JPH11248821A - フェイズドアレイ型超音波センサ - Google Patents
フェイズドアレイ型超音波センサInfo
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- JPH11248821A JPH11248821A JP6453798A JP6453798A JPH11248821A JP H11248821 A JPH11248821 A JP H11248821A JP 6453798 A JP6453798 A JP 6453798A JP 6453798 A JP6453798 A JP 6453798A JP H11248821 A JPH11248821 A JP H11248821A
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 虚像の影響を排除するとともに、送波又は受
波ファンビームの形状を整えることにより、検出精度を
向上させる。 【解決手段】 送波器アレイ４６と、送波器４４１，…
から各方位へ超音波Ｕを送信する超音波送信手段４８
と、受波器５２１，…が一定間隔ｄ1 で配設された受波
器アレイ５４と、受波器１２１，…が一定間隔ｄ2 で配
設された受波器アレイ１４と、受波器１２１，…で変換
された電気信号の位相差に基づき受波器アレイ１４，５
４の各方位に対するそれぞれの信号強度を算出する方位
算出手段１６，５６と、方位算出手段１６，５６で算出
された信号強度において受波器アレイ１４，５４間でピ
ークが一致する方位の信号強度を実像としピークが一致
しない方位の信号強度を虚像とする虚像検出手段１８と
を備えている。
波ファンビームの形状を整えることにより、検出精度を
向上させる。 【解決手段】 送波器アレイ４６と、送波器４４１，…
から各方位へ超音波Ｕを送信する超音波送信手段４８
と、受波器５２１，…が一定間隔ｄ1 で配設された受波
器アレイ５４と、受波器１２１，…が一定間隔ｄ2 で配
設された受波器アレイ１４と、受波器１２１，…で変換
された電気信号の位相差に基づき受波器アレイ１４，５
４の各方位に対するそれぞれの信号強度を算出する方位
算出手段１６，５６と、方位算出手段１６，５６で算出
された信号強度において受波器アレイ１４，５４間でピ
ークが一致する方位の信号強度を実像としピークが一致
しない方位の信号強度を虚像とする虚像検出手段１８と
を備えている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、超音波に
よって障害物を検出する障害物検出装置等に用いられ
る、クロスファンビーム方式のフェイズドアレイ型超音
波センサ関する。
よって障害物を検出する障害物検出装置等に用いられ
る、クロスファンビーム方式のフェイズドアレイ型超音
波センサ関する。
【０００２】
【従来の技術】図８乃至図１０は従来のフェイズドアレ
イ型超音波センサを示し、図８は全体を示すブロック
図、図９は送波器アレイ及び受波器アレイを示す斜視
図、図１０は受信側を示すブロック図である。以下、こ
れらの図面に基づき説明する。
イ型超音波センサを示し、図８は全体を示すブロック
図、図９は送波器アレイ及び受波器アレイを示す斜視
図、図１０は受信側を示すブロック図である。以下、こ
れらの図面に基づき説明する。
【０００３】図８に示すように、従来のフェイズドアレ
イ型超音波センサ５０は、電気信号を超音波Ｕに変換す
る送波器４４１〜４４ｎ’が一定間隔で直線状に配設さ
れた送波器アレイ４６と、送波器４４１〜４４ｎ’に対
してそれぞれの電気信号の位相を変えることにより各方
位に超音波Ｕを送信する超音波送信手段４８と、超音波
Ｕを電気信号に変換する受波器５２１〜５２ｎが一定間
隔ｄ1 で直線状に配設された受波器アレイ５４と、各受
波器５２１〜５２ｎで変換された電気信号の位相差に基
づき各方位に対する信号強度を算出する方位算出手段５
６とを備えたものである。
イ型超音波センサ５０は、電気信号を超音波Ｕに変換す
る送波器４４１〜４４ｎ’が一定間隔で直線状に配設さ
れた送波器アレイ４６と、送波器４４１〜４４ｎ’に対
してそれぞれの電気信号の位相を変えることにより各方
位に超音波Ｕを送信する超音波送信手段４８と、超音波
Ｕを電気信号に変換する受波器５２１〜５２ｎが一定間
隔ｄ1 で直線状に配設された受波器アレイ５４と、各受
波器５２１〜５２ｎで変換された電気信号の位相差に基
づき各方位に対する信号強度を算出する方位算出手段５
６とを備えたものである。
【０００４】超音波送信手段４８は、送波器４４１〜４
４ｎ’のそれぞれに設けられた移相器（図示せず）を介
して、一定の位相差で順次ずらした複数の電気信号を、
送波器４４１〜４４ｎ’へ出力する。すると、送波器ア
レイ４６は、その位相差に対応する方位へ超音波Ｕを送
信する。送波器アレイ４６から送信された超音波Ｕは、
障害物等に当たって反射し、受波器アレイ５４で受信さ
れる。
４ｎ’のそれぞれに設けられた移相器（図示せず）を介
して、一定の位相差で順次ずらした複数の電気信号を、
送波器４４１〜４４ｎ’へ出力する。すると、送波器ア
レイ４６は、その位相差に対応する方位へ超音波Ｕを送
信する。送波器アレイ４６から送信された超音波Ｕは、
障害物等に当たって反射し、受波器アレイ５４で受信さ
れる。
【０００５】図９に示すように、送波器アレイ４６と受
波器アレイ５４とは、互いに直交する十字状に配置され
ている。送波器アレイ４６から送信される超音波は、扇
状の指向性を有する送波ファンビーム４６Ｆ’を形成す
る。受波器アレイ５４で受信される超音波は、扇状の指
向性を有する受波ファンビーム５４Ｆ’を形成する。送
波ファンビーム４６Ｆ’は、図面において上下方向に自
在に振ることができる。受波ファンビーム５４Ｆ’は、
図面において左右方向に自在に振ることができる。送波
ファンビーム４６Ｆ’を上下方向に自在に振って超音波
を送信するとともに、受波ファンビーム５４Ｆ’を左右
方向に自在に振って超音波を受信する方式を、クロスフ
ァンビーム方式という。
波器アレイ５４とは、互いに直交する十字状に配置され
ている。送波器アレイ４６から送信される超音波は、扇
状の指向性を有する送波ファンビーム４６Ｆ’を形成す
る。受波器アレイ５４で受信される超音波は、扇状の指
向性を有する受波ファンビーム５４Ｆ’を形成する。送
波ファンビーム４６Ｆ’は、図面において上下方向に自
在に振ることができる。受波ファンビーム５４Ｆ’は、
図面において左右方向に自在に振ることができる。送波
ファンビーム４６Ｆ’を上下方向に自在に振って超音波
を送信するとともに、受波ファンビーム５４Ｆ’を左右
方向に自在に振って超音波を受信する方式を、クロスフ
ァンビーム方式という。
【０００６】図１０に示すように、方位算出手段５４
は、フィルタ回路５８１〜５８ｎ、増幅回路６０１〜６
０ｎ、Ａ／Ｄ変換回路６２１〜６２ｎ、メモリ６４１〜
６４ｎ、演算回路６６等によって構成されている。演算
回路６６は、マイクロコンピュータである。演算回路６
６とメモリ６４１〜６４ｎとは、バス６８によって接続
されている。
は、フィルタ回路５８１〜５８ｎ、増幅回路６０１〜６
０ｎ、Ａ／Ｄ変換回路６２１〜６２ｎ、メモリ６４１〜
６４ｎ、演算回路６６等によって構成されている。演算
回路６６は、マイクロコンピュータである。演算回路６
６とメモリ６４１〜６４ｎとは、バス６８によって接続
されている。
【０００７】飛来する超音波Ｕは、受波器５２１〜５２
ｎに入射し、アナログ信号に変換される。このアナログ
信号は、フィルタ回路５８１〜５８ｎでノイズ等が除去
され、増幅回路６０１〜６０ｎで増幅された後、Ａ／Ｄ
変換回路６２１〜６２ｎでデジタル信号に変換される。
このデジタル信号は、メモリ６４１〜６４ｎに受信デー
タとして格納される。演算回路６６では、受波器５２１
〜５２ｎごとの受信データの位相差に基づき超音波Ｕの
飛来方位を算出する。受信データは、特定周波数の超音
波波形である。受波器５２１〜５２ｎごとの受信データ
に対して少しづつ位相をずらして加算することにより、
受波器アレイ５４の受信感度の指向性をいろいろな方位
に変えることができる。したがって、受波器５２１，…
を機械的に回動することなく、広い範囲から飛来する超
音波Ｕに対して、その方位を検出することができる。こ
のような指向性制御方式をフェイズドアレイといい、そ
の原理は電波のアンテナ等にも利用されている。
ｎに入射し、アナログ信号に変換される。このアナログ
信号は、フィルタ回路５８１〜５８ｎでノイズ等が除去
され、増幅回路６０１〜６０ｎで増幅された後、Ａ／Ｄ
変換回路６２１〜６２ｎでデジタル信号に変換される。
このデジタル信号は、メモリ６４１〜６４ｎに受信デー
タとして格納される。演算回路６６では、受波器５２１
〜５２ｎごとの受信データの位相差に基づき超音波Ｕの
飛来方位を算出する。受信データは、特定周波数の超音
波波形である。受波器５２１〜５２ｎごとの受信データ
に対して少しづつ位相をずらして加算することにより、
受波器アレイ５４の受信感度の指向性をいろいろな方位
に変えることができる。したがって、受波器５２１，…
を機械的に回動することなく、広い範囲から飛来する超
音波Ｕに対して、その方位を検出することができる。こ
のような指向性制御方式をフェイズドアレイといい、そ
の原理は電波のアンテナ等にも利用されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
フェイズドアレイ型超音波センサ５０では、次のような
問題があった。
フェイズドアレイ型超音波センサ５０では、次のような
問題があった。
【０００９】（１）演算回路６６でデータ処理を行う際
に、次の式で示される虚像が出現する。θ’を虚像出
現方位、θを本来指向性を高めた方位、λを超音波Ｕの
波長、ｄを受波器５２１〜５２ｎの間隔とする。
に、次の式で示される虚像が出現する。θ’を虚像出
現方位、θを本来指向性を高めた方位、λを超音波Ｕの
波長、ｄを受波器５２１〜５２ｎの間隔とする。
【００１０】 θ’＝ｓｉｎ-1｛ｓｉｎθ±ｎ・（λ／ｄ）｝ ・・・
【００１１】このような虚像の出現は、受信感度の指向
性を高めた方位（メインビーム）以外にも、指向性の高
くなる方位（サイドビーム）が生じることを示してお
り、検出精度を低下させる要因となる。
性を高めた方位（メインビーム）以外にも、指向性の高
くなる方位（サイドビーム）が生じることを示してお
り、検出精度を低下させる要因となる。
【００１２】（２）図９に示すように、送波器アレイ４
６と受波器アレイ５４とは十字状に直交している。この
ため、その交点において、送波器アレイ４６又は受波器
アレイ５４の少なくとも一方が分断される。このこと
は、送波ファンビーム４６Ｆ’又は受波ファンビーム５
４Ｆ’が整った扇状にならないため、検出精度を低下さ
せる要因となる。
６と受波器アレイ５４とは十字状に直交している。この
ため、その交点において、送波器アレイ４６又は受波器
アレイ５４の少なくとも一方が分断される。このこと
は、送波ファンビーム４６Ｆ’又は受波ファンビーム５
４Ｆ’が整った扇状にならないため、検出精度を低下さ
せる要因となる。
【００１３】
【発明の目的】そこで、本発明の目的は、虚像の影響を
排除するとともに、送波又は受波ファンビームの形状を
整えることにより、検出精度を向上させたフェイズドア
レイ型超音波センサを提供することにある。
排除するとともに、送波又は受波ファンビームの形状を
整えることにより、検出精度を向上させたフェイズドア
レイ型超音波センサを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明に係るフェイズド
アレイ型超音波センサは、電気信号を超音波に変換する
複数の送波器が一定間隔で直線状に配設された送波器ア
レイと、前記複数の送波器に対してそれぞれの前記電気
信号の位相を変えることにより各方位に超音波を送信す
る超音波送信手段と、超音波を電気信号に変換する複数
の受波器が前記送波器アレイと交差することなく直角に
かつ互いに異なる一定間隔で二本の直線状に配設された
第一及び第二の受波器アレイと、前記各受波器で変換さ
れた電気信号の位相差に基づき前記第一及び第二の受波
器アレイの各方位に対するそれぞれの信号強度を算出す
る方位算出手段と、この方位算出手段で算出された信号
強度において前記第一及び第二の受波器アレイ間でピー
クが一致する方位の当該信号強度を実像としピークが一
致しない方位の当該信号強度を虚像とする虚像検出手段
とを備えたものである。
アレイ型超音波センサは、電気信号を超音波に変換する
複数の送波器が一定間隔で直線状に配設された送波器ア
レイと、前記複数の送波器に対してそれぞれの前記電気
信号の位相を変えることにより各方位に超音波を送信す
る超音波送信手段と、超音波を電気信号に変換する複数
の受波器が前記送波器アレイと交差することなく直角に
かつ互いに異なる一定間隔で二本の直線状に配設された
第一及び第二の受波器アレイと、前記各受波器で変換さ
れた電気信号の位相差に基づき前記第一及び第二の受波
器アレイの各方位に対するそれぞれの信号強度を算出す
る方位算出手段と、この方位算出手段で算出された信号
強度において前記第一及び第二の受波器アレイ間でピー
クが一致する方位の当該信号強度を実像としピークが一
致しない方位の当該信号強度を虚像とする虚像検出手段
とを備えたものである。
【００１５】超音波送信手段は、複数の送波器へ、それ
ぞれ位相の異なる電気信号を出力する。すると、送波器
アレイは、その位相差に対応する方位へ超音波を送信す
る。ここで、送波器アレイから送信された超音波がある
物体に当たって反射したとする。その反射した超音波
は、第一及び第二の受波器アレイ超音波で受信される。
方位算出手段は、これらの受波器アレイで得られた受信
データに基づき、第一及び第二の受波器アレイについて
の各方位に対する信号強度を算出する。この信号強度に
は、メインビームの他にサイドビームも含まれている。
しかし、第一及び第二の受波器アレイ間では、受波器の
一定間隔が異なることにより、式によりサイドビーム
が異なる方位に出現する。そこで、虚像検出手段は、第
一及び第二の受波器アレイのそれぞれの信号強度におい
て、ピークが一致する方位の信号強度は実像であり、ピ
ークが一致しない方位の信号強度は虚像であると判断で
きる。
ぞれ位相の異なる電気信号を出力する。すると、送波器
アレイは、その位相差に対応する方位へ超音波を送信す
る。ここで、送波器アレイから送信された超音波がある
物体に当たって反射したとする。その反射した超音波
は、第一及び第二の受波器アレイ超音波で受信される。
方位算出手段は、これらの受波器アレイで得られた受信
データに基づき、第一及び第二の受波器アレイについて
の各方位に対する信号強度を算出する。この信号強度に
は、メインビームの他にサイドビームも含まれている。
しかし、第一及び第二の受波器アレイ間では、受波器の
一定間隔が異なることにより、式によりサイドビーム
が異なる方位に出現する。そこで、虚像検出手段は、第
一及び第二の受波器アレイのそれぞれの信号強度におい
て、ピークが一致する方位の信号強度は実像であり、ピ
ークが一致しない方位の信号強度は虚像であると判断で
きる。
【００１６】また、送波器アレイと第一及び第二の受波
器アレイとは、交差することなく直角に配置されてい
る。そのため、送波器アレイ及び受波器アレイは、クロ
スファンビーム方式として動作可能であるにもかかわら
ず、従来技術と異なりいずれかが分断されることがな
い。したがって、送波ファンビーム及び受波ファンビー
ムの形状は整った扇状となる。
器アレイとは、交差することなく直角に配置されてい
る。そのため、送波器アレイ及び受波器アレイは、クロ
スファンビーム方式として動作可能であるにもかかわら
ず、従来技術と異なりいずれかが分断されることがな
い。したがって、送波ファンビーム及び受波ファンビー
ムの形状は整った扇状となる。
【００１７】更に、前記虚像検出手段は、同一方位に対
する前記第一及び第二の受波器アレイの前記信号強度の
積を求め、この積の大きい方位の当該信号強度を実像と
し当該積の小さい方位の当該信号強度を虚像とするもの
としてもよい。この場合は、第一及び第二の受波器アレ
イのそれぞれの信号強度において、ピークが一致する部
分はより大きく、ピークが一致しない部分はより小さく
強調される。
する前記第一及び第二の受波器アレイの前記信号強度の
積を求め、この積の大きい方位の当該信号強度を実像と
し当該積の小さい方位の当該信号強度を虚像とするもの
としてもよい。この場合は、第一及び第二の受波器アレ
イのそれぞれの信号強度において、ピークが一致する部
分はより大きく、ピークが一致しない部分はより小さく
強調される。
【００１８】
【発明の実施の形態】図１乃至図４は本発明に係るフェ
イズドアレイ型超音波センサの一実施形態を示し、図１
は全体を示すブロック図、図２は送波器アレイ及び受波
器アレイを示す斜視図、図３は受信側を示すブロック
図、図４は受波器アレイを示す斜視図である。以下、こ
れらの図面に基づき説明する。ただし、図８乃至図１０
と同一部分は同一符号を付して重複説明を省略する。
イズドアレイ型超音波センサの一実施形態を示し、図１
は全体を示すブロック図、図２は送波器アレイ及び受波
器アレイを示す斜視図、図３は受信側を示すブロック
図、図４は受波器アレイを示す斜視図である。以下、こ
れらの図面に基づき説明する。ただし、図８乃至図１０
と同一部分は同一符号を付して重複説明を省略する。
【００１９】図１に示すように、フェイズドアレイ型超
音波センサ１０は、電気信号を超音波Ｕに変換する送波
器４４１〜４４ｎ’が一定間隔で直線状に配設された送
波器アレイ４６と、送波器４４１〜４４ｎ’に対してそ
れぞれの電気信号の位相を変えることにより各方位に超
音波Ｕを送信する超音波送信手段４８と、超音波Ｕを電
気信号に変換する受波器５２１〜５２ｎが一定間隔ｄ1
で直線状に配設された受波器アレイ５４と、超音波Ｕを
電気信号に変換する受波器１２１〜１２ｍが一定間隔ｄ
2 （ｄ2 ＞ｄ1 ）で直線状に配設された受波器アレイ１
４と、各受波器１２１〜１２ｍ，５２１〜５２ｎで変換
された電気信号の位相差に基づき受波器アレイ１４，５
４の各方位に対するそれぞれの信号強度を算出する方位
算出手段１６，５６と、方位算出手段１６，５６で算出
された信号強度において受波器アレイ１４，５４間でピ
ークが一致する方位の信号強度を実像としピークが一致
しない方位の信号強度を虚像とする虚像検出手段１８と
を備えている。
音波センサ１０は、電気信号を超音波Ｕに変換する送波
器４４１〜４４ｎ’が一定間隔で直線状に配設された送
波器アレイ４６と、送波器４４１〜４４ｎ’に対してそ
れぞれの電気信号の位相を変えることにより各方位に超
音波Ｕを送信する超音波送信手段４８と、超音波Ｕを電
気信号に変換する受波器５２１〜５２ｎが一定間隔ｄ1
で直線状に配設された受波器アレイ５４と、超音波Ｕを
電気信号に変換する受波器１２１〜１２ｍが一定間隔ｄ
2 （ｄ2 ＞ｄ1 ）で直線状に配設された受波器アレイ１
４と、各受波器１２１〜１２ｍ，５２１〜５２ｎで変換
された電気信号の位相差に基づき受波器アレイ１４，５
４の各方位に対するそれぞれの信号強度を算出する方位
算出手段１６，５６と、方位算出手段１６，５６で算出
された信号強度において受波器アレイ１４，５４間でピ
ークが一致する方位の信号強度を実像としピークが一致
しない方位の信号強度を虚像とする虚像検出手段１８と
を備えている。
【００２０】図２に示すように、受波器アレイ１４，５
４は、送波器アレイ４６と交差することなく直角に、か
つ互いに平行な二本の直線状に配設されている。すなわ
ち、受波器アレイ１４，５４と送波器アレイ４６とは、
図面において横Ｔ字状に配置されている。これにより、
受波器アレイ１４，５４及び送波器アレイ４６は、いず
れも途中で分断されていないので、受波ファンビーム５
４Ｆ及び送波ファンビーム４６Ｆのどちらも整った扇状
になる。
４は、送波器アレイ４６と交差することなく直角に、か
つ互いに平行な二本の直線状に配設されている。すなわ
ち、受波器アレイ１４，５４と送波器アレイ４６とは、
図面において横Ｔ字状に配置されている。これにより、
受波器アレイ１４，５４及び送波器アレイ４６は、いず
れも途中で分断されていないので、受波ファンビーム５
４Ｆ及び送波ファンビーム４６Ｆのどちらも整った扇状
になる。
【００２１】図３に示すように、方位算出手段１６は、
方位算出手段５６と同じ構成であり、フィルタ回路２０
１〜２０ｍ、増幅回路２２１〜２２ｍ、Ａ／Ｄ変換回路
２４１〜２４ｍ、メモリ２６１〜２６ｍ、演算回路２８
等によって構成されている。演算回路２８は、マイクロ
コンピュータである。演算回路２８とメモリ２６１〜２
６ｍとは、バス３０によって接続されている。虚像検出
手段１８は、例えばマイクロコンピュータであり、演算
回路２８，６６とバス３２１，３２２によって接続され
ている。
方位算出手段５６と同じ構成であり、フィルタ回路２０
１〜２０ｍ、増幅回路２２１〜２２ｍ、Ａ／Ｄ変換回路
２４１〜２４ｍ、メモリ２６１〜２６ｍ、演算回路２８
等によって構成されている。演算回路２８は、マイクロ
コンピュータである。演算回路２８とメモリ２６１〜２
６ｍとは、バス３０によって接続されている。虚像検出
手段１８は、例えばマイクロコンピュータであり、演算
回路２８，６６とバス３２１，３２２によって接続され
ている。
【００２２】図４に示すように、受波器５２１〜５２ｎ
の受波面５２１ａ〜５２ｎａは、全て同一方向（受波器
アレイ５４に垂直な方向）を向いている。この方向に、
受波器１２１〜５２ｍの受波面１２１ａ〜１２ｍａも合
わせている。受波器アレイ１４，５４は、検出精度を上
げるために、できるだけ近接して配置されている。受波
器１２１から受波器１２ｍまでの長さ（受波器アレイ１
４の開口長）と、受波器５２１から受波器５２ｎまでの
長さ（受波器アレイ５４の開口長）とはほぼ等しい。
の受波面５２１ａ〜５２ｎａは、全て同一方向（受波器
アレイ５４に垂直な方向）を向いている。この方向に、
受波器１２１〜５２ｍの受波面１２１ａ〜１２ｍａも合
わせている。受波器アレイ１４，５４は、検出精度を上
げるために、できるだけ近接して配置されている。受波
器１２１から受波器１２ｍまでの長さ（受波器アレイ１
４の開口長）と、受波器５２１から受波器５２ｎまでの
長さ（受波器アレイ５４の開口長）とはほぼ等しい。
【００２３】図５乃至図７は、フェイズドアレイ型超音
波センサ１０の動作の一例を示すものである。以下、図
１乃至図７に基づき、フェイズドアレイ型超音波センサ
１０の動作を説明する。
波センサ１０の動作の一例を示すものである。以下、図
１乃至図７に基づき、フェイズドアレイ型超音波センサ
１０の動作を説明する。
【００２４】本例におけるフェイズドアレイ型超音波セ
ンサ１０は、障害物検出装置を構成している。まず、図
１に示すように、超音波送信手段４８は、超音波Ｕを発
生させるための信号を送波器４４１〜４４ｎ’へ出力す
る。送波器アレイ４６から発生した超音波Ｕは、図示し
ない障害物で反射して受波器１２１〜１２ｍ，５２１〜
５２ｎに入射する。
ンサ１０は、障害物検出装置を構成している。まず、図
１に示すように、超音波送信手段４８は、超音波Ｕを発
生させるための信号を送波器４４１〜４４ｎ’へ出力す
る。送波器アレイ４６から発生した超音波Ｕは、図示し
ない障害物で反射して受波器１２１〜１２ｍ，５２１〜
５２ｎに入射する。
【００２５】続いて、図３に示すように、受波器１２１
〜１２ｍ，５２１〜５２ｎに入射した超音波Ｕは、電気
信号に変換され受信データとしてメモリ２６１〜２６
ｍ，６４１〜６４ｎに格納される。受信データは、特定
周波数の超音波波形である。演算回路２８，６６では、
受波器１２１〜１２ｍ，５２１〜５２ｎごとの受信デー
タに対して少しづつ位相をずらして加算することによ
り、受波器アレイ１４，５４の受信感度の指向性をいろ
いろな方位に変えることができる。
〜１２ｍ，５２１〜５２ｎに入射した超音波Ｕは、電気
信号に変換され受信データとしてメモリ２６１〜２６
ｍ，６４１〜６４ｎに格納される。受信データは、特定
周波数の超音波波形である。演算回路２８，６６では、
受波器１２１〜１２ｍ，５２１〜５２ｎごとの受信デー
タに対して少しづつ位相をずらして加算することによ
り、受波器アレイ１４，５４の受信感度の指向性をいろ
いろな方位に変えることができる。
【００２６】その結果、図５に示すような、受波器アレ
イ１４，５４毎に、各方位θに対する受信強度Ｗのグラ
フが得られる。図６のグラフでは、前述の式に基づ
き、受波器アレイ１４のメインビーム１４Ｍの両側にサ
イドビーム１４Ｓ1 ，１４Ｓ2が発生し、受波器アレイ
５４のメインビーム５４Ｍの両側にサイドビーム５４Ｓ
1 ，５４Ｓ2 が発生している。ただし、メインビーム１
４Ｍ，５４Ｍは同じ方位に出現するが、一定間隔ｄ1 ，
ｄ2 の差によって、サイドビーム１４Ｓ1 ，１４Ｓ2 と
サイドビーム５４Ｓ1 ，５４Ｓ2 とは異なる方位に出現
する。図５のグラフの受信強度Ｗとは、メインビーム１
４Ｍ，５４Ｍの信号強度を‘１’とした場合の、各方位
の信号強度である。
イ１４，５４毎に、各方位θに対する受信強度Ｗのグラ
フが得られる。図６のグラフでは、前述の式に基づ
き、受波器アレイ１４のメインビーム１４Ｍの両側にサ
イドビーム１４Ｓ1 ，１４Ｓ2が発生し、受波器アレイ
５４のメインビーム５４Ｍの両側にサイドビーム５４Ｓ
1 ，５４Ｓ2 が発生している。ただし、メインビーム１
４Ｍ，５４Ｍは同じ方位に出現するが、一定間隔ｄ1 ，
ｄ2 の差によって、サイドビーム１４Ｓ1 ，１４Ｓ2 と
サイドビーム５４Ｓ1 ，５４Ｓ2 とは異なる方位に出現
する。図５のグラフの受信強度Ｗとは、メインビーム１
４Ｍ，５４Ｍの信号強度を‘１’とした場合の、各方位
の信号強度である。
【００２７】続いて、虚像検出手段１８が次のように動
作する。まず、方位算出手段１６，５６で算出された信
号強度Ｗのしきい値以下の部分を、ノイズとみなして以
後の計算の対象から除外する。一方、超音波送信器から
超音波を送信してから受波器１２１，…で超音波Ｕを受
信するまでの時間Δｔ（受信データに含まれている）に
基づき、障害物までの距離Ｌを算出する。距離Ｌは、音
速をＣとすると、Ｌ＝Ｃ・Δｔ／２で求められる。続い
て、左右方向を方位θ、奥行き方向を障害物までの距離
Ｌ、高さ方向を信号強度Ｗとして、受波器アレイ１４，
５４毎に、三次元マップを作成する。図６〔Ａ〕が受波
器アレイ５４の三次元マップであり、図６〔Ｂ〕が受波
器アレイ１４の三次元マップである。図６では、信号強
度Ｗの最大値を‘１’としている。図６〔Ａ〕ではメイ
ンビーム５４Ｍ及びサイドビーム５４Ｓが発生し、図６
〔Ｂ〕ではメインビーム１４Ｍ及びサイドビーム１４Ｓ
が発生している。続いて、図６〔Ａ〕，〔Ｂ〕の同一方
位θ及び距離Ｌにおける信号強度Ｗ同士の積を求める。
その結果が、図７に示す三次元マップである。図７から
明らかなように、メインビーム１４Ｍ，５４Ｍ同士は同
一方位θ及び距離Ｌに出現するので強め合い、サイドビ
ーム１４Ｓ，５４Ｓは異なる方位θに出現するので弱め
あう。したがって、サイドビーム１４Ｓ，５４Ｓすなわ
ち虚像を明確に除外できるので、障害物の検出精度を高
めることができる。
作する。まず、方位算出手段１６，５６で算出された信
号強度Ｗのしきい値以下の部分を、ノイズとみなして以
後の計算の対象から除外する。一方、超音波送信器から
超音波を送信してから受波器１２１，…で超音波Ｕを受
信するまでの時間Δｔ（受信データに含まれている）に
基づき、障害物までの距離Ｌを算出する。距離Ｌは、音
速をＣとすると、Ｌ＝Ｃ・Δｔ／２で求められる。続い
て、左右方向を方位θ、奥行き方向を障害物までの距離
Ｌ、高さ方向を信号強度Ｗとして、受波器アレイ１４，
５４毎に、三次元マップを作成する。図６〔Ａ〕が受波
器アレイ５４の三次元マップであり、図６〔Ｂ〕が受波
器アレイ１４の三次元マップである。図６では、信号強
度Ｗの最大値を‘１’としている。図６〔Ａ〕ではメイ
ンビーム５４Ｍ及びサイドビーム５４Ｓが発生し、図６
〔Ｂ〕ではメインビーム１４Ｍ及びサイドビーム１４Ｓ
が発生している。続いて、図６〔Ａ〕，〔Ｂ〕の同一方
位θ及び距離Ｌにおける信号強度Ｗ同士の積を求める。
その結果が、図７に示す三次元マップである。図７から
明らかなように、メインビーム１４Ｍ，５４Ｍ同士は同
一方位θ及び距離Ｌに出現するので強め合い、サイドビ
ーム１４Ｓ，５４Ｓは異なる方位θに出現するので弱め
あう。したがって、サイドビーム１４Ｓ，５４Ｓすなわ
ち虚像を明確に除外できるので、障害物の検出精度を高
めることができる。
【００２８】また、一定間隔ｄ1 ，ｄ2 は、超音波Ｕの
波長をλとすると、ｄ2 ＞ｄ1 ≧λ／２としてもよい。
なぜなら、ｄ2 ，ｄ1 ＜λ／２としなくても虚像を的確
に排除できるからである。そして、その分一定間隔
ｄ1 ，ｄ2 を大きくとることにより、受波器アレイ１
４，５４の開口長を大きくできるので、指向性を鋭くで
きる。さらに、一定間隔ｄ1 ，ｄ2 は、受波器アレイ１
４，５４によるサイドビーム同士ができるだけ重ならな
いような値に設定することが好ましい。そのような一定
間隔ｄ1 ，ｄ2 の最適値は、使用する超音波Ｕの周波数
によっても異なる。
波長をλとすると、ｄ2 ＞ｄ1 ≧λ／２としてもよい。
なぜなら、ｄ2 ，ｄ1 ＜λ／２としなくても虚像を的確
に排除できるからである。そして、その分一定間隔
ｄ1 ，ｄ2 を大きくとることにより、受波器アレイ１
４，５４の開口長を大きくできるので、指向性を鋭くで
きる。さらに、一定間隔ｄ1 ，ｄ2 は、受波器アレイ１
４，５４によるサイドビーム同士ができるだけ重ならな
いような値に設定することが好ましい。そのような一定
間隔ｄ1 ，ｄ2 の最適値は、使用する超音波Ｕの周波数
によっても異なる。
【００２９】実験によれば、40kHz の周波数の超音波Ｕ
に対して、一定間隔ｄ1 を8.5 mm、一定間隔ｄ2 を13.0
mm、個数ｎを８、個数ｍを７とすると、良好な結果が得
られた。同じく実験によれば、一定間隔ｄ1 は、好まし
くは超音波Ｕの波長λであり、一定間隔ｄ2 は好ましく
は波長λの1.50〜1.55倍、最も好ましくは波長λの1.53
倍であった。
に対して、一定間隔ｄ1 を8.5 mm、一定間隔ｄ2 を13.0
mm、個数ｎを８、個数ｍを７とすると、良好な結果が得
られた。同じく実験によれば、一定間隔ｄ1 は、好まし
くは超音波Ｕの波長λであり、一定間隔ｄ2 は好ましく
は波長λの1.50〜1.55倍、最も好ましくは波長λの1.53
倍であった。
【００３０】なお、本発明は、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、図６
〔Ａ〕，〔Ｂ〕の同一方位θ及び距離Ｌにおける信号強
度Ｗ同士の和を求めたり積の累乗を求めたりしてもよ
い。方位算出手段１６，５６は、受波器アレイ１４，５
４に対応させて二個設けているが、どちらか一個のみに
して受波器アレイ１４，５４に切り換え接続できる構成
にしてもよい。
施形態に限定されるものではない。例えば、図６
〔Ａ〕，〔Ｂ〕の同一方位θ及び距離Ｌにおける信号強
度Ｗ同士の和を求めたり積の累乗を求めたりしてもよ
い。方位算出手段１６，５６は、受波器アレイ１４，５
４に対応させて二個設けているが、どちらか一個のみに
して受波器アレイ１４，５４に切り換え接続できる構成
にしてもよい。
【００３１】
【発明の効果】請求項１乃至３記載のフェイズドアレイ
型超音波センサによれば、受波器の一定間隔が異なる第
一及び第二の受波器アレイを用いたことにより、これら
の受波器アレイで得られる二つの受信データ間では異な
る方位にサイドビームが出現する。そこで、二つの受信
データ間で同一方位に対するピークの一致・不一致を検
出することにより、容易かつ正確に虚像を排除できる。
しかも、送波器アレイと第一及び第二の受波器アレイと
を交差させることなく直角に配置したことにより、送波
ファンビーム及び受波ファンビームの形状を整えること
ができるので、検出精度を向上できる。
型超音波センサによれば、受波器の一定間隔が異なる第
一及び第二の受波器アレイを用いたことにより、これら
の受波器アレイで得られる二つの受信データ間では異な
る方位にサイドビームが出現する。そこで、二つの受信
データ間で同一方位に対するピークの一致・不一致を検
出することにより、容易かつ正確に虚像を排除できる。
しかも、送波器アレイと第一及び第二の受波器アレイと
を交差させることなく直角に配置したことにより、送波
ファンビーム及び受波ファンビームの形状を整えること
ができるので、検出精度を向上できる。
【００３２】請求項２記載のフェイズドアレイ型超音波
センサによれば、同一方位に対する第一及び第二の受波
器アレイの信号強度の積を求め、この積の大小で虚像を
判断するようにしたことにより、実像及び虚像を強調で
きるので、単純な処理にもかかわらずより正確に虚像を
排除できる。
センサによれば、同一方位に対する第一及び第二の受波
器アレイの信号強度の積を求め、この積の大小で虚像を
判断するようにしたことにより、実像及び虚像を強調で
きるので、単純な処理にもかかわらずより正確に虚像を
排除できる。
【図１】本発明に係るフェイズドアレイ型超音波センサ
の一実施形態の全体を示すブロック図である。
の一実施形態の全体を示すブロック図である。
【図２】図１のフェイズドアレイ型超音波センサにおけ
る送波器アレイ及び受波器アレイを示す斜視図である。
る送波器アレイ及び受波器アレイを示す斜視図である。
【図３】図１のフェイズドアレイ型超音波センサの受信
側を示すブロック図である。
側を示すブロック図である。
【図４】図１のフェイズドアレイ型超音波センサにおけ
る受波器アレイを示す斜視図である。
る受波器アレイを示す斜視図である。
【図５】図１のフェイズドアレイ型超音波センサにおけ
る、受波器アレイの各方位に対する受信強度のグラフで
ある。
る、受波器アレイの各方位に対する受信強度のグラフで
ある。
【図６】図１のフェイズドアレイ型超音波センサにおけ
る、方位及び障害物までの距離に対する受波器アレイの
信号強度を示す三次元マップであり、図６〔Ａ〕が第一
の受波器アレイであり、図６〔Ｂ〕が第二の受波器アレ
イである。
る、方位及び障害物までの距離に対する受波器アレイの
信号強度を示す三次元マップであり、図６〔Ａ〕が第一
の受波器アレイであり、図６〔Ｂ〕が第二の受波器アレ
イである。
【図７】図６〔Ａ〕，〔Ｂ〕の同一方位及び距離におけ
る信号強度同士の積を求めた結果を示す三次元マップで
ある。
る信号強度同士の積を求めた結果を示す三次元マップで
ある。
【図８】従来のフェイズドアレイ型超音波センサの全体
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図９】図８のフェイズドアレイ型超音波センサにおけ
る、送波器アレイ及び受波器アレイを示す斜視図であ
る。
る、送波器アレイ及び受波器アレイを示す斜視図であ
る。
【図１０】図８のフェイズドアレイ型超音波センサの受
信側を示すブロック図である。
信側を示すブロック図である。
１０ フェイズドアレイ型超音波センサ １２１〜１２ｍ，５２１〜５２ｎ 受波器 １４，５４ 受波器アレイ １６，５６ 方位算出手段 １８ 虚像検出手段 ４４１〜４４ｎ’ 送波器 ４６ 送波器アレイ ４８ 超音波送信手段 ｄ1 受波器５２１〜５２ｎの一定間隔 ｄ2 受波器１２１〜１２ｍの一定間隔 Ｕ 超音波
Claims (3)
- 【請求項１】 電気信号を超音波に変換する複数の送波
器が、一定間隔で直線状に配設された送波器アレイと、 前記複数の送波器に対してそれぞれの前記電気信号の位
相を変えることにより、各方位に超音波を送信する超音
波送信手段と、 超音波を電気信号に変換する複数の受波器が、前記送波
器アレイと交差することなく直角に、かつ互いに異なる
一定間隔で二本の直線状に配設された第一及び第二の受
波器アレイと、 前記各受波器で変換された電気信号の位相差に基づき、
前記第一及び第二の受波器アレイの各方位に対するそれ
ぞれの信号強度を算出する方位算出手段と、 この方位算出手段で算出された信号強度において前記第
一及び第二の受波器アレイ間でピークが一致する方位の
当該信号強度を実像とし、ピークが一致しない方位の当
該信号強度を虚像とする虚像検出手段と、 を備えたフェイズドアレイ型超音波センサ。 - 【請求項２】 前記虚像検出手段は、同一方位に対する
前記第一及び第二の受波器アレイの前記信号強度の積を
求め、この積の大きい方位の当該信号強度を実像とし当
該積の小さい方位の当該信号強度を虚像とする、請求項
１記載のフェイズドアレイ型超音波センサ。 - 【請求項３】 前記第一の受波器アレイの一定間隔が前
記超音波の波長にほぼ等しく、前記第二の受波器アレイ
の一定間隔が前記超音波の波長の約1.50〜1.55倍であ
る、請求項１又は２記載のフェイズドアレイ型超音波セ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6453798A JPH11248821A (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | フェイズドアレイ型超音波センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6453798A JPH11248821A (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | フェイズドアレイ型超音波センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11248821A true JPH11248821A (ja) | 1999-09-17 |
Family
ID=13261085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6453798A Pending JPH11248821A (ja) | 1998-02-27 | 1998-02-27 | フェイズドアレイ型超音波センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11248821A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007033158A (ja) * | 2005-07-25 | 2007-02-08 | Matsushita Electric Works Ltd | 物体検知装置 |
| JP2009133660A (ja) * | 2007-11-29 | 2009-06-18 | Nec Corp | 水中物体形状認識方法、水中物体形状認識装置、水中物体形状認識プログラムおよびプログラム記録媒体 |
| US10746871B2 (en) | 2014-10-15 | 2020-08-18 | Samsung Electronics Co., Ltd | Electronic device, control method thereof and recording medium |
| JP2020134422A (ja) * | 2019-02-25 | 2020-08-31 | 日本特殊陶業株式会社 | 超音波装置、および、物体検出装置 |
| JP2021076384A (ja) * | 2019-11-05 | 2021-05-20 | 日本電気株式会社 | ソーナー装置、方法、及びプログラム |
-
1998
- 1998-02-27 JP JP6453798A patent/JPH11248821A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007033158A (ja) * | 2005-07-25 | 2007-02-08 | Matsushita Electric Works Ltd | 物体検知装置 |
| JP2009133660A (ja) * | 2007-11-29 | 2009-06-18 | Nec Corp | 水中物体形状認識方法、水中物体形状認識装置、水中物体形状認識プログラムおよびプログラム記録媒体 |
| US10746871B2 (en) | 2014-10-15 | 2020-08-18 | Samsung Electronics Co., Ltd | Electronic device, control method thereof and recording medium |
| JP2020134422A (ja) * | 2019-02-25 | 2020-08-31 | 日本特殊陶業株式会社 | 超音波装置、および、物体検出装置 |
| JP2021076384A (ja) * | 2019-11-05 | 2021-05-20 | 日本電気株式会社 | ソーナー装置、方法、及びプログラム |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050209 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050215 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050628 |