JP2004125514A - 超音波センサの感度調整方法並びに感度調整装置 - Google Patents
超音波センサの感度調整方法並びに感度調整装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004125514A JP2004125514A JP2002287773A JP2002287773A JP2004125514A JP 2004125514 A JP2004125514 A JP 2004125514A JP 2002287773 A JP2002287773 A JP 2002287773A JP 2002287773 A JP2002287773 A JP 2002287773A JP 2004125514 A JP2004125514 A JP 2004125514A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- sensitivity
- detecting element
- electric signal
- difference
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
【課題】複数の超音波検知素子同士の共振周波数のばらつきに起因した感度誤差を容易且つ高い精度で調整可能とする。
【解決手段】調整装置Aは、単一周波数の超音波を送波する複数の超音波送波素子を有した超音波音源1と、超音波センサSの増幅部11から出力される各超音波検知素子の出力信号を切り換えて出力する切換部2と、切換部2から出力する出力信号をA/D変換するA/D変換部3と、A/D変換部3で変換されたデジタルの出力信号を取り込む制御部4とを備える。個々の超音波検知素子に対して超音波音源1より単一周波数の超音波を送波し、各超音波検知素子で変換される出力信号同士の差(感度差)が小さくなるように制御部4で出力信号を調整するため、複数の超音波検知素子同士の共振周波数のばらつきに起因した超音波センサSの感度誤差を容易且つ高い精度で調整することが可能である。
【選択図】 図1
【解決手段】調整装置Aは、単一周波数の超音波を送波する複数の超音波送波素子を有した超音波音源1と、超音波センサSの増幅部11から出力される各超音波検知素子の出力信号を切り換えて出力する切換部2と、切換部2から出力する出力信号をA/D変換するA/D変換部3と、A/D変換部3で変換されたデジタルの出力信号を取り込む制御部4とを備える。個々の超音波検知素子に対して超音波音源1より単一周波数の超音波を送波し、各超音波検知素子で変換される出力信号同士の差(感度差)が小さくなるように制御部4で出力信号を調整するため、複数の超音波検知素子同士の共振周波数のばらつきに起因した超音波センサSの感度誤差を容易且つ高い精度で調整することが可能である。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の超音波検知素子を有する超音波センサの感度を調整する感度調整方法並びに感度調整装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、複数の超音波検知素子を1次元又は2次元的に一定の間隔で配置し、各超音波検知素子で受波した超音波を電気信号に変換するアレイ型の超音波センサを用いて対象物までの距離や対象物の形状を計測することが行われている(例えば、特許文献1又は特許文献2参照)。ここで、超音波検知素子は圧電効果を利用して超音波を電気信号に変換しているが、それぞれの超音波検知素子の共振周波数にばらつきがあるために超音波検知素子の間に感度差が生じていた。そして、この感度差が原因で複数の超音波検知素子の出力を合成した超音波センサの出力にうねりが生じてしまい、正しい情報(距離情報や形状情報など)を得ることが困難であった。
【0003】
そこで、超音波検知素子の圧電層をポーリング(分極処理)して共振周波数のばらつきを低減することにより、超音波センサの感度を調整する調整方法が提案されている(非特許文献1)。
【0004】
【特許文献1】
特開昭57−131058号公報(第2頁、第2図)
【特許文献2】
特開平4−110788号公報(第2頁、第1図)
【非特許文献1】
「Proceeding of THE 19th SENSOR SYPOSIUM on Sensors,Micromachines,and Applied systems」、483頁〜486頁、2002年5月30日発行
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献1に記載されている従来方法においては、ポーリングによる圧電層の分極効果がおよそ一日程度しか持続せず、実用的ではなかった。
【0006】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、複数の超音波検知素子同士の共振周波数のばらつきに起因した感度誤差を容易且つ高い精度で調整可能な超音波センサの感度調整方法並びに感度調整装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、複数の超音波検知素子を1次元又は2次元的に一定の間隔で配置し各超音波検知素子で受波した超音波を電気信号に変換する超音波センサにおいて各超音波検知素子の感度を調整する感度調整方法であって、個々の超音波検知素子に対して超音波音源より単一周波数の超音波を送波し、それぞれの超音波検知素子にて当該超音波を受波させ、各超音波検知素子で変換される電気信号同士の差が小さくなるように当該電気信号を調整することを特徴とする。
【0008】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、基板上に熱絶縁層を介して発熱体薄膜が設けられ、発熱体薄膜を電気的に駆動することで発熱体薄膜表面に接する空気の温度を強制的に変化させて進行波を発生させる超音波発生装置を前記超音波音源に用いることを特徴とする。
【0009】
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、超音波センサは各超音波検知素子から出力される電気信号を増幅する増幅器を備えており、これらの増幅器の増幅度を変えることで各超音波検知素子で変換される電気信号同士の差を小さくすることを特徴とする。
【0010】
請求項4の発明は、請求項1又は2の発明において、超音波センサは各超音波検知素子から出力される電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、当該デジタル信号を演算処理する演算処理手段とを備えており、演算処理手段における演算処理によって前記電気信号同士の差を小さくすることを特徴とする。
【0011】
請求項5の発明は、上記目的を達成するために、複数の超音波検知素子を1次元又は2次元的に一定の間隔で配置し各超音波検知素子で受波した超音波を電気信号に変換する超音波センサにおいて各超音波検知素子の感度を調整する感度調整装置であって、個々の超音波検知素子に対して単一周波数の超音波を送波する超音波音源と、それぞれの超音波検知素子にて前記超音波を変換して得られる電気信号同士の差が小さくなるように当該電気信号を調整する調整手段とを備えたことを特徴とする。
【0012】
請求項6の発明は、請求項5の発明において、前記超音波音源は、基板上に熱絶縁層を介して発熱体薄膜が設けられ、発熱体薄膜を電気的に駆動することで発熱体薄膜表面に接する空気の温度を強制的に変化させて進行波を発生させる超音波発生装置からなることを特徴とする。
【0013】
請求項7の発明は、請求項5又は6の発明において、超音波センサは各超音波検知素子から出力される電気信号を増幅する増幅器を備えており、前記調整手段は、これらの増幅器の増幅度を変えることで各超音波検知素子で変換される電気信号同士の差を小さくすることを特徴とする。
【0014】
請求項8の発明は、請求項5又は6の発明において、超音波センサは各超音波検知素子から出力される電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、当該デジタル信号を演算処理する演算処理手段とを備えており、前記調整手段は、演算処理手段における演算処理によって前記電気信号同士の差を小さくすることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0016】
図1は本実施形態における調整装置Aのブロック図、図2は調整対象となる超音波センサSのブロック図をそれぞれ示している。
【0017】
超音波センサSは、複数の超音波検知素子を1次元又は2次元的に一定の間隔で配置したアレイからなる超音波検知部10と、各超音波検知素子の出力(アナログの電気信号)を増幅する複数の増幅器からなる増幅部11と、増幅部11で増幅されたアナログの出力信号をデジタル信号に変換する複数のA/D変換器からなるA/D変換部12と、CPUを主構成要素とする演算処理部13とを備えている。この超音波センサSでは、対象物に反射した超音波を超音波検知部10の各超音波検知素子で受波して電気信号に変換し、増幅部11で増幅した後にA/D変換部12にてデジタル信号に変換して演算処理部13に取り込み、演算処理部13にてデジタル信号(出力信号)を演算処理することで対象物までの距離や形状を認識することができる。但し、対象物までの距離や形状の認識のために演算処理部13で行われる演算処理については本発明の要旨ではなく、また従来周知でもあるから詳細な説明は省略する。
【0018】
ここで、超音波検知素子の一例を図3に示す。超音波検知素子は半導体の微細加工技術を用いて形成されるものであって、SOI基板からなる枠部20の中央に薄肉部21が設けられたダイヤフラム構造を有し、超音波の音圧による薄肉部21の歪みを圧電層22にて電気信号に変換している。なお、圧電層22は、例えばPZTやZnO等の圧電効果を有する薄膜又はピエゾ抵抗からなり、薄肉部21並びに枠部20の表面に形成されている。
【0019】
調整装置Aは、超音波センサAの超音波検知素子に対して単一周波数の超音波を送波する複数の超音波送波素子を1次元又は2次元的に一定の間隔で配置したアレイからなる超音波音源1と、超音波センサSの増幅部11から出力される各超音波検知素子の出力信号を切り換えて出力する切換部2と、切換部2から出力する出力信号をA/D変換するA/D変換部3と、CPUを主構成要素としA/D変換部3で変換されたデジタルの出力信号を取り込んで後述する調整処理を実行するとともに切換部2の切換動作を制御する制御部4とを備えている。
【0020】
ここで、単一周波数の超音波を送波可能は超音波音源1として、特開平11−300274号公報に記載されている超音波発生装置を用いている。この超音波発生装置は、ジュール熱を発生する電気抵抗体あるいはペルチエ効果による発熱/吸熱を行うペルチエ素子からなる発熱体薄膜が熱絶縁膜を介してシリコン基板上に形成されてなり、発熱体薄膜の両端部に超音波周波数の駆動信号を入力することで発熱体薄膜の表面に接する空気層に進行波(超音波)を発生するものである。すなわち、圧電効果や磁歪効果による機械的振動を利用して超音波を発生するものでは、図4(b)に示すように駆動信号の周波数f0だけでなく、その近傍の周波数の超音波も同時に発生していたが、上記公報に開示されている超音波発生装置では、その発生原理から明らかなように、駆動信号の周波数f0のみ、つまり図4(a)に示すような単一周波数f0の超音波を発生させることができる。
【0021】
而して、本実施形態における超音波音源1は上述の超音波発生装置を1次元又は2次元的に一定の間隔で配置して構成され、制御部4から与えられる駆動信号で個々の超音波発生装置から個別に超音波が送波可能となっている。
【0022】
次に、本実施形態の調整装置の動作(超音波センサSの感度調整方法)について図5のフローチャートを参照して説明する。まず、超音波センサSの超音波検知部10における各超音波検知素子と調整装置Aの超音波音源1における各超音波送波素子とを対向させて配置し、超音波センサSの超音波検知部10を受波可能な状態とするとともに、超音波センサSの増幅部11の各出力を調整装置Aの切換部2に取り込み可能とする。
【0023】
調整作業を開始すると、調整装置Aの制御部4はカウンタのカウント値nを1に初期化(ステップ1)した後、超音波音源1の最初の超音波送波素子から単一周波数の超音波を送波させる(ステップ2)。この超音波は超音波センサSの超音波検知部10における当該超音波送波素子と対向配置された超音波検知素子で受波され、増幅部11で増幅される。そして、制御部4は切換部2を切り換え(ステップ3)、増幅部11で増幅された出力信号をA/D変換部3でデジタル信号に変換して取り込むとともにメモリに保存する(ステップ4)。それから、制御部4はカウント値nが超音波センサSの超音波検知部10における超音波検知素子の個数Nに一致するか否かを判別し(ステップ5)、一致しなければカウント値nをカウントアップ(ステップ6)し、超音波音源1の2番目の超音波送波素子から単一周波数の超音波を送波させる(ステップ2)。以降、カウント値nが個数Nに一致するまで、すなわち、超音波検知部10における全ての超音波検知素子に対して単一周波数の超音波の送波・受波が完了するまでステップ2〜ステップ4の処理を繰り返す。
【0024】
カウント値nが個数Nに一致すれば、制御部4はメモリに保存した出力信号の最大値を求め(ステップ7)、この最大値に対する各出力信号の比(感度比)を求める(ステップ8)とともに、各々の感度比が等しくなるように各超音波検知素子に対応する調整値を求める(ステップ9)。この調整値に基づいて超音波センサSの増幅部11における各増幅器の増幅度やオフセット値を調整することで複数の超音波検知素子の感度差を減少させることができる。ここで、超音波検知素子で受波される超音波は単一周波数f0の超音波であるから、個々の超音波検知素子における共振周波数のばらつきに影響されることなしに単一周波数f0に対する感度差を減少させることができるものである。なお、増幅部11における増幅器の増幅度やオフセット値を調整する具体的方法としては、例えば、増幅器に設けられている可変抵抗の抵抗値を変化させる方法などが考えられる。
【0025】
上述のように本実施形態の調整装置A及び調整方法によれば、超音波センサSの超音波検知部10における個々の超音波検知素子に対して超音波音源1より単一周波数の超音波を送波し、それぞれの超音波検知素子にて単一周波数の超音波を受波させ、各超音波検知素子で変換される出力信号同士の差(感度差)が小さくなるように出力信号を調整するため、複数の超音波検知素子同士の共振周波数のばらつきに起因した超音波センサSの感度誤差を容易且つ高い精度で調整することが可能である。また、本実施形態では増幅部11における各増幅器の増幅度やオフセット値を変化させるというようにハードウェア上の処理によって感度調整を高速に行うことができる。但し、このようなハードウェア上の処理を行う代わりに、調整装置Aの制御部4で求めた調整値を超音波センサSの演算処理部13に与え、演算処理部13においてソフトウェア上の処理で感度調整を行うようにすることも可能であり、このようにすれば上記ハードウェア上の処理に比べて調整に要する時間は増えるものの調整作業自体は容易になるという利点がある。
【0026】
【発明の効果】
請求項1の発明は、複数の超音波検知素子を1次元又は2次元的に一定の間隔で配置し各超音波検知素子で受波した超音波を電気信号に変換する超音波センサにおいて各超音波検知素子の感度を調整する感度調整方法であって、個々の超音波検知素子に対して超音波音源より単一周波数の超音波を送波し、それぞれの超音波検知素子にて当該超音波を受波させ、各超音波検知素子で変換される電気信号同士の差が小さくなるように当該電気信号を調整することを特徴とし、複数の超音波検知素子同士の共振周波数のばらつきに起因した超音波センサの感度誤差を容易且つ高い精度で調整可能な調整方法が提供できる。
【0027】
なお、前記超音波音源には、請求項2の発明のように、基板上に熱絶縁層を介して発熱体薄膜が設けられ、発熱体薄膜を電気的に駆動することで発熱体薄膜表面に接する空気の温度を強制的に変化させて進行波を発生させる超音波発生装置を用いればよい。
【0028】
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、超音波センサは各超音波検知素子から出力される電気信号を増幅する増幅器を備えており、これらの増幅器の増幅度を変えることで各超音波検知素子で変換される電気信号同士の差を小さくすることを特徴とし、ハードウェア上の処理によって感度調整を高速に行うことができる。
【0029】
請求項4の発明は、請求項1又は2の発明において、超音波センサは各超音波検知素子から出力される電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、当該デジタル信号を演算処理する演算処理手段とを備えており、演算処理手段における演算処理によって前記電気信号同士の差を小さくすることを特徴とし、ソフトウェア上の処理によって感度調整を容易に行うことができる。
【0030】
請求項5の発明は、複数の超音波検知素子を1次元又は2次元的に一定の間隔で配置し各超音波検知素子で受波した超音波を電気信号に変換する超音波センサにおいて各超音波検知素子の感度を調整する感度調整装置であって、個々の超音波検知素子に対して単一周波数の超音波を送波する超音波音源と、それぞれの超音波検知素子にて前記超音波を変換して得られる電気信号同士の差が小さくなるように当該電気信号を調整する調整手段とを備えたことを特徴とし、複数の超音波検知素子同士の共振周波数のばらつきに起因した超音波センサの感度誤差を容易且つ高い精度で調整可能な調整装置が提供できる。
【0031】
なお、前記超音波音源は、請求項6の発明のように、基板上に熱絶縁層を介して発熱体薄膜が設けられ、発熱体薄膜を電気的に駆動することで発熱体薄膜表面に接する空気の温度を強制的に変化させて進行波を発生させる超音波発生装置からなることが望ましい。
【0032】
請求項7の発明は、請求項5又は6の発明において、超音波センサは各超音波検知素子から出力される電気信号を増幅する増幅器を備えており、前記調整手段は、これらの増幅器の増幅度を変えることで各超音波検知素子で変換される電気信号同士の差を小さくすることを特徴とし、ハードウェア上の処理によって感度調整を高速に行うことができる。
【0033】
請求項8の発明は、請求項5又は6の発明において、超音波センサは各超音波検知素子から出力される電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、当該デジタル信号を演算処理する演算処理手段とを備えており、前記調整手段は、演算処理手段における演算処理によって前記電気信号同士の差を小さくすることを特徴とし、ソフトウェア上の処理によって感度調整を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態における調整装置を示すブロック図である。
【図2】同上の調整対象となる超音波センサを示すブロック図である。
【図3】同上の超音波センサの超音波検知素子を示す断面図である。
【図4】同上における超音波音源の動作説明図である。
【図5】同上の調整装置の動作説明用のフローチャートである。
【符号の説明】
1 超音波音源
2 切換部
3 A/D変換部
4 制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の超音波検知素子を有する超音波センサの感度を調整する感度調整方法並びに感度調整装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、複数の超音波検知素子を1次元又は2次元的に一定の間隔で配置し、各超音波検知素子で受波した超音波を電気信号に変換するアレイ型の超音波センサを用いて対象物までの距離や対象物の形状を計測することが行われている(例えば、特許文献1又は特許文献2参照)。ここで、超音波検知素子は圧電効果を利用して超音波を電気信号に変換しているが、それぞれの超音波検知素子の共振周波数にばらつきがあるために超音波検知素子の間に感度差が生じていた。そして、この感度差が原因で複数の超音波検知素子の出力を合成した超音波センサの出力にうねりが生じてしまい、正しい情報(距離情報や形状情報など)を得ることが困難であった。
【0003】
そこで、超音波検知素子の圧電層をポーリング(分極処理)して共振周波数のばらつきを低減することにより、超音波センサの感度を調整する調整方法が提案されている(非特許文献1)。
【0004】
【特許文献1】
特開昭57−131058号公報(第2頁、第2図)
【特許文献2】
特開平4−110788号公報(第2頁、第1図)
【非特許文献1】
「Proceeding of THE 19th SENSOR SYPOSIUM on Sensors,Micromachines,and Applied systems」、483頁〜486頁、2002年5月30日発行
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献1に記載されている従来方法においては、ポーリングによる圧電層の分極効果がおよそ一日程度しか持続せず、実用的ではなかった。
【0006】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、複数の超音波検知素子同士の共振周波数のばらつきに起因した感度誤差を容易且つ高い精度で調整可能な超音波センサの感度調整方法並びに感度調整装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、複数の超音波検知素子を1次元又は2次元的に一定の間隔で配置し各超音波検知素子で受波した超音波を電気信号に変換する超音波センサにおいて各超音波検知素子の感度を調整する感度調整方法であって、個々の超音波検知素子に対して超音波音源より単一周波数の超音波を送波し、それぞれの超音波検知素子にて当該超音波を受波させ、各超音波検知素子で変換される電気信号同士の差が小さくなるように当該電気信号を調整することを特徴とする。
【0008】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、基板上に熱絶縁層を介して発熱体薄膜が設けられ、発熱体薄膜を電気的に駆動することで発熱体薄膜表面に接する空気の温度を強制的に変化させて進行波を発生させる超音波発生装置を前記超音波音源に用いることを特徴とする。
【0009】
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、超音波センサは各超音波検知素子から出力される電気信号を増幅する増幅器を備えており、これらの増幅器の増幅度を変えることで各超音波検知素子で変換される電気信号同士の差を小さくすることを特徴とする。
【0010】
請求項4の発明は、請求項1又は2の発明において、超音波センサは各超音波検知素子から出力される電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、当該デジタル信号を演算処理する演算処理手段とを備えており、演算処理手段における演算処理によって前記電気信号同士の差を小さくすることを特徴とする。
【0011】
請求項5の発明は、上記目的を達成するために、複数の超音波検知素子を1次元又は2次元的に一定の間隔で配置し各超音波検知素子で受波した超音波を電気信号に変換する超音波センサにおいて各超音波検知素子の感度を調整する感度調整装置であって、個々の超音波検知素子に対して単一周波数の超音波を送波する超音波音源と、それぞれの超音波検知素子にて前記超音波を変換して得られる電気信号同士の差が小さくなるように当該電気信号を調整する調整手段とを備えたことを特徴とする。
【0012】
請求項6の発明は、請求項5の発明において、前記超音波音源は、基板上に熱絶縁層を介して発熱体薄膜が設けられ、発熱体薄膜を電気的に駆動することで発熱体薄膜表面に接する空気の温度を強制的に変化させて進行波を発生させる超音波発生装置からなることを特徴とする。
【0013】
請求項7の発明は、請求項5又は6の発明において、超音波センサは各超音波検知素子から出力される電気信号を増幅する増幅器を備えており、前記調整手段は、これらの増幅器の増幅度を変えることで各超音波検知素子で変換される電気信号同士の差を小さくすることを特徴とする。
【0014】
請求項8の発明は、請求項5又は6の発明において、超音波センサは各超音波検知素子から出力される電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、当該デジタル信号を演算処理する演算処理手段とを備えており、前記調整手段は、演算処理手段における演算処理によって前記電気信号同士の差を小さくすることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0016】
図1は本実施形態における調整装置Aのブロック図、図2は調整対象となる超音波センサSのブロック図をそれぞれ示している。
【0017】
超音波センサSは、複数の超音波検知素子を1次元又は2次元的に一定の間隔で配置したアレイからなる超音波検知部10と、各超音波検知素子の出力(アナログの電気信号)を増幅する複数の増幅器からなる増幅部11と、増幅部11で増幅されたアナログの出力信号をデジタル信号に変換する複数のA/D変換器からなるA/D変換部12と、CPUを主構成要素とする演算処理部13とを備えている。この超音波センサSでは、対象物に反射した超音波を超音波検知部10の各超音波検知素子で受波して電気信号に変換し、増幅部11で増幅した後にA/D変換部12にてデジタル信号に変換して演算処理部13に取り込み、演算処理部13にてデジタル信号(出力信号)を演算処理することで対象物までの距離や形状を認識することができる。但し、対象物までの距離や形状の認識のために演算処理部13で行われる演算処理については本発明の要旨ではなく、また従来周知でもあるから詳細な説明は省略する。
【0018】
ここで、超音波検知素子の一例を図3に示す。超音波検知素子は半導体の微細加工技術を用いて形成されるものであって、SOI基板からなる枠部20の中央に薄肉部21が設けられたダイヤフラム構造を有し、超音波の音圧による薄肉部21の歪みを圧電層22にて電気信号に変換している。なお、圧電層22は、例えばPZTやZnO等の圧電効果を有する薄膜又はピエゾ抵抗からなり、薄肉部21並びに枠部20の表面に形成されている。
【0019】
調整装置Aは、超音波センサAの超音波検知素子に対して単一周波数の超音波を送波する複数の超音波送波素子を1次元又は2次元的に一定の間隔で配置したアレイからなる超音波音源1と、超音波センサSの増幅部11から出力される各超音波検知素子の出力信号を切り換えて出力する切換部2と、切換部2から出力する出力信号をA/D変換するA/D変換部3と、CPUを主構成要素としA/D変換部3で変換されたデジタルの出力信号を取り込んで後述する調整処理を実行するとともに切換部2の切換動作を制御する制御部4とを備えている。
【0020】
ここで、単一周波数の超音波を送波可能は超音波音源1として、特開平11−300274号公報に記載されている超音波発生装置を用いている。この超音波発生装置は、ジュール熱を発生する電気抵抗体あるいはペルチエ効果による発熱/吸熱を行うペルチエ素子からなる発熱体薄膜が熱絶縁膜を介してシリコン基板上に形成されてなり、発熱体薄膜の両端部に超音波周波数の駆動信号を入力することで発熱体薄膜の表面に接する空気層に進行波(超音波)を発生するものである。すなわち、圧電効果や磁歪効果による機械的振動を利用して超音波を発生するものでは、図4(b)に示すように駆動信号の周波数f0だけでなく、その近傍の周波数の超音波も同時に発生していたが、上記公報に開示されている超音波発生装置では、その発生原理から明らかなように、駆動信号の周波数f0のみ、つまり図4(a)に示すような単一周波数f0の超音波を発生させることができる。
【0021】
而して、本実施形態における超音波音源1は上述の超音波発生装置を1次元又は2次元的に一定の間隔で配置して構成され、制御部4から与えられる駆動信号で個々の超音波発生装置から個別に超音波が送波可能となっている。
【0022】
次に、本実施形態の調整装置の動作(超音波センサSの感度調整方法)について図5のフローチャートを参照して説明する。まず、超音波センサSの超音波検知部10における各超音波検知素子と調整装置Aの超音波音源1における各超音波送波素子とを対向させて配置し、超音波センサSの超音波検知部10を受波可能な状態とするとともに、超音波センサSの増幅部11の各出力を調整装置Aの切換部2に取り込み可能とする。
【0023】
調整作業を開始すると、調整装置Aの制御部4はカウンタのカウント値nを1に初期化(ステップ1)した後、超音波音源1の最初の超音波送波素子から単一周波数の超音波を送波させる(ステップ2)。この超音波は超音波センサSの超音波検知部10における当該超音波送波素子と対向配置された超音波検知素子で受波され、増幅部11で増幅される。そして、制御部4は切換部2を切り換え(ステップ3)、増幅部11で増幅された出力信号をA/D変換部3でデジタル信号に変換して取り込むとともにメモリに保存する(ステップ4)。それから、制御部4はカウント値nが超音波センサSの超音波検知部10における超音波検知素子の個数Nに一致するか否かを判別し(ステップ5)、一致しなければカウント値nをカウントアップ(ステップ6)し、超音波音源1の2番目の超音波送波素子から単一周波数の超音波を送波させる(ステップ2)。以降、カウント値nが個数Nに一致するまで、すなわち、超音波検知部10における全ての超音波検知素子に対して単一周波数の超音波の送波・受波が完了するまでステップ2〜ステップ4の処理を繰り返す。
【0024】
カウント値nが個数Nに一致すれば、制御部4はメモリに保存した出力信号の最大値を求め(ステップ7)、この最大値に対する各出力信号の比(感度比)を求める(ステップ8)とともに、各々の感度比が等しくなるように各超音波検知素子に対応する調整値を求める(ステップ9)。この調整値に基づいて超音波センサSの増幅部11における各増幅器の増幅度やオフセット値を調整することで複数の超音波検知素子の感度差を減少させることができる。ここで、超音波検知素子で受波される超音波は単一周波数f0の超音波であるから、個々の超音波検知素子における共振周波数のばらつきに影響されることなしに単一周波数f0に対する感度差を減少させることができるものである。なお、増幅部11における増幅器の増幅度やオフセット値を調整する具体的方法としては、例えば、増幅器に設けられている可変抵抗の抵抗値を変化させる方法などが考えられる。
【0025】
上述のように本実施形態の調整装置A及び調整方法によれば、超音波センサSの超音波検知部10における個々の超音波検知素子に対して超音波音源1より単一周波数の超音波を送波し、それぞれの超音波検知素子にて単一周波数の超音波を受波させ、各超音波検知素子で変換される出力信号同士の差(感度差)が小さくなるように出力信号を調整するため、複数の超音波検知素子同士の共振周波数のばらつきに起因した超音波センサSの感度誤差を容易且つ高い精度で調整することが可能である。また、本実施形態では増幅部11における各増幅器の増幅度やオフセット値を変化させるというようにハードウェア上の処理によって感度調整を高速に行うことができる。但し、このようなハードウェア上の処理を行う代わりに、調整装置Aの制御部4で求めた調整値を超音波センサSの演算処理部13に与え、演算処理部13においてソフトウェア上の処理で感度調整を行うようにすることも可能であり、このようにすれば上記ハードウェア上の処理に比べて調整に要する時間は増えるものの調整作業自体は容易になるという利点がある。
【0026】
【発明の効果】
請求項1の発明は、複数の超音波検知素子を1次元又は2次元的に一定の間隔で配置し各超音波検知素子で受波した超音波を電気信号に変換する超音波センサにおいて各超音波検知素子の感度を調整する感度調整方法であって、個々の超音波検知素子に対して超音波音源より単一周波数の超音波を送波し、それぞれの超音波検知素子にて当該超音波を受波させ、各超音波検知素子で変換される電気信号同士の差が小さくなるように当該電気信号を調整することを特徴とし、複数の超音波検知素子同士の共振周波数のばらつきに起因した超音波センサの感度誤差を容易且つ高い精度で調整可能な調整方法が提供できる。
【0027】
なお、前記超音波音源には、請求項2の発明のように、基板上に熱絶縁層を介して発熱体薄膜が設けられ、発熱体薄膜を電気的に駆動することで発熱体薄膜表面に接する空気の温度を強制的に変化させて進行波を発生させる超音波発生装置を用いればよい。
【0028】
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、超音波センサは各超音波検知素子から出力される電気信号を増幅する増幅器を備えており、これらの増幅器の増幅度を変えることで各超音波検知素子で変換される電気信号同士の差を小さくすることを特徴とし、ハードウェア上の処理によって感度調整を高速に行うことができる。
【0029】
請求項4の発明は、請求項1又は2の発明において、超音波センサは各超音波検知素子から出力される電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、当該デジタル信号を演算処理する演算処理手段とを備えており、演算処理手段における演算処理によって前記電気信号同士の差を小さくすることを特徴とし、ソフトウェア上の処理によって感度調整を容易に行うことができる。
【0030】
請求項5の発明は、複数の超音波検知素子を1次元又は2次元的に一定の間隔で配置し各超音波検知素子で受波した超音波を電気信号に変換する超音波センサにおいて各超音波検知素子の感度を調整する感度調整装置であって、個々の超音波検知素子に対して単一周波数の超音波を送波する超音波音源と、それぞれの超音波検知素子にて前記超音波を変換して得られる電気信号同士の差が小さくなるように当該電気信号を調整する調整手段とを備えたことを特徴とし、複数の超音波検知素子同士の共振周波数のばらつきに起因した超音波センサの感度誤差を容易且つ高い精度で調整可能な調整装置が提供できる。
【0031】
なお、前記超音波音源は、請求項6の発明のように、基板上に熱絶縁層を介して発熱体薄膜が設けられ、発熱体薄膜を電気的に駆動することで発熱体薄膜表面に接する空気の温度を強制的に変化させて進行波を発生させる超音波発生装置からなることが望ましい。
【0032】
請求項7の発明は、請求項5又は6の発明において、超音波センサは各超音波検知素子から出力される電気信号を増幅する増幅器を備えており、前記調整手段は、これらの増幅器の増幅度を変えることで各超音波検知素子で変換される電気信号同士の差を小さくすることを特徴とし、ハードウェア上の処理によって感度調整を高速に行うことができる。
【0033】
請求項8の発明は、請求項5又は6の発明において、超音波センサは各超音波検知素子から出力される電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、当該デジタル信号を演算処理する演算処理手段とを備えており、前記調整手段は、演算処理手段における演算処理によって前記電気信号同士の差を小さくすることを特徴とし、ソフトウェア上の処理によって感度調整を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態における調整装置を示すブロック図である。
【図2】同上の調整対象となる超音波センサを示すブロック図である。
【図3】同上の超音波センサの超音波検知素子を示す断面図である。
【図4】同上における超音波音源の動作説明図である。
【図5】同上の調整装置の動作説明用のフローチャートである。
【符号の説明】
1 超音波音源
2 切換部
3 A/D変換部
4 制御部
Claims (8)
- 複数の超音波検知素子を1次元又は2次元的に一定の間隔で配置し各超音波検知素子で受波した超音波を電気信号に変換する超音波センサにおいて各超音波検知素子の感度を調整する感度調整方法であって、個々の超音波検知素子に対して超音波音源より単一周波数の超音波を送波し、それぞれの超音波検知素子にて当該超音波を受波させ、各超音波検知素子で変換される電気信号同士の差が小さくなるように当該電気信号を調整することを特徴とする超音波センサの感度調整方法。
- 基板上に熱絶縁層を介して発熱体薄膜が設けられ、発熱体薄膜を電気的に駆動することで発熱体薄膜表面に接する空気の温度を強制的に変化させて進行波を発生させる超音波発生装置を前記超音波音源に用いることを特徴とする請求項1記載の超音波センサの感度調整方法。
- 超音波センサは各超音波検知素子から出力される電気信号を増幅する増幅器を備えており、これらの増幅器の増幅度を変えることで各超音波検知素子で変換される電気信号同士の差を小さくすることを特徴とする請求項1又は2記載の超音波センサの感度調整方法。
- 超音波センサは各超音波検知素子から出力される電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、当該デジタル信号を演算処理する演算処理手段とを備えており、演算処理手段における演算処理によって前記電気信号同士の差を小さくすることを特徴とする請求項1又は2記載の超音波センサの感度調整方法。
- 複数の超音波検知素子を1次元又は2次元的に一定の間隔で配置し各超音波検知素子で受波した超音波を電気信号に変換する超音波センサにおいて各超音波検知素子の感度を調整する感度調整装置であって、個々の超音波検知素子に対して単一周波数の超音波を送波する超音波音源と、それぞれの超音波検知素子にて前記超音波を変換して得られる電気信号同士の差が小さくなるように当該電気信号を調整する調整手段とを備えたことを特徴とする超音波センサの感度調整装置。
- 前記超音波音源は、基板上に熱絶縁層を介して発熱体薄膜が設けられ、発熱体薄膜を電気的に駆動することで発熱体薄膜表面に接する空気の温度を強制的に変化させて進行波を発生させる超音波発生装置からなることを特徴とする請求項5記載の超音波センサの感度調整装置。
- 超音波センサは各超音波検知素子から出力される電気信号を増幅する増幅器を備えており、前記調整手段は、これらの増幅器の増幅度を変えることで各超音波検知素子で変換される電気信号同士の差を小さくすることを特徴とする請求項5又は6記載の超音波センサの感度調整装置。
- 超音波センサは各超音波検知素子から出力される電気信号をデジタル信号に変換するA/D変換手段と、当該デジタル信号を演算処理する演算処理手段とを備えており、前記調整手段は、演算処理手段における演算処理によって前記電気信号同士の差を小さくすることを特徴とする請求項5又は6記載の超音波センサの感度調整装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002287773A JP2004125514A (ja) | 2002-09-30 | 2002-09-30 | 超音波センサの感度調整方法並びに感度調整装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002287773A JP2004125514A (ja) | 2002-09-30 | 2002-09-30 | 超音波センサの感度調整方法並びに感度調整装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004125514A true JP2004125514A (ja) | 2004-04-22 |
Family
ID=32280462
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002287773A Withdrawn JP2004125514A (ja) | 2002-09-30 | 2002-09-30 | 超音波センサの感度調整方法並びに感度調整装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2004125514A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010278582A (ja) * | 2009-05-27 | 2010-12-09 | Canon Inc | 容量型機械電気変換素子 |
WO2010147239A2 (en) | 2009-06-19 | 2010-12-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Electromechanical transducer and method for detecting sensitivity variation of electromechanical transducer |
WO2011021358A2 (en) | 2009-08-19 | 2011-02-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Capacitive electromechanical transducer apparatus and method for adjusting its sensitivity |
WO2011070775A1 (en) | 2009-12-11 | 2011-06-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoacoustic apparatus and method for controlling the same |
JPWO2017212786A1 (ja) * | 2016-06-07 | 2018-06-14 | 株式会社テイエルブイ | センサ装置及びセンサの補正方法 |
CN114553324A (zh) * | 2020-11-18 | 2022-05-27 | 北京小米移动软件有限公司 | 消除谐振频率干扰的方法、装置、移动终端及存储介质 |
-
2002
- 2002-09-30 JP JP2002287773A patent/JP2004125514A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010278582A (ja) * | 2009-05-27 | 2010-12-09 | Canon Inc | 容量型機械電気変換素子 |
US8256302B2 (en) | 2009-05-27 | 2012-09-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Capacitive electro-mechanical transducer |
WO2010147239A2 (en) | 2009-06-19 | 2010-12-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Electromechanical transducer and method for detecting sensitivity variation of electromechanical transducer |
WO2010147239A3 (en) * | 2009-06-19 | 2011-03-31 | Canon Kabushiki Kaisha | Electromechanical transducer and method for detecting sensitivity variation of electromechanical transducer |
CN102458693A (zh) * | 2009-06-19 | 2012-05-16 | 佳能株式会社 | 机电变换器和用于检测机电变换器的灵敏度变化的方法 |
US9321080B2 (en) | 2009-06-19 | 2016-04-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Electromechanical transducer and method for detecting sensitivity variation of electromechanical transducer |
WO2011021358A2 (en) | 2009-08-19 | 2011-02-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Capacitive electromechanical transducer apparatus and method for adjusting its sensitivity |
US8869622B2 (en) | 2009-08-19 | 2014-10-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Capacitive electromechanical transducer apparatus and method for adjusting its sensitivity |
WO2011070775A1 (en) | 2009-12-11 | 2011-06-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoacoustic apparatus and method for controlling the same |
US9173633B2 (en) | 2009-12-11 | 2015-11-03 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoacoustic apparatus and method for controlling the same |
JPWO2017212786A1 (ja) * | 2016-06-07 | 2018-06-14 | 株式会社テイエルブイ | センサ装置及びセンサの補正方法 |
CN114553324A (zh) * | 2020-11-18 | 2022-05-27 | 北京小米移动软件有限公司 | 消除谐振频率干扰的方法、装置、移动终端及存储介质 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhou et al. | Epitaxial PMnN-PZT/Si MEMS ultrasonic rangefinder with 2 m range at 1 V drive | |
JP5878345B2 (ja) | 面積の大きい超音波接触画像処理 | |
US9101958B2 (en) | Electromechanical transducer | |
WO2018155276A1 (ja) | 超音波センサ | |
JP2010539442A (ja) | 存在検出のための薄膜検出器 | |
JP2011120794A5 (ja) | ||
EP1915221B1 (en) | Ultrasound transducer arrays | |
Liu et al. | Fabrication and characterization of row-column addressed pMUT array with monocrystalline PZT thin film toward creating ultrasonic imager | |
JP2002209894A (ja) | 超音波用探触子 | |
JP2004125514A (ja) | 超音波センサの感度調整方法並びに感度調整装置 | |
JP2007057287A (ja) | 弾性表面波デバイス | |
JP4228827B2 (ja) | 圧電型超音波センサ及びその共振周波数調節方法 | |
WO2012086125A1 (ja) | 発振装置および電子機器 | |
JP5776542B2 (ja) | 超音波プローブおよび超音波検査装置 | |
JP7024550B2 (ja) | 超音波センサー、及び超音波装置 | |
WO2006126401A1 (ja) | 圧電共振型センサ素子の振動制御装置 | |
JP2018179626A (ja) | 超音波受信器 | |
JP2019176292A (ja) | 超音波センサー、及び超音波装置 | |
JP2013093760A (ja) | 超音波プローブおよび超音波検査装置 | |
Suzuki et al. | Supersensitive ultrasound probes for medical imaging by piezoelectric MEMS with complemented transmitting and receiving transducers | |
Sarafianou et al. | Long-Range High-Resolution Imaging With Silicon-on-Nothing ScAlN pMUTs | |
JPH1056690A (ja) | 超音波トランスデューサ | |
Sadeghpour et al. | Coupled piezoelectric bulk-micromachined ultrasound trasndcuer (cpb-mut): An ultrasound transducer with enhanced pressure response in liquid and dense medium | |
Gupta et al. | Data-Over-Sound With PMUTs | |
JP2005201910A (ja) | 物体センサ |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060110 |