JP7020107B2

JP7020107B2 - 駆動回路

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Publication number: JP7020107B2
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Authority: JP
Inventors: 学加藤
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Description

本発明は、互いに等しい静電容量を有する第１の圧電素子と第２の圧電素子とが超音波トランスデューサの振動面となるダイアフラムに接着されてモノモルフ素子を構成し、上記超音波トランスデューサを駆動する駆動回路に関する。

従来、超音波の送受信に超音波トランスデューサが利用されてきた。超音波トランスデューサの一例として圧電素子を用いたものがある。この種の超音波トランスデューサでは、例えば、圧電素子が有する一対の電極のうち、一方の電極はグランド等の共通電位に接続され、他方の電極に駆動電圧が印加される。また、超音波トランスデューサには、複数の駆動信号が印加されるように構成されているものもある（例えば特許文献１及び２）。

特許文献１には、超音波トランスデューサが開示されている。この超音波トランスデューサは、圧電素子を構成する圧電体を挟んで互いに対向する一対の電極に、互いに逆相となる電圧が印加されることにより、上記一対の電極のうちの一方の電極をグランドに接続した場合に比べて、一対の電極の電極間電位差の振幅が最大で２倍となり、音圧を大きく取れるように構成している。

特許文献２には、超音波フェイズドアレイ送受波器が開示されている。この超音波フェイズドアレイ送受波器は、二次元アレイ状に配置された圧電素子を複数のグループに分け、各グループごとに互いに異なる位相で駆動する、又は、互いに異なる遅れ時間を有する受信信号を加算することにより、送受信の指向性を持たせている。

特表２０１２－５１１３７９号公報特開２００７－２４０４８７号公報

上述した圧電素子が有する一対の電極のうち、一方の電極はグランド等の共通電位に接続され、他方の電極に駆動電圧が印加される超音波トランスデューサでは、駆動信号ラインよりノイズを放出し易い。また、受信時にも、一対の電極から受信回路の入力までの回路が等価ではないため、ノイズの混入の仕方がアンバランスであり、受信回路でのノイズ除去が困難である。特許文献１に記載の技術は、一対の電極のうちの一方の電極をグランドに接続した場合に比べて、一対の電極の電極間に電源電圧に対して最大２倍の電圧が印加可能となり、出力音圧の向上が図られているが、受信感度については向上されていない。特許文献２に記載の技術は、水中ソナーのフェイズドアレイ方式による送受信器に関する技術であり、送信音圧や受信感度の向上、送信時の放出ノイズの低減や受信ノイズの低減に関するものではない。

そこで、ノイズの放出を抑制でき、受信感度を向上できる超音波トランスデューサの駆動回路が求められる。

本発明に係る駆動回路の特徴構成は、互いに等しい静電容量を有する第１の圧電素子と第２の圧電素子とが超音波トランスデューサの振動面となるダイアフラムに接着されてモノモルフ素子を構成し、前記超音波トランスデューサを駆動する駆動回路において、前記第１の圧電素子及び前記第２の圧電素子の夫々が有する互いに対向する一対の電極のうち、一方の電極がいずれも第１の基準電位に接続され、前記第１の圧電素子及び前記第２の圧電素子の夫々の前記一対の電極間に電圧を印加した時の前記振動面の変位の前記一対の電極のうちの他方の電極への印加電圧依存性が互いに逆方向となり、前記第１の圧電素子及び前記第２の圧電素子の夫々の前記他方の電極に接続された、前記第１の基準電位に対して互いに対称構成をなす回路を介して互いに逆相となる駆動電圧又は駆動電流が供給され、前記第１の圧電素子及び前記第２の圧電素子の夫々の電極間容量を構成の一部とする並列共振回路を有し、前記第１の圧電素子及び前記第２の圧電素子の夫々の前記他方の電極は、前記第１の基準電位に対して直流的に接続されており、前記駆動電圧は、前記第１の基準電位と同じ電位である第２の基準電位に対して互いに対称であり、又は、前記駆動電流の少なくとも交流成分は互いに大きさが等しく、極性が逆である点にある。

このような特徴構成とすれば、駆動信号の入力端から見た、第１の圧電素子を含む回路と第２の圧電素子を含む回路とが等価となるので、駆動時は第１の圧電素子と第２の圧電素子との駆動入力ラインで略同じ大きさで反転した電圧となり、単一の圧電素子の駆動時に比べて駆動力向上による出力音圧の向上が可能となると同時に、駆動時の放出ノイズを低減することが可能となる。また、受信時には、第１の圧電素子と第２の圧電素子との出力の差分を受信することにより、単一の圧電素子の場合に比べて受信感度が上がると同時に、受信信号が互いに等価の回路を経由するためノイズが略等しくなり、受信回路を差動増幅器等の作動入力とすることによりノイズの抑制が可能となる。また、第１の圧電素子及び第２の圧電素子の夫々が有する一対の電極のうちの他方の電極は第１の基準電位に対して電気的に導通されているため、駆動後における受信時の受信回路への入力の直流成分を抑制でき、交流成分の入力が安定する。このように、上記特徴構成によれば、ノイズの放出を抑制でき、受信感度を向上できる超音波トランスデューサの駆動回路を実現できる。

なお、通常、超音波トランスデューサは超音波の送信のみでなく、超音波の受信にも用いられる。ここで、受信信号は小さいため、駆動電圧又は駆動電流の周波数を超音波トランスデューサのダイアフラムの共振周波数を互いに近い周波数に設定することで、送信音圧と受信感度の向上を図ることができる。また、圧電素子が有する一対の電極間の容量（静電容量）を回路の一部として並列共振回路を設け、並列共振回路の共振周波数と駆動周波数とを互いに近い周波数に設定することで、送信音圧と受信感度の向上を図ることができる。

また、駆動回路は、前記第１の圧電素子の前記他方の電極と前記第２の圧電素子の前記他方の電極とが１つのコンデンサを介して互いに接続され、前記第１の圧電素子の前記他方の電極と前記第２の圧電素子の前記他方の電極とが、夫々インダクタを介して前記第１の基準電位に接続され、前記第１の圧電素子の前記他方の電極と前記第２の圧電素子の前記他方の電極とが、夫々抵抗器を介して前記第１の基準電位に接続されると好適である。

このような構成とすれば、抵抗器を介して第１の圧電素子の他方の電極と第２の圧電素子の他方の電極とが、夫々第１の基準電位と導通が取れるため、双方の並列共振回路のコンデンサを１つにでき、駆動回路を形成する基板を小型化できる。また、対称構成となる並列共振回路の結合がより高まり、第１の圧電素子の他方の電極に印加される電圧と第２の圧電素子の他方の電極に印加される電圧との相対的な位相ずれが低減され、出力信号の相対的な位相ずれも低減できる。このため、効率的な駆動と受信感度の劣化を抑制できる。

また、駆動回路は、前記第１の圧電素子の前記他方の電極と前記第２の圧電素子の前記他方の電極とが１つのインダクタを介して互いに接続され、前記第１の圧電素子の前記他方の電極と前記第２の圧電素子の前記他方の電極とが、夫々抵抗器を介して前記第１の基準電位に接続されていても良い。

このような構成とすれば、抵抗器を介して第１の圧電素子の他方の電極と第２の圧電素子の他方の電極とが、夫々第１の基準電位と導通が取れるため、双方の並列共振回路のインダクタを１つにでき、駆動回路を形成する基板を小型化できる。また、対称構成となる並列共振回路の結合がより高まり、第１の圧電素子の他方の電極に印加される電圧と第２の圧電素子の他方の電極に印加される電圧との相対的な位相ずれが低減され、出力信号の相対的な位相ずれも低減できる。このため、効率的な駆動と受信感度の劣化を抑制できる。

更に、駆動回路は、前記第１の圧電素子の前記他方の電極と前記第２の圧電素子の前記他方の電極とが１つの抵抗器を介して互いに接続され、前記第１の圧電素子の前記他方の電極と前記第２の圧電素子の前記他方の電極とが、夫々インダクタを介して前記第１の基準電位に接続されていても良い。

このような構成とすれば、インダクタを介して第１の圧電素子の他方の電極と第２の圧電素子の他方の電極とが、夫々第１の基準電位と導通が取れるため、双方の並列共振回路の抵抗器を１つにでき、駆動回路を形成する基板を小型化できる。また、対称構成となる並列共振回路の結合がより高まり、第１の圧電素子の他方の電極に印加される電圧と第２の圧電素子の他方の電極に印加される電圧との相対的な位相ずれが低減され、出力信号の相対的な位相ずれも低減できる。このため、効率的な駆動と受信感度の劣化を抑制できる。

前記インダクタは、トランスの二次側インダクタであり、前記駆動電圧が前記トランスの一次側インダクタに印加される、又は、前記駆動電流が前記トランスの一次側インダクタに通電されると好適である。

このような構成とすれば、インダクタをトランスの二次側インダクタとし、駆動電圧をトランスの一次側インダクタに印加する、又は、駆動電流をトランスの一次側コイルに通電することにより、トランスの巻き数比により昇圧が可能となり、電源電圧が低くても超音波トランスデューサの駆動が可能となる。

第１の実施形態の超音波トランスデューサの電圧駆動回路の一例を示す図である。印加電圧依存性の説明図である。駆動回路により駆動される超音波トランスデューサの一例を示す図である。第２の実施形態の超音波トランスデューサの電圧駆動回路の一例を示す図である。第３の実施形態の超音波トランスデューサの電圧駆動回路の一例を示す図である。第４の実施形態の超音波トランスデューサの電圧駆動回路の一例を示す図である。第５の実施形態の超音波トランスデューサの電流駆動回路の一例を示す図である。第６の実施形態の超音波トランスデューサの電流駆動回路の一例を示す図である。第７の実施形態の超音波トランスデューサの電流駆動回路の一例を示す図である。第８の実施形態の超音波トランスデューサの電流駆動回路の一例を示す図である。第９の実施形態の超音波トランスデューサの電流駆動回路の一例を示す図である。その他の実施形態の超音波トランスデューサの駆動回路を示す図である。

１．第１の実施形態
本発明に係る駆動回路は、超音波トランスデューサを駆動するに際し、ノイズの放出を抑制でき、受信感度を向上できるように構成される。以下、本実施形態の駆動回路１について説明する。

図１は、超音波トランスデューサ１００の駆動回路１の一例を示したものである。図３に示されるように、超音波トランスデューサ１００においては、互いに等しい静電容量を有する第１の圧電素子１０と第２の圧電素子２０とが超音波トランスデューサ１００の振動面となるダイアフラム３に接着されてモノモルフ素子を構成している。そして、第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子２０の夫々が有する互いに対向する一対の電極のうち、一方の電極１１，２１がいずれも第１の基準電位ＶＯ１に接続され、第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子２０の夫々の一対の電極間に電圧を印加した時の振動面の変位の一対の電極のうちの他方の電極１２，２２への印加電圧依存性が互いに逆方向となるように構成されている。

互いに等しい静電容量とは、完全に等しい静電容量に限定されず、例えば製造上のバラツキ程度の差異を有する略等価の静電容量を含むものである。第１の圧電素子１０は、一対の電極として、一方の電極１１及び他方の電極１２を備えている。第２の圧電素子２０は、一対の電極として、一方の電極２１及び他方の電極２２を備えている。第１の圧電素子１０の一方の電極１１は第１の基準電位ＶＯ１に接続され、第２の圧電素子２０の一方の電極２１も第１の基準電位ＶＯ１に接続される。

「第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子２０の夫々の一対の電極間に電圧を印加した時の振動面の変位の一対の電極のうちの他方の電極１２，２２への印加電圧依存性が互いに逆方向となる」とは、第１の圧電素子１０の一対の電極間に電圧を印加した時の振動面の変位の他方の電極１２への印加電圧依存性と、第２の圧電素子２０の一対の電極間に電圧を印加した時の振動面の振動方向への変位の他方の電極２２への印加電圧依存性とが、図２に示されるように、勾配（勾配の符号）が互いに逆となることをいう。

なお、図１では、第１の圧電素子１０は、インダクタンス成分Ｌｓ１、容量成分Ｃｓ１、抵抗成分Ｒｓ１からなる等価回路で示し、第２の圧電素子２０は、インダクタンス成分Ｌｓ２、容量成分Ｃｓ２、抵抗成分Ｒｓ２からなる等価回路で示している。また、第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子２０は同一のダイアフラム表面に接着されているので、第１の圧電素子１０と第２の圧電素子２０とは機械的に連結されることになる。このため、インダクタンス成分Ｌｓ＊、容量成分Ｃｓ＊、抵抗成分Ｒｓ＊の３要素よりなる共振系が第１の圧電素子１０と第２の圧電素子２０とで独立した表記とすることは正確ではないが、本実施形態への影響はないので図１のように示す。

駆動回路１は、第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子２０の夫々の他方の電極１２，２２に接続された、第１の基準電位ＶＯ１に対して互いに対称構成をなす回路を介して互いに逆相となる駆動電圧が供給され、第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子２０の夫々の電極間容量を構成の一部とする並列共振回路１４，２４を有する。第１の圧電素子１０の電極間容量とは、一方の電極１１と他方の電極１２との間に形成される容量Ｃｄ１であり、第２の圧電素子２０の電極間容量とは、一方の電極２１と他方の電極２２との間に形成される容量Ｃｄ２である。並列共振回路１４は、容量Ｃｄ１と、当該容量Ｃｄ１と並列に設けられるインダクタＬｔ１及びコンデンサＣｔ１とで構成され、並列共振回路２４は、容量Ｃｄ２と、当該容量Ｃｄ２と並列に設けられるインダクタＬｔ２及びコンデンサＣｔ２とで構成される。これらの並列共振回路１４，２４には、夫々、第１の基準電位ＶＯ１を基準として互いに対称な構成からなる回路を介して、互いに逆相となる駆動電圧が印加される。

本実施形態では、上記互いに対称な構成からなる回路は、一方の電極１１と他方の電極１２との間に設けられた抵抗器Ｒｄ１と、一方の電極２１と他方の電極２２との間に設けられた抵抗器Ｒｄ２とを含み、互いに逆相となる駆動電圧は第１の交流電圧源３１（「駆動電圧源」の一例）から出力される交流電圧＋ＶＯと、第２の交流電圧源３２（「駆動電圧源」の一例）から出力される交流電圧－ＶＯとが相当する。第１の交流電圧源３１と第２の交流電圧源３２とは、第２の基準電位Ｖ０２に対して互いに反転した交流電圧を出力する。第１の交流電圧源３１の出力電圧及び第２の交流電圧源３２の出力電圧が、超音波トランスデューサ１００の駆動電圧に相当し、この駆動電圧が第２の基準電位ＶＯ２に対して互いに対称となる。

第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子２０の夫々の他方の電極１２，２２は、第１の基準電位ＶＯ１に対して直流的に接続される。本実施形態では、第１の圧電素子１０の他方の電極１２は、抵抗器Ｒｄ１を介して第１の基準電位ＶＯ１に対して導通が取られ、第２の圧電素子２０の他方の電極２２は、抵抗器Ｒｄ２を介して第１の基準電位ＶＯ１に対して導通が取られている。

なお、本実施形態では、駆動時以外は、並列共振回路１４，２４と駆動電圧を供給する駆動電圧源（第１の交流電圧源３１及び第２の交流電圧源３２）とが、互いに絶縁されている。第１の交流電圧源３１は、第１のスイッチ４１を介して第１の圧電素子１０の他方の電極１２に接続され、第２の交流電圧源３２は、第２のスイッチ４２を介して第２の圧電素子２０の他方の電極２２に接続される。

図１に示されるように、インダクタＬｔ１、コンデンサＣｔ１、及び抵抗器Ｒｄ１の夫々の一方の端子は第１の基準電位ＶＯ１に接続され、インダクタＬｔ１、コンデンサＣｔ１、及び抵抗器Ｒｄ１の夫々の他方の端子は第１の圧電素子１０の他方の電極１２に接続される。したがって、インダクタＬｔ１、コンデンサＣｔ１、及び抵抗器Ｒｄ１の夫々の他方の端子は第１のスイッチ４１を介して第１の交流電圧源３１が接続される。同様に、インダクタＬｔ２、コンデンサＣｔ２、及び抵抗器Ｒｄ２の夫々の一方の端子は第１の基準電位ＶＯ１に接続され、インダクタＬｔ２、コンデンサＣｔ２、及び抵抗器Ｒｄ２の夫々の他方の端子は第２の圧電素子２０の他方の電極２２に接続される。したがって、インダクタＬｔ２、コンデンサＣｔ２、及び抵抗器Ｒｄ２の夫々の他方の端子は第２のスイッチ４２を介して第２の交流電圧源３２が接続される。なお、インダクタＬｔ１のインダクタンス及びインダクタＬｔ２のインダクタンスは互いに等しく設定し、コンデンサＣｔ１の静電容量及びコンデンサＣｔ２の静電容量は互いに等しく設定し、抵抗器Ｒｄ１の抵抗値及び抵抗器Ｒｄ２の抵抗値は互いに等しく設定すると良い。

また、図示はしないが、第１の圧電素子１０の他方の電極１２、及び第２の圧電素子２０の他方の電極２２から分岐され、各々等価な駆動周波数成分を透過させるフィルタ回路を介して受信回路に作動入力される。第１のスイッチ４１及び第２のスイッチ４２は、駆動時のみ閉状態とされ、駆動終了後には開状態とされる。

また、第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子２０が接着されたダイアフラム３の共振周波数と、並列共振回路１４，２４の共振周波数と、駆動周波数とは一致することが、出力音圧、受信感度、駆動後の残響短縮の面で望ましいため、互いの周波数が近くなるように設定される。また、抵抗器Ｒｄ１及び抵抗器Ｒｄ２の抵抗値は、大きい程、受信感度が高くなるが、大きすぎると駆動後の残響が伸び、近距離の対象物から反射波の受信信号が残響信号に埋もれてしまい、近距離検出能力が低下するため、受信感度と近距離検出のバランスにより設定すると良い。

図１に示されるように、駆動時には第１の圧電素子１０の他方の電極１２及び第２の圧電素子２０の他方の電極２２には夫々、大きさが互いに等しく第２の基準電位ＶＯ２に対して対象となる駆動電圧が印加され、駆動後に第１のスイッチ４１及び第２のスイッチ４２が開状態となる。その後、第１の圧電素子１０の他方の電極１２及び第２の圧電素子２０の他方の電極２２は、残響による交流電圧を減衰させつつ、直流成分は第１の基準電位ＶＯ１と等しくなり、反射波を受信できる状態となる。反射波を受信した際は、第１の圧電素子１０の他方の電極１２及び第２の圧電素子２０の他方の電極２２には互いに逆相となる信号が誘起され、図示しない互いに等価なフィルタ回路を介して受信回路に作動入力される。

以上のように駆動時には駆動力を発生させる圧電素子が増えるため音圧が増大すると共に、受信時には互いに逆相となる信号を出力するため受信感度が向上する。また、駆動時には電圧源より互いに同じ振幅で逆相の駆動信号を互いに等価の回路を介して供給するので、第１の圧電素子１０の他方の電極１２及び第２の圧電素子２０の他方の電極２２には振幅が略等しく互いに逆相の電圧が印加される。このため、電流に起因する時期的ノイズを抑制できる。更に受信時の外乱ノイズの混入に対しては、第１の圧電素子１０の他方の電極１２及び第２の圧電素子２０の他方の電極２２に接続される回路が受信回路までのフィルタ回路を含めて対称構成となっているので、作動増幅等の作動入力回路により同相ノイズとして除去可能である。なお、第１の基準電位ＶＯ１と第２の基準電位ＶＯ２とは互いに同じ電位でも良い。

ここで、図３には、本駆動回路１が駆動する超音波トランスデューサ１００の上面図、及びＡ－Ａ線の断面図が示される。図３に示されるように、上述した第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子２０は、超音波トランスデューサ１００のダイアフラム３に接着される。

なお、図３の例では、第２の圧電素子２０が、２つの圧電素子２０Ａ，２０Ｂで示される。第１の圧電素子１０は、一方の電極１１と他方の電極１２と第１の圧電体１３とからなる。第２の圧電素子２０Ａ，２０Ｂは、夫々、一方の電極２１Ａ、他方の電極２２Ａ、及び第２の圧電体２３Ａと、一方の電極２１Ｂ、他方の電極２２Ｂ、及び第２の圧電体２３Ｂとからなる。

２．第２の実施形態
次に、駆動回路１の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、第１の圧電素子１０の一方の電極１１と他方の電極１２との間にコンデンサＣｔ１が設けられ、第２の圧電素子２０の一方の電極２１と他方の電極２２との間にコンデンサＣｔ２が設けられるものとして図１に示したが、本実施形態では、第１の圧電素子１０の他方の電極１２と第２の圧電素子２０の他方の電極２２との間にコンデンサＣｔが設けられている点で第１の実施形態と異なる。すなわち、コンデンサＣｔ１とコンデンサＣｔ２とがコンデンサＣｔに置き換えられている点で第１の実施形態と異なる。その他の点については、同様であるので説明は省略する。

図４には、第２の実施形態の駆動回路１が示される。本実施形態では、第１の圧電素子１０の他方の電極１２と第２の圧電素子２０の他方の電極２２とが１つのコンデンサＣｔを介して互いに接続される。すなわち、コンデンサＣｔの一対の電極のうち、一方の電極と第１の圧電素子１０の他方の電極１２とが接続され、コンデンサＣｔの一対の電極のうち、他方の電極と第２の圧電素子２０の他方の電極２２とが接続される。

また、本実施形態でも、図４に示されるように、インダクタＬｔ１、及び抵抗器Ｒｄ１の夫々の一方の端子は第１の基準電位ＶＯ１に接続され、インダクタＬｔ１、及び抵抗器Ｒｄ１の夫々の他方の端子は第１の圧電素子１０の他方の電極１２に接続される。また、インダクタＬｔ２、及び抵抗器Ｒｄ２の夫々の一方の端子は第１の基準電位ＶＯ１に接続され、インダクタＬｔ２、及び抵抗器Ｒｄ２の夫々の他方の端子は第２の圧電素子２０の他方の電極２２に接続される。

したがって、第１の圧電素子１０の他方の電極１２と第２の圧電素子２０の他方の電極２２とが、夫々インダクタＬｔ１，Ｌｔ２を介して第１の基準電位ＶＯ１に接続され、第１の圧電素子１０の他方の電極１２と第２の圧電素子２０の他方の電極２２とが、夫々抵抗器Ｒｄ１，Ｒｄ２を介して第１の基準電位ＶＯ１に接続される。このような構成であっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

３．第３の実施形態
次に、駆動回路１の第３の実施形態について説明する。第１の実施形態では、第１の圧電素子１０の一方の電極１１と他方の電極１２との間にインダクタＬｔ１が設けられ、第２の圧電素子２０の一方の電極２１と他方の電極２２との間にインダクタＬｔ２が設けられるものとして図１に示したが、本実施形態では、第１の圧電素子１０の他方の電極１２と第２の圧電素子２０の他方の電極２２との間にインダクタＬｔが設けられている点で第１の実施形態と異なる。すなわち、インダクタＬｔ１とインダクタＬｔ２とを１つにする点で第１の実施形態と異なる。その他の点については、同様であるので説明は省略する。

図５には、第３の実施形態の駆動回路１が示される。本実施形態では、第１の圧電素子１０の他方の電極１２と第２の圧電素子２０の他方の電極２２とが１つのインダクタＬｔを介して互いに接続される。すなわち、インダクタＬｔの一対の電極のうち、一方の電極と第１の圧電素子１０の他方の電極１２とが接続され、インダクタＬｔの一対の電極のうち、他方の電極と第２の圧電素子２０の他方の電極２２とが接続される。

また、本実施形態でも、図５に示されるように、コンデンサＣｔ１、及び抵抗器Ｒｄ１の夫々の一方の端子は第１の基準電位ＶＯ１に接続され、コンデンサＣｔ１、及び抵抗器Ｒｄ１の夫々の他方の端子は第１の圧電素子１０の他方の電極１２に接続される。また、コンデンサＣｔ２、及び抵抗器Ｒｄ２の夫々の一方の端子は第１の基準電位ＶＯ１に接続され、コンデンサＣｔ２、及び抵抗器Ｒｄ２の夫々の他方の端子は第２の圧電素子２０の他方の電極２２に接続される。

したがって、第１の圧電素子１０の他方の電極１２と第２の圧電素子２０の他方の電極２２とが、夫々抵抗器Ｒｄ１，Ｒｄ２を介して第１の基準電位ＶＯ１に接続される。このため、第１の圧電素子１０の他方の電極１２及び第２の圧電素子２０の他方の電極２２の夫々と、第１の基準電位ＶＯ１との間は、各々、抵抗器Ｒｄ１，Ｒｄ２を介して導通が取られており、インダクタを１つ減らすことによる基板サイズの小型化以外には上記第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

４．第４の実施形態
次に、駆動回路１の第４の実施形態について説明する。第１の実施形態では、第１の圧電素子１０の一方の電極１１と他方の電極１２との間に抵抗器Ｒｄ１が設けられ、第２の圧電素子２０の一方の電極２１と他方の電極２２との間に抵抗器Ｒｄ２が設けられるものとして図１に示したが、本実施形態では、第１の圧電素子１０の他方の電極１２と第２の圧電素子２０の他方の電極２２との間に抵抗器Ｒｄが設けられている点で第１の実施形態と異なる。すなわち、抵抗器Ｒｄ１と抵抗器Ｒｄ２とを１つにする点で第１の実施形態と異なる。その他の点については、同様であるので説明は省略する。

図６には、第４の実施形態の駆動回路１が示される。本実施形態では、第１の圧電素子１０の他方の電極１２と第２の圧電素子２０の他方の電極２２とが１つの抵抗器Ｒｄを介して互いに接続される。すなわち、抵抗器Ｒｄの一対の電極のうち、一方の電極と第１の圧電素子１０の他方の電極１２とが接続され、抵抗器Ｒｄの一対の電極のうち、他方の電極と第２の圧電素子２０の他方の電極２２とが接続される。

また、本実施形態でも、図６に示されるように、インダクタＬｔ１、及びコンデンサＣｔ１の夫々の一方の端子は第１の基準電位ＶＯ１に接続され、インダクタＬｔ１、及びコンデンサＣｔ１の夫々の他方の端子は第１の圧電素子１０の他方の電極１２に接続される。また、インダクタＬｔ２、及びコンデンサＣｔ２の夫々の一方の端子は第１の基準電位ＶＯ１に接続され、インダクタＬｔ２、及びコンデンサＣｔ２の夫々の他方の端子は第２の圧電素子２０の他方の電極２２に接続される。

したがって、第１の圧電素子１０の他方の電極１２と第２の圧電素子２０の他方の電極２２とが、夫々インダクタＬｔ１，Ｌｔ２を介して第１の基準電位ＶＯ１に接続される。このため、第１の圧電素子１０の他方の電極１２及び第２の圧電素子２０の他方の電極２２の夫々と、第１の基準電位ＶＯ１との間は、各々、インダクタＬｔ１，Ｌｔ２を介して導通が取られており、抵抗器を１つ減らすことによる基板サイズの小型化以外には上記第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

５．第５の実施形態
次に、第５の実施形態について説明する。第１の実施形態では、駆動電圧を供給する第１の交流電圧源３１と第２の交流電圧源３２とが備えられるものとして図１に示したが、本実施形態では、交流電流源３３が備えられている点で第１の実施形態と異なる。すなわち、第１の実施形態では電圧駆動であったが、本実施形態では電流駆動の点で第１の実施形態と異なる。その他の点については、同様であるので説明は省略する。

図７には、第５の実施形態の駆動回路１が示される。本実施形態では、並列共振回路１４，２４に互いに逆相となる駆動電流が供給される。並列共振回路１４および並列共振回路２４の夫々に供給される駆動電流は、少なくとも交流成分は互いに大きさが等しく、極性が逆となるように構成されている。なお、図７では、図１で示したコンデンサＣｔ１，Ｃｔ２が省略されているが、必要に応じて設けても良い。また、本実施形態では、電流駆動であるので、駆動後の電流を０Ａに設定することにより交流電流源３３の両出力間が開状態となったのと等価である。

上述したように、本実施形態では第１の実施形態に対して駆動源が電圧から電流に変わり、コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２を省略したものであるので、第１の実施形態と同様に、第１の圧電素子１０の他方の電極１２と、第２の圧電素子２０の他方の電極２２とには、振幅が互いに略等しく、逆相の電圧が印加され、出力音圧、受信感度、耐ノイズ、ノイズの放出に関しても第１の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

６．第６の実施形態
次に、第６の実施形態について説明する。第３の実施形態では、駆動電圧を供給する第１の交流電圧源３１と第２の交流電圧源３２とが備えられるものとして図５に示したが、本実施形態では、交流電流源３３が備えられている点で第３の実施形態と異なる。すなわち、第３の実施形態では電圧駆動であったが、本実施形態では電流駆動の点で第３の実施形態と異なる。その他の点については、同様であるので説明は省略する。

図８には、第６の実施形態の駆動回路１が示される。図８では、図５で示したコンデンサＣｔ１，Ｃｔ２が省略されているが、必要に応じて設けても良い。また、本実施形態では、第３の実施形態と同様に、インダクタＬｔ１，Ｌｔ２を１つにしたものであり、インダクタを１つ減らすことによる基板サイズの小型化以外は上記第３の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

７．第７の実施形態
次に、第７の実施形態について説明する。第４の実施形態では、駆動電圧を供給する第１の交流電圧源３１と第２の交流電圧源３２とが備えられるものとして図６に示したが、本実施形態では、交流電流源３３が備えられている点で第４の実施形態と異なる。すなわち、第４の実施形態では電圧駆動であったが、本実施形態では電流駆動の点で第４の実施形態と異なる。その他の点については、同様であるので説明は省略する。

図９には、第７の実施形態の駆動回路１が示される。図９では、図６で示したコンデンサＣｔ１，Ｃｔ２が省略されているが、必要に応じて設けても良い。また、本実施形態では、第４の実施形態と同様に、抵抗器Ｒｄ１，Ｒｄ２を１つにしたものであり、抵抗器を１つ減らすことによる基板サイズの小型化以外は上記第４の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

８．第８の実施形態
次に、第８の実施形態について説明する。第７の実施形態では、駆動電流が交流電流源３３により供給されるものとして図９に示したが、本実施形態では、交流電流がトランス３４を介して供給される点で第７の実施形態と異なる。その他の点については、同様であるので説明は省略する。

図１０には、第８の実施形態の駆動回路１が示される。本実施形態では、インダクタＬｔ１，Ｌｔ２は、トランス３４の二次側インダクタ３６であり、駆動電圧がトランス３４の一次側インダクタ３５に印加される、又は、駆動電流がトランス３４の一次側インダクタ３５に通電される。図１０に示されるように、本実施形態では、トランス３４の二次側にセンター端子３７が設けられ、このセンター端子３７が第１の基準電位ＶＯ１に接続される。図１０では、コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２が省略されているが、必要に応じて設けても良い。トランス３４の二次側インダクタ３６はセンター端子３７を境として第１の圧電素子１０と並列接続されるインダクタＬｔ１と、第２の圧電素子２０と並列接続されるインダクタＬｔ２とが直列接続されたものに相当する。トランス３４の導入により第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子２０への印加電圧の昇圧が可能となる以外は、第７の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

９．第９の実施形態
次に、第９の実施形態について説明する。第６の実施形態では、駆動電流が交流電流源３３により供給されるものとして図８に示したが、本実施形態では、交流電流がトランス３４を介して供給される点で第６の実施形態と異なる。その他の点については、同様であるので説明は省略する。

図１１には、第９の実施形態の駆動回路１が示される。本実施形態では、駆動電流がトランス３４を介して供給され、図８におけるインダクタＬｔ１を、トランス３４の二次側インダクタ３６で置き換えたものである。図１１では、コンデンサＣｔ１，Ｃｔ２が省略されているが、必要に応じて設けても良い。トランス３４の導入により第１の圧電素子１０及び第２の圧電素子２０への印加電圧の昇圧が可能となる以外は、第６の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

１０．その他の実施形態
図１２には、従来の駆動回路の一例が示されるが、第８の実施形態及び第９の実施形態の交流電流源３３及びトランス３４の一次側インダクタ３５を図１２における回路Ａに置き換えても良い。

本発明は、互いに等しい静電容量を有する第１の圧電素子と第２の圧電素子とが超音波トランスデューサの振動面となるダイアフラムに接着されてモノモルフ素子を構成し、第１の圧電素子及び第２の圧電素子の夫々が有する互いに対向する一対の電極のうち、一方の電極がいずれも第１の基準電位に接続され、第１の圧電素子及び第２の圧電素子の夫々の一対の電極間に電圧を印加した時の振動面の変位の一対の電極のうちの他方の電極への印加電圧依存性が互いに逆方向となる超音波トランスデューサの駆動回路に用いることが可能である。

１：駆動回路
１０：第１の圧電素子
１１：一方の電極（第１の圧電素子の一方の電極）
１２：他方の電極（第１の圧電素子の他方の電極）
１４：並列共振回路
２０：第２の圧電素子
２１：一方の電極（第２の圧電素子の一方の電極）
２２：他方の電極（第２の圧電素子の他方の電極）
２４：並列共振回路
３１：第１の交流電圧源（駆動電圧源）
３２：第２の交流電圧源（駆動電圧源）
３３：駆動電流源
１００：超音波トランスデューサ
Ｃｔ：コンデンサ
Ｌｔ：インダクタ
Ｌｔ１：インダクタ
Ｌｔ２：インダクタ
Ｒｄ：抵抗器
Ｒｄ１：抵抗器
Ｒｄ２：抵抗器
ＶＯ１：第１の基準電位
ＶＯ２：第２の基準電位

Claims

互いに等しい静電容量を有する第１の圧電素子と第２の圧電素子とが超音波トランスデューサの振動面となるダイアフラムに接着されてモノモルフ素子を構成し、前記超音波トランスデューサを駆動する駆動回路において、
前記第１の圧電素子及び前記第２の圧電素子の夫々が有する互いに対向する一対の電極のうち、一方の電極がいずれも第１の基準電位に接続され、前記第１の圧電素子及び前記第２の圧電素子の夫々の前記一対の電極間に電圧を印加した時の前記振動面の変位の前記一対の電極のうちの他方の電極への印加電圧依存性が互いに逆方向となり、
前記第１の圧電素子及び前記第２の圧電素子の夫々の前記他方の電極に接続された、前記第１の基準電位に対して互いに対称構成をなす回路を介して互いに逆相となる駆動電圧又は駆動電流が供給され、前記第１の圧電素子及び前記第２の圧電素子の夫々の電極間容量を構成の一部とする並列共振回路を有し、
前記第１の圧電素子及び前記第２の圧電素子の夫々の前記他方の電極は、前記第１の基準電位に対して直流的に接続されており、
前記駆動電圧は、前記第１の基準電位と同じ電位である第２の基準電位に対して互いに対称であり、又は、前記駆動電流の少なくとも交流成分は互いに大きさが等しく、極性が逆である駆動回路。
前記第１の圧電素子の前記他方の電極と前記第２の圧電素子の前記他方の電極とが１つのコンデンサを介して互いに接続され、
前記第１の圧電素子の前記他方の電極と前記第２の圧電素子の前記他方の電極とが、夫々インダクタを介して前記第１の基準電位に接続され、
前記第１の圧電素子の前記他方の電極と前記第２の圧電素子の前記他方の電極とが、夫々抵抗器を介して前記第１の基準電位に接続される請求項１に記載の駆動回路。
前記第１の圧電素子の前記他方の電極と前記第２の圧電素子の前記他方の電極とが１つのインダクタを介して互いに接続され、
前記第１の圧電素子の前記他方の電極と前記第２の圧電素子の前記他方の電極とが、夫々抵抗器を介して前記第１の基準電位に接続される請求項１に記載の駆動回路。
前記第１の圧電素子の前記他方の電極と前記第２の圧電素子の前記他方の電極とが１つの抵抗器を介して互いに接続され、
前記第１の圧電素子の前記他方の電極と前記第２の圧電素子の前記他方の電極とが、夫々インダクタを介して前記第１の基準電位に接続される請求項１に記載の駆動回路。
前記インダクタは、トランスの二次側インダクタであり、前記駆動電圧が前記トランスの一次側インダクタに印加される、又は、前記駆動電流が前記トランスの一次側インダクタに通電される請求項２から４のいずれか一項に記載の駆動回路。