(57)【要約】【課題】一の超音波センサを用いて所望する複数の感知角度範囲を任意に設定することのできる超音波センサ装置およびセンサ位置可変設定装置を提供すること。【解決手段】超音波を送受信する超音波センサ１１と、送受信時に機能し当該超音波センサ１１の指向性を設定するホーン部１２を備えている。ホーン機構１３には、前記超音波センサ１１を保持すると共に当該超音波センサ１１を前記ホーン部１２の中心線に沿ってその設置位置を変化させる手段を備えたセンサ移送保持機構２０を併設する。そして、このセンサ移送保持機構２０を、その先端部で超音波センサ１１を固着保持しつつ前記ホーン部１２の中心線に沿って移送する雄ねじ部材２１と、この雄ねじ部材２１をその中心線に沿って往復移動するのを許容して保持する雄ねじ部材保持機構２２と、前記雄ねじ部材２１に移送力を付勢する移送力付勢機構３０とを含む構成としたこと。【選択図】図１
2011101283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空中伝搬用の超音波を送受信する超音波センサと、この超音波センサによる超音波の送受信時に機能し当該超音波センサの指向性を設定するホーン部を備えたホーン機構とを有する超音波センサ装置において、
前記ホーン機構に、前記超音波センサを保持すると共に当該超音波センサを前記ホーン部の中心線に沿ってその設置位置を変化させる手段を備えたセンサ移送保持機構を併設し、
このセンサ移送保持機構を、その先端部で前記超音波センサを固着保持しつつ前記ホーン部の中心線に沿って移送する雄ねじ部材と、この雄ねじ部材がその中心線に沿って往復移動するのを許容して当該雄ねじ部材を保持する雄ねじ部材保持機構と、前記雄ねじ部材に対して前記ホーン部の中心線に沿った移送力を付勢する移送力付勢機構とを含む構成としたことを特徴とする超音波センサ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波センサ装置において、
前記ホーン部を、前記超音波センサの設置を許容すると共に当該超音波センサの前記往復移動を許容する筒状空間部と、この筒状空間部の開口側に当該筒状空間部と一体的に設けられ且つ前記超音波センサにて送受信される超音波を案内する共に当該超音波の前記指向性を特定する音波ガイド部とにより構成したことを特徴とする超音波センサ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波センサ装置において、
前記雄ねじ部材を、一方の端部に前記ホーン部内の前記超音波センサを保持するセンサ保持部を有すると共に他方の端部に前記移送力付勢機構によって駆動される被駆動部が形成されて成る構成としたことを特徴とする超音波センサ装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波センサ装置において、
前記雄ねじ部材保持機構を、前記雄ねじ部材が前記中心線に沿って往復移動するのを許容しつつ当該雄ねじ部材を保持する雄ねじ保持ユニットと、この雄ねじ保持ユニットに装備され前記雄ねじ部材の回転動作を阻止すると共に当該雄ねじ部材の往復移動の範囲を設定するガイド機構部とにより構成したことを特徴とする超音波センサ装置。
【請求項５】
請求項３に記載の超音波センサ装置において、
前記雄ねじ部材の前記被駆動部を被駆動ネジ部で構成すると共に、
前記移送力付勢機構を、前記雄ねじ部材の前記被駆動ネジ部に外接状態で噛合すると共に当該被駆動ネジ部に移送力を付勢する外接駆動ねじ部と、この外接駆動ねじ部を低速状態で回転駆動する駆動モータと、この駆動モータの回転動作を制御するモータ制御部とにより構成したことを特徴とする超音波センサ装置。
【請求項６】
請求項５に記載の超音波センサ装置において、
前記ガイド機構部を、前記雄ねじ部材に当該雄ねじ部材の中心線に沿って形成された貫通長穴と、この貫通長穴に前記雄ねじ保持ユニット側から当該雄ねじ保持ユニットを貫通して遊挿されたガイドピンとにより構成したことを特徴とした超音波センサ装置。
【請求項７】
請求項２に記載の超音波センサ装置において、
前記移送力付勢機構を、前記雄ねじ部材の前記被駆動ネジ部に螺合された円盤状の駆動ダイヤルと、この駆動ダイヤルに係合され当該駆動ダイヤルの回転を許容すると共に当該駆動ダイヤルと前記ホーン機構との離間距離を常時一定に保持する定位置保持部材とを含む構成としたことを特徴とする超音波センサ装置。
【請求項８】
請求項２に記載の超音波センサ装置において、
前記雄ねじ部材保持機構を、前記雄ねじ部材の前記被駆動ネジ部に螺合した状態で当該雄ねじ部材を保持すると共に当該雄ねじ部材をその中心線に沿って回転しつつ往復移動するのを許容する雄ねじ用保持部材により構成すると共に、
前記移送力付勢機構を、前記雄ねじ部材の前記超音波センサ側とは反対側の端部に固着された円盤状の駆動ダイヤルにより構成したことを特徴とする超音波センサ装置。
【請求項９】
ホーン部内に配設された超音波センサを一端部で保持すると共に当該ホーン部の中心線に沿って配設された雄ねじ部材と、この雄ねじ部材をその中心線に沿って往復移動自在に保持する雄ねじ部材保持機構と、前記雄ねじ部材に対しその中心線に沿った往復移動を付勢する移送力付勢機構とを備え
前記雄ねじ部材保持機構を、前記雄ねじ部材が前記中心線に沿って往復移動するのを許容しつつ当該雄ねじ部材を保持する雄ねじ保持ユニットと、この雄ねじ保持ユニットに装備され前記雄ねじ部材の回転動作を阻止すると共に当該雄ねじ部材の往復移動の範囲を設定するガイド機構部とにより構成したことを特徴とするセンサ位置可変設定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波センサ装置およびセンサ位置可変設定装置に係り、特に超音波センサとこれに配設されるホーン部との材相互間の相対位置関係を可変とすることで、ホーン部の指向性を任意に可変設定し得る超音波センサ装置およびセンサ位置可変設定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超音波センサの利用範囲は拡大しており、玩具用などの自走式パーソナルロボットの位置検出装置や、電子ペンの位置検出装置など、様々な用途に活用されている。
一方、超音波センサの万能型は存在しないため、用途に合った特性のセンサを複数配置するのが一般的である。
【０００３】
超音波センサ装置の感知範囲は、同一周波数の超音波センサを装備した場合、超音波の送受信側に設置されるホーン部全体の開口の度合い、即ち、ホーン部全体の長さおよび開口部の広がりの度合いによって決定される。
【０００４】
又、超音波センサ装置のホーン部は、超音波センサの指向性を高めるためのもので、多くはその形状が遠距離用又は近距離用として専用のホーン形状部を有している。
この種のホーン部は、超音波センサの超音波発信面およびその前面に位置する超音波の送受信空間領域を取り囲むように形成され、更に、超音波の受信感度および送受信時における鋭い指向性を得るように円錐形状に形成されている。
【０００５】
図７（Ａ）は従来のホーン部材のホーン形状部の長さ変化を示す説明図、図７（Ｂ）は超音波センサの感度（若しくは減衰量）或いは指向性を示す相関図である。
図７（Ａ）において、遠距離用として専用設計されたホーン部材１２１は、超音波センサ１０１の発信面１０１ａから開口部までの全長３Ｌは、例えば近距離用のホーン部材１１１の全長Ｌの３倍となるように設定されている。又、図示しない中距離用のホーン部材のホーン形状部の全長は、近距離用の２倍（即ち、２Ｌ）に設定されている。
【０００６】
このように構成された各ホーン部材を個別に備えた超音波センサ装置１１０，１２０は、図７（Ｂ）に示すような感度（若しくは減衰量）或いは指向性となる。
この図７（Ｂ）に示すように、近距離用であっては、ホーン形状部の全長Ｌのホーン部材１１１の場合は、約１２０度で略紡錘状に広がる感知角度範囲となり、遠距離用であってホーン形状部の全長が３Ｌのホーン部材１２１の場合には約６０度で略紡錘状に広がる感知角度範囲となる。中距離の場合には、これらの中間の感知角度範囲となる。即ち、全長Ｌの増加に比例して、指向性が鋭くなるが広範囲への広がり感度は大幅に減少する。
【０００７】
この種の超音波センサ装置は、例えば障害物感知装置として用いられている。この超音波センサ装置を障害物感知装置として例えば自走式パーソナルロボットに実装した場合の例を図８に示す。
この図８に示すロボット２００は、障害物を回避しながら自走状態を維持可能にする技術を備えたものとして、従来より知られている。
【０００８】
ここで、図８（Ａ）は上記パーソナルロボットの正面図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。この図８（Ａ）において、ロボット本体２０１の底面には、これを自走式とするための少なくとも３個の駆動車輪２１１，２１１（図では２個を開示してある）が３６０度方向に方向転換可能に設けられている。
【０００９】
又、このロボット本体２００には、図８（Ａ）（Ｂ）に示すように、遠距離用のホーン
部１２１を備えた超音波センサ装置１２０と近距離用のホーン部１１１を設けた超音波センサ装置１１０とが、図の上下方向に併設されている。ここで、符号１０１は空中伝搬可能な低周波数の超音波を出力する超音波センサで、各超音波センサ装置１２０，１１０で同一周波数のものが装備されている。
このように、２つの超音波センサ装置１２０，１１０を設けることで、図７（Ｂ）で示した遠距離用の及び近距離用の２つの異なった感知角度の範囲が得られるように設定されている。
【００１０】
一方、上記超音波センサ装置１２０，１１０に関連した先行技術として特開平０３−１１３３８６号公報および特開平０５−１４３１５５号公報が知られている。
この内、特開平０３−１１３３８６号公報では、電気音響変換子からホーン部までの円筒部の長さを可変にすることで、共振周波数を調整可能にした効率の良い超音波送受信機
を得られる旨の技術内容が提案されている。
又、特開平０５−１４３１５５号公報では、掃除ロボットの距離センサを上下方向に移動自在に設けることで、いかなる場所に掃除ロボットが位置していても部屋の壁面からの距離を正しく検知することが可能である旨の技術内容が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平０３−１１３３８６号公報
【特許文献２】特開平０５−１４３１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上述した関連技術にあっては、図７乃至図８に示したように、例えば２つの異なった感知角度範囲を得るためには、指向性の狭い遠距離用および指向性の広い近距離用の異なったホーン部材を備えた超音波センサを、個別に設ける必要がある。このため装置全体としては、大幅なコストアップを来すという不都合があった。又、遠距離用と近距離用の切換え使用に際しては、測定対象範囲が段階的に設定されるため、特に停止で使用する場合には測定出来ない死角が存在するという不都合がある。
【００１３】
〔発明の目的〕
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、一の超音波センサを用いて所望する複数の感知角度範囲を任意に設定することのできる超音波センサ装置およびセンサ位
置可変設定装置を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成すため、本発明にかかる超音波センサ装置は、空中伝搬用の超音波を送受信する超音波センサと、この超音波センサによる超音波の送受信時に機能し当該超音波センサの指向性を設定するホーン部を備えたホーン機構とを有する。
更に、本発明にかかる超音波センサ装置は、前述したホーン機構に、前記超音波センサを保持すると共に当該超音波センサを前記ホーン部の中心線に沿ってその設置位置を変化させる手段を備えたセンサ移送保持機構を併設する。
【００１５】
そして、このセンサ移送保持機構を、その先端部で前記超音波センサを固着保持しつつ前記ホーン部の中心線に沿って移送する雄ねじ部材と、この雄ねじ部材がその中心線に沿って往復移動するのを許容して当該雄ねじ部材を保持する雄ねじ部材保持機構と、前記雄ねじ部材に対して前記ホーン部の中心線に沿った移送力を付勢する移送力付勢機構とを含む構成としたことを特徴とする。
【００１６】
又、上記目的を達成すため、本発明にかかるセンサ位置可変設定装置は、ホーン部内に配設された超音波センサを一端部で保持すると共に当該ホーン部の中心線に沿って配設された雄ねじ部材と、この雄ねじ部材をその中心線に沿って往復移動自在に保持する雄ねじ部材保持機構と、前記雄ねじ部材に対しその中心線に沿った往復移動を付勢する移送力付勢機構とを備えている。
更に、本発明にかかるセンサ位置可変設定装置は、前記雄ねじ部材保持機構を、前記雄ねじ部材が前記中心線に沿って往復移動するのを許容しつつ当該雄ねじ部材を保持する雄ねじ保持ユニットと、この雄ねじ保持ユニットに装備され前記雄ねじ部材の回転動作を阻止すると共に当該雄ねじ部材の往復移動の範囲を設定するガイド機構部とにより構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、上述したように構成し、超音波センサをホーン部内に中心線に沿って往復移動可能に装備したので、これによると、一つの超音波センサでその装備位置を可変設定することによりその指向性（感知角度範囲）を連続的に可変設定することができ、遠距離用と近距離用と更には中距離用の各指向性を連続して可変設定できるので、これにより、切り換え使用時の死角の発生を確実に排除することができ、更に、一台の装置で遠距離用と近距離用と中距離用に自在に切り換え設定が容易な構成としたので、長さの異なるホーン部を備えた複数台の装置の設置が不要となり、かかる点において装置全体のコストを有効に低減するができるという優れた効果を奏する超音波センサ装置およびセンサ位置可変設定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態を示す一部断面した側面図である。
【図２】図１に開示した第１実施形態の動作例を示す図で、図２（Ａ）は超音波センサをホーン部の深部に配置した遠距離用で指向性の鋭い状態を示す説明図、図２（Ｂ）は超音波センサをホーン部の開口部側に適度に移動させて近距離用の指向性の広い状態を示す説明図である。
【図３】図１に開示した第１実施形態の動作の指向性の比較例を示す図で、図３（Ａ）は前述した関連技術（図７（Ｂ））における二つの超音波センサを切り換え稼働させた場合に得られる指向性の変化の範囲を示す説明図、図３（Ｂ）は本第１実施形態における超音波センサを図２（Ａ）の位置から図２（Ｂ）の位置に連続的に変化した場合に得られる指向性の変化の範囲を示す説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示す図で、図４（Ａ）は超音波センサを一部断面した側面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の矢印Ａ方向から見た正面図である。
【図５】本発明の第３実施形態を示す図で、図５（Ａ）は超音波センサを一部断面した側面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の矢印Ａ方向から見た正面図である。
【図６】本発明の上記各実施形態の何れか一つを電子ペン装置の受信器として使用した場合の電子ペンの位置と受信器の指向性との関係を示す図で、図６（Ａ）は遠距離用で指向性の鋭い状態の場合を示す説明図、図６（Ｂ）は近距離用で指向性の広い状態の場合を示す説明図である。
【図７】関連技術におけるホーン部の長さの違う二つの超音波センサ装置を示す図で、図７（Ａ）は遠距離用のホーン部の長さが近距離用のホーン部の長さの３倍の場合を示す比較説明図、図７（Ｂ）はホーン部の長さが近距離用，中距離用および遠距離用の違いから来る指向性の鋭さの相違を示す線図である。
【図８】関連技術におけるホーン部の長さの違う二つの超音波センサ装置を自走式パーソナルロボットに装備した場合の例を示す図で、図７（Ａ）は二つの超音波センサ装置のロボット上の装備位置を示す説明図、図７（Ｂ）は二つの超音波センサ装置の内の遠距離用を上部に近距離用を下部にそれぞれ実装した場合の状態を示す図７（Ａ）のＸーＸ線に沿った概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図１乃至図３に基づいて説明する。
まず、図１において、符号１０は、自走式パーソナルロボットの腹部１Ａに装備された超音波センサ装置を示す。この超音波センサ装置１０は、空中伝搬用の超音波を送受信する超音波センサ１１と、この超音波センサ１１による超音波の送受信時に機能し当該超音波センサ１１の指向性（指向特性）を設定するホーン部１３を有するホーン機構１２とを備えている。
【００２０】
このホーン部１３は、前記超音波センサ１１の設置を許容すると共に当該超音波センサ１１の往復移動を許容する筒状空間部１３Ａを備えている。
又、このホーン部１３は、上記筒状空間部１３Ａの開口側（図１の左側方向に開口されている）で当該筒状空間部１３Ａに連続して一体的に設けられ且つ前記超音波センサ１１により送受信される超音波を案内する共に当該超音波の前述した指向性を特定する音波ガイド部１３Ｂとを備えている。
【００２１】
このホーン部１３を構成する上記筒状空間部１３Ａと音波ガイド部１３Ｂの長さは、本第１実施形態では、筒状空間部１３Ａの長さＬに対して音波ガイド部１３Ｂの長さは２倍の２Ｌに設定されている。即ち、ホーン部１３の全体的な長さは、筒状空間部１３Ａの筒の長さＬに対して３倍の３Ｌの長さに設定されている。
【００２２】
これにより、筒状空間部１３Ａ内に装備された超音波センサ１１により送受信される超音波は、後述するように、その位置によって定まる指向性をもって、音波ガイド部１３Ｂから外部へ放射され又は到来する超音波を集束し案内するようになっている。
【００２３】
ここで、上記ホーン部１３の音波ガイド部１３Ｂは、図１の左端部方向に開口部１２ａを備えた断面ラッパ状を形成されている。この音波ガイド部１３Ｂの前記ラッパ状曲線は対数曲線を成し、これによって超音波センサの稼働時における超音波の入出力時のエネルギ損失が有効に低減されるようになっている。
【００２４】
前記ホーン機構１２には、前記超音波センサ１１を保持すると共に当該超音波センサ１１を前記ホーン部１３の中心線ＣＬに沿ってその設置位置を変化させる手段を備えたセンサ移送保持機構２０が併設されている。
【００２５】
このセンサ移送保持機構２０は、具体的には、その先端部に前記超音波センサ１１を固着保持しつつ移送する雄ねじ部材２１と、この雄ねじ部材２１をその中心線ＣＬに沿って往復移動自在に保持する雄ねじ部材保持機構２２と、前記雄ねじ部材２１に対して当該雄ねじ部材２１の中心線に沿って移送力を付勢する移送力付勢機構３０とを備えている。
【００２６】
ここで、上述したホーン部１３内に配設された超音波センサ１１を一端部で保持すると共に当該ホーン部１３の中心線ＣＬに沿って配設された雄ねじ部材２１と、この雄ねじ部材２１をその中心線ＣＬに沿って往復移動自在に保持する雄ねじ部材保持機構２２と、前記雄ねじ部材２１に対しその中心線ＣＬに沿った往復移動を付勢する移送力付勢機構３０とにより、センサ位置可変設定装置が構成されている。
【００２７】
この内、雄ねじ部材保持機構２２は、前述した雄ねじ部材２１が前記中心線ＣＬに沿って往復移動するのを許容しつつ当該雄ねじ部材２１を保持する雄ねじ保持ユニット２３と、この雄ねじ保持ユニット２３に装備され前記雄ねじ部材２１の回転動作を阻止すると共に当該雄ねじ部材２１の往復移動の範囲を設定するガイド機構部２４とにより構成されている。
【００２８】
これにより、雄ねじ部材２１は超音波センサ１１を保持した状態で回転することなくその中心線ＣＬに沿って往復移動され、遠距離用又は近距離用の指向性（超音波の広がり角度）が許容された所定の角度の範囲内で、連続して可変設定されるようになっている。
【００２９】
ガイド機構部２４は、具体的には、雄ねじ部材２１に当該雄ねじ部材２１の中心線ＣＬに沿って形成された貫通長穴２４Ａと、この貫通長穴２４Ａに前記雄ねじ保持ユニット２３側から当該雄ねじ保持ユニット２３を貫通して遊挿されたガイドピン２４Ｂとにより構成されている。このガイドピン２４Ｂは雄ねじ保持ユニット２３に固着されている。
【００３０】
これにより、雄ねじ部材２１は貫通長穴２４Ａ部分でガイドピン２４Ｂに係合され、その回転が阻止された状態で前記ホーン部１３の中心線ＣＬに沿って往復移動可能に設定されている。
【００３１】
ここで、上記保持ユニット２３は、下端部が前述した自走式パーソナルロボットの腹部１Ａ内のベース部材１Ｂに固着保持され、更に前述したホーン部１３の中心線ＣＬに合わせて当該ホーン部１３の筒状空間部１３Ａを外側から保持する構成となっている。
【００３２】
前述した雄ねじ部材２１は、一方の端部に前記ホーン部１３内の前記超音波センサ１１を保持するセンサ保持部２１Ａを有し、他方の端部に前記移送力付勢機構３０によって駆動される被駆動部２１Ｂを備えている。この被駆動部２１Ｂは、本第１実施形態では被駆動ネジ部で構成されている。そして、この被駆動ネジ部（被駆動部）２１Ｂの長さＥは、前述したホーン部１３内部に装備された超音波センサ１１の往復移動距離Ｆよりも大きい寸法に設定されている。
【００３３】
また、上記移送力付勢機構３０は、雄ねじ部材２１の前記被駆動ネジ部（被駆動部）２１Ｂに外接状態で噛合すると共に当該被駆動ネジ部に移送力を付勢する外接駆動ねじ部３２と、この外接駆動ねじ部３２を低速状態で回転駆動する駆動モータ３３と、この駆動モータ３３の回転動作を制御するモータ制御部３４とにより構成されている。
【００３４】
ここで、外接駆動ねじ部３２は、本第１実施形態ではそのネジ構造として前述した雄ねじ部材２１の前記被駆動ネジ部（被駆動部）２１Ｂに対して逆ネジを採用している。これにより、この外接駆動ねじ部３２は雄ねじ部材２１の前記被駆動ネジ部（被駆動部）２１Ｂに対して円滑に噛合し、駆動モータ３３の回転力を雄ねじ部材２１に円滑に伝達し得るようになっている。
【００３５】
又、駆動モータ３３は正転及び逆転が可能に構成され、モータ制御部３４はオペレータから入力される指令（図示せず）に基づいて駆動モータ３３の正転又は逆転及び回転速度を任意に設定制御可能に構成されている。
これにより、雄ねじ部材２１はその先端部に保持した超音波センサ１１をホーン部１３の中心線ＣＬに沿って微小単位で往復移動することが可能となり、これがため、超音波センサ１１の指向性の大きさが微小単位で微細に可変設定されるようになっている。
【００３６】
（全体的動作）
次に、本第１実施形態の動作を説明する。
まず、前記ホーン部１３内の超音波センサ１１を図２（Ａ）の状態（最深部）に配置した後、装置全体を稼働状態に設定すると、超音波センサ１１から出力される超音波の指向性はホーン部１３の集束作用により図２（Ａ）の狭い扇状の広がりＫs となり、広がりの狭い（その分、感度が高められた）遠距離用の指向性Ｋs が設定される。この場合、捕捉対象物がこの狭い指向性内に存在すると、かなり遠距離にあっても容易に捕捉することができる。図中、星印ａは捕捉された捕捉対象物の位置を示す。
【００３７】
次に、前述した移送力付勢機構３０を稼働させて超音波センサ１１を図２（Ｂ）の状態（図１における移動距離Ｆを移動）に設定する。
この場合、移送力付勢機構３０では、オペレータからに指令に従って、モータ制御部３４が作動し制御指令が駆動モータ３３に伝達され、これによって雄ねじ部材２１が回転駆動されて図２（Ｂ）の矢印Ｐの方向に移動距離Ｆだけ移送され、これによって、雄ねじ部材２１の先端部に保持された超音波センサ１１が前述した移動距離Ｆを移動し、図２（Ｂ）の状態に設定される。
【００３８】
この間、駆動モータ３３の回転移送力は原動ねじ部である外接駆動ねじ部３２を介して雄ねじ部材２１の被駆動ネジ部２１に伝達され、この被駆動ネジ部２１によって雄ねじ部材２１の中心軸線に沿った直線的な移送力に変換される。
【００３９】
この場合、被駆動ネジ部２１による直線的な移送力への変換は、雄ねじ部材２１が雄ねじ部材保持機構２２に往復移動自在に保持されると共にガイド機構部２４によってその回転動作が阻止されているため、被駆動ネジ部２１も回転しない状態に設定されている。このため、原動ねじ部である外接駆動ねじ部３２の回転力は被駆動ネジ部２１によって中心軸線に沿った直線移動力へと確実に効率よく変換され、これにより、前述した超音波センサ１１は高精度に直線的に移送され、その移送先で保持される。
【００４０】
上記図２（Ｂ）の状態は、超音波センサ１１がホーン部１３の開口部１３ａに近い位置にあり、これがため、前述したホーン部１３の集束作用が幾分緩和されて図２（Ｂ）の広い扇状の広がりとなり、広がりの広い（その分、感度が下がる）近距離用の指向性Ｋw が設定される。この場合、捕捉対象物ｂがこの広い指向性Ｋw 内に存在すると、中心線ＣＬ上からかなり脇に外れたものに対しても容易に捕捉することができる。即ち、捕捉範囲が広げられた状態となる。図中、星印ｂは捕捉された捕捉対象物の位置を示す。
【００４１】
ここで、上記内容をまとめると以下のようになる。
距離測定時、図１のモータ制御部３４により駆動モータ３３を正回転／逆回転させることにより、超音波センサ１１をホーン部１３の中で前後方向に任意の位置に配置することが可能となる。図１にて説明したように、ホーン形状に対する超音波センサ１１の位置を変えることで、超音波センサ１１の特性は変化する。図２（Ａ）（Ｂ）には、自走式パーソナルロボット、測定対象物ａ，ｂの位置関係、ホーン部１３、および超音波センサ１１の位置関係を示す。
【００４２】
そして、図２（Ａ）のように、超音波センサ１１をホーン部１３の奥側（深部）に配置させると、測定対象範囲（指向性）は遠距離狭角の指向性Ｋｓとなり、自走式パーソナルロボットは遠方にある測定対象物ａの距離を測定することが可能となる。
【００４３】
一方、図２（Ｂ）のように、超音波センサ１１をホーン部１３の外側（開口部１２ａに近い位置）に配置させると、測定対象範囲（指向性）は近距離広角の指向性Ｋｗとなり、自走式パーソナルロボットは、広角にある近距離の測定対象物ｂの距離を容易に測定することができる。
【００４４】
尚、上記第１実施形態における上記移送力付勢機構３０にあっては、雄ねじ部材２１の前記被駆動ネジ部（被駆動部）２１Ｂに外接状態で噛合して当該被駆動ネジ部に移送力を付勢する外接駆動ねじ部３２を装備した場合を例示したが、本発明は移送力付勢機構を被駆動ネジ部（被駆動部）２１Ｂとを外接駆動ねじ部３２に限定するものではなく、例えば向きの異なったウオーム歯車を組合せ装備したものであってもよい。
【００４５】
（第１実施形態の効果）
第一の効果は、測定対象範囲を無段階に、或いは多段階に網羅することが可能になることである。
図３（Ａ）に示す遠距離狭角用と近距離広角用の２つの超音波センサを実装した公知の関連技術では、図３（Ａ）の測定対象範囲Ｋ1 は段差のある形状となり、例えば自走式パーソナルロボットにこれを装備した場合、座標位置（Ｓ１、Ｓ３）に位置する測定対象物ａは、測定が不可能である。
【００４６】
一方、本第１実施形態では、遠距離狭角と近距離広角の間を無段階で調節することが出来るため、自走式パーソナルロボットにこれを装備した場合、測定対象範囲Ｋ2 は図３（Ｂ）に示すように段差の無い形状となり、自走式パーソナルロボットの座標位置（Ｌ１、Ｓ３）に位置する測定対象物ａの測定が可能となる。これにより、測定機能が向上し、製品の安全性能アップなどにつながる。
【００４７】
第二の効果は、装置の小型化が実現できることである。従来、測定対象範囲を広く持つために、異なる特性の超音波センサを複数実装するか或いは同種超音波センサをホーン形状を変えて複数実装する、などの手段がとられてきた。
これに対し、本第１実施形態では、一の超音波センサと固定されたホーン形状でその特性を任意に可変し、測定対象を広範囲化することができるため、従来より複数必要としていた超音波センサやホーン形状の実装スペースを大幅に縮小することが可能となる。
【００４８】
第三の効果は、前述の第二の効果と同様な理由で、部品点数の削減が可能となり、装置全体のコストダウンを実現することができる。
【００４９】
このように、本第１の実施形態の超音波センサ装置にあっては、上述したように構成され機能するので、これによると、超音波センサ１１をホーン部１２内に中心線ＣＬに沿って往復移動可能に装備したので、これによると、一つの超音波センサ１１でその装備位置を可変設定することによりその指向性（感知角度範囲）を連続的に可変設定することができ、遠距離用と近距離用と更には中距離用の各指向性を連続して可変設定できるので、これにより、切り換え使用時の死角の発生を確実に排除することができ、更に、一台の装置で遠距離用と近距離用と中距離用に自在に切り換え設定が容易な構成としたので、長さの異なるホーン部を備えた複数台の装置の設置が不要となり、かかる点において装置全体のコストを有効に低減するができるという優れた効果を奏する超音波センサ装置およびセンサ位置可変設定装置を提供することができる。
【００５０】
〔第２の実施形態〕
次に、第２の実施形態を図４（Ａ）（Ｂ）に基づいて説明する。
ここで、前述した第１実施形態における各構成部材と同一の構成部材については同一の符号を用いるものとする。
【００５１】
この第２の実施形態は、オペレータによる外部からの操作によって超音波センサ装置における超音波センサの指向性を可変設定させるように構成した点に特徴を有する。
ここで、図４（Ａ）は本第３実施形態における超音波センサ装置４０の断面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の矢印Ａ方向からみた正面図である。
【００５２】
この第２の実施形態における超音波センサ装置４０は、前述した図１に開示した第１実施形態の場合と同様に、超音波センサ１１と、この超音波センサ１１による超音波の送受信時に機能し当該超音波センサ１１の指向性を設定するホーン部１３を備えたホーン機構１２と、このホーン機構１２の前記超音波センサ１１を保持すると共に当該超音波センサ１１を前記ホーン部の中心線ＣＬに沿ってその設置位置を変化させるセンサ移送保持機構４１とを備えている。
【００５３】
この内、センサ移送保持機構４１は、その先端部で前記超音波センサを固着保持しつつ前記ホーン部１３の中心線ＣＬに沿って移送する雄ねじ部材２１と、この雄ねじ部材２１がその中心線に沿って往復移動するのを許容して当該雄ねじ部材２１を保持する雄ねじ部材保持機構２２と、前記雄ねじ部材２１に対して前記ホーン部１３の中心線ＣＬに沿った移送力を付勢する移送力付勢機構４２とを備えている。
【００５４】
そして、雄ねじ部材２１に移送力を付勢する移送力付勢機構４２は、本第２実施形態では、雄ねじ部材２１の被駆動ネジ部２１Ｂに螺合された円盤状の駆動ダイヤル４２Ａと、この駆動ダイヤル４２Ａに係合され当該駆動ダイヤル４２Ａの回転を許容すると共に当該駆動ダイヤル４２Ａと前記ホーン機構１２との離間距離を常時一定に保持する定位置保持部材４２Ｂとを備えている。
【００５５】
符号４４は、超音波センサ装置４０を収納した筐体を示す。この筐体４４の内底部４４Ａに定位置保持部材４２Ｂが固着装備されている。又、この筐体４４の上面カバー４４Ｂ部分には、前述した駆動ダイヤル４２Ａを上面に向けて突設させるための長穴部４４Ｂａが設けられ、この長穴部４４Ｂａ部分から突設された前記駆動ダイヤル４２Ａをオペレータが駆動可能に構成されている。
【００５６】
この第２の実施形態によると、オペレータによる外部操作によって手動で前述した超音波センサ１１の指向性を遠距離用と近距離用と中距離用とに自在に切り換え設定が可能となり、そのための操作が極めて容易となり、作業性が極めて良好なものとなっている。
その他の構成およびその作用効果は、前述した第１実施形態と同一となっている。
【００５７】
〔第３の実施形態〕
次に、第３の実施形態を図５（Ａ）（Ｂ）に基づいて説明する。
ここで、前述した第１実施形態における各構成部材と同一の構成部材については同一の符号を用いるものとする。
【００５８】
この第３の実施形態は、前述した図４に開示した第２実施形態の場合と同様に、オペレータによる外部からの操作によって超音波センサ装置における超音波センサの指向性を可変設定させるように構成した点に特徴を有する。ここで、図５（Ａ）は本第３実施形態における超音波センサ装置５０の断面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の矢印Ａ方向からみた正面図である。
【００５９】
この第３の実施形態における超音波センサ装置５０は、前述した第１実施形態（図１）の場合と同様に、超音波センサ１１と、この超音波センサ１１による超音波の送受信時に機能し当該超音波センサ１１の指向性を設定するホーン部１３を備えたホーン機構１２と、このホーン機構１２の前記超音波センサ１１を保持すると共に当該超音波センサ１１を前記ホーン部の中心線ＣＬに沿ってその設置位置を変化させるセンサ移送保持機構５１とを備えている。
【００６０】
上記センサ移送保持機構５１は、その先端部で前記超音波センサを固着保持しつつ前記ホーン部１３の中心線ＣＬに沿って移送する雄ねじ部材２１と、この雄ねじ部材２１がその中心線ＣＬに沿って往復移動するのを許容して当該雄ねじ部材２１を保持する雄ねじ部材保持機構５２と、前記雄ねじ部材２１に対して前記ホーン部１３の中心線ＣＬに沿った移送力を付勢する移送力付勢機構５３とを備えている。
【００６１】
この内、雄ねじ部材保持機構５２は、前述した雄ねじ部材２１の被駆動ネジ部２１Ｂ部分で当該雄ねじ部材２１を保持すると共に当該雄ねじ部材２１がその中心線ＣＬに沿って回転しつつ往復移動するのを許容する雄ねじ用保持部材５２Ａを備えて構成されている。そして、この雄ねじ用保持部材２１Ａと当該雄ねじ用保持部材２１Ａに前記被駆動ネジ部２１Ｂに対応して設けられた雌ねじ部２１Ｂとにより、前述した雄ねじ部材保持機構５２が構成されている。
【００６２】
又、被駆動ネジ部（被駆動部）２１Ｂの図５に設定した状態における前記ホーン部１３側のネジ部分の長さをＲとした場合、このＲは、前述したホーン部１３内部に装備された超音波センサ１１の往復移動距離Ｆよりも大きい寸法（Ｒ＞Ｆ）に設定されている。
【００６３】
又、移送力付勢機構５３は、本第３実施形態では前記雄ねじ部材２１の前記超音波センサ１１側とは反対側の端部に固着された円盤状の駆動ダイヤルにより構成されている。符号５５は、前記ホーン部１３及び雄ねじ部材保持機構５２を収納した筐体を示す。
そして、この筐体５４の内底部５４Ａに、前述した雄ねじ部材保持機構５２が固着装備されている。
【００６４】
更に、前述した雄ねじ部材２１の被駆動ネジ部２１Ｂの端部に、ネジが付されない状態の延設部２１Ｃが前記筐体５４の外部に延設されている。そして、この被駆動ネジ部２１Ｂの延設部２１Ｃに前記移送力付勢機構５３を構成する円盤状の駆動ダイアルが固着装備されている。
【００６５】
このため、この駆動ダイアル（移送力付勢機構）５３をオペレータが外部から回転駆動することにより、その回転の方向に合わせて前述した超音波センサ１１が雄ねじ部材２と共に回転しつつ前記ホーン部１３の中心線ＣＬに沿って微細に且つ連続的に往復移動され、同時に高精度にその位置設定がなされることとなる。この第３実施形態は、比較的奥行きの短い装置に適する構造である。
その他の構成およびその作用効果は前述した第１実施形態と同一となっている。
【００６６】
〔応用例〕
前述した各実施形態の内、第２乃至第３の各実施形態は、例えば電子ペンシステムなどの受信装置として有効利用できる。
この電子ペンシステムは、超音波発信器を有するペンの位置を、超音波センサを有する受信装置（レシーバ）で測定し、描画データをパソコンに送るシステムである。図６にその使用状態の概要を示す。
【００６７】
この図６に示すように、例えば、レシーバ４０と表示投影範囲７０を離して使用する場合は、レシーバ４０の測定対象範囲Ｋs を遠距離狭角用に設定する。逆に、レシーバ４０と表示投影範囲７０を近づけて使用する場合は、レシーバ４０の測定対象範囲Ｋw を近距離広角用に設定する。
【００６８】
この電子ペンシステムのように、超音波センサ装置の指向性（指向特性）を、使用中に常に可変設定して精密測定する必要場合に、手動可変の構造を使用すると、迅速に対応し得る手動方式の第２乃至第３の各実施形態の超音波センサ装置が実用性が高い。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
超音波を利用した距離測定装置およびこれに類する電子機器全般に利用可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１０，４０，５０  超音波センサ装置
１１  超音波センサ
１２  ホーン機構
１３  ホーン部
１３Ａ  筒状空間部
１３Ｂ  音波ガイド部
２０，４１，５１  センサ移送保持機構
２１  雄ねじ部材
２１Ａ  センサ保持部
２１Ｂ  被駆動ネジ部（被駆動部）
２２，５２  雄ねじ部材保持機構
２３  保持ユニット
２４  ガイド機構部
２４Ａ  貫通長穴
２４Ｂ  ガイドピン
３０，４２  移送力付勢機構
３２  外接駆動ねじ部
３３  駆動モータ
３４  モータ制御部
４２Ａ  駆動ダイヤル
４２Ｂ  定位置保持部材
５３    駆動ダイヤル（移送力付勢機構）
ａ，ｂ  障害物
Ｋs   測定対象範囲（遠距離狭角用）
Ｋw   測定対象範囲（菌距離広角用）
ＣＬ  中心線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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