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JP2005300429A - Acoustic sensor - Google Patents

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JP2005300429A
JP2005300429A JP2004119500A JP2004119500A JP2005300429A JP 2005300429 A JP2005300429 A JP 2005300429A JP 2004119500 A JP2004119500 A JP 2004119500A JP 2004119500 A JP2004119500 A JP 2004119500A JP 2005300429 A JP2005300429 A JP 2005300429A
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JP
Japan
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delay
elements
signals
sensor
sound wave
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2004119500A
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Japanese (ja)
Inventor
Kosaku Kitada
耕作 北田
Hiroshi Yamanaka
山中  浩
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Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an acoustic sensor capable of precisely detecting the incoming direction of sound waves with a simple structure. <P>SOLUTION: Sensor elements 11a-11e are arranged on one plane and convert sound waves to a receiving signal that is an electric signal. A delay means 12 outputs sets of delay signals obtained by delaying the receiving signal outputted from each sensor element 11a-11e with a delay time according to the position of each sensor element 11a-11e. An addition means 13 adds the sets of delay signals delayed by the delay means 12. A determination means 14 compares the addition result by the addition means 13 with a regulated threshold, and determines, when an addition result exceeding the threshold is obtained, that the sound wave comes from a direction corresponding to the delay time set by the delay means 12. The delay means 12 comprises delay elements 12a-12h having BBD connected thereto by different numbers in conformation of the sensor elements 11a-11e so that delay times according to the sensor elements 11a-11e can be obtained. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、音波の到来方向を検出可能な音響センサに関するものである。   The present invention relates to an acoustic sensor capable of detecting the direction of arrival of sound waves.

従来から、音波を電気信号に変換するセンサ素子を複数個配列し、各センサ素子への音波の到来時刻の差から音波の到来方向を検出する音響センサが知られている(たとえば、特許文献1参照)。この種の音響センサは、たとえば図5に示すように、センサ素子11a〜11eが一次元的に等間隔で配列され、センサ素子11a〜11eが配列された面に対する音波の波面の角度がθである場合を想定する。この場合、センサ素子11a〜11eが配列された面に対する音波の到来方向(すなわち、音波の入射角)はθになる。センサ素子11a〜11eの間隔をdとし、音速をcとすれば、音波の波面が隣り合うセンサ素子11a〜11eに到達する時間差は、d・sinθ/cになる。   2. Description of the Related Art Conventionally, an acoustic sensor is known in which a plurality of sensor elements that convert sound waves into electrical signals are arranged and the direction of arrival of sound waves is detected from the difference in the arrival time of sound waves at each sensor element (for example, Patent Document 1). reference). In this type of acoustic sensor, for example, as shown in FIG. 5, the sensor elements 11a to 11e are arranged one-dimensionally at equal intervals, and the angle of the wavefront of the sound wave with respect to the surface on which the sensor elements 11a to 11e are arranged is θ. Assume a certain case. In this case, the arrival direction of the sound wave (that is, the incident angle of the sound wave) with respect to the surface on which the sensor elements 11a to 11e are arranged is θ. If the distance between the sensor elements 11a to 11e is d and the speed of sound is c, the time difference at which the wavefronts of the sound waves reach the adjacent sensor elements 11a to 11e is d · sin θ / c.

特許文献1に記載の技術では、各センサ素子11a〜11eから出力された電気信号を、各センサ素子11の位置に応じた時間ずつ遅延手段12A〜12Eで遅延させるとともに遅延手段12A〜12Eにより遅延した電気信号を加算器13′で加算し、加算器13′の出力波形を用いて音波の到来方向が入射角θであるか否かを判断するように構成されている。   In the technique described in Patent Document 1, the electrical signals output from the sensor elements 11a to 11e are delayed by the delay means 12A to 12E by the time corresponding to the position of each sensor element 11, and delayed by the delay means 12A to 12E. The added electrical signals are added by an adder 13 ', and it is configured to determine whether or not the arrival direction of the sound wave is the incident angle θ using the output waveform of the adder 13'.

各遅延手段12A〜12Eは、それぞれBBD(バケットブリゲードデバイス)を用いて構成され、各遅延手段12A〜12Eでの遅延時間は、遅延時間指定手段15A〜15Eにより指定される。たとえば、図5のように、センサ素子11a〜11eを配列した面の法線に対して音波が上方から到来する場合に、各遅延手段12A〜12Eによる遅延時間を、それぞれ4T、3T、2T、T、0になるように遅延時間指定手段15A〜15Eで遅延時間を指定することができる。ただし、T=d・sinθ/cである。   Each of the delay units 12A to 12E is configured using a BBD (bucket brigade device), and the delay time in each of the delay units 12A to 12E is designated by the delay time designation unit 15A to 15E. For example, as shown in FIG. 5, when sound waves arrive from above with respect to the normals of the surfaces on which the sensor elements 11a to 11e are arranged, the delay times by the delay means 12A to 12E are respectively 4T, 3T, 2T, The delay time can be specified by the delay time specifying means 15A to 15E so as to be T, 0. However, T = d · sin θ / c.

この場合、到来方向がθである音波に対する加算器13′の出力波形のピーク値は、他の方向から到来する音波に対する加算器13′の出力波形のピーク値よりも大幅に大きくなるから(図示例では、5個のセンサ素子11a〜11eを用いていることにより同じ振幅の音波に対して約5倍)、加算器13′の出力波形のピーク値と適宜の閾値との大小を比較することにより、到来方向がθである音波の存在の有無を判断することが可能になる。また、各遅延手段12A〜12Eの遅延時間を時間経過に伴って変化させれば、音波を検出しようとする到来方向θを変化させることができ、検出しようとする音波の到来方向θを走査することが可能になる。
特開2002−156451号公報
In this case, the peak value of the output waveform of the adder 13 'with respect to the sound wave whose arrival direction is θ is significantly larger than the peak value of the output waveform of the adder 13' with respect to the sound wave arriving from other directions (see FIG. In the example shown, the five sensor elements 11a to 11e are used so that the sound wave having the same amplitude is approximately five times larger), and the peak value of the output waveform of the adder 13 'is compared with the appropriate threshold value. Thus, it is possible to determine whether or not there is a sound wave whose arrival direction is θ. Further, if the delay time of each of the delay units 12A to 12E is changed with time, the arrival direction θ for detecting the sound wave can be changed, and the arrival direction θ of the sound wave to be detected is scanned. It becomes possible.
JP 2002-156451 A

ところで、図5に示した構成では、BBDを用いて構成されている遅延手段12A〜12Eの遅延時間をそれぞれ遅延時間指定手段15A〜15Eにより設定するために、遅延手段12A〜12Eに遅延時間指定手段15A〜15Eから異なる周波数のクロック信号を与える必要があるから、遅延手段12A〜12Eおよび遅延時間指定手段15A〜15Eの構成が複雑になるという問題を有している。   By the way, in the configuration shown in FIG. 5, in order to set the delay times of the delay means 12A to 12E configured using BBD by the delay time specification means 15A to 15E, respectively, the delay means 12A to 12E are designated with the delay time. Since it is necessary to provide clock signals of different frequencies from the means 15A to 15E, there is a problem that the configurations of the delay means 12A to 12E and the delay time designation means 15A to 15E become complicated.

特許文献1には、図6に示すように、遅延手段12A〜12Eの出力を待機用遅延手段17A〜17Eを用いて遅延手段12A〜12Eの入力に帰還させるループ回路を設けた構成も開示されている。これは、センサ素子11a〜11eから得られる1回の音波の受信によりセンサ素子11a〜11eから出力される受信信号を用いて、必要となる任意の方向の信号を得ることを目的とした構成であって、遅延手段12A〜12Eにより遅延させた後に、待機用遅延手段17A〜17Eによって受信信号と同じ位相関係に戻して遅延手段12A〜12Eに再入力する動作を採用している。   Patent Document 1 also discloses a configuration provided with a loop circuit that feeds back the outputs of the delay units 12A to 12E to the inputs of the delay units 12A to 12E using the standby delay units 17A to 17E, as shown in FIG. ing. This is a configuration for the purpose of obtaining signals in any desired direction using reception signals output from the sensor elements 11a to 11e by receiving a single sound wave obtained from the sensor elements 11a to 11e. Then, after delaying by the delay means 12A to 12E, an operation of returning to the same phase relationship as the received signal by the standby delay means 17A to 17E and re-inputting to the delay means 12A to 12E is adopted.

この構成では、各センサ素子11a〜11eにそれぞれ対応する遅延手段12A〜12Eの遅延時間はそれぞれ異なっているが、遅延手段12A〜12Eの遅延時間と待機用遅延手段17A〜17Eの遅延時間との和は同じ値に設定してあり、待機用遅延手段17A〜17Eにより遅延された後に遅延手段12A〜12Eに入力される信号を元の信号(つまり、受信信号)と同じ位相関係になるようにしてある。したがって、1回の音波の受信による受信信号を、遅延手段12A〜12Eと待機用遅延手段17A〜17Eとからなるループ回路で循環させ、その間に遅延手段12A〜12Eの遅延時間および待機用遅延手段17A〜17Eの遅延時間を変化させることで、複数の方向について音波の到来を検出することが可能になる。   In this configuration, the delay times of the delay means 12A to 12E respectively corresponding to the sensor elements 11a to 11e are different, but the delay time of the delay means 12A to 12E and the delay time of the standby delay means 17A to 17E are different. The sum is set to the same value so that the signals inputted to the delay means 12A to 12E after being delayed by the standby delay means 17A to 17E have the same phase relationship as the original signal (that is, the received signal). It is. Therefore, a reception signal obtained by receiving one sound wave is circulated in a loop circuit including the delay means 12A to 12E and the standby delay means 17A to 17E, and the delay time of the delay means 12A to 12E and the standby delay means are meanwhile. By changing the delay times of 17A to 17E, it is possible to detect the arrival of sound waves in a plurality of directions.

しかしながら、この構成を採用すると、遅延手段12A〜12Eにおいて複数種類のクロック信号が必要である上に1回のループ毎にクロック信号の周波数を変更しなければならないから、処理が複雑になるという問題があり、その上、待機用遅延手段17A〜17Eの遅延時間の合計は少なくとも遅延手段12A〜12Eの遅延時間の合計程度は必要であるから、遅延手段12A〜12Eおよび待機用遅延手段17A〜17Eを構成するBBDの個数が多くなるという問題がある。さらに、複数方向について音波の到来を検出しようとすれば、1回の音波の受信による受信信号をループ回路で複数回循環させるから、アナログ信号である受信信号の波形に歪が多くなり、波形の歪みによる誤差分が増加し、到来方向の検出精度が低下するという問題も生じる。   However, if this configuration is adopted, a plurality of types of clock signals are required in the delay means 12A to 12E, and the frequency of the clock signal must be changed for each loop, so that the processing becomes complicated. In addition, since the total delay time of the standby delay means 17A to 17E needs to be at least about the total delay time of the delay means 12A to 12E, the delay means 12A to 12E and the standby delay means 17A to 17E are required. There is a problem that the number of BBDs constituting the number increases. Furthermore, if it is attempted to detect the arrival of a sound wave in a plurality of directions, the reception signal due to the reception of one sound wave is circulated a plurality of times in the loop circuit, so that the waveform of the reception signal, which is an analog signal, increases in distortion, There is also a problem that the error due to distortion increases and the detection accuracy of the direction of arrival decreases.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、簡単な構成で音波の到来方向を正確に検出することができる音響センサを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above reasons, and an object of the present invention is to provide an acoustic sensor that can accurately detect the arrival direction of a sound wave with a simple configuration.

請求項1の発明は、それぞれ音波を電気信号である受信信号に変換する複数個のセンサ素子を規定の配列パターンで配置した受波器と、各センサ素子から出力された受信信号をそれぞれセンサ素子の配列パターンに応じた遅延時間で遅延させた遅延信号を組にして出力する遅延手段と、遅延手段により遅延された遅延信号の組を加算する加算手段と、加算手段による加算結果と規定の閾値との大小を比較し閾値を越える加算結果が得られたときに遅延手段で設定された遅延時間に対応する方向から音波が到来していると判断する判定手段とを備え、遅延手段は、遅延時間が一定であってアナログ信号を遅延させる遅延要素をセンサ素子に応じた遅延時間が得られるようにセンサ素子に対応付けて異なる個数ずつ接続していることを特徴とする。   The invention according to claim 1 is a receiver in which a plurality of sensor elements for converting sound waves into received signals that are electrical signals are arranged in a prescribed arrangement pattern, and received signals output from the sensor elements are respectively sensor elements. A delay means for outputting a set of delay signals delayed by a delay time corresponding to the arrangement pattern of the above, an addition means for adding the set of delay signals delayed by the delay means, an addition result by the addition means, and a prescribed threshold value And determining means for determining that a sound wave has arrived from the direction corresponding to the delay time set by the delay means when an addition result exceeding the threshold value is obtained. A delay element that delays an analog signal with a constant time is connected in a different number in association with the sensor element so that a delay time corresponding to the sensor element is obtained.

この構成によれば、各センサ素子に必要な遅延時間を遅延要素の個数で確保するから、従来構成のように遅延手段に複数種類のクロック信号を与える必要がなく構成が簡単になる。また、遅延手段にループ回路を設ける必要もないから、比較的少数の遅延要素で遅延手段を構成でき、遅延信号を取り出すまでの遅延要素の個数が少ないから、遅延手段から出力される遅延信号の波形の歪みも少なくなる。その結果、加算手段において加算される遅延信号における時間の誤差が少なくなり、音波の到来方向を精度よく検出することが可能になる。   According to this configuration, since the delay time necessary for each sensor element is ensured by the number of delay elements, it is not necessary to provide a plurality of types of clock signals to the delay means as in the conventional configuration, and the configuration is simplified. In addition, since it is not necessary to provide a loop circuit in the delay means, the delay means can be configured with a relatively small number of delay elements, and since the number of delay elements until the delay signal is extracted is small, the delay signal output from the delay means can be reduced. Waveform distortion is also reduced. As a result, the time error in the delay signal added by the adding means is reduced, and the arrival direction of the sound wave can be detected with high accuracy.

請求項2の発明では、請求項1の発明において、音波を間欠的に送波する送波器と、前記判定手段により到来方向が検出された音波を受波器で受信した時刻と送波器から音波を送波した時刻との時間により送波器から送波された音波を反射した物体までの距離を求める位置演算手段とを備えることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, a transmitter that intermittently transmits a sound wave, a time at which the sound wave whose direction of arrival is detected by the determination means is received by the receiver, and a transmitter And a position calculating means for obtaining a distance to an object reflecting the sound wave transmitted from the transmitter according to a time from the time when the sound wave is transmitted from.

この構成によれば、音波を用いて物体までの距離を求めることができるから、反射波の到来方向によって検出される物体の存在方向と併せることによって、物体の位置を二次元的あるいは三次元的に求めることが可能になる。   According to this configuration, since the distance to the object can be obtained using sound waves, the position of the object is two-dimensionally or three-dimensionally combined with the presence direction of the object detected by the arrival direction of the reflected wave. It becomes possible to ask for.

請求項3の発明では、請求項2の発明において、前記判定手段は、前記加算手段による加算結果のピーク値を検出するピークホールド回路と、ピークホールド回路により得られたピーク値を閾値と比較する比較回路とからなることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the second aspect of the present invention, the determination means compares a peak hold circuit for detecting a peak value of the addition result by the addition means, and a peak value obtained by the peak hold circuit with a threshold value. And a comparison circuit.

この構成によれば、加算手段による加算結果のピーク値をピークホールド回路により検出するから、加算手段による加算結果の評価を定式化でき物体位置の検出精度をほぼ一定化することができる。   According to this configuration, since the peak value of the addition result by the addition means is detected by the peak hold circuit, the evaluation of the addition result by the addition means can be formulated and the detection accuracy of the object position can be made almost constant.

請求項4の発明では、請求項3の発明において、前記ピークホールド回路は、前記送波器が音波を送波する時間間隔よりも短い一定時間間隔で前記加算結果のピーク値を検出することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the invention, in the third aspect of the invention, the peak hold circuit detects the peak value of the addition result at a fixed time interval shorter than the time interval at which the transmitter transmits a sound wave. Features.

この構成によれば、ピークホールド回路がピーク値を検出する時間間隔によって物体までの距離の精度を規定することができる。   According to this configuration, the accuracy of the distance to the object can be defined by the time interval at which the peak hold circuit detects the peak value.

請求項5の発明では、請求項1ないし請求項4の発明において、前記受波器は、前記センサ素子の少なくとも一部を一直線上に等間隔で配列してあり、前記遅延手段は、前記直線における一端のセンサ素子を基準とし他端に向かって各センサ素子に対応する遅延要素の個数を1個ずつ増加させて得られる遅延信号の組と、前記直線における他端のセンサ素子を基準とし一端に向かって各センサ素子に対応する遅延要素の個数を1個ずつ増加させて得られる遅延信号の組とを出力することを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the invention, the receiver has at least a part of the sensor elements arranged on a straight line at equal intervals, and the delay means is the straight line. A set of delay signals obtained by incrementing the number of delay elements corresponding to each sensor element toward the other end with respect to the sensor element at one end of And a set of delay signals obtained by increasing the number of delay elements corresponding to each sensor element by one.

この構成によれば、受波器を構成するセンサ素子の個数を増やすことなく2方向からの音波を同時に検出することが可能になる。すなわち、2方向からの音波を異なる受波器により検出する場合には、音波の到来方向について受波器の位置関係による補正が必要になるが、請求項5の構成によれば、2方向からの音波の到来方向に関する誤差はセンサ素子の配列された直線の両端位置程度の微小誤差であって、実質的に誤差なく検出することが可能になる。   According to this configuration, it is possible to simultaneously detect sound waves from two directions without increasing the number of sensor elements constituting the receiver. In other words, when sound waves from two directions are detected by different receivers, the arrival direction of the sound waves needs to be corrected based on the positional relationship of the receivers. The error related to the direction of arrival of the sound wave is a minute error about the position of both ends of the straight line on which the sensor elements are arranged, and can be detected substantially without error.

請求項6の発明では、請求項1ないし請求項5の発明において、前記遅延要素は、バケットブリゲードデバイスであることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the present invention, the delay element is a bucket brigade device.

この構成によれば、同じ遅延時間のバケットブリゲードデバイスを複数個設けるだけで遅延手段を構成することができるから、集積回路化が容易である。   According to this configuration, the delay means can be configured only by providing a plurality of bucket brigade devices having the same delay time, and therefore, it is easy to make an integrated circuit.

請求項7の発明では、請求項6記載の発明において、前記遅延手段と前記判定手段との間に遅延手段で発生するノイズ成分を除去する周波数フィルタを設けていることを特徴とする。   The invention according to claim 7 is the invention according to claim 6, wherein a frequency filter for removing a noise component generated by the delay means is provided between the delay means and the determination means.

この構成によれば、遅延手段の構成要素としてバケットブリゲードデバイスを用いることにより発生するクロック信号によるノイズ成分を周波数フィルタで除去するから、ノイズ成分の混入による音波の到来方向の誤検出を防止することができる。   According to this configuration, since the noise component due to the clock signal generated by using the bucket brigade device as a component of the delay unit is removed by the frequency filter, it is possible to prevent erroneous detection of the arrival direction of the sound wave due to the mixing of the noise component. Can do.

請求項8の発明では、請求項1ないし請求項7の発明において、前記遅延手段は、前記センサ素子に対応する個数の遅延要素を1個の遅延素子とし、遅延素子をカスケード接続した遅延素子群をセンサ素子ごとに備え、各センサ素子からの受信信号を同数個ずつの遅延素子を通して得られる遅延信号をそれぞれ組にして出力することを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, in the first to seventh aspects of the present invention, the delay means includes a delay element group in which the number of delay elements corresponding to the sensor element is one delay element, and the delay elements are cascade-connected. Is provided for each sensor element, and the delayed signals obtained through the same number of delay elements for each received signal from each sensor element are output in pairs.

この構成によれば、各センサ素子ごとにカスケード接続した複数個ずつの遅延素子を設けているから、各センサ素子ごとに同数個ずつの遅延素子を通して得られる遅延信号の組を加算手段に与えることによって、遅延信号の組に対応する方向から到来する音波の検出が可能になる。すなわち、1個の受波器を用いて複数方向からの音波の到来を検出することが可能になり、音波の到来方向を精度よく検出することが可能になる。   According to this configuration, since a plurality of delay elements cascaded for each sensor element are provided, a set of delay signals obtained through the same number of delay elements for each sensor element is given to the adding means. This makes it possible to detect sound waves coming from the direction corresponding to the set of delayed signals. That is, it is possible to detect the arrival of sound waves from a plurality of directions using a single receiver, and to accurately detect the arrival directions of sound waves.

請求項9の発明では、請求項8の発明において、前記加算手段は、遅延手段から出力される複数組の遅延信号をそれぞれ組ごとに加算する複数個の加算器を備えることを特徴とする。   According to a ninth aspect of the invention, in the eighth aspect of the invention, the adding means includes a plurality of adders for adding a plurality of sets of delayed signals output from the delay means for each set.

この構成によれば、音波の到来方向に対応した遅延信号の組ごとに加算する複数個の加算器を設けていることにより、音波の到来方向を複数方向について同時に検出することが可能になる。   According to this configuration, by providing a plurality of adders that add for each set of delayed signals corresponding to the arrival direction of the sound wave, it is possible to simultaneously detect the arrival direction of the sound wave in a plurality of directions.

請求項10の発明では、請求項9の発明において、前記判定手段は、前記加算手段から出力される複数個の加算結果をそれぞれ閾値と比較することを特徴とする。   According to a tenth aspect of the present invention, in the ninth aspect of the invention, the determination unit compares each of a plurality of addition results output from the addition unit with a threshold value.

この構成によれば、音波の到来方向に対応した複数個の加算器の加算結果を判定手段においてそれぞれ閾値と比較するから、各加算器の加算結果に応じた閾値の設定が可能であり、音波の到来方向に応じた適正な閾値を設定することにより正確な判断が可能になる。   According to this configuration, since the addition results of the plurality of adders corresponding to the arrival directions of the sound waves are compared with the threshold values in the determination unit, it is possible to set the threshold values according to the addition results of the respective adders. It is possible to make an accurate determination by setting an appropriate threshold value according to the direction of arrival of.

本発明の構成によれば、各センサ素子に必要な遅延時間を遅延要素の個数で確保するから、従来構成のように遅延手段に複数種類のクロック信号を与える必要がなく構成が簡単になるという利点があり、さらに、遅延手段にループ回路を設ける必要もないから、比較的少数の遅延要素で遅延手段を構成でき、遅延信号を取り出すまでの遅延要素の個数が少ないから、遅延手段から出力される遅延信号の波形の歪みも少なくなり、結果的に、加算手段において加算される遅延信号における時間の誤差が少なくなり、音波の到来方向を精度よく検出することが可能になるという利点がある。   According to the configuration of the present invention, since the delay time required for each sensor element is ensured by the number of delay elements, it is not necessary to provide a plurality of types of clock signals to the delay means as in the conventional configuration, and the configuration is simplified. Since there is an advantage and it is not necessary to provide a loop circuit in the delay means, the delay means can be configured with a relatively small number of delay elements, and since the number of delay elements until the delay signal is extracted is small, the delay means outputs the delay means. As a result, there is an advantage that the waveform of the delayed signal is reduced, and as a result, the time error in the delayed signal added by the adding means is reduced, and the arrival direction of the sound wave can be detected with high accuracy.

(実施形態1)
以下に説明する実施形態では、図2に示すように、超音波発生手段に設けた送波器2から間欠的に超音波を送波し、送波器2から送波された超音波が物体3により反射された反射波を音響センサに設けた受波器1により受波し、送波器2から超音波を送波した後に反射波が受波器1で受波されるまでの時間に基づいて物体3までの距離を求めるとともに、受波器1への反射波の到来方向を検出し、求めた距離と反射波の到来方向とから物体3の相対位置を求めることを可能とした超音波センサを例示する。
(Embodiment 1)
In the embodiment described below, as shown in FIG. 2, ultrasonic waves are intermittently transmitted from the transmitter 2 provided in the ultrasonic wave generation means, and the ultrasonic waves transmitted from the transmitter 2 are the object. In the time until the reflected wave is received by the receiver 1 after the reflected wave reflected by 3 is received by the receiver 1 provided in the acoustic sensor and the ultrasonic wave is transmitted from the transmitter 2. Based on this, the distance to the object 3 is obtained, the arrival direction of the reflected wave to the receiver 1 is detected, and the relative position of the object 3 can be obtained from the obtained distance and the arrival direction of the reflected wave. A sonic sensor is illustrated.

ただし、本実施形態において説明する音響センサは、超音波センサに用いるだけではなく、音波の到来方向を検出する種々の用途に利用することができる。また、受波器1に入射する音波が平面波であるという条件を満たしていれば、音波の種類は超音波に限定されるものではない。以下の説明では、説明を簡単にするために、受波器1に対する物体3の相対位置を二次元の極座標で求める場合を例示するが、三次元空間での物体3の位置を求めるように以下の実施形態の構成を拡張することは容易である。   However, the acoustic sensor described in the present embodiment can be used not only for an ultrasonic sensor but also for various applications for detecting the arrival direction of a sound wave. In addition, the type of sound wave is not limited to the ultrasonic wave as long as the condition that the sound wave incident on the receiver 1 is a plane wave is satisfied. In the following description, in order to simplify the description, a case where the relative position of the object 3 with respect to the receiver 1 is obtained by two-dimensional polar coordinates is illustrated. However, the following description is given so as to obtain the position of the object 3 in a three-dimensional space. It is easy to extend the configuration of this embodiment.

本実施形態に用いる受波器1は、図1に示すように、超音波を電気信号に変換する複数個(図示例では5個)のセンサ素子11a〜11eを一次元的(一直線上)に等間隔で配列したセンサアレイからなり、さらに個々のセンサ素子11a〜11eから出力される電気信号(以下では、受信信号という)を遅延させる多数個(図示例では9個×8段=72個)の遅延素子12a〜12hからなる遅延手段12を備える。遅延手段12からは複数組(図示例では5個1組で19組)の遅延信号が出力され、遅延信号は加算手段13に設けた加算器13a〜13sに各組ごとに入力され、加算器13a〜13sによる加算結果は判定手段14に入力され、判定手段14において超音波の到来方向が判定される。   As shown in FIG. 1, the receiver 1 used in this embodiment includes a plurality of (in the illustrated example, five) sensor elements 11 a to 11 e that convert ultrasonic waves into electrical signals in a one-dimensional manner (on a straight line). It is composed of sensor arrays arranged at equal intervals, and furthermore, a large number (in the example shown, 9 × 8 stages = 72) for delaying electrical signals (hereinafter referred to as reception signals) output from the individual sensor elements 11a to 11e. Delay means 12 comprising delay elements 12a to 12h. The delay means 12 outputs a plurality of sets of delay signals (in the example shown, one set of five, 19 sets), and the delay signals are input to adders 13a to 13s provided in the addition means 13 for each set. The addition result by 13a-13s is input into the determination means 14, and the determination means 14 determines the arrival direction of an ultrasonic wave.

判定手段14は、各加算器13a〜13sからのそれぞれの出力信号のピーク値を検出するピークホールド回路14a〜14sと、各ピークホールド回路14a〜14sの出力をそれぞれ適宜の閾値と比較する比較回路15a〜15sとを備える。各比較回路15a〜15sはピークホールド回路14a〜14sの出力と閾値との大小関係に応じた2値信号を出力する。各比較回路15a〜15sにおける閾値は閾値設定部15により比較回路15a〜15sごとに設定される。各比較回路15a〜15sにおいて複数段階の閾値を設定することも可能であるが、ここでは各比較回路15a〜15sに1段階ずつの閾値が設定されているものとする。各比較回路15a〜15sは、それぞれ超音波の到来方向に対応付けられており、どの比較回路15a〜15sにおいて閾値を越える出力が得られたかに応じて超音波の到来方向を判断することができる。この技術については後述する。   The determination unit 14 includes peak hold circuits 14a to 14s that detect peak values of output signals from the adders 13a to 13s, and comparison circuits that compare outputs of the peak hold circuits 14a to 14s with appropriate threshold values. 15a-15s. Each of the comparison circuits 15a to 15s outputs a binary signal corresponding to the magnitude relationship between the output of the peak hold circuits 14a to 14s and the threshold value. The threshold value in each of the comparison circuits 15a to 15s is set for each of the comparison circuits 15a to 15s by the threshold setting unit 15. Although it is possible to set a plurality of levels of threshold values in each of the comparison circuits 15a to 15s, it is assumed here that one level of threshold value is set in each of the comparison circuits 15a to 15s. Each of the comparison circuits 15a to 15s is associated with the arrival direction of the ultrasonic wave, and can determine the arrival direction of the ultrasonic wave depending on which comparison circuit 15a to 15s has obtained an output exceeding the threshold value. . This technique will be described later.

各比較回路15a〜15sの出力は位置演算手段16に入力され、位置演算手段16では送波器2から超音波を送波したタイミングと、いずれかの比較回路15a〜15sからピークホールド回路14a〜14sの出力が閾値を越えたことを示す出力が得られた時点のタイミングとの時間差に基づいて、物体3までの距離を演算する。したがって、位置演算手段16では、閾値を越える出力が得られた比較回路15a〜15sにより超音波の到来方向がわかり、送波と受波とのタイミングにより物体3までの距離がわかる。   The outputs of the comparison circuits 15a to 15s are input to the position calculation means 16, where the position calculation means 16 transmits the ultrasonic wave from the transmitter 2 and the peak hold circuits 14a to 14a from any of the comparison circuits 15a to 15s. The distance to the object 3 is calculated based on the time difference from the timing when the output indicating that the output of 14s exceeds the threshold is obtained. Therefore, in the position calculating means 16, the arrival directions of the ultrasonic waves can be determined by the comparison circuits 15a to 15s that have obtained outputs exceeding the threshold value, and the distance to the object 3 can be determined by the timing of transmission and reception.

さらに具体的に説明する。超音波発生手段は、送波器2に設けた超音波振動子の駆動タイミングを制御するためのタイミング制御回路21を有している。タイミング制御回路21は一定周期で一定の時間幅を有する矩形波を出力し、送波器2はタイミング制御回路21から出力される矩形波に同期して間欠的に超音波を送波する。超音波を1回送波する時間幅は、遅延素子12a〜12hの最小の遅延時間(超音波の到来方向に関する分解能)と、隣り合うセンサ素子11a〜11eの間隔とに応じて設定される。   This will be described more specifically. The ultrasonic wave generation means has a timing control circuit 21 for controlling the drive timing of the ultrasonic vibrator provided in the transmitter 2. The timing control circuit 21 outputs a rectangular wave having a constant time width at a constant period, and the transmitter 2 intermittently transmits ultrasonic waves in synchronization with the rectangular wave output from the timing control circuit 21. The time width for transmitting the ultrasonic wave once is set according to the minimum delay time of the delay elements 12a to 12h (resolution regarding the arrival direction of the ultrasonic wave) and the interval between the adjacent sensor elements 11a to 11e.

受波器1を構成するセンサ素子11a〜11eとしては、図3のように音波をピエゾ効果により電気信号に変換するものと、図4のように音波を静電容量の変化に変換するものとが広く知られているから、いずれかの構造のものを用いる。   As the sensor elements 11a to 11e constituting the receiver 1, one that converts sound waves into an electric signal by the piezoelectric effect as shown in FIG. 3 and one that converts sound waves into a change in capacitance as shown in FIG. Is widely known, so one having any structure is used.

図3に示すものは、1mm角程度のSOI基板30の主表面に、チタン下地を有する白金薄膜の下部電極31と、ゾルゲル法により形成したPZT薄膜からなる圧電層32と、白金からなる上部電極33とを順に積層した構造を有する。SOI基板30は、シリコンウェハから形成した支持基板30aの表裏両面にシリコン酸化膜層30b,30cを有し、支持基板30aの主表面側におけるシリコン酸化膜層30bには、さらにシリコン層30dとシリコン酸化膜層30eとが順に積層されている。SOI基板30の中央部には下面からシリコン層30dに達する溝部30fが形成されている。この構成により、溝部30fに対応する部位において、シリコン層30dとシリコン酸化膜層30eと下部電極31と圧電層32と上部電極33との薄肉の積層体に音波の圧力が作用すると、ピエゾ効果によって圧電層32には音波の圧力に応じた電圧が発生するから、下部電極31と上部電極33との間には音波の圧力に応じて微小な電圧変化が生じるから、音波を電気信号に変換することができる。   3 shows a platinum thin film lower electrode 31 having a titanium base on a main surface of an SOI substrate 30 of about 1 mm square, a piezoelectric layer 32 made of a PZT thin film formed by a sol-gel method, and an upper electrode made of platinum. 33 in this order. The SOI substrate 30 has silicon oxide film layers 30b and 30c on both front and back surfaces of a support substrate 30a formed from a silicon wafer. The silicon oxide film layer 30b on the main surface side of the support substrate 30a further includes a silicon layer 30d and a silicon layer. An oxide film layer 30e is sequentially stacked. In the central portion of the SOI substrate 30, a groove portion 30f reaching the silicon layer 30d from the lower surface is formed. With this configuration, when sound pressure acts on a thin laminated body of the silicon layer 30d, the silicon oxide film layer 30e, the lower electrode 31, the piezoelectric layer 32, and the upper electrode 33 at a portion corresponding to the groove 30f, the piezoelectric effect causes Since a voltage corresponding to the pressure of the sound wave is generated in the piezoelectric layer 32, a minute voltage change occurs according to the pressure of the sound wave between the lower electrode 31 and the upper electrode 33, so that the sound wave is converted into an electric signal. be able to.

一方、図4に示すものは、n形のシリコン基板からなる支持基板40の中央部に溝部40aを有し、支持基板40の主表面側において溝部40aの底部および周部に跨るp形のバックベント41を備える。さらに、溝部40aの周囲においてバックベント41の主表面にシリコン酸化膜層42を介してシリコン窒化膜層43が積層され、溝部40aに対応する部位においてバックベント41に対向するn形のポリシリコンからなるダイアフラム44の周部が、シリコン窒化膜層43の上に接合された構造を有する。バックベント41には表裏に連通する排気孔41aが適所に形成され、バックベント41およびダイアフラム44の一部には金属薄膜からなる電極パッド45,46が設けられる。この構成では、ダイアフラム44とバックベント41とを電極とするコンデンサが形成されるから、ダイアフラム44が音波の圧力を受けることによりバックベント41との距離を変化させると、ダイアフラム44とバックベント41との間の静電容量が変化する。したがって、電極パッド45,46の間に直流バイアス電圧を印加しておけば、電極パッド45,46の間には音波の圧力に応じて微小な電圧変化が生じるから、音波を電気信号に変換することができる。 On the other hand, the one shown in FIG. 4 has a groove 40a in the center of a support substrate 40 made of an n -type silicon substrate, and a p + -type straddling the bottom and periphery of the groove 40a on the main surface side of the support substrate 40. The back vent 41 is provided. Further, a silicon nitride film layer 43 is laminated on the main surface of the back vent 41 around the groove 40a via a silicon oxide film layer 42, and n + -type polysilicon facing the back vent 41 at a portion corresponding to the groove 40a. The peripheral portion of the diaphragm 44 made of is bonded to the silicon nitride film layer 43. Exhaust holes 41 a communicating with the front and back are formed in the back vent 41 at appropriate positions, and electrode pads 45 and 46 made of a metal thin film are provided in part of the back vent 41 and the diaphragm 44. In this configuration, a capacitor having the diaphragm 44 and the back vent 41 as electrodes is formed. Therefore, when the diaphragm 44 receives a sound wave pressure and changes the distance from the back vent 41, the diaphragm 44 and the back vent 41 The capacitance during the change. Therefore, if a DC bias voltage is applied between the electrode pads 45 and 46, a minute voltage change occurs between the electrode pads 45 and 46 in accordance with the pressure of the sound wave, so that the sound wave is converted into an electrical signal. be able to.

遅延手段12は、同じ遅延時間を有する遅延素子12a〜12hをそれぞれカスケード接続した遅延素子群を複数群備え、各遅延素子群がいずれかのセンサ素子11a〜11eに対応付けて接続される。また、各遅延素子12a〜12hはそれぞれ2相のクロック信号で駆動されるBBDを遅延要素に用いて構成され、本実施形態では、BBD1個当たりの遅延時間を1μsとするために、クロック信号を500kHzに設定している。遅延素子12a〜12hを構成する遅延要素はクロック信号で電荷を遅延させて転送する機能があればよく、BBDではなくCCDを用いて構成することも可能である。   The delay means 12 includes a plurality of delay element groups in which delay elements 12a to 12h having the same delay time are cascade-connected, and each delay element group is connected in association with one of the sensor elements 11a to 11e. Each delay element 12a to 12h is configured using a BBD driven by a two-phase clock signal as a delay element, and in this embodiment, in order to set the delay time per BBD to 1 μs, It is set to 500 kHz. The delay elements constituting the delay elements 12a to 12h only need to have a function of delaying and transferring charges with a clock signal, and may be configured using a CCD instead of a BBD.

図1において1段目の遅延素子群と8段目の遅延素子群とを構成する遅延素子12a,12hはそれぞれ1個のBBDを備え、2段目と7段目との遅延素子12b,12gは2個のBBDを備え、3段目と6段目との遅延素子12c,12fは3個のBBDを備え、4段目と5段目との遅延素子12d,12eは4個のBBDを備える。遅延素子12a,12hの遅延時間は1μs、遅延素子12b,12gの遅延時間は2μs、遅延素子12c,12fの遅延時間は3μs、遅延素子12d,12eの遅延時間は4μsになる。したがって、各遅延素子12a〜12hは、遅延時間が1μsであるBBDを遅延要素とし、センサ素子11a〜11eに応じて異なる個数ずつ接続した構成を有していることになる。つまり、遅延手段12は、遅延時間に応じた個数の同構成のBBDを1つのクロック信号で動作させる構成であるから、集積回路化が容易である。   In FIG. 1, the delay elements 12a and 12h constituting the first-stage delay element group and the eighth-stage delay element group each have one BBD, and the second-stage and seventh-stage delay elements 12b and 12g. Includes two BBDs, the third and sixth delay elements 12c and 12f include three BBDs, and the fourth and fifth delay elements 12d and 12e include four BBDs. Prepare. The delay time of the delay elements 12a and 12h is 1 μs, the delay time of the delay elements 12b and 12g is 2 μs, the delay time of the delay elements 12c and 12f is 3 μs, and the delay time of the delay elements 12d and 12e is 4 μs. Accordingly, each of the delay elements 12a to 12h has a configuration in which a BBD having a delay time of 1 μs is used as a delay element and a different number is connected according to the sensor elements 11a to 11e. That is, the delay means 12 is configured to operate a number of BBDs of the same configuration corresponding to the delay time with one clock signal, and thus can be easily integrated.

なお、図1に示す例において2個のセンサ素子11a,11eの出力を、どの遅延素子12a〜12hも通さずに加算手段13に入力する経路があるが、この経路には遅延時間が0μsの遅延素子を設けているものとみなす。つまり、遅延素子群は5個のセンサ素子11a〜11eに対して2倍の個数である10群設けられ、遅延素子群のうちの2群の遅延時間を0μsに設定していることになる。要するに、各遅延素子群を構成する遅延素子12a〜12hは遅延時間に1μsずつの差があればよいのであって、図1において遅延素子12a〜12hを設けていない経路に遅延時間が1μsである遅延素子からなる遅延素子群を設ける場合には、他の遅延素子群を構成する遅延素子12a〜12hの遅延時間をそれぞれ2μs、3μs、4μs、5μsとなるように構成すればよい。   In the example shown in FIG. 1, there is a path for inputting the outputs of the two sensor elements 11a and 11e to the adding means 13 without passing through any of the delay elements 12a to 12h. This path has a delay time of 0 μs. It is assumed that a delay element is provided. That is, ten delay elements are provided, which is twice as many as the five sensor elements 11a to 11e, and the delay time of two of the delay elements is set to 0 μs. In short, the delay elements 12a to 12h constituting each delay element group need only have a difference of 1 μs in delay time, and the delay time is 1 μs in the path where the delay elements 12a to 12h are not provided in FIG. When a delay element group including delay elements is provided, the delay times of the delay elements 12a to 12h constituting the other delay element groups may be configured to be 2 μs, 3 μs, 4 μs, and 5 μs, respectively.

上述のように、1つの遅延素子群を構成する9個ずつの遅延素子12a〜12hの遅延時間はそれぞれ等しく、かつ各遅延素子群では遅延素子12a〜12hがカスケード接続されていることによって、遅延時間が加算されるようになっている。たとえば、図1における1段目の遅延素子群を構成する遅延素子12aを1個通過すれば信号が時間Tだけ遅延されるものとすれば、遅延素子12aを2個通過すれば信号は時間2Tだけ遅延される。また、2段目の遅延素子12bでは、1個通過すれば時間2Tだけ遅延され、2個通過すれば時間4Tだけ遅延される。   As described above, the delay times of the nine delay elements 12a to 12h constituting one delay element group are equal to each other, and the delay elements 12a to 12h are cascade-connected in each delay element group. Time is added. For example, if one delay element 12a constituting the first-stage delay element group in FIG. 1 is passed, the signal is delayed by time T. If two delay elements 12a are passed, the signal is time 2T. Only delayed. Further, in the second delay element 12b, if one element is passed, the time is delayed by time 2T, and if two elements are passed, the time is delayed by time 4T.

遅延時間Tは、センサ素子11a〜11eを配列した面への音波の入射角が音波の到来方向に関する分解能に相当する規定角度(本実施形態では5°)であるときに、隣り合うセンサ素子11a〜11eに音波の同じ波面が到達する時間差にほぼ一致させてある。たとえば、音速を340m/sとし、センサ素子11a〜11eの中間間の距離を4mmとすれば、入射角が5°(図1の左右方向を0°として下側の角度を正にとる)であるときに、センサ素子11aとセンサ素子11bとに同じ波面が到達する時間差は1.03μsになるから、上述の条件で音波の到来方向の分解能を約5°とするには遅延時間Tを1μsに設定すればよいと言える。つまり、上述したように遅延素子12a〜12hの遅延時間をそれぞれ1μs、2μs、3μs、4μsに設定しておけば、各遅延素子12a〜12hを同じクロック信号で駆動しながらも約5°の分解能を得ることができる。また、本実施形態の構成では遅延手段12を構成するBBDの個数は180個であるから、実装面積を比較的小さくすることができ小型化が可能になる上に、比較的低コストで提供することができる。   The delay time T is the adjacent sensor element 11a when the incident angle of the sound wave on the surface on which the sensor elements 11a to 11e are arranged is a specified angle (5 ° in the present embodiment) corresponding to the resolution related to the arrival direction of the sound wave. The time difference at which the same wavefront of the sound wave reaches ˜11e is substantially matched. For example, if the speed of sound is 340 m / s and the distance between the sensor elements 11a to 11e is 4 mm, the incident angle is 5 ° (the left-right direction in FIG. 1 is 0 ° and the lower angle is positive). In some cases, the time difference between the arrival of the same wavefronts at the sensor element 11a and the sensor element 11b is 1.03 μs. Therefore, the delay time T is set to 1 μs for the resolution of the sound wave arrival direction to be about 5 ° under the above conditions. It can be said that this should be set. That is, if the delay times of the delay elements 12a to 12h are set to 1 μs, 2 μs, 3 μs, and 4 μs, respectively, as described above, the resolution of about 5 ° can be achieved while driving the delay elements 12a to 12h with the same clock signal. Can be obtained. Further, in the configuration of the present embodiment, the number of BBDs constituting the delay means 12 is 180, so that the mounting area can be made relatively small, miniaturization is possible, and the device is provided at a relatively low cost. be able to.

表1に示すように、すべての遅延素子12a〜12hを同じクロック信号で駆動すると、同じ波面の音波が各センサ素子11a〜11eに入射する時間差(到達時間差)と、遅延素子12a〜12hによる遅延時間とに誤差が生じるが、1つの加算器13a〜13sによる加算結果が他の加算器13a〜13sの加算結果と区別できればよいから、到達時間差と遅延時間とに誤差があっても遅延手段12から出力される1組の遅延信号の一部が互いに重複するように、送波器2から送波する超音波の時間幅を設定しておけばよい。ただし、送波器2から送波する超音波の時間幅を必要以上に長くすると、音波の到来方向に対する分解能が低下するから、送波器2から送波する超音波の時間幅は、到達時間差と遅延時間との誤差と、音波の到来方向に関する分解能との兼ね合いで設定する。また、すべての遅延素子12a〜12hを同じクロック信号で駆動することができるから、遅延手段12の構成および制御が簡単であり、遅延手段12のIC化が容易になる。   As shown in Table 1, when all the delay elements 12a to 12h are driven with the same clock signal, the time difference (arrival time difference) at which the sound waves of the same wavefront enter each sensor element 11a to 11e and the delay due to the delay elements 12a to 12h Although there is an error in time, it is only necessary to distinguish the addition result of one adder 13a to 13s from the addition result of the other adders 13a to 13s. Therefore, even if there is an error in the arrival time difference and the delay time, the delay means 12 The time width of the ultrasonic wave transmitted from the transmitter 2 may be set so that a part of the set of delayed signals output from each other overlap each other. However, if the time width of the ultrasonic wave transmitted from the transmitter 2 is made longer than necessary, the resolution with respect to the arrival direction of the sound wave is reduced. Therefore, the time width of the ultrasonic wave transmitted from the transmitter 2 is different from the arrival time difference. And the delay time and the resolution related to the direction of arrival of the sound wave. Further, since all the delay elements 12a to 12h can be driven by the same clock signal, the configuration and control of the delay means 12 are simple, and the IC of the delay means 12 becomes easy.

なお、表1において、「1、8段」は遅延素子12a,12hに対応し、「2、7段」は遅延素子12b,12gに対応し、「3、6段」は遅延素子12c,12fに対応し、「4、5段」は遅延素子12d,12eに対応する。また、「個数」はカスケードに接続された遅延素子12a〜12hを受信信号が通過する個数、「遅延」は遅延素子12a〜12hによる遅延時間(遅延信号の受信信号に対する遅延時間)、「到達」は基準となるセンサ素子12a,12hの受信信号に対して同じ波面の音波を受信した他のセンサ12b〜12gの受信信号の遅れ時間(到達時間差)を表す。遅延時間と到達時間差との単位は〔μs〕である。   In Table 1, “1, 8 stage” corresponds to the delay elements 12a, 12h, “2, 7 stage” corresponds to the delay elements 12b, 12g, and “3, 6 stage” represents the delay elements 12c, 12f. “4, 5 stages” correspond to the delay elements 12d and 12e. Further, “number” is the number of received signals passing through the delay elements 12 a to 12 h connected in cascade, “delay” is the delay time (delay time of the delayed signal with respect to the received signal), “arrival” by the delay elements 12 a to 12 h. Represents the delay time (arrival time difference) of the reception signals of the other sensors 12b to 12g that have received the sound waves of the same wavefront with respect to the reception signals of the sensor elements 12a and 12h serving as the reference. The unit of delay time and arrival time difference is [μs].

Figure 2005300429
Figure 2005300429

センサ素子11aから出力される受信信号は、どの遅延素子12a〜12hも通らずに遅延手段12から出力されるか、5段目の遅延素子12eを通して遅延手段12から出力される。同様にして、センサ素子11bからの受信信号は1段目と6段目との遅延素子12a,12fを通して遅延手段12から出力され、センサ素子11cからの受信信号は2段目と7段目との遅延素子12b,12gを通して遅延手段12から出力され、センサ素子11dからの受信信号は3段目と8段目との遅延素子12c,12hを通して遅延手段12から出力され、センサ素子11eからの受信信号は4段目の遅延素子12dを通して遅延手段12から出力されるか、どの遅延素子12a〜12hも通らずに遅延手段12から出力される。   The reception signal output from the sensor element 11a is output from the delay means 12 without passing through any of the delay elements 12a to 12h, or is output from the delay means 12 through the delay element 12e at the fifth stage. Similarly, the reception signal from the sensor element 11b is output from the delay means 12 through the delay elements 12a and 12f of the first and sixth stages, and the reception signal from the sensor element 11c is the second and seventh stages. Are output from the delay means 12 through the delay elements 12b and 12g, and the received signal from the sensor element 11d is output from the delay means 12 through the delay elements 12c and 12h at the third and eighth stages, and received from the sensor element 11e. The signal is output from the delay means 12 through the delay element 12d in the fourth stage, or is output from the delay means 12 without passing through any of the delay elements 12a to 12h.

遅延手段12から出力される遅延信号は上述したように5個1組で19組の出力であって、1組になる5個の出力はすべてのセンサ素子11a〜11eの受信信号に対応した信号を含むように組み合わされる。19組のうちの1組は、各センサ素子11a〜11eからの受信信号を遅延素子12a〜12hに通さずに取り出す組合せであって、他の組は、センサ素子11aから出力された受信信号とセンサ素子11b〜11eから出力され上4段の遅延素子12a〜12dを同数ずつ通過した受信信号との組合せ、またはセンサ素子11eから出力された受信信号とセンサ素子11a〜11dから出力され下4段の遅延素子12e〜12hを同数ずつ通過した受信信号との組合せのいずれかになる。図1に示す遅延手段12において同じ角度を付した遅延信号が1組になる。たとえば、+40°と表記している5個の遅延信号が1組になる。   As described above, the delay signals output from the delay means 12 are 19 sets of 5 outputs, and the 5 outputs corresponding to one set are signals corresponding to the received signals of all the sensor elements 11a to 11e. Are combined to include One of the 19 sets is a combination in which the reception signals from the sensor elements 11a to 11e are extracted without passing through the delay elements 12a to 12h, and the other set is a combination of the reception signal output from the sensor element 11a. A combination of reception signals output from the sensor elements 11b to 11e and passed through the same number of delay elements 12a to 12d in the upper four stages, or a reception signal output from the sensor element 11e and output from the sensor elements 11a to 11d and lower four stages Any of the combinations with the received signals that have passed through the same number of delay elements 12e to 12h. In the delay means 12 shown in FIG. 1, a set of delay signals with the same angle is provided. For example, a set of five delayed signals denoted as + 40 °.

加算手段13は、遅延信号をそれぞれ組ごとに加算する19個の加算器13a〜13sを備える。図1において、Σθ(θは角度)の形式で表記している加算器13a〜13sはそれぞれ遅延手段12から出力される角度θに対応する遅延信号を加算することを意味する。たとえば、+40°の5個の遅延信号の組は、Σ+40°と表記した加算器13bにおいて加算される。ここで、受波器1への音波の入射角がθであるときには、角度θに対応する5個の遅延信号はほぼ同じタイミングで加算器13a〜13sに入力されるから、送波器2から送波された超音波による反射波が受波器1に対して入射角θで入射したときに、角度θに対応する1つの加算器13a〜13sの出力のピーク値は理想的には5個の遅延信号のピーク値を加算した値になる。したがって、音波の入射方向に対応した加算器13a〜13sの出力だけが他の加算器13a〜13sの出力よりも大幅に大きくなる。   The adding means 13 includes 19 adders 13a to 13s that add the delayed signals for each group. In FIG. 1, the adders 13 a to 13 s expressed in the form of Σθ (θ is an angle) means that the delay signals corresponding to the angle θ output from the delay means 12 are added. For example, a set of five delayed signals of + 40 ° is added in the adder 13b expressed as Σ + 40 °. Here, when the incident angle of the sound wave to the receiver 1 is θ, the five delay signals corresponding to the angle θ are input to the adders 13a to 13s at almost the same timing. When the reflected wave by the transmitted ultrasonic wave is incident on the receiver 1 at the incident angle θ, the peak value of the output of one adder 13a to 13s corresponding to the angle θ is ideally five. The peak value of the delayed signal is added. Therefore, only the outputs of the adders 13a to 13s corresponding to the incident direction of the sound wave are significantly larger than the outputs of the other adders 13a to 13s.

判定手段14に設けたピークホールド回路14a〜14sは、各加算器13a〜13sの出力のピーク値を一定時間毎(たとえば、0.6ms毎)に保持する回路であって、次のピーク値を保持するまでは前のピーク値を保持するように構成されている。つまり、0.6ms間隔でピーク値を取り出し、取り出したピーク値を0.6msの間保持する。0.6msは音速を340m/sとするときに0.2mに相当するから、ピークホールド回路14a〜14sにおけるピーク値の取り出しと保持とを0.6msの間隔で行うことは、物体3までの距離に関する分解能が0.2mになることを意味する。なお、ピークホールド回路14a〜14sは、タイミング制御回路21が送波器2に対して超音波の送波を指示した時点を起点としてピーク値を取り出して保持する動作を開始する。つまり、ピークホールド回路14a〜14sはタイミング制御回路21により制御される。   The peak hold circuits 14a to 14s provided in the determination means 14 are circuits that hold the peak values of the outputs of the adders 13a to 13s at regular intervals (for example, every 0.6 ms). The previous peak value is held until it is held. That is, peak values are extracted at intervals of 0.6 ms, and the extracted peak values are held for 0.6 ms. Since 0.6 ms corresponds to 0.2 m when the sound speed is set to 340 m / s, the peak value extraction and holding in the peak hold circuits 14 a to 14 s is performed at intervals of 0.6 ms up to the object 3. This means that the distance resolution is 0.2 m. The peak hold circuits 14a to 14s start an operation of taking out and holding the peak value starting from the time point when the timing control circuit 21 instructs the transmitter 2 to transmit ultrasonic waves. That is, the peak hold circuits 14 a to 14 s are controlled by the timing control circuit 21.

判定手段14には、ピークホールド回路14a〜14sが保持しているピーク値を閾値設定部15により設定された閾値と比較する比較回路15a〜15sも設けられる。ところで、物体3までの距離が等しい場合でも受波器1への反射波の入射角によってセンサ素子11a〜11eが受ける圧力が異なるから、各加算器13a〜13sの出力信号のピーク値も反射波の入射角によって異なる。したがって、各比較回路15a〜15sに対する閾値は異ならせるのが望ましい。つまり、入射角が大きくなるほどセンサ素子11a〜11eから出力される受信信号のレベルが小さくなるから、比較回路15a〜15sに対して設定する閾値は、入射角が大きい受信信号と比較する閾値ほど小さい値に設定することが望ましい。   The determination means 14 is also provided with comparison circuits 15 a to 15 s for comparing the peak value held by the peak hold circuits 14 a to 14 s with the threshold set by the threshold setting unit 15. By the way, even when the distance to the object 3 is equal, the pressure received by the sensor elements 11a to 11e varies depending on the incident angle of the reflected wave to the wave receiver 1. Therefore, the peak values of the output signals of the adders 13a to 13s are also reflected waves. It depends on the incident angle. Therefore, it is desirable to vary the threshold values for the comparison circuits 15a to 15s. That is, as the incident angle increases, the level of the reception signal output from the sensor elements 11a to 11e decreases. Therefore, the threshold value set for the comparison circuits 15a to 15s is smaller as the threshold value compared with the reception signal having a larger incident angle. It is desirable to set it to a value.

いずれかの比較回路15a〜15sにおいてピークホールド回路14a〜14sの出力値が閾値を越えるときには、当該比較回路15a〜15sに対応する入射角で受波器1に音波が入射していることを示しており、比較回路15a〜15sは2値信号を出力するから、出力が反転している比較回路15a〜15sがあれば、当該比較回路15a〜15sに対応する入射角で音波が受波器1に入射していることになる。ここに、本実施形態では音波の到来方向を5°刻みで検出しており、刻みの中間の角度(たとえば、22.5°)で音波が入射するときに音波が検出されないと不都合であるから、刻みの中間の角度で音波が入射するときには、当該角度を挟む2つの比較回路15a〜15s(図示例では比較回路15e,15f)において出力を反転させることが望ましい。このような条件を満たすには、加算手段13において1組だけの遅延信号の加算結果が他の組の遅延信号の加算結果より大きくなるのではなく、2組の遅延信号の加算結果が他の組の遅延信号の加算結果よりも大きくなるように、送波器2から送波する超音波の時間幅を設定することが必要である。この条件では、2個の加算器13a〜13sの出力信号のピーク値が他の加算器13a〜13sの出力信号のピーク値よりも大きくなり、2個の比較回路15a〜15sの出力が反転するから、位置演算手段16では2個の比較回路15a〜15sの出力が反転しているときには、両比較回路15a〜15sに対応する入射角の中間の角度で音波が入射していると判断する。なお、送波器2から送波する超音波の時間幅にもよるが、刻みの中間の角度で音波が入射するときには、ピークホールド回路14a〜14sにおいて組になる5個の遅延信号のすべてを加算したピーク値を得ることができない場合があり、たとえば3個の遅延信号を加算したピーク値になる場合もあるから、比較回路15a〜15sに設定する閾値を5個の遅延信号を加算したピーク値が得られる場合よりも低く設定しておくのが望ましい。   When the output value of the peak hold circuits 14a to 14s exceeds the threshold value in any of the comparison circuits 15a to 15s, it indicates that the sound wave is incident on the receiver 1 at an incident angle corresponding to the comparison circuits 15a to 15s. Since the comparison circuits 15a to 15s output binary signals, if there are comparison circuits 15a to 15s whose outputs are inverted, the sound wave is received by the receiver 1 at an incident angle corresponding to the comparison circuits 15a to 15s. It is incident on. Here, in this embodiment, the arrival direction of the sound wave is detected in increments of 5 °, and it is inconvenient if the sound wave is not detected when the sound wave is incident at an intermediate angle (for example, 22.5 °). When the sound wave is incident at an intermediate angle, it is desirable to invert the output in the two comparison circuits 15a to 15s (comparative circuits 15e and 15f in the illustrated example) sandwiching the angle. In order to satisfy such a condition, the addition result of only one set of delayed signals is not larger than the addition result of the other sets of delayed signals in the adding means 13, but the addition result of the two sets of delayed signals is different from the other results. It is necessary to set the time width of the ultrasonic wave transmitted from the transmitter 2 so as to be larger than the addition result of the set of delay signals. Under this condition, the peak values of the output signals of the two adders 13a to 13s are larger than the peak values of the output signals of the other adders 13a to 13s, and the outputs of the two comparison circuits 15a to 15s are inverted. Therefore, when the outputs of the two comparison circuits 15a to 15s are inverted, the position calculation means 16 determines that the sound wave is incident at an intermediate angle between the incident angles corresponding to both the comparison circuits 15a to 15s. Although depending on the time width of the ultrasonic wave transmitted from the transmitter 2, when a sound wave is incident at an intermediate angle, all of the five delay signals paired in the peak hold circuits 14a to 14s are set. In some cases, it may not be possible to obtain an added peak value. For example, a peak value obtained by adding three delay signals may result in a peak value obtained by adding five delay signals to the threshold values set in the comparison circuits 15a to 15s. It is desirable to set it lower than when the value is obtained.

なお、加算器13a〜13sの前段と後段とのいずれかには、ローパスフィルタあるいはバンドパスフィルタからなる周波数フィルタを設けることにより、遅延素子12a〜12sの駆動に用いるクロック信号によるノイズ成分を除去するのが望ましい。したがって、数十kHzの超音波を用いる場合には、20〜100kHzを通過させ500kHzを阻止するようにローパスフィルタあるいはバンドパスフィルタのカットオフ周波数を設定する。   Note that a noise filter due to a clock signal used for driving the delay elements 12a to 12s is removed by providing a frequency filter composed of a low-pass filter or a band-pass filter in any one of the preceding and succeeding stages of the adders 13a to 13s. Is desirable. Therefore, when an ultrasonic wave of several tens kHz is used, the cut-off frequency of the low pass filter or the band pass filter is set so as to pass 20 to 100 kHz and block 500 kHz.

また、センサ素子11a〜11eの出力が小さい場合には、遅延手段12の前段にセンサ素子11a〜11eの出力を増幅する前置増幅器を付加してもよい。たとえば、上述したセンサ素子11a〜11eは、一般に数mV/Paの感度を有しているから、センサ素子11a〜11eの感度を5mV/Paとし音波の圧力を0.01Paとすれば、センサ素子11a〜11eの出力は0.05mVになるから、遅延手段12に必要な入力電圧を5〜50mVとすれば、前置増幅器としては増幅器を2〜3段設け増幅度を40〜60dBとすればよい。また、前置増幅器にはAGC機能を有する増幅器あるいは対数増幅器を用い、出力電圧が低い場合には増幅率を大きくし、出力電圧が高い場合には増幅率を小さくするように構成するのが望ましい。   Further, when the outputs of the sensor elements 11a to 11e are small, a preamplifier for amplifying the outputs of the sensor elements 11a to 11e may be added before the delay means 12. For example, since the sensor elements 11a to 11e described above generally have a sensitivity of several mV / Pa, if the sensitivity of the sensor elements 11a to 11e is 5 mV / Pa and the sound pressure is 0.01 Pa, the sensor element Since the outputs of 11a to 11e are 0.05 mV, if the input voltage required for the delay means 12 is 5 to 50 mV, two or three amplifiers are provided as preamplifiers, and the amplification factor is 40 to 60 dB. Good. Also, it is desirable to use an amplifier having an AGC function or a logarithmic amplifier as the preamplifier, and to increase the amplification factor when the output voltage is low and to decrease the amplification factor when the output voltage is high. .

上述した構成例では、センサ素子11a〜11eを配列した面の法線に対して上方から入射する音波と下方から入射する音波とについて到来方向を±45°で検出可能な音響センサを例示したが、センサ素子11a〜11eを配列した面の法線に対して上方と下方とのいずれか一方から入射する音波のみについて到来方向を検出すればよい場合には、遅延手段12における上4段と下4段とのいずれかの遅延素子12a〜12hのみを設ければよく、遅延素子12a〜12hの個数は半分になる。また、加算器13a〜13s、ピークホールド回路14a〜14s、比較回路15a〜15sの個数も略半分になる。さらに、音波の到来方向に関する分解能を5°とし、距離に関する分解能を0.2mとしたが、この値は一例であって目的に応じて適宜に設定することが可能である。   In the configuration example described above, the acoustic sensor capable of detecting the direction of arrival at ± 45 ° with respect to the sound wave incident from above and the sound wave incident from below with respect to the normal line of the surface on which the sensor elements 11a to 11e are arranged is illustrated. In the case where it is only necessary to detect the direction of arrival of the sound wave incident from either one of the upper side and the lower side with respect to the normal of the surface on which the sensor elements 11a to 11e are arranged, the upper four steps and the lower in the delay means 12 Only one of the four delay elements 12a to 12h may be provided, and the number of delay elements 12a to 12h is halved. Further, the number of adders 13a to 13s, peak hold circuits 14a to 14s, and comparison circuits 15a to 15s is also substantially halved. Furthermore, although the resolution regarding the arrival direction of the sound wave is 5 ° and the resolution regarding the distance is 0.2 m, this value is an example and can be appropriately set according to the purpose.

上述の構成例では、送波器2から超音波を送波するとともに、音響センサを用いて反射波を検出することにより、物体3の位置を検出する超音波センサを例示したが、本発明の音響センサは、音波を発生している音源の方向を検出する目的でも使用することが可能であり、この場合に音源までの距離を検出することはできないが、上述の説明から明らかなように音源の存在する方向(音波の到来方向)は検出することができる。もっとも、音源の存在する方向を検出する場合には、タイミング制御回路21によって送波側との同期をとる必要はないから、遅延手段12に与えるクロック信号、ピークホールド回路14a〜14sの保持時間を制御する信号は適宜タイミングで与えればよく、位置演算手段16において物体3までの距離の演算のために使用した信号は不要になる。   In the above configuration example, an ultrasonic sensor that detects the position of the object 3 by transmitting an ultrasonic wave from the transmitter 2 and detecting a reflected wave using an acoustic sensor is illustrated. The acoustic sensor can also be used for the purpose of detecting the direction of the sound source generating the sound wave. In this case, the distance to the sound source cannot be detected. However, as is clear from the above description, the sound source The direction in which the sound wave exists (the arrival direction of the sound wave) can be detected. However, when detecting the direction in which the sound source exists, it is not necessary to synchronize with the transmission side by the timing control circuit 21, so that the clock signal given to the delay means 12 and the holding time of the peak hold circuits 14a to 14s are set. The signal to be controlled may be given at an appropriate timing, and the signal used for the calculation of the distance to the object 3 in the position calculation means 16 becomes unnecessary.

ところで、上述の例では音波の到来方向を検出する構成について説明したが、送波器2において音波を放射する方向を変化させるために、複数個の送波素子を配列して送波器2を構成し、送波器2に設けた各送波素子の駆動タイミングをずらすことによって、送波素子を配列した面に対して送波する超音波の波面を傾斜させることが可能である。各送波素子の駆動タイミングをずらすには、音響センサと同様に複数個の遅延素子を備える遅延手段を用い、超音波の送波方向に応じた遅延時間を持つ遅延素子により各送波素子の駆動タイミングを遅延させる。このような構成を採用すれば、超音波の送波方向が特定されるから、上述のように物体3による超音波の反射波を利用して物体3の位置を検出する場合には、不要方向への超音波の送波を防止することができ、目的方向に存在する物体3のみを検出することが可能になる。また、不要方向への超音波の送波を防止することにより、多重反射の影響を受けにくくなり、受波器1で受波する反射波に含まれる多重反射によるノイズが減少する。   By the way, in the above-described example, the configuration for detecting the arrival direction of the sound wave has been described. However, in order to change the direction in which the sound wave is radiated in the wave transmitter 2, a plurality of wave transmitting elements are arranged and the wave transmitter 2 is arranged. It is possible to incline the wavefront of the ultrasonic wave to be transmitted with respect to the surface on which the transmission elements are arranged by shifting the drive timing of each transmission element provided in the transmitter 2. In order to shift the drive timing of each transmission element, a delay means including a plurality of delay elements is used as in the case of the acoustic sensor, and each transmission element is delayed by a delay element having a delay time corresponding to the ultrasonic wave transmission direction. The drive timing is delayed. If such a configuration is adopted, the ultrasonic wave transmission direction is specified. Therefore, when the position of the object 3 is detected using the ultrasonic wave reflected by the object 3 as described above, an unnecessary direction is used. Therefore, it is possible to detect only the object 3 existing in the target direction. Further, by preventing the ultrasonic wave from being transmitted in an unnecessary direction, it becomes difficult to be affected by multiple reflection, and noise due to multiple reflection included in the reflected wave received by the receiver 1 is reduced.

本発明の実施形態に用いる音響センサを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the acoustic sensor used for embodiment of this invention. 本発明の使用例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the usage example of this invention. 同上に用いるセンサ素子の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the sensor element used for the same as the above. 同上に用いるセンサ素子の他例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the sensor element used for the same as the above. 従来例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows a prior art example. 同上の要部ブロック図である。It is a principal part block diagram same as the above.

符号の説明Explanation of symbols

1 受波器
2 送波器
3 物体
11a〜11e センサ素子
12 遅延手段
12a〜12h 遅延素子
13 加算手段
13a〜13s 加算器
14 判定手段
14a〜14s ピークホールド回路
15 閾値設定部
15a〜15s 比較回路
16 位置演算手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Receiver 2 Transmitter 3 Object 11a-11e Sensor element 12 Delay means 12a-12h Delay element 13 Adder 13a-13s Adder 14 Judgment means 14a-14s Peak hold circuit 15 Threshold setting part 15a-15s Comparison circuit 16 Position calculation means

Claims (10)

それぞれ音波を電気信号である受信信号に変換する複数個のセンサ素子を規定の配列パターンで配置した受波器と、各センサ素子から出力された受信信号をそれぞれセンサ素子の配列パターンに応じた遅延時間で遅延させた遅延信号を組にして出力する遅延手段と、遅延手段により遅延された遅延信号の組を加算する加算手段と、加算手段による加算結果と規定の閾値との大小を比較し閾値を越える加算結果が得られたときに遅延手段で設定された遅延時間に対応する方向から音波が到来していると判断する判定手段とを備え、遅延手段は、遅延時間が一定であってアナログ信号を遅延させる遅延要素をセンサ素子に応じた遅延時間が得られるようにセンサ素子に対応付けて異なる個数ずつ接続していることを特徴とする音響センサ。   A receiver in which a plurality of sensor elements for converting sound waves into received signals, which are electrical signals, are arranged in a prescribed arrangement pattern, and a reception signal output from each sensor element is delayed in accordance with the arrangement pattern of the sensor elements. A delay means for outputting a set of delayed signals delayed by time, an adding means for adding a set of delayed signals delayed by the delay means, and comparing the result of the addition by the adding means with a prescribed threshold value Determining means for determining that a sound wave has arrived from a direction corresponding to the delay time set by the delay means when an addition result exceeding the delay time is obtained. A different number of delay elements for delaying signals are connected in association with sensor elements so that a delay time corresponding to the sensor element can be obtained. 音波を間欠的に送波する送波器と、前記判定手段により到来方向が検出された音波を受波器で受信した時刻と送波器から音波を送波した時刻との時間により送波器から送波された音波を反射した物体までの距離を求める位置演算手段とを備えることを特徴とする請求項1記載の音響センサ。   A transmitter that intermittently transmits a sound wave, and a transmitter according to the time between the time when the sound wave whose direction of arrival has been detected by the determination means is received by the receiver and the time when the sound wave is transmitted from the transmitter The acoustic sensor according to claim 1, further comprising: a position calculation unit that obtains a distance to an object that reflects the sound wave transmitted from. 前記判定手段は、前記加算手段による加算結果のピーク値を検出するピークホールド回路と、ピークホールド回路により得られたピーク値を閾値と比較する比較回路とからなることを特徴とする請求項2記載の音響センサ。   3. The determination means comprises a peak hold circuit that detects a peak value of the addition result by the addition means, and a comparison circuit that compares the peak value obtained by the peak hold circuit with a threshold value. Acoustic sensor. 前記ピークホールド回路は、前記送波器が音波を送波する時間間隔よりも短い一定時間間隔で前記加算結果のピーク値を検出することを特徴とする請求項3記載の音響センサ。   4. The acoustic sensor according to claim 3, wherein the peak hold circuit detects the peak value of the addition result at a fixed time interval shorter than a time interval at which the transmitter transmits a sound wave. 前記受波器は、前記センサ素子の少なくとも一部を一直線上に等間隔で配列してあり、前記遅延手段は、前記直線における一端のセンサ素子を基準とし他端に向かって各センサ素子に対応する遅延要素の個数を1個ずつ増加させて得られる遅延信号の組と、前記直線における他端のセンサ素子を基準とし一端に向かって各センサ素子に対応する遅延要素の個数を1個ずつ増加させて得られる遅延信号の組とを出力することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の音響センサ。   The receiver has at least a part of the sensor elements arranged on a straight line at equal intervals, and the delay means corresponds to each sensor element toward the other end with respect to the sensor element at one end of the straight line. A set of delay signals obtained by increasing the number of delay elements to be incremented one by one, and the number of delay elements corresponding to each sensor element is incremented by one toward one end with reference to the sensor element at the other end of the straight line The acoustic sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein a set of delayed signals obtained by the processing is output. 前記遅延要素は、バケットブリゲードデバイスであることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の音響センサ。   The acoustic sensor according to claim 1, wherein the delay element is a bucket brigade device. 前記遅延手段と前記判定手段との間に遅延手段で発生するノイズ成分を除去する周波数フィルタを設けていることを特徴とする請求項6記載の音響センサ。   The acoustic sensor according to claim 6, wherein a frequency filter for removing a noise component generated by the delay unit is provided between the delay unit and the determination unit. 前記遅延手段は、前記センサ素子に対応する個数の遅延要素を1個の遅延素子とし、遅延素子をカスケード接続した遅延素子群をセンサ素子ごとに備え、各センサ素子からの受信信号を同数個ずつの遅延素子を通して得られる遅延信号をそれぞれ組にして出力することを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の音響センサ。   The delay means includes a delay element group corresponding to the sensor elements as one delay element, a delay element group in which the delay elements are cascade-connected, and the same number of received signals from each sensor element. The acoustic sensor according to any one of claims 1 to 7, wherein the delay signals obtained through the delay elements are output in pairs. 前記加算手段は、遅延手段から出力される複数組の遅延信号をそれぞれ組ごとに加算する複数個の加算器を備えることを特徴とする請求項8記載の音響センサ。   9. The acoustic sensor according to claim 8, wherein the adding means includes a plurality of adders for adding a plurality of sets of delay signals output from the delay means for each set. 前記判定手段は、前記加算手段から出力される複数個の加算結果をそれぞれ閾値と比較することを特徴とする請求項9記載の音響センサ。   The acoustic sensor according to claim 9, wherein the determination unit compares each of a plurality of addition results output from the addition unit with a threshold value.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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