(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる周波数を有する複数の第１超音波ビームと、互いに異なる周波数を有する複数の第２超音波ビームとを出力する送信部と、
前記出力された複数の第１超音波ビームが対象体から反射されて出てきた第１反射信号を受信する受信部と、
空間上の第１領域を決定し、前記第１領域に含まれる複数の第１下位領域それぞれに向け、前記複数の第１超音波ビームそれぞれを出力するように、前記送信部を制御し、前記第１反射信号に基づき、前記複数の第１下位領域それぞれに、前記対象体が含まれるか否かということを判断する制御部と、を含み、
前記複数の第１超音波ビームのうち最高周波数を有する超音波ビームの周波数が、前記複数の第２超音波ビームのうち最高周波数を有する超音波ビームの周波数より低いことを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
前記送信部は、複数の出力素子を含み、
前記複数の出力素子のうち第１出力素子は、前記第１領域を決定するための超音波ビームを出力し、
前記受信部は、前記第１領域を決定するための超音波ビームが前記対象体から反射されて出てきた、前記第１領域を決定するための反射信号を受信し、
前記制御部は、
前記第１領域を決定するための反射信号に基づき、前記第１出力素子から最も近い前記対象体の第１地点を獲得し、
前記第１地点を含む前記第１領域を決定することを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項３】
前記複数の出力素子のうち第２出力素子は、第２領域を決定するための超音波ビームを出力し、
前記受信部は、前記第２領域を決定するための超音波ビームが前記対象体から反射されて出てきた、前記第２領域を決定するための反射信号を受信し、
前記制御部は、
前記第２領域を決定するための反射信号に基づき、前記第２出力素子から最も近い前記対象体の第２地点を獲得し、
前記第２地点を含む前記第２領域を決定することを特徴とする請求項２に記載の超音波センサ。
【請求項４】
前記制御部は、前記第２領域に含まれる複数の第２下位領域それぞれに向け、前記複数の第１超音波ビームそれぞれを出力するように、前記送信部を制御し、
前記第１反射信号に基づき、前記複数の第２下位領域それぞれに、前記対象体が含まれるか否かということを判断することを特徴とする請求項３に記載の超音波センサ。
【請求項５】
前記超音波センサは、電子装置に含まれ、
前記制御部は、
前記電子装置が空間上に提供するユーザインターフェースに基づいて、前記第１領域を決定することを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項６】
前記制御部は、
前記ユーザインターフェースに基づき、前記複数の第１下位領域の大きさ、位置及び形態のうち少なくとも一つを決定することを特徴とする請求項５に記載の超音波センサ。
【請求項７】
前記受信部は、前記出力された複数の第２超音波ビームが前記対象体から反射されて出てきた複数の第２反射信号を受信し、
前記制御部は、
前記複数の第１下位領域に含まれる複数の第３下位領域それぞれに向け、前記複数の第２超音波ビームそれぞれを出力するように、前記送信部を制御し、複数の第２反射信号に基づいて、前記複数の第３下位領域それぞれに、前記対象体が含まれるか否かということを判断することを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項８】
前記送信部は、複数の出力素子を含み、
前記複数の出力素子のうち少なくとも一部出力素子を利用して、前記複数の第１超音波ビーム、及び前記複数の第２超音波ビームを出力し、
前記複数の第１超音波ビームのうち少なくとも１つの超音波ビームを出力するときに使用した複数の出力素子の個数が、前記複数の第２超音波ビームのうち少なくとも１つの超音波ビームを出力するときに使用した複数の出力素子の個数より小さいことを特徴とする請求項７に記載の超音波センサ。
【請求項９】
前記送信部は、
前記複数の第１超音波ビームに対応する互いに異なる周波数を有する複数パルスを生成するパルス生成部と、
前記複数の第１超音波ビームそれぞれの指向性を決定するために、既定の遅延時間ほど各パルスを遅延させることにより、遅延されたパルスを生成する送信遅延部と、
前記遅延されたパルスに基づいて、前記複数の第１超音波ビームを出力する出力素子アレイと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項１０】
前記受信部は、前記複数の第１超音波ビームに応答し、前記対象体から反射された前記第１反射信号を受信し、前記第１反射信号を周波数別に分離し、前記周波数別に分離された信号のうち同一周波数を有する信号同士を合算することを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項１１】
前記第１反射信号は、第３反射信号及び第６反射信号を含み、
前記受信部は、
前記第３反射信号を受信する第１入力素子及び前記第６反射信号を受信する第２入力素子を含む入力素子アレイと、
前記第３反射信号を互いに異なる周波数別に分離することにより、第１分離された信号を生成し、前記第６反射信号を互いに異なる周波数別に分離することにより、第２分離された信号を生成するフィルタ部と、
前記第１分離された信号を、前記第１分離された信号の周波数に基づいて受信遅延し、第１遅延信号を生成し、前記第２分離された信号を、周波数に基づいて受信遅延し、第２遅延信号を生成する受信遅延部と、
前記第１遅延信号及び前記第２遅延信号のうち同一周波数を有する信号同士を合算する合算部と、を含むことを特徴とする請求項１０に記載の超音波センサ。
【請求項１２】
前記送信部は、
伝達される電気的信号によって振動して超音波を発する複数の出力素子が、線形に配列された出力素子アレイを含み、
前記受信部は、
前記第１反射信号を受信して電気的信号に変換する複数の入力素子が、線形に配列された入力素子アレイを含み、
前記出力素子アレイ及び前記入力素子アレイは、互いに平行ではないように配列されることを特徴とする請求項９に記載の超音波センサ。
【請求項１３】
前記出力素子アレイと前記入力素子アレイは、互いに直交するように配列されることを特徴とする請求項１２に記載の超音波センサ。
【請求項１４】
超音波センサが対象体を認識する方法において、
空間上の第１領域を決定する段階と、
前記第１領域に含まれる複数の第１下位領域それぞれに向け、複数の第１超音波ビームそれぞれを出力し、前記複数の第１下位領域に含まれる複数の第３下位領域それぞれに向け、複数の第２超音波ビームそれぞれを出力する段階と、
前記出力された複数の第１超音波ビームが前記対象体から反射されて出てきた第１反射信号を受信する段階と、
前記第１反射信号に基づき、前記複数の第１下位領域それぞれに、前記対象体が含まれるか否かということを判断する段階と、を含み、
前記複数の第１超音波ビームのうち最高周波数を有する超音波ビームの周波数が、前記複数の第２超音波ビームのうち最高周波数を有する超音波ビームの周波数より低いように制御する段階をさらに含むことを特徴とする超音波センサの対象体認識方法。
【請求項１５】
第１出力素子が電気的信号によって振動し、前記第１領域を決定するための超音波ビームを出力する段階と、
前記第１領域を決定するための超音波ビームが前記対象体から反射されて出てきた、前記第１領域を決定するための反射信号を受信する段階と、
前記第１領域を決定するための反射信号に基づき、前記第１出力素子から最も近い前記対象体の第１地点を獲得する段階と、
前記第１地点を含む前記第１領域を決定する段階と、をさらに含むことを特徴とすることを特徴とする請求項１４に記載の超音波センサの対象体認識方法。
【請求項１６】
第２出力素子が第２領域を決定するための超音波ビームを出力する段階と、
前記第２領域を決定するための超音波ビームが前記対象体から反射されて出てきた、前記第２領域を決定するための反射信号を受信する段階と、
前記第２領域を決定するための反射信号に基づき、前記第２出力素子から最も近い前記対象体の第２地点を獲得する段階と、
前記第２地点を含む第２領域を決定する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の超音波センサの対象体認識方法。
【請求項１７】
前記第２領域に含まれる複数の第２下位領域それぞれに向け、前記複数の第１超音波ビームそれぞれを出力する段階と、
前記第１反射信号に基づき、前記複数の第２下位領域それぞれに、前記対象体が含まれるか否かということを判断する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の超音波センサの対象体認識方法。
【請求項１８】
前記超音波センサは、電子装置に含まれ、
前記電子装置が空間上に提供するユーザインターフェースに基づいて、前記第１領域を決定する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の超音波センサの対象体認識方法。
【請求項１９】
前記ユーザインターフェースに基づき、前記複数の第１下位領域の大きさ、位置及び形態のうち少なくとも一つを決定する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載の超音波センサの対象体認識方法。
【請求項２０】
前記複数の第２超音波ビームが前記対象体から反射されて出てきた第２反射信号を受信する段階と、
第２反射信号に基づいて、前記複数の第３下位領域それぞれに、前記対象体が含まれるか否かということを判断する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の超音波センサの対象体認識方法。
【請求項２１】
送信部は、複数の出力素子を含み、
前記複数の出力素子のうち少なくとも一部出力素子を利用して、前記複数の第１超音波ビーム、及び前記複数の第２超音波ビームを出力し、
前記複数の第１超音波ビームのうち少なくとも１つの超音波ビームを出力するときに使用した複数の出力素子の個数が、前記複数の第２超音波ビームのうち少なくとも１つの超音波ビームを出力するときに使用した複数の出力素子の個数より少ないように制御する段階を含むことを特徴とする請求項２０に記載の超音波センサの対象体認識方法。
【請求項２２】
前記複数の第１超音波ビームを同時に出力する段階は、
前記複数の第１超音波ビームに対応する互いに異なる周波数を有する複数パルスを生成する段階と、
前記複数の第１超音波ビームそれぞれの指向性を決定するために、既定の遅延時間ほど各パルスを遅延させることにより、遅延されたパルスを生成する段階と、
前記遅延されたパルスに基づいて、前記複数の第１超音波ビームを出力する段階と、を含むことを特徴とする請求項１４に記載の超音波センサの対象体認識方法。
【請求項２３】
前記複数の第１超音波ビームに応答し、前記対象体から反射された前記第１反射信号を受信する段階と、
前記第１反射信号を周波数別に分離する段階と、
前記周波数別に分離された信号のうち同一周波数を有する信号同士を合算する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の超音波センサの対象体認識方法。
【請求項２４】
前記第１反射信号は、第３反射信号及び第４反射信号を含み、
前記第１反射信号を受信する段階は、前記第３反射信号を受信する段階と、
前記第４反射信号を受信する段階と、を含み、
前記分離する段階は、
前記第３反射信号を互いに異なる周波数別に分離することにより、第１分離された信号を生成する段階と、
前記第４反射信号を互いに異なる周波数別に分離することにより、第２分離された信号を生成する段階と、を含み、
前記合算する段階は、
前記第１分離された信号を、前記第１分離された信号の周波数に基づいて受信遅延し、第１遅延信号を生成する段階と、
前記第２分離された信号を、周波数に基づいて受信遅延し、第２遅延信号を生成する段階と、
前記第１遅延信号及び前記第２遅延信号のうち同一周波数を有する信号同士を合算する段階と、を含むことを特徴とする請求項２３に記載の超音波センサの対象体認識方法。
【請求項２５】
請求項１４ないし２４のうちいずれか１項に記載の超音波センサの対象体認識方法を具現するためのプログラムが記録されたコンピュータで判読可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波センサ、該超音波センサの対象体認識方法、及びコンピュータ判読可能な記録媒体に関する。具体的には、対象体をさらに迅速であって正確に認識するための超音波センサ、該超音波センサの対象体認識方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波センサは、超音波送信部から生成される超音波信号を対象体に照射し、対象体から反射された超音波反射信号の情報を受信し、対象体の位置及び距離などに係わる情報を得る。
【０００３】
超音波センサにおける送信部は、複数の出力素子を含む。該複数の出力素子は、超音波を出力し、該超音波は、空間上で密度変化があるところで反射する。例えば、複数の出力素子から数ｋＨｚから数百ＭＨｚ範囲の超音波が対象体に伝達され、該超音波は、対象体から反射する。かように反射した超音波は、受信部の複数の入力素子を振動させ、該複数の入力素子は、該振動による電気的パルス（electrical  pulses）を出力する。かような電気的パルスが物体認識に利用される。
【０００４】
最近、超音波センサは、複数の入出力素子の配列を利用して、超音波ビーム（ultrasound  beam）をスイッチング（switching）したりステアリング（steering）したりすることによって、フォーカシングされた超音波ビームを出力する。ここで、複数の出力素子を線形に配すれば、該超音波ビームを出力素子の配列方向にスイッチングしたりステアリングしたりすることができる。また、複数の入力素子を、複数の出力素子の配列方向と異なる方向に配する場合、対象体の三次元的な認識が可能である。その結果、二次元だけではなく、三次元空間上の対象体を認識する超音波センサが出てきている。
【０００５】
超音波センサは、対象体を高解像度で均一に認識するために、超音波センサがスキャンすることができる全ての領域をフルスキャン（full  scan）する。該超音波センサがフルスキャンを行う場合、対象体の大きさが互いに異なっても、それを認識するために、同一に多くのデータ処理を行わなければならないので、対象体の認識速度が遅くなる。また、フルスキャンを行う場合、超音波ビームが全ての領域に逹するようにステアリング（steering）しなければならないために、電力消耗が多い。
【０００６】
また、超音波センサが複数の領域をスキャンするために、複数の超音波ビームを同時に出力する場合、超音波ビーム間の干渉が生じる。従って、超音波センサは、１つの超音波ビームを一領域に出力し、対象体から反射された信号を受信した後、他の超音波ビームを他の領域に出力し、対象体から反射された信号を受信しなければならない。すなわち、超音波センサは、一回に一領域に対してのみスキャンが可能であるので、複数の領域に対してスキャンを行う場合、時間が長くかかるという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、対象体が存在するか否かということを高速で認識する低電力超音波センサ、該超音波センサの対象体認識方法、及びコンピュータ判読可能な記録媒体の提供を目的とする。
【０００８】
追加される態様は、以下の説明において部分的に記載され、部分的には、該説明から明らかになり、提示された例示的な実施形態の実施によって習得されるのである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述のような目的を達成するために、本開示の一実施形態による超音波センサは、互いに異なる周波数を有する複数の第１超音波ビームを出力する送信部、出力された複数の第１超音波ビームが対象体から反射されて出てきた第１反射信号を受信する受信部、及び空間上の第１領域を決定し、第１領域に含まれる複数の第１下位領域それぞれに向け、複数の第１超音波ビームそれぞれを出力するように送信部を制御し、第１反射信号に基づき、複数の第１下位領域それぞれに、対象体が含まれるか否かということを判断する制御部を含んでもよい。
【００１０】
また、本開示の一実施形態による超音波センサにおいて、該送信部は、複数の出力素子を含み、該複数の出力素子のうち第１出力素子は、第１領域を決定するための超音波ビームを出力し、該受信部は、第１領域を決定するための超音波ビームが対象体から反射されて出てきた、第１領域を決定するための反射信号を受信し、該制御部は、第１領域を決定するための反射信号に基づき、第１出力素子から最も近い対象体の第１地点を獲得し、第１地点を含む第１領域を決定することができる。
【００１１】
また、本開示の一実施形態による超音波センサにおいて、複数の出力素子のうち第２出力素子は、第２領域を決定するための超音波ビームを出力し、該受信部は、第２領域を決定するための超音波ビームが対象体から反射されて出てきた、第２領域を決定するための反射信号を受信し、該制御部は、第２領域を決定するための反射信号に基づき、第２出力素子から最も近い対象体の第２地点を獲得し、第２地点を含む第２領域を決定することができる。
【００１２】
また、本開示の一実施形態による超音波センサにおいて、該制御部は、第２領域に含まれる複数の第２下位領域それぞれに向け、複数の第１超音波ビームそれぞれを出力するように送信部を制御し、第１反射信号に基づき、複数の第２下位領域それぞれに、対象体が含まれるか否かということを判断することができる。
【００１３】
また、本開示の一実施形態による超音波センサにおいて、該超音波センサは、電子装置に含まれ、該制御部は、電子装置が空間上に提供するユーザインターフェース（user  interface）に基づいて、第１領域を決定することができる。
【００１４】
また、本開示の一実施形態による超音波センサにおいて、該制御部は、ユーザインターフェースに基づき、複数の第１下位領域の大きさ、位置及び形態のうち少なくとも一つを決定することができる。
【００１５】
また、本開示の一実施形態による超音波センサにおいて、該送信部は、互いに異なる周波数を有する複数の第２超音波ビームを出力し、該受信部は、出力された複数の第２超音波ビームが対象体から反射されて出てきた複数の第２反射信号を受信し、該制御部は、複数の第１下位領域に含まれる複数の第３下位領域それぞれに向け、複数の第２超音波ビームそれぞれを出力するように送信部を制御し、複数の第２反射信号に基づいて、複数の第３下位領域それぞれに、対象体が含まれるか否かということを判断することができる。
【００１６】
また、本開示の一実施形態による超音波センサにおいて、該送信部は、複数の出力素子を含み、複数の出力素子のうち少なくとも一部出力素子を利用して、複数の第１超音波ビーム、及び複数の第２超音波ビームを出力し、複数の第１超音波ビームのうち少なくとも１つの超音波ビームを出力するときに使用した複数の出力素子の個数が、複数の第２超音波ビームのうち少なくとも１つの超音波ビームを出力するときに使用した複数の出力素子の個数より少ない。
【００１７】
また、本開示の一実施形態による超音波センサにおいて、複数の第１超音波ビームのうち最高周波数を有する超音波ビームの周波数が、複数の第２超音波ビームのうち最高周波数を有する超音波ビームの周波数より低い。
【００１８】
また、本開示の一実施形態による超音波センサにおいて、該送信部は、複数の第１超音波ビームに対応する互いに異なる周波数を有する複数パルスを生成するパルス生成部、複数の第１超音波ビームそれぞれの指向性を決定するために、既定の遅延時間ほど各パルスを遅延させることによって遅延されたパルスを生成する送信遅延部、及び遅延されたパルスに基づいて、複数の第１超音波ビームを出力する出力素子アレイを含んでもよい。
【００１９】
また、本開示の一実施形態による超音波センサにおいて、該受信部は、複数の第１超音波ビームに応答して対象体から反射された第１反射信号を受信し、第１反射信号を周波数別に分離し、周波数別に分離された信号のうち同一周波数を有する信号同士合算することができる。
【００２０】
また、本開示の一実施形態による超音波センサにおいて、第１反射信号は、第３反射信号及び第４反射信号を含み、該受信部は、第３反射信号を受信する第１入力素子、及び第４反射信号を受信する第２入力素子を含む入力素子アレイ、第３反射信号を互いに異なる周波数別に分離することによって、第１分離された信号を生成し、第４反射信号を互いに異なる周波数別に分離することによって、第２分離された信号を生成するフィルタ部、第１分離された信号を、第１分離された信号の周波数に基づいて受信遅延し、第１遅延信号を生成し、第２分離された信号を、周波数に基づいて受信遅延し、第２遅延信号を生成する受信遅延部、並びに第１遅延信号及び第２遅延信号のうち同一周波数を有する信号同士合算する合算部を含んでもよい。
【００２１】
また、本開示の一実施形態による超音波センサにおいて、該送信部は、伝達される電気的信号によって振動して超音波を発する複数の出力素子が、線形に配列された出力素子アレイを含み、該受信部は、第１反射信号を受信して電気的信号に変換する複数入力素子が、線形に配列された入力素子アレイを含み、出力素子アレイ及び入力素子アレイは、互いに平行ではないように配列されてもよい。
【００２２】
また、本開示の一実施形態による超音波センサにおいて、出力素子アレイと入力素子アレイは、互いに直交するように配列されてもよい。
【００２３】
また、前述のような目的を達成するために、本開示の一実施形態による超音波センサが対象体を認識する方法は、空間上の第１領域を決定する段階、第１領域に含まれる複数の第１下位領域それぞれに向け、複数の第１超音波ビームそれぞれを出力する段階、出力された複数の第１超音波ビームが対象体から反射されて出てきた第１反射信号を受信する段階、及び第１反射信号に基づき、複数の第１下位領域それぞれに、対象体が含まれるか否かということを判断する段階を含んでもよい。
【００２４】
また、本開示の一実施形態による超音波センサが対象体を認識する方法において、第１出力素子が電気的信号によって振動し、第１領域を決定するための超音波ビームを出力する段階、第１領域を決定するための超音波ビームが対象体から反射されて出てきた、第１領域を決定するための反射信号を受信する段階、第１領域を決定するための反射信号に基づき、第１出力素子から最も近い対象体の第１地点を獲得する段階、及び第１地点を含む第１領域を決定する段階をもっと含んでもよい。
【００２５】
また、本開示の一実施形態による超音波センサが対象体を認識する方法において、第２出力素子が第２領域を決定するための超音波ビームを出力する段階、第２領域を決定するための超音波ビームが対象体から反射されて出てきた、第２領域を決定するための反射信号を受信する段階、第２領域を決定するための反射信号に基づき、第２出力素子から最も近い対象体の第２地点を獲得する段階、第２地点を含む第２領域を決定する段階をさらに含んでもよい。
【００２６】
また、本開示の一実施形態による超音波センサが対象体を認識する方法において、第２領域に含まれる複数の第２下位領域それぞれに向け、複数の第１超音波ビームそれぞれを出力する段階、第１反射信号に基づき、複数の第２下位領域それぞれに、対象体が含まれるか否かということを判断する段階をさらに含んでもよい。
【００２７】
また、本開示の一実施形態による超音波センサが対象体を認識する方法において、超音波センサは、電子装置に含まれ、電子装置が空間上に提供するユーザインターフェースに基づいて、第１領域を決定する段階をさらに含んでもよい。
【００２８】
また、本開示の一実施形態による超音波センサが対象体を認識する方法において、ユーザインターフェースに基づき、複数の第１下位領域の大きさ、位置及び形態のうち少なくとも一つを決定する段階をさらに含んでもよい。
【００２９】
また、本開示の一実施形態による超音波センサが対象体を認識する方法において、複数の第１下位領域に含まれる複数の第３下位領域それぞれに向け、複数の第２超音波ビームそれぞれを出力する段階、複数の第２超音波ビームが対象体から反射されて出てきた第２反射信号を受信する段階、及び第２反射信号に基づいて、複数の第３下位領域それぞれに、対象体が含まれるか否かということを判断する段階をさらに含んでもよい。
【００３０】
また、本開示の一実施形態による超音波センサが対象体を認識する方法において、該送信部は、複数の出力素子を含み、複数の出力素子のうち少なくとも一部出力素子を利用して、複数の第１超音波ビーム、及び複数の第２超音波ビームを出力し、複数の第１超音波ビームのうち少なくとも１つの超音波ビームを出力するときに使用した複数の出力素子の個数が、複数の第２超音波ビームのうち少なくとも１つの超音波ビームを出力するときに使用した複数の出力素子の個数より少ないように制御する段階を含んでもよい。
【００３１】
また、本開示の一実施形態による超音波センサが対象体を認識する方法において、複数の第１超音波ビームのうち最高周波数を有する超音波ビームの周波数が、複数の第２超音波ビームのうち最高周波数を有する超音波ビームの周波数より低いように制御する段階をさらに含んでもよい。
【００３２】
また、本開示の一実施形態による超音波センサが対象体を認識する方法において、複数の第１超音波ビームを同時に出力する段階は、複数の第１超音波ビームに対応する互いに異なる周波数を有する複数パルスを生成する段階、複数の第１超音波ビームそれぞれの指向性を決定するために、既定の遅延時間ほど各パルスを遅延させることによって、遅延されたパルスを生成する段階、及び遅延されたパルスに基づいて、複数の第１超音波ビームを出力する段階を含んでもよい。
【００３３】
また、本開示の一実施形態による超音波センサが対象体を認識する方法において、複数の第１超音波ビームに応答して対象体から反射された第１反射信号を受信する段階、第１反射信号を周波数別に分離する段階、及び周波数別に分離された信号のうち同一周波数を有する信号同士合算する段階をさらに含んでもよい。
【００３４】
また、本開示の一実施形態による超音波センサが対象体を認識する方法において、第１反射信号は、第３反射信号及び第４反射信号を含んでもよい。第１反射信号を受信する段階は、第３反射信号を受信する段階、及び第４反射信号を受信する段階を含んでもよい。また、分離する段階は、第３反射信号を互いに異なる周波数別に分離することによって、第１分離された信号を生成する段階、及び第４反射信号を互いに異なる周波数別に分離することによって、第２分離された信号を生成する段階を含んでもよい。また、合算する段階は、第１分離された信号を、第１分離された信号の周波数に基づいて受信遅延し、第１遅延信号を生成する段階、第２分離された信号を、周波数に基づいて受信遅延し、第２遅延信号を生成する段階、及び第１遅延信号及び第２遅延信号のうち同一周波数を有する信号同士合算する段階を含んでもよい。
【発明の効果】
【００３５】
前述のような目的を達成するために、本開示の一実施形態によれば、コンピュータで判読可能な記録媒体に、前記超音波センサの対象体認識方法を具現するためのプログラムが記録される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本開示の一実施形態に係わる超音波センサの使用を示した図面である。
【図２Ａ】本開示の一実施形態に係わる手ジェスチャを認識するために、ウェアラブルデバイスに超音波センサが利用される例を図示する図面である。
【図２Ｂ】本開示の一実施形態に係わる手ジェスチャを認識するために、ウェアラブルデバイスに超音波センサが利用される例を図示する図面である。
【図２Ｃ】本開示の一実施形態に係わる手ジェスチャを認識するために、ウェアラブルデバイスに超音波センサが利用される例を図示する図面である。
【図３】本開示の一実施形態に係わる超音波センサを示したブロック図である。
【図４Ａ】本開示の一実施形態に係わる超音波センサの動作を示した図面である。
【図４Ｂ】本開示の一実施形態に係わる超音波センサの動作を示した図面である。
【図４Ｃ】本開示の一実施形態に係わる超音波センサの動作を示した図面である。
【図５Ａ】本開示の一実施形態に係わる超音波センサの動作を示した図面である。
【図５Ｂ】本開示の一実施形態に係わる超音波センサの動作を示した図面である。
【図５Ｃ】本開示の一実施形態に係わる超音波センサの動作を示した図面である。
【図６】本開示の一実施形態に係わる超音波センサの動作を示した図面である。
【図７】本開示の一実施形態に係わる超音波センサの二次元認識領域を示した図面である。
【図８】本開示の一実施形態に係わる超音波センサの三次元認識領域を示した図面である。
【図９Ａ】本開示の一実施形態に係わる、電子装置を介してユーザが見ることができる画面を示した図面である。
【図９Ｂ】本開示の一実施形態に係わる、電子装置を介してユーザが見ることができる画面を示した図面である。
【図１０Ａ】本開示の一実施形態に係わる複数下位領域を示した図面である。
【図１０Ｂ】本開示の一実施形態に係わる複数下位領域を示した図面である。
【図１０Ｃ】本開示の一実施形態に係わる複数下位領域を示した図面である。
【図１１Ａ】本開示の一実施形態に係わる下位領域を示した図面である。
【図１１Ｂ】本開示の一実施形態に係わる下位領域を示した図面である。
【図１１Ｃ】本開示の一実施形態に係わる下位領域を示した図面である。
【図１１Ｄ】本開示の一実施形態に係わる下位領域を示した図面である。
【図１２】本開示の一実施形態に係わる超音波センサが対象体を認識する様子を示した図面である。
【図１３】本開示の一実施形態に係わる超音波ビームのステアリングについて説明する図面である。
【図１４】本開示の一実施形態に係わる送信部を示したブロック図である。
【図１５】本開示の一実施形態に係わる送信部を具体的に示したブロック図である。
【図１６】本開示の一実施形態に係わる受信部を示したブロック図である。
【図１７】本開示の一実施形態に係わる受信部を具体的に示したブロック図である。
【図１８】本開示の一実施形態による超音波センサの動作を示した図面である。
【図１９】本開示の一実施形態に係わる超音波ビームのステアリングについて説明する図面である。
【図２０】本開示の一実施形態に係わる下位領域を示した図面である。
【図２１】本開示の一実施形態に係わる超音波センサの対象体認識方法に係わるフローチャートである。
【図２２】本開示の一実施形態に係わる送信部の動作を示したフローチャートである。
【図２３】本開示の一実施形態に係わる受信部の動作を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明で使用される用語は、本発明での機能を考慮しながら、可能な限り現在汎用される一般的な用語を選択したが、それは、当分野の当業者の意図、判例、または新たな技術の出現などによっても異なる。また、特定の場合は、出願人が任意に選定した用語もあり、その場合、当該発明の説明部分において、詳細にその意味を記載する。従って、本発明で使用される用語は、単純な用語の名称ではない、その用語が有する意味と、本発明の全般にわたった内容とを基に定義されなければならない。
【００３８】
明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、それは、特別に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいということを意味する。また、明細書に記載された「…部」、「…モジュール」などの用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味し、それは、ハードウェアまたはソフトウェアによって具現されるか、あるいはハードウェアとソフトウェアとの結合によっても具現される。
【００３９】
電子装置は、ユーザから入力を受信することができる。例えば、該電子装置は、ユーザの特定ジェスチャを認識し、該特定ジェスチャに基づいて、ユーザが所望する機能を遂行することができる。また、該電子装置は、ジェスチャを認識するために、超音波センサを含んでもよい。
【００４０】
該電子装置は、ウェアラブル装置（wearable  device）にもなる。例えば、該電子装置は、電子時計、電子めがねなどにもなる。該電子装置は、ユーザから入力を受信することができる。具体的には、該電子装置は、ユーザのジェスチャを認識し、ユーザから入力を受信することができる。該電子装置は、ユーザのジェスチャを認識するために、多様なセンサを装着することができる。該電子装置が含むセンサには、超音波センサがある。該超音波センサは、小型化が可能であり、比較的正確に対象体を認識することができる。
【００４１】
また、該電子装置は、産業用ロボット、家庭用ロボット、ロボット清掃機、遊び器具、おもちゃ、スマートフォンなどにもなる。例えば、該電子装置は、ロボット清掃機でもある。該ロボット清掃機は、障害物を回避しなければならず、床の状態を確認しなければならない。該電子装置は、障害物または床の状態を確認するために、多様なセンサを装着することができる。例えば、該ロボット清掃機は、超音波センサを含んでもよい。
【００４２】
図１は、本開示の一実施形態に係わる超音波センサの使用を示した図面である。図１に図示されているように、電子装置１２０は、電子めがねにもなる。該電子めがねは、ユーザのジェスチャを認識するために、超音波センサ１１０を含んでもよい。
【００４３】
図１を参照すれば、超音波センサ１１０が認識することができる領域は、矢印１３０が示す角度の領域でもある。超音波センサ１１０は、対象体１５０を認識するために、矢印１３０側にフルスキャン（full  scan）を行う。また、超音波センサ１１０は、対象体１５０がある範囲を推定した後、対象体１５０近辺の領域のみをスキャンすることができる。例えば、超音波センサ１１０は、対象体１５０がある範囲を推定した後、矢印１４０が示す角度の領域のみをスキャンすることができる。
【００４４】
対象体１５０は、超音波センサ１１０が認識する物体である。例えば、電子装置１２０が超音波センサ１１０を利用して、ユーザの手ジェスチャを認識しようとするならば、対象体１５０は、ユーザの手または指などにもなる。また、電子装置１２０が超音波センサ１１０でもって障害物を認識する場合、対象体１５０は、壁、家具、床のような障害物にもなる。
【００４５】
図２Ａないし図２Ｃは、本開示の一実施形態に係わる手ジェスチャを認識するために、ウェアラブルデバイスに超音波センサが利用される例を図示している。
【００４６】
図２Ａを参照すれば、ユーザは、電子装置１２０を着用することができる。電子装置１２０は、仮想の画面２１１をユーザに接眼ディスプレイすることによって、まさしく空間上に、仮想の画面２２１が存在するようにユーザが感じるように表示することができる。仮想の画面２１１は、例えば、ユーザインターフェース（ＵＩ：user  interface）でもある。ユーザは、仮想の画面２１１上のアイコンを手２１２で選択することができる。電子装置１２０に含まれた超音波センサは、ユーザの手２１２を対象体として認識することができる。該超音波センサが認識したユーザの手２１２に基づき、電子装置１２０は、ユーザが選択したアイコンが知ることができる。
【００４７】
図２Ｂは、電子装置を介して、ユーザが見ることができる画面２２０を示した図面である。図２Ｂを参照すれば、ユーザが見る画面２２０には、ユーザの手及び背景２２２が示される。図２Ａと異なるように、該電子装置は、ユーザインターフェースを提供しないこともある。該電子装置は、ユーザインターフェースを提供しない場合でも、ユーザのジェスチャを認識し、ユーザから入力を受信することができる。例えば、該電子装置は、ユーザのジェスチャに基づいた入力を受信し、アプリケーション（application）を実行することができる。
【００４８】
ユーザの手２２１は、超音波センサが認識する対象体にもなる。残りの背景２２２は、超音波センサが認識する必要がない。超音波センサがフルスキャンを行う場合、対象体２２１以外にも、背景２２２にある物体のうち一部も認識される。超音波センサが背景２２２にある物体を認識する場合、不要なデータ処理によって、対象体２２１を認識する速度が下がる。また、対象体２２１を認識する正確度も下がる。
【００４９】
従って、対象体２２１と背景２２２とを迅速に区分する方法が必要となる。一例として、対象体２２１と背景２２２とを迅速に区分するために、超音波センサは、超音波センサと最も近い物体の一地点を、伝播時間（ＴＯＦ：time  of  flight）を利用して検出することができる。超音波センサと最も近い物体の一地点の近くには、超音波センサが認識する対象体がある可能性が高い。従って、超音波センサは、最も近い物体の一地点から所定の領域をスキャンし、対象体を認識することができる。該伝播時間については、図４Ａないし図８で詳細に説明する。
【００５０】
また、図２Ｃを参照すれば、ユーザが見る画面２３０には、ユーザの手、背景２３３、及び仮想の画面２３２が示される。ユーザの手は、超音波センサが認識する対象体２３１にもなる。超音波センサが装着された電子装置は、仮想の画面２３２を提供することができる。仮想の画面２３２は、空間上に仮想に表示されてもよい。残りの背景２３３は、超音波センサの認識する必要がない。従って、超音波センサは、仮想の画面２３２が表示された領域に対してのみスキャンする。仮想の画面２３２が表示された領域に対してのみスキャンする超音波センサ３００については、図９Ａ及び図９Ｂで詳細に説明する。
【００５１】
図２Ｂ、図２Ｃで説明したように、本開示の一実施形態による超音波センサは、フルスキャンをせず、対象体があると推定される領域のみをスキャンすることによって、対象体を認識することができる。その場合、超音波センサは、対象体をさらに迅速であって正確に認識することができる。以下、図３ないし図２３を参照し、本開示の一実施形態による超音波センサについて詳細に説明する。
【００５２】
図３は、本開示の一実施形態に係わる超音波センサを示したブロック図である。図３を参照すれば、超音波センサ３００は、送信部３１０、受信部３２０及び制御部３３０を含む。
【００５３】
超音波センサ３００は、電子装置に有機的に結合され、電子装置で対象体を認識する動作を遂行することができる。また、超音波センサ３００は、他の電子装置に結合せず、独自的にも対象体を認識する動作を遂行することができる。
【００５４】
送信部３１０は、互いに異なる周波数を有する複数の第１超音波ビーム（ultrasound  beam）を出力する。送信部３１０は、複数の出力素子を含んでもよい。超音波ビームは、複数の出力素子の配列を利用しても出力される。制御部３３０は、複数の出力素子を制御し、超音波ビームをスイッチング（switching）したりステアリング（steering）したりすることによって、フォーカシングされた超音波ビームを出力することができる。複数の出力素子は、複数の圧電素子（piezoelectric  element）を含んでもよい。
【００５５】
該超音波ビームは、超音波エネルギーが超音波素子から出力され、出力された超音波エネルギーの主な部分がそのまま伝達される超音波の流れを意味する。該超音波ビームは、出力素子から出力され、直進性を有することができる。本開示において超音波ビームは、１つの出力素子から出力される超音波信号を含む概念である。ただし、本開示において、１つの出力素子が出力する超音波と、複数の出力素子が出力する超音波とを互いに区分する必要があるときには、１つの出力素子が出力する超音波は、超音波信号であり、複数の出力素子（出力アレイ）が出力する超音波は、超音波ビームと記載する。
【００５６】
超音波ビームのスイッチングは、超音波ビームをオンオフすることを意味する。また、送信部３１０が複数の圧電素子から送信される超音波信号に対する位相変化または時間遅延によって、超音波信号が送信される方向を変えることをステアリングという。
【００５７】
受信部３２０は、出力された複数の第１超音波ビームが、対象体から反射されて出てきた第１反射信号を受信する。受信部３２０は、複数入力素子を含んでもよい。また、複数入力素子は、複数の圧電素子を含んでもよい。
【００５８】
前述のように、送信部３１０は、複数の出力素子を含んでもよい。また、受信部３２０は、複数入力素子を含んでもよい。また、送信部３１０の複数出力素子、及び受信部３２０の複数入力素子は、いずれも圧電素子からもなる。該圧電素子は、圧力を受ければ、電圧を生成する素子である。また、反対に、圧電素子に電圧を加えれば、該圧電素子は、変形を起こす。また、超音波センサ３００に含まれた複数の圧電素子は、出力素子及び入力素子のうち少なくとも一つとしても使用される。また、出力素子として使用された圧電素子が、必要により、入力素子としても使用される。
【００５９】
制御部３３０は、空間上の第１領域を決定する。また、制御部３３０は、第１領域に含まれる複数の第１下位領域それぞれに向け、複数の第１超音波ビームそれぞれを出力するように送信部を制御する。また、制御部３３０は、第１反射信号に基づき、複数の第１下位領域それぞれに、対象体が含まれるか否かということを判断する。また、制御部３３０は、複数の圧電素子のうち少なくとも１つの素子を入力素子として使用するか、あるいは出力素子として使用するかということを決定することができる。
【００６０】
制御部３３０は、ハードウェアまたはソフトウェアによって具現されるか、あるいはハードウェアとソフトウェアとの結合によっても具現される。制御部３３０は、送信部３１０及び受信部３２０を制御することができる。例えば、制御部３３０は、複数の第１下位領域それぞれに向け、複数の第１超音波ビームそれぞれを出力するように、送信部３１０を制御することができる。また、制御部３３０は、受信部３２０が受信した反射信号に基づいて、複数の第１下位領域それぞれに、対象体が含まれるか否かということを判断することができる。
【００６１】
また、制御部３３０は、超音波センサが装着される電子装置と通信する通信インターフェースを含んでもよい。従って、該超音波センサは、電子装置と有機的に結合することができ、該超音波センサは、対象体を認識する動作ができる。
【００６２】
第１領域は、超音波センサのスキャン可能な領域内に対象体があると推定される領域である。また、該第１領域は、超音波センサ３００が装着される電子装置によって、他次元の領域にもなる。例えば、第１領域は、二次元の領域、または三次元の領域を含んでもよい。超音波センサ３００がスキャン可能な領域は、送信部３１０が超音波ビームを出力することができる領域によっても決定される。該第１領域は、超音波センサ３００がスキャン可能な領域の一部にもなる。該第１領域は、電子装置が提供する仮想画面に基づいても決定される。また、超音波センサ３００が、超音波センサ３００から最も近い対象体上の一地点を獲得し、制御部３３０は、該一地点に基づいて、第１領域を決定することができる。
【００６３】
該第１領域は、複数の第１下位領域を含んでもよい。制御部３３０は、該第１領域を該第１下位領域に分けることができる。制御部３３０は、複数の第１下位領域が重複する領域を有するようにもする。制御部３３０は、第１下位領域が互いに異なる大きさを有するようにもする。第１下位領域の大きさが小さいほど、認識の解像度が高くなるので、第１下位領域の大きさが小さい領域は、重要な情報が含まれた領域でもある。該第１下位領域は、さらに複数の下位領域に分けられ、詳細な事項は、図１０Ａないし図１１Ｄを参照して説明する。以下では、図３に基づいて、超音波センサについて、さらに詳細に説明する。
【００６４】
図４Ａないし図４Ｃは、本開示の一実施形態に係わる超音波センサの動作を示した図面である。
【００６５】
超音波センサ３００は、伝播時間に基づき、超音波センサ３００の出力素子に最も近い対象体内の地点を獲得することができる。送信部３１０は、複数の出力素子を含んでもよい。また、複数の出力素子のうち第１出力素子は、第１領域を決定するための超音波ビームを出力することができる。また、受信部３２０は、第１領域を決定するための超音波ビームが対象体から反射されて出てきた、第１領域を決定するための反射信号を受信することができる。制御部３３０は、第１領域を決定するための反射信号に基づき、第１出力素子から最も近い対象体の第１地点を獲得することができる。また、制御部３３０は、第１地点を含む第１領域を決定することができる。
【００６６】
図４Ａないし図４Ｃは、超音波センサ３００が手の平に向かっている場合を図示している。例えば、超音波センサ３００は、電子時計に装着されてもよい。ユーザのジェスチャを認識するために、超音波センサは、ユーザの手の平に向かっている。かような場合、超音波センサ３００は、ユーザの指を認識することによって、ユーザのジェスチャを認識することができる。具体的には、超音波センサ３００から最も近い地点を指先であると推定することができるので、超音波センサ３００は、近くの地点を基準に、指を認識することができる。その場合、超音波センサ３００の認識対象になる対象体は、ユーザの指になる。
【００６７】
図４Ａを参照すれば、超音波センサ３００は、複数の圧電素子４１１，４２０を含んでもよい。図３で説明したように、複数の圧電素子４１１，４２０は、入力素子または出力素子にもなる。
【００６８】
圧電素子４１１，４２０は、四角形に配置されてもよい。しかし、それに限定されるものではなく、圧電素子は、例えば、「┐」状に配置されてもよい。圧電素子４１１，４２０が配置されて残った領域には、他の装置が配置されてもよい。例えば、圧電素子４１１，４２０が配置されて残った領域には、ディスプレイ、または他のセンサが配置されてもよい。該圧電素子の配置は、超音波センサ３００が適用される装置によっても多様に変形される。
【００６９】
複数の圧電素子４１１，４２０のうち１つの圧電素子４１１は、第１出力素子として使用される。該第１出力素子は、該第１出力素子の前に向け、第１領域を決定するための超音波ビームを出力することができる。図４Ａにおいては、１つの第１出力素子が超音波信号を出力する場合を図示している。しかし、それに限定されるものではなく、互いに近接した複数の第１出力素子が超音波ビームを出力することができる。
【００７０】
圧電素子４１１から出力された超音波ビームは、対象体４３１から反射される。残りの圧電素子４２０は、入力素子にもなり、該入力素子は、反射信号を受信することができる。超音波センサ３００は、圧電素子４２０のうち少なくとも３個以上を入力素子として使用し、反射信号を受信することができる。本開示においては、圧電素子４２０において、圧電素子４１２，４１３，４１４を入力素子として説明するが、他の３個以上の圧電素子４２０の組み合わせも使用することができる。
【００７１】
図４Ｂを参照すれば、超音波センサ３００は、複数の圧電素子４１１，４１２，４１３，４１４を含んでもよい。図４Ａで説明したように、圧電素子４１１が第１領域を決定するための超音波ビームを出力する場合、残りの圧電素子４１２，４１３，４１４は、対象体で反射された第１領域を決定するための反射信号を受信することができる。
【００７２】
超音波センサ３００は、受信された第１領域を決定するための反射信号に基づいて、第１出力素子である圧電素子４１１から最も近い対象体の第１地点４４１を獲得することができる。具体的には、超音波センサ３００は、圧電素子４１１から第１領域を決定するための超音波ビームが出力されるときから、第１領域を決定するための反射信号を、入力素子である圧電素子４１２，４１３，４１４が受信するまでの時間を、それぞれＴ１，Ｔ２及びＴ３と獲得することができる。Ｔ１，Ｔ２及びＴ３は、伝播時間になる。また、超音波の速度は一定であるので、超音波センサ３００は、圧電素子４１１から第１地点４４１を経て、それぞれの圧電素子４１２，４１３，４１４までの距離であるＬ１，Ｌ２，Ｌ３を計算することができる。
【００７３】
超音波センサ３００は、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に基づいて、３個の楕円球方程式を立てることができる。例えば、圧電素子４１１及び圧電素子４１２から距離の和がＬ１である楕円球方程式を立てることができる。従って、３個の楕円球方程式があり、３個の未知数（三次元座標）があるので、超音波センサ３００は、該方程式を解き、三次元上で第１地点４４１の位置を求めることができる。
【００７４】
図４Ｃは、本開示の一実施形態に係わる第１領域を示した図面である。図４Ｃを参照すれば、超音波センサ３００は、第１地点４４１を含む第１領域４４２を決定することができる。また、超音波センサ３００は、第１地点４４１を含む四面体、六面体、球などを第１領域４４２として決定することができる。例えば、超音波センサ３００は、第１地点４４１から所定の距離内を、第１領域４４２として決定することができる。第１領域を決定するための所定の距離は、あらかじめ保存された値や、ユーザの入力に基づいて設定された値でもある。また、超音波センサ３００は、超音波センサ３００が装着された電子装置から所定の距離を受信することができる。例えば、電子装置が認識する対象体の一般的な大きさ、または対象体から対象体までの距離によって、超音波センサ３００は、統計的に、所定の距離を設定することができる。また、超音波センサ３００は、ユーザから所定の距離を受信することができる。
【００７５】
図４Ａないし図４Ｃにおいて、超音波センサ３００は、ユーザの手のうち指を認識するものである。その場合、超音波センサ３００が認識する対象体は、ユーザの指にもなる。また、超音波センサ３００に最も近い対象体の地点がユーザの指先でもある。従って、所定の距離は、指を含む長さでもある。
【００７６】
超音波センサ３００は、第１領域４４２に含まれる第１下位領域それぞれに向け、複数の第１超音波ビームそれぞれ出力することができる。また、超音波センサ３００は、第１反射信号に基づき、複数の第１下位領域それぞれに、対象体が含まれるか否かということを判断することができる。超音波センサ３００は、対象体があると推定される第１領域だけスキャンすることによって、データ処理量を減らすことができ、さらに正確であって迅速に対象体を認識することができる。
【００７７】
図５Ａないし図５Ｃは、本開示の一実施形態に係わる超音波センサの動作を示した図面である。
【００７８】
超音波センサ３００は、伝播時間に基づき、超音波センサ３００の出力素子に最も近い対象体の地点を獲得することができる。また、超音波センサ３００が複数の出力素子を使用する場合、複数の出力素子それぞれに対して、最も近い対象体内の複数地点を獲得することができる。
【００７９】
該電子装置は、ユーザの指の位置または動きのうち少なくとも一つを検出するとできる。例えば、該電子装置は、超音波センサ３００を利用して、ユーザの親指と人差し指とがすぼんでいるか、あるいは開いているかということを判断することができる。その場合、ユーザの親指と人差し指は、超音波センサ３００の対象体にもなる。該電子装置は、超音波センサ３００を利用して、ユーザの親指と人差し指とを認識し、親指と人差し指との位置及び動きのうち少なくとも一つに基づき、該電子装置が提供する画面を拡大するか縮小するということを決定することができる。
【００８０】
また、超音波センサ３００は、対象体認識を正確であって迅速にするために、複数の出力素子を利用して、複数の領域を決定することができる。例えば、１つの領域をスキャンするより、複数の領域を同時にスキャンすれば、迅速に対象体を認識することができる。
【００８１】
図５Ａは、図４Ｃに続く超音波センサの動作でもある。超音波センサ３００に含まれる複数の出力素子のうち第２出力素子は、第２領域を決定するための超音波ビームを出力することができる。複数の入力素子は、第２領域を決定するための超音波ビームが対象体から反射されて出てきた、第２領域を決定するための反射信号を受信することができる。また、制御部３３０は、第２領域を決定するための反射信号に基づき、第２出力素子から最も近い対象体の第２地点を獲得することができる。また、制御部３３０は、第２地点を含む第２領域を決定することができる。
【００８２】
また、制御部３３０は、第２領域に含まれる複数の第２下位領域それぞれに向け、複数の第１超音波ビームそれぞれを出力するように、送信部３１０の複数出力素子を制御することができる。また、制御部３３０は、第１反射信号に基づき、複数の第２下位領域それぞれに、対象体が含まれるか否かということを判断することができる。
【００８３】
図５Ａを参照すれば、超音波センサ３００は、複数の圧電素子を含んでもよい。本開示においては、複数の圧電素子４１１，５１０のうち複数の圧電素子４１１，４１２，４１３，４１４を中心に説明する。また、図５Ａに係わり、図４Ａと重複する内容は説明を省略する。
【００８４】
複数の圧電素子のうち１つの圧電素子４１３は、第２出力素子として使用される。複数の圧電素子は、出力素子や入力素子として使用される。従って、超音波センサ３００は、図４Ａでのように、圧電素子４１１を出力素子として使用した後、図５Ａでのように、圧電素子４１３を出力素子として使用することができる。また、残りの圧電素子５１０を入力素子として使用することができる。第２出力素子は、第２出力素子の前に向け、第２領域を決定するための超音波ビームを出力することができる。
【００８５】
図５Ａにおいては、１つの第２出力素子が超音波信号を出力する場合を図示している。しかし、それに限定されるものではなく、互いに近接した複数の第２出力素子が超音波ビームを出力することができる。
【００８６】
圧電素子４１３から出力された超音波ビームは、対象体４３１から反射される。残りの圧電素子４１１，４１２，４１４は、入力素子にもなる。超音波センサ３００は、図４Ａでのように、圧電素子４１１を出力素子として使用した後、図５Ａでのように、圧電素子４１３を出力素子として使用することができる。また、残りの圧電素子４１１，４１２，４１４を入力素子として使用することができる。
【００８７】
圧電素子４１３から出力された超音波ビームは、対象体４３１から反射される。残りの圧電素子５１０は、入力素子にもなり、該入力素子は、反射信号を受信することができる。超音波センサ３００は、圧電素子５１０のうち少なくとも３個以上を使用して反射信号を受信することができる。
【００８８】
図５Ｂを参照すれば、超音波センサ３００は、複数の圧電素子４１１，４１２，４１３，４１４を含んでもよい。図５Ａで説明したように、圧電素子４１３が第２領域を決定するための超音波ビームを出力する場合、残りの圧電素子４１１，４１２，４１４は、対象体で反射された第２領域を決定するための反射信号を受信することができる。
【００８９】
超音波センサ３００は、第２領域を決定するための反射信号に基づいて、第２出力素子である圧電素子４１３から最も近い対象体の第２地点４５１を獲得することができる。超音波センサ３００が、少なくとも３個の入力素子で受信された反射信号に基づいて、第２地点４５１を獲得する過程は、図４Ｂで詳細に説明したので、ここでは、詳細な説明を省略する。
【００９０】
図５Ｃは、本開示の一実施形態に係わる、第１領域及び第２領域を示した図面である。図５Ｃを参照すれば、図４Ｃで説明したように、超音波センサ３００は、第１地点を含む第１領域４４２を決定することができる。また、超音波センサ３００は、第２地点４５１を含む第２領域４５２を決定することができる。例えば、超音波センサ３００は、第２地点４５１から所定の距離内を、第２領域４５２と決定することができる。
【００９１】
図４Ａないし図４Ｃと同様に、図５Ａないし図５Ｃにおいて超音波センサ３００は、ユーザの手のうち指を認識するものである。また、超音波センサ３００に最も近い対象体の地点がユーザの指先でもある。従って、超音波センサ３００は、第１地点及び第２地点から所定の距離ほど離れた領域内を、第１領域及び第２領域と決定することができる。また、所定の距離は、指を含む長さでもある。
【００９２】
超音波センサ３００は、第２領域４５２に含まれる複数の第２下位領域それぞれに向け、複数の第１超音波ビームそれぞれを出力するように、送信部３１０を制御することができる。また、超音波センサ３００は、第１反射信号に基づき、複数の第２下位領域それぞれに、対象体が含まれるか否かということを判断することができる。超音波センサ３００は、フルスキャンを行わないので、データ処理量を減らすことができ、さらに正確であって迅速に対象体を認識することができる。
【００９３】
図４Ａないし図５Ｃを参照すれば、超音波センサ３００は、２個の圧電素子を出力素子として利用することができる。また、超音波センサ３００は、２つの出力素子に基づいて、第１領域及び第２領域を決定することができる。図５Ａないし図５Ｃにおいては、超音波センサ３００が第１領域４４２を決定した後、第１領域４４２に対してスキャンを行い、第２領域４５２を決定した後、第２領域４５２に対してスキャンを行う過程について説明した。しかし、それに限定されるものではなく、超音波センサ３００は、第１領域４４２及び第２領域４５２を決定した後、第１領域４４２及び第２領域４５２に対してスキャンを行う。
【００９４】
また、図４Ａないし図５Ｃでは  圧電素子４１１及び圧電素子４１３が、それぞれ出力素子になったが、それに限定されるものではなく、複数の圧電素子それぞれが、出力素子にもなる。出力素子として使用される圧電素子の個数が多くなるほど、スキャン領域の個数も多くなる。例えば、図４Ａないし図５Ｃにおいては、圧電素子４１１及び圧電素子４１３を利用して、２個のスキャン領域４４２，４５２を決定した。しかし、５個の圧電素子を利用する場合、最大５個のスキャン領域を決定することができる。
【００９５】
図６は、本開示の一実施形態に係わる超音波センサの動作を示した図面である。図６は、超音波センサ３００が手の甲に向かっている場合を図示している。例えば、超音波センサ３００が電子めがねに装着された場合でもある。電子めがねは、超音波センサ３００を利用し、てユーザの指の動きを認識することができる。その場合、ユーザの指は、超音波センサの対象体にもなる。電子めがねは、ユーザの指の動きに基づき、多様な動作を行うことができる。例えば、電子めがねは、ユーザの指の動きに基づき、メニューが選択されたか否かということ、電子めがねが提供する画面を拡大するか否かということなどを決定することができる。
【００９６】
図６を参照すれば、図４Ａないし図４Ｃに図示されているような過程によって、超音波センサ３００は、所定の出力素子から最も近い対象体６１０上に、第１地点６２１を獲得することができる。また、超音波センサ３００は、第１地点６２１に基づいて、第１領域６２２を決定することができる。
【００９７】
図６において、超音波センサ３００は、ユーザの手ジェスチャを判断するために、ユーザの指を認識するものである。また、超音波センサ３００に最も近い対象体の地点がユーザの手の甲でもある。すなわち、超音波センサ３００に最も近い対象体の地点と、超音波センサ３００が認識する対象とが互いに異なる。従って、超音波センサ３００が第１地点６２１から所定の距離内にある領域を第１領域６２２として決定する場合、所定の距離は、一般的に手を含む長さでもある。
【００９８】
図７は、本開示の一実施形態に係わる超音波センサの二次元認識領域を示した図面である。図７を参照すれば、超音波センサ３００は、二次元領域７２０内にある対象体を認識することができる。二次元領域７２０は、超音波センサ３００からの距離軸及び角度（angle）軸を含んでもよい。図４Ａないし図４Ｃで説明したように、制御部３３０は、第１地点７１０を第１地点として獲得した場合を例として挙げて説明する。また、制御部３３０は、第１地点７１０に基づいて、第１領域７１１を決定することができる。超音波センサ３００は、第１領域７１１を含んでスキャンするように、超音波ビームをステアリングすることができる。例えば、超音波センサ３００は、二次元領域７２０をスキャンすることができる。
【００９９】
超音波センサ３００が認識することができる最大距離７２１は、送信部３１０の出力強度、及び超音波ビームの性質のうち少なくとも一つによって決定される。例えば、超音波ビームが低周波数を有するほど、到達範囲が長い。すなわち、超音波センサ３００が低周波数の超音波ビームを利用するほど、最大距離７２１は、長くなる。従って、超音波センサ３００は、第１領域を含むように、送信部３１０の出力強度、及び超音波ビームの周波数のうち少なくとも一つを制御することができる。
【０１００】
また、超音波センサ３００は、第１領域を含むように認識することができる角度７２２を制御することができる。例えば、超音波センサ３００は、複数の出力素子の配列を有する送信部利用して、超音波ビームをステアリングすることができる。例えば、超音波センサ３００は、超音波ビームが線７２３から線７２４まで所定の角度間隔に出力されるように、送信部３１０を制御することができる。従って、超音波センサ３００は、二次元領域７２０内にある対象体を認識することができる。
【０１０１】
図８は、本開示の一実施形態に係わる超音波センサの三次元認識領域を示した図面である。図８を参照すれば、超音波センサ３００は、複数三次元領域８１２，８２２内にある対象体を認識することができる。図４Ａないし図４Ｃで説明したように、制御部３３０は、第１地点８１０及び第２地点８２０を獲得することができる。また、制御部３３０は、第１地点８１０及び第２地点８２０に基づいて、第１領域８１１及び第２領域８２１を獲得することができる。
【０１０２】
図７で説明したように、超音波センサ３００は、第１領域８１１及び第２領域８２１を含むように、超音波センサ３００の最大認識距離を制御することができる。また、超音波センサ３００の最大認識距離を制御するために、超音波センサ３００は、送信部３１０の出力強度、及び超音波ビームの性質のうち少なくとも一つを制御することができる。
【０１０３】
また、図７で説明したように、超音波センサ３００は、送信部３１０を制御して、超音波ビームが面８１２から面８１３まで所定の角度間隔に出力されるようにもする。同様に、超音波センサ３００は、送信部３１０を制御し、超音波ビームが面８１２から面８２２まで所定の角度間隔に出力されるようにもする。例えば、送信部３１０は、ｙ軸方向に配列されている複数の出力素子を含んでもよい。複数の出力素子がｙ軸に配列されているので、超音波センサ３００は、ｙ軸方向に超音波ビームをステアリングすることができる。
【０１０４】
また、超音波センサ３００は、受信部３２０を含んでもよい。受信部３２０は、ｚ軸方向に配列されている複数の入力素子を含んでもよい。複数の入力素子がｚ軸に配列されているので、超音波センサ３００は、対象体のｚ軸方向への位置を認識することができる。また、超音波の速度は一定であるので、超音波センサ３００は、送信部３１０から受信部３２０まで超音波の到達時間を獲得すれば、超音波センサから対象体までの距離を知ることができる。従って、超音波センサ３００は、三次元上での対象体を認識することができる。
【０１０５】
図８では、複数の出力素子がｙ軸に配列され、複数の入力素子がｚ軸に配列されている場合について説明した。しかし、それに限定されるものではなく、複数の出力素子がｚ軸に配列され、複数の入力素子がｙ軸に配列されてもよい。複数の出力素子がｚ軸に配列されているので、超音波センサ３００は、ｚ軸方向に、超音波ビームをステアリングすることができる。また、超音波センサ３００は、入力素子が受信した反射信号に基づいて、対象体のｙ軸方向への位置を認識することができる。また、本開示においては、出力素子アレイと入力素子アレイとが互いに垂直である場合について説明したが、それに限定されるのではない。出力素子アレイと入力素子アレイとが互いに平行ではなければ、三次元上での対象体認識が可能である。
【０１０６】
図９Ａ及び図９Ｂは、本開示の一実施形態に係わる電子装置を介して、ユーザが見ることができる画面を示した図面である。超音波センサ３００は、電子装置に使用される。制御部３３０は、電子装置が空間上に提供するユーザインターフェースに基づいて、第１領域を決定することができる。また、制御部３３０は、ユーザインターフェースに基づき、複数の第１下位領域の大きさ、位置及び形態のうち少なくとも一つを決定することができる。該ユーザインターフェースに基づき、複数の第１下位領域の大きさ、位置及び形態のうち少なくとも一つを決定する超音波センサ３００について、以下でさらに詳細に説明する。
【０１０７】
超音波センサ３００は、仮想の画面（または、ユーザインターフェース）が表示された領域に基づいてスキャンを行う。例えば、図２Ａで説明したように、ユーザは、電子装置を着用している。該電子装置は、例えば、電子めがねでもある。該電子装置は、超音波センサ３００を含んでもよい。
【０１０８】
図９Ａ及び図９Ｂに図示されているように、該電子装置が提供するユーザインターフェースのアイコンをユーザが手で選択する場合がある。例えば、ユーザの手が特定アイコン上に所定の時間以上に留まるか、あるいはユーザの手と電子装置との距離変化によって、該電子装置は、ユーザが特定アイコンを選択したことを認識することができる。
【０１０９】
図９Ａを参照すれば、ユーザは、電子装置を介して、画面９００を見ることができる。ユーザは、電子装置を介して、画面９００内の自分の手９２０を見ることができる。また、ユーザは、電子装置を介して、背景９３０を見ることができる。該電子装置は、仮想の画面を空間上に表示することができる。仮想の画面は、電子装置が提供するユーザインターフェースでもある。例えば、仮想の画面には、アプリケーション（application）のアイコン、ウィゼット、各種情報を提供するテキストのうち少なくとも一つを含んでもよい。
【０１１０】
アイコンとウィゼットは、電子装置が提供するユーザインターフェースに含まれる。また、アイコンとウィゼットは、電子装置が提供する画面に表示されてもよい。該アイコンは、電子装置が提供するアプリケーションを実行するためのものであり、図形、記号、映像、テキストのうち少なくとも一つを有することができる。また、該ウィゼットは、電子装置が提供する情報を表示するためのものであり、図形、記号、映像、テキストのうち少なくとも一つを有することができる。該ウィゼットも、アプリケーションを実行するために使用される。
【０１１１】
さらに具体的に、電子装置が提供する仮想の画面は、アプリケーションを実行するためのアイコン９１１を含んでもよい。また、電子装置が提供するウィゼットには、時計ウィゼット９１２を含んでもよい。また、電子装置が提供するウィゼットには、バッテリ残量を示すテキストを含んだバッテリウィゼット９１３が示される。該電子装置は、かような仮想の画面の空間的位置を超音波センサ３００に提供することができる。
【０１１２】
図９Ｂを参照すれば、電子装置が空間上に提供する仮想画面は、ユーザインターフェースを含んでもよい。超音波センサ３００は、電子装置から提供された仮想画面の空間的位置に基づいて、第１領域を獲得することができる。例えば、電子装置が提供した仮想の画面の空間的位置に基づき、超音波センサ３００が認識することができる領域９４０は、背景の領域９７０及び、仮想画面の領域９５１，９５２，９５３に区分される。また、超音波センサ３００は、仮想画面の領域９５１，９５２，９５３を第１領域と決定することができる。
【０１１３】
また、超音波センサ３００は、第１領域をスキャンし、対象体があるか否かということを判断することができる。従って、超音波センサ３００は、対象体であるユーザの手のうち、第１領域に含まれた部分９６１に対して、対象体の存在いかんを判断する。また、第１領域に含まれない部分９６２については、対象体の存在いかんを判断しないこともある。すなわち、超音波センサ３００は、フルスキャンを行わず、第１領域に対してのみスキャンを行うので、データ処理量を減らすことができる。また、超音波センサ３００は、さらに迅速であって正確に対象体の存在いかんを判断することができる。制御部３３０は、電子装置が提供する仮想画面に基づいて、第１下位領域の大きさ、位置及び形態のうち少なくとも一つを決定することができる。
【０１１４】
電子装置で提供するインターフェースの形態によって、制御部３３０は、第１領域に含まれる第１下位領域の形態を決定することができる。例えば、電子装置で提供するユーザインターフェースには、アイコンが含まれ。アイコンの形態が四角形である場合、制御部３３０は、第１領域に含まれる第１下位領域を四角形状に設定することができる。また、アイコン９１１の境界に対応するように、第１下位領域の境界が設定されてもよい。
【０１１５】
また、電子装置で提供するユーザインターフェースの大きさによって、制御部３３０は、第１下位領域の大きさを決定することができる。例えば、電子装置が提供するユーザインターフェースには、アイコンが含まれてもよい。該電子装置が提供するアイコンが小さい場合、小さいアイコンに、ユーザの手が位置しているか否かということを判断するために、制御部３３０は、第１下位領域の大きさを小さくすることができる。
【０１１６】
また、第１領域のうちユーザの手の動きにさらに敏感に反応しなければならない領域について、超音波センサ３００は、さらに高解像度にユーザの手を認識することができる。従って、制御部３３０は、第１領域のうちユーザの手の動きにさらに敏感に反応しなければならない領域に対して、大きさが相対的に小さい第１下位領域を設定することができる。例えば、時計ウィゼット９１２及びバッテリウィゼット９１３がある領域は、ユーザに単に情報を提供する領域であるので、超音波センサ３００は、時計ウィゼット９１２及びバッテリウィゼット９１３がある領域において、ユーザの手の動きにあまり敏感ではない。しかし、アイコン９１１が表示された領域は、ユーザの選択が良好になされるところである。また、多様なアイコン９１１のうち１つのアイコンが選択されたことを認識しなければならないので、超音波センサ３００がユーザの手の動きに敏感に反応しなければならない。従って、制御部３３０は、アイコン９１１の領域に対して、第１下位領域が含まれる大きさが小さい下位領域を設定することができる。
【０１１７】
図１０Ａないし図１０Ｃは、本開示の一実施形態に係わる複数の下位領域を示した図面である。
【０１１８】
図１０Ａを参照すれば、第１領域は、第１下位領域１０１１，１０１２，１０１３，１０１４に分けられる。超音波センサ３００は、第１領域に含まれる複数の第１下位領域１０１１，１０１２，１０１３，１０１４それぞれに向け、複数の第１超音波ビーム１０２１，１０２２，１０２３，１０２４それぞれを出力するように、送信部３１０を制御することができる。また、前述のところでは、第１領域及び第１下位領域について説明したが、第２領域及び第２下位領域についても、同一である。以下、当該説明は、第１領域及び第１下位領域について述べるが、第２領域及び第２下位領域についても、同一であるので、第２領域及び第２下位領域に係わる説明は省略する。
【０１１９】
図１０Ｂを参照すれば、受信部３２０が受信した第１反射信号に基づき、超音波センサ３００は、複数の第１下位領域１０１１，１０１２，１０１３，１０１４それぞれに、対象体１０００が含まれるか否かということを判断することができる。例えば、超音波センサ３００は、第１下位領域１０１１及び第１下位領域１０１３に、対象体が存在しないと判断することができる。また、超音波センサ３００は、第１下位領域１０１２及び第１下位領域１０１４に対象体が存在すると判断することができる。
【０１２０】
制御部３３０は、複数の第１下位領域に含まれる複数の第３下位領域それぞれに向け、複数の第２超音波ビームそれぞれを出力するように、送信部３１０を制御することができる。また、制御部３３０は、受信部３２０が受信した複数の第２反射信号に基づいて、複数の第３下位領域それぞれに、対象体が含まれるか否かということを判断することができる。かように、対象体が存在する下位領域に対してさらに下位領域に分け、対象体があるか否かということを判断するので、データの処理量が減る。
【０１２１】
さらに具体的には、第１下位領域１０１１，１０１２，１０１３，１０１４のうち、制御部３３０は、第１下位領域１０１２，１０１４に対象体が含まれると判断することができる。制御部３３０は、第１下位領域１０１２，１０１４を第３下位領域に分けることができる。例えば、制御部３３０は、第１下位領域１０１２を第３下位領域１０３１，１０３２，１０３３，１０３４に分けることができる。超音波センサ３００は、第３下位領域１０３１，１０３２，１０３３，１０３４それぞれに対して、第２超音波ビームそれぞれを出力するように、送信部３１０を制御することができる。
【０１２２】
図１０Ｃを参照すれば、受信部３２０が受信した第２反射信号に基づき、超音波センサ３００は、複数の第３下位領域１０３１，１０３２，１０３３，１０３４それぞれに、対象体１０００が含まれるか否かということを判断することができる。例えば、超音波センサ３００は、第３下位領域１０３１及び第３下位領域１０３２に対象体が存在しないと判断することができる。
【０１２３】
図１０Ｂで説明したところと類似して、制御部３３０は、対象体があると判断された第３下位領域をさらに下位領域に分けることができる。例えば、制御部３３０は、第３下位領域のうち一つ１０３４を、下位領域１０４１，１０４２，１０４３，１０４４に分けることができる。超音波センサ３００は、下位領域１０４１，１０４２，１０４３，１０４４それぞれに対して、超音波ビームそれぞれを出力するように、送信部３１０を制御することができる。該超音波ビームは、対象体に反射し、受信部３２０は、反射信号を受信することができる。
【０１２４】
受信部３２０が受信した反射信号に基づき、超音波センサ３００は、複数の下位領域１０４１，１０４２，１０４３，１０４４それぞれに、対象体１０００が含まれるか否かということを判断することができる。例えば、超音波センサ３００は、下位領域１０４１，１０４２，１０４４に対象体が存在しないと判断することができる。また、超音波センサ３００は、下位領域１０４３に対象体が存在すると判断することができる。また、残りの複数下位領域についても、同一過程が反復される。かような過程については説明したので、詳細な説明は省略する。
【０１２５】
かように、対象体が存在する下位領域に対してさらに下位領域に分け、対象体があるか否かということを判断するので、データの処理量が減る。また、かような再帰的データによって、データ処理時間が短縮される。データの処理時間は、時間複雑度を求めて比較することができる。本開示の一実施形態によるデータ処理時間複雑度は、マスター定理（master  theorem）によって求めることができるが、ここでは説明を省略する。
【０１２６】
図１１Ａないし図１１Ｄは、本開示の一実施形態に係わる下位領域を示した図面である。
【０１２７】
図１１Ａを参照すれば、第１領域は、第１下位領域１１１１，１１１２，１１１３，１１１４を含んでもよい。第１下位領域１１１１，１１１２，１１１３，１１１４は、円形状を有することができる。超音波センサ３００は、第１下位領域１１１１，１１１２，１１１３，１１１４の形態を、あらかじめ保存されている形態に決定することができる。また、超音波センサ３００は、ユーザの入力に基づいて、第１下位領域１１１１，１１１２，１１１３，１１１４の形態を決定することができる。また、超音波センサ３００は、電子装置の設定に基づいて、第１下位領域１１１１，１１１２，１１１３，１１１４の形態を決定することができる。第１下位領域１１１１，１１１２，１１１３，１１１４は、互いに重複する領域を有することができる。
【０１２８】
また、図１０Ａないし図１０Ｃで説明したように、対象体を含んでいる第１下位領域１１１１は、第３下位領域１１２１，１１２２，１１２３，１１２４を含んでもよい。第３下位領域１１２１，１１２２，１１２３，１１２４は、第１下位領域１１１１の下位領域である。第３下位領域の下位領域１１２１，１１２２，１１２３，１１２４は、第１下位領域１１１１，１１１２，１１１３，１１１４と大きさだけ異なるだけで、同じ形態を有することができる。
【０１２９】
図１１Ａを参照すれば、制御部３３０は、複数の第１下位領域に含まれる複数の第３下位領域それぞれに向け、複数の第２超音波ビームそれぞれを出力するように、送信部３１０を制御することができる。また、制御部３３０は、受信部３２０が受信した複数の第２反射信号に基づいて、複数の第３下位領域それぞれに、対象体が含まれるか否かということを判断することができる。かように、対象体が存在する下位領域に対してのみさらに下位領域に分けて対象体があるか否かということを判断するので、データの処理量が減る。
【０１３０】
また、送信部３１０は、複数の出力素子を含んでもよい。また、送信部３１０は、複数の出力素子のうち少なくとも一部出力素子を利用して、複数の第１超音波ビーム、及び複数の第２超音波ビームを出力することができる。また、複数の第１超音波ビームのうち少なくとも１つの超音波ビームを出力するときに使用した複数の出力素子の個数が、複数の第２超音波ビームのうち少なくとも１つの超音波ビームを出力するときに使用した複数の出力素子の個数より少ない。
【０１３１】
具体的には、第３下位領域は、第１下位領域より大きさが小さいことが一般的である。また、第３下位領域それぞれに向けて出力される第２超音波ビームは、第１下位領域それぞれに向けて出力される第１超音波ビームより解像度が高い超音波でもある。従って、超音波センサ３００は、第２超音波ビームの解像度を高めるために、第２超音波ビームを出力するときに使用した複数の出力素子の個数が、第１超音波ビームを出力するときに使用した複数の出力素子の個数より多くなる。
【０１３２】
また、超音波ビームの周波数が高くなるほど、超音波ビームの到達距離は、短くなる。また、超音波ビームの周波数が高くなるほど、単一超音波ビームがスキャンすることができる領域は、狭くなる。しかし、また超音波ビームの周波数が高くなるほど、スキャン解像度は、高くなる。従って、超音波センサ３００は、第２超音波ビームの解像度を高めるために、複数の第２超音波ビームのうち、少なくとも１つの周波数が、複数の第１超音波ビームのうち少なくとも１つの周波数より高くなる。具体的には、複数の第２超音波ビームのうち最高周波数を有する超音波ビームの周波数が、複数の第１超音波ビームのうち最高周波数を有する超音波ビームの周波数より高いのである。
【０１３３】
以下、図１１Ｂないし図１１Ｄについて説明するが、図１１Ａですでに説明した部分は、説明を省略する。
【０１３４】
図１１Ｂを参照すれば、第１領域は、第１下位領域１１３１，１１３２，１１３３を含んでもよい。第１下位領域１１３１，１１３２，１１３３は、円形状を有することができる。超音波センサ３００は、第１下位領域１１３１，１１３２，１１３３の形態をあらかじめ保存されている形態に決定することができる。また、超音波センサ３００は、ユーザの入力に基づいて、第１下位領域１１３１，１１３２，１１３３の形態を決定することができる。また、超音波センサ３００は、電子装置の設定に基づいて、第１下位領域１１３１，１１３２，１１３３の形態を決定することができる。
【０１３５】
第１下位領域１１３１，１１３２，１１３３は、互いに重複されない。また、第１下位領域１１３１，１１３２，１１３３は、互いに異なる大きさを有することができる。例えば、第１下位領域１１３１，１１３３は、第１下位領域１１３２より大きい領域でもある。第１下位領域が小さいということは、さらに高解像度であるということを意味する。図１１Ｂの場合、超音波センサ３００は、第１領域の中央部分の対象体を詳細に認識する必要がある場合でもある。例えば、中央部分にアイコンが表示されている場合でもある。
【０１３６】
また、図１０Ａないし図１０Ｃで説明したように、対象体を含んでいる第１下位領域１１３３は、さらに下位領域の下位領域１１４１，１１４２を含んでもよい。例えば、第３下位領域１１４１，１１４２は、第１下位領域１１３１，１１３２，１１３３と大きさだけ異なるだけであり、同一形態を有することができる。例えば、第３下位領域１１４１は、第３下位領域１１４２より大きい領域でもある。
【０１３７】
図１１Ｃを参照すれば、第１領域は、第１下位領域１１５１，１１５２を含んでもよい。第１下位領域１１５１，１１５２は、三角形状を有することができる。また、図１０Ａないし図１０Ｃで説明したように、対象体を含んでいる第１下位領域１１５１は、第３下位領域を含んでもよい。例えば、第３下位領域は、第１下位領域１１５１と大きさだけ異なるのみで、同一形態を有することができる。
【０１３８】
図１１Ｄを参照すれば、第１領域は、第１下位領域１１６１，１１６２を含んでもよい。第１下位領域１１６１，１１６２は、三角形状を有することができる。また、図１０Ａないし図１０Ｃで説明したように、対象体を含んでいる第１下位領域１１６２は、第３下位領域１１７１，１１７２，１１７３，１１７４を含んでもよい。第１下位領域１１６２は、第３下位領域１１７１，１１７２，１１７３，１１７４と互いに形態が異なる。例えば、第１下位領域１１６２は、底辺が長い三角形であるが、第３下位領域１１７１，１１７２，１１７３，１１７４は、上辺が長い三角形である。また、それに限定されるものではなく、例えば、第１下位領域と第３下位領域は、互いに形態、大きさのうち少なくとも一つが互いに異なる。
【０１３９】
前述のように、図１１Ａないし図１１Ｄと共に、第１下位領域について説明したが、下位領域は、それらに限定されるものではなく、多様な形態及び大きさを有することができる。また、図１１Ａないし図１１Ｄにおいては、第１領域の第１下位領域について説明したが、図５Ａないし図５Ｃの第２領域の第２下位領域についても、同一説明が可能である。第２下位領域に係わる説明は、第１下位領域に係わる説明と重複するので、説明を省略する。
【０１４０】
図１２は、本開示の一実施形態に係わる超音波センサが対象体を認識する様子を示した図面である。
【０１４１】
超音波センサ３００は、複数の圧電素子１２１１，１２１２，１２１３，１２１４，１２１５，１２２１，１２２２，１２２３，１２２４を含んでもよい。複数の圧電素子１２１１，１２１２，１２１３，１２１４，１２１５，１２２１，１２２２，１２２３，１２２４は、図４Ａないし図８と異なるように、十字状に配列されてもよい。複数の圧電素子１２１１，１２１２，１２１３，１２１４，１２１５，１２２１，１２２２，１２２３，１２２４のうち少なくとも１つの圧電素子は、送信部３１０の複数出力素子にもなる。また、複数の圧電素子１２１１，１２１２，１２１３，１２１４，１２１５，１２２１，１２２２，１２２３，１２２４のうち少なくとも１つの圧電素子は、受信部３２０の複数の入力素子にもなる。
【０１４２】
例えば、ｘ軸に配列された圧電素子の配列１２１０は、出力素子アレイにもなる。出力素子アレイは、複数の出力素子を含んでもよい。また、ｙ軸に配列された圧電素子の配列１２２０は、入力素子アレイにもなる。入力素子アレイは、複数の入力素子を含んでもよい。出力素子アレイは、超音波ビームを出力する（１２３０）。また、対象体１２００は、出力された超音波ビームを反射することができる。反射信号１２４０は、入力素子アレイが受信することができる。
【０１４３】
圧電素子１２１３は、入力素子及び出力素子それぞれの機能をいずれも遂行することができる。例えば、圧電素子１２１３は、入力素子としてのみ使用されるか、あるいは出力素子としてのみ使用される。また、圧電素子１２１３は、入力素子として使用されていて、必要によって、出力素子にもなる。また、反対に、圧電素子１２１３は、出力素子として使用されていて、必要によって、入力素子にもなる。
【０１４４】
前述のように、複数の出力素子の配列を利用して、超音波ビームをステアリングすることができる。図１３を参照し、超音波ビームのステアリングについて説明する。
【０１４５】
図１３は、本開示の一実施形態に係わる超音波ビームのステアリングについて説明する図面である。
【０１４６】
図１３（ａ）ないし図１３（ｃ）は、それぞれ送信部３１０が超音波ビームを互いに異なる方向にステアリングしたところを示した図面である。図１３（ａ）を参照すれば、送信部３１０は、複数の出力素子１３２１，１３２２，１３２３，１３２４，１３２５を含んでもよい。複数の出力素子１３２１，１３２２，１３２３，１３２４，１３２５は、出力素子アレイ１３２０にもなる。
【０１４７】
複数の出力素子１３２１，１３２２，１３２３，１３２４，１３２５それぞれは、互いに異なるように遅延されたパルス１３１１，１３１２，１３１３，１３１４，１３１５を受信することができる。また、複数の出力素子１３２１，１３２２，１３２３，１３２４，１３２５それぞれは、パルス１３１１，１３１２，１３１３，１３１４，１３１５それぞれに基づいて、超音波信号を出力することができる。パルス１３１１，１３１２，１３１３，１３１４，１３１５が、出力素子１３２１，１３２２，１３２３，１３２４，１３２５に入力される時間が、図１３（ａ）に表示されている。パルス１３１１，１３１２，１３１３，１３１４，１３１５の下に表示されている矢印は、時間軸である。図１３（ａ）に図示されているように、パルス１３１５が最も先に出力素子１３２５に入力される。次に、パルス１３１４が出力素子１３２４に入力される。最後に、パルス１３１１が出力素子１３２１に入力される。
【０１４８】
複数の出力素子１３２１，１３２２，１３２３，１３２４，１３２５それぞれは、パルス１３１１，１３１２，１３１３，１３１４，１３１５それぞれに基づいて、超音波信号を出力することができる。出力素子１３２１，１３２２，１３２３，１３２４，１３２５の距離が十分に近ければ、出力素子１３２１，１３２２，１３２３，１３２４，１３２５から時間差をおいて出力された超音波信号は、互いに干渉を起こす。干渉された超音波信号は、指向性を有する超音波ビームを形成することができる。すなわち、干渉によって、出力素子１３２１，１３２２，１３２３，１３２４，１３２５は、ステアリングされた超音波ビーム１３３０を出力することができる。前述のような過程によって、超音波センサ３００は、ステアリングされた超音波ビーム１３３０を対象体上の一部領域１３０１に出力する。従って、超音波センサ３００は、対象体１３００上の一部領域１３０１を認識することができる。
【０１４９】
図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）では、出力素子が超音波信号を互いに異なる時間間隔に出力し、ステアリングされた超音波ビームが出力されることについて説明した図面である。図１３（ｂ）及び図１３（ｃ）において、図１３（ａ）と重複する説明は省略する。
【０１５０】
図１３（ｂ）を参照すれば、出力素子アレイ１３５０に含まれた出力素子のそれぞれは、パルス１３４０を受信することができる。また、出力素子アレイ１３５０に含まれた出力素子それぞれは、パルス１３４０に基づいて、超音波信号を出力することができる。例えば、出力素子それぞれは、パルス１３４０に基づいて、互いに位相が同一である超音波信号をそれぞれ出力することができる。該超音波信号は、互いに干渉を起こす。干渉された超音波信号は、指向性を有する超音波ビームを形成することができる。すなわち、干渉によって、出力素子アレイ１３５０は、一部領域１３０２に、超音波ビーム１３６０を出力することができる。すなわち、超音波センサ３００は、超音波ビーム１３６０を一部領域１３０２に出力できる。従って、超音波センサ３００は、対象体１３００上の一部領域１３０２を認識することができる。
【０１５１】
超音波ビーム１３６０は、図１３（ｂ）に図示されているように、出力素子アレイ１３５０に垂直するように、真ん中方向に出力される。超音波センサ３００は、超音波ビーム１３６０を真ん中にステアリングしたものであるということができる。
【０１５２】
図１３（ｃ）を参照すれば、出力素子アレイ１３８０に含まれた出力素子のそれぞれは、パルス１３７０を受信することができる。また、出力素子アレイ１３８０に含まれた出力素子それぞれは、パルス１３７０に基づいて、超音波信号を出力することができる。例えば、出力素子それぞれは、パルス１３７０に基づいて、互いに位相が異なる超音波信号をそれぞれ出力することができる。該超音波信号は、互いに干渉を起こす。干渉された超音波信号は、超音波ビームにもなる。すなわち、干渉によって、出力素子アレイ１３８０は、ステアリングされた超音波ビーム１３９０を出力することができる。すなわち、超音波センサ３００は、ステアリングされた超音波ビーム１３９０を、一部領域１３０３に出力する。従って、超音波センサ３００は、対象体１３００上の一部領域１３０３を認識することができる。
【０１５３】
図１３（ａ）ないし図１３（ｃ）において、超音波ビーム１３３０、超音波ビーム１３６０及び超音波ビーム１３９０の間でも干渉が起きる。従って、超音波センサ３００は、超音波ビーム１３３０、超音波ビーム１３６０及び超音波ビーム１３９０を同時に出力することができず、一定時間をおいて、それぞれの超音波ビームを出力しなければならない。従って、超音波センサ３００が対象体を認識するにあたり、複数超音波ビームを、時間差をおいて出力するところに起因した時間遅延が発生する。従って、本開示の一実施形態による超音波センサは、複数超音波ビームを同時に出力することによって、迅速に対象体を認識することができる方法を提供する。
【０１５４】
図１４は、本開示の一実施形態に係わる送信部を示したブロック図である。図１４を参照すれば、送信部３１０は、パルス生成部１４１０、送信遅延部１４２０及び出力素子アレイ１４３０を含んでもよい。パルス生成部１４１０は、複数の第１超音波ビームに対応する互いに異なる周波数を有する複数パルスを生成することができる。また、送信遅延部１４２０は、複数の第１超音波ビームそれぞれの指向性を決定するために、既定の遅延時間ほど各パルスを遅延させることによって、遅延されたパルスを生成することができる。また、出力素子アレイ１４３０は、遅延されたパルスに基づいて、複数の第１超音波ビームを出力することができる。出力素子アレイ１４３０は、図１３の複数出力素子が、線形に配列された形態である。
【０１５５】
図１５は、本開示の一実施形態に係わる送信部を具体的に示したブロック図である。図１５は、図１４の一実施形態にもなる。図１５を参照すれば、パルス生成部１４１０は、第１パルス生成部１５１１、第２パルス生成部１５１２及び第３パルス生成部１５１３を含んでもよい。パルス生成部１４１０は、複数の第１超音波ビームに対応する互いに異なる周波数を有する複数パルスを生成することができる。パルス生成部１４１０は、生成したパルスを、送信遅延部１４２０に出力する。
【０１５６】
また、送信遅延部１４２０は、複数の送信遅延部１５２１，１５２２，１５２３，１５２４，１５２５，１５２６を含んでもよい。送信遅延部１４２０は、第１超音波ビームそれぞれの指向性を決定するために、既定の遅延時間ほど各パルスを遅延させることによって、遅延されたパルスを出力することができる。送信遅延部１４２０によって、互いに異なる周波数を有する超音波ビームが、互いに異なる指向性を有することができる。例えば、第１パルス生成部１５１１から出力された第１周波数を有するパルスは、第１送信遅延部１５２１及び第４送信遅延部１５２５に入力される。また、第１送信遅延部１５２１及び第４送信遅延部１５２５の遅延程度によって、第１周波数を有する超音波ビームの指向性が決定される。送信遅延部１４２０は、遅延されたパルスをミキサ１４４０に出力する。
【０１５７】
ミキサ１４４０は、複数のミキサ１５４１，１５４２を含んでもよい。ミキサ１４４０は、遅延されたパルスをミックスする。例えば、第１ミキサ１５４１は、第１送信遅延部１５２１、第２送信遅延部１５２２及び第３送信遅延部１５２３から受信した遅延されたパルスをミックスし、ミックスされたパルスを出力する。第１送信遅延部１５２１、第２送信遅延部１５２２及び第３送信遅延部１５２３から受信したパルスは、互いに異なる周波数を有したパルスである。ミキサ１４４０は、ミックスされたパルスを、出力素子アレイ１４３０に出力する。
【０１５８】
出力素子アレイ１４３０は、複数の出力素子１５３１，１５３２を含んでもよい。出力素子アレイ１４３０は、遅延されたパルスに基づいて、複数の第１超音波ビームを出力することができる。例えば、第１出力素子１５３１は、第１ミキサ１５４１から、ミックスされたパルスを受信することができる。ミックスされたパルスは、複数の周波数を有したパルスがミックスされたパルスである。第１出力素子１５３１は、ミックスされたパルスに基づいて、超音波ビームを出力することができる。図１４、図１５で説明した送信部３１０によれば、超音波センサ３００は、複数の周波数を有する超音波ビームを同時に出力することができる。また、超音波センサ３００は、互いに異なる複数の周波数を有する超音波ビームが互いに異なる指向性を有するように、ステアリングすることができる。従って、超音波センサ３００は、複数の領域に対して、対象体が存在するか否かということを同時に判断することができる。
【０１５９】
図１５を参照すれば、第１パルス生成部１５１１、第２パルス生成部１５１２及び第３パルス生成部１５１３は、互いに異なる周波数を有する第１パルス１６１１、第２パルス１６１２及び第３パルス１６１３をそれぞれ生成する。第１パルス１６１１は、第１送信遅延部１５２１及び第４送信遅延部１５２４に出力される。また、第２パルス１６１２は、第２送信遅延部１５２２及び第５送信遅延部１５２５に出力される。また、第３パルス１６１３は、第３送信遅延部１５２３及び第６送信遅延部１５２６に出力される。
【０１６０】
第１送信遅延部１５２１は、第１パルスを遅延させ、遅延された第１パルス１６２１を出力する。第２送信遅延部１５２２ないし第６送信遅延部１５２６それぞれは、遅延されたパルス１６２２，１６２３，１６２４，１６２５，１６２７を出力する。
【０１６１】
第１超音波ビームの指向性を決定するために、送信遅延部１５２１，１５２２，１５２３，１５２４，１５２５，１５２６は、それぞれのパルスを互いに異なるように遅延させ、遅延されたパルスを出力することができる。例えば、第１送信遅延部１５２１は、第１パルス１６１１を受信し、遅延された第１パルス１６２１を出力することができる。また、第４送信遅延部１５２４は、第１パルス１６１１を受信し、遅延された第４パルス１６２４を出力することができる。遅延された第１パルス１６２１、及び遅延された第４パルス１６２４は、互いに同じ周波数を有しているが、互いに異なる遅延時間を有してもいる。超音波センサ３００は、超音波ビームのステアリング角度に基づき、遅延時間を決定することができる。ここで、該超音波ビームのステアリング角度は、出力素子アレイと超音波ビームとの中心線がなす角度にもなる。
【０１６２】
第１ミキサ１５４１は、第１送信部遅延部１５２１ないし第３送信部遅延部１５２３から遅延された第１パルス１６２１ないし遅延された第３パルス１６２３を受信することができる。第１ミキサ１５４１は、遅延された第１パルス１６２１ないし遅延された第３パルス１６２３をミックスすることができる。また、第１ミキサ１５４１は、ミックスされた第１パルス１６３１を出力することができる。
【０１６３】
第２ミキサ１５４２は、第４送信部遅延部１５２４ないし第６送信部遅延部１５２６から遅延された第４パルス１６２４ないし遅延された第６パルス１６２６を受信することができる。第２ミキサ１５４２は、遅延された第４パルス１６２４ないし遅延された第６パルス１６２６をミックスすることができる。また、第２ミキサ１５４２は、ミックスされた第２パルス１６３２を出力することができる。ミックスされた第１パルス１６３１は、互いに異なる周波数を有するパルスを含む。また、ミックスされた第２パルス１６３２は、互いに異なる周波数を有するパルスを含む。
【０１６４】
第１出力素子１５３１は、ミックスされた第１パルス１６３１を受信し、超音波信号を出力することができる。また、第２出力素子１５３２は、ミックスされた第２パルス１６３２を受信し、超音波信号を出力することができる。該超音波信号は、互いに独立している。例えば、互いに異なる周波数における第１周波数が、互いに異なる周波数における第２周波数の整数（integer）倍ではない場合、互いに独立しているといえる。互いに異なる第１出力素子１５３１から出力された超音波信号、及び第２出力素子１５３２から出力された超音波信号のうち独立した超音波信号は、互いに干渉を起こさない。しかし、互いに独立していない超音波信号は、互いに干渉を起こす。図１３で説明したように、超音波信号が干渉を起こし、指向性を有する超音波ビームが生成される。図１３と異なり、図１５においては、複数超音波ビームが互いに異なる複数の周波数を有することによって、同時に出力される。従って、超音波センサ３００は、同時に複数の領域をスキャンすることができる。複数の領域をスキャンする超音波センサ３００については、図１９でさらに詳細に説明する。
【０１６５】
図１６は、本開示の一実施形態に係わる受信部を示したブロック図である。
【０１６６】
受信部３２０は、複数の第１超音波ビームに応答して対象体から反射された第１反射信号を受信することができる。また、受信部３２０は、第１反射信号を周波数別に分離することができる。また、受信部３２０は、周波数別に分離された信号のうち同一周波数を有する信号同士合算することができる。
【０１６７】
図１６を参照すれば、受信部３２０は、入力素子アレイ１７１０、フィルタ部１７２０、受信遅延部１７３０及び合算部１７４０を含んでもよい。また、第１反射信号は、第３反射信号及び第４反射信号を含んでもよい。入力素子アレイ１７１０は、第３反射信号を受信する第１入力素子、及び第４反射信号を受信する第２入力素子を含んでもよい。また、フィルタ部１７２０は、第３反射信号を互いに異なる周波数別に分離することにより、第１分離された信号を生成することができる。また、フィルタ部１７２０は、第４反射信号を互いに異なる周波数別に分離することにより、第２分離された信号を生成することができる。また、受信遅延部１７３０は、第１分離された信号を、第１分離された信号の周波数に基づいて受信遅延し、第１遅延信号を生成することができる。また、受信遅延部１７３０は、第２分離された信号を、周波数に基づいて受信遅延し、第２遅延信号を生成することができる。また、合算部１７４０は、第１遅延信号及び第２遅延信号のうち同一周波数を有する信号同士合算することができる。受信部３２０については、図１７を参照してさらに具体的に説明する。
【０１６８】
図１７は、本開示の一実施形態に係わる受信部を具体的に示したブロック図である。図１７は、図１６の一実施形態にもなる。図１７を参照すれば、入力素子アレイ１７１０は、第１入力素子１８１１及び第２入力素子１８１２を含んでもよい。入力素子アレイ１７１０は、対象体から反射された第１反射信号を受信することができる。例えば、第１反射信号は、第３反射信号及び第４反射信号を含んでもよい。第１入力素子１８１１は、第３反射信号を受信することができる。また、第２入力素子１８１２は、第４反射信号を受信することができる。
【０１６９】
図１４ないし図１６で説明したように、送信部３１０は、複数の周波数を有している第１超音波ビームを出力することができる。第１反射信号は、第１超音波ビームが対象体に反射された超音波ビームであるので、第１反射信号は、複数の周波数を有している信号でもある。
【０１７０】
フィルタ部１７２０は、入力素子アレイ１７１０から信号を受信することができる。第１入力素子１８１１から受信した信号は、第１周波数フィルタ１８２１、第２周波数フィルタ１８２２及び第３周波数フィルタ１８２３に入力されてもよい。また、第２入力素子１８１２から受信した信号は、第４周波数フィルタ１８２４、第５周波数フィルタ１８２５及び第６周波数フィルタ１８２６に入力されてもよい。
【０１７１】
フィルタ部１７２０は、反射信号を周波数別に分離することができる。例えば、第１周波数フィルタ１８２１及び第４周波数フィルタ１８２４は、同一周波数を分離することができるバンドパスフィルタ（band  pass  filter）でもある。従って、第１周波数フィルタ１８２１は、第１入力素子１８１１から受信した第３反射信号から、所定の周波数を有する信号を分離してフィルタリングされた第１信号を出力することができる。また、第４周波数フィルタ１８２４は、第２入力素子１８１２から受信した第４反射信号から、所定の周波数を有する信号を分離してフィルタリングされた第４信号を出力することができる。
【０１７２】
同様に、また第２周波数フィルタ１８２２及び第５周波数フィルタ１８２５は、同一周波数を分離することができるバンドパスフィルタでもある。また、第３周波数フィルタ１８２３及び第６周波数フィルタ１８２６は、同一周波数を分離することができるバンドパスフィルタでもある。第２周波数フィルタ１８２２、第３周波数フィルタ１８２３、第５周波数フィルタ１８２５及び第６周波数フィルタ１８２６は、それぞれフィルタリングされた第２信号、フィルタリングされた第３信号、フィルタリングされた第５信号、フィルタリングされた第６信号を出力することができる。それについては説明したので、詳細な説明は省略する。
【０１７３】
また、受信遅延部１７３０は、フィルタ部１７２０からフィルタリングされた信号を受信することができる。例えば、第１受信遅延部１８３１は、第１周波数フィルタ１８２１からフィルタリングされた第１信号を受信することができる。また、第４受信遅延部１８３４は、第４周波数フィルタ１８２４からフィルタリングされた第４信号を受信することができる。また、第１受信遅延部１８３１は、フィルタリングされた第１信号を遅延させ、遅延された第１信号を出力することができる。また、第４受信遅延部１８３４は、フィルタリングされた第４信号を遅延させ、遅延された第４信号を出力することができる。受信遅延部１７３０は、遅延された第１信号、及び遅延された第４信号の位相（phase）を対応させることができる。
【０１７４】
第２受信遅延部１８３２、第３受信遅延部１８３３、第５受信遅延部１８３５及び第６受信遅延部１８３６の動作は、第１受信遅延部１８３１及び第４受信遅延部１８３４の動作と重複するので、詳細な説明は省略する。また、第２受信遅延部１８３２は、遅延された第２信号を出力することができる。また、第３受信遅延部１８３３は、遅延された第３信号を出力することができる。また、第５受信遅延部１８３５は、遅延された第５信号を出力することができる。また、第６受信遅延部１８３６は、遅延された第６信号を出力することができる。
【０１７５】
また、合算部１７４０は、第１合算部１８４１、第２合算部１８４２及び第３合算部１８４３を含んでもよい。第１合算部１８４１は、第１受信遅延部１８３１及び第４受信遅延部１８３４それぞれから出力された遅延された第１信号、及び遅延された第４信号を合算することができる。遅延された第１信号、及び遅延された第４信号は、互いに同一周波数を有することができる。また、第２合算部１８４２は、遅延された第２信号、及び遅延された第５信号を合算することができる。また、第３合算部１８４３は、遅延された第３信号、及び遅延された第６信号を合算することができる。
【０１７６】
図１８は、本開示の一実施形態による超音波センサの動作を示した図面である。
【０１７７】
本開示の一実施形態によれば、送信部３１０は、伝達される電気的信号によって振動して超音波を発する複数の出力素子が、線形に配列された出力素子アレイを含んでもよい。また、受信部３２０は、反射信号を受信して電気的信号に変換する複数の入力素子が、線形に配列された入力素子アレイを含んでもよい。また、出力素子アレイ及び入力素子アレイは、互いに平行ではないように配列されてもよい。
【０１７８】
また、本開示の他の実施形態によれば、出力素子アレイと入力素子アレイは、互いに直交するように配列されてもよい。
【０１７９】
図１８を参照すれば、超音波センサ３００は、複数の圧電素子１９１１，１９１２，１９１３，１９１４，１９１５，１９２１，１９２２，１９２３，１９２４を含んでもよい。複数の圧電素子１９１１，１９１２，１９１３，１９１４，１９１５，１９２１，１９２２，１９２３，１９２４のうち少なくとも一つは、送信部３１０に含まれてもよい。また、残りの圧電素子は、受信部３２０に含まれる。
【０１８０】
前述のように、該圧電素子は、入力素子及び出力素子それぞれの機能をいずれも遂行することができる。例えば、該圧電素子は、入力素子としてのみ使用されるか、あるいは出力素子としてのみ使用される。また、該圧電素子は、入力素子として使用されていて、必要によって出力素子にもなる。また、反対に、圧電素子は、出力素子として使用されていて、必要によって入力素子にもなる。
【０１８１】
図１８においては、ｘ軸に配列された圧電素子１９１１，１９１２，１９１３，１９１４，１９１５が出力素子である場合を図示している。出力素子の配列は、出力素子アレイになる。また、図１８においては、ｚ軸に配列された圧電素子１９２１，１９２２，１９２３，１９２４が入力素子である場合を図示している。入力素子の配列は、入力素子アレイになる。
【０１８２】
出力素子アレイ及び入力素子アレイは、互いに平行ではないように配列されてもよい。また、出力素子アレイと入力素子アレイは、互いに直交するように配列されてもよい。例えば、図１８でのように、十字状に配列されてもよい。また、図８と類似して、
0006608446.tif 000002
状に配列されるか、あるいは
0006608446.tif 000003
状に配列されてもよい。また、四角形状に配列されてもよい。
【０１８３】
出力素子アレイに基づいて、超音波ビーム１９３１，１９３２，１９３３が出力されてもよい。超音波ビーム１９３１，１９３２及び１９３３は、互いに異なる周波数を有している。また、超音波ビーム１９３１，１９３２及び１９３３は、ステアリング角度が互いに異なる。ここで、超音波ビームのステアリング角度は、出力素子アレイと超音波ビームとの中心線がなす角度にもなる。例えば、ｙｚ平面が超音波ビームとなす角度が、超音波ビームのステアリング角度である。超音波ビーム１９３１，１９３２及び１９３３は、同時に出力されてもよい。超音波ビーム１９３１，１９３２及び１９３３は、対象体１９００から反射され、反射された信号を受信部３２０が受信する。反射された信号に基づき、超音波センサ３００は、複数の領域に対して、対象体が存在するか否かということを同時に判断することができる。
【０１８４】
図１９は、本開示の一実施形態に係わる超音波ビームのステアリングについて説明する図面である。
【０１８５】
送信部３１０は、複数の出力素子１９１１，１９１２，１９１３，１９１４，１９１５が線形に配列された出力素子アレイ１９１０を含んでもよい。第１出力素子１９１１は、互いに異なる周波数を有するパルス２０４１，２０４２，２０４３を受信することができる。パルス２０４１，２０４２，２０４３の下側には、時間軸が表示されている。すなわち、経時的に、出力素子１９１１は、第１周波数を有するパルス２０４１を最も先に受信することができる。次に、出力素子１９１１は、第２周波数を有するパルス２０３１を受信することができる。最後に、出力素子１９１１は、第３周波数を有するパルス２０２１を受信することができる。また、第１出力素子１９１１は、互いに異なる周波数を有するパルス２０４１，２０４２，２０４３に基づいてミックスされた超音波信号を出力することができる。
【０１８６】
また、出力素子１９１２は、第３周波数を有するパルス２０２２を受信することができる。また、出力素子１９１３は、第３周波数を有するパルス２０２３を受信することができる。また、出力素子１９１４は、第３周波数を有するパルス２０２４を受信することができる。また、出力素子１９１５は、第３周波数を有するパルス２０２５を受信することができる。
【０１８７】
図１９を参照すれば、パルス２０２５、パルス２０２４、パルス２０２３、パルス２０２２及びパルス２０２１の順序で、出力素子アレイ１９１０がパルスを受信する。出力素子アレイ１９１０は、受信されたパルスに基づいて、超音波信号を出力する。かような第３周波数を有する超音波信号は、互いに干渉を起こす。干渉された超音波信号は、ステアリングされた超音波ビームを形成することができる。すなわち、出力素子アレイ１９１０は、第３周波数を有するステアリングされた超音波ビーム２０２０を出力する。
【０１８８】
出力素子アレイ１９１０は、ステアリングされた超音波ビーム２０３０，２０４０を出力することができる。出力素子アレイ１９１０がステアリングされた超音波ビーム２０３０，２０４０を出力する過程は、ステアリングされた超音波ビーム２０２０を出力する過程と類似しているので、詳細な説明は省略する。ステアリングされた超音波ビーム２０２０，２０３０，２０４０は、互いに異なる周波数を有するので、互いに干渉を起こさずに同時に出力される。
【０１８９】
また、ステアリングされた超音波ビーム２０２０，２０３０，２０４０は、互いに異なる角度でステアリングされることにより、互いに異なる複数の領域に向かうことができる。例えば、ステアリングされた超音波ビーム２０２０は、対象体２０００の領域２００１に向かうことができる。また、ステアリングされた超音波ビーム２０３０は、対象体２０００の領域２００２）に向かうことができる。また、ステアリングされた超音波ビーム２０４０は、対象体２０００の領域２００３に向かうことができる。従って、超音波センサ３００は、複数の領域２００１，２００２，２００３に対して、対象体２０００が存在するか否かということを同時に判断することができる。
【０１９０】
図２０は、本開示の一実施形態に係わる下位領域を示した図面である。
【０１９１】
図１０Ａないし図１１Ｄにおいて、超音波センサ３００は、第１領域を第１下位領域に分け、それぞれの下位領域に超音波ビームを出力する方法について説明した。本開示の一実施形態によれば、図２０でのように、超音波センサ３００は、図１４ないし図１９で説明した技術に基づき、複数の領域に互いに異なる周波数を有する超音波ビームを同時に出力することができる。例えば、超音波センサ３００は、領域２１１１，２１１２，２１１３，２１１４に、互いに異なる周波数を有する超音波ビームを出力することができる。例えば、超音波センサ３００は、第１周波数を有する超音波ビームを、領域２１１１に出力することができる。また、超音波センサ３００は、第２周波数を有する超音波ビームを、領域２１１２に出力することができる。また、超音波センサ３００は、第３周波数を有する超音波ビームを、領域２１１３に出力することができる。また、超音波センサ３００は、第４周波数を有する超音波ビームを、領域２１１４に出力することができる。
【０１９２】
また、領域２１１１に対象体があるということを認識した場合、超音波センサ３００は、下位領域２１２１に、第５周波数を有する超音波ビームを出力することができる。また、超音波センサ３００は、下位領域２１２２に、第６周波数を有する超音波ビームを出力することができる。また、超音波センサ３００は、下位領域２１２３に、第７周波数を有する超音波ビームを出力することができる。また、超音波センサ３００は、下位領域２１２４に、第８周波数を有する超音波ビームを出力することができる。
【０１９３】
超音波センサ３００が領域２１１１，２１１２，２１１３，２１１４に出力する超音波ビームの周波数は、超音波センサ３００が、下位領域２１２１，２１２２，２１２３，２１２４に出力する超音波ビームの周波数より低い。さらに具体的には、超音波センサ３００が、領域２１１１，２１１２，２１１３，２１１４に出力する超音波ビームの周波数のうち最も高い周波数は、超音波センサ３００が、下位領域２１２１，２１２２，２１２３，２１２４に出力する超音波ビームの周波数のうち最も高い周波数より低い。従って、下位領域２１２１，２１２２，２１２３，２１２４に対する解像度を高めることができる。例えば、第５周波数ないし第８周波数のうち最高周波数を有する第５周波数は、第１周波数ないし第４周波数のうち最高周波数を有する第１周波数より高くなる。
【０１９４】
送信部３１０は、複数の出力素子を含んでもよい。送信部３１０は、複数の出力素子のうち少なくとも一部出力素子を利用して、領域２１１１，２１１２，２１１３，２１１４に超音波ビームを出力することができる。また、送信部３１０は、複数の出力素子のうち少なくとも一部出力素子を利用して、下位領域２１２１，２１２２，２１２３，２１２４に超音波ビームを出力することができる。このとき、領域２１１１，２１１２，２１１３，２１１４に超音波ビームを出力するときに使用した複数の出力素子の個数が、下位領域２１２１，２１２２，２１２３，２１２４に超音波ビームを出力するときに使用した複数の出力素子の個数より少ない。従って、下位領域２１２１，２１２２，２１２３，２１２４に対する解像度を高めることができる。
【０１９５】
以下では、超音波センサの対象体認識方法について説明するが、図３ないし図２０と重複する内容は省略する。
【０１９６】
図２１は、本開示の一実施形態に係わる超音波センサの対象体認識方法に係わるフローチャートである。図２１に図示された超音波センサの対象体認識方法は、図３の超音波センサ３００によって遂行されてもよい。以下、図３に図示された超音波センサ３００と共に、図２１について説明する。
【０１９７】
２２１０段階は、制御部３３０で遂行されてもよい。また、２２２０段階は、送信部３１０で遂行されてもよい。また、２２３０段階は、受信部３２０で遂行されてもよい。また、２２４０段階は、制御部３３０によって遂行されてもよい。
【０１９８】
２２１０において、本開示の一実施形態による超音波センサ３００は、超音波センサの対象体認識方法において、空間上の第１領域を決定することができる。２２１０段階において、本開示の一実施形態による超音波センサ３００は、第１領域に含まれる複数の第１下位領域それぞれに向け、複数の第１超音波ビームそれぞれを出力することができる。２２３０段階において、本開示の一実施形態による超音波センサ３００は、出力された複数の第１超音波ビームが対象体から反射されて出てきた第１反射信号を受信することができる。２２４０段階において、本開示の一実施形態による超音波センサ３００は、第１反射信号に基づき、複数の第１下位領域それぞれに、対象体が含まれるか否かということを判断することができる。
【０１９９】
超音波センサ３００は、電子装置に有機的に結合され、該電子装置において、対象体を認識する動作を遂行することができる。また、超音波センサ３００は、他の電子装置に結合せず、独自的に対象体を認識する動作を遂行することができる。
【０２００】
第１領域は、超音波センサがスキャンする領域にもなる。また、該第１領域は、対象体があると推定される領域である。また、該第１領域は、超音波センサ３００が装着される電子装置によって、他次元の領域にもなる。例えば、該第１領域は、三次元の領域を含んでもよい。超音波センサ３００がスキャン可能な領域は、送信部３１０が超音波ビームを出力することができる領域によっても決定される。該第１領域は、超音波センサ３００がスキャン可能な領域の一部にもなる。該第１領域は、電子装置が提供する仮想画面に基づいても決定される。また、超音波センサ３００が、超音波センサ３００から最も近い対象体上の一地点を獲得し、制御部３３０は、該一地点に基づいて、第１領域を決定することができる。
【０２０１】
また、送信部３１０は、第１出力素子が電気的信号によって振動し、第１領域を決定するための超音波ビームを出力することができる。受信部３２０は、第１領域を決定するための超音波ビームが対象体から反射されて出てきた、第１領域を決定するための反射信号を受信することができる。制御部３３０は、該第１領域を決定するための反射信号に基づき、第１出力素子から最も近い対象体の第１地点を獲得することができる。また、制御部３３０は、該第１地点を含む第１領域を決定するできる。
【０２０２】
また、送信部３１０は、第２出力素子が第２領域を決定するための超音波ビームを出力することができる。受信部３２０は、該第２領域を決定するための超音波ビームが対象体から反射されて出てきた、第２領域を決定するための反射信号を受信することができる。制御部３３０は、該第２領域を決定するための反射信号に基づき、第２出力素子から最も近い対象体の第２地点を獲得することができる。また、制御部３３０は、該第２地点を含む第２領域を決定することができる。
【０２０３】
また、送信部３１０は、第２領域に含まれる複数の第２下位領域それぞれに向け、複数の第１超音波ビームそれぞれを出力することができる。制御部３３０は、第１反射信号に基づき、複数の第２下位領域それぞれに、対象体が含まれるか否かということを判断することができる。
【０２０４】
また、超音波センサ３００は、電子装置に使用される。制御部３３０は、超音波センサが装着される電子装置と通信する通信インターフェースを含んでもよい。従って、超音波センサは、電子装置と有機的に結合することができ、該超音波センサは、対象体を認識する動作を行うことができる。該電子装置が空間上に提供するユーザインターフェースに基づき、制御部３３０は、第１領域を決定することができる。
【０２０５】
該第１領域は、複数の第１下位領域を含んでもよい。制御部３３０は、該第１領域を該第１下位領域に分けることができる。複数の第１下位領域間は、重複する領域がある。第１下位領域は、互いに異なる大きさを有することができる。該第１下位領域の大きさが小さいほど、認識の解像度が高くなるので、該第１下位領域の大きさが小さい領域は、重要な情報が含まれた領域でもある。該第１下位領域は、さらに複数の下位領域に分けられる。
【０２０６】
また、制御部３３０は、ユーザインターフェースに基づき、複数の第１下位領域の大きさ、位置及び形態のうち少なくとも一つを決定することができる。
【０２０７】
また、送信部３１０は、第１下位領域に含まれる複数の第３下位領域それぞれに向け、複数の第２超音波ビームそれぞれを出力することができる。受信部３２０は、複数の第２超音波ビームが対象体から反射されて出てきた第２反射信号を受信することができる。制御部３３０は、第２反射信号に基づいて、複数の第３下位領域それぞれに、対象体が含まれるか否かということを判断することができる。
【０２０８】
また、送信部３１０は、複数の出力素子を含んでもよい。複数の出力素子のうち少なくとも一部出力素子を利用して、送信部３１０は、複数の第１超音波ビーム、及び複数の第２超音波ビームを出力することができる。制御部３３０は、複数の第１超音波ビームのうち少なくとも１つの超音波ビームを出力するときに使用した複数の出力素子の個数が、複数の第２超音波ビームのうち少なくとも１つの超音波ビームを出力するときに使用した複数の出力素子の個数より少ないように制御することができる。
【０２０９】
また、制御部３３０は、複数の第１超音波ビームのうち最高周波数を有する超音波ビームの周波数が、複数の第２超音波ビームのうち最高周波数を有する超音波ビームの周波数より低いように制御することができる。
【０２１０】
図２２は、本開示の一実施形態に係わる送信部の動作を示したフローチャートである。図２２に図示された超音波センサの対象体認識方法は、図１４の送信部３１０によって遂行されてもよい。以下、図１６に図示された送信部３１０と共に、図２２について説明する。
【０２１１】
２３１０段階は、パルス生成部１４１０によって遂行されてもよい。２３２０段階は、送信遅延部１４２０によって遂行されてもよい。２３３０段階は、出力素子アレイ１４３０によって遂行されてもよい。
【０２１２】
２３１０段階において、本開示の一実施形態による超音波センサ３００は、複数の第１超音波ビームに対応する互いに異なる周波数を有する複数パルスを生成することができる。また、２３２０段階において、本開示の一実施形態による超音波センサ３００は、複数の第１超音波ビームそれぞれの指向性を決定するために、既定の遅延時間ほど各パルスを遅延させることにより、遅延されたパルスを生成することができる。また、２３３０段階において、本開示の一実施形態による超音波センサ３００は、遅延されたパルスに基づいて、複数の第１超音波ビームを出力することができる。
【０２１３】
図２３は、本開示の一実施形態に係わる受信部の動作を示したフローチャートである。図２３に図示された超音波センサの対象体認識方法は、図１６の受信部３２０によって遂行されてもよい。以下、図１６に図示された受信部３２０と共に、図２３について説明する。
【０２１４】
２４１０段階は、入力素子アレイ１７１０によって遂行されてもよい。２４２０段階は、フィルタ部１７２０によって遂行されてもよい。２４３０段階は、合算部１７４０によって遂行されてもよい。
【０２１５】
２４１０段階において、本開示の一実施形態による超音波センサ３００は、第１超音波ビームに応答して対象体から反射された第１反射信号を受信することができる。また、２４２０段階において、本開示の一実施形態による超音波センサ３００は、第１反射信号を周波数別に分離することができる。また、２４３０段階において、本開示の一実施形態による超音波センサ３００は、周波数別に分離された信号のうち同一周波数を有する信号同士合算することができる。
【０２１６】
また、第１反射信号は、第３反射信号及び第４反射信号を含んでもよい。入力素子アレイ１７１０が反射信号を受信する２４１０段階は、第３反射信号を受信する段階を含んでもよい。また、入力素子アレイ１７１０が反射信号を受信する２４１０段階は、第４反射信号を受信する段階を含んでもよい。
【０２１７】
また、フィルタ部１７２０が分離する２４２０段階は、第３反射信号を互いに異なる周波数別に分離することにより、第１分離された信号を生成する段階を含んでもよい。また、フィルタ部１７２０が分離する２４２０段階は、第６反射信号を互いに異なる周波数別に分離することにより、第２分離された信号を生成する段階を含んでもよい。
【０２１８】
また、超音波センサ３００は、第１分離された信号を、第１分離された信号の周波数に基づいて受信遅延し、第１遅延信号を生成することができる。また、超音波センサ３００は、第２分離された信号を、周波数に基づいて受信遅延し、第２遅延信号を生成することができる。
【０２１９】
また、超音波センサ３００は、第１遅延信号及び第２遅延信号のうち同一周波数を有する信号同士合算することができる。
【０２２０】
前述のような目的を達成するために、本開示の一実施形態によれば、コンピュータで判読可能な記録媒体に、図２１ないし図２３に図示された超音波センサの対象体認識方法を具現するためのプログラムが記録される。
【０２２１】
本開示による超音波センサ３００は、対象体があると推定される領域に対して、超音波スキャンを行う。また、超音波センサ３００は、対象体があると推定される領域を、下位領域に分割して処理することができる。また、超音波センサ３００は、複数の下位領域を互いに異なる周波数を使用する複数超音波ビームを利用して、同時にスキャンすることができる。従って、超音波センサ３００は、迅速であって正確に対象体を認識することができる。
【０２２２】
ハードウェアは、プロセッサ及びメモリのうち少なくとも一つを含んでもよい。用語「プロセッサ」は、汎用プロセッサ、中央処理装置（ＣＰＵ）、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、制御器、マイクロ制御器、状態マシンなどを含むように広く解釈されなければならない。ある環境においては、「プロセッサ」は、注文型半導体（ＡＳＩＣ）、プログラム可能ロジックデバイス（ＰＬＤ）、フィールドプログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などを指すこともできる。用語「プロセッサ」は、例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数マイクロプロセッサの組み合わせ、ＤＳＰコアと結合した１以上のマイクロプロセッサの組み合わせ、または任意の他のかような構成の組み合わせのような処理デバイスの組み合わせを指すこともできる。
【０２２３】
用語「メモリ」は、電子情報を保存可能な任意の電子コンポーネントを含むように広く解釈されなければならない。用語「メモリ」は、任意アクセスメモリ（ＲＡＭ）、判読専用メモリ（ＲＯＭ）、不揮発性任意アクセスメモリ（ＮＶＲＡＭ）、プログラム可読専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去プログラム可読専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能ＰＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、磁気または光学のデータ保存装置、レジスタのようなプロセッサ判読可能媒体の多様な類型を指すこともできる。該プロセッサが、メモリから情報を読み取ったり、メモリに情報を記録することができるならば、該メモリは、プロセッサと電子通信状態にあるとする。該プロセッサに集積されたメモリは、プロセッサと電子通信状態にある。
【０２２４】
用語「命令」及び「コード」は、コンピュータ判読可能文言の任意の類型を含むように広く解釈されなければならない。例えば、用語「命令」及び「コード」は、１以上のプログラム、ルーチン、サブルーチン、機能、手続きなどを指すこともできる。「命令」及び「コード」は、単一コンピュータ判読可能文言または多くのコンピュータ判読可能文言を含んでもよい。
【０２２５】
本願で説明された機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせによっても具現される。該ソフトウェアによって具現されるならば、機能は、コンピュータで判読可能な記録媒体上に、１以上の命令またはコードに保存される。用語「コンピュータで判読可能な記録媒体」または「コンピュータプログラム製品」は、コンピュータによってアクセスされる任意の利用可能な媒体を指す。制限ではない、例の方法として、コンピュータで判読可能な記録媒体は、ＲＡＭ（random  access  memory）、ＲＯＭ（read-only  memory）、ＥＥＰＲＯＭ（electrically  erasable  programmable  read-only  memory）、ＣＤ−ＲＯＭ（compact  disc  read  only  memory）、または他の光学ディスク保存装置；磁気ディスク保存装置または他の磁気保存デバイス、または命令またはデータ構造の形態で、所望するプログラムコードを保存したり維持することができ、コンピュータによってアクセスされることができる任意の他の媒体を含んでもよい。ディスク（disk）及びディスク（disc）は、本願で使用されているように、ディスク（disc）は、レーザでデータを光学的に再生する一方、ディスク（disk）は、一般的に、データを磁気的に再生し、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク、光学ディスク、デジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）、フロッピー（登録商標）ディスク及びブルーレイ（登録商標（Blu-ray））ディスクを含む。
【０２２６】
コンピュータで判読可能な記録媒体に記録されるソフトウェアまたは命令は、送信媒体上でさらに送信される。例えば、ソフトウェアが銅軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイステッドペア（twisted  pair）、ディジタル加入者回線（ＤＳＬ）、または赤外線、ラジオ及びマイクロ波（microwave）のような無線技術を利用して、ウェブサイト、サーバ、または他の遠隔ソースから送信されるならば、銅軸ケーブル、光ファイバケーブル、ツイスティドペア、ＤＳＬ、または赤外線、ラジオ及びマイクロ波のような無線技術は、送信媒体の定義に含まれる。
【０２２７】
本願発明の実施形態に係わる技術分野において、当業者であるならば、前述の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態に具現されるということを理解することができるであろう。従って、開示された方法は、限定的な観点ではなく、説明的観点から考慮されなければならない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明ではない特許請求の範囲に示されており、それと同等な範囲内にある全ての差異は、本発明の範囲に含まれるものであると解釈されなければならない。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
0006608446.tif 000020
【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１１ｄ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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