JPH1172556A - 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 - Google Patents
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Info
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- JPH1172556A JPH1172556A JP19583598A JP19583598A JPH1172556A JP H1172556 A JPH1172556 A JP H1172556A JP 19583598 A JP19583598 A JP 19583598A JP 19583598 A JP19583598 A JP 19583598A JP H1172556 A JPH1172556 A JP H1172556A
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超音波走査による検知物体の位置同定に際
し、その同定品質を向上させる。 【解決手段】 超音波トランスデューサ（１）の位相配
列を発信器（５２）および受信器（５４）として用い、
該位相配列を電気的に制御して検知区域を超音波走査す
るものである。ここで、異なる配列形態を持つ超音波ト
ランスデューサ（１）をそれぞれ超音波発信器（５２）
として順次制御し、各形態毎の検知物体からの反射エコ
ー信号をメモリー（５６）する。両反射エコー信号を逐
一数学的に組み合わせることで、検知物体の正確な位置
や方位が識別できる。
し、その同定品質を向上させる。 【解決手段】 超音波トランスデューサ（１）の位相配
列を発信器（５２）および受信器（５４）として用い、
該位相配列を電気的に制御して検知区域を超音波走査す
るものである。ここで、異なる配列形態を持つ超音波ト
ランスデューサ（１）をそれぞれ超音波発信器（５２）
として順次制御し、各形態毎の検知物体からの反射エコ
ー信号をメモリー（５６）する。両反射エコー信号を逐
一数学的に組み合わせることで、検知物体の正確な位置
や方位が識別できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、監視区域において
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コントロールする方
法に関するもので、超音波トランスデューサは音響発信
ローブを形成する発信器として、あるいは反射エコー信
号を受信したり、受信した反射エコー信号に基づいて受
信方位解析を行なうための受信器として用いられる。
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コントロールする方
法に関するもので、超音波トランスデューサは音響発信
ローブを形成する発信器として、あるいは反射エコー信
号を受信したり、受信した反射エコー信号に基づいて受
信方位解析を行なうための受信器として用いられる。
【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が用いら
れることは周知であり、特に超音波トランスデューサの
位相配列がロボット誘導のために使われる。図１は位相
配列された周知の超音波トランスデューサの一例であ
る。超音波トランスデューサは線Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3上に６
腕の星状に配列され、全てＹ方向に向けて超音波を発信
する。図１の例では、１次元配列をなす、水平線X1上に
ある３つのトランスデューサ１ａ、１ｂ、１ｃが超音波
発信器として用いられ、周囲のいくつかのトランスデュ
ーサが反射エコー信号をとらえ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環状に
配列され、本質的に発信超音波の波長λに対応する間隔
を持って隔てられている。隣り合う超音波トランスデュ
ーサの間隔やそれら出力が全体の大きさに依存するた
め、波長λ／２の間隔もよく用いられる。このような配
列では、その区域が図２に代表される音響ローブパター
ン、これは図１の面（Ｙ，Ｘ1）において励起された超
音波トランスデューサ配列の空間的な音響エネルギー分
布を表わすパターンで表わされる発信器配列の音響フィ
ールドは、異なる位相で電気的に励起された３つの発信
器からの超音波振動の重ねあわせによって与えられる。
区域を走査するために超音波トランスデューサが用いら
れることは周知であり、特に超音波トランスデューサの
位相配列がロボット誘導のために使われる。図１は位相
配列された周知の超音波トランスデューサの一例であ
る。超音波トランスデューサは線Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3上に６
腕の星状に配列され、全てＹ方向に向けて超音波を発信
する。図１の例では、１次元配列をなす、水平線X1上に
ある３つのトランスデューサ１ａ、１ｂ、１ｃが超音波
発信器として用いられ、周囲のいくつかのトランスデュ
ーサが反射エコー信号をとらえ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環状に
配列され、本質的に発信超音波の波長λに対応する間隔
を持って隔てられている。隣り合う超音波トランスデュ
ーサの間隔やそれら出力が全体の大きさに依存するた
め、波長λ／２の間隔もよく用いられる。このような配
列では、その区域が図２に代表される音響ローブパター
ン、これは図１の面（Ｙ，Ｘ1）において励起された超
音波トランスデューサ配列の空間的な音響エネルギー分
布を表わすパターンで表わされる発信器配列の音響フィ
ールドは、異なる位相で電気的に励起された３つの発信
器からの超音波振動の重ねあわせによって与えられる。
【０００３】このような配列は３種類の超音波ビーム
（以後、ローブと呼ぶ）を生成する。即ち、一つの主ロ
ーブ２、超音波１波長分のずれによる２つの干渉ローブ
４、４’（以後、干渉ローブと呼ぶ）と配列口径におけ
る回折による複数の小さな二次ローブ（以後、回折ロー
ブと呼ぶ）３、３’、５、５’である。図２において、
メインローブ２は発信平面Ｐ２を、干渉ローブ４、４’
は発信平面Ｐ４、Ｐ４’を、また回折ローブ３、３’、
５、５’は発信平面Ｐ３、Ｐ３’、Ｐ５、Ｐ５’をそれ
ぞれ画定する。干渉ローブおよび回折ローブの発信平面
は、すべて発信平面Ｐ２について対象であり、軸Ｚにそ
って互いに横切っている。
（以後、ローブと呼ぶ）を生成する。即ち、一つの主ロ
ーブ２、超音波１波長分のずれによる２つの干渉ローブ
４、４’（以後、干渉ローブと呼ぶ）と配列口径におけ
る回折による複数の小さな二次ローブ（以後、回折ロー
ブと呼ぶ）３、３’、５、５’である。図２において、
メインローブ２は発信平面Ｐ２を、干渉ローブ４、４’
は発信平面Ｐ４、Ｐ４’を、また回折ローブ３、３’、
５、５’は発信平面Ｐ３、Ｐ３’、Ｐ５、Ｐ５’をそれ
ぞれ画定する。干渉ローブおよび回折ローブの発信平面
は、すべて発信平面Ｐ２について対象であり、軸Ｚにそ
って互いに横切っている。
【０００４】図２は、平面（Ｘ1，Ｙ）における、図１
の線形トランスデューサ配列１ａ、１ｂ、１ｃによって
生成された音響ローブパターンの２次元像である。３次
元像でみると、この種の線形超音波トランスデューサ配
列は、図３に示すようなディスク状ローブ２、２つの干
渉ローブ４、４’および回折ローブ３、３’、５、５’
を生成する。図３は、超音波トランスデューサ配列１の
線Ｘ1上の７つの連携するトランスデューサを発信して
形成された音響ローブパターンの３次元像を示す。図３
では、干渉ローブ４’および回折ローブ３’、５’はメ
インローブ２の向こう側に隠れている。
の線形トランスデューサ配列１ａ、１ｂ、１ｃによって
生成された音響ローブパターンの２次元像である。３次
元像でみると、この種の線形超音波トランスデューサ配
列は、図３に示すようなディスク状ローブ２、２つの干
渉ローブ４、４’および回折ローブ３、３’、５、５’
を生成する。図３は、超音波トランスデューサ配列１の
線Ｘ1上の７つの連携するトランスデューサを発信して
形成された音響ローブパターンの３次元像を示す。図３
では、干渉ローブ４’および回折ローブ３’、５’はメ
インローブ２の向こう側に隠れている。
【０００５】図４は、図１の６腕星状配列の１９のトラ
ンスデューサを発信器として用いた場合に形成された音
響ローブパターンである。線形発信器配列によって形成
されたこれまでの音響ローブパターンに対し、図４に示
す干渉ローブ７と回折ローブ８はメインローブ６の水平
走査平面（Ｘ1，Ｙ）内にはない。
ンスデューサを発信器として用いた場合に形成された音
響ローブパターンである。線形発信器配列によって形成
されたこれまでの音響ローブパターンに対し、図４に示
す干渉ローブ７と回折ローブ８はメインローブ６の水平
走査平面（Ｘ1，Ｙ）内にはない。
【０００６】連続する所望の方位において、即ち、平面
（Ｘ1，Ｙ）の異なる角度方位において、音響パルスの
位相を単一化するために、電気的な走査が位相配列の個
別トランスデューサに対し適切に励起信号を与えること
で達成される。同時にローブの空間的なエネルギー分布
が変化する。即ち、図２の矢印ＦまたはＦ’のような走
査によるメインローブの転回に対して、メインローブの
一方に位置する干渉ローブが縮小し、他方の干渉ローブ
が増大する。従って、メインローブは干渉ローブとな
り、反対側の干渉ローブが音響エネルギーの最も大きい
メインローブとなる。発信器に与えられる複数の励起信
号間において連続的な位相変化が起こる連続的な超音波
発信によって、０度から実用的には±９０度の認識区域
を走査できる。
（Ｘ1，Ｙ）の異なる角度方位において、音響パルスの
位相を単一化するために、電気的な走査が位相配列の個
別トランスデューサに対し適切に励起信号を与えること
で達成される。同時にローブの空間的なエネルギー分布
が変化する。即ち、図２の矢印ＦまたはＦ’のような走
査によるメインローブの転回に対して、メインローブの
一方に位置する干渉ローブが縮小し、他方の干渉ローブ
が増大する。従って、メインローブは干渉ローブとな
り、反対側の干渉ローブが音響エネルギーの最も大きい
メインローブとなる。発信器に与えられる複数の励起信
号間において連続的な位相変化が起こる連続的な超音波
発信によって、０度から実用的には±９０度の認識区域
を走査できる。
【０００７】メインローブの反射エコー信号の計測に際
し、一つ以上の反射エコー信号の存在を確認すること
で、走査区域内での物体の位置、形状ならびに分布が認
識される。こういった１次元の超音波トランスデューサ
位相配列は特開平５−２３５７号公報に開示されてい
る。二次元の超音波トランスデューサ配列は、その電気
的走査方法も含めて "Ultrasonic imaging system for
robotics using an electronic scanning method", S.
Kuroda et al, Robotica (1984), volume 2, pages47-5
3に開示がある。
し、一つ以上の反射エコー信号の存在を確認すること
で、走査区域内での物体の位置、形状ならびに分布が認
識される。こういった１次元の超音波トランスデューサ
位相配列は特開平５−２３５７号公報に開示されてい
る。二次元の超音波トランスデューサ配列は、その電気
的走査方法も含めて "Ultrasonic imaging system for
robotics using an electronic scanning method", S.
Kuroda et al, Robotica (1984), volume 2, pages47-5
3に開示がある。
【０００８】しかし上記従来の走査方法では、検出物体
の位置を特定する際、干渉ローブが虚像を招く反射エコ
ー信号を生成する。この虚像は、配列ローブが水平面で
はなく、従って解像度が低くなる筒状ビームにおける水
平走査によって制限されうる。更に多くの回折ローブが
干渉しあう小さな二次反射エコー信号を生成する。
の位置を特定する際、干渉ローブが虚像を招く反射エコ
ー信号を生成する。この虚像は、配列ローブが水平面で
はなく、従って解像度が低くなる筒状ビームにおける水
平走査によって制限されうる。更に多くの回折ローブが
干渉しあう小さな二次反射エコー信号を生成する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】従って、単純な超音波
トランスデューサの位相配列と安価な電気制御回路によ
って構成され、高い解像度、高い信頼性およびより短い
作業時間を達成する新しい超音波走査方法の開発が待た
れている。それゆえ、本発明は、上記従来技術の不具合
を解消し、検知物体の位置を同定するマッピング品質を
向上することを、その技術的課題とする。
トランスデューサの位相配列と安価な電気制御回路によ
って構成され、高い解像度、高い信頼性およびより短い
作業時間を達成する新しい超音波走査方法の開発が待た
れている。それゆえ、本発明は、上記従来技術の不具合
を解消し、検知物体の位置を同定するマッピング品質を
向上することを、その技術的課題とする。
【００１０】
【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の技術的手段は、超音
波トランスデューサが、超音波走査のための音響ローブ
を発信する発信器として、またその反射エコー信号を受
信する受信器として用いられ、監視区域の少なくとも一
つの範囲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おいて、第１音響ロー
ブパターン（９、１０、１０’、１１）を生成するため
に第１配列形態の超音波トランスデューサを発信器とし
て制御し、対応する第１反射エコー信号をメモリーに格
納するために該第１反射エコー信号を受信する受信器と
して少なくとも一つの超音波トランスデューサを制御す
るステップと、前記第１音響ローブパターンとは異なる
第２音響ローブパターン（１４、１５、１５’、１６）
を生成するために第２配列形態の超音波トランスデュー
サを発信器として制御し、対応する第２反射エコー信号
をメモリーに格納するために該第２反射エコー信号を受
信する受信器として少なくとも一つの超音波トランスデ
ューサを制御するステップと、両反射エコー信号（１
２、１２’、１９；１７、１７’、１８）の対応する角
度位置に現れる反射エコー信号を正確に認識するため
に、メモリーに格納された前記第１反射エコー信号（１
２、１２’、１９）を、メモリーに格納された前記第２
反射エコー信号（１７、１７’、１８）と逐一数学的に
組み合わせるステップとによって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ようにしたことであ
る。
決するために講じた本発明の第１の技術的手段は、超音
波トランスデューサが、超音波走査のための音響ローブ
を発信する発信器として、またその反射エコー信号を受
信する受信器として用いられ、監視区域の少なくとも一
つの範囲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おいて、第１音響ロー
ブパターン（９、１０、１０’、１１）を生成するため
に第１配列形態の超音波トランスデューサを発信器とし
て制御し、対応する第１反射エコー信号をメモリーに格
納するために該第１反射エコー信号を受信する受信器と
して少なくとも一つの超音波トランスデューサを制御す
るステップと、前記第１音響ローブパターンとは異なる
第２音響ローブパターン（１４、１５、１５’、１６）
を生成するために第２配列形態の超音波トランスデュー
サを発信器として制御し、対応する第２反射エコー信号
をメモリーに格納するために該第２反射エコー信号を受
信する受信器として少なくとも一つの超音波トランスデ
ューサを制御するステップと、両反射エコー信号（１
２、１２’、１９；１７、１７’、１８）の対応する角
度位置に現れる反射エコー信号を正確に認識するため
に、メモリーに格納された前記第１反射エコー信号（１
２、１２’、１９）を、メモリーに格納された前記第２
反射エコー信号（１７、１７’、１８）と逐一数学的に
組み合わせるステップとによって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ようにしたことであ
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２の技術的手段は、超音波トランス
デューサが、超音波走査のための音響ローブを発信する
発信器として、またその反射エコー信号を受信する受信
器として用いられ、監視区域の少なくとも一つの範囲を
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おいて、第１音響ローブパターン
（９、１０、１０’、１１）を生成するために第１配列
形態の超音波トランスデューサを発信器として制御する
ステップと、該第１音響ローブパターンからの反射エコ
ー信号を受信するために、発信器として用いられた第１
配列形態とは異なる第２配列形態の超音波トランスデュ
ーサを受信器として制御するステップと、反射エコー信
号を正確に識別するために、該反射エコー信号に対して
受信方位解析方法を適用するステップとによって超音波
トランスデューサの位相配列を電気的に制御するように
したことである。
に講じた本発明の第２の技術的手段は、超音波トランス
デューサが、超音波走査のための音響ローブを発信する
発信器として、またその反射エコー信号を受信する受信
器として用いられ、監視区域の少なくとも一つの範囲を
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おいて、第１音響ローブパターン
（９、１０、１０’、１１）を生成するために第１配列
形態の超音波トランスデューサを発信器として制御する
ステップと、該第１音響ローブパターンからの反射エコ
ー信号を受信するために、発信器として用いられた第１
配列形態とは異なる第２配列形態の超音波トランスデュ
ーサを受信器として制御するステップと、反射エコー信
号を正確に識別するために、該反射エコー信号に対して
受信方位解析方法を適用するステップとによって超音波
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３の技術的手段は、超音波トランス
デューサが、超音波走査のための音響ローブを発信する
発信器として、またその反射エコー信号を受信する受信
器として用いられ、監視区域の少なくとも一つの範囲を
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おいて、少なくとも１回超音波を
発信するために少なくとも一つの超音波トランスデュー
サを発信器として制御するステップと、該少なくとも１
回の超音波の発信に基づく反射エコー信号を受信するた
めに、第１配列形態の超音波トランスデューサを受信器
として制御し、該反射エコー信号に対して第１の受信方
位解析を施すステップと、第１配列形態とは異なる第２
配列形態の超音波トランスデューサを受信器として制御
し、該反射エコー信号に対して第２の受信方位解析を施
すステップと、反射エコー信号を正確に識別するため
に、前記第１および第２の受信方位解析の結果を逐一数
学的に組み合わせるステップとによって超音波トランス
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、超音波トランス
デューサが、超音波走査のための音響ローブを発信する
発信器として、またその反射エコー信号を受信する受信
器として用いられ、監視区域の少なくとも一つの範囲を
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おいて、少なくとも１回超音波を
発信するために少なくとも一つの超音波トランスデュー
サを発信器として制御するステップと、該少なくとも１
回の超音波の発信に基づく反射エコー信号を受信するた
めに、第１配列形態の超音波トランスデューサを受信器
として制御し、該反射エコー信号に対して第１の受信方
位解析を施すステップと、第１配列形態とは異なる第２
配列形態の超音波トランスデューサを受信器として制御
し、該反射エコー信号に対して第２の受信方位解析を施
すステップと、反射エコー信号を正確に識別するため
に、前記第１および第２の受信方位解析の結果を逐一数
学的に組み合わせるステップとによって超音波トランス
デューサの位相配列を電気的に制御するようにしたこと
である。
【００１３】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乃至第３の手
段に加えて、前記第１音響ローブパターンに基づく第１
の反射エコー信号または前記第１配列形態の超音波トラ
ンスデューサに対応する反射エコー信号に適用された受
信方位解析結果のいずれか一方が走査対象の角度区域内
で所定のしきい値よりも高い値を持つと検知された場合
には、１回または複数回の超音波発信を自動的に行なう
ようにしたことである。
た本発明の第４の技術的手段は、上記第１乃至第３の手
段に加えて、前記第１音響ローブパターンに基づく第１
の反射エコー信号または前記第１配列形態の超音波トラ
ンスデューサに対応する反射エコー信号に適用された受
信方位解析結果のいずれか一方が走査対象の角度区域内
で所定のしきい値よりも高い値を持つと検知された場合
には、１回または複数回の超音波発信を自動的に行なう
ようにしたことである。
【００１４】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１乃至第４の手
段に加えて、前記第１および第２のトランスデューサの
配列形態を、それぞれ、１次元配列形態（１ａ、１ｂ、
１ｃ）および二次元配列形態（１）としたことである。
た本発明の第５の技術的手段は、上記第１乃至第４の手
段に加えて、前記第１および第２のトランスデューサの
配列形態を、それぞれ、１次元配列形態（１ａ、１ｂ、
１ｃ）および二次元配列形態（１）としたことである。
【００１５】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乃至第４の手
段に加えて、前記第１および第２のトランスジューサの
配列形態を、それぞれ、二次元配列形態（１）および１
次元配列形態（１ａ、１ｂ、１ｃ）としたことである。
た本発明の第６の技術的手段は、上記第１乃至第４の手
段に加えて、前記第１および第２のトランスジューサの
配列形態を、それぞれ、二次元配列形態（１）および１
次元配列形態（１ａ、１ｂ、１ｃ）としたことである。
【００１６】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５または第６の
手段に加えて、前記１次元配列形態として超音波トラン
スデューサを直線（Ｘ1）上に配列したことである。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５または第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
（Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3）状に配列したことである。
た本発明の第７の技術的手段は、上記第５または第６の
手段に加えて、前記１次元配列形態として超音波トラン
スデューサを直線（Ｘ1）上に配列したことである。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５または第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
（Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3）状に配列したことである。
【００１７】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８の手段に加え
て、前記星（Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3）状の超音波トランスデュ
ーサを６腕星状配列としたことである。
た本発明の第９の技術的手段は、上記第８の手段に加え
て、前記星（Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3）状の超音波トランスデュ
ーサを６腕星状配列としたことである。
【００１８】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または第６
の手段に加えて、前記二次元配列形態（１）を互い違い
の列に配列された少なくとも２つの直線状とされた超音
波トランスデューサの組み合わせから構成したことであ
る。
た本発明の第１０の技術的手段は、上記第５または第６
の手段に加えて、前記二次元配列形態（１）を互い違い
の列に配列された少なくとも２つの直線状とされた超音
波トランスデューサの組み合わせから構成したことであ
る。
【００１９】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１乃至第１０
の手段に加えて、前記超音波トランスデューサの配列形
態において、奇数個の超音波トランスデューサを配置し
たことである。
た本発明の第１１の技術的手段は、上記第１乃至第１０
の手段に加えて、前記超音波トランスデューサの配列形
態において、奇数個の超音波トランスデューサを配置し
たことである。
【００２０】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１２の技術的手段は、上記第７乃至第１１
の手段に加えて、前記受信器として用いられる超音波ト
ランスデューサとして直線上のまたは節上の各々一端に
あるトランスデューサとしたことである。
た本発明の第１２の技術的手段は、上記第７乃至第１１
の手段に加えて、前記受信器として用いられる超音波ト
ランスデューサとして直線上のまたは節上の各々一端に
あるトランスデューサとしたことである。
【００２１】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１３の技術的手段は、上記第１乃至第３の
手段に加えて、前記一次元配列形態または二次元配列形
態として超音波トランスデューサを曲面上に配置したこ
とである。
た本発明の第１３の技術的手段は、上記第１乃至第３の
手段に加えて、前記一次元配列形態または二次元配列形
態として超音波トランスデューサを曲面上に配置したこ
とである。
【００２２】上記第１の技術手段によれば第１形態の音
響ローブパターンに基づく検知物体からの第１反射エコ
ー信号がメモリーされ、次いで第２形態の音響ローブパ
ターンに基づく同一検知物体からの第２反射エコー信号
がメモリーされる。そして、メモリーされた両信号は逐
一数学的に組み合わされて、検知物体の正確な位置・方
位が認識できる。
響ローブパターンに基づく検知物体からの第１反射エコ
ー信号がメモリーされ、次いで第２形態の音響ローブパ
ターンに基づく同一検知物体からの第２反射エコー信号
がメモリーされる。そして、メモリーされた両信号は逐
一数学的に組み合わされて、検知物体の正確な位置・方
位が認識できる。
【００２３】また、上記第２の技術手段によれば、第１
配列形態の超音波トランスデューサが形成する第１音響
ローブパターンに基づく、検知物体からの反射エコー信
号が第２配列形態の超音波トランスデューサによって受
信され、この反射エコー信号について受信方位解析方法
が適用されて、検知物体の正確な位置・方位が認識でき
る。
配列形態の超音波トランスデューサが形成する第１音響
ローブパターンに基づく、検知物体からの反射エコー信
号が第２配列形態の超音波トランスデューサによって受
信され、この反射エコー信号について受信方位解析方法
が適用されて、検知物体の正確な位置・方位が認識でき
る。
【００２４】また、上記第３の技術手段によれば、少な
くとも１回の超音波発信を行ない、検知物体からの反射
エコー信号が第１配列形態の超音波トランスデューサに
よって受信され、この反射エコー信号について第１受信
方位解析方法が適用される。また反射エコー信号が第２
配列形態の超音波トランスデューサによって受信され、
この反射エコー信号について第２受信方位解析方法が適
用される。両解析方法の結果を逐一数学的に組み合わせ
て、検知物体の正確な位置・方位が認識できる。
くとも１回の超音波発信を行ない、検知物体からの反射
エコー信号が第１配列形態の超音波トランスデューサに
よって受信され、この反射エコー信号について第１受信
方位解析方法が適用される。また反射エコー信号が第２
配列形態の超音波トランスデューサによって受信され、
この反射エコー信号について第２受信方位解析方法が適
用される。両解析方法の結果を逐一数学的に組み合わせ
て、検知物体の正確な位置・方位が認識できる。
【００２５】
【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１１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。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サから構成
されうる。
例を説明する。図１１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。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サから構成
されうる。
【００２６】図５のａに示すように、本発明第１実施例
の第１走査ステップの特徴は、図１の超音波トランスデ
ューサの位相配列を電気的に励起して、高い解像度を持
つ第１音響ローブパターンを、即ち音響エネルギー分布
を形成することである。この例では、図１の線Ｘ1上に
一列に線形配列された、７つの超音波トランスデューサ
の位相配列が超音波発信器として用いられ、対応する反
射エコー信号を受信するために図１の１つの超音波トラ
ンスデューサ１ｂが超音波受信器として用いられる。こ
の超音波発信器を電気的に制御することで、８度の幅を
持つ平面ディスク形状のメインローブ９が、メインロー
ブ９からは角度θ１＝６０度の角度間隔に位置する２つ
の干渉ローブ１０、１０’と小さな回折ローブ１１と共
に形成される。干渉ローブの数は個々の超音波トランス
デューサの間隔に依存し、干渉ローブ間の角度間隔は超
音波発信器の大きさと超音波トランスデューサに与えら
れる励起信号の周波数に依存する。第１音響ローブパタ
ーンでは、反射エコー信号画像の水平面断面において指
向性が強いメインローブのおかげで高い解像度を提供す
ることができる。解像度は線形に配置された発信器の数
を増やすことで向上していく。
の第１走査ステップの特徴は、図１の超音波トランスデ
ューサの位相配列を電気的に励起して、高い解像度を持
つ第１音響ローブパターンを、即ち音響エネルギー分布
を形成することである。この例では、図１の線Ｘ1上に
一列に線形配列された、７つの超音波トランスデューサ
の位相配列が超音波発信器として用いられ、対応する反
射エコー信号を受信するために図１の１つの超音波トラ
ンスデューサ１ｂが超音波受信器として用いられる。こ
の超音波発信器を電気的に制御することで、８度の幅を
持つ平面ディスク形状のメインローブ９が、メインロー
ブ９からは角度θ１＝６０度の角度間隔に位置する２つ
の干渉ローブ１０、１０’と小さな回折ローブ１１と共
に形成される。干渉ローブの数は個々の超音波トランス
デューサの間隔に依存し、干渉ローブ間の角度間隔は超
音波発信器の大きさと超音波トランスデューサに与えら
れる励起信号の周波数に依存する。第１音響ローブパタ
ーンでは、反射エコー信号画像の水平面断面において指
向性が強いメインローブのおかげで高い解像度を提供す
ることができる。解像度は線形に配置された発信器の数
を増やすことで向上していく。
【００２７】しかし、二つの干渉ローブ１０、１０’は
図６に示すように反射エコー信号画像に虚像を生じさせ
る。この図において、水平軸は監視区域内の物体と超音
波トランスデューサの位相配列の中央との距離を示し、
垂直軸は６０度からマイナス６０度までの超音波の発信
角を示す。像１２、１２’、１９は検知物体の位置に対
応する反射エコー信号の強度をあらわす。この例では、
２つの対称的な像１２、１２’について、メインローブ
によって１回、干渉ローブによって１回ずつ認識され
た、３０度またはマイナス３０度の位置にある一つの物
体に対応するのか、あるいは互いに６０度の間隔を持っ
て離れた２つの物体に対応するのか判別できない。
図６に示すように反射エコー信号画像に虚像を生じさせ
る。この図において、水平軸は監視区域内の物体と超音
波トランスデューサの位相配列の中央との距離を示し、
垂直軸は６０度からマイナス６０度までの超音波の発信
角を示す。像１２、１２’、１９は検知物体の位置に対
応する反射エコー信号の強度をあらわす。この例では、
２つの対称的な像１２、１２’について、メインローブ
によって１回、干渉ローブによって１回ずつ認識され
た、３０度またはマイナス３０度の位置にある一つの物
体に対応するのか、あるいは互いに６０度の間隔を持っ
て離れた２つの物体に対応するのか判別できない。
【００２８】実際に、図５のｂに示すように、監視区域
の走査中には、メインローブ９と音響エネルギーが増大
し大型化した偽ローブ１０（または１０’）が、６０度
の一定間隔をもって隔てられている。従って、２つの反
射信号は０度を境として、両がわに一つずつ検出されう
る。
の走査中には、メインローブ９と音響エネルギーが増大
し大型化した偽ローブ１０（または１０’）が、６０度
の一定間隔をもって隔てられている。従って、２つの反
射信号は０度を境として、両がわに一つずつ検出されう
る。
【００２９】本発明第１実施例の第２走査ステップの特
徴は、第１走査ステップの時と同じ超音波トランスデュ
ーサの位相配列から、異なった補足的なローブ形状を持
つ他の音響ローブパターンを形成するところと、第１走
査ステップの時と同じ位置において同じ認識区域を走査
するところにある。このような第２の音響ローブパター
ンは、好ましくは、星状に配置された１９個の超音波ト
ランスデューサからなる前記第１走査ステップと同じ超
音波トランスデューサの位相配列の１９個すべての超音
波トランスデューサを電気的に制御して得られる。この
結果、図７に示すような音響ローブパターンが得られ、
その干渉ローブや回折ローブは図４に示すような水平走
査平面には無い。反射エコー信号を受信するために図１
の１つの超音波トランスデューサ１ｂが超音波受信器と
して用いられる。巨大なアーチ状のメインローブ１４が
２つの干渉ローブ１５、１５’と複数の回折ローブ１６
と共に生成される。このようなローブ形状は円筒状パタ
ーンと呼ばれる。
徴は、第１走査ステップの時と同じ超音波トランスデュ
ーサの位相配列から、異なった補足的なローブ形状を持
つ他の音響ローブパターンを形成するところと、第１走
査ステップの時と同じ位置において同じ認識区域を走査
するところにある。このような第２の音響ローブパター
ンは、好ましくは、星状に配置された１９個の超音波ト
ランスデューサからなる前記第１走査ステップと同じ超
音波トランスデューサの位相配列の１９個すべての超音
波トランスデューサを電気的に制御して得られる。この
結果、図７に示すような音響ローブパターンが得られ、
その干渉ローブや回折ローブは図４に示すような水平走
査平面には無い。反射エコー信号を受信するために図１
の１つの超音波トランスデューサ１ｂが超音波受信器と
して用いられる。巨大なアーチ状のメインローブ１４が
２つの干渉ローブ１５、１５’と複数の回折ローブ１６
と共に生成される。このようなローブ形状は円筒状パタ
ーンと呼ばれる。
【００３０】第２走査ステップのメインローブの幅は第
１走査ステップのメインローブよりもやや広く、中程度
（約１２度）で、回折ローブ１６の音響エネルギーが相
対的に大きいため、その影響も非常に大きくなる。この
ため、第１走査ステップに対し走査解像度は低く、回折
ローブ１６に起因する複数の大きな干渉反射エコー信号
が現れる。しかし、干渉ローブ１５はメインローブ１４
から１２０度の間隔で対称的に大きく離れており、図６
の反射エコー信号画像にあったような６０度の位置の虚
像は現れない。図８は、この第２の走査パターンを用い
た走査についての反射エコー信号の画像であり、監視区
域内の２つの検出物体の存在に対応した、低解像度ゆえ
の２つの大きな主像１７、１７’と回折ローブ１６によ
る複数の二次干渉像１８が現れている。
１走査ステップのメインローブよりもやや広く、中程度
（約１２度）で、回折ローブ１６の音響エネルギーが相
対的に大きいため、その影響も非常に大きくなる。この
ため、第１走査ステップに対し走査解像度は低く、回折
ローブ１６に起因する複数の大きな干渉反射エコー信号
が現れる。しかし、干渉ローブ１５はメインローブ１４
から１２０度の間隔で対称的に大きく離れており、図６
の反射エコー信号画像にあったような６０度の位置の虚
像は現れない。図８は、この第２の走査パターンを用い
た走査についての反射エコー信号の画像であり、監視区
域内の２つの検出物体の存在に対応した、低解像度ゆえ
の２つの大きな主像１７、１７’と回折ローブ１６によ
る複数の二次干渉像１８が現れている。
【００３１】本発明第１実施例の大きな特徴は、上記２
つの走査ステップを組み合わせるところにあり、干渉ロ
ーブによる虚像信号は現れるが第１の走査ステップによ
り高い解像度を確保し、且つ低解像度ではあるが虚像信
号が第１の走査ステップとは他の場所に現れる第２の走
査ステップを続いて実行し、両ステップの虚像効果を除
去できるようにするところにある。これは、第１走査ス
テップの結果をメモリーし、同一の監視区域を第２走査
ステップによって走査し、両者の反射エコー信号を逐一
掛け算して組み合わせることで達成される。これは、超
音波発信ならびに反射エコーの受信の目的で用いられる
公知の装置の公知の超音波トランスデューサの位相配列
の制御回路を用い、ソフトウエアで制御することで達成
される。ただし、当該装置には第１、第２の２つの走査
ステップの各々における反射エコー信号を数学的に掛け
算する手段が追加される。
つの走査ステップを組み合わせるところにあり、干渉ロ
ーブによる虚像信号は現れるが第１の走査ステップによ
り高い解像度を確保し、且つ低解像度ではあるが虚像信
号が第１の走査ステップとは他の場所に現れる第２の走
査ステップを続いて実行し、両ステップの虚像効果を除
去できるようにするところにある。これは、第１走査ス
テップの結果をメモリーし、同一の監視区域を第２走査
ステップによって走査し、両者の反射エコー信号を逐一
掛け算して組み合わせることで達成される。これは、超
音波発信ならびに反射エコーの受信の目的で用いられる
公知の装置の公知の超音波トランスデューサの位相配列
の制御回路を用い、ソフトウエアで制御することで達成
される。ただし、当該装置には第１、第２の２つの走査
ステップの各々における反射エコー信号を数学的に掛け
算する手段が追加される。
【００３２】上記２つの走査ステップを組み合わせて得
られた画像を図９に示す。ここで、虚像１２は消滅し、
監視区域内の実際の検出物体の位置に相当する像１
２’、１７’、１７、１９だけが残っている。この２つ
の走査ステップの組み合わせによる他の効果は、第２走
査ステップにおける回折ローブ１６の反射エコー信号に
よる二次干渉像１８が第１走査ステップの小さなエコー
信号によって重み付けされ、二次干渉像１８の信号レベ
ルが低減できることである。
られた画像を図９に示す。ここで、虚像１２は消滅し、
監視区域内の実際の検出物体の位置に相当する像１
２’、１７’、１７、１９だけが残っている。この２つ
の走査ステップの組み合わせによる他の効果は、第２走
査ステップにおける回折ローブ１６の反射エコー信号に
よる二次干渉像１８が第１走査ステップの小さなエコー
信号によって重み付けされ、二次干渉像１８の信号レベ
ルが低減できることである。
【００３３】第２走査ステップの超音波発信は、ある角
度範囲において連続的に実行され、且つこれは高解像度
の第１走査ステップによって反射エコーが検出された時
だけ、反射エコーのある角度範囲を含む特定平面内で実
行される。これにより、走査時間が短縮される。好まし
くは、第２走査ステップは反射エコーの値が所定値より
も大きい場合にのみ実行される。有利には、これら２つ
ステップによる超音波走査は同じ超音波トランスデュー
サ位相配列を用いれば良いが、各々がローブパターンを
形成および／または受信する２つの配列を用いることも
できる。
度範囲において連続的に実行され、且つこれは高解像度
の第１走査ステップによって反射エコーが検出された時
だけ、反射エコーのある角度範囲を含む特定平面内で実
行される。これにより、走査時間が短縮される。好まし
くは、第２走査ステップは反射エコーの値が所定値より
も大きい場合にのみ実行される。有利には、これら２つ
ステップによる超音波走査は同じ超音波トランスデュー
サ位相配列を用いれば良いが、各々がローブパターンを
形成および／または受信する２つの配列を用いることも
できる。
【００３４】以上の第１実施例では、超音波発信中に発
信器の異なる配列形態に対してそれぞれ励起信号を与え
ることで、２つの異なる音響ローブパターンが得られ
た。また、メモリーに格納された反射エコー信号は単純
に電気的に組み合わせ処理された。
信器の異なる配列形態に対してそれぞれ励起信号を与え
ることで、２つの異なる音響ローブパターンが得られ
た。また、メモリーに格納された反射エコー信号は単純
に電気的に組み合わせ処理された。
【００３５】次に本発明の第２実施例では、受信器とし
て制御される例えば図１の位相配列の１９個すべての超
音波トランスデューサの各々において受信される反射エ
コー信号をメモリーする際、たとえば、発信器として用
いられる図１の線形に配置されたトランスデューサ１
ａ、１ｂ、１ｃのような第１超音波トランスデューサの
位相配列によって形成される第１音響ローブパターンが
１回だけ発信される。そして、たとえば図１の星状配列
とは異なる形態を持つ他のトランスデューサ配列の受信
器として用いられた超音波トランスデューサが受信した
反射エコー信号に、それら信号の位相差による受信方位
解析方法（以後、受信方位解析方法とよぶ）を適用する
ことで、第１音響ローブパターンに起因する虚像を除去
できる。
て制御される例えば図１の位相配列の１９個すべての超
音波トランスデューサの各々において受信される反射エ
コー信号をメモリーする際、たとえば、発信器として用
いられる図１の線形に配置されたトランスデューサ１
ａ、１ｂ、１ｃのような第１超音波トランスデューサの
位相配列によって形成される第１音響ローブパターンが
１回だけ発信される。そして、たとえば図１の星状配列
とは異なる形態を持つ他のトランスデューサ配列の受信
器として用いられた超音波トランスデューサが受信した
反射エコー信号に、それら信号の位相差による受信方位
解析方法（以後、受信方位解析方法とよぶ）を適用する
ことで、第１音響ローブパターンに起因する虚像を除去
できる。
【００３６】受信方位解析方法とは、超音波発信の際に
用いる、方位発信のための位相制御を、同様に反射エコ
ーの受信の際の受信方位認識の位相解析に役立てるもの
である。図１０のａに示すように、単一回の超音波発信
の際、受信器として用いられる異なる超音波トランスデ
ューサ、例えば直線状に並んだ受信器Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、
Ｒ4において、物体２０の反射エコー受信信号はそれぞ
れ異なる時間に到達する。図１０のｂは、横軸に時間を
取り、各超音波トランスデューサにおいて受信された反
射エコー位相差信号の大きさＳR1、ＳR2、ＳR3、ＳR4の
各値を示す。
用いる、方位発信のための位相制御を、同様に反射エコ
ーの受信の際の受信方位認識の位相解析に役立てるもの
である。図１０のａに示すように、単一回の超音波発信
の際、受信器として用いられる異なる超音波トランスデ
ューサ、例えば直線状に並んだ受信器Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、
Ｒ4において、物体２０の反射エコー受信信号はそれぞ
れ異なる時間に到達する。図１０のｂは、横軸に時間を
取り、各超音波トランスデューサにおいて受信された反
射エコー位相差信号の大きさＳR1、ＳR2、ＳR3、ＳR4の
各値を示す。
【００３７】受信方位解析方法は、各角度について反射
エコー信号の値を得るためにメモリーされた反射エコー
信号の位相差を合計する。各超音波発信について、遅延
時間Δｉに夫々対応する開口角度θｉが、異なる仮想角
度や受信指向性のために電気的に算出される。各角度θ
ｉにおける受信信号電圧Ａ（θｉ）を算出できるよう超
音波走査を行なう。特にκ個の受信器が１次元形態であ
る場合には、受信信号電圧Ａ（θｉ）は次式で求められ
る。 Ａ（θｉ）＝ＳＲ１（ｔ）＋ＳＲ２（ｔ＋Δｉ）＋ＳＲ
３（ｔ＋２．Δｉ）＋ＳＲ４（ｔ＋３．Δｉ）＋．．．
＋ＳＲκ（ｔ＋（κ−１）．Δｉ）
エコー信号の値を得るためにメモリーされた反射エコー
信号の位相差を合計する。各超音波発信について、遅延
時間Δｉに夫々対応する開口角度θｉが、異なる仮想角
度や受信指向性のために電気的に算出される。各角度θ
ｉにおける受信信号電圧Ａ（θｉ）を算出できるよう超
音波走査を行なう。特にκ個の受信器が１次元形態であ
る場合には、受信信号電圧Ａ（θｉ）は次式で求められ
る。 Ａ（θｉ）＝ＳＲ１（ｔ）＋ＳＲ２（ｔ＋Δｉ）＋ＳＲ
３（ｔ＋２．Δｉ）＋ＳＲ４（ｔ＋３．Δｉ）＋．．．
＋ＳＲκ（ｔ＋（κ−１）．Δｉ）
【００３８】そして、各角度θｉについてＡ（θｉ）の
最大値を確認し、物体との目標角度αが求められる。各
目標角度は遅延時間に対応する。これら個々の遅延時間
を加算し、物体２０と受信器との間の絶対角が正確に求
められる。分かりやすくするために本実施例は直線状に
並んだ超音波トランスデューサからなる超音波受信器に
ついて説明したが、受信方位解析方法は２次元の受信器
配列にも適用できる。
最大値を確認し、物体との目標角度αが求められる。各
目標角度は遅延時間に対応する。これら個々の遅延時間
を加算し、物体２０と受信器との間の絶対角が正確に求
められる。分かりやすくするために本実施例は直線状に
並んだ超音波トランスデューサからなる超音波受信器に
ついて説明したが、受信方位解析方法は２次元の受信器
配列にも適用できる。
【００３９】本発明に従う第３実施例では、発信器とし
て制御される少なくとも一つの超音波トランスデューサ
によって第１の超音波発信を行ない、受信器として制御
される第１形態の超音波トランスデューサの位相配列に
おいて、例えば図１に示す直線状に並んだ超音波トラン
スデューサ配列１ａ、１ｂ、１ｃにおいて受信された反
射エコー信号をメモリーする。そして、第１の受信方位
解析ステップがこのメモリーされた反射エコー信号に対
して行われる。
て制御される少なくとも一つの超音波トランスデューサ
によって第１の超音波発信を行ない、受信器として制御
される第１形態の超音波トランスデューサの位相配列に
おいて、例えば図１に示す直線状に並んだ超音波トラン
スデューサ配列１ａ、１ｂ、１ｃにおいて受信された反
射エコー信号をメモリーする。そして、第１の受信方位
解析ステップがこのメモリーされた反射エコー信号に対
して行われる。
【００４０】受信器として用いられる超音波トランスデ
ューサの位相配列はその配列形態、例えば線形配列形態
に特有の受信方位解析パターンを持っているので、対応
する線形配列形態の方位発信位相制御と同様に、いくつ
かの虚像が生じる。
ューサの位相配列はその配列形態、例えば線形配列形態
に特有の受信方位解析パターンを持っているので、対応
する線形配列形態の方位発信位相制御と同様に、いくつ
かの虚像が生じる。
【００４１】これら虚像を除去するために第２ステップ
として前記のものと実質同一のステップが実行される。
しかし、例えば図１の星状配列のような異なる配列形態
を持つ第２形態の超音波トランスデューサの位相配列を
超音波受信器として用いる。そして、これら第２形態の
超音波トランスデューサの位相配列の各受信器が受信し
た反射エコーをメモリーしたものに対して、第２の受信
方位解析ステップが実行され、虚像を除去するため、そ
の結果が第１の受信方位解析ステップの結果と組み合わ
される。これら２つのステップは各超音波発信角につい
て適用されうる。
として前記のものと実質同一のステップが実行される。
しかし、例えば図１の星状配列のような異なる配列形態
を持つ第２形態の超音波トランスデューサの位相配列を
超音波受信器として用いる。そして、これら第２形態の
超音波トランスデューサの位相配列の各受信器が受信し
た反射エコーをメモリーしたものに対して、第２の受信
方位解析ステップが実行され、虚像を除去するため、そ
の結果が第１の受信方位解析ステップの結果と組み合わ
される。これら２つのステップは各超音波発信角につい
て適用されうる。
【００４２】超音波トランスデューサ配列の少なくとも
一つの発信器からの特有の超音波発信の反射エコー信号
が星状形態の超音波トランスデューサの位相配列のすべ
ての超音波トランスデューサにて受信され、メモリーさ
れる。そして、第１受信方位解析ステップが第１形態の
超音波トランスデューサの位相配列からなる受信器、例
えば線形配列形態の超音波トランスデューサの位相配列
の各超音波トランスデューサによって受信されたエコー
信号をメモリーしたものに対して実行され、第２受信方
位解析ステップが第２形態の超音波トランスデューサの
位相配列からなる受信器、例えば星状受信器配列の各受
信器によって受信されたエコー信号をメモリーしたもの
に対して実行される。
一つの発信器からの特有の超音波発信の反射エコー信号
が星状形態の超音波トランスデューサの位相配列のすべ
ての超音波トランスデューサにて受信され、メモリーさ
れる。そして、第１受信方位解析ステップが第１形態の
超音波トランスデューサの位相配列からなる受信器、例
えば線形配列形態の超音波トランスデューサの位相配列
の各超音波トランスデューサによって受信されたエコー
信号をメモリーしたものに対して実行され、第２受信方
位解析ステップが第２形態の超音波トランスデューサの
位相配列からなる受信器、例えば星状受信器配列の各受
信器によって受信されたエコー信号をメモリーしたもの
に対して実行される。
【００４３】以上から明らかなように、本発明実施例の
方法は３つの異なる方法で実行される。第１に、２種類
の超音波ローブパターンによる連続的な超音波発信を行
なうステップと、それに続く各受信信号を組み合わせる
ステップからなる方法。第２に、第１の超音波トランス
デューサ配列からの単一の音響ローブパターンによる単
一の超音波発信を行なうステップと、第２の超音波トラ
ンスデューサ配列におけるビーム形成ステップからなる
方法。第３に、単一または２回の超音波発信と単一また
は２回の反射エコー信号の受信をそれぞれ行なうステッ
プと、それに続く２つの受信方位解析ステップを組み合
わせるステップからなる方法。
方法は３つの異なる方法で実行される。第１に、２種類
の超音波ローブパターンによる連続的な超音波発信を行
なうステップと、それに続く各受信信号を組み合わせる
ステップからなる方法。第２に、第１の超音波トランス
デューサ配列からの単一の音響ローブパターンによる単
一の超音波発信を行なうステップと、第２の超音波トラ
ンスデューサ配列におけるビーム形成ステップからなる
方法。第３に、単一または２回の超音波発信と単一また
は２回の反射エコー信号の受信をそれぞれ行なうステッ
プと、それに続く２つの受信方位解析ステップを組み合
わせるステップからなる方法。
【００４４】本発明実施例は２つ以上の補足的な音響ロ
ーブパターンを用いて実行されるものであり、上述して
きたような特定の形態が用いられ、互いに異なるある種
の形態を持つ超音波トランスデューサが用いられる。と
りわけ、本発明実施例では、１次元および２次元形態
が、それぞれ線形形態あるいは星状形態である。しか
し、二次元形態は少なくとも２列の超音波トランスデュ
ーサ組み合わせとすることができ、有利にはハニカム構
造のような互い違いの列に配列されたものである。好ま
しくは、超音波トランスデューサの配列形態は、奇数個
の超音波トランスデューサからなること、あるいは受信
器として用いられる超音波トランスデューサは直線上の
または節上の各々一端にあるトランスデューサであるこ
とがよい。また、一次元配列形態または二次元配列形態
の超音波トランスデューサは曲面上に配置することがで
きる。
ーブパターンを用いて実行されるものであり、上述して
きたような特定の形態が用いられ、互いに異なるある種
の形態を持つ超音波トランスデューサが用いられる。と
りわけ、本発明実施例では、１次元および２次元形態
が、それぞれ線形形態あるいは星状形態である。しか
し、二次元形態は少なくとも２列の超音波トランスデュ
ーサ組み合わせとすることができ、有利にはハニカム構
造のような互い違いの列に配列されたものである。好ま
しくは、超音波トランスデューサの配列形態は、奇数個
の超音波トランスデューサからなること、あるいは受信
器として用いられる超音波トランスデューサは直線上の
または節上の各々一端にあるトランスデューサであるこ
とがよい。また、一次元配列形態または二次元配列形態
の超音波トランスデューサは曲面上に配置することがで
きる。
【００４５】本発明実施例は、非破壊検査のような固体
を対象としても、水中のような液体を対象としても、あ
るいは空気のような気体を対象としても実施できる。と
りわけ、本発明実施例は室内ロボットの自律ナビゲーシ
ョンに適用でき、従来に比べてより良い結果をもたら
す。距離精度は約１ｃｍ、角度精度は２度、操作範囲は
０、５から１０ｍ、反応時間は５０ｍｓから５００ｍ
ｓ、そして電気的な操作角度範囲は±９０度である。本
発明実施例は、デジタル信号プロセッサー等のＣＰＵを
用いて実行できる。信号処理ソフトウエアはアセンブリ
言語やＣ言語を組み合わせて書くことができる。ロボッ
トとの通信はＲＳ２３２形式のケーブルを介して接続で
きる。
を対象としても、水中のような液体を対象としても、あ
るいは空気のような気体を対象としても実施できる。と
りわけ、本発明実施例は室内ロボットの自律ナビゲーシ
ョンに適用でき、従来に比べてより良い結果をもたら
す。距離精度は約１ｃｍ、角度精度は２度、操作範囲は
０、５から１０ｍ、反応時間は５０ｍｓから５００ｍ
ｓ、そして電気的な操作角度範囲は±９０度である。本
発明実施例は、デジタル信号プロセッサー等のＣＰＵを
用いて実行できる。信号処理ソフトウエアはアセンブリ
言語やＣ言語を組み合わせて書くことができる。ロボッ
トとの通信はＲＳ２３２形式のケーブルを介して接続で
きる。
【００４６】わずかな超音波トランスデューサが必要と
なるだけであり、容易に市場投入ができるので、全体的
なシステムはコンパクト且つ低コストで済む。更に、同
じ超音波トランスデューサ配列がソフトウエア操作によ
り操作信号を単純に変えるだけで、他の用途にも用いる
ことができる。このシステムは光線についての問題はな
く、夜間でも作動できる。
なるだけであり、容易に市場投入ができるので、全体的
なシステムはコンパクト且つ低コストで済む。更に、同
じ超音波トランスデューサ配列がソフトウエア操作によ
り操作信号を単純に変えるだけで、他の用途にも用いる
ことができる。このシステムは光線についての問題はな
く、夜間でも作動できる。
【００４７】本発明実施例は広く適用可能である。例え
ば、バックソナー、自動車両駐車あるいは衝突防止とい
った自動車に、自動部品配送、自動包装、組み立てライ
ン上の部品の遠隔操作あるいは清掃ロボットのような産
業界に、自動床清掃といったかていにも、また目が不自
由な人のための案内や老人の移動検知といった公共福祉
にも適用できる。
ば、バックソナー、自動車両駐車あるいは衝突防止とい
った自動車に、自動部品配送、自動包装、組み立てライ
ン上の部品の遠隔操作あるいは清掃ロボットのような産
業界に、自動床清掃といったかていにも、また目が不自
由な人のための案内や老人の移動検知といった公共福祉
にも適用できる。
【００４８】請求項１に記載の発明によれば、第１反射
エコー信号と第２反射エコー信号を逐一数学的に組み合
わせることで、反射エコー信号を全体として重み付けが
でき、虚像に相当する反射エコー信号が除去できるの
で、検知物体の位置を正確に識別できる。請求項２に記
載の発明によれば、第１の配列形態にある超音波トラン
スデューサによって発信された超音波が検知物体に当た
って跳ね返って得られた反射エコー信号が、第２の配列
形態にある超音波トランスデューサによって受信され、
そしてこの反射エコー信号について受信方位解析方法が
適用されるので、検知物体の位置を正確に識別できる。
請求項３に記載の発明によれば、単一の反射エコーにつ
いて異なる配列形態の受信器が受信した信号をそれぞれ
受信方位解析し、それぞれの結果を逐一数学的に組み合
わせるので検知物体の位置を正確に識別できる。
エコー信号と第２反射エコー信号を逐一数学的に組み合
わせることで、反射エコー信号を全体として重み付けが
でき、虚像に相当する反射エコー信号が除去できるの
で、検知物体の位置を正確に識別できる。請求項２に記
載の発明によれば、第１の配列形態にある超音波トラン
スデューサによって発信された超音波が検知物体に当た
って跳ね返って得られた反射エコー信号が、第２の配列
形態にある超音波トランスデューサによって受信され、
そしてこの反射エコー信号について受信方位解析方法が
適用されるので、検知物体の位置を正確に識別できる。
請求項３に記載の発明によれば、単一の反射エコーにつ
いて異なる配列形態の受信器が受信した信号をそれぞれ
受信方位解析し、それぞれの結果を逐一数学的に組み合
わせるので検知物体の位置を正確に識別できる。
【図１】公知の超音波トランスデューサ配列の正面図。
【図２】図１の３つの直線上に並んだ超音波トランスデ
ューサを発信器として用いた際に形成された超音波ビー
ムの空間的なエネルギー分布を表す図。
ューサを発信器として用いた際に形成された超音波ビー
ムの空間的なエネルギー分布を表す図。
【図３】図１の７つの直線上に並んだ超音波トランスデ
ューサを発信器として用いた際に形成された超音波ビー
ムの空間的なエネルギー分布を表す３次元図。
ューサを発信器として用いた際に形成された超音波ビー
ムの空間的なエネルギー分布を表す３次元図。
【図４】図１の６腕星状の超音波トランスデューサ配列
の１９の超音波トランスデューサを発信器として用いた
際に発せられた音響ローブパターンを表す３次元図。
の１９の超音波トランスデューサを発信器として用いた
際に発せられた音響ローブパターンを表す３次元図。
【図５】図１の７つの超音波トランスデューサによって
形成され、本発明第１実施例に適用される超音波走査の
ための第１のローブパターンを示す。
形成され、本発明第１実施例に適用される超音波走査の
ための第１のローブパターンを示す。
【図６】図５に示した第１のローブパターンによって得
られた反射エコー信号の画像である。
られた反射エコー信号の画像である。
【図７】図１の１９個の超音波トランスデューサによっ
て形成され、本発明第１実施例に適用される超音波走査
のための第２のローブパターンを示す。
て形成され、本発明第１実施例に適用される超音波走査
のための第２のローブパターンを示す。
【図８】図７に示した第２のローブパターンによって得
られた反射エコー信号の画像である。
られた反射エコー信号の画像である。
【図９】図６、８の画像をもとに処理して得られた反射
エコー信号の画像である。
エコー信号の画像である。
【図１０】本発明の第２、第３実施例で用いられるビー
ム形成方法の原理図である。
ム形成方法の原理図である。
【図１１】本発明第１乃至第３実施例に適用されるシス
テムの構成図である。
テムの構成図である。
１ 超音波トランスデューサの位相配列 ９、１０、１０’、１１ 第１音響ローブパターン １４、１５、１５’、１６ 第２音響ローブパターン １２、１２’、１９、１７、１７’、１８ 反射エコー
信号
信号
Claims (13)
- 【請求項１】 超音波トランスデューサが、超音波走査
のための音響ローブを発信する発信器として、またその
反射エコー信号を受信する受信器として用いられ、監視
区域の少なくとも一つの範囲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お
いて、 第１音響ローブパターン（９、１０、１０’、１１）を
生成するために第１配列形態の超音波トランスデューサ
を発信器として制御し、対応する第１反射エコー信号を
メモリーに格納するために該第１反射エコー信号を受信
する受信器として少なくとも一つの超音波トランスデュ
ーサを制御するステップと、 前記第１音響ローブパターンとは異なる第２音響ローブ
パターン（１４、１５、１５’、１６）を生成するため
に第２配列形態の超音波トランスデューサを発信器とし
て制御し、対応する第２反射エコー信号をメモリーに格
納するために該第２反射エコー信号を受信する受信器と
して少なくとも一つの超音波トランスデューサを制御す
るステップと、 両反射エコー信号（１２、１２’、１９；１７、１
７’、１８）の対応する角度位置に現れる反射エコー信
号を正確に認識するために、メモリーに格納された前記
第１反射エコー信号（１２、１２’、１９）を、メモリ
ーに格納された前記第２反射エコー信号（１７、１
７’、１８）と逐一数学的に組み合わせるステップとか
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】 超音波トランスデューサが、超音波走査
のための音響ローブを発信する発信器として、またその
反射エコー信号を受信する受信器として用いられ、監視
区域の少なくとも一つの範囲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お
いて、 第１音響ローブパターン（９、１０、１０’、１１）を
生成するために第１配列形態の超音波トランスデューサ
を発信器として制御するステップと、 該第１音響ローブパターンからの反射エコー信号を受信
するために、発信器として用いられた第１配列形態とは
異なる第２配列形態の超音波トランスデューサを受信器
として制御するステップと、 反射エコー信号を正確に識別するために、該反射エコー
信号に対して受信方位解析方法を適用するステップとか
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３】 超音波トランスデューサが、超音波走査
のための音響ローブを発信する発信器として、またその
反射エコー信号を受信する受信器として用いられ、監視
区域の少なくとも一つの範囲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お
いて、 少なくとも１回超音波を発信するために少なくとも一つ
の超音波トランスデューサを発信器として制御するステ
ップと、 該少なくとも１回の超音波の発信に基づく反射エコー信
号を受信するために、第１配列形態の超音波トランスデ
ューサを受信器として制御し、該反射エコー信号に対し
て第１の受信方位解析を施すステップと、 第１配列形態とは異なる第２配列形態の超音波トランス
デューサを受信器として制御し、該反射エコー信号に対
して第２の受信方位解析を施すステップと、 反射エコー信号を正確に識別するために、前記第１およ
び第２の受信方位解析の結果を逐一数学的に組み合わせ
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４】 前記第１音響ローブパターンに基づく第
１の反射エコー信号または前記第１配列形態の超音波ト
ランスデューサに対応する反射エコー信号に適用された
受信方位解析結果のいずれか一方が走査対象の角度区域
内で所定のしきい値よりも高い値を持つと検知された場
合には、１回または複数回の超音波発信を自動的に行な
うことを特徴とする請求項１乃至３に記載の方法。 - 【請求項５】 前記第１および第２のトランスデューサ
の配列形態は、それぞれ、１次元配列形態（１ａ、１
ｂ、１ｃ）および二次元配列形態（１）であることを特
徴とする請求項１乃至４の方法。 - 【請求項６】 前記第１および第２のトランスジューサ
の配列形態は、それぞれ、二次元配列形態（１）および
１次元配列形態（１ａ、１ｂ、１ｃ）であることを特徴
とする請求項１乃至４の方法。 - 【請求項７】 前記１次元配列形態とは超音波トランス
デューサを直線（Ｘ１）上に配列することであることを
特徴とする請求項５または６の方法。 - 【請求項８】 前記二次元配列形態とは超音波トランス
デューサを星（Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3）状に配列することであ
ることを特徴とする請求項５または６の方法。 - 【請求項９】 前記星（Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3）状の超音波ト
ランスデューサは６腕星状配列であることを特徴とする
請求項８の方法。 - 【請求項１０】 前記二次元配列形態（１）は互い違い
の列に配列された少なくとも２つの直線状とされた超音
波トランスデューサの組み合わせからなることを特徴と
する請求項５または６の方法。 - 【請求項１１】 前記超音波トランスデューサの配列形
態は奇数個の超音波トランスデューサからなることを特
徴とする請求項１乃至１０の方法。 - 【請求項１２】 前記受信器として用いられる超音波ト
ランスデューサは直線上のまたは節上の各々一端にある
トランスデューサであることを特徴とする請求項７乃至
１１の方法。 - 【請求項１３】 前記一次元配列形態または二次元配列
形態の超音波トランスデューサは曲面上に配置されてい
ることを特徴とする請求項５乃至１２の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP97111743A EP0890849A1 (en) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | Acoustic lobe pattern combination method for improving mapping quality |
| FR97111743.7 | 1997-07-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1172556A true JPH1172556A (ja) | 1999-03-16 |
Family
ID=8227046
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19583598A Pending JPH1172556A (ja) | 1997-07-10 | 1998-07-10 | 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 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0890849A1 (ja) |
| JP (1) | JPH1172556A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005061858A (ja) * | 2003-08-14 | 2005-03-10 | Japan Science & Technology Agency | Ｄｓｐを用いた魚群探知機 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2485492B (en) * | 2008-01-19 | 2012-08-29 | Furuno Electric Co | Underwater detector |
| EP3958086A1 (en) | 2020-08-19 | 2022-02-23 | Carnegie Robotics, LLC | A method and a system of improving a map for a robot |
| CN112965041B (zh) * | 2021-02-10 | 2023-08-01 | 西南电子技术研究所（中国电子科技集团公司第十研究所） | 球面相控阵天线波控自跟踪的差阵列划分方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4129874A (en) * | 1977-09-19 | 1978-12-12 | The United States Of America As Represented By The Field Operations Bureau Of The Federal Communications Commission | Antenna pattern combiner |
| DE3020872A1 (de) * | 1980-06-02 | 1981-12-10 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Vorrichtung zur ultraschall-abtastung |
| US4958330A (en) * | 1980-11-03 | 1990-09-18 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Wide angular diversity synthetic aperture sonar |
| IT1228836B (it) * | 1980-12-23 | 1991-07-05 | Honeywell Elac Nautik Gmbh | Dispositivo subacqueo di ricerca di bersaglio, in particolare per siluri |
| FR2519770B1 (fr) * | 1982-01-08 | 1985-10-04 | Thomson Csf | Systeme d'antenne a pouvoir separateur eleve |
| US5537367A (en) * | 1994-10-20 | 1996-07-16 | Lockwood; Geoffrey R. | Sparse array structures |
| FR2732118B1 (fr) * | 1995-03-23 | 1997-04-30 | Imra Europe Sa | Capteur a ultrasons et procedes de detection utilisant un tel capteur |
-
1997
- 1997-07-10 EP EP97111743A patent/EP0890849A1/en not_active Withdrawn
-
1998
- 1998-07-10 JP JP19583598A patent/JPH1172556A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005061858A (ja) * | 2003-08-14 | 2005-03-10 | Japan Science & Technology Agency | Ｄｓｐを用いた魚群探知機 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0890849A1 (en) | 1999-01-13 |
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