JPS60164283A - 超音波装置 - 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） 本発明は超音波装置に関するものであシ、詳しくは、超
音波を用いて近接党を検出する超音波装置に関するもの
である。

（従来技術とその問題点） ロボット制御にセンサ出力信号を利用すれば、プレイバ
ック型のロボット装置の適用範囲を拡大できることが知
られている。即ち、ブレイバ、り型ロボット装置では、
作業対象物が予め定められた位置に予め定められた姿勢
で置かれていることが必要であったが、ロボット装置に
付属する各種センサによシ、作業対象物の位置、姿勢等
が絹度良く検出できるならば、作業物の位置、姿勢等に
対する制限が緩和されることＫなる。がかる各種センサ
からの出力信号を用いて、自律的に作業手順９作業内容
を決定するロボット装置は、知能ロボット装置とも称さ
れている。知能ロボ、ト装置実現のためには、各種のセ
ンサの実用化が鍵となっている。かかるセンサの一つに
近接覚センサがある。該近接覚センサは、センサと検出
対象物体との間の距離を検出するセンサであシ、従来、
種々の方式が提案されている。例えば、超音波技術１１
いたセンサ、コイル・コンデンサの共振回路を用いたセ
ンサ、渦電流を用いたセンサ等である。

しかし、後二者においては、検出対象が金属であること
が要求されているため、プラスチック、木材等に対して
は、何ら検出機能を有していない欠点がある。また、前
者においては、超音波送信器と超音波受信器とを組み合
わせ、送信器から放射された指向性を有するビーム状超
音波が検出対象で反射し、この反射波を前記受信器で検
出することに特徴がある。しかし、通常は、率−の送信
器と単一の受信器を組み合わせているにすぎず、前記ビ
ーム状超音波の放射方向、ないしは、受信方向を変化さ
せたシ、走査したシすることは不可能である。このため
、検出対象を大まかに捉えることしかできず、検出対象
の形状１寸法によシ、距離を精度良く検出することは困
難であった。一方、超音波技術が医療診断装置に適用さ
れていることは周知である。かかる応用分野では、人体
を、大略、水と同一物と見なすことができ、空気中よシ
も速い音速度、空気中よシも少ない伝播損失の特長を生
かしている。また、当該装置では、超音波の送信器、受
信器を、直線状に配列された素子アレイで構成し、当該
アレイを構成する各素子への超音波送信パルス、および
、各素子へ到達する超音波受信パルスによシ発生した電
圧信号の遅延時間を個別に変化させることによシ、送信
波、受信波のビームの方向を変化させ、人体内の断層写
真を得ている。当該応用分野では、該断層写真を、よシ
鮮明にするための研究が成されているが、該研究の成果
が本発明での近接覚センサに直接適用されるとは限らな
い。−例として埜げるならば、超音波を伝送する媒体内
での音速度の差、該媒体中での伝播損失の差等が、適用
を阻害する要因である。さらに、ロボット装置へのセン
サの搭載を考慮するならば、センサの外形が小さく、か
つ。

その信号処理回路の小型化、簡便化も要求される。

以上の様に、従来の近接党センサでは、検出対象までの
距離情報に信頼性が無く、医療診断装置での超音波技術
を適用するには難点があった。

（発明の目的） 本発明の目的はかかる従来技術の欠点を排除し。

ロボット装置゛への適用を容易ならしめる近接覚センサ
としての超音波装置を提供することにある。

（発明の構成） 本発明によれば、超音波を検出できるＮ個（Ｎ２２）の
素子が、−次元あるｂは二次元状アレイに配列された構
造を有する超音波装置において、定められた周期内の同
一時刻あるいは異なる時刻に定められた異なる二つの方
向から該アレイに到達する超音波によシ、該アレイを構
成する各素子に個別に発生した超音波検出信号を、尚該
各累子毎に設けられた各々第一および第二の遅延回路群
を構成する二つの遅延回路に入力させる手段と、当該第
一の遅延回路群の出力を加算する手段と、当該第二の遅
延回路群の出力を加算する手段とを有し、該第−の遅延
回路群を構成するＮ個の遅延回路での遅延時間が該アレ
イの素子配列方向に順次増大し、かつ、該第二の遅延回
路群を構成するＮ個の遅延回路での遅延時間が該アレイ
の尚該素子配列方向に順次減少するようにしたことを特
徴とする超音波装置が得られる。

（実施例） 次に、図面を用いて詳細な説明を行なう。

第１図は、超音波技術を用いた従来のセンサを例示する
図である。図において、１は超音波送信器、２は超音波
受信器、３は１から放射される超音波ビームの指向性を
示す指向性パターン、４は２で受信される超音波の指向
性を示す指向性パターン、５．６は検出対象である。第
２図は第１図のセンサの動作を示す図であシ、波形の時
間変化が示されている。図において、ｌＯは１から放射
される超音波波形、１１は２で受信される波形である。

時刻ｔ。において、１からは３の指向性パターンを有す
る超音波１２が放射される。１０には正弦波状の２サイ
クルからなる超音波波形が例示されている。放射された
該超音波は３の指向性パターンにより包括される領域に
存在する検出対象５に到達し、該５の表面で当該超音波
は反射される。

該反射によシ、恰も５に音源が存在するかの如き超音波
の反射波が発生され、該反射波は受信器２に向って進行
する。４の指向性パターンによシ包括される領域に該５
が存在するため、当該反射波の一部は２に到達し、１１
に例示した受信波形中に、１２に対応した波形１３が時
刻ｔ、以後に観測される。時刻１ｏ−１１の時間差は、
当し超音波が１から放射され、５で反射した後、２に到
達するまでの時間に等しく、該超音波の伝播媒体での音
速を一定とするならば、１．５．２の空間的距離と対応
することになる。かかる理由によシ、ｔ（１−ｔ。

間の時間を計浜」するならば、検出対象５までの距離を
推定することができ、近接党センサとして第１図の構成
を利用することができる。しかしながら、第１図の構成
では、検出対象５の形状を判断することができず、単に
５の存在有無を知ることができるのみである。さらに、
検出対象５よシも実際には至近距離に存在する検出対象
６については、３，４の、指向性パターンの包括する領
域に存在しないため、検出できない。送信器１と受信器
２とは通常共通の筐体（図示せず）内に搭載されている
ので、第１図に示した例では％　１．２を共に５の方向
へ移動させた場合、当該筐体が５に到達する以前に、６
と衝突する危険が発生する。かかる理由によシ、第１図
に示した従来例は、ロボ、ト装置用の近接覚センサとし
ては不適であると言える。

第３図は、医療診断装置に適用されている、従来技術に
よる超音波装置を示す図である。図において、２０ｍ、
２０ｂ、２０ｃ、２０ｄはアレイ状の超音波放射器を構
成する素子で、図示されていない手段からの励振パルス
を受け、２１．２２で例示する放射方向に超音波ビーム
を放射する機能を有している。当該放射方向は２９ａ、
２０ｂｓ・・・への該励振パルスのタイミングを制御す
ることによシ決定されている。該励振パルスは定められ
た周期内でバースト状パルスであり、該周期毎に前記放
射の方向が変化するよう制御されている。該放射方向を
順次変更することによシ、周知のセクター走査が達成さ
れている。２３．２４はそれぞれ２１．２２の方向に存
在する検出対象であシ、該超音波を反射できる物体であ
る。２３．２４で反射された超音波は、２３．２４に恰
も点音源が存在するかの如き振舞をし、それぞれ、二次
元平面内では円状の波面２５゜２６を形成し、超音波を
検出できる素子３０ｍ　。

３０ｂ、３０ｃ、３０ｄから成るアレイ状受信器に向け
て進行する。２５．２６のいずれに対しても、３０ｍ。

３０ｂ、３０ｃ、３０ｄの順序で該超音波が到達し、電
気信号（例えば電圧）Ｋ変換される。３０　ａ　＋　３
０　ｂ　＊３０ｅ、３０ｄには、それぞれ３１　＆　＋
　３１　ｂ　ｓ　３　ｉ　ｃ　５３１ｄの遅延回路が接
続されておシ、該遅延回路の出力信号は共通の出力端子
３２に接続されている。

２５の波面に対して、３０ａを基準とし７（３０ｂ。

３０　ｃ　＋　３０　ｄでの該超音波到達時刻の差は、
それぞれ、３１ｂ、３］ｃ、３１ｄと３０ｍとの遅延時
間の差で補償することができる。即ち、該遅延線での遅
延時間を制御することによシ、２５に対応する３０ｍ。

３０ｂ、３０ｃ、３０ｄで検出された各信号がそれぞれ
、３１ｍ、３１ｂ、３１ｅ、３１ｄの出力に同一時刻に
出現するようにできる。かかる状況では当該構成による
超音波受信器の焦点を２３に結ばせることができる。次
に、３１ａ。

３１ｂ、３１ｅ、３１ｄの遅延時間を再び制御し直すこ
とによシ、２６の波面に対して該遅延回路出力のタイミ
ングを一致させること、部ち、２４に合焦点機能を掲た
せることができる。かかる動作説明によれば、当該アレ
イの前面の任意の位置に焦点を結ばせることができる。

２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを３０ａ、３０ｂ、３
０ｅ、３０ｄ　に隣接して配置したシ、あるいは両者を
同一素子で兼用し、時分割によシ超音波放射、検出機能
を切換えることにより、さらに該放射方向とを一致させ
ることによシ、超音波イメージングが達成される。

しかしながら、第３図の構成を該近接見センサに適用す
る場合には重大な欠点が存在する６肖該欠点について以
下に述べる。ロボット装置での近接覚センサとしては、
最大５０口までの距離内に存在する検出対象を軸度良く
検出できることが要求されている。通常の工業用ロボッ
ト装置では、放射される超音波の伝播媒体は空気である
ので、該超音波の伝播速度は、空気中での音速３４０ｒ
ｒＬ／臓と等しい。検出対象までの距離を５０３とすれ
ば、該超音波は往復ｉＷＬの距離を伝播することになシ
、該距離の伝播に必要な時間は約３ｍ５ｅｃである。即
ち、前記定められた周期を３ｙＬｗｒ：以上に設定しな
ければならない。第３図の２１で示した放射方向を１°
毎に変化させ９０°の全方向範囲をカバーするためには
、９０回の前記超音波の放射が必要となシ、当該全方向
範囲内の検出対象を検出するためには約２７０ｍ５ｅｃ
必要となる。当該全方向範囲の走査周期の逆数をフレー
ム周波数と定義するならば、当該数値例に対しては、フ
レーム周波数３、７　Ｈｚとなる。該３．７　Ｈｚのフ
レーム周波数は、ロボット装置を制御するためには低す
ぎることが明らかである。換言するならば５毎秒３，７
回で出現する超音波イメージを基に、ロボット装置の一
部、例えばアームを移動させる時には、高速移動が困難
となシ、工業用ロボット装置では生産性が低下し、さら
には、高速応答を要求される分野には当該装置を適用し
難いという重大な欠点があった。

第４図は本発明の一実施例を示す図である。図において
、４０ｍ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは、−次元状プレイ
に配列された超音波を検出できる素子であシ、４１ｍ、
４１ｂ、４１ｃ、４１ｄは入力が当該素子に個別に接続
された増幅回路であシ、当該回路の出力は、それぞれ、
第一の遅延回路群を構成する遅延回路４３ｍ、４３ｂ、
４３ｃ、４３ｄに接続されている。

該回路の出力は共通に接続され、端子４５へ接続されて
いる。また、４２ｍ、４２ｂ、４２ｅ＋４２ｄは入力が
当該素子に個別に接続された増幅回路であシ、尚該回路
の出力は、それぞれ、第二の遅延回路群を構成する遅延
回路４４ｍ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄに接続されている
。該回路の出力は共通に接続され、端子４６へ接続され
ている。４７．４８はそれぞれ４９．５０の方向から進
行してくる前記超音波反射波の波面を示している。４９
．５０の方向は互いに対称の方向でおるかの如きに図示
されているが、これに限らない。４７．４８は図示され
ていない手段によシ、定められた周期内に放射された異
なる二方向への超音波ビームが、異なる検出対象によシ
反射して、当該アレイに向りて反射波が形成されるもの
として描かれている。なお、４７．４８の波面の形状は
、第３図での２５．２６と同様に、円弧状であるが、検
出対象と該プレイ間との距※が該アレイの寸法と比して
十分に大きいならば、便宜上第４図に示すような直線状
と考えても良い。

４７０波面に対しては、４０ｍで最も早く、かつ、４０
ｄで最も遅く検出され、一方、４Ｂの波面に対しては、
４０ｄで最も早く、かつ、４０ｍで最も遅く検出される
。当該検出の時間差を４４ａ、４４ｂ＊・・・。

および、４３ａ、４３ｂ、・・・の遅延回路で補償する
ならば、当該遅延回路の出力では、恰かも該検出時間差
が零で４７．４８が検出されるかのように考えられる。

かかる状況は第５図に各部波形として示されている。第
５図において、１４０ａ、１４０ｂ。

１４０ｅ、１４０ｄは、それぞれ、４０ｍ、４０ｂ、４
０ｃ。

４０ｄにて得られた超音波検出信号であシ、４７゜４８
に対応する当該信号として図示されている。

１４３ａ　、　１４３ｂ　、　１４３ｅ　、　１４３ｄ
は、それぞれ、４３ｍ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄにて遅
延された当該信号である。当該遅延回路における一ｉｌ
！ａ時間は、それぞれ、２４３ａ、２４３ｂ、２４３ｃ
、２４３ｄとして示されている。１４５は端子４５にて
得られる、該第−の遅延回路群の和としての信号波形で
ある。前記波面４７が、超音波を検出できる当該素子に
、順次到達しているＫもかかわらず、２４３ｍ、２４３
ｂ。

２４３ｃ、２４３ｄで示された如き適切な遅延時間Ｃ設
定によシ、１４５ａの大振幅パルスで示される。８号が
検出されている。換言するならば、４７の到来する方向
に対して指向性を有しているように、該遅延時間が設定
されている。−ｔｆｃ、第５図において、１４４ｍ、１
４４ｂ、１４４ｅ、１４４ｄは、それぞれ、４４ｍ、４
４ｂ、４４ａ、４４ｄにて遅延された当該信号である。

当該遅延回路における遅延時間は、それぞれ−２４４ａ
　ｅ　２４４　ｂ　、２４４　ｃ　ｅ　２４４　ｄとし
て示されている。１４６は端子４６にて得られる、該第
二の遅延回路群の和としての信号波形である。

前記波面４８が、超音波を検出できる当該素子に、順次
到達しているにもかかわらず、２４４　ｍ　＊　２４４
　ｂ　−２４４ｃ、２４４ｄで示された如き適切な遅延
時間の設定によシ、】４６ａの大振幅パルスで示される
信号が検出されている。換１″するならば、４８の到来
する方向に対して指向性を有しているように、該遅延時
間が設定されている。第６図は、第１図の実施例の動作
を説明する図であシ、異なる二周期にわたる各部波形で
示されている。図において、第５図と同一番号は同−構
成要素を示している。

また、同図では、前記遅延回路の各出力波形は省略され
ておシ、端子４５．４６での波形のみが示されている。

図において、第一の周期５５での当該波形は第５図と同
一でおる。一方、第二の周期５６においては、超音波の
当該検出素子への到達時間が異っている。例えば、４０
ａ、４０ｂの二累子に該超音波が到達する時間差は、第
一の周期で６０であったものが、該第二の周期では６１
となっている。即ち、該超音波の到来方向は、該プレイ
とより平行に近いようになっている。当該周期において
は、該第−の遅延回路群での遅延時間は、３４３ａ、３
４３ｂ、３４３ｃ、３４３ｄで示されるように、該第−
の周期での値と比較して、よシ長くなっている。かかる
遅延時間の制御の結果、４５には１４５ｂで示す波形が
得られ、良好な検出時の指向性が達成されている。該第
二の遅延回路群においても同様な制御が成される結果、
４６には１４６ｂで示す波形が得られ、良好な指向性が
実現されていることになる。第６図に示した動作ｊ剰に
おける検出時の指向性は第７図に示されている。図にお
いて、第４図と同一番号は同−構成臂素を示している。

第一の周期５５における指向性は４９ａと５０ａ、一方
、第二の周期５６における指向性は６０と６１である。

４９ｇ、５０ｍは、それぞれ、４９゜５０に対応するも
のであるが、４９．５０が超音波波面の進行方向＊　４
９ｍ、５０ｍが検出時の指向性であるため、矢印の方向
としては互いに逆向き罠なっている。なお、第４図〜第
７図では、超音波の到来する異なる二方向が、互いに対
称である場合が示されているが、互いに非対称であって
も構わない。本発明の技術分野である超音波放射と検出
との組み合わせに基づく超音波装置では、通常、該放射
の方向と該検出時の指向性の方向は対応しておシ、さら
に、超音波を検出できる素子アレイの動作時には、予め
、超音波の到来する方向を決定できる。即ち、該放射の
方向が第一に決定されていて、当該検出時の指向性の方
向が該放射の方向に一致するように、本発明の操影超音
波装置の動作条件、例えば、前記遅延時間が設定される
。

かかる理由によシ、定められた周期内での超音波の到来
する複数の方向についての限定は、補数装置側には伺ら
存在し得ないことになる。しかしながら、４９が尚該ア
レイの前方空間の左方から、また、５０が当該アレイの
前方空間の右方から到来することが、当該装置の構成上
有利になることが以下に示される。即ち、当該条件にお
いては。

第４図での各遅延回路における遅延時間が、図面上での
当該回路の長さとして概念的に示されているように、第
一の遅延回路群を構成する遅延回路４３ｍ、４３ｂ、４
３ｃ、４３ｄでの遅延時間が％該プレイの素子配列方向
、４０ｄ、４０ｃ、４０ｂ、４０ｍの方向に順次垢太し
、第二の遅延回路群を構成する遅延回路４４ａ、４４ｂ
、４４ｃ、４４ｄでの遅延時間が、当該方向に順次減少
している。該遅延回路をシフトレジスタで実現するなら
ば、尚該遅延時間は、シフトレジスタの段数と、該シフ
トレジスタに供給されるクロック周波数の逆数との積に
等しくなるため、前記遅延回路群での当該段数を第４図
での当該回路の図面上での長さに対応するよう予め設定
しておけば、該遅延回路群へ共通に供給されるクロック
周波数を変化させることによシ、前記遅延時間の増大、
減少関係を保持したまま、該遅延時間を任意に設定でき
ることになる。当該回路群に共通のクロック周波数を供
給できることは、駆動のための周辺回路の規模を小さく
できるのみならず、当該遅延回路相互の干渉による特性
劣化が防止できるため、当該装置の構成上、特に有利に
なることは明らかである。さらに、４９．５０の方向が
左右対称である場合には、当該遅延回路も左右対称に設
定できる。即ち、４４ｄと４３ａ。

４４ｃと４３ｂ、４４ｂと４３ｅ、４４ｍと４３ｄとを
同一構成にできる。

第４図では、定められた時刻における波面４７゜４８が
、該アレイに対して等しい距離にあるかのように示され
ている。かかる状況は、該アレイから、二つの検出対象
体（該物体での反射によシ４７．４８が形成される）ま
での距離が等しいことに対応している。即ち、第５図、
第６図の１４０ｍ。

１４０ｄで示したように、４７が４０ｍ、４０ｄに到達
する該周期内での時刻は、それぞれ、４８が４０ｄ。

４０ｍに到達する該周期内での時刻と同一である。

当該状況は、説明を容易ならしめるために仮定されてい
るに過ぎず、これに限定されることは無い。

第５図、第６図での波形は全て、バースト状の矩形波パ
ルスとしているが、これに限らない。該波形は、放射さ
れた超音波の波形と、前記超音波を検出できる素子の特
性に依存している。特に、該素子が急峻な共振特性を用
いて超音波の音圧を検出するものであれば、該波形はバ
ースト状の正弦波パルスに近似されることが知られてい
る。４４ａ。

４４ｂ、・・・１４３ａ＊４３ｂ＊・・・は単に信号を
遅延させ、かつ、遅延時間が制御されることのみが要求
されているにすぎず、その構成については伺ら限定され
ない。例えば、ＴＴＬ回路のシフトレジスタ、ランダム
アクセスメモリ等であっても良く、また、周知の電荷結
合素子であっても良い。前者においては、必要に応じて
、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器と併用される。後者にお
いては、波形に依存せず、アナログ遅延機能が達成され
る特徴がある。

また、第５図、第６図での波形例では、例えば、４３ａ
と４３ｂ、４３ｂと４３ｃ、４３ｃと４３ｄでの遅延時
間差が等しいかの如く示されているが、これに限定され
ない。遅延時間は、所望の指向性が得られるように設定
され、さらに、特定の方向の特定の距離に検出の合焦点
機能が達成されるように設定されて良い。４１ａ、４１
ｂ、−，４２ｍ、４２ｂ、−は４０ｔ、４０ｂ、−から
の出力信−号を、４４ｍ、４４ｂ。

・・・４３ｍ、４３ｂ＋・・・に入力するのに十分なレ
ベルまで増幅する機能を有している。例えば、４３ｍと
４４ｍとが同一の入力部構成を有している場合には４１
ａ、４２ａのいずれかを、また、該入力部が高感度であ
る場合には４１ａ、４２ｍのいずれも省略化することも
できる。また、４１ｍ、４１ｂ、・・’ｓ　４２ａｔ４
２ｂ、・・・の利得は一様である必要はなく、−周期内
で異なる利得を有し、かつ、該利得が周期毎に変化して
も良い。第４図での説明には、素子数が４の一次元状プ
レイについて、２サイクルの検出パルスを用いたが、こ
れらに限定されることは無い。即ち、素子数については
自然数であれば良く、アレイ形状については二次元状で
も良く、検出パルスの繰シ返し数については伺ら制限を
受けない。

かかる動作に基づく本発明では、定められた周期内で異
なる二方向から到達する超音波を検出しているため、前
記した９００の全方向範囲を走査するためには４５の周
期で十分となる。即ち、前記したフレーム周波数は、７
．４　Ｈｚにまで増加し、ロボット装置の制御上、アー
ムの動作速度上限を２倍に改善できる効果がある。

第８図は、前記超音波を検出できる素子の構成例を示す
図である。同図（ａ）において、９５は圧電体％９６．
９７は電極である。該９５の材質はＺ　ｎＯ＊ＰＺＴ、
ＰＬＺＴ、ＡｔＮ等の無機物、ＰＶＤＦ等の有機物、有
機物材料と無機物材料の混会体であるハイブリッド等、
広範囲に選択できる。また、９６゜９７は９５との密着
性が晶く、９５の圧電揚動に対しても良好な信頼性を維
持できる材料ならば任意に選択できる。当該構成例では
、９５に前記超音波が供給され、周知の圧電効果にょシ
９５に電荷が誘起され、９６．９７’に電圧が発生する
。なお、当該９５，９６．９７から成る構造体は絶縁手
段を介してシリコン基板上に、接着剤、ペースト等にて
固定されていても良い。第８図（ｂ）は、シリコン集積
回路技術を用いた場曾の構成例である。同図において、
１００は第一の導電型を有するシリコン基板、１０１，
１０２は１００と導電型を異にする拡散ノー、１０３は
絶縁膜、１０４，１０６は電極、１０５は薄膜圧電膜で
ある。該１０５の材質は前記９５と同様に考えられるが
、スパッタ技術等により圧電薄膜が容易に得られるＺｎ
Ｏ，ＡｔＮ等が望ましい。当該構成においては、１０６
を一定の電位に固定、１０４を浮動の状態にすることに
よυ、１００と垂直な方向から到来する超音波によシ、
周知の圧電効果に従い、１０５内に電荷を誘起せしめる
ことができる。

該６起された電荷は、１０１がソース、１０・２がドレ
インとして作用するよう適宜バイアスされる手段が施こ
されたＦＥＴのチャネル電流を変調せしめるため、超音
波の検出器として、該構成は作用する。なお、１０４の
′電極は省略することも可能である。一方、１０４と１
０６とに超音波のパルスを供給するならば、周知の逆圧
電効果によ、９１０５を振動させることができる。即ち
、第８図（ｂ）の構成は、第３図にて、２０ａ、２０ｂ
、・・・として例示した超音波放射器としても機能する
ため、ＩＣ化された放射、検出器５機能を有する当該超
音波装置を実現することができる。

第９図は本発明の他の実施例を示す図であシ、第４図に
示した遅延回路群が周知の′電荷結合素子技術を用いて
構成されている。電荷詰合素子の基本構造、動作原理等
については、周知であるので、第９図では三相駆動型の
表面チャネル型電荷結合素子の平面図のみが示されてい
る。同図において、１５０はシリコン基板内に埋設され
たチャネルストップ領域の端部を示す線、１５１は当該
素子への電荷注入源となる該シリコン基板と反対導電型
の入力部拡散層領域の端部を示す線、１５２は当該素子
から電荷を検出するための該シリコン基板と反対導電型
の出力部拡散層領域の端部を示す線である。１５１で囲
まれた入力部拡散層領域１５３ａ。

１５３ｂ、・・・には屯気的接続紫とる手段が施こされ
、それぞれ、端子１５４ａ、１５４ｂ、・・・に接続さ
れてｂる。１５４ａ、１５４ｂ、−・−は、それぞれ、
前ｄ己４２ａ。

４１ａ、４２ｂ、４１ｂ、４２ｃ、４１ｃ、４２ｄ、４
１ｄからの出力信号が接続される手段を有している。１
５２で囲まれた出力部拡散層領域１５５ａ、１５５ｂ、
・・・には、それぞれ電気的接続をとる手段が施こされ
、二つの出力端子４５．４６へ接続されている。

１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、−は該電荷結合素子の
転送電極であシ、駆動のための三相転送パルスが供給さ
れる端子１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｅに接続されてい
る。１５８は該電荷結合素子の出力グー）ｉｋ％ｘで、
直流電圧源に接続される端子１５９に接続される手段を
有する。１６０ｍ、１６０ｂ、１６０ｃ、１６０ｄ　。

１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄは、それぞれ
、第４図の４４ａ、４４ｂｓ４４ｃ、４４ｄｓ４３ｍ、
４３ｂｓ４３ｃ、４３ｄに対応する当該電荷結合素子の
チャネル領域である。該領域は、それぞれ、１５３ａと
１５５ｍ、１５３ｃと１５５ｅ、１５３ｅと１５５ｅ、
１５３ｇと１５５ｇ、１５３ｂと１５５ｂ、１５３ｄと
１５５ｄ。

１５３ｆと１５５ｆ、１５３ｈと１５５ｈとの中間に位
置しておシ、１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃ、、１６０
ｄ、１６１ｍ。

１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄでの該転送電極数は、そ
れぞれ、６，１２，１８，２４，２４，１８，１２．６
である。

当該電荷結合素子は三相駆動型であるため、該各チャネ
ル領域での素子数は、それぞれ、２，４，６゜８．８，
６，４．２となる。即ち、本実施例では、４４ａ。

４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ、４３ｍ、４３ｂ、４３ｅ、４
３ｄの各遅延回路がそれぞれ、２．４，６，８，８，６
，４．２素子の当該電荷結合素子から成るアナログ遅延
回路で構成されている場合が示されている。当該事例に
おいて、該遅延回路への被３！！延信号が４０ＫＨｚの
正弦波で、かつ、当該転送パルスの周波数が１Ｍ１ｌｚ
である場合には、該遅延回路群の出力には、それぞれ、
２，４．６，８，８，６，４，２μ就遅廷されｆｔ、、
　４０　ＫＨｚの正弦波が得られる。

（発明の効果） 本発明において素子数は単に例示されたに過ぎず、他の
素子数であっても良い。当該構成を用いるならば、第４
図に示した構成を全て単一のシリコン集積回路として実
現できる利点がある。さらに、本実施例では、１５７ｍ
、１５７ｂ、１５７ｃに供給する三相転送パルスの繰シ
返し周波数を制御することによシ、当該チャネル領域で
の遅延時間を一角に変化させることができ、当該超音波
装置の駆動上、非常に有効になることは明らかである。

なお、本実施例での説明に際しては、概念的な平面図を
用いて、当該電荷結合素子の動作を説明した。

本発明では単に図示した例に限定されることなく、周知
の当該電荷結合素子に関する技術、例えば、各種の電荷
注入法、電荷検出法、電荷転送駆動法。

埋めこみチャネル型を含む各種の素子構造等を組み合わ
せて良いことは、本明細書の記載よシ明らかであシ、こ
れらは全て本発明に含まれる。

以上、本発明について図面を用いて詳細な説明を行った
。なお、説明に踪しては、超音波の検出に限定したが、
超音波の放射については、第３図の従来例が適用できる
。勿論本発明では、複数の方向からの超音波反射信号を
検出しているため、第３図に例示した放射のための当該
構成を当該複数組準備することが必要である。本発明に
よれば、空気中に存在する検出対象物体を高速のフレー
ム周波数で検出し、当該物体の形状、および、当該物体
までの距離を容易に精度良く検知することができる利点
が発生する。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波技術を用いた従来のセンサ、第２図は第
１図の動作を説明する図である。第３図は従来の超音波
装置を説明する図である。第４図は本発明の一実施例、
第５図、第６図、第７図は当該実施例の動作を説明する
ための図、第８図（ａ）。 （ｂ）は補数実施例の一部を詳細に説明する図である。 第９図は本発明の他の実施例を説明する図である。 図において、１・・・超音波送信器、２・・・超音波受
信器、３．４・・・指向性パターン、５．６，２３，２
４・・・検出対象、１０・・・超音波波形、１１・・・
受信波形、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ−超音波放
射器、２１゜２２．４９，５０，４９ａ、５０ａ、６０
．６１・・・方向、２５゜２６．４７．４８・・・波面
、３０ｍ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ。 ４０ｍ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ−超音波を検出できる
素子、３１ｍ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、４３ｍ、４３
ｂ、４３ｅ　。 ４３ｄ、４４ｍ、４４ｂ、４４ｃ、４４ｄ−遅延回路、
３２゜４５．４６・＝端子、４１ｍ、４１ｂｙ４１ｃ、
４１ｄ、４２ａ。 ４２ｂ、４２ｅ、４２ｓＬ・・４幅回路、１４０ａ、１
４０ｂ。 １４０ｃ、１４０ｄ、１４３ｍ、１４３ｂ、１４３ｃ、
１４３ｄ。 １４４ｍ、１４４ｂ、１４４ｃ、１４４ｄ−波形、２４
３＆ｅ２４３ｂ、２４３ｅ、２４３ｄ、２４４ａ、２４
４ｂ、２４４ｃ。 ２４４ｄ、３４３ｍ、３４３ｂ、３４３ｃ、３４３ｄ”
’遅延時間、５５．５６・・・周期、９５・・・圧電体
、１０５・・薄膜圧電膜、９６，９７，１０４，１０６
・・・電極、１０３・・・絶縁膜。 １００・−シリコン基板、１０１，１０２＝拡散層、１
５０・・・チャネルスト、プ領域の端部、１５１．１５
２・・拡散層領域の端部、１５３ｍ、１５３ｂ、−，１
５５ｍ。 １５５ｂ、＝・拡散ノー領域、１５４ａ、１５４ｂ、”
’　＊１５７ａ、１５７ｂ、１５７ｃ、１５９一端子、
１５６ｍ。 １５６ｂ、１５６ｅ、−転送電極、１５８−・・出力ゲ
ート電極、１６０Ｍ、１６０ｂ、−，１６１＆、１６１
ｂ、−・・チャネル領域である。 代理人弁理士　内原　晋 オ　１　図 第２図 １゜ １ ３１１ 第３図 第４図 オ　５　図 ＋４４ｂ　２４４ｂ圃合し− １４４Ｃ竺！−朋」几−− オフ図 オ８図 （ＣＩ）　（ｂ） オ　９　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超音波を検出できるＮ個（Ｎ≧２）の素子が、−次元あ
   るいは二次元状プレイに配列された構造を有する超音波
   装置において、定められた周期内の同一時刻あるいは異
   彦る時刻に定められた異なる二つの方向から該アレイに
   到達する超音波によシ、該アレイを構成する各素子に個
   別に発生した超音波検出信号を、当該各素子毎に設けら
   れた各々第一および第二の遅延回路群を構成する二つの
   遅延回路に入力させる手段と、当該第一の遅延回路群の
   出力を加算する手段と、当該第二の遅延回路群の出力を
   加算する手段とを有し、該第−の遅延回路群を構成する
   Ｎ個の遅延回路での遅延時間が該アレイの素子配列方向
   に順次増大し、かつ、該第二の遅延回路群を構成するＮ
   個の遅延回路での遅延時間が該プレイの当該素子配列方
   向に順次減少するようにしたことを特徴とする超音波装
   置。