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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2018-96752(P2018-96752A)
(43)【公開日】2018年6月21日
(54)【発明の名称】超音波センサ
(51)【国際特許分類】
G01S 15/10 20060101AFI20180525BHJP
G01S 15/93 20060101ALI20180525BHJP
G01S 7/524 20060101ALI20180525BHJP
【ＦＩ】
G01S15/10
G01S15/93
G01S7/524 R
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】13
(21)【出願番号】特願2016-239538(P2016-239538)
(22)【出願日】2016年12月9日
(71)【出願人】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001933
【氏名又は名称】特許業務法人 佐野特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】三嶋 一馬
【テーマコード（参考）】
5J083
【Ｆターム（参考）】
5J083AA02
5J083AB12
5J083AB13
5J083AC17
5J083AD04
5J083AE01
5J083AF08
5J083AF09
5J083BA04
5J083BA05
5J083BA09
5J083BB02
5J083BE12
5J083BE13
5J083CA01
5J083CB01
(57)【要約】
【課題】他の超音波センサとの間で干渉を生じにくい超音波センサを提供する。【解決手段】超音波センサ１００に用いられる半導体装置２は、圧電素子１を用いて超音波域の出力波信号Ｗ１を送信する送信部１０と、圧電素子１（または他の圧電素子）を用いて超音波域の入力波信号（Ｗ２またはＷ３）を受信する受信部２０と、送信部１０及び受信部２０を制御するロジック部３０を有する。送信部１０は、出力波信号Ｗ１にＩＤ情報を重畳し、ロジック部３０は、ＩＤ情報に基づいて入力波信号（Ｗ２、Ｗ３）の自他識別を行った上で、検知対象物２００の接近検知や距離測定を行う。なお、出力波信号Ｗ１の変調方式としては、ＰＡＭ方式、ＰＰＭ方式、または、ＰＦＭ方式を採用すればよい。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧電素子を用いて超音波域の出力波信号を送信する送信部と、
前記圧電素子または他の圧電素子を用いて超音波域の入力波信号を受信する受信部と、
前記送信部及び前記受信部を制御するロジック部と、
を有し、
前記送信部は、前記出力波信号にＩＤ情報を重畳し、
前記ロジック部は、前記ＩＤ情報に基づいて前記入力波信号の自他識別を行った上で、検知対象物の接近検知や距離測定を行う、
ことを特徴とする超音波センサ。
前記圧電素子または他の圧電素子を用いて超音波域の入力波信号を受信する受信部と、
前記送信部及び前記受信部を制御するロジック部と、
を有し、
前記送信部は、前記出力波信号にＩＤ情報を重畳し、
前記ロジック部は、前記ＩＤ情報に基づいて前記入力波信号の自他識別を行った上で、検知対象物の接近検知や距離測定を行う、
ことを特徴とする超音波センサ。
【請求項2】
前記送信部は、
一次巻線に流れる駆動電流に応じて二次巻線側の前記圧電素子を駆動するトランスと、
前記駆動電流を生成する電流源と、
バースト信号に応じて前記駆動電流をオン／オフするスイッチと、
前記バースト信号を生成するバースト信号生成部と、
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。
一次巻線に流れる駆動電流に応じて二次巻線側の前記圧電素子を駆動するトランスと、
前記駆動電流を生成する電流源と、
バースト信号に応じて前記駆動電流をオン／オフするスイッチと、
前記バースト信号を生成するバースト信号生成部と、
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3】
前記バースト信号生成部は、前記ＩＤ情報の重畳に際して、前記バースト信号のデューティ制御、位相制御、及び、駆動周波数制御の少なくとも一つを実施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】
前記バースト信号生成部は、前記ＩＤ情報の重畳に際して、前記バースト信号のパルス設定数制御を実施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】
前記ロジック部は、前記バースト信号の駆動周波数、デューティ、位相、及び、パルス設定数を一組として指定することを特徴とする請求項４に記載の超音波センサ。
【請求項6】
前記電流源は、前記ＩＤ情報の重畳に際して、前記駆動電流の電流値制御を実施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7】
前記送信部は、前記出力波信号に通信情報も重畳することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の超音波センサ。
【請求項8】
前記受信部は、
前記入力波信号を増幅して増幅出力信号を生成するアンプと、
前記増幅出力信号をデジタル出力信号に変換するＡＤコンバータと、
を含むことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の超音波センサ。
前記入力波信号を増幅して増幅出力信号を生成するアンプと、
前記増幅出力信号をデジタル出力信号に変換するＡＤコンバータと、
を含むことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の超音波センサ。
【請求項9】
前記受信部は、前記増幅出力信号を所定値と比較してゼロクロス検出信号を生成するコンパレータをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の超音波センサ。
【請求項10】
前記ロジック部は、前記ＩＤ情報が重畳された入力波信号の受信可否に基づいて、前記検知対象物の接近検知を行うことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の超音波センサ。
【請求項11】
前記ロジック部は、前記ＩＤ情報が重畳された出力波信号を送信してから同ＩＤ情報が重畳された入力波信号を受信するまでの経過時間に基づいて、前記検知対象物の距離測定を行うことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の超音波センサ。
【請求項12】
検知対象物の接近検知や距離測定を行うための手段として、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の超音波センサを有することを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、超音波センサの干渉対策（自波識別）に関する。
【背景技術】
【0002】
超音波域の出力波信号を送信してその反射波信号を受信することにより、検知対象物の接近検知や距離測定を行う超音波センサが実用化されている。
【0003】
なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献１を挙げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００４−１７７２７６号公報
【特許文献2】特開２０１５−５８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来の超音波センサでは、その近傍に他の超音波センサが存在する状況下において、他の超音波センサの出力波信号を自機の反射波信号と誤認識し、検知対象物の接近検知や距離測定に支障を来たすおそれがあった。
【0006】
本明細書中に開示されている発明は、本願の発明者により見出された上記課題に鑑み、他の超音波センサとの間で干渉を生じにくい超音波センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本明細書中に開示されている超音波センサは、圧電素子を用いて超音波域の出力波信号を送信する送信部と、前記圧電素子または他の圧電素子を用いて超音波域の入力波信号を受信する受信部と、前記送信部及び前記受信部を制御するロジック部と、を有し、前記送信部は、前記出力波信号にＩＤ情報を重畳し、前記ロジック部は、前記ＩＤ情報に基づいて前記入力波信号の自他識別を行った上で、検知対象物の接近検知や距離測定を行う構成（第１の構成）とされている。
【0008】
なお、上記第１の構成から成る超音波センサにおいて、前記送信部は、一次巻線に流れる駆動電流に応じて二次巻線側の前記圧電素子を駆動するトランスと、前記駆動電流を生成する電流源と、バースト信号に応じて前記駆動電流をオン／オフするスイッチと、前記バースト信号を生成するバースト信号生成部とを含む構成（第２の構成）にするとよい。
【0009】
また、上記第２の構成から成る超音波センサにおいて、前記バースト信号生成部は、前記ＩＤ情報の重畳に際して、前記バースト信号のデューティ制御、位相制御、及び、駆動周波数制御の少なくとも一つを実施する構成（第３の構成）にするとよい。
【0010】
また、上記第３の構成から成る超音波センサにおいて、前記バースト信号生成部は、前記ＩＤ情報の重畳に際して、前記バースト信号のパルス設定数制御を実施する構成（第４の構成）にするとよい。
【0011】
また、上記第４の構成から成る超音波センサにおいて、前記ロジック部は、前記バースト信号の駆動周波数、デューティ、位相、及び、パルス設定数を一組として指定する構成（第５の構成）にするとよい。
【0012】
また、上記第２の構成から成る超音波センサにおいて、前記電流源は、前記ＩＤ情報の重畳に際して、前記駆動電流の電流値制御を実施する構成（第６の構成）にするとよい。
【0013】
また、上記第１〜第６いずれかの構成から成る超音波センサにおいて、前記送信部は、前記出力波信号に通信情報も重畳する構成（第７の構成）にするとよい。
【0014】
また、上記第１〜第７いずれかの構成から成る超音波センサにおいて、前記受信部は、前記入力波信号を増幅して増幅出力信号を生成するアンプと、前記増幅出力信号をデジタル出力信号に変換するＡＤコンバータと、を含む構成（第８の構成）にするとよい。
【0015】
また、上記第８の構成から成る超音波センサにおいて、前記受信部は、前記増幅出力信号を所定値と比較してゼロクロス検出信号を生成するコンパレータをさらに含む構成（第９の構成）にするとよい。
【0016】
また、上記第１〜第９いずれかの構成から成る超音波センサにおいて、前記ロジック部は、前記ＩＤ情報が重畳された入力波信号の受信可否に基づいて、前記検知対象物の接近検知を行う構成（第１０の構成）にするとよい。
【0017】
また、上記第１〜第１０いずれかの構成から成る超音波センサにおいて、前記ロジック部は、前記ＩＤ情報が重畳された出力波信号を送信してから同ＩＤ情報が重畳された入力波信号を受信するまでの経過時間に基づいて、前記検知対象物の距離測定を行う構成（第１１の構成）にするとよい。
【0018】
また、本明細書中に開示されている車両は、検知対象物の接近検知や距離測定を行うための手段として、上記第１〜第１１いずれかの構成から成る超音波センサを有する構成（第１０の構成）とされている。
【発明の効果】
【0019】
本明細書中に開示されている発明によれば、他の超音波センサとの間で干渉を生じにくい超音波センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】超音波センサの全体構成を示す図
【図2】超音波センサの送受信動作（他の超音波センサとの干渉状態）を示す図
【図3】送信部の一構成例を示す図
【図4】受信部の一構成例を示す図
【図5】バースト信号の変調例を示す図
【図6】ＰＡＭ変調時の駆動波形を示す図
【図7】ＰＡＭ変調時の反射波形を示す図
【図8】ＰＡＭ復調時のピーク検出動作を示す図
【図9】ＰＰＭ変調時の反射波形を示す図（位相反転）
【図10】ＰＰＭ変調時の反射波形を示す図（同位相）
【図11】ＰＦＭ変調時の反射波形を示す図（５８ｋＨｚ）
【図12】ＰＦＭ変調時の反射波形を示す図（６０ｋＨｚ）
【図13】駆動電流制御によるＰＡＭ変調の一例を示す図（Ｉｄ＝１６１ｍＡ）
【図14】駆動電流制御によるＰＡＭ変調の一例を示す図（Ｉｄ＝３３１ｍＡ）
【図15】駆動電流制御によるＰＡＭ変調の一例を示す図（Ｉｄ＝４９６ｍＡ）
【図16】車両の外観図
【発明を実施するための形態】
【0021】
＜超音波センサ＞図１は、超音波センサの全体構成を示す図である。本構成例の超音波センサ１００は、外界に向けて超音波域（＝人間の耳に聞こえない周波数帯域を指し、一般には２０ｋＨｚ以上）の出力波信号Ｗ１を送信し、その反射波信号Ｗ２を受信して検知対象物２００の接近検知や距離測定を行う近接センサ（外界センサの一種）であり、圧電素子１と半導体装置２を有する。なお、近接センサで使用される駆動周波数は、一般的に３０〜８０ｋＨｚである。
【0022】
圧電素子１は、その両端間に印加される電圧信号に応じて機械的変位（振動）を生じる特性を持ち、出力波信号Ｗ１の送波器として機能する。また、圧電素子１は、自身に加わる機械的変位（振動）に応じてその両端間に起電力を生じる特性を持ち、反射波信号Ｗ２の受波器としても機能する。なお、圧電素子１の素材としては、ぺロブスカイト型セラミック（チタン酸バリウム、チタン酸鉛、及び、チタン酸ジルコン酸鉛など）などを好適に用いることができる。
【0023】
半導体装置２は、圧電素子１を用いて出力波信号Ｗ１の送信動作と反射波信号Ｗ２の受信動作を司る制御主体であり、送信部１０と、受信部２０と、ロジック部３０と、を集積化して成る。また、半導体装置２は、装置外部との電気的な接続を確立する手段として、出力端子ＤＲＶ１及びＤＲＶ２と入力端子ＩＮＰ及びＩＮＮを有する。
【0024】
送信部１０は、出力端子ＤＲＶ１と出力端子ＤＲＶ２との間に外部接続された圧電素子１を用いて出力波信号Ｗ１を送信する。なお、送信部１０は、ロジック部３０からの指示（例えばレジスタ格納値）に応じて出力波信号Ｗ１の変調処理を行うことにより、自機のＩＤ情報、若しくは、当該ＩＤ情報と任意の通信情報（＝各種のデータやコマンドなど）を重畳する機能を備えている。
【0025】
受信部２０は、入力端子ＩＮＰと入力端子ＩＮＮとの間に外部接続された圧電素子１を用いて超音波域の入力波信号（＝検知対象物２００から戻ってくる反射波信号Ｗ２または他の超音波センサ３００から送信された出力波信号Ｗ３）を受信する。
【0026】
このように、本図の例では、出力端子ＤＲＶ１と出力端子ＤＲＶ２との間、及び、入力端子ＩＮＰと入力端子ＩＮＮとの間に、共通の圧電素子１が外部接続されており、この圧電素子１が送受波器として送信部１０と受信部２０の双方で共用されている。
【0027】
ただし、入力端子ＩＮＰと入力端子ＩＮＮとの間に、圧電素子１とは別の圧電素子を外部接続すれば、送波器と受波器を個別に用意することもできる。また、そのような必要がなく、外部端子削減を優先すべきであれば、出力端子ＤＲＶ１及びＤＲＶ２と入力端子ＩＮＰ及びＩＮＮを一組の入出力端子として統合し、半導体装置２の内部において、当該入出力端子に送信部１０と受信部２０の双方を並列接続しておいてもよい。
【0028】
ロジック部３０は、検知対象物２００の接近検知や距離測定（＝近辺に障害物があるか否かの探知）に際して、送信部１０及び受信部２０を制御する主体であり、特に、圧電素子１を用いて受信された入力波信号の復調処理を行う復調処理部３１を含んでおり、入力波信号に自機のＩＤ情報が重畳されているか否かに基づいて、当該入力波信号の自他識別を行う機能を備えている。なお、入力波信号の復調処理については、例えば、所定期間内の入力波信号をマイコンで取り込み、これを出力波信号Ｗ１の変調方式に合わせた復調方式で復調してやればよい。
【0029】
このように、本構成例の超音波センサ１００であれば、自機のＩＤ情報が重畳されている反射波信号Ｗ２を認識することができるので、他の超音波センサ３００との間で干渉を生じにくくなる。以下では、超音波センサ１００の送受信動作について、図示を交えながら具体的に説明する。
【0030】
＜送受信動作＞図２は、超音波センサ１００の送受信動作（他の超音波センサ３００との干渉が生じ得る状態）を示す図である。超音波センサ１００では、時刻ｔ１で出力波信号Ｗ１を送信してから、時刻ｔ２で反射波信号Ｗ２を受信するまでの所要時間Δｔ（＝ｔ２−ｔ１）を測定することにより、超音波センサ１００と検知対象物２００との距離を算出することができる。また、超音波センサ１００では、反射波信号Ｗ２の受信可否に基づいて、検知対象物２００の接近検知（存在確認）を行うこともできる。
【0031】
なお、時刻ｔ３において、他の超音波センサ３００の出力波信号Ｗ３が自機の反射波信号Ｗ２よりも先に受信された場合、従来の超音波センサでは、これを自機の反射波信号Ｗ２と誤認識して、検知対象物の接近検知や距離測定に支障を来たすおそれがあった。
【0032】
一方、本構成例の超音波センサ１００であれば、自機のＩＤ情報が重畳されていない出力波信号Ｗ３を無視することができるので、他の超音波センサ３００が近傍に存在したとしても干渉を生じにくくなる。
【0033】
また、出力波信号Ｗ１に自機のＩＤ情報だけでなく任意の通信情報を重畳しておけば、超音波センサ１００と他の超音波センサ３００との間で、例えば、相互干渉を避けるための事前調停を行うことも可能となる。
【0034】
なお、超音波センサ１００で得られた検知対象物２００の接近検知結果や距離測定結果については、ホストとなる演算処理装置（ＣＰＵ［central processing unit］など）に逐次出力してもよいし、或いは、不図示のレジスタに結果を格納しておき、演算処理装置から任意のタイミングで読み出すようにしてもよい。
【0036】
トランス１１は、互いに電磁結合する一次巻線Ｌ１と二次巻線Ｌ２を含み、一次巻線Ｌ１に流れる駆動電流Ｉｄに応じて二次巻線Ｌ２の両端間に接続された圧電素子１を駆動する。このように、送信部１０の増幅手段としてトランス１１を用いることにより、送信部１０に供給される電源電圧がそれほど高くなくても、圧電素子１を十分に駆動することができる電圧値まで、圧電素子電圧Ｖ１（＝圧電素子１の両端間に印加される電圧）を高めることが可能となる。
【0037】
電流源１２は、スイッチ１３と接地端との間に接続されており、所定の駆動電流Ｉｄを生成する。
【0038】
スイッチ１３は、トランス１１の一次巻線Ｌ１と電流源１２との間に接続されており、バースト信号Ｓｂに応じて駆動電流Ｉｄのオン／オフ（＝本図の例では、駆動電流Ｉｄが流れる電流経路の導通／遮断）を行う。
【0039】
バースト信号生成部１４は、スイッチ１３のオン／オフ駆動を行うためのバースト信号Ｓｂ（＝駆動パルス信号）を生成する。なお、バースト信号Ｓｂは、所定の駆動周波数Ｆｄで間欠駆動される矩形波状、三角波状、若しくは、正弦波状の電圧信号である。また、バースト信号生成部１４は、ロジック部３０から変調制御信号Ｓｃ（例えばレジスタ設定値）の入力を受け付けており、出力波信号Ｗ１に自機のＩＤ情報を重畳する際、バースト信号Ｓｂを所定の変調方式（ＰＡＭ［pulse amplitude modulation］方式、または、ＰＰＭ［pulse phase modulation］方式、若しくは、ＰＦＭ［pulse frequency modulation］方式）で変調する機能（詳細は後述）を備えている。
【0041】
アンプ２１は、圧電素子電圧Ｖ１（＝入力波信号に相当）を増幅して増幅出力信号ＡＭＰＯを生成する。なお、アンプ２１としては、そのゲインを任意に調整することのできるＰＧＡ［programmable gain amplifier］などを好適に用いることができる。
【0042】
ＡＤコンバータ２２は、所定のサンプリング周波数（例えば１ＭＨｚ）で動作することにより、アナログの増幅出力信号ＡＭＰＯをデジタル出力信号ＤＯに変換する。なお、デジタル出力信号ＤＯは、ロジック部３０におけるＰＡＭ方式の復調処理（＝バンドパスフィルタ処理やピーク検出処理など）に供される。
【0043】
コンパレータ２３は、増幅出力信号ＡＭＰＯを所定値（＝アンプ２１の信号無出力時におけるバイアス値）と比較してゼロクロス検出信号ＺＸを生成する。なお、ゼロクロス検出信号ＺＸは、ロジック部３０におけるＰＰＭ方式またはＰＦＭ方式の復調処理（＝パルス数検出処理や駆動周波数検出処理）に供される。ただし、ＡＤコンバータ２２のサンプリング周波数をバースト信号Ｓｂの駆動周波数よりも高い値（例えば数十ＭＨｚ）まで高めることができるのであれば、コンパレータ２３を割愛することも可能である。
【0044】
＜バースト信号＞図５は、バースト信号生成部１４によるバースト信号Ｓｂの変調例を示す図である。先にも述べたように、バースト信号生成部１４は、出力波信号Ｗ１に自機のＩＤ情報を重畳する際、バースト信号ＳｂをＰＡＭ方式、ＰＰＭ方式、若しくは、ＰＦＭで変調する。
【0045】
より具体的に述べると、バースト信号生成部１４は、ＩＤ情報の重畳に際して、バースト信号Ｓｂのデューティ制御（ＰＡＭ変調）、位相制御（ＰＰＭ変調）、及び、駆動周波数制御（ＰＦＭ変調）の少なくとも一つを実施する。また、それぞれの変調方式では、データを１ビット送信するために必要な最小パルス数が異なる。そこで、バースト信号生成部１４は、ＩＤ情報の重畳を行う際、必要に応じてバースト信号Ｓｂのパルス設定数制御も実施する。
【0046】
なお、上記の変調処理を実現すべく、ロジック部３０は、バースト信号Ｓｂの駆動周波数（Ｆｄ）、デューティ（Ｄｕｔｙ）、位相（Ｐｈａｓｅ）、及び、パルス設定数（Ｐｕｌｓｅ Ｎｕｍ）を一組とし、最大ｍ組分（例えばｍ＝８）のパラメータ群を変調制御信号Ｓｃによりバースト信号生成部１４に指定する。すなわち、バースト信号Ｓｂの変調方式については、自由に組み合わせることが可能である。
【0047】
以下では、本図に即して、非変調時（例えばデータ”０”送信時）と変調時（例えばデータ”１”送信時）との間で、バースト信号Ｓｂにどのような違いがあるかを説明する。
【0048】
バースト信号ＳｂのＰＡＭ変調を行う場合、バースト信号Ｓｂは、データ”０”送信時にはパターン（Ａ）でパルス駆動され、データ”１”送信時にはパターン（Ｂ）でパルス駆動される。なお、パターン（Ａ）のバースト信号Ｓｂは、駆動周波数：５８ｋＨｚ、デューティ：２５％、位相：０％、パルス設定数：１２とされており、パターン（Ｂ）のバースト信号Ｓｂは、駆動周波数：５８ｋＨｚ、デューティ：５０％、位相：０％、パルス設定数：１２とされている。すなわち、ＰＡＭ変調時には、バースト信号Ｓｂのデューティが可変制御される。
【0049】
また、バースト信号ＳｂのＰＰＭ変調を行う場合、バースト信号Ｓｂは、データ”０”送信時には、パターン（Ｂ）−（Ｃ）の組み合わせ（＝正転−反転）でパルス駆動され、データ”１”送信時には、パターン（Ｃ）−（Ｄ）の組み合わせ（＝反転−反転）でパルス駆動される。なお、パターン（Ｃ）及び（Ｄ）のバースト信号Ｓｂは、いずれも駆動周波数：５８ｋＨｚ、デューティ：５０％、位相：５０％、パルス設定数：１２とされている。すなわち、ＰＰＭ変調時には、バースト信号Ｓｂの位相が可変制御される。
【0050】
また、バースト信号ＳｂのＰＦＭ変調を行う場合、バースト信号Ｓｂは、データ”０”送信時にはパターン（Ｄ）でパルス駆動され、データ”１”送信時にはパターン（Ｅ）でパルス駆動される。なお、パターン（Ｅ）のバースト信号Ｓｂは、駆動周波数：６０ｋＨｚ、デューティ：５０％、位相：５０％、パルス設定数：１２とされている。すなわち、ＰＦＭ変調時には、バースト信号Ｓｂの駆動周波数が可変制御される。
【0051】
なお、上記各種パラメータの設定可能範囲については、例えば、駆動周波数：３０〜８０ｋＨｚ（Δ０．２５ｋＨｚ刻み）、デューティ：１．５６％〜１００％（Δ１．５６％刻み）、位相：１．５６％〜１００％（Δ１．５６％刻み）、及び、パルス設定数：１〜１６パルス（Δ１パルス刻み）とすればよい。
【0052】
以下では、上記の各種変調方式（ＰＡＭ、ＰＰＭ、ＰＦＭ）について、個別具体的に検証する。
【0054】
両図で示したように、バースト信号Ｓｂをデューティ２５％で１２パルス出力した後、デューティ５０％に切り替えてから更に１２パルス出力すると、デューティ切替（パターン（Ａ）→（Ｂ））に応じて増幅出力信号ＡＭＰＯの振幅に変化を生じることが分かる。
【0055】
特に、増幅出力信号ＡＭＰＯの前半１２パルス（パターン（Ａ））と、後半１２パルス（パターン（Ｂ））のうち、それぞれの過渡変化状態における数パルス分（例えば、最初の３パルス分）を除いた部分については、それぞれの振幅値を十分に比較することができる。この検証結果から、ＰＡＭ変調時には、データを１ビット送信するために複数発のパルス（例えば４パルス程度）が必要であると言える。
【0056】
図８は、ＰＡＭ復調時のピーク検出動作を示す図であり、バースト信号Ｓｂのデューティを増大させていったときに、デジタル出力信号ＤＯのピーク値（図中の菱形マークを参照）が徐々に上昇していく様子を示している。なお、本図では、ロジック部３０におけるＢＰＦ［band pass filter］処理済みのデジタル出力信号ＤＯが描写されている。
【0057】
本図で示したように、ＰＡＭ復調時には、デジタル出力信号ＤＯのピーク値をロジック部３０で検出し、その検出結果に基づいてデータの論理レベル判定を行えばよい。なお、上記のピーク値検出や論理レベル判定については、ハードウェア処理を行ってもよいし、ソフトウェア処理を行ってもよい。
【0058】
＜ＰＰＭ方式（位相制御）＞図９及び図１０は、それぞれ、ＰＰＭ変調時の反射波形（＝増幅出力信号ＡＭＰＯ）を示す図である。なお、図９では、位相反転時（正転−反転時）の挙動が描写されており、図１０では、同位相時（反転−反転時）の挙動が描写されている。
【0059】
図９で示したように、バースト信号Ｓｂを正転位相ＰＯＳ（位相：０％）で１２パルス出力した後、反転位相ＮＥＧ（位相：５０％）に切り替えてから更に１２パルス出力したとき、すなわち、バースト信号Ｓｂをパターン（Ｂ）−（Ｃ）の組み合わせでパルス駆動したとき、位相切替タイミングを跨ぐように設定された一定期間Ｔ内のパルス数は、ほぼ７．５パルスであった。
【0060】
一方、図１０で示したように、バースト信号Ｓｂを反転位相ＮＥＧ（位相：５０％）で１２パルス出力した後、同じく反転位相ＮＥＧ（位相：５０％）で更に１２パルス出力したとき、すなわち、バースト信号Ｓｂをパターン（Ｃ）−（Ｄ）の組み合わせでパルス駆動したとき、位相切替タイミングを跨ぐように設定された一定期間Ｔ内のパルス数は、ほぼ８．０パルスであった。
【0061】
このように、バースト信号Ｓｂの位相切替（正転−反転ｖｓ反転−反転）を行うことにより、増幅出力信号ＡＭＰＯのパルス間隔が半位相分（０．５パルス分）だけ変化することから、ＰＰＭ変調は十分に可能であると言える。
【0062】
なお、一定期間Ｔを設定するためのタイミング制御としては、例えば、増幅出力信号ＡＭＰＯのピーク数が所定値（例えば６ピーク目）に達した時点でパルス数のカウント動作を開始し、一定期間Ｔの経過後におけるパルス数を取得すればよい。また、位相切替判定の別手法としては、所定のパルス数を検出するまでの所要時間を計測し、その計測結果から位相切替が行われたか否かを判定してもよい。
【0063】
＜ＰＦＭ方式（駆動周波数制御）＞図１１及び図１２は、それぞれ、ＰＦＭ変調時の反射波形（＝増幅出力信号ＡＭＰＯ）を示す図である。なお、図１１では５８ｋＨｚ駆動時（パターン（Ｄ））の挙動が描写されており、図１２では６０ｋＨｚ駆動時（パターン（Ｅ））の挙動が描写されている。
【0064】
図１１で示したように、バースト信号Ｓｂをパターン（Ｄ）（駆動周波数５８ｋＨｚ）でパルス駆動したときには、増幅出力信号ＡＭＰＯの周波数が５７．８ｋＨｚであった。
【0065】
一方、図１２で示したように、バースト信号Ｓｂをパターン（Ｅ）（駆動周波数６０ｋＨｚ）でパルス駆動したときには、増幅出力信号ＡＭＰＯの周波数が６０．０６ｋＨｚであった。
【0066】
このように、バースト信号Ｓｂの駆動周波数を切り替えれば、増幅出力信号ＡＭＰＯの周波数もこれに追従して変化することから、ＰＦＭ変調は十分に可能であると言える。
【0067】
なお、増幅出力信号ＡＭＰＯの周波数測定手法としては、例えば、図４のコンパレータ２３で生成されるゼロクロス検出信号ＺＸに基づいて、ロジック部３０で増幅出力信号ＡＭＰＯのゼロクロスタイミングを検出し、その検出結果から周波数を算出すればよい。
【0068】
＜ＰＡＭ方式（駆動電流制御）＞なお、先の図６及び図７では、ＰＡＭ変調に際してバースト信号Ｓｂのデューティ制御を行う例を挙げたが、電流源１２（図３を参照）で生成される駆動電流Ｉｄの電流値を制御することにより、出力波信号Ｗ１のＰＡＭ変調を実現することも可能である。
【0070】
図１３で示したように、Ｉｄ＝１６１ｍＡであるときには、増幅出力信号ＡＭＰＯの安定時振幅が約６０Ｖｐｐとなる。また、図１４で示したように、Ｉｄ＝３３１ｍＡであるときには、増幅出力信号ＡＭＰＯの安定時振幅が約１００Ｖｐｐとなる。また、図１５で示したように、Ｉｄ＝４９６ｍＡであるときには、増幅出力信号ＡＭＰＯの安定時振幅が約１６０Ｖｐｐとなる。
【0071】
このように、駆動電流Ｉｄの電流値を切り替えれば、増幅出力信号ＡＭＰＯの安定時振幅もこれに追従して変化することから、駆動電流制御によるＰＡＭ変調は十分に可能であると言える。
【0072】
なお、駆動電流制御によるＰＡＭ変調を実現するためには、時間軸での電流能力切替機能を電流源１２に持たせておき、ＩＤ情報の重畳に際して、駆動電流Ｉｄの電流値制御を実施すればよい。また、駆動電流値Ｉｄの設定可能範囲については、例えば、９６ｍＡ〜６００ｍＡ程度とすればよい。
【0073】
＜車両用ソナー＞図１６は、車両の外観図である。車両Ｘのフロントバンパーには、その左右角部と中央部にそれぞれフロントソナーＸ１（Ｌ、Ｒ、Ｃ）が設けられている。また、車両Ｘのリアバンパーにも、その左右角部と中央部にそれぞれバックソナーＸ２（Ｌ、Ｒ、Ｃ）が設けられている（ただし、図示の便宜上、バックソナーＸ２Ｒ及びＸ２Ｃは不図示）。
【0074】
このように、車両ＸにフロントソナーＸ１（Ｌ、Ｒ、Ｃ）及びバックソナーＸ２（Ｌ、Ｒ、Ｃ）を搭載することにより、車両Ｘの周囲における検知対象物（＝障害物、他車、または、通行人など）の接近検知や距離測定を行うことができるので、ドライバーの安全運転を支援することが可能となる。
【0075】
なお、上記のフロントソナーＸ１（Ｌ、Ｒ、Ｃ）及びバックソナーＸ２（Ｌ、Ｒ、Ｃ）としては、それぞれ、これまでに説明してきた超音波センサ１を適用することができる。
【0076】
＜その他の変形例＞また、上記の実施形態では、超音波センサ１を車両用ソナーとして適用する例を挙げたが、超音波センサ１の適用対象はこれに限定されるものではなく、駐車スペース毎に超音波センサ１が設けられた駐車管理システム、湿度センサ、積雪深計、ベルトコンベアの物体検知器、タンク注水時の液量検知器、自動ドアや侵入監視装置などの人体センサ、若しくは、各種の変位計測器などにも広く適用することが可能である。
【0077】
このように、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【0078】
本明細書中に開示されている超音波センサは、例えば、車両の外界センサとして利用することが可能である。
【符号の説明】
【0079】
１ 圧電素子２ 半導体装置
１０ 送信部
１１ トランス
１２ 電流源
１３ スイッチ
１４ バースト信号生成部
２０ 受信部
２１ アンプ
２２ ＡＤコンバータ
２３ コンパレータ
３０ ロジック部
３１ 復調処理部
１００ 超音波センサ（自センサ）
２００ 検知対象物
３００ 他の超音波センサ
Ｘ 車両
Ｘ１（Ｌ、Ｒ、Ｃ） フロントソナー
Ｘ２（Ｌ、Ｒ、Ｃ） バックソナー