JP2007085867A

JP2007085867A - 超音波送信器の駆動方法並びに駆動装置

Info

Publication number: JP2007085867A
Application number: JP2005274515A
Authority: JP
Inventors: Koji Inoue; 幸二井上; Kyoko Ikoma; 京子生駒; Michio Nishimura; 三千雄西村
Original assignee: PROASSIST KK; Osaka Prefecture; Proassist Ltd
Current assignee: PROASSIST KK; Osaka Prefecture; Proassist Ltd
Priority date: 2005-09-21
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2007-04-05

Abstract

【課題】
送信器を大型化することなく残響特性を改善することのできる超音波送信器の駆動方法並びに駆動装置を提供する。
【解決手段】
圧電振動子１に、超音波を発生させるための駆動信号として複数の矩形波パルスを供給した直後に、駆動信号と逆位相で且つ駆動信号よりも少ないパルス数の制御信号を供給することで、圧電振動子１の残響を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波送信器として圧電振動子を用いた超音波送信器の駆動方法並びに駆動装置に関する。

近年、障害物の有無や車両と障害物との距離を知らせる装置として、超音波を利用した障害物検知システムが実用化されている。このようなシステムに用いられる超音波送信器には、その送信器としての機能から残響の小さいものが望まれるが、特に車両用の障害物検知システムのように、パルス駆動によって連続的に障害物までの距離を測定することが要求される場合には、残響特性に対する改善要求が大きい。そこで、残響特性を改善するために超音波を発生する圧電振動子を２つ用いたものがある（特許文献１参照）。

この従来例は、図４に示すように、金属製の筐体４０における筐体振動面内側４０ａに、超音波を発生させるための圧電振動子４１が装着されている。さらに、圧電振動子４１が装着された筐体振動面に対向する面となる筐体内対向面４０ｂにも、圧電振動子４１と同一の圧電振動子４２が装着されている。ここで圧電振動子４１及び圧電振動子４２は、筐体４０との接触面が同じ極性となるように装着されている。また、筐体振動面内側４０ａと筐体内対向面４０ｂは、それらの中心にある軸Ａに対して対称な形状となっている。そして、筐体４０と、圧電振動子４１及び圧電振動子４２の筐体接触面と反対側の面とには、それぞれリード線４３が接続されており、このリード線４３に電圧信号を入力することによって、圧電振動子４１及び圧電振動子４２を駆動するように構成されている。尚、筐体４０内の空いた空間は、柔軟性充填材４４で満たされている。

筐体４０に接続されたリード線４３を接地し、圧電振動子４１と圧電振動子４２に接続されたリード線４３に対して同時に同一の電圧信号を入力した場合、圧電振動子４１及び圧電振動子４２は、図４（ｂ）に示すように、軸Ａに対して対称に振動する。従って、筐体振動面外周部４０ｃにおいては、圧電振動子４１による振動と圧電振動子４２による振動が逆位相となって打ち消し合うこととなり、筐体振動面外周部４０ｃの振動が抑制される。これにより、超音波送信器は、筐体４０と超音波送信器の取付部品（図示せず）との間に振動吸収体を挿入しなくとも、残響特性の劣化が抑制されたドリフトの小さい超音波送信器となる。
特開２００４−２９７２１９号公報

しかしながら、従来の超音波送信器では、残響特性を改善するために圧電振動子を２つ用いているので、送信器自体が大型になってしまうという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みて為されたもので、送信器を大型化することなく残響特性を改善することのできる超音波送信器の駆動方法並びに駆動装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、電圧信号から成る駆動信号を圧電振動子に供給することで超音波を発生させる超音波送信器の駆動方法であって、電圧が周期的に変化する駆動信号を供給した直後に駆動信号と逆位相の制御信号を供給することを特徴とする。

請求項２の発明は、上記目的を達成するために、電圧信号から成る駆動信号を圧電振動子に供給することで超音波を発生させる超音波送信器の駆動方法であって、電圧が周期的に変化する複数のパルスから成る駆動信号を供給した直後に、駆動信号と逆位相の駆動信号よりも少ない数のパルスと振幅が時間的に変動する電圧信号とから成る制御信号を供給することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、駆動信号は、圧電振動子の共振周波数からずらした周波数をもつ複数のパルスから成り、制御信号は、駆動信号よりも少ない数のパルスから成ることを特徴とする。

請求項４の発明は、上記目的を達成するために、電圧信号から成る駆動信号を圧電振動子に供給することで超音波を発生させる超音波送信器の駆動装置であって、圧電振動子に供給する電圧信号を制御する制御手段を備え、制御手段は、電圧が周期的に変化する駆動信号を供給した直後に駆動信号と逆位相の制御信号を供給することを特徴とする。

請求項５の発明は、上記目的を達成するために、電圧信号から成る駆動信号を圧電振動子に供給することで超音波を発生させる超音波送信器の駆動装置であって、電圧が周期的に変化する複数のパルスから成る駆動信号を供給した直後に、駆動信号と逆位相の駆動信号よりも少ない数のパルスと振幅が時間的に変動する電圧信号とから成る制御信号を供給することを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項４の発明において、駆動信号は、圧電振動子の共振周波数からずらした周波数をもつ複数のパルスから成り、制御信号は、駆動信号よりも少ない数のパルスから成ることを特徴とする。

請求項１、４の発明によれば、電圧が周期的に変化する駆動信号を供給した直後に駆動信号と逆位相の制御信号を供給するので、駆動信号による圧電振動子の機械的振動の方向と逆方向の力を作用させて急制動をかけることで、圧電振動子の残響時間を短くすることができ、したがって残響特性が改善される。

請求項２、５の発明によれば、電圧が周期的に変化する複数のパルスから成る駆動信号を供給した直後に、駆動信号よりも少ない数の駆動信号と逆位相のパルスと振幅が時間的に変動する電圧信号とから成る制御信号を供給するので、過制動することなく残響特性が改善される。

請求項３、６の発明によれば、圧電振動子の共振周波数からずらした周波数をもつ複数のパルスを駆動信号として、制御信号を駆動信号よりも少ない数のパルスにすることで、過制動することなく残響特性が改善される。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態の超音波送信器の駆動装置は、圧電振動子１と、圧電振動子１に供給する駆動信号及び制御信号を制御する制御手段２と、圧電振動子１に供給する駆動信号及び制御信号を増幅するドライバ回路３とを備えている。

制御手段２は、マイコンでプログラムを実行することで実現される制御部２ｃを備え、駆動信号及び制御信号の波形データを記憶したメモリ２ａがマイコンに搭載されている。またデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換部２ｂを備えている。制御部２ｃは、メモリ２ａから駆動信号及び制御信号の波形データを読み出し、該波形データに基づいてＤ／Ａ変換部２ｂでアナログ信号に変換してドライバ回路３に出力する。そしてドライバ回路３で圧電振動子１を振動させるために所定の出力まで増幅して圧電振動子１に出力することで、圧電振動子１の駆動及び残響の制御を行う。

駆動信号は、圧電振動子１の共振周波数と同じ周波数を持つ矩形波パルスを用いており、パルス数は任意に変更することができる。制御信号は、駆動信号と逆位相の矩形波パルスと、振幅が時間的に変動する電圧信号を用いており、逆位相の矩形波パルスは駆動信号に続けて駆動信号を半波長ずらして送信することで実現する。

以下、本実施例の構成による実測結果を図２並びに図３に示す。図２は駆動信号として２パルスを用いた場合を示し、図３は駆動信号として８パルスを用いた場合を示している。尚、いずれの図も縦軸が信号出力、横軸が時間を表しており、駆動信号及び制御信号の周波数は、図３（ｅ）を除いて全て圧電振動子１の共振周波数と同じ周波数である。

２パルスによる駆動信号の場合、制御信号として逆位相の２パルス（図２（ｃ）参照）を用いて制御信号が無い場合と比較してみると（図２（ｂ）、（ｄ）参照）、わずかながら残響抑制の効果が得られるが、逆位相のパルスによる過制動の成分が見られる。そこで、制御信号として逆位相の１パルスと振幅が時間的に変動する電圧信号（図２（ｅ）参照）を用いて、制御信号が無い場合と比較してみると（図２（ｂ）、（ｆ）参照）、残響が大きく抑制されており、さらに制御信号による過制動の成分も見受けられない。

８パルスによる駆動信号の場合、制御信号として逆位相の４パルス（図３（ｃ）参照）を用いて制御信号が無い場合と比較してみると（図３（ｂ）、（ｄ）参照）、制御信号によって多少の残響抑制の効果が得られているが、図３（ｄ）の中央付近において残響成分が残っており、十分に残響が抑制されてはいない。そこで、制御信号として逆位相の４パルスを用いるのはそのままで、駆動信号及び制御信号の周波数を圧電振動子１の共振周波数から少しずらした周波数にし制御信号が無い場合と比較してみると（図３（ｂ）、（ｅ）参照）、図３（ｄ）で見られた残響成分も見られず、十分な残響抑制効果が得られる。

上述のように、圧電振動子１の駆動信号として複数の矩形波パルスを用いる場合、制御信号として駆動信号の逆位相の矩形波パルスを用いるだけでなく、駆動信号よりも少ないパルス数で制御を行うことで過制動を抑えることができ、更に振幅が時間的に変動する電圧信号を適宜加えることで残響の抑制効果を高めることができる。また、圧電振動子１の共振周波数から少しずらした周波数の駆動信号及び制御信号を用いることで、超音波出力に影響を与えることなく、十分な残響抑制効果を得ることができる。

尚、本発明の実施形態では駆動信号及び制御信号の一部として矩形波パルスを用いたが、周期的に変化する信号であればこれに限定される必要は無く、例えば正弦波等を駆動信号及び制御信号として用いても構わない。更に、制御信号は周期的に変化する信号でなくてもよい。

本発明の実施形態の超音波送信器の駆動装置を示すブロック図である。２パルスで駆動した場合の実測結果であって、（ａ）は制御無しの駆動信号の波形図で、（ｂ）は（ａ）の駆動信号による超音波の送信波形図で、（ｃ）は駆動信号と逆位相の２パルスを制御信号とした波形図で、（ｄ）は（ｃ）の駆動信号による超音波の送信波形図で、（ｅ）は駆動信号と逆位相の１パルスと振幅が時間的に変動する電圧信号を制御信号とした波形図で、（ｆ）は（ｅ）の駆動信号による超音波の送信波形図である。８パルスで駆動した場合の実測結果であって、（ａ）は制御なしの駆動信号の波形図で、（ｂ）は（ａ）の駆動信号による超音波の送信波形図で、（ｃ）は駆動信号と逆位相の４パルスを制御信号とした波形図で、（ｄ）は（ｃ）の駆動信号による超音波の送信波形図で、（ｅ）は圧電振動子の共振周波数からずらした周波数をもつパルスを駆動信号及び制御信号とした場合の超音波の送信波形図である。従来の超音波送信器の構成を表す断面図である。

符号の説明

１圧電振動子
２制御手段

Claims

電圧信号から成る駆動信号を圧電振動子に供給することで超音波を発生させる超音波送信器の駆動方法であって、電圧が周期的に変化する駆動信号を供給した直後に駆動信号と逆位相の制御信号を供給することを特徴とする超音波送信器の駆動方法。
電圧信号から成る駆動信号を圧電振動子に供給することで超音波を発生させる超音波送信器の駆動方法であって、電圧が周期的に変化する複数のパルスから成る駆動信号を供給した直後に、駆動信号と逆位相の駆動信号よりも少ない数のパルスと振幅が時間的に変動する電圧信号とから成る制御信号を供給することを特徴とする超音波送信器の駆動方法。
前記駆動信号は、圧電振動子の共振周波数からずらした周波数をもつ複数のパルスから成り、前記制御信号は、駆動信号よりも少ない数のパルスから成ることを特徴とする請求項１記載の超音波送信器の駆動方法。
電圧信号から成る駆動信号を圧電振動子に供給することで超音波を発生させる超音波送信器の駆動装置であって、圧電振動子に供給する電圧信号を制御する制御手段を備え、制御手段は、電圧が周期的に変化する駆動信号を供給した直後に駆動信号と逆位相の制御信号を供給することを特徴とする超音波送信器の駆動装置。
電圧信号から成る駆動信号を圧電振動子に供給することで超音波を発生させる超音波送信器の駆動装置であって、電圧が周期的に変化する複数のパルスから成る駆動信号を供給した直後に、駆動信号と逆位相の駆動信号よりも少ない数のパルスと振幅が時間的に変動する電圧信号とから成る制御信号を供給することを特徴とする超音波送信器の駆動装置。
前記駆動信号は、圧電振動子の共振周波数からずらした周波数をもつ複数のパルスから成り、前記制御信号は、駆動信号よりも少ない数のパルスから成ることを特徴とする請求項４記載の超音波送信器の駆動装置。