[发明专利]超声波传播时间测定系统

说明书

技术领域

本申请要求在先的日本专利申请2007-224859号(2007年8月30 日申请)及日本专利申请2008-159151号(2008年6月18日申请)的 优先权，上述在先申请的全部内容通过引用记载于本说明书中。

本发明涉及到一种测定从超声波发送源到规定位置的超声波的传 播时间的方法及超声波的传播时间测定系统。

背景技术

作为使用超声波的现有的位置检测方法的一例，专利文献1记载 了一种电子笔系统。该位置检测系统由以下构成：电子笔，具有以固 定周期发送一定周期、一定波形的超声波信号和红外线触发信号的功 能；以及接收部，接收所发送的二个信号；其中，接收部根据触发信 号的到达时间和超声波的到达时间确定电子笔的位置。

专利文献1：美国专利第6118205号说明书

发明内容

以下是本发明人的分析。

从超声波发送源发送的超声波信号使用人听不到的可听带域以上 的频率，因此至少需要20kHz以上。作为以充分的声压产生该频带的 信号的装置，人们知道电磁振动驱动小型高刚性的振动板的所谓扬声 器，但存在以下问题：难于小型化；因是电流驱动，耗电较大，并且 难于安装到电子笔等小型的可动物体上。因此，作为超声波发送源， 广泛使用电压驱动的压电元件。

该压电元件是电压驱动型，因此一般情况下耗电较小，但为了确 保充分的声压，大多与音响阻抗小的共振体组合使用。但当利用共振 现象时，虽然可通过一定的相位/频率/增益发送超声波，但其以外的频 率下的发送增益非常低，难于利用各种调制方式。并且，在单独的压 电元件中，机械性的Q较高，残留振动时间较长，无论调制方式如何， 难于发送追踪调制波的超声波。

另一方面，为了连续进行传播时间测定，需要根据一定周期的触 发信号同步发送超声波。该周期例如是20ms时，该单一或脉冲信号可 作为50Hz的可听音被听到。优选尽量排除该可听音。

本发明的目的在于提供一种排除可动物体上搭载的压电或磁致伸 缩元件构成的超声波发送体中产生的残留振动的影响、在从该超声波 发送体送出的超声波信号的各周期内可正确测定最初到达接收部的直 达波的传播时间、不受超声波信号的反射波的影响的可动物体的位置 检测方法及系统。并且本发明进一步的目的在于，通过使用窄带域的 超声波实现低成本的位置检测方法及系统。

在本发明的第一观点中，本发明涉及的超声波传播时间测定系统 的特征在于具有：电磁波发送单元，送出表示发送定时的电磁波信号； 在送出上述电磁波信号的同时，根据自相关性强的模拟随机信号调制 超声波，从而生成超声波驱动信号的单元；超声波发送单元，由压电 或磁致伸缩元件构成，其由该超声波驱动信号驱动，送出频率比该超 声波驱动信号的基本频率高的超声波信号；电磁波接收单元，检测上 述电磁波信号；超声波接收单元，检测送出的上述超声波信号；数据 处理单元，将和上述超声波驱动信号相同的波形作为模型波形，在检 测出的超声波信号和该模型波形之间计算出相关值，检测计算出的相 关值的主峰值，根据上述电磁波信号的检测时刻和该主峰值的检测时 刻，计算出超声波传播时间。

在本发明的其他观点中，本发明涉及的超声波传播时间测定系统 的特征在于具有：电磁波发送单元，送出表示发送定时的电磁波信号； 在送出上述电磁波信号的同时，根据自相关性强的模拟随机信号调制 超声波，从而生成超声波驱动信号的单元；超声波发送单元，由压电 或磁致伸缩元件构成，在比该超声波驱动信号的频率高的频率、尤其 是1.5倍以上的频率上具有共振点，由该超声波驱动信号驱动，送出超 声波信号；电磁波接收单元，检测上述电磁波信号；超声波接收单元， 检测送出的上述超声波信号；数据处理单元，将和上述超声波驱动信 号相同的波形作为模型波形，在检测出的超声波信号和该模型波形之 间计算出相关值，检测计算出的相关值的主峰值，根据上述电磁波信 号的检测时刻和该主峰值的检测时刻，计算出超声波传播时间。

上述超声波发送单元优选在上述超声波驱动信号的频率的实质性 的整数倍的频率上具有共振点。

上述超声波发送单元优选在上述超声波驱动信号的频率的实质性 的偶数倍的频率上具有共振点。

上述超声波接收单元优选由压电元件、磁致伸缩元件或微音器的 任意一种构成。