JPH11118911A - 音波検出と小型対象物位置付けを向上する方法 - Google Patents
音波検出と小型対象物位置付けを向上する方法Info
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- JPH11118911A JPH11118911A JP23433698A JP23433698A JPH11118911A JP H11118911 A JPH11118911 A JP H11118911A JP 23433698 A JP23433698 A JP 23433698A JP 23433698 A JP23433698 A JP 23433698A JP H11118911 A JPH11118911 A JP H11118911A
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- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Remote Sensing (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 音響反射率の大きい物体と、音響反射率の小
さい小型の検知対象物が存在する走査区域において、既
存の技術では音響反射の大きい物体の音響反射に隠れて
検知できなかった小型の検知対象物を音響検知する。 【解決手段】 本発明は、走査区域の少なくとも一つの
角度区域を走査するために超音波トランスデューサの位
相配列を電気的に制御する方法に関連するもので、超音
波トランスデューサは発信器または受信器として用いら
れ、また走査された区域において一つの音響ローブパタ
ーンを形成するよう配置されている。
さい小型の検知対象物が存在する走査区域において、既
存の技術では音響反射の大きい物体の音響反射に隠れて
検知できなかった小型の検知対象物を音響検知する。 【解決手段】 本発明は、走査区域の少なくとも一つの
角度区域を走査するために超音波トランスデューサの位
相配列を電気的に制御する方法に関連するもので、超音
波トランスデューサは発信器または受信器として用いら
れ、また走査された区域において一つの音響ローブパタ
ーンを形成するよう配置されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術】本発明は、広い産業／技術分野に
おいて利用できる。具体的には、車両用として(バック
ソナーシステム、自動パーキングシステム、衝突回避シ
ステム）、産業用として(自動パーツ配給システム、自
動梱包システム、組み立てラインのリモートコントロー
ル、掃除ロボット，他）、一般家庭に(自動床清掃シス
テム）、また公共設備として（視力障害者のためのソナ
ー、人間の動きを監視するシステム）等の幅広い活用が
挙げられる。
おいて利用できる。具体的には、車両用として(バック
ソナーシステム、自動パーキングシステム、衝突回避シ
ステム）、産業用として(自動パーツ配給システム、自
動梱包システム、組み立てラインのリモートコントロー
ル、掃除ロボット，他）、一般家庭に(自動床清掃シス
テム）、また公共設備として（視力障害者のためのソナ
ー、人間の動きを監視するシステム）等の幅広い活用が
挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】ロボット工学の分野において、ある環境
区域を走査するために超音波トランスデューサ位相配列
を用いることは周知である。
区域を走査するために超音波トランスデューサ位相配列
を用いることは周知である。
【０００３】超音波トランスデューサの特に興味深い配
置の一つとして、図１にある様に超音波トランスデュー
サをＸ1、Ｘ2、Ｘ3の線上に配置しそれを６腕星状形態
とする方法があり、それらの超音波トランスデューサは
全てＹ方向へ超音波を発信する。図１では、一次元配列
をなす同一線上にある３つの超音波トランスデューサ
１a、１ｂ、１ｃが超音波発信器として、また周囲のい
くつかの超音波トランスデューサが超音波反射信号を受
信するための受信器として用いられる。超音波トランス
デューサは典型的には円形状のものが使用され、本質的
に発信超音波の波長λか半波長λ／２、或いはそれ以下
に相応する間隔を持って隔たれている。発信器配列の音
響フィールドは、位相の制御された電気的な信号により
励起された３つの発信器からの振動を重ねあわせること
により形成される、即ち図２の平面（Ｘ1、Ｙ）にある
音響のエネルギービーム、つまり一つの主ローブ２と、
超音波１波長分のずれによる２つの干渉ローブ４、４’
と、配列口径における回折による複数のサイドローブ
３、３’、５、５’が形成される訳である。
置の一つとして、図１にある様に超音波トランスデュー
サをＸ1、Ｘ2、Ｘ3の線上に配置しそれを６腕星状形態
とする方法があり、それらの超音波トランスデューサは
全てＹ方向へ超音波を発信する。図１では、一次元配列
をなす同一線上にある３つの超音波トランスデューサ
１a、１ｂ、１ｃが超音波発信器として、また周囲のい
くつかの超音波トランスデューサが超音波反射信号を受
信するための受信器として用いられる。超音波トランス
デューサは典型的には円形状のものが使用され、本質的
に発信超音波の波長λか半波長λ／２、或いはそれ以下
に相応する間隔を持って隔たれている。発信器配列の音
響フィールドは、位相の制御された電気的な信号により
励起された３つの発信器からの振動を重ねあわせること
により形成される、即ち図２の平面（Ｘ1、Ｙ）にある
音響のエネルギービーム、つまり一つの主ローブ２と、
超音波１波長分のずれによる２つの干渉ローブ４、４’
と、配列口径における回折による複数のサイドローブ
３、３’、５、５’が形成される訳である。
【０００４】図２において、主ローブ２の超音波発信平
面Ｐ２は平面（Ｘ1、Ｙ）に垂直であり、二次ローブ
３、３’、４、４’、５、５’は発信配列が対称である
ように主ローブを中心に対称であり、三つの発信器は同
一配列で超音波を発信する。しかしながら、電気的に走
査する方法による、軸Ｘ1上の 各々の発信器１a、１b、
１cに送られる励起信号の位相を変えることにより、平
面（Ｘ1、Ｙ)上の異なる角度に主ローブに焦点を合わせ
ることが可能となる。この場合、超音波発信平面Ｐ２を
中心に対称である二次の超音波発信平面、即ち主ローブ
２の超音波発信平面Ｐ２と、干渉ローブ４、４’の超音
波発信平面Ｐ４、Ｐ'４と、サイドローブ ３、３’、
５、５’の超音波発信平面Ｐ３、Ｐ'３、 Ｐ５、 Ｐ'５
は、平面（Ｘ1、Ｙ)の軸Ｚを中心に放射され、図２にお
ける矢印Ｆ、Ｆ’で示されている様にその軸を中心に走
査する。所望する方位における音響伝播するフィールド
エネルギーを最大にするためには、各々の発信器 １a、
１b、１cに対し所望する方位に相当する音響パルスの位
相を制御することにより、個々の発信器から発信される
所望する方向への音響ローブパターンを形成しなければ
ならない。
面Ｐ２は平面（Ｘ1、Ｙ）に垂直であり、二次ローブ
３、３’、４、４’、５、５’は発信配列が対称である
ように主ローブを中心に対称であり、三つの発信器は同
一配列で超音波を発信する。しかしながら、電気的に走
査する方法による、軸Ｘ1上の 各々の発信器１a、１b、
１cに送られる励起信号の位相を変えることにより、平
面（Ｘ1、Ｙ)上の異なる角度に主ローブに焦点を合わせ
ることが可能となる。この場合、超音波発信平面Ｐ２を
中心に対称である二次の超音波発信平面、即ち主ローブ
２の超音波発信平面Ｐ２と、干渉ローブ４、４’の超音
波発信平面Ｐ４、Ｐ'４と、サイドローブ ３、３’、
５、５’の超音波発信平面Ｐ３、Ｐ'３、 Ｐ５、 Ｐ'５
は、平面（Ｘ1、Ｙ)の軸Ｚを中心に放射され、図２にお
ける矢印Ｆ、Ｆ’で示されている様にその軸を中心に走
査する。所望する方位における音響伝播するフィールド
エネルギーを最大にするためには、各々の発信器 １a、
１b、１cに対し所望する方位に相当する音響パルスの位
相を制御することにより、個々の発信器から発信される
所望する方向への音響ローブパターンを形成しなければ
ならない。
【０００５】音響ローブの空間エネルギー分布は常に変
化する、即ち超音波走査による（矢印 Ｆ、Ｆ')主ロー
ブの走査に相応して、高レベルのエネルギーを持ち安定
している主ローブを中心に、主ローブの一方に位置する
二次サイドローブのエネルギーが縮小する時、もう一方
に位置する二次サイドローブのエネルギーが増大する現
象が起きる。故に既存の方法は、干渉エコーを避けるた
めに、主ローブのエネルギーを最大に増大することと、
二次ローブのエネルギーを最小に縮小することに焦点を
合わせている。超音波トランスデューサ発信器に送られ
る励起信号間の連続的な位相の変化による連続的な超音
波発信によって、０度からほとんど９０度までの走査区
域を検知することが可能となる。所望する方向に対し主
ローブを方向付け発信した超音波反射が計測される状態
で、一つ以上の音響反射信号の存在を認識することによ
り、走査区域内にある物体の位置、形状、並びに分布が
検知できるようになる。このような一次元の超音波トラ
ンスデューサの位相配列については、日本国特許 ＪＰ
０５２３５７に開示がある。
化する、即ち超音波走査による（矢印 Ｆ、Ｆ')主ロー
ブの走査に相応して、高レベルのエネルギーを持ち安定
している主ローブを中心に、主ローブの一方に位置する
二次サイドローブのエネルギーが縮小する時、もう一方
に位置する二次サイドローブのエネルギーが増大する現
象が起きる。故に既存の方法は、干渉エコーを避けるた
めに、主ローブのエネルギーを最大に増大することと、
二次ローブのエネルギーを最小に縮小することに焦点を
合わせている。超音波トランスデューサ発信器に送られ
る励起信号間の連続的な位相の変化による連続的な超音
波発信によって、０度からほとんど９０度までの走査区
域を検知することが可能となる。所望する方向に対し主
ローブを方向付け発信した超音波反射が計測される状態
で、一つ以上の音響反射信号の存在を認識することによ
り、走査区域内にある物体の位置、形状、並びに分布が
検知できるようになる。このような一次元の超音波トラ
ンスデューサの位相配列については、日本国特許 ＪＰ
０５２３５７に開示がある。
【０００６】二次元のトランスデューサ位相配列の例と
して、電気的に走査する方法と合わせて《Ultrasonic i
maging system for robots using an electronic scann
ingmethod》, S. Jyrida et al, Robotica (1984), vol
ume 2, pages 47 to 53 に開示がある。
して、電気的に走査する方法と合わせて《Ultrasonic i
maging system for robots using an electronic scann
ingmethod》, S. Jyrida et al, Robotica (1984), vol
ume 2, pages 47 to 53 に開示がある。
【０００７】図３のａでは、平面壁６と小型の検知対象
物７を持つ走査区域の一例を示している。この走査区域
を上記で説明した空間エネルギー分布を持つ音響ローブ
パターンにより走査する場合、平面壁は強度の超音波信
号を反射する。図３のｂでは、壁からの超音波反射信号
ＷＥの振幅と、時間（或いは距離）を考慮した小型の検
知対象物の超音波反射信号ＳＴＥの振幅が表されてい
る。壁からの強度の超音波音響反射信号ＷＥに伴う多重
反射した信号により発生するノイズＮにより、小型の検
知対象物の超音波反射ＳＴＥの振幅 ＡＳＴＥ が隠され
てしまうので、小型の検知対象物の検出ができない。即
ち弱い信号、弱いノイズ比のために小型の検知対象物の
超音波反射ＳＴＥは認識されない。強い超音波反射は、
弱い超音波反射の検出を妨害する、即ち音響検出システ
ムで大小大きさの異なる検知対象物が存在する区域にお
ける小型の検知対象物の検知をすることは不可能と言う
ことになる。
物７を持つ走査区域の一例を示している。この走査区域
を上記で説明した空間エネルギー分布を持つ音響ローブ
パターンにより走査する場合、平面壁は強度の超音波信
号を反射する。図３のｂでは、壁からの超音波反射信号
ＷＥの振幅と、時間（或いは距離）を考慮した小型の検
知対象物の超音波反射信号ＳＴＥの振幅が表されてい
る。壁からの強度の超音波音響反射信号ＷＥに伴う多重
反射した信号により発生するノイズＮにより、小型の検
知対象物の超音波反射ＳＴＥの振幅 ＡＳＴＥ が隠され
てしまうので、小型の検知対象物の検出ができない。即
ち弱い信号、弱いノイズ比のために小型の検知対象物の
超音波反射ＳＴＥは認識されない。強い超音波反射は、
弱い超音波反射の検出を妨害する、即ち音響検出システ
ムで大小大きさの異なる検知対象物が存在する区域にお
ける小型の検知対象物の検知をすることは不可能と言う
ことになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って、単純なシステ
ムで高価な超音波トランスデューサシステムを必要とし
ない、今迄にない新しい超音波走査方法の開発が待たれ
ている。それ故に、本発明は、上記従来の不具合を解消
し、走査区域内に検出が容易な近接距離にある音響反射
の大きい物体が存在する場合においても、音波検出と小
型の検知対象物で／または弱い音響反射の物体の位置付
けを向上することを、その技術課題とする。
ムで高価な超音波トランスデューサシステムを必要とし
ない、今迄にない新しい超音波走査方法の開発が待たれ
ている。それ故に、本発明は、上記従来の不具合を解消
し、走査区域内に検出が容易な近接距離にある音響反射
の大きい物体が存在する場合においても、音波検出と小
型の検知対象物で／または弱い音響反射の物体の位置付
けを向上することを、その技術課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記した技術的課題を解
決するために講じた本発明の第１の技術手段は、走査区
域の少なくとも一つの角度区域を走査するために、大気
中で、超音波トランスデューサの位相配列を電気的に制
御する方法において、少なくとも一つの音響反射の大き
い物体の位置と一致する、少なくとも一つの角度方向に
おいて、少なくとも一つの強度の超音波反射信号を検出
するステップと、少なくとも一つの走査方向区域内で、
二つの超音波ビーム間の低エネルギー区域を位置付ける
ために、少なくとも二つの音響ローブを必要とする、一
つの音響ローブパターンを形成するように、超音波トラ
ンスデューサの位相配列を制御するステップとしたこと
である。
決するために講じた本発明の第１の技術手段は、走査区
域の少なくとも一つの角度区域を走査するために、大気
中で、超音波トランスデューサの位相配列を電気的に制
御する方法において、少なくとも一つの音響反射の大き
い物体の位置と一致する、少なくとも一つの角度方向に
おいて、少なくとも一つの強度の超音波反射信号を検出
するステップと、少なくとも一つの走査方向区域内で、
二つの超音波ビーム間の低エネルギー区域を位置付ける
ために、少なくとも二つの音響ローブを必要とする、一
つの音響ローブパターンを形成するように、超音波トラ
ンスデューサの位相配列を制御するステップとしたこと
である。
【００１０】また、上記した技術的課題を解決するため
に講じた本発明の第２の技術的手段は、上記第１の手段
に加えて、所定のしきい値より高い値を持つ強度の超音
波反射信号が検出された時、二つの超音波ビーム間の低
エネルギー区域が自動的に位置づけられるように超音波
トランスデューサの位相配列を制御したことである。
に講じた本発明の第２の技術的手段は、上記第１の手段
に加えて、所定のしきい値より高い値を持つ強度の超音
波反射信号が検出された時、二つの超音波ビーム間の低
エネルギー区域が自動的に位置づけられるように超音波
トランスデューサの位相配列を制御したことである。
【００１１】また、上記した技術的課題を解決するため
に講じた本発明の第３の技術的手段は、上記第１または
第２の手段に加えて、超音波トランスデューサの位相配
列が、超音波トランスデューサに送られる励起信号の重
み付けにより制御されるようにしたことである。
に講じた本発明の第３の技術的手段は、上記第１または
第２の手段に加えて、超音波トランスデューサの位相配
列が、超音波トランスデューサに送られる励起信号の重
み付けにより制御されるようにしたことである。
【００１２】また、上記した技術的課題を解決するため
に講じた本発明の第４の技術的手段は、上記第１、２又
は第３の手段に加えて、前記超音波トランスデューサの
位相配列を、一次元配列形態としたことである。
に講じた本発明の第４の技術的手段は、上記第１、２又
は第３の手段に加えて、前記超音波トランスデューサの
位相配列を、一次元配列形態としたことである。
【００１３】また、上記した技術的課題を解決するため
に講じた本発明の第５の技術的手段は、上記第４の手段
に加えて、前記一次元配列形態として、超音波トランス
デューサを直線上に配列したことである。
に講じた本発明の第５の技術的手段は、上記第４の手段
に加えて、前記一次元配列形態として、超音波トランス
デューサを直線上に配列したことである。
【００１４】また、上記した技術的課題を解決するため
に講じた本発明の第６の技術的手段は、上記第１から第
５までの中の一手段に加えて、前記超音波トランスデュ
ーサの位相配列を、二次元配列形態としたことである。
に講じた本発明の第６の技術的手段は、上記第１から第
５までの中の一手段に加えて、前記超音波トランスデュ
ーサの位相配列を、二次元配列形態としたことである。
【００１５】また、上記した技術的課題を解決するため
に講じた本発明の第７の技術的手段は、上記第６の手段
に加えて、前記二次元配列形態として超音波トランスデ
ューサを星状としたことである。
に講じた本発明の第７の技術的手段は、上記第６の手段
に加えて、前記二次元配列形態として超音波トランスデ
ューサを星状としたことである。
【００１６】また、上記した技術的課題を解決するため
に講じた本発明の第８の技術的手段は、上記第６の手段
に加えて、前記二次元配列形態として、互い違いの列に
配列された超音波トランスデューサの少なくとも二つの
直線を組み合わせたことである。
に講じた本発明の第８の技術的手段は、上記第６の手段
に加えて、前記二次元配列形態として、互い違いの列に
配列された超音波トランスデューサの少なくとも二つの
直線を組み合わせたことである。
【００１７】また、上記した技術的課題を解決するため
に講じた本発明の第９の技術的手段は、上記第１から第
８までの中の一手段に加えて、奇数個の超音波トランス
デューサで構成される超音波トランスデューサ配列形態
を発信器として用いるとしたことである。
に講じた本発明の第９の技術的手段は、上記第１から第
８までの中の一手段に加えて、奇数個の超音波トランス
デューサで構成される超音波トランスデューサ配列形態
を発信器として用いるとしたことである。
【００１８】また、上記した技術的課題を解決するため
に講じた本発明の第１０の技術的手段は、上記第５，第
７と８の中の一手段に加えて、 受信器として用いられ
る超音波トランスデューサを、前記超音波トランスデュ
ーサ直線上の各々一端に配置したことである。
に講じた本発明の第１０の技術的手段は、上記第５，第
７と８の中の一手段に加えて、 受信器として用いられ
る超音波トランスデューサを、前記超音波トランスデュ
ーサ直線上の各々一端に配置したことである。
【００１９】また、上記した技術的課題を解決するため
に講じた本発明の第１１の技術的手段は、上記第４から
第１０までの中の一手段に加えて、超音波トランスデュ
ーサの配列形態を、平面または曲面上に配置したことで
ある。
に講じた本発明の第１１の技術的手段は、上記第４から
第１０までの中の一手段に加えて、超音波トランスデュ
ーサの配列形態を、平面または曲面上に配置したことで
ある。
【００２０】上記第一の技術手段によれば、少なくとも
一つの音響反射の大きい物体の位置と一致する、少なく
とも一つの角度方向において、少なくとも一つの強度の
超音波反射信号を検出した時、超音波トランスデューサ
に送られる励起信号の位相を制御することにより、少な
くとも一つの走査方向区域内での、二つの超音波ビーム
間の超音波エネルギーが通常計測可能なエネルギーレベ
ルに対して十分に低い扇形区域を位置付けることが出来
るようにし、少なくとも一つの強度の超音波反射信号に
隠れた小型の検知対象物を検出することができるように
する。
一つの音響反射の大きい物体の位置と一致する、少なく
とも一つの角度方向において、少なくとも一つの強度の
超音波反射信号を検出した時、超音波トランスデューサ
に送られる励起信号の位相を制御することにより、少な
くとも一つの走査方向区域内での、二つの超音波ビーム
間の超音波エネルギーが通常計測可能なエネルギーレベ
ルに対して十分に低い扇形区域を位置付けることが出来
るようにし、少なくとも一つの強度の超音波反射信号に
隠れた小型の検知対象物を検出することができるように
する。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明に従った方法の実施
例を説明する。図５に示すように、本発明実施例は主
に、ＤＳＰコントローラ５１、超音波トランスデューサ
からなる超音波発信器５２、ＤＳＰコントローラの励起
信号に基づいて発信器５２を励起駆動するドライバー５
３、超音波トランスデューサからなる超音波受信器５
４、受信器５４の受信信号（反射エコー信号）を増幅
し、またＡＤ変換する増幅器・ＡＤコンバーター５５お
よびＤＳＰコントローラとの間で受信信号など各種信号
をやりとりし且つ各種信号を記憶するメモリー５６から
構成されている。ここで、 ＤＳＰコントローラ５１、
ドライバー５３、増幅器・ＡＤコンバーター５５および
メモリー５６が電子制御装置を構成する。超音波発信器
５２と超音波受信器５４は同一のあるいは別々の超音波
トランスデューから構成されうる。
例を説明する。図５に示すように、本発明実施例は主
に、ＤＳＰコントローラ５１、超音波トランスデューサ
からなる超音波発信器５２、ＤＳＰコントローラの励起
信号に基づいて発信器５２を励起駆動するドライバー５
３、超音波トランスデューサからなる超音波受信器５
４、受信器５４の受信信号（反射エコー信号）を増幅
し、またＡＤ変換する増幅器・ＡＤコンバーター５５お
よびＤＳＰコントローラとの間で受信信号など各種信号
をやりとりし且つ各種信号を記憶するメモリー５６から
構成されている。ここで、 ＤＳＰコントローラ５１、
ドライバー５３、増幅器・ＡＤコンバーター５５および
メモリー５６が電子制御装置を構成する。超音波発信器
５２と超音波受信器５４は同一のあるいは別々の超音波
トランスデューから構成されうる。
【００２２】本発明による方法の実施例による本発明の
第一の特徴は、上記に記述したタイプの音響ローブパタ
ーンにより走査区域を走査後、音響反射率の大きい検知
対象物に一致する強い音響反射信号の角度方向θ０が検
出されることである。これは所定のしきい値より高い値
を持つ音響反射信号を電気的に検知することで認識され
る。
第一の特徴は、上記に記述したタイプの音響ローブパタ
ーンにより走査区域を走査後、音響反射率の大きい検知
対象物に一致する強い音響反射信号の角度方向θ０が検
出されることである。これは所定のしきい値より高い値
を持つ音響反射信号を電気的に検知することで認識され
る。
【００２３】本発明における主要な特徴は、超音波トラ
ンスデューサ位相配列を制御することにより、走査範囲
内の音響反射率の大きい物体が検出された角度位置方向
において、音響ローブパターンの超音波エネルギーが通
常計測可能なエネルギーレベルに対して十分に低い扇形
区域 ＜低エネルギー区域＞を位置付けることである。
ンスデューサ位相配列を制御することにより、走査範囲
内の音響反射率の大きい物体が検出された角度位置方向
において、音響ローブパターンの超音波エネルギーが通
常計測可能なエネルギーレベルに対して十分に低い扇形
区域 ＜低エネルギー区域＞を位置付けることである。
【００２４】音響ローブパターンの低エネルギー区域と
は、ほとんど音響発信のない、即ち主ローブ、干渉ロー
ブそして回折ローブがほとんど存在しない、二つのロー
ブ間の角度区域として定義付けられる。高いしきい値を
持つ超音波反射信号が検知された時、超音波トランスデ
ューサの位相配列を制御することにより、この低エネル
ギー区域が自動的に位置づけられるので、小型の検知対
象物から反射してくる弱い音響反射信号を検出できるこ
とになる。
は、ほとんど音響発信のない、即ち主ローブ、干渉ロー
ブそして回折ローブがほとんど存在しない、二つのロー
ブ間の角度区域として定義付けられる。高いしきい値を
持つ超音波反射信号が検知された時、超音波トランスデ
ューサの位相配列を制御することにより、この低エネル
ギー区域が自動的に位置づけられるので、小型の検知対
象物から反射してくる弱い音響反射信号を検出できるこ
とになる。
【００２５】図３のｃに示すように、２つの音響ローブ
パターン間の低エネルギー区域を位置付けること、即ち
走査区域にある壁に対して垂直な角度方向θ０を検出
し、角度θ０に一致する低エネルギー区域を位置付ける
ことにより、壁からの音響反射信号ＷＥは、図３のｂに
示されているように壁からの強度の超音波音波反射信号
に伴う多重反射した信号により発生するノイズにより、
大幅に減衰する。これにより、小型の検知対象物からの
音響反射信号ＳＴＥの振幅 ＡＳＴＥは、壁からの強い
音響反射信号から出されるノイズに隠されることなく検
出できるようになる。
パターン間の低エネルギー区域を位置付けること、即ち
走査区域にある壁に対して垂直な角度方向θ０を検出
し、角度θ０に一致する低エネルギー区域を位置付ける
ことにより、壁からの音響反射信号ＷＥは、図３のｂに
示されているように壁からの強度の超音波音波反射信号
に伴う多重反射した信号により発生するノイズにより、
大幅に減衰する。これにより、小型の検知対象物からの
音響反射信号ＳＴＥの振幅 ＡＳＴＥは、壁からの強い
音響反射信号から出されるノイズに隠されることなく検
出できるようになる。
【００２６】図４のａにおいては、本発明に従った方法
により形成された音響ローブパターン１８が一例として
示されている。この音響ローブパターンは、図１のＸ１
に示されているように一直線上に７個の超音波トランス
デューサを配置した発信器として用いられる超音波トラ
ンスデューサの位相配列により形成される。
により形成された音響ローブパターン１８が一例として
示されている。この音響ローブパターンは、図１のＸ１
に示されているように一直線上に７個の超音波トランス
デューサを配置した発信器として用いられる超音波トラ
ンスデューサの位相配列により形成される。
【００２７】図４のａ、ｂ、ｃに示す音響ローブの空間
分布の対数スケールは、本発明の原理を明確に表してい
る。この３つのスケールでは、主ローブと干渉ローブ及
び回折ローブが、ほぼ同じ大きさであることと、それぞ
れの低エネルギー区域位置が示されている。
分布の対数スケールは、本発明の原理を明確に表してい
る。この３つのスケールでは、主ローブと干渉ローブ及
び回折ローブが、ほぼ同じ大きさであることと、それぞ
れの低エネルギー区域位置が示されている。
【００２８】図４のａでは、低エネルギー区域９が二つ
の隣接する音響ローブ８、８’間に位置することを示し
ている。超音波トランスデューサの位相配列平面に対し
垂直で、また超音波トランスデューサ位相配列の中心へ
と向かっている図１の参照軸Ｙに関して検出された音響
反射率の大きい方向と一致する角度θ１にある角度区域
９を位置づけるため、超音波トランスデューサの位相配
列が制御される。これにより、検出された音響反射率の
大きい物体は、音響エネルギービーム(ローブ）により
覆い隠されることになる。この場合、他の音響反射の値
が、図４のａの音響ローブパターン１８の音響ローブ１
７の反応に応じ増加することを実験において確認した。
の隣接する音響ローブ８、８’間に位置することを示し
ている。超音波トランスデューサの位相配列平面に対し
垂直で、また超音波トランスデューサ位相配列の中心へ
と向かっている図１の参照軸Ｙに関して検出された音響
反射率の大きい方向と一致する角度θ１にある角度区域
９を位置づけるため、超音波トランスデューサの位相配
列が制御される。これにより、検出された音響反射率の
大きい物体は、音響エネルギービーム(ローブ）により
覆い隠されることになる。この場合、他の音響反射の値
が、図４のａの音響ローブパターン１８の音響ローブ１
７の反応に応じ増加することを実験において確認した。
【００２９】低エネルギー区域の幅及び音響ローブの幅
は、超音波トランスデューサに送られる励起信号の重み
付けにより、拡大または縮小する。低エネルギー区域を
拡大また縮小出来ることは、 幾つかの音響反射ポイン
トまたは複数の音響反射ポイントを持つ物体を含む走査
区域を走査する場合に有利である。なぜなら、右角度θ
１に低エネルギー区域が一旦位置づけられると、走査区
域内の低エネルギー区域以外の区域で最高の音響エネル
ギー分布を得るためには、音響ローブパターンを変化し
なければならないからである。
は、超音波トランスデューサに送られる励起信号の重み
付けにより、拡大または縮小する。低エネルギー区域を
拡大また縮小出来ることは、 幾つかの音響反射ポイン
トまたは複数の音響反射ポイントを持つ物体を含む走査
区域を走査する場合に有利である。なぜなら、右角度θ
１に低エネルギー区域が一旦位置づけられると、走査区
域内の低エネルギー区域以外の区域で最高の音響エネル
ギー分布を得るためには、音響ローブパターンを変化し
なければならないからである。
【００３０】さらに、音響ローブパターンの主ローブで
走査するのと同じ方法で、低エネルギー区域を様々な異
なる角度内に位置付けするために、超音波トランスデュ
ーサの位相配列を制御しなければならない。
走査するのと同じ方法で、低エネルギー区域を様々な異
なる角度内に位置付けするために、超音波トランスデュ
ーサの位相配列を制御しなければならない。
【００３１】走査区域内に幾つかの音響反射率の大きい
物体がある場合は、各々の検知対象物の角度位置におけ
る音響ローブパターンの幾つかの低エネルギー区域を位
置づけることが必要となり、そのため超音波トランスデ
ューサの位相配列が制御される。ここでもし音響反射率
の大きい物体の数が低エネルギー区域の可能な設定数よ
り多い場合、別の問題が起こることになる。そこでこの
場合、音響反射率の大きい複数信号が複数の低エネルギ
ー区域により覆い隠されるまで、音響反射率の大きい信
号数を少なくする為に、反射してくる最遠隔な音響反射
信号を最初に取り除き、続いて時間軸上においてフィル
ターを用いて得られる特定の超音波音響反射信号のみを
選択し、その選択された信号に対し低エネルギー区域を
位置づけることとする。
物体がある場合は、各々の検知対象物の角度位置におけ
る音響ローブパターンの幾つかの低エネルギー区域を位
置づけることが必要となり、そのため超音波トランスデ
ューサの位相配列が制御される。ここでもし音響反射率
の大きい物体の数が低エネルギー区域の可能な設定数よ
り多い場合、別の問題が起こることになる。そこでこの
場合、音響反射率の大きい複数信号が複数の低エネルギ
ー区域により覆い隠されるまで、音響反射率の大きい信
号数を少なくする為に、反射してくる最遠隔な音響反射
信号を最初に取り除き、続いて時間軸上においてフィル
ターを用いて得られる特定の超音波音響反射信号のみを
選択し、その選択された信号に対し低エネルギー区域を
位置づけることとする。
【００３２】また図４のｂでは、本発明による方法の第
二実施例として、音響ローブ１１が上記ローブ１７より
幅が広く数が少なく、従って低エネルギー区域の数も少
ないという音響ローブパターン１０を示している。この
パターンは、図１の発信器として用いられる３つの超音
波トランスデューサ １ａ、１ｂ、１ｃ が直線上に配置
された超音波トランスデューサの位相配列により形成さ
れるものである。強度の音響反射が角度θ２方向におい
て検出される時、音響トランスデューサの位相配列を制
御することで、低エネルギー区域１３が角度θ２上に位
置付けられる。
二実施例として、音響ローブ１１が上記ローブ１７より
幅が広く数が少なく、従って低エネルギー区域の数も少
ないという音響ローブパターン１０を示している。この
パターンは、図１の発信器として用いられる３つの超音
波トランスデューサ １ａ、１ｂ、１ｃ が直線上に配置
された超音波トランスデューサの位相配列により形成さ
れるものである。強度の音響反射が角度θ２方向におい
て検出される時、音響トランスデューサの位相配列を制
御することで、低エネルギー区域１３が角度θ２上に位
置付けられる。
【００３３】また図４のｃでは、本発明による方法の第
三実施例として音響ローブパターン１４が示されてい
る。このパターンは図３のa の一つと同じトランスデュ
ーサ位相配列により形成されるが、トランスデューサに
送られる励起信号の強度は、其々の発信器に送られるエ
ネルギーの制御により変化する。この励起信号強度の制
御は、超音波発信器と、例えば、発信する信号を減衰で
きる抵抗配列または可変増幅配列を結合することにより
なされる。超音波トランスデューサ位相配列の超音波信
号の強さを変化することにより、角度θ３上の音響ロー
ブ１５と１５’間の低エネルギー区域１６を拡大するこ
とができる。低エネルギー区域を拡大する他の方法とし
て、他に励起信号の周波数を低減する方法もある。
三実施例として音響ローブパターン１４が示されてい
る。このパターンは図３のa の一つと同じトランスデュ
ーサ位相配列により形成されるが、トランスデューサに
送られる励起信号の強度は、其々の発信器に送られるエ
ネルギーの制御により変化する。この励起信号強度の制
御は、超音波発信器と、例えば、発信する信号を減衰で
きる抵抗配列または可変増幅配列を結合することにより
なされる。超音波トランスデューサ位相配列の超音波信
号の強さを変化することにより、角度θ３上の音響ロー
ブ１５と１５’間の低エネルギー区域１６を拡大するこ
とができる。低エネルギー区域を拡大する他の方法とし
て、他に励起信号の周波数を低減する方法もある。
【００３４】上記の実施例で用いられている超音波トラ
ンスデューサの位相配列は、各々０．０１ｍの間隔を持
って隔たれている半径０．００５ｍの超音波トランスデ
ューサ１９個で星状形態を形成している。その励起信号
の周波数は、４０ｋＨｚである。
ンスデューサの位相配列は、各々０．０１ｍの間隔を持
って隔たれている半径０．００５ｍの超音波トランスデ
ューサ１９個で星状形態を形成している。その励起信号
の周波数は、４０ｋＨｚである。
【００３５】本発明に従った方法で使用される超音波ト
ランスデューサの位相配列は、他の形態であることも可
能である。それは、超音波トランスデューサを線上に配
置した一次元形態であることも、また例えば星状の二次
元形態か、或いは互い違いに配列された超音波トランス
デューサの最低２本の直線の組み合わせであることもあ
りうるし、平面または曲面上(三次元形態）に配列され
ことも可能である。有利的には、奇数個の超音波トラン
スデューサで構成される超音波トランスデューサ形態は
発信器として用いられ、受信器としては超音波トランス
デューサが各々の線または腕上の一端に配置されたもの
である。
ランスデューサの位相配列は、他の形態であることも可
能である。それは、超音波トランスデューサを線上に配
置した一次元形態であることも、また例えば星状の二次
元形態か、或いは互い違いに配列された超音波トランス
デューサの最低２本の直線の組み合わせであることもあ
りうるし、平面または曲面上(三次元形態）に配列され
ことも可能である。有利的には、奇数個の超音波トラン
スデューサで構成される超音波トランスデューサ形態は
発信器として用いられ、受信器としては超音波トランス
デューサが各々の線または腕上の一端に配置されたもの
である。
【００３６】本発明による方法においては、数個の超音
波トランスデューサのみが走査のために使用された。そ
の超音波トランスデューサは一般市場で容易に入手でき
るものである。この機器は、安価でコンパクトサイズで
ある。
波トランスデューサのみが走査のために使用された。そ
の超音波トランスデューサは一般市場で容易に入手でき
るものである。この機器は、安価でコンパクトサイズで
ある。
【００３７】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、少なく
とも一つの音響反射の大きい物体の位置と一致する、少
なくとも一つの角度方向において、少なくとも一つの強
度の超音波反射信号を検出した時、超音波トランスデュ
ーサに送られる励起信号の位相を制御することにより、
少なくとも一つの走査方向区域内での、二つの超音波ビ
ーム間の超音波エネルギーが通常計測可能なエネルギー
レベルに対して十分に低い扇形区域＜低エネルギー区
域）が位置付けられる。この低エネルギー区域が位置づ
けられると、走査区域内の低エネルギー区域以外の区域
ににおいて、小型の検知対象物から反射してくる弱い音
響反射信号を検出できることになる。即ち、音響反射率
の大きい物体に隠されて検出できなかった小型の検知対
象物／音響反射率の低い対象物が検出できるようにな
る。
とも一つの音響反射の大きい物体の位置と一致する、少
なくとも一つの角度方向において、少なくとも一つの強
度の超音波反射信号を検出した時、超音波トランスデュ
ーサに送られる励起信号の位相を制御することにより、
少なくとも一つの走査方向区域内での、二つの超音波ビ
ーム間の超音波エネルギーが通常計測可能なエネルギー
レベルに対して十分に低い扇形区域＜低エネルギー区
域）が位置付けられる。この低エネルギー区域が位置づ
けられると、走査区域内の低エネルギー区域以外の区域
ににおいて、小型の検知対象物から反射してくる弱い音
響反射信号を検出できることになる。即ち、音響反射率
の大きい物体に隠されて検出できなかった小型の検知対
象物／音響反射率の低い対象物が検出できるようにな
る。
【図１】公知の制御方法により電気的に制御された走査
区域の走査のために、公知の超音波トランスデューサ位
相配列を使用した際の構造を示す図。
区域の走査のために、公知の超音波トランスデューサ位
相配列を使用した際の構造を示す図。
【図２】図１の超音波トランスデューサの位相配列に相
応する均等目盛における超音波ビーム空間分布を表す
図。
応する均等目盛における超音波ビーム空間分布を表す
図。
【図３】aは平面壁と検知対象物を持つ走査区域の一例
を示す図であり、ｂは平面壁からの反射信号の減衰を示
す図、及びｃは走査区域の音響反射信号の振幅を表す図
である。
を示す図であり、ｂは平面壁からの反射信号の減衰を示
す図、及びｃは走査区域の音響反射信号の振幅を表す図
である。
【図４】aは低エネルギー区域が二つの隣接する音響ロ
ーブ間に位置することを示す図であり、ｂは低エネルギ
ー区域の数の少ない音響ロプパターンを示す図、及びｃ
は別の音響ローブパターンを示す図である。
ーブ間に位置することを示す図であり、ｂは低エネルギ
ー区域の数の少ない音響ロプパターンを示す図、及びｃ
は別の音響ローブパターンを示す図である。
【図５】本発明実施例に適用されるシステムの構成図で
ある。
ある。
１ 超音波トランスデューサの位相配列 θ0、θ１、θ２、θ３ 角度方向 ＷＥ 強度の超音波反射信号
Claims (11)
- 【請求項１】 大気中において、超音波トランスデュー
サが、走査区域の少なくとも一つの角度区域を走査する
ために、二つの音響ビームを必要とする一つの音響ロー
ブパターンを形成し、発信器または受信器として用いら
れるように超音波トランスデューサの位相配列を電気的
に制御する方法において、 超音波トランスデューサの位相配列（１）の参照軸
（Ｙ）に関して、少なくとも一つの音響反射の大きい物
体の位置と一致する、少なくとも一つの角度方向（θ
０、θ１、θ２、θ３）において、少なくとも一つの強
度の超音波反射信号（ＷＥ）を検出するステップと、 少なくとも一つの走査方向（θ０、θ１、θ２、θ３）
区域内で、二つの超音波ビーム （８、８’；１２、１
２’；１５、１５’） 間の超音波エネルギーが通常計
測可能なエネルギーレベルに対して十分に低い扇形区域
（９；１３；１６）、これをこれ以下低エネルギー区
域とする、を位置付けるために、少なくとも二つの音響
ローブ（８、８’；１２、１２’；１５、１５’）を必
要とする、一つの音響ローブパターン（２；３、３’；
４、４’；５、５’）を形成するように、超音波トラン
スデューサの位相配列を制御するステップとからなるこ
とを特徴とする超音波トランスデューサの位相配列を電
気的に制御する方法。 - 【請求項２】 所定のしきい値より高い値を持つ強度の
超音波反射信号（ＷＥ）が検出された時、二つの超音波
ビーム間の低エネルギー区域を自動的に位置付けられる
ように、超音波トランスデューサの位相配列を制御でき
るようにしたことを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項３】 超音波トランスデューサの位相配列
（１）は、超音波トランスデューサに送られる励起信号
の重み付けにより制御されることを特徴とする請求項１
または２の方法。 - 【請求項４】 前記超音波トランスデューサの位相配列
（１）は、一次元配列形態であることを特徴とする請求
項１、２または３の方法。 - 【請求項５】 前記一次元配列形態とは、超音波トラン
スデューサ（１ａ、１ｂ、１ｃ）を直線上に配列するこ
とであることを特徴とする請求項４の方法。 - 【請求項６】 前記超音波トランスデューサの位相配列
とは、二次元配列形態であることを特徴とする請求項１
から５までの中の一つの方法。 - 【請求項７】 前記二次元配列形態は、星状形態である
ことを特徴とする請求項６の方法。 - 【請求項８】 前記二次元配列形態は、互い違いの列に
配列された超音波トランスデューサの少なくとも二本の
直線の組み合わせからなることを特徴とする請求項６の
方法。 - 【請求項９】 奇数個の超音波トランスデューサで構成
される超音波トランスデューサ配列形態が、発信器とし
て用いられることを特徴とする請求項１から８までの中
の一つの方法。 - 【請求項１０】 前記超音波トランスデューサの直線の
各々一端に配置されている超音波トランスデューサが、
受信器として用いられることを特徴とする請求項５、
７、 または８の中の一つの方法。 - 【請求項１１】 超音波トランスデューサの配列形態
は、曲面上に配置されていることを特徴とする請求項４
から１０までの中の一つの方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9710624A FR2767587B1 (fr) | 1997-08-25 | 1997-08-25 | Procede d'amelioration de la detection acoustique et de la determination de la position de petites cibles |
| FR9710624 | 1997-08-25 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11118911A true JPH11118911A (ja) | 1999-04-30 |
Family
ID=9510476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23433698A Pending JPH11118911A (ja) | 1997-08-25 | 1998-08-20 | 音波検出と小型対象物位置付けを向上する方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0899579A1 (ja) |
| JP (1) | JPH11118911A (ja) |
| FR (1) | FR2767587B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013093064A (ja) * | 2013-02-20 | 2013-05-16 | Seiko Epson Corp | 入力装置及び入力方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150268341A1 (en) * | 2014-03-21 | 2015-09-24 | Ford Global Technologies, Llc | Object detection using ultrasonic phase arrays |
| CN109874090B (zh) * | 2019-01-02 | 2020-06-09 | 浙江大学 | 一种基于最佳波束偏转的声场定向调控方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4694434A (en) * | 1984-06-12 | 1987-09-15 | Von Ramm Olaf T | Three-dimensional imaging system |
| US4855961A (en) * | 1986-07-31 | 1989-08-08 | Woods Hole Oceanographic Institute | Imaging apparatus |
| GB2208055B (en) * | 1987-08-04 | 1991-11-20 | Raytheon Co | Interference cancelling receiving array system |
| US5425000A (en) * | 1993-12-16 | 1995-06-13 | Hughes Aircraft Company | Spatial rejection of direct blast interference in multistatic sonars |
-
1997
- 1997-08-25 FR FR9710624A patent/FR2767587B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-08-20 JP JP23433698A patent/JPH11118911A/ja active Pending
- 1998-08-25 EP EP98115982A patent/EP0899579A1/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013093064A (ja) * | 2013-02-20 | 2013-05-16 | Seiko Epson Corp | 入力装置及び入力方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2767587B1 (fr) | 1999-10-01 |
| FR2767587A1 (fr) | 1999-02-26 |
| EP0899579A1 (en) | 1999-03-03 |
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