JPH0447788B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は超音波の送受信を利用して目標物体ま
での距離測定を行ういわゆる超音波測距装置や、
物体の有無の検知を行ういわゆる超音波物体検知
装置等において使用される超音波送受信装置に関
し、特に、超音波の送受波器として単一の圧電型
セラミツクセンサを有する超音波送受信装置に関
するものである。

従来の技術 近年、測定技術の進歩とともに上述したような
超音波測距装置や超音波物体検知装置は、例えば
カメラの自動焦点調節装置や自動車のバツクセン
サに使用する等、種々のものが提案、実用化され
ている。

また、上記のような装置の超音波送受信装置に
おいて、超音波の送信、受信を同一部分で行う超
音波送受波器としては、コンデンサ型のセンサあ
るいは圧電型セラミツクセンサが良く知られてい
る。

発明が解決しようとする課題 上記のように、超音波の送、受信を兼用して行
う超音波送受波器としては２種のセンサが周知で
あるが、かかる２種のセンサの違いについて見て
みると、コンデンサ型のセンサは圧電型セラミツ
クセンサに比較して、感度、値段、温度特性の点
において不利であることが認識されている。

しかしながら、例えば30cm前後の極めて近距離
にある目標物体に対する測距動作あるいは物体検
知動作を考えた場合、圧電型セラミツクセンサに
比してコンデンサ型センサが有利となることも周
知である。

このことは、コンデンサ型のセンサは比較的低
い機械的Ｑを利用できることから、例えば所定期
間の超音波の送信動作特性を急峻な特性とするこ
とが可能であるのに対し、圧電型セラミツクセン
サはＱが高く送信動作を停止しても振動動作が継
続して行われるため、送信動作を急峻にできない
ことから明らかである。

一般に超音波を利用した測距装置あるいは物体
検知装置は、基本的には目標物体からの反射波を
受信したか否かを検出する動作を行わなければそ
の機能を達成することはできない。

したがつて、上記した約30cm前後の近距離に目
標物体がある場合、超音波を送信してから反射波
が帰つてくるまでの時間が極短時間となることか
ら、送信動作特性が急峻でなく所定の送信動作終
了後にも振動動作が行われるとすると、同一部分
で超音波の送、受信を行う場合、上記振動動作が
上記短時間内に終了しなければ目標物体からの反
射波の受信時の動作との区別が行なえないことに
なる。

かかる点から近距離の目標物体の測距動作およ
び物体検知動作については、送信動作終了後、急
峻に振動動作のなくなるコンデンサ型のセンサの
方が有利となる。

ところで、実際に使用されている装置のうち、
カメラの自動焦点調節装置に使用されている超音
波測距装置において、上述したような近距離側の
動作について調べてみると、コンデンサ型のセン
サを使用している場合には約27cmの距離から測距
可能であるのに対し、圧電型セラミツクセンサを
使用している場合には約１ｍの距離からしか測距
可能とならず、近距離側の測距動作のみに関して
は、はるかにコンデンサ型のセンサの方が優れて
いることが確認できた。

しかしながら、圧電型セラミツクセンサの有す
る値段等のコンデンサ型のセンサに対して有利な
点も実用化を考えた場合無視することはできず、
現在、圧電型セラミツクセンサによる近距離側動
作限界の能力上昇が強く望まれている。

本発明は上述したような点を考慮してなしたも
ので、その目的は、約25cm程度の近距離から反射
波の受信動作を確実に行うことのできる圧電型セ
ラミツクセンサを超音波送受波器として使用した
超音波送受信装置を提供することである。

課題を解決するための手段 本発明による超音波送受信装置は、超音波送受
波器である単一の圧電型セラミツクセンサと、上
記センサに送信周波数を有する交流信号を送信信
号として所定期間供給する送信回路部と、上記セ
ンサによる受信信号を増幅するアンプ、該アンプ
と上記センサとを結合する複数の結合コンデンサ
を含む信号増幅部と、上記送信回路部の動作終了
に同期して上記センサに時間とともに下降する直
流電圧を、検知したい目標物体までの近距離側限
界によつて任意に決定される所定期間、上記信号
増幅部を介して供給する直流電圧供給手段とを備
えて構成される。

作 用 本発明による超音波送受信装置は上記のように
構成されることから、送信動作終了から任意期間
が経過するまで単一の圧電型セラミツクセンサに
は信号増幅部を介して時間とともに下降する電圧
が印加されることになり、同時に圧電型セラミツ
クセンサに送信動作中において蓄積されていたエ
ネルギーが上記信号増幅部を介して放出されるこ
とになる。よつて、素子固有の特性による送信動
作終了後の振動動作を急速に減衰できることにな
る。

実施例 以下、本発明の超音波送受信装置について説明
する。

第１図は、本発明による超音波送受信装置の一
実施例を示す電気回路図であり、図中、トランジ
スタ１とトランス２は従来より周知の送信回路部
を構成している。すなわち、トランジスタ１はＡ
点で示したベースに供給される送信周波数を有す
る送信動作信号を増幅し、また、トランス２はＢ
点で示した入力端に所定期間例えば500μsの間所
定レベルの電圧Ｖが供給されることにより、上記
送信動作信号と共に送信信号を二次側に出力す
る。

本発明の特徴である直流電圧供給手段３は、上
記送信信号を整流するダイオード４、トランス２
と振動系を形成するコンデンサ５および上記ダイ
オード４、コンデンサ５の夫々と後述する信号増
幅部８を介して並列関係に接続された放電用の抵
抗６とから構成されている。

信号増幅部８は、単一の圧電型セラミツクセン
サ７が受信した受信信号を増幅する回路部分であ
り、アンプ９、このアンプ９と上記センサ７とを
結合する第１、第２の結合コンデンサ１０，１１
およびこの結合コンデンサ１０，１１の接続点と
アースとの間に接続された上記アンプ９を保護す
るための逆並列接続された２個の保護用ダイオー
ド１２，１３から構成されている。

今、第１図中のＡ点に第２図イに示したような
送信周波数を有する送信動作信号が供給されてい
る状態で、図中のＢ点で示したトランス２の一次
巻線の一端に、期間Ｔを有する所定電圧Ｖが時点
T1よりT2まで供給されたとすると、トランジス
タ１は先の送信周波数に同期して動作することに
なる。

したがつて、トランス２は二次巻線の出力端で
あるＣ点に送信周波数を有した送信信号として従
来使用されている交流信号を第２図ロの時点T1
からT2において示したように出力することにな
る。

しかしながら、図示した本発明の一実施例にお
いては、上記Ｃ点の交流信号は、ダイオード４等
からなる直流電圧供給手段３によつて制御される
ことになることから、センサ７の一端Ｄには、第
２図ハの時点T1からT2まで示したような振動電
圧が出力されることになる。

すなわち、第２図ロに示したような交流信号を
ダイオード４の順方向降下電圧VD分だけ残して
直流バイアスした形の送信信号が、期間Ｔにおい
て図中の一端Ｄに得られることになる。

次に、Ｃ点の交流信号がなくなつた時点T2以
降について考えてみる。

トランス２の一次側へのエネルギー供給が停止
されて交流信号が時点T2でなくなると、詳述す
るまでもないが、図示した回路においては、トラ
ンス２と直流電圧供給手段３および圧電型セラミ
ツクセンサ７との間で振動動作が生じることにな
る。

振動動作が行われると、直流電圧供給手段３の
コンデンサ５は、上記振動動作で発生する振動電
圧をダイオード４で整流した電圧で瞬時に充電さ
れることになる。

しかしながら、上記コンデンサ５の充電電荷
は、第１図から明らかなように、抵抗６が第１の
結合コンデンサ１０の両端に接続されており、す
なわち信号増幅部８を介して上記コンデンサ５と
並列関係に接続されていることから、上記抵抗６
等を介して放出されて行くことになる。

この結果、時点T2以後の一端Ｄの状態は、本
発明においては直流電圧供給手段３、圧電型セラ
ミツクセンサ７、信号増幅部８によつて、例えば
第２図ハの時点T2以後に図示してあるような時
間と共にピークが下降して行く直流振動電圧が現
われることになる。

換言すれば、コンデンサ５がまず先に述べたよ
うな振動動作により任意の所定レベルまで充電さ
れ、以後その充電電荷が抵抗６等との間で決まる
時定数にしたがつて放電され、この時、同時に送
信動作中に蓄積されていた圧電型セラミツクセン
サ７の蓄積エネルギーも放出され、よつて、図中
の一端Ｄには上記任意のレベルから時間と共に
徐々に下降して行く直流振動電圧が現われること
になるわけである。

ここで、上記時点T2以降の直流振動電圧の発
生期間について見てみると、上記コンデンサ５と
抵抗６とによつて決定される時定数に従うことに
なり、具体的には第２図ハ中にも記載してあるよ
うに約1ms以内と言う極めて短時間に制御できる
ことになる。すなわち、本発明によれば、例えば
1.3ｍｓ以内という約25cmの近距離からの反射波
を検出するために必要な時間条件よりも十分に短
い時間内に上記直流振動電圧を収束できることに
なる。

なお、先の説明では述べなかつたが、上記一端
Ｄにおける振動波形は、圧電型セラミツクセンサ
７が電気的にはインダクタＬ、抵抗Ｒ、コンダク
タＣの直列体にコンダクタＣが並列接続された成
分として機能するため、Ｃ点に出力される信号波
形よりも少し緩やかな波形となる。

発明の効果 本発明による超音波送受信装置は、上述したよ
うに送信動作の停止に同期して直流電圧供給手段
が信号増幅部を介して動作することから、上記送
信動作中において圧電型セラミツクセンサに蓄積
されていたエネルギーが上記直流電圧供給手段の
動作時に上記信号増幅部を介して放出され、上記
圧電型セラミツクセンサ素子固有の特性による送
信動作終了後の振動動作を急速に減衰できること
になり、この結果、超音波を送信してから反射波
が帰つてくるまでの時間が極短時間となる約30cm
前後の近距離にある目標物体からの上記反射波を
確実に受信できる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波送受信装置の一実
施例を示す電気回路図、第２図は第１図中の所定
地点の信号波形図である。 １…トランジスタ、２…トランス、３…直流電
圧供給手段、４…ダイオード、５…コンデンサ、
６…抵抗、７…圧電型セラミツクセンサ、８…信
号増幅部、９…アンプ、１０，１１…結合コンデ
ンサ、１２，１３…保護用ダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超音波送受波器である単一の圧電型セラミツ
   クセンサと、前記圧電型セラミツクセンサに送信
   周波数を有する交流信号を送信信号として所定期
   間供給する送信回路部と、前記圧電型セラミツク
   センサが受信した受信信号を増幅するアンプ、該
   アンプと前記圧電型セラミツクセンサとを結合す
   る複数の結合コンデンサを含む信号増幅部と、前
   記送信回路部の動作終了に同期して前記圧電型セ
   ラミツクセンサに時間とともに下降する直流電圧
   を、検知したい目標物体までの近距離側限界によ
   つて任意に決定される所定期間、前記信号増幅部
   を介して供給する直流電圧供給手段とを備えてな
   る超音波送受信装置。 ２ 直流電圧供給手段は、送信回路部の圧電型セ
   ラミツクセンサへの給電ループに直列に挿入され
   るコンデンサと、前記センサと並列に接続される
   ダイオードと、前記コンデンサと並列関係に接続
   されるとともに信号増幅部の複数の結合コンデン
   サの内の一つの両端に接続され、前記コンデンサ
   の放電ループを前記信号増幅部を介して形成する
   抵抗とからなる特許請求の範囲第１項に記載の超
   音波送受信装置。