されている。このと
き、大きな領域６２の表示像（ａ）では中心部に３点の
物体像が得られる。一方、小さな領域５２は、前記中心
部のみを含む領域であり、その表示像（ｂ）では下方の
物体が２点に分離されて検出される。
【００１７】
【発明の効果】本発明になるマイクロフォンアレイによ
れば、粗い分解能による広い範囲の対象物体の検出と、
注目した部分に関する狭い範囲の高解像度の検出が可能
となる。従って、移動ロボットが未知の環境中を探索す
る場合など、まず広い範囲に渡り障害物体の位置を検出
し、障害を避ける移動経路を作成する用途と、探索物体
を広い範囲の中から探し、発見したものに対してさらに
詳細に形状を検出する、などの応用を用意に実現でき
る。さらに、受波移動の計算機への入力部分及び、画像
再生演算処理部、表示部は同一のものを利用可能である
ため、ハードウェアの構成の複雑化を避けることができ
るという大きな特徴を持つ。
れば、粗い分解能による広い範囲の対象物体の検出と、
注目した部分に関する狭い範囲の高解像度の検出が可能
となる。従って、移動ロボットが未知の環境中を探索す
る場合など、まず広い範囲に渡り障害物体の位置を検出
し、障害を避ける移動経路を作成する用途と、探索物体
を広い範囲の中から探し、発見したものに対してさらに
詳細に形状を検出する、などの応用を用意に実現でき
る。さらに、受波移動の計算機への入力部分及び、画像
再生演算処理部、表示部は同一のものを利用可能である
ため、ハードウェアの構成の複雑化を避けることができ
るという大きな特徴を持つ。
【００１８】以上に述べた本発明によれば前記従来の課
題を解決したマイクロフォンアレイが得られる。
題を解決したマイクロフォンアレイが得られる。
【図１】本発明になるマイクロフォンアレイの構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図２】本発明になるマイクロフォンアレイにより検出
する対象物体及びマイクロフォンアレイの配置と画像再
生装置の構成を示す図である。
する対象物体及びマイクロフォンアレイの配置と画像再
生装置の構成を示す図である。
【図３】画像表示装置４に第一及び第二の２種の超音波
受波素子による像を表示した例を示す図である。
受波素子による像を表示した例を示す図である。
【図４】マイクロフォンアレイの受波信号からの対象物
体像再生処理アルゴリズムを示した図である。
体像再生処理アルゴリズムを示した図である。
１ 受波アレイ ２ 信号スイッチ ３ 画像再生演算装置 ４ 画像表示装置 １１ 第一の複数の信号線 １２ 第一の複数の超音波受波素子 １８ 第二の複数の信号線 １９ 第二の複数の超音波受波素子 ２１ 複数の信号出力 ２９ 選択入力 ５１ 第二の検出範囲 ５２ 小さな領域 ６１ 第一の検出範囲 ６２ 大きな領域 ７０ 対象物体
Claims (1)
- 【請求項１】 複数の超音波受波素子から構成されるマ
イクロフォンアレイにおいて、 第一の間隔にて設置した複数の第１の超音波受波素子
と、 第二の間隔にて設置した複数の第２の超音波受波素子
と、 複数の第１の超音波受波素子にそれぞれ接続された複数
の第１の信号線と、 複数の第２の超音波受波素子にそれぞれ接続された複数
の第２の信号線と、 複数の信号出力線と、 選択信号に応じて前記複数の第１の信号線又は複数の第
２の信号線のうちのいずれか一方を前記複数の信号出力
線に接続する信号スイッチとからなることを特徴とする
マイクロフォンアレイ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31279692A JPH06138210A (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | マイクロフォンアレイ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31279692A JPH06138210A (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | マイクロフォンアレイ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06138210A true JPH06138210A (ja) | 1994-05-20 |
Family
ID=18033511
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31279692A Withdrawn JPH06138210A (ja) | 1992-10-28 | 1992-10-28 | マイクロフォンアレイ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06138210A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002365373A (ja) * | 2001-06-06 | 2002-12-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 物体探査方法および物体探査装置 |
-
1992
- 1992-10-28 JP JP31279692A patent/JPH06138210A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002365373A (ja) * | 2001-06-06 | 2002-12-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 物体探査方法および物体探査装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000104 |