特許 6981549 超音波センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6981549

(24)【登録日】2021年11月22日

(45)【発行日】2021年12月15日

(54)【発明の名称】超音波センサ

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/526 20060101AFI20211202BHJP

【ＦＩ】

   G01S7/526 M

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2020-528775(P2020-528775)

(86)(22)【出願日】2019年6月18日

(86)【国際出願番号】JP2019024172

(87)【国際公開番号】WO2020008868

(87)【国際公開日】20200109

【審査請求日】2020年10月28日

(31)【優先権主張番号】特願2018-129396(P2018-129396)

(32)【優先日】2018年7月6日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100104204

【弁理士】

【氏名又は名称】峯岸 武司

(72)【発明者】

【氏名】高▲瀬▼ 恭英

【審査官】 東 治企

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／１６７００３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１７−１７２９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１９０８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０６５３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２８２３８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ７／５２−７／６４

Ｇ０１Ｓ １５／００−１５／９６

Ｈ０４Ｒ ３／００−３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

振動体に振動を生じさせる励振信号が印加される駆動電極および前記振動体の振動に応じた検出信号を取り出す検出電極を有する超音波を発する振動子と、
前記振動体を振動させる前記励振信号を前記駆動電極へ出力する送信回路と、
前記検出電極に検出される前記検出信号を入力する受信回路と、
前記送信回路から前記駆動電極への前記励振信号の出力が停止された後に前記受信回路から出力される前記振動体の残響振動に応じた残響振動抑圧回路制御信号を増幅して前記残響振動を抑圧する抑圧制御信号を生成し、前記駆動電極に与える、信号増幅の周波数帯域が可変な帯域可変演算増幅器を有する残響振動抑圧回路と、
前記残響振動抑圧回路から前記駆動電極への前記抑圧制御信号の出力が停止された後に前記帯域可変演算増幅器の信号増幅の周波数帯域を変化させる制御回路と
を備える超音波センサ。

【請求項2】

前記制御回路は、前記帯域可変演算増幅器の主要極の周波数を変化させることで信号増幅の周波数帯域を変化させる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】

前記残響振動抑圧回路と前記駆動電極との間に設けられる半導体スイッチを備え、
前記制御回路は前記半導体スイッチの導通状態を制御する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波センサ。

【請求項4】

前記帯域可変演算増幅器は、入力される差電圧を電流に変換する電圧電流変換部と、前記電圧電流変換部によって変換される電流を電圧に変換する電流電圧変換部と、前記電圧電流変換部と前記電流電圧変換部の間に設けられる、前記制御回路によって抵抗値が可変される可変抵抗部とを備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の超音波センサ。

【請求項5】

前記可変抵抗部はＭＯＳＦＥＴで構成され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】

第１の可変電流源、第１の抵抗、第２の抵抗、第２の可変電流源がこの順に正電源および負電源間に直列接続され、前記第１の抵抗および前記第２の抵抗間の接続点が前記残響振動抑圧回路の出力に接続される直列回路を備え、
前記半導体スイッチは、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間とｐチャネルＭＯＳＦＥＴのソース・ドレイン間とが並列に接続されたトランスミッションゲートから構成され、前記ｎチャネルＭＯＳＦＥＴおよび前記ｐチャネルＭＯＳＦＥＴの各ソースが前記第１の抵抗および前記第２の抵抗間の接続点、前記ｎチャネルＭＯＳＦＥＴのゲートが前記第１の可変電流源および前記第１の抵抗間の接続点、前記ｐチャネルＭＯＳＦＥＴのゲートが前記第２の抵抗および前記第２の可変電流源間の接続点に接続される
ことを特徴とする請求項３または請求項３を引用する請求項４または請求項３を引用する請求項４に従属する請求項５に記載の超音波センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波を発する振動体の残響振動を抑圧する残響振動抑圧回路を備える超音波センサに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の超音波センサとしては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。この超音波センサは半導体スイッチを備え、半導体スイッチにより、超音波を発する圧電体に設けられる送信用電極と受信用電極との間の電気的な経路を導通状態と非導通状態とに切り替える。送信用電極への交流電圧印加後に半導体スイッチによって上記経路を導通状態にすることで、圧電体の残響振動に応じて圧電体の受信用領域から出力される残響信号が送信用電極にフィードバックされる。残響信号が電圧として送信用電極にフィードバックされることで、圧電体の残響振動が相殺されて抑圧される。残響信号が送信用電極にフィードバックされた後、上記経路を導通状態から非導通状態に切り替えることで、超音波センサは受信可能状態にされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６２４９１１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記従来の超音波センサにおいては、残響信号が電圧として送信用電極にフィードバックされて圧電素子の残響振動が一旦抑制されても、半導体スイッチのスイッチング等によって生じる高周波ノイズにより、圧電体が再励起されて再振動する。このため、半導体スイッチを導通状態から非導通状態に切り替えて超音波センサを受信可能状態にしても、振動体の残響振動が抑圧された直後に受信される受信信号がこの再振動に起因する雑音に埋もれて、受信信号を正しく受信することができない。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、
振動体に振動を生じさせる励振信号が印加される駆動電極および振動体の振動に応じた検出信号を取り出す検出電極を有する超音波を発する振動子と、
振動体を振動させる励振信号を駆動電極へ出力する送信回路と、
検出電極に検出される検出信号を入力する受信回路と、
送信回路から駆動電極への励振信号の出力が停止された後に受信回路から出力される振動体の残響振動に応じた残響振動抑圧回路制御信号を増幅して残響振動を抑圧する抑圧制御信号を生成し、駆動電極に与える、信号増幅の周波数帯域が可変な帯域可変演算増幅器を有する残響振動抑圧回路と、残響振動抑圧回路から駆動電極への抑圧制御信号の出力が停止された後に帯域可変演算増幅器の信号増幅の周波数帯域を変化させる制御回路とを備え、超音波センサを構成した。

【0006】

本構成によれば、送信回路から駆動電極への励振信号の出力が停止された後、抑圧制御信号が帯域可変演算増幅器によって信号増幅されて残響振動抑圧回路から駆動電極に与えられることで、振動体の残響振動が抑圧される。また、駆動電極への抑圧制御信号の出力が停止された後、帯域可変演算増幅器の信号増幅周波数帯域が制御回路によって変化させられ、帯域可変演算増幅器の内部で発生する高周波ノイズの周波数帯域における帯域可変演算増幅器の信号増幅率が低下させられることで、振動体の残響振動が抑圧された後に駆動電極に印加される高周波ノイズの信号レベルが低減される。したがって、振動体の残響振動が抑圧された後、高周波ノイズによって振動体が再励起されて再振動するのが防止される。このため、振動体の残響振動が抑圧された直後に受信が可能になる。

【発明の効果】

【0007】

よって、本発明によれば、振動体の残響振動が抑圧された直後に受信される受信信号を正しく受信することが可能な超音波センサを提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１の実施形態による超音波センサの回路図である。

【図2】図１に示す超音波センサを構成する帯域可変演算増幅器の内部構成を示す回路である。

【図3】超音波センサの動作シーケンスを示す図である。

【図4】図１に示す超音波センサの各箇所における信号波形を示す図である。

【図5】図１に示す超音波センサの内部に構成されるローパスフィルタの信号増幅周波数帯域が可変される前後の利得特性を示すグラフである。

【図6】図１に示す超音波センサの内部に構成されるローパスフィルタによって高周波ノイズが低減されることを説明するためのグラフである。

【図7】図１に示す超音波センサに比較される第１の比較例による超音波センサの回路図である。

【図8】図１に示す超音波センサに比較される第２の比較例による超音波センサの回路図である。

【図9】本発明の第２の実施形態による超音波センサの回路図である。

【図10】図９に示す超音波センサにおける半導体スイッチの変形例による駆動回路の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

次に、本発明の超音波センサを実施するための形態について、説明する。

【0010】

図１は、本発明の第１の実施形態による超音波センサ１Ａの回路図である。

【0011】

超音波センサ１Ａは、例えば、車両に搭載されて、超音波を発してから反射波を受信するまでの時間に応じて、自身から物体までの距離を計測するのに用いられる。超音波センサ１Ａは、超音波を発する振動子である圧電素子２、送信回路３、受信回路４、残響振動抑圧回路５、および制御回路６を備えて構成される。圧電素子２は、振動体である圧電体２ａ、駆動電極２ｂ、検出電極２ｃおよび共通電極２ｄを有する。共通電極２ｄは接地電圧等の基準電圧に接続される。駆動電極２ｂおよび共通電極２ｄ間には、圧電体２ａに振動を生じさせる励振信号が印加される。また、検出電極２ｃおよび共通電極２ｄ間には、圧電体２ａの振動に応じた電荷が現れ、この電荷が検出信号として取り出される。送信回路３は、圧電体２ａを振動させる励振信号Ａを駆動電極２ｂへ出力する。受信回路４は、反射波等の受信によって圧電体２ａが振動することで、検出電極２ｃに検出される検出信号を入力する。

【0012】

駆動電極２ｂに励振信号Ａが印加されることで、圧電体２ａが振動して、気中などに向けて超音波が出射される。この圧電体２ａの振動は、送信回路３から駆動電極２ｂへの励振信号Ａの出力が停止された後にも、直ぐには収まらず、しばらく残響振動として継続する。この残響振動により、検出電極２ｃには残響振動に応じた電圧が残響信号として検出される。受信回路４には検出電極２ｃからこの残響信号が入力され、受信回路４は、入力した残響信号に応じて残響振動抑圧回路５を制御する残響振動抑圧回路制御信号を残響振動抑圧回路５へ出力する。

【0013】

残響振動抑圧回路５は帯域可変演算増幅器５０を用いて構成される。残響振動抑圧回路５は、送信回路３から駆動電極２ｂへの励振信号Ａの出力が停止された後に受信回路４から出力される残響振動抑圧回路制御信号を増幅して、残響振動を抑圧する抑圧制御信号を生成し、駆動電極２ｂに与える。抑圧制御信号は、残響振動による圧電体２ａの振動が打ち消されるように、例えば、残響信号に対して位相を反転した電圧信号として生成される。

【0014】

帯域可変演算増幅器５０は、信号増幅の周波数帯域が可変な図２に示す内部構成を有し、同図（ａ）に概略構成、同図（ｂ）に詳細な構成の一例が示される。つまり、帯域可変演算増幅器５０は、入力段に電圧電流変換部５１、中間段に可変抵抗部５２、および出力段に電流電圧変換部５３を備える。電圧電流変換部５１は、帯域可変演算増幅器５０の非反転入力端子（＋）５０ａおよび反転入力端子（−）５０ｂの各入力電圧がゲートにそれぞれ印加される一対のＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）５１ａ、５１ｂ、カレントミラー回路を構成する一対のＭＯＳＦＥＴ５１ｃ、５１ｄ、およびゲートに一定の電圧Ｖｂが与えられて定電流源を構成するＭＯＳＦＥＴ５１ｅから構成され、非反転入力端子（＋）５０ａおよび反転入力端子（−）５０ｂ間に入力される差電圧を電流に変換する。電流電圧変換部５３は、ゲートに一定の電圧Ｖｂが与えられて定電流源を構成するＭＯＳＦＥＴ５３ａ、および、ＭＯＳＦＥＴ５３ａに直列に接続されて、ゲート・ドレイン間にコンデンサ５３ｃが接続されるＭＯＳＦＥＴ５３ｂから構成され、電圧電流変換部５１によって変換される電流を電圧に変換して、帯域可変演算増幅器５０の出力端子５０ｃへ出力する。なお、図２（ｂ）に示す内部回路は一例であり、電圧電流変換部５１および電流電圧変換部５３の構成はこれに限定されない。

【0015】

電圧電流変換部５１および電流電圧変換部５３間に設けられる可変抵抗部５２は、ゲートに制御回路６が接続されたＭＯＳＦＥＴ５２ａから構成され、制御回路６によって抵抗値が可変される。制御回路６は、残響振動抑圧回路５から駆動電極２ｂへの抑圧制御信号の出力が停止された後に、可変抵抗部５２の抵抗値を制御することで、帯域可変演算増幅器５０の信号増幅の周波数帯域を可変させる。本実施形態では、可変抵抗部５２の抵抗とその周囲の回路に形成される容量とにより、帯域可変演算増幅器５０の内部に主要極を構成する。制御回路６は、可変抵抗部５２の抵抗値を制御して、帯域可変演算増幅器５０による信号増幅の周波数帯域を可変する。

【0016】

帯域可変演算増幅器５０の内部には、各ＭＯＳＦＥＴのスイッチングにより高周波ノイズが発生するが、本実施形態による超音波センサ１Ａは、残響振動による圧電体２ａの振動が抑圧制御信号で打ち消された後に生じるこの高周波ノイズを、主要極の周波数を変化させることで、低減する。

【0017】

帯域可変演算増幅器５０の信号増幅周波数帯域を可変するには、一般的に、定電流源を構成するＭＯＳＦＥＴ５１ｅ、５３ａによって流される電流の電流値を低下させることで行われる。しかし、この電流値を低下させると、帯域可変演算増幅器５０の各ノードにおける電圧が変化し、各ＭＯＳＦＥＴに対するバイアス電圧が変化して、帯域可変演算増幅器５０の出力ＤＣ電圧が微小に変化する。これに対して、上記のように、主要極の周波数を変化させることで、帯域可変演算増幅器５０による信号増幅周波数帯域を可変する本実施形態においては、各ノードにおける電圧が変化することはなく、帯域可変演算増幅器５０の出力に影響を与えることはない。

【0018】

図３は、超音波センサ１Ａの動作シーケンスを示し、図の左から右へ時間が経過する。超音波センサ１Ａは、期間Ｔ１における送信動作、期間Ｔ２における残響抑圧動作、期間Ｔ３における受信動作を繰り返す。同図（ａ）は、残響振動抑圧回路５から駆動電極２ｂへ出力される抑圧制御信号Ｂのタイミングチャート、同図（ｂ）は、残響振動による圧電体２ａの振動を抑圧した後、圧電体２ａに再励起が生じないときにおける超音波センサ１Ａの動作シーケンス、同図（ｃ）は、残響振動による圧電体２ａの振動を抑圧した後、圧電体２ａに再励起が生じたときにおける超音波センサ１Ａの動作シーケンスである。

【0019】

送信期間Ｔ１においては、送信回路３から駆動電極２ｂへ励振信号Ａ（図４（ａ）参照）が出力され、圧電体２ａが振動させられて超音波が発生する。送信回路３から駆動電極２ｂへの励振信号Ａの出力が停止された後の残響抑圧期間Ｔ２では、抑圧制御信号Ｂ（図４（ｂ）参照）がアクティブになる。生成された抑圧制御信号Ｂは駆動電極２ｂに印加され、圧電体２ａの残響振動が抑圧される。抑圧制御信号Ｂはパルス状をしており、その信号の立ち上がりエッジタイミングおよび立ち下がりエッジタイミングに高周波ノイズＣ（図４（ｃ）参照）が発生する。この高周波ノイズＣは、帯域可変演算増幅器５０により減衰した高周波ノイズＤ（図４（ｄ）参照）となる。

【0020】

図５（ａ）は、帯域可変演算増幅器５０の主要極の周波数、すなわち、帯域可変演算増幅器５０の内部に構成されるカットオフ周波数の一番低いローパスフィルタのカットオフ周波数が引き下げられる前における帯域可変演算増幅器５０の開ループ利得特性および閉ループ利得特性を表すグラフ、同図（ｂ）は、このカットオフ周波数が引き下げられたときにおける帯域可変演算増幅器５０の開ループ利得特性および閉ループ利得特性を表すグラフである。各グラフの横軸は信号周波数ｆ、縦軸は帯域可変演算増幅器５０の利得Ｇである。また、同図（ａ）において点線で示す特性線７１ａはカットオフ周波数が引き下げられる前における帯域可変演算増幅器５０の開ループ利得特性、実線で示す特性線７２ａは閉ループ利得特性である。また、同図（ｂ）において点線で示す特性線７１ｂはカットオフ周波数が引き下げられたときにおける帯域可変演算増幅器５０の開ループ利得特性、実線で示す特性線７２ｂは閉ループ利得特性である。

【0021】

矢印７３に示されるようにカットオフ周波数が引き下げられると、帯域可変演算増幅器５０の開ループ利得特性および閉ループ利得特性は、高周波ノイズが発生する周波数帯域ｆｗにおける利得Ｇが矢印７４に示されるように低下して、帯域可変演算増幅器５０の信号増幅率が小さくなる。したがって、図６に示すグラフのように、高周波ノイズＣは、カットオフ周波数が引き下げられる前における帯域可変演算増幅器５０の点線の特性線７２ａで示される閉ループ利得特性では、信号増幅されてしまうが、カットオフ周波数が引き下げられたときにおける帯域可変演算増幅器５０の実線の特性線７２ｂで示される閉ループ利得特性では、信号増幅率が小さく、矢印７５に示されるように振幅が減衰した高周波ノイズＤに低減される。なお、図６に示すグラフの縦軸および横軸は図５に示す各グラフと同じである。

【0022】

したがって、図３（ｂ）に示す動作シーケンスの受信期間Ｔ３において、圧電体２ａの残響振動が抑圧された後には、高周波ノイズＣが高周波ノイズＤに低減されるので、圧電体２ａに再励起は生じない。このため、残響抑圧期間Ｔ２が終了した直後の受信期間Ｔ３に、超音波の反射波が受信されることで圧電体２ａに生じる振動は、検出電極２ｃに検出波Ｅとして捉えることができる。しかし、図３（ｃ）に示す動作シーケンスの受信期間Ｔ３において、圧電体２ａの残響振動が抑圧された後に、帯域可変演算増幅器５０から高周波ノイズＣが駆動電極２ｂに出力されると、圧電体２ａに再励起が生じる。したがって、残響抑圧期間Ｔ２が終了した直後の受信期間Ｔ３に、圧電体２ａの再励起による振動によって雑音Ｎが生じる。このため、残響抑圧期間Ｔ２が終了した直後の受信期間Ｔ３に反射波が受信されると、その反射波は雑音Ｎに埋もれて検出することができない。この結果、超音波センサ１Ａは近距離の物体を検出できなくなる。

【0023】

上記のように、残響抑圧期間Ｔ２から受信期間Ｔ３への切り替えで、抑圧制御信号Ｂの立ち下がりエッジに起因にして高周波ノイズＣが生じ、この高周波ノイズＣが圧電体２ａに再励起を引き起こす。このような高周波ノイズに起因する圧電体２ａの再励起は、図７に第１の比較例として示す超音波センサ１１Ａにおいても生じる。なお、図７において図１と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は省略する。

【0024】

超音波センサ１１Ａは、増幅回路およびフィルタ等から構成される残響振動抑圧回路８１を備え、受信回路４から出力される制御信号を残響振動抑圧回路８１で増幅する。増幅された制御信号は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ８２およびｐチャネルＭＯＳＦＥＴ８３からなるトランスミッションゲート８４でスイッチングされて抑圧制御信号に変換され、残響抑圧期間Ｔ２において駆動電極２ｂに与えられる。この際、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ８２のゲートには負電圧に振れる駆動パルスＦ、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ８３のゲートには駆動パルスＦが反転した正電圧に振れる駆動パルスＧが与えられる。圧電素子２の駆動電圧は数十Ｖと高く、圧電体２ａの残響振動を抑圧する抑圧制御信号も高い電圧が必要となり、トランスミッションゲート８４の素子サイズが大きくなって駆動パルスＦ、Ｇの振幅も大きくなる。また、各ＭＯＳＦＥＴ８２、８３のゲート・ドレイン間には寄生容量８５、８６が生じる。この寄生容量８５、８６は、トランスミッションゲート８４の素子サイズの大きさに伴って容量値も大きくなる。したがって、駆動電極２ｂに与えられる抑圧制御信号の立ち上がりエッジタイミングおよび立ち下がりエッジタイミングには、振幅の大きな高周波ノイズＨが発生する。このため、残響抑圧期間Ｔ２から受信期間Ｔ３に切り替わる際、抑圧制御信号の立ち下がりエッジに生じる高周波ノイズＨによって圧電体２ａが再励起されてしまう。

【0025】

また、高周波ノイズに起因する圧電体２ａの再励起は、図８に第２の比較例として示す超音波センサ１１Ｂにおいても生じる。なお、図８において図７と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は省略する。

【0026】

超音波センサ１１Ｂでは素子サイズの小さなトランスミッションゲート８４が使用され、各ＭＯＳＦＥＴ８２、８３のゲートに与えられる駆動パルスＦ、Ｇの振幅は小さくなる。また、各ＭＯＳＦＥＴ８２、８３のゲート・ドレイン間に生じる寄生容量８５、８６もトランスミッションゲート８４の素子サイズに応じて小さくなる。このため、駆動電極２ｂに与えられる抑圧制御信号の立ち上がりエッジタイミングおよび立ち下がりエッジタイミングに発生する高周波ノイズＨは、振幅が小さくなる。しかし、各ＭＯＳＦＥＴ８２、８３のソース・ドレイン間に寄生ダイオード８７、８８が生じ、制御信号が残響振動抑圧回路８１で大きな倍率で増幅されるため、高周波ノイズＨの電圧が寄生ダイオード８７、８８の順方向電圧を超える。このため、残響抑圧期間Ｔ２から受信期間Ｔ３に切り替わる際、寄生ダイオード８７、８８を通って圧電体２ａを励起させる信号が駆動電極２ｂに出力され、圧電体２ａが再励起されてしまう。

【0027】

しかし、本実施形態による超音波センサ１Ａによれば、上記のように、残響抑圧期間Ｔ２から受信期間Ｔ３に切り替わる際に発生する高周波ノイズＣは、帯域可変演算増幅器５０の帯域が引き下げられて減衰するので、寄生ダイオード８７、８８が導通状態にならず、圧電体２ａに再励起は生じない。

【0028】

このような本実施形態による超音波センサ１Ａによれば、送信回路３から駆動電極２ｂへの励振信号Ａの出力が停止された後、抑圧制御信号Ｂが帯域可変演算増幅器５０によって信号増幅されて残響振動抑圧回路５から駆動電極２ｂに与えられることで、残響抑圧期間Ｔ２において、圧電体２ａの残響振動が抑圧される。また、駆動電極２ｂへの抑圧制御信号Ｂの出力が停止された後の受信期間Ｔ３において、帯域可変演算増幅器５０の信号増幅周波数帯域が制御回路６によって可変され、帯域可変演算増幅器５０の内部で発生する高周波ノイズＣの周波数帯域における帯域可変演算増幅器５の信号増幅率が低下させられることで、圧電体２ａの残響振動が抑圧された後に駆動電極２ｂに印加される高周波ノイズＤの信号レベルが低減される。

【0029】

本実施形態では、帯域可変演算増幅器５０の信号増幅周波数帯域は、帯域可変演算増幅器５０の内部に構成される主要極の周波数が制御回路６によって可変され、主要極の周波数が引き下げられて、高周波ノイズＣの周波数帯域における帯域可変演算増幅器５０の信号増幅率が低下させられる。つまり、駆動電極２ｂへの抑圧制御信号Ｂの出力が停止された後、制御回路６によって可変抵抗部５２の抵抗値が可変されることで、帯域可変演算増幅器５０の容量成分と可変抵抗部５２から構成されるローパスフィルタの時定数が変わり、帯域可変演算増幅器５０の信号増幅周波数帯域が簡単な回路構成で可変されて、高周波ノイズＣの周波数帯域における帯域可変演算増幅器５０の信号増幅率が低下させられる。

【0030】

したがって、圧電体２ａの残響振動が抑圧された後、高周波ノイズＣは、帯域可変演算増幅器５０によって圧電体２ａに再振動を起こさない信号レベルの高周波ノイズＤに低減される。したがって、圧電体２ａの残響振動が抑圧された後、高周波ノイズＤによって圧電体２ａが再励起されて再振動するのが防止される。このため、圧電体２ａの残響振動が抑圧された直後の受信期間Ｔ３に受信される受信信号が圧電体２ａの再振動に起因する雑音Ｎに埋もれなくなり、受信信号を正しく受信することが可能になる。

【0031】

また、本実施形態による超音波センサ１Ａによれば、可変抵抗部５２が電圧電流変換部５１および電流電圧変換部５３と共にＭＯＳＦＥＴから構成されることで、帯域可変演算増幅器５０は製造容易でかつ小型に構成され、超音波センサ１Ａは小型で安価に製造される。

【0032】

図９は、本発明の第２の実施形態による超音波センサ１Ｂの回路図である。

【0033】

超音波センサ１Ｂは、残響振動抑圧回路５と駆動電極２ｂとの間に設けられる半導体スイッチ９１を備える。制御回路６は、残響振動抑圧回路５から抑圧制御信号Ｂが出力される際に半導体スイッチ９１を導通状態に制御し、残響振動抑圧回路５から駆動電極２ｂへの抑圧制御信号Ｂの出力が停止された後に半導体スイッチ９１を非導通状態に制御する。第２の実施形態による超音波センサ１Ｂは、これらの点が第１の実施形態による超音波センサ１Ａと相違する。これらの相違点以外の構成は第１の実施形態による超音波センサ１Ａと同様である。

【0034】

半導体スイッチ９１は、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ９２のソース・ドレイン間とｐチャネルＭＯＳＦＥＴ９３のソース・ドレイン間とが並列に接続されたトランスミッションゲートから構成される。ＭＯＳＦＥＴ９２のソース・ドレイン間にはソースからドレインを順方向とする寄生ダイオード９４、ＭＯＳＦＥＴ９３のソース・ドレイン間にはドレインからソースを順方向とする寄生ダイオード９５が生じる。ＭＯＳＦＥＴ９２は制御回路６からゲートに駆動バルスＪが印加されることで導通状態になり、ＭＯＳＦＥＴ９３は制御回路６からゲートに駆動バルスＫが印加されることで導通状態になる。

【0035】

本実施形態による超音波センサ１Ｂによれば、上記の第１の実施形態による超音波センサ１Ａと同様な作用効果が奏される。さらに、本実施形態による超音波センサ１Ｂによれば、残響振動抑圧回路５から駆動電極２ｂへの抑圧制御信号Ｂの出力が停止された後の受信期間Ｔ３に、半導体スイッチ９１が制御回路６によって非導通状態に制御される。この際、帯域可変演算増幅器５０の信号増幅周波数帯域が制御回路６によって可変され、帯域可変演算増幅器５０の内部で発生する高周波ノイズＣの周波数帯域における帯域可変演算増幅器５０の信号増幅率が、半導体スイッチ９１に寄生する寄生ダイオード９４、９５の順方向電圧以下に高周波ノイズＣの信号レベルを低下させる信号増幅率になっていると、圧電体２ａの残響振動が抑圧された後の受信期間Ｔ３に残響振動抑圧回路５から出力される高周波ノイズＤは寄生ダイオード９４、９５を通ることができずに、半導体スイッチ９１によって遮断される。したがって、本実施形態による超音波センサ１Ｂによれば、圧電体２ａの残響振動が抑圧された後の受信期間Ｔ３に高周波ノイズＤは駆動電極２ｂに何ら影響を与えなくなり、圧電体２ａは確実に高周波ノイズＤによって再励起されなくなり、再振動を起こさなくなる。

【0036】

図１０は、図９に示す超音波センサ１Ｂにおける半導体スイッチ９１の駆動回路の変形例を示す回路図である。図１０において図９と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は省略する。

【0037】

この変形例による半導体スイッチ９１の駆動回路は、第１の可変電流源１０、第１の抵抗１１、第２の抵抗１２、第２の可変電流源１３がこの順に正電源ＶDDおよび負電源ＶSS間に直列接続され、第１の抵抗１１および第２の抵抗１２間の接続点１４が残響振動抑圧回路５の出力線１５に接続される直列回路を備えている。ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ９２およびｐチャネルＭＯＳＦＥＴ９３の各ソースは第１の抵抗１１および第２の抵抗１２間の接続点１４に接続され、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ９２のゲートは第１の可変電流源１０および第１の抵抗１１間の接続点１６、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ９３のゲートは第２の抵抗１２および第２の可変電流源１３間の接続点１７に接続される。

【0038】

本構成によれば、半導体スイッチ９１を構成するトランスミッションゲートにおけるｎチャネルＭＯＳＦＥＴ９２のゲート・ソース間には、第１の可変電流源１０および第２の可変電流源１３によって直列回路に流される電流の電流値と第１の抵抗１１の抵抗値とによって定まる駆動電圧が、第１の抵抗１１および第２の抵抗１２間の接続点１４の電圧を基準にして印加される。また、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ９３のゲート・ソース間には、第１の可変電流源１０および第２の可変電流源１３によって直列回路に流される電流の電流値と第２の抵抗１２の抵抗値とによって定まる駆動電圧が、第１の抵抗１１および第２の抵抗１２間の接続点１４の電圧を基準にして印加される。第１の抵抗１１および第２の抵抗１２間の接続点１４は残響振動抑圧回路５の出力線１５に接続されるので、第１の抵抗１１および第２の抵抗１２間の接続点１４の電圧は、残響振動抑圧回路５の出力電圧にしたがって変化する。

【0039】

しかし、残響振動抑圧回路５の出力電圧が変化しても、トランスミッションゲートにおけるｎチャネルＭＯＳＦＥＴ９２のゲート・ソース間、およびｐチャネルＭＯＳＦＥＴ９３のゲート・ソース間には、残響振動抑圧回路５の出力電圧を基準とする上記の各駆動電圧が印加されるので、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ９２およびｐチャネルＭＯＳＦＥＴ９３は、残響振動抑圧回路５の出力電圧の変化に影響を受けずに適切に駆動される。また、この駆動電圧は、第１の可変電流源１０および第２の可変電流源１３によって直列回路に流される電流の電流値が制御回路６によって可変されることで制御される。このため、半導体スイッチ９１は、残響振動抑圧回路５の出力電圧の変化に影響を受けずに、その導通状態が制御回路６によって制御される。よって、残響振動抑圧回路５から駆動電極２ｂへの抑圧制御信号Ｂの出力が停止された後の受信期間Ｔ３において、半導体スイッチ９１は制御回路６によって適切に非導通状態に制御され、圧電体２ａはより確実に高周波ノイズＤによって再励起されなくなり、再振動を起こさなくなる。

【0040】

なお、第１の実施形態による超音波センサ１Ａ並びに第２の実施形態による超音波センサ１Ｂでは、超音波を発生する振動子が圧電素子２である場合について説明したが、静電容量型の振動子であってもよい。その場合においても第１および第２の各実施形態と同様な作用効果が奏される。

【符号の説明】

【0041】

１Ａ、１Ｂ…超音波センサ
２…圧電素子（振動子）
２ａ…圧電体（振動体）
２ｂ…駆動電極
２ｃ…検出電極
２ｄ…共通電極
３…送信回路
４…受信回路
５…残響振動抑圧回路
５０…帯域可変演算増幅器
５０ａ…非反転入力端子（＋）
５０ｂ…反転入力端子（−）
５０ｃ…出力端子
６…制御回路
１０…第１の電流源
１１…第１の抵抗
１２…第２の抵抗
１３…第２の電流源
１４、１６、１７…接続点
９１…半導体スイッチ
９２…ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ
９３…ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ
９４、９５…寄生ダイオード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】