JPH0329496A - Ultrasonic wave array transducer - Google Patents
Ultrasonic wave array transducerInfo
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、ロボットや各種産業機器等に装備し、比較的
近い距離にある対象物体との間の距離を測定したり、あ
るいはフエーズドアレイ処理による対象物の超音波距離
信号の映像化によりその大きさや形状を認識したりする
ための超音波アレイトランスデューサに関するものであ
る。Detailed Description of the Invention (Industrial Field of Application) The present invention is used to equip robots and various industrial equipment, etc., to measure the distance between objects that are relatively close to each other, or to use phased array processing to The present invention relates to an ultrasonic array transducer for recognizing the size and shape of an object by visualizing an ultrasonic distance signal of the object.
（従来の技術）
近年安価で高性能なマイクロコンピュータが普及し、そ
れらを用いることにより様々な産業分野で自動化あるい
はロボソト化が進められつつある。しかし、現在実用化
されているロボット或るいは自動機器は、ある定まった
形、定まった大きさ、または定まった重さの物を持ち上
げたり運んだり、或るいは加工・組立等の作業を一定の
プログラムによってしか行うことができないのが現状で
ある。一方、消費者層の多様化により、多品種少量生産
の傾向が強くなり、ＦＭＳ（フレキシブルマニュファク
チアリングシステム： ＦｌｅｘｉｂｌｅＭａｎｕｆａ
ｃｔｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれる自動化技術
の開発が叫ばれている。このような自動化の流れに於で
は、ロボット或るいは自動機械は、人間の感覚器官に代
わる様々なセンサを装備し、それらの情報をもとに迅速
で的確な行動を行う必要がある。(Prior Art) In recent years, inexpensive and high-performance microcomputers have become widespread, and by using them, automation or robotization is progressing in various industrial fields. However, robots or automatic devices currently in practical use cannot lift or carry objects of a certain shape, size, or weight, or carry out certain tasks such as processing or assembly. Currently, this can only be done using a program. On the other hand, due to the diversification of consumer groups, there is a strong tendency towards high-mix, low-volume production, and FMS (Flexible Manufacturing System)
There is a call for the development of an automation technology called a curing system. In this trend of automation, robots and automatic machines need to be equipped with various sensors that replace human sense organs, and take quick and accurate actions based on the information.
ロボットがある対象物を持ち上げることを考えた場合、
まず視覚センサにより対象物を見つけ、次に近接覚セン
サにより対象物に近づき、最後に触覚センサの情報をも
とに対象物の硬さや握っている状態を知り、対象物を落
とさずに持ち上げる。If we consider a robot lifting an object,
First, the system uses the visual sensor to find the object, then uses the proximity sensor to approach the object, and finally uses information from the tactile sensor to determine the object's hardness and the state in which it is being held, and then lifts the object without dropping it.
これらのセンサの中で近接覚センサは、視覚センサでは
捕らえることのできない近距離の距離情報を得るもので
、超音波を利用したものが測距精度から適していると考
えられている。更に、煙等の充満した不可視環境におい
て対象物の映像化するためには超音波による近距離セン
サは必要不可欠なものである。Among these sensors, proximity sensors obtain short-range distance information that cannot be captured by visual sensors, and those that use ultrasonic waves are considered suitable for distance measurement accuracy. Furthermore, a short-range sensor using ultrasonic waves is indispensable in order to image an object in an invisible environment filled with smoke or the like.
従来、この種の超音波トランスデューサとしてＰＺＴ等
の圧電体の共振を利用したものが数多く市販されている
が周波数特性が狭く、また均一な特性を必要とするアレ
イ化が困難であるという欠点があった。また静電容量型
の超音波トランスデューサとして例えば、特願昭６０−
２８９２９０号、特願昭６２−７０２４２号、特願昭６
２−７０２４３号明細書等、或るいは１９８６年に開催
されたアイトリプルイー１９８６超音波シンポジウム予
稿集（ＩＥＥＥ １９８６ ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃｓＳ
ｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｐｒｏｃｅｄｉｎｇ）頁５５９がら
５６２、および１９８７年に開催されたトランスデュー
サ”８７予稿集（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ’８７ Ｄ
ｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ
）頁４１４がら４１７ でＨｉｇｕｃｈｉ（ 樋 口
） 、３ｕｚｕｋｉ（ 鈴 木）、Ｔａｎｉｇａｗａ（
谷川）らの新しい提案がある。第２図（ａ）にその代表
的な構造を示す。図中１０１はシリコン基板、１０２は
シリコン酸化膜、１０３は下部篭極、１０７はシリコン
の異方性エッチング法により形或された空気溜である。Conventionally, many ultrasonic transducers of this type that utilize the resonance of piezoelectric materials such as PZT have been commercially available, but they have the drawbacks of narrow frequency characteristics and difficulty in arraying, which requires uniform characteristics. Ta. In addition, as a capacitance type ultrasonic transducer, for example,
No. 289290, patent application No. 1983-70242, patent application No. 1983
2-70243 specification, etc., or the proceedings of the 1986 Ultrasonics Symposium held in 1986 (IEEE 1986 UltrasonicsS
Transducers '87 D
igest of Technical Papers
) pages 414 to 417, Higuchi (Higuchi), 3uzuki (Suzuki), Tanigawa (
There is a new proposal by Tanikawa et al. FIG. 2(a) shows its typical structure. In the figure, 101 is a silicon substrate, 102 is a silicon oxide film, 103 is a lower cage electrode, and 107 is an air pocket formed by anisotropic etching of silicon.
１０４はＣＶＤ酸化膜、１０６はアルミニウム蒸着膜（
上部電極１０５）で電極形威されたポリエステル膜とな
っている。第２図（ｂ）は、表面の模式図である。その
動作原理は、所謂コンデンサスピーカおよびコンデンサ
マイクロフォンと類似の原理である。すなわち、下部電
極１０３と上部電極１０５の間に約３０からＩＯＯＶの
直流バイアスを与え、交流信号を加えるとポリエステル
膜１０６が振動し、空気溜１０７に閉じ込められた空気
のバネ作用で空気中に超音波が送波され、一方超音波が
外部から入ってきたときはその圧力変化でポリエステル
膜１０６が振動し上部電極１０５と下部電極１０３で形
或される一対のコンデンサの容量が変化しその変化を電
気信号に変えることで超音波信号の受信が可能になるも
のである。特に第２図のように下部電極をアレイ電極と
しアレイの各電極に各々位相の異なる交流信号を入力し
た場合は、各超音波素子がら位相の異なる超音波が発振
され合成波はその位相により前方の任意の方向に向ける
ことが可能となる。また任意の方向から入った超音波信
号は、各電極がらの電気信号を遅延合威することにより
距離画像として再生することができる。特にこの構造の
超音波トランスデューサを受渡器として用いた場合、非
常に微弱な信号を壜幅する必要があるため第２図（ｅ）
に示すような回路でインピーダンス変換を行い、増幅器
に出力゛している。104 is a CVD oxide film, 106 is an aluminum vapor deposited film (
The upper electrode 105) is a polyester film shaped like an electrode. FIG. 2(b) is a schematic diagram of the surface. Its operating principle is similar to that of so-called condenser speakers and condenser microphones. That is, when a DC bias of about 30 to IOOV is applied between the lower electrode 103 and the upper electrode 105 and an AC signal is applied, the polyester membrane 106 vibrates, and the spring action of the air trapped in the air reservoir 107 causes a superfluid to be released into the air. When a sound wave is transmitted and an ultrasonic wave enters from the outside, the polyester membrane 106 vibrates due to the pressure change, and the capacitance of the pair of capacitors formed by the upper electrode 105 and the lower electrode 103 changes. It is possible to receive ultrasonic signals by converting them into electrical signals. In particular, if the lower electrode is used as an array electrode as shown in Figure 2, and AC signals with different phases are input to each electrode of the array, each ultrasonic element will oscillate ultrasonic waves with different phases, and the synthesized wave will move forward depending on the phase. can be directed in any direction. Further, ultrasonic signals input from any direction can be reproduced as a distance image by delaying and combining the electric signals from each electrode. In particular, when an ultrasonic transducer with this structure is used as a delivery device, it is necessary to transmit extremely weak signals, as shown in Figure 2 (e).
Impedance conversion is performed using a circuit as shown in the figure below, and the output is output to an amplifier.
（発明が解決しようとする課題｝
以上、例を用いて従来の静電型超音波トランスデューサ
及びそのインピーダンス変換部の説明を行った。この型
の超音波トランスデューサは増幅部や、信号処理部を同
一シリコン基板上に形戊でき、かつシリコン表面上に精
度よく形戒された多数の穴の大きさを変化させることに
より周波数帯域を制御することができるという優れた特
長を有している。しかしながら、この種のセンサをロポ
ット等に搭載した場合、モータや電源部からの電磁ノイ
ズを非常に受けＳ／Ｎ比が劣化することがわかった。(Problem to be solved by the invention) The conventional electrostatic ultrasonic transducer and its impedance conversion unit have been explained using examples.This type of ultrasonic transducer has the same amplification unit and signal processing unit. It has the excellent feature that it can be formed on a silicon substrate and that the frequency band can be controlled by changing the size of a large number of holes formed with precision on the silicon surface.However, It has been found that when this type of sensor is mounted on a robot or the like, it is subject to significant electromagnetic noise from the motor and power supply, resulting in a deterioration of the S/N ratio.
本発明の目的は、上記の欠点を除去したノイズに強い超
音波アレイトランスデューサを提供することにある。An object of the present invention is to provide a noise-resistant ultrasonic array transducer that eliminates the above-mentioned drawbacks.
（課題を解決するための手段）
本発明によれば、超音波アレイトランスデューサを二組
準備し、一つは超音波受波用とし、他方は超音波が入射
しないように表面を被いダミーとし、各対応するアレイ
トランスデューサの出力信号を差動で受けることを特徴
とした超音波アレイトランスデューサが得られる。(Means for Solving the Problems) According to the present invention, two sets of ultrasonic array transducers are prepared, one for receiving ultrasonic waves and the other as a dummy whose surface is covered to prevent ultrasonic waves from entering. , an ultrasonic array transducer is obtained which is characterized in that it differentially receives the output signals of each corresponding array transducer.
（｛’Ｉ’ Ｊｌ＋ ）
本発明の超音波アレイトランスデューサでは、構造上二
種類のアレイトランスデューサが形威されており、一つ
は超音波信号を受信する本来の意味での超音波アレイト
ランスデューサであり、他方はアレイトランスデューサ
の形をしているが表面は超音波が入射しないように実装
したダミーである。これら二種類のトランスデューサの
各チャネルからの信号を差動で受けることにより、電磁
ノイズ等の同相部分を除去し、Ｓ／Ｎ比を上げるもので
ある。({'I' Jl+) The ultrasonic array transducer of the present invention has two types of array transducers structurally; one is an ultrasonic array transducer in the original sense of receiving ultrasonic signals; The other one is a dummy in the form of an array transducer, but the surface is mounted to prevent ultrasonic waves from entering. By differentially receiving signals from each channel of these two types of transducers, in-phase portions such as electromagnetic noise are removed and the S/N ratio is increased.
（実施例）
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。従来例と同
様な製造方法により第１図（ａ）に示すような構或のア
レイトランスデューサを作る。ここでは説明の都合上図
面ではポリエステル膜は描いていない。同図の上半分１
１は超音波が入射できるようにし、一方下半分１２は超
音波が入射しないようにハウジングする。つまり上手分
１１の保護カバーは穴のあいたもの（例えばネット状〉
とし下半分１２の保１迂カバーは穴のあいていないもの
とする。超音波が入射しないように実装されたアレイト
ランスデューサをここではダミートランスデューサと呼
ぶ。このようにして得られたトランスデューサを第１図
（ｂ）の回路図に示すように結線する。図中１５はアレ
イトランスデューサ、１６はダミートランスデューサで
ある。第１図（ａ）でいえば上半分１ｌと下半分１２の
境界線をはさんで対応するトランスデューサに共通に直
流バイアス電源１７からバイアスを加え出力を差動増幅
器１８に入力する。このようにして得られた超音波アレ
イトランスデューサのチャネル１，２，・・・の出力１
，２，・・・を測定したところ、同相ノイズが除去され
Ｓ／Ｎ比が約３倍程度改善されることがわかった。(Examples) Hereinafter, the present invention will be described based on Examples. An array transducer having the structure shown in FIG. 1(a) is manufactured using a manufacturing method similar to that of the conventional example. For convenience of explanation, the polyester film is not shown in the drawings. Upper half of the same figure 1
1 allows ultrasonic waves to enter, while the lower half 12 is a housing that prevents ultrasonic waves from entering. In other words, the protective cover for upper part 11 is one with holes (for example, net-like).
The protective cover of the lower half 12 shall not have any holes. An array transducer that is mounted so that no ultrasonic waves are incident is herein referred to as a dummy transducer. The transducer thus obtained is connected as shown in the circuit diagram of FIG. 1(b). In the figure, 15 is an array transducer, and 16 is a dummy transducer. In FIG. 1(a), a bias is commonly applied to the corresponding transducers across the boundary line between the upper half 1l and the lower half 12 from a DC bias power supply 17, and the output is inputted to a differential amplifier 18. Output 1 of channels 1, 2, ... of the ultrasonic array transducer obtained in this way
, 2, . . . and it was found that the common mode noise was removed and the S/N ratio was improved by about 3 times.
（発明の効果）
以上説明してきたように、本発明の超音波アレイトラン
スデューサは、電磁ノイズや電源部からもれ込んでくる
ノイズが除去され、その結果、感６度が向上した。また
、このような差動構戒をとることにより、絶縁耐圧の大
きな結合コンデンサを省略し、小型の増幅器を各チャネ
ルに接続し、増幅器内蔵の超音波アレイトランスデュー
サ形戒できる利点も得られた。(Effects of the Invention) As explained above, in the ultrasonic array transducer of the present invention, electromagnetic noise and noise leaking from the power supply section are removed, and as a result, the sensitivity is improved by 6 degrees. In addition, by adopting such a differential configuration, it was possible to omit a coupling capacitor with a large dielectric strength, connect a small amplifier to each channel, and have the advantage of being able to use an ultrasonic array transducer with a built-in amplifier.
第１図は本発明の実施例を示す図であり、（ａ）図はト
ランスデューサの表面模式図であり、（ｂ）図はその回
路部の図である。第２図は、従来の超音波アレイトラン
スデューサの図であり、（ａ）図は断面模式図、（ｂ）
図は表面模式図、（ｃ）図は信号出力回路の図である。
図中の番号は以下のものを示す。
１５・・・アレイトランスデューサ
１６・・・ダミートランスデューサ
１０１・・・シリコン基板
１０２・・・シリコン酸化膜
１０３・・・下部電極
１０４・・・ＣＶＤ酸化膜
１０５・・・上部電極
１０６・・・ポリエステル膜
１０７・・・空気溜FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention, in which (a) is a schematic surface diagram of a transducer, and (b) is a diagram of its circuit section. Figure 2 is a diagram of a conventional ultrasonic array transducer, where (a) is a schematic cross-sectional view, and (b) is a schematic cross-sectional view.
The figure is a schematic surface diagram, and the figure (c) is a diagram of a signal output circuit. The numbers in the figure indicate the following. 15...Array transducer 16...Dummy transducer 101...Silicon substrate 102...Silicon oxide film 103...Lower electrode 104...CVD oxide film 105...Upper electrode 106...Polyester film 107...Air reservoir
Claims (1)
超音波受波用とし、他方は超音波が入射しないように表
面を被いダミーとし、各対応するアレイトランスデュー
サの出力信号を差動で受けることを特徴とした超音波ア
レイトランスデューサ。Prepare two sets of ultrasonic array transducers, one for receiving ultrasonic waves, and the other as a dummy whose surface is covered to prevent ultrasonic waves from entering, and receive the output signals of each corresponding array transducer differentially. An ultrasonic array transducer featuring
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1160965A JPH0329496A (en) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | Ultrasonic wave array transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1160965A JPH0329496A (en) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | Ultrasonic wave array transducer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0329496A true JPH0329496A (en) | 1991-02-07 |
Family
ID=15726003
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1160965A Pending JPH0329496A (en) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | Ultrasonic wave array transducer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0329496A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004501524A (en) * | 2000-01-14 | 2004-01-15 | ポンペイ，フランク，ジョセフ | Parametric audio system |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51120779A (en) * | 1975-04-16 | 1976-10-22 | Hitachi Ltd | Asoustic probe |
| JPS62149299A (en) * | 1985-12-24 | 1987-07-03 | Agency Of Ind Science & Technol | Array type ultrasonic transducer |
-
1989
- 1989-06-26 JP JP1160965A patent/JPH0329496A/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51120779A (en) * | 1975-04-16 | 1976-10-22 | Hitachi Ltd | Asoustic probe |
| JPS62149299A (en) * | 1985-12-24 | 1987-07-03 | Agency Of Ind Science & Technol | Array type ultrasonic transducer |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004501524A (en) * | 2000-01-14 | 2004-01-15 | ポンペイ，フランク，ジョセフ | Parametric audio system |
| JP4856835B2 (en) * | 2000-01-14 | 2012-01-18 | ポンペイ，フランク，ジョセフ | Parametric audio system |
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