ソナー（超音波センサ）を考える（その２）

リモートブレインの夏休み：iPhoneロボット

■検知パターンを決めているのは？
LV-MaxSonarシリーズには検知パターンの異なる５つのモデルがあるのですが、手元にあるサンプルをじっくりと眺めても、見た目は全く同じです。どこに違いがあるのでしょうか。

ちょっと考えると、送受兼用の超音波ユニット（黒い円筒形の部品）の特性の違いかなと思いますが、たぶんそうではありません。
以前、ある製品に使おうかと超音波マイクとスピーカーを調べたことがあるのですが、出力や多少共振周波数の違いがある（だいたい40KHz前後）くらいで、指向特性はどれも変わり映えしませんでした。そもそも、メーカーもモデルのバリエーションもあまり多くはありません。

代表的な特性を見てみましょう。下の図は日本セラミックの送受兼用ユニットの送信特性です。（クリックで拡大します）

超音波の周波数は40KHzなので波長が8mmくらい、指向性はかなり強いはずですが、測定するとこんなもの、かなり広範囲に超音波を送り出しているのがわかると思います。
見た目では角度による信号強度の変化はそんなに大きくないように見えますが、デシベル目盛りなので、例えば、センターから±40度ずれた方向では、-10db、つまりセンターの1/3くらいの音圧、エネルギーで言えば1/10しかありません。±60度では1/100のエネルギーです。側面への信号は、メインビームに比べると、かなり弱いということができるでしょう。

この、側面への超音波の漏れを利用すると、超音波センサの検知パターンを、ある程度コントロールすることが出来ます。

簡単に言えば、受信機の増幅度をあげて弱い超音波エコーも拾えるようにすると、側面からのエコーも拾うので検出範囲が広く、遠距離になり、増幅度を下げて強いエコーしか拾わなくすると、正面へのメインビームのエコーしか拾わなくなるので、検出範囲は狭くかつ短距離になります。

LV-Max-Sensorシリーズでも、検出範囲の広いEZ0は最も遠距離までカバーし、範囲が狭くなるにつれて検出可能距離も短くなっています。

次回はiRoverで起こった問題をとおして、超音波センサの使い方について考えてみたいと思います。