(57)【要約】【課題】それぞれ範囲が異なる複数の、より優れた指向特性を１つの超音波センサにおいて切り替えることを、より容易に実現する。【解決手段】等価直列コンデンサＣ１と等価直列インダクタＬ１と等価直列抵抗Ｒ１とからなる組みを１組と、等価並列コンデンサＣ０と、を有することによってなる単一の超音波マイク１１と、駆動回路１５と、超音波マイク１１と駆動回路１５との間に直列に接続されるインダクタＬ２と、超音波マイク１１に並列に接続されるコンデンサＣ２と、を備え、等価直列コンデンサＣ１と等価直列インダクタＬ１との共振周波数をＦ０とし、等価並列コンデンサＣ０およびコンデンサＣ２とインダクタＬ２との共振周波数をＦｐとした場合に、超音波マイク１１の駆動周波数を、Ｆ０と同じ値とＦｐと同じ値とに交互に切り替えながら超音波マイク１１を駆動する。【選択図】図２
2010239346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
等価直列コンデンサＣ１と、
等価直列インダクタＬ１と、
等価直列抵抗Ｒ１とからなる組みを少なくとも１組と、
等価並列コンデンサＣ０と、を有することによってなる単一の超音波振動子と、
前記超音波振動子を駆動する駆動回路と、を含む超音波センサであって、
前記超音波振動子と前記駆動回路との間に直列に接続されるインダクタＬ２を備え、
前記駆動回路は、前記超音波振動子の駆動周波数を切り替えることが可能であり、
前記等価直列コンデンサＣ１と前記等価直列インダクタＬ１との共振周波数をＦ０とし、
少なくとも前記等価並列コンデンサＣ０および前記インダクタＬ２に基づいて決まる共振周波数をＦｐとした場合に、
前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０およびＦｐのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動することを特徴とする超音波センサ。
【請求項２】
前記等価並列コンデンサＣ０および前記インダクタＬ２に基づいて決まる共振周波数は、前記等価並列コンデンサＣ０と前記インダクタＬ２との共振周波数であり、
前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０とＦｐとのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動す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】
前記超音波振動子に並列に接続されるコンデンサＣ２をさらに備え、
前記等価並列コンデンサＣ０および前記インダクタＬ２に基づいて決まる共振周波数は、前記等価並列コンデンサＣ０および前記コンデンサＣ２と前記インダクタＬ２との共振周波数であり、
前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０とＦｐとのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動す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４】
前記インダクタＬ２は、インダクタンスを段階的に切り替えられるように前記超音波振動子と前記駆動回路との間に直列に接続されているとともに、
前記等価並列コンデンサＣ０および前記インダクタＬ２に基づいて決まる共振周波数は、前記等価並列コンデンサＣ０とインダクタンスが段階的に切り替えられる前記インダクタＬ２との共振周波数であり、
前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０とＦｐとのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動す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５】
前記超音波振動子にそれぞれ並列に接続される複数のコンデンサＣ２をさらに備えるとともに、
複数の前記コンデンサＣ２は、複数の前記コンデンサＣ２のそれぞれの接続の有効無効の状態を個別に切り替えることが可能となるように接続されており、
前記等価並列コンデンサＣ０および前記インダクタＬ２に基づいて決まる共振周波数は、前記等価並列コンデンサＣ０および接続が有効の状態である前記コンデンサＣ２と前記インダクタＬ２との共振周波数であり、
前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０とＦｐとのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動す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６】
前記超音波振動子にそれぞれ並列に接続される複数のコンデンサＣ２をさらに備えるとともに、
複数の前記コンデンサＣ２は、複数の前記コンデンサＣ２のそれぞれの接続の有効無効の状態を個別に切り替えることが可能となるように接続されていて、
前記インダクタＬ２は、インダクタンスを段階的に切り替えられるように前記超音波振動子と前記駆動回路との間に直列に接続されており、
前記等価並列コンデンサＣ０および前記インダクタＬ２に基づいて決まる共振周波数は、前記等価並列コンデンサＣ０および接続が有効の状態である前記コンデンサＣ２とインダクタンスが段階的に切り替えられる前記インダクタＬ２との共振周波数であり、
前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０とＦｐとのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動す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７】
等価直列コンデンサＣ１と、
等価直列インダクタＬ１と、
等価直列抵抗Ｒ１とからなる組みを少なくとも１組と、
等価並列コンデンサＣ０と、を有することによってなる単一の超音波振動子と、
前記超音波振動子を駆動する駆動回路と、を含む超音波センサであって、
前記超音波振動子と前記駆動回路との間に接続されるトランスＴＲを備え、
前記駆動回路は、前記超音波振動子の駆動周波数を切り替えることが可能であり、
前記等価直列コンデンサＣ１と前記等価直列インダクタＬ１との共振周波数をＦ０とし、
少なくとも前記等価並列コンデンサＣ０および前記トランスＴＲに基づいて決まる共振周波数をＦｐとした場合に、
前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０およびＦｐのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動することを特徴とする超音波センサ。
【請求項８】
前記等価並列コンデンサＣ０および前記トランスＴＲに基づいて決まる共振周波数は、前記等価並列コンデンサＣ０と前記トランスＴＲとの共振周波数であり、
前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０とＦｐとのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動することを特徴とする請求項７に記載の超音波センサ。
【請求項９】
前記超音波振動子に並列に接続されるコンデンサＣ２をさらに備え、
前記等価並列コンデンサＣ０および前記トランスＴＲに基づいて決まる共振周波数は、前記等価並列コンデンサＣ０および前記コンデンサＣ２と前記トランスＴＲとの共振周波数であり、
前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０とＦｐとのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動することを特徴とする請求項７に記載の超音波センサ。
【請求項１０】
前記トランスＴＲは、インダクタンス成分を段階的に切り替えられるように前記超音波振動子と前記駆動回路との間に接続されているとともに、
前記等価並列コンデンサＣ０および前記トランスＴＲに基づいて決まる共振周波数は、前記等価並列コンデンサＣ０とインダクタンス成分が段階的に切り替えられる前記トランスＴＲとの共振周波数であり、
前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０とＦｐとのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動することを特徴とする請求項７に記載の超音波センサ。
【請求項１１】
前記超音波振動子にそれぞれ並列に接続される複数のコンデンサＣ２をさらに備えるとともに、
複数の前記コンデンサＣ２は、複数の前記コンデンサＣ２のそれぞれの接続の有効無効の状態を個別に切り替えることが可能となるように接続されており、
前記等価並列コンデンサＣ０および前記トランスＴＲに基づいて決まる共振周波数は、前記等価並列コンデンサＣ０および接続が有効の状態である前記コンデンサＣ２と前記トランスＴＲとの共振周波数であり、
前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０とＦｐとのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動することを特徴とする請求項７に記載の超音波センサ。
【請求項１２】
前記超音波振動子にそれぞれ並列に接続される複数のコンデンサＣ２をさらに備えるとともに、
複数の前記コンデンサＣ２は、複数の前記コンデンサＣ２のそれぞれの接続の有効無効の状態を個別に切り替えることが可能となるように接続されていて、
前記トランスＴＲは、インダクタンス成分を段階的に切り替えられるように前記超音波振動子と前記駆動回路との間に接続されており、
前記等価並列コンデンサＣ０および前記トランスＴＲに基づいて決まる共振周波数は、前記等価並列コンデンサＣ０および接続が有効の状態である前記コンデンサＣ２とインダクタンス成分が段階的に切り替えられる前記トランスＴＲとの共振周波数であり、
前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０とＦｐとのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動することを特徴とする請求項７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、超音波センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、所定の周波数を有する超音波を送信し、物体から反射された反射波を受信することにより、物体の有無や物体からの距離を検出する超音波センサが知られている。
【０００３】
また、近年では、車両の周辺の障害物を検知する目的で超音波センサが用いられるようになってきている。なお、超音波センサの指向特性は放射状に広がっているので、数メートル先までの障害物を検知しようとする場合には、超音波センサの指向特性を狭く絞らないと、障害物として検知することが好ましくない路面や路面上の駐車用縁石等も検知してしまうことになる。そこで、この問題を解決する手段として、例えば、特許文献１には、指向特性をより絞ることが可能な超音波センサが開示されている。
【０００４】
また、数十センチ程度の近距離の障害物を検知しようとする場合には、超音波センサの指向特性を広げる必要があるため、近距離の障害物を検知しようとする場合には、超音波センサの指向特性がより広い超音波センサを用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−５８０９１号公報
【特許文献２】特開平１０−２５７５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、車両のコーナー周辺のように、数メートル先までの障害物を検知する必要はないが、より広範囲を障害物の検知エリアとしたい場合には、特許文献１に開示の超音波センサのように指向特性を絞った超音波センサは目的に合致しない。一方、指向特性をより広げた超音波センサで数メートル先までの障害物を検知しようとすると、前述したように、障害物として検知することが好ましくない路面や路面上の駐車用縁石等も検知してしまうことになる。従って、従来の技術では、要求される検知エリアが異なる場合には、それぞれ指向特性が異なる超音波センサを複数備えなければならないという問題を有していた。
【０００７】
また、１つの超音波センサにおいて複数の指向特性を切り替えることを試みることも考えられるが、１つの超音波センサにおいて範囲の異なる複数の優れた指向特性を実現するのは困難であった。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、それぞれ範囲が異なる複数の、より優れた指向特性を１つの超音波センサにおいて切り替えることを、より容易に実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の超音波センサは、上記課題を解決するために、等価直列コンデンサＣ１と、等価直列インダクタＬ１と、等価直列抵抗Ｒ１とからなる組みを少なくとも１組と、等価並列コンデンサＣ０と、を有することによってなる単一の超音波振動子と、前記超音波振動子を駆動する駆動回路と、を含む超音波センサであって、前記超音波振動子と前記駆動回路との間に直列に接続されるインダクタＬ２を備え、前記駆動回路は、前記超音波振動子の駆動周波数を切り替えることが可能であり、前記等価直列コンデンサＣ１と前記等価直列インダクタＬ１との共振周波数をＦ０とし、少なくとも前記等価並列コンデンサＣ０および前記インダクタＬ２に基づいて決まる共振周波数をＦｐとした場合に、前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０およびＦｐのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動することを特徴としている。
【００１０】
本発明者は、等価直列コンデンサＣ１と等価直列インダクタＬ１と等価直列抵抗Ｒ１とからなる組みを少なくとも１組と、等価並列コンデンサＣ０とを有することによってなる単一の超音波振動子について、この超音波振動子を駆動する駆動回路とこの超音波振動子との間にインダクタＬ２を接続した場合、等価直列コンデンサＣ１と等価直列インダクタＬ１との共振周波数Ｆ０と同じ値の駆動周波数において超音波振動子からの送信音圧の良好なピークが得られるとともに、少なくとも等価並列コンデンサＣ０およびインダクタＬ２に基づいて決まる共振周波数Ｆｐと同じ値の駆動周波数において超音波振動子からの送信音圧の良好なピークが得られることを見出した。
【００１１】
以上の構成によれば、共振周波数Ｆ０と同じ値の駆動周波数において超音波振動子からの送信音圧の良好なピークが得られるとともに、共振周波数Ｆｐと同じ値の駆動周波数において超音波振動子からの送信音圧の良好なピークが得られるので、駆動周波数を切り替えて超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０およびＦｐのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて超音波振動子を駆動するだけで、複数種類の駆動周波数のそれぞれに対しての超音波振動子の駆動において、良好な送信音圧を実現することが可能になる。従って、複数の、より優れた指向特性を１つの超音波センサ（詳しくは、単一の超音波振動子）において切り替えることを、より容易に実現することが可能になる。
【００１２】
また、超音波振動子における送信音圧の指向特性は、駆動周波数が低くなると広くなり、駆動周波数が高くなると狭くなるので、以上の構成によれば、１つの超音波センサ（詳しくは、単一の超音波振動子）において、それぞれ範囲が異なる複数の、より優れた指向特性を実現することが可能になる。よって、検知距離に応じて駆動周波数を使い分けることにより、検知距離に応じた適切な指向特性を実現し、検知エリアの設定を容易にすることが可能になる。また、１つの超音波センサでカバーできる検知エリアをより広くすることが可能となり、これまでは指向特性が異なる超音波センサを複数備えなければならなかった状況において超音波センサの数を低減することも可能となる。
【００１３】
また、請求項２の超音波センサでは、前記等価並列コンデンサＣ０および前記インダクタＬ２に基づいて決まる共振周波数は、前記等価並列コンデンサＣ０と前記インダクタＬ２との共振周波数であり、前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０とＦｐとのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動することを特徴としている。
【００１４】
なお、Ｆ０は、Ｆ０＝〔１／（４・π２・Ｌ１のインダクタンス・Ｃ１の容量）〕０．５の関係式によって決まり、Ｆｐは、Ｆｐ＝〔１／（４・π２・Ｌ２のインダクタンス・Ｃ０の容量）〕０．５の関係式によって決まる。
【００１５】
よって、以上の構成によれば、Ｆ０の値は１種類であって、Ｆｐの値も１種類であるので、それぞれ範囲が異なる２種類の、より優れた指向特性を１つの超音波センサ（詳しくは、単一の超音波振動子）において切り替えることを、より容易に実現することが可能になる。
【００１６】
また、請求項３の超音波センサでは、前記超音波振動子に並列に接続されるコンデンサＣ２をさらに備え、前記等価並列コンデンサＣ０および前記インダクタＬ２に基づいて決まる共振周波数は、前記等価並列コンデンサＣ０および前記コンデンサＣ２と前記インダクタＬ２との共振周波数であり、前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０とＦｐとのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動することを特徴としている。
【００１７】
なお、Ｆ０は、Ｆ０＝〔１／（４・π２・Ｌ１のインダクタンス・Ｃ１の容量）〕０．５の関係式によって決まり、Ｆｐは、Ｆｐ＝〔１／{４・π２・Ｌ２のインダクタンス・（Ｃ０の容量＋Ｃ２の容量）}〕０．５の関係式によって決まる。
【００１８】
よって、以上の構成によれば、Ｆ０の値は１種類であって、Ｆｐの値も１種類であるので、それぞれ範囲が異なる２種類の、より優れた指向特性を１つの超音波センサ（詳しくは、単一の超音波振動子）において切り替えることをより容易に実現することが可能になる。また、Ｆｐの値は超音波振動子に並列に接続するコンデンサＣ２の容量に応じて変わるので、超音波振動子の構成を変更しなくても、超音波振動子に並列に接続するコンデンサＣ２として、容量の異なるものを任意に選択するだけでＦｐの値を自由に選択することが可能になる。よって、指向特性の異なる複数の種類の超音波センサを容易に製造することが可能となる。
【００１９】
また、請求項４の超音波センサでは、前記インダクタＬ２は、インダクタンスを段階的に切り替えられるように前記超音波振動子と前記駆動回路との間に直列に接続されているとともに、前記等価並列コンデンサＣ０および前記インダクタＬ２に基づいて決まる共振周波数は、前記等価並列コンデンサＣ０とインダクタンスが段階的に切り替えられる前記インダクタＬ２との共振周波数であり、前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０とＦｐとのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動することを特徴としている。
【００２０】
これによれば、インダクタＬ２は、インダクタンスを段階的に切り替えられるように超音波振動子と駆動回路との間に直列に接続されているので、Ｆｐの値を複数種類に切り替えることが可能となる。よって、それぞれ範囲が異なる３種類以上の、より優れた指向特性を１つの超音波センサ（詳しくは、単一の超音波振動子）において切り替えることを、より容易に実現することが可能になる。
【００２１】
また、請求項５の超音波センサでは、前記超音波振動子にそれぞれ並列に接続される複数のコンデンサＣ２をさらに備えるとともに、複数の前記コンデンサＣ２は、複数の前記コンデンサＣ２のそれぞれの接続の有効無効の状態を個別に切り替えることが可能となるように接続されており、前記等価並列コンデンサＣ０および前記インダクタＬ２に基づいて決まる共振周波数は、前記等価並列コンデンサＣ０および接続が有効の状態である前記コンデンサＣ２と前記インダクタＬ２との共振周波数であり、前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０とＦｐとのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動することを特徴としている。
【００２２】
これによれば、複数のコンデンサＣ２が、複数のコンデンサＣ２のそれぞれの接続の有効無効の状態を個別に切り替えることが可能となるように接続されているので、Ｆｐの値を複数種類に切り替えることが可能となる。よって、それぞれ範囲が異なる３種類以上の、より優れた指向特性を１つの超音波センサ（詳しくは、単一の超音波振動子）において切り替えることを、より容易に実現することが可能になる。
【００２３】
また、請求項６の超音波センサでは、前記超音波振動子にそれぞれ並列に接続される複数のコンデンサＣ２をさらに備えるとともに、複数の前記コンデンサＣ２は、複数の前記コンデンサＣ２のそれぞれの接続の有効無効の状態を個別に切り替えることが可能となるように接続されていて、前記インダクタＬ２は、インダクタンスを段階的に切り替えられるように前記超音波振動子と前記駆動回路との間に直列に接続されており、前記等価並列コンデンサＣ０および前記インダクタＬ２に基づいて決まる共振周波数は、前記等価並列コンデンサＣ０および接続が有効の状態である前記コンデンサＣ２とインダクタンスが段階的に切り替えられる前記インダクタＬ２との共振周波数であり、前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０とＦｐとのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動することを特徴としている。
【００２４】
これによれば、インダクタＬ２は、インダクタンスを段階的に切り替えられるように超音波振動子と駆動回路との間に直列に接続されており、複数のコンデンサＣ２が、複数のコンデンサＣ２のそれぞれの接続の有効無効の状態を個別に切り替えることが可能となるように接続されているので、Ｆｐの値を複数種類に切り替えることが可能となる。よって、それぞれ範囲が異なる３種類以上の、より優れた指向特性を１つの超音波センサ（詳しくは、単一の超音波振動子）において切り替えることを、より容易に実現することが可能になる。
【００２５】
また、検知距離に応じて駆動周波数をより細かく使い分けることが可能になるので、検知距離に応じたより適切な指向特性を実現し、検知エリアの設定をより容易にすることが可能になる。
【００２６】
また、請求項７の超音波センサでは、上記課題を解決するために、等価直列コンデンサＣ１と、等価直列インダクタＬ１と、等価直列抵抗Ｒ１とからなる組みを少なくとも１組と、等価並列コンデンサＣ０と、を有することによってなる単一の超音波振動子と、前記超音波振動子を駆動する駆動回路と、を含む超音波センサであって、前記超音波振動子と前記駆動回路との間に接続されるトランスＴＲを備え、前記駆動回路は、前記超音波振動子の駆動周波数を切り替えることが可能であり、前記等価直列コンデンサＣ１と前記等価直列インダクタＬ１との共振周波数をＦ０とし、少なくとも前記等価並列コンデンサＣ０および前記トランスＴＲに基づいて決まる共振周波数をＦｐとした場合に、前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０およびＦｐのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動することを特徴としている。
【００２７】
本発明者は、等価直列コンデンサＣ１と等価直列インダクタＬ１と等価直列抵抗Ｒ１とからなる組みを少なくとも１組と、等価並列コンデンサＣ０とを有することによってなる単一の超音波振動子について、この超音波振動子を駆動する駆動回路とこの超音波振動子との間にトランスＴＲを接続した場合、等価直列コンデンサＣ１と等価直列インダクタＬ１との共振周波数Ｆ０と同じ値の駆動周波数において超音波振動子からの送信音圧の良好なピークが得られるとともに、少なくとも等価並列コンデンサＣ０およびトランスＴＲに基づいて決まる共振周波数Ｆｐと同じ値の駆動周波数において超音波振動子からの送信音圧の良好なピークが得られることを見出した。
【００２８】
以上の構成によれば、共振周波数Ｆ０と同じ値の駆動周波数において超音波振動子からの送信音圧の良好なピークが得られるとともに、共振周波数Ｆｐと同じ値の駆動周波数において超音波振動子からの送信音圧の良好なピークが得られるので、駆動周波数を切り替えて超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０およびＦｐのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて超音波振動子を駆動するだけで、複数種類の駆動周波数のそれぞれに対しての超音波振動子の駆動において、良好な送信音圧を実現することが可能になる。従って、複数の、より優れた指向特性を１つの超音波センサ（詳しくは、単一の超音波振動子）において切り替えることを、より容易に実現することが可能になる。
【００２９】
また、超音波振動子における送信音圧の指向特性は、駆動周波数が低くなると広くなり、駆動周波数が高くなると狭くなるので、以上の構成によれば、１つの超音波センサ（詳しくは、単一の超音波振動子）において、それぞれ範囲が異なる複数の、より優れた指向特性を実現することが可能になる。従って、１つの超音波センサでカバーできる検知エリアをより広くすることが可能となり、これまでは指向特性が異なる超音波センサを複数備えなければならなかった状況において超音波センサの数を低減することが可能となる。
【００３０】
また、請求項８の超音波センサでは、前記等価並列コンデンサＣ０および前記トランスＴＲに基づいて決まる共振周波数は、前記等価並列コンデンサＣ０と前記トランスＴＲとの共振周波数であり、前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０とＦｐとのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動することを特徴としている。
【００３１】
なお、Ｆ０は、Ｆ０＝〔１／（４・π２・Ｌ１のインダクタンス・Ｃ１の容量）〕０．５の関係式によって決まり、Ｆｐは、Ｆｐ＝〔１／（４・π２・ＴＲのインダクタンス成分の値・Ｃ０の容量）〕０．５の関係式によって決まる。
【００３２】
よって、以上の構成によれば、Ｆ０の値は１種類であって、Ｆｐの値も１種類であるので、それぞれ範囲が異なる２種類の、より優れた指向特性を１つの超音波センサ（詳しくは、単一の超音波振動子）において切り替えることを、より容易に実現することが可能になる。
【００３３】
また、請求項９の超音波センサでは、前記超音波振動子に並列に接続されるコンデンサＣ２をさらに備え、前記等価並列コンデンサＣ０および前記トランスＴＲに基づいて決まる共振周波数は、前記等価並列コンデンサＣ０および前記コンデンサＣ２と前記トランスＴＲとの共振周波数であり、前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０とＦｐとのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動することを特徴としている。
【００３４】
これによれば、なお、Ｆ０は、Ｆ０＝〔１／（４・π２・Ｌ１のインダクタンス・Ｃ１の容量）〕０．５の関係式によって決まり、Ｆｐは、Ｆｐ＝〔１／{４・π２・ＴＲのインダクタンス成分の値・（Ｃ０の容量＋Ｃ２の容量）}〕０．５の関係式によって決まる。
【００３５】
よって、以上の構成によれば、Ｆ０の値は１種類であって、Ｆｐの値も１種類であるので、それぞれ範囲が異なる２種類の、より優れた指向特性を１つの超音波センサ（詳しくは、単一の超音波振動子）において切り替えることをより容易に実現することが可能になる。また、Ｆｐの値は超音波振動子に並列に接続するコンデンサＣ２の容量に応じて変わるので、超音波振動子の構成を変更しなくても、超音波振動子に並列に接続するコンデンサＣ２として容量の異なるものを任意に選択するだけでＦｐの値を自由に選択することが可能になる。よって、指向特性の異なる複数の種類の超音波センサを容易に製造することが可能となる。
【００３６】
また、請求項１０の超音波センサでは、前記トランスＴＲは、インダクタンス成分を段階的に切り替えられるように前記超音波振動子と前記駆動回路との間に接続されているとともに、前記等価並列コンデンサＣ０および前記トランスＴＲに基づいて決まる共振周波数は、前記等価並列コンデンサＣ０とインダクタンスが段階的に切り替えられる前記トランスＴＲとの共振周波数であり、前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０とＦｐとのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動することを特徴としている。
【００３７】
これによれば、トランスＴＲは、インダクタンスを段階的に切り替えられるように超音波振動子と駆動回路との間に直列に接続されているので、Ｆｐの値を複数種類に切り替えることが可能となる。よって、それぞれ範囲が異なる３種類以上の、より優れた指向特性を１つの超音波センサ（詳しくは、単一の超音波振動子）において切り替えることを、より容易に実現することが可能になる。
【００３８】
また、請求項１１の超音波センサでは、前記超音波振動子にそれぞれ並列に接続される複数のコンデンサＣ２をさらに備えるとともに、複数の前記コンデンサＣ２は、複数の前記コンデンサＣ２のそれぞれの接続の有効無効の状態を個別に切り替えることが可能となるように接続されており、前記等価並列コンデンサＣ０および前記トランスＴＲに基づいて決まる共振周波数は、前記等価並列コンデンサＣ０および接続が有効の状態である前記コンデンサＣ２と前記トランスＴＲとの共振周波数であり、前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０とＦｐとのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動することを特徴としている。
【００３９】
これによれば、複数のコンデンサＣ２が、複数のコンデンサＣ２のそれぞれの接続の有効無効の状態を個別に切り替えることが可能となるように接続されているので、Ｆｐの値を複数種類に切り替えることが可能となる。よって、それぞれ範囲が異なる３種類以上の、より優れた指向特性を１つの超音波センサ（詳しくは、単一の超音波振動子）において切り替えることを、より容易に実現することが可能になる。
【００４０】
また、請求項１２の超音波センサでは、前記超音波振動子にそれぞれ並列に接続される複数のコンデンサＣ２をさらに備えるとともに、複数の前記コンデンサＣ２は、複数の前記コンデンサＣ２のそれぞれの接続の有効無効の状態を個別に切り替えることが可能となるように接続されていて、前記トランスＴＲは、インダクタンス成分を段階的に切り替えられるように前記超音波振動子と前記駆動回路との間に接続されており、前記等価並列コンデンサＣ０および前記トランスＴＲに基づいて決まる共振周波数は、前記等価並列コンデンサＣ０および接続が有効の状態である前記コンデンサＣ２とインダクタンス成分が段階的に切り替えられる前記トランスＴＲとの共振周波数であり、前記駆動周波数を切り替えて前記超音波振動子を駆動するときに、当該駆動周波数をＦ０とＦｐとのうちのいずれかの共振周波数と同じ値に切り替えて前記超音波振動子を駆動することを特徴としている。
【００４１】
これによれば、トランスＴＲは、インダクタンス成分を段階的に切り替えられるように超音波振動子と駆動回路との間に直列に接続されており、複数のコンデンサＣ２が、複数のコンデンサＣ２のそれぞれの接続の有効無効の状態を個別に切り替えることが可能となるように接続されているので、Ｆｐの値を複数種類に切り替えることが可能となる。よって、それぞれ範囲が異なる３種類以上の、より優れた指向特性を１つの超音波センサ（詳しくは、単一の超音波振動子）において切り替えることを、より容易に実現することが可能になる。
【００４２】
さらに、請求項４〜６および請求項１０〜１２の構成によれば、検知距離に応じて駆動周波数をより細かく使い分けることが可能になるので、検知距離に応じたより適切な指向特性を実現し、検知エリアの設定をより容易にすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】障害物検知システム１００の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態における超音波センサ１の概略的な構成を示すブロック図である。
【図３】（ａ）は超音波マイク１１の回路図記号を示す図であり、（ｂ）は超音波マイク１１の等価回路を示す図である。
【図４】ＢＰＦの出力波形の一例を示す図である。
【図５】（ａ）は従来の超音波マイクおよびその駆動回路を示した模式図であり、（ｂ）は本実施形態の超音波マイク１１のマイク端子間の電圧の周波数特性の一例を示すグラフである。
【図６】（ａ）は、本実施形態の超音波マイク１１のマイク端子間の電圧の周波数特性の一例を示すグラフである。そして、（ｂ）は、本実施形態の超音波マイク１１の送信音圧の周波数特性の一例を示したグラフである。
【図７】（ａ）は４５．７ｋＨｚの駆動周波数で超音波マイク１１を駆動したときの送信音圧の指向特性の一例を示したグラフであり、（ｂ）は、５１．６ｋＨｚの駆動周波数で超音波マイク１１を駆動したときの送信音圧の指向特性の一例を示したグラフである。
【図８】（ａ）は従来の中距離用の超音波センサの垂直方向の検知エリアを模式的に示した図であり、（ｂ）は、従来の中距離用の超音波センサの水平方向の検知エリアを模式的に示した図である。
【図９】（ａ）は従来の近距離用の超音波センサの垂直方向の検知エリアを模式的に示した図であり、（ｂ）は、従来の近距離用の超音波センサの水平方向の検知エリアを模式的に示した図である。
【図１０】（ａ）は超音波センサ１の垂直方向の検知エリアを模式的に示した図であり、（ｂ）は超音波センサ１の水平方向の検知エリアを模式的に示した図である。
【図１１】他の実施形態における超音波センサ１の概略的な構成を示すブロック図である。
【図１２】さらに他の実施形態における超音波センサ１の概略的な構成を示すブロック図である。
【図１３】超音波センサ１ａの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図１４】超音波センサ１ａの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【図１５】超音波センサ１ａの概略的な構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明が適用された障害物検知システム１００の概略的な構成を示すブロック図である。図１に示す障害物検知システム１００は、車両に搭載されるものであり、超音波センサ１、ＥＣＵ２、ブザー３、および表示器４を含んでいる。また、超音波センサ１、ＥＣＵ２、ブザー３、および表示器４は、ＣＡＮ（controller areanetwork）などの通信プロトコルに準拠した車内ＬＡＮで各々接続されている。
【００４５】
ＥＣＵ（electronic controlunit）２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等（いずれも図示せず）よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで各種の処理を実行するものである。例えばＥＣＵ２は、後述する超音波センサ１からのバースト波の送信や障害物からの反射波の受信に関する処理を実行する。
【００４６】
また、ＥＣＵ２は、超音波センサ１から送信されたバースト波の情報と障害物からの反射波の情報とに基づいて、障害物までの距離を求めるとともに障害物の位置を決定する。そして、決定した障害物の距離や位置の情報に応じた処理を実行する。例えば、車両の近傍に障害物が存在すると判定した場合に、表示器４に警告表示を行わせたり、ブザー３を鳴らすことによって警告を行わせたりなどする。
【００４７】
表示器４は、テキストや画像等を表示するものであって、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等を用いて構成することができる。なお、表示器４として、車載ナビゲーション装置のディスプレイを利用する構成であってもよい。
【００４８】
超音波センサ１は、例えば車両のリヤバンパーに複数設置され、車両後部周辺の障害物を検知するものである。ここで、図２を用いて、超音波センサ１の概略的な構成についての説明を行う。なお、図２は、本発明が適用された超音波センサ１の概略的な構成を示すブロック図である。超音波センサ１は、圧電振動子型超音波センサであって、例えば圧電振動子としての超音波マイク１１から超音波（詳しくはバースト波）を送信した後、検出対象物に相当する障害物からの反射波を受信することにより障害物の有無を検出するような送受信兼用の障害物検出センサであるものとする。
【００４９】
図２に示すように、超音波センサ１は、超音波マイク１１、インダクタンス成分となるインダクタＬ２、容量成分となるコンデンサＣ２、制御部１４、駆動回路１５、および信号処理部１６を備えている。
【００５０】
超音波マイク１１は、図示しない筐体に装着されるものであって、振動することにより超音波を発生させるとともに、障害物から反射されてくる反射波を受信するものである。また、超音波マイク１１で取得した受信信号は信号処理部１６に出力される。なお、超音波マイク１１としては、ＰＺＴやチタン酸バリウムなどの圧電セラミックスを焼結体とした圧電振動子等を採用することができる。
【００５１】
また、特許文献２の図６にも開示されているように、図３（ａ）に示すような圧電振動子は等価回路として表すことが可能であるので、圧電振動子としての超音波マイク１１も等価回路として表すことが可能である。図３（ｂ）に示すように、超音波マイク１１は、等価直列コンデンサとしての働きを担う成分である等価直列コンデンサＣ１と、等価直列インダクタとしての働きを担う成分である等価直列インダクタＬ１と、等価直列抵抗としての働きを担う成分である等価直列抵抗Ｒ１とからなる組みを１組と、等価並列コンデンサとしての働きを担う成分である等価並列コンデンサＣ０と、を有することによってなる単一の圧電振動子として表すことができる。よって、超音波マイク１１は、請求項の超音波振動子として機能する。
【００５２】
インダクタＬ２は、共振回路を形成するためのインダクタンス成分であって、超音波マイク１１と駆動回路１５との間に直列に接続されている。また、コンデンサＣ２は、後述の共振周波数Ｆｐの調整用に設けられるものであって、超音波マイク１１に並列に接続されている。なお、コンデンサＣ２の容量（静電容量）の設定値は、所望の共振周波数Ｆｐに応じて決定されるものであり、任意に設定可能なものである。なお、コンデンサＣ２としては、任意に選定した汎用品を用いることができる。
【００５３】
また、本実施形態では、等価直列コンデンサＣ１と等価直列インダクタＬ１との共振周波数をＦ０とし、等価並列コンデンサＣ０およびコンデンサＣ２とインダクタＬ２との共振周波数をＦｐとする。なお、Ｆ０は、Ｆ０＝〔１／（４・π２・Ｌ１のインダクタンス・Ｃ１の容量）〕０．５の関係式によって決まり、Ｆｐは、Ｆｐ＝〔１／{４・π２・Ｌ２のインダクタンス・（Ｃ０の容量＋Ｃ２の容量）}〕０．５の関係式によって決まる。
【００５４】
制御部１４は、ＥＣＵ２から指示された送信のタイミングで、ＥＣＵ２から指示された周波数のパルス信号を駆動回路１５に送信する。また、駆動回路１５は、超音波センサ１に入力される電源電圧の供給を受けて駆動し、制御部１４からのパルス信号により、ＥＣＵ２から指示された周波数の駆動周波数で超音波マイク１１を駆動（振動）させて超音波を送信させる。詳しくは、ＥＣＵ２からの指示に従って、制御部１４からのパルス信号により、Ｆ０と同じ値の駆動周波数とＦｐと同じ値の駆動周波数とで例えば交互に超音波マイク１１を駆動（振動）させて超音波を送信させる。また、制御部１４は、ＥＣＵ２からの指示に従って、各種の処理を実行する。
【００５５】
信号処理部１６は、超音波マイク１１が取得した受信信号を受け取った後、信号増幅を行うとともに、超音波センサ１の出力信号（例えば、障害物警告用の出力）として外部に出力するための各種演算を行う。受信信号は、信号処理部１６中の増幅回路（Ａｍｐ）、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、検波回路、波形整形回路を経て、コンパレータ（Comp）において閾値設定回路から出力された閾値と比較される。
【００５６】
ここで、一例としてＢＰＦの出力波形を、図４を用いて示す。なお、図４中の縦軸は電圧（単位はＶ）を表しており、横軸は時間（単位はｍｓ）を表している。また、図４では、超音波センサと障害物との間の距離が６９０ｍｍの場合の一例を示しており、図中のＡは送信区間、図中のＢは制振区間、図中のＣは受信区間、図中のＤは上述の閾値、そして、図中のＥは障害物の反射波形を示している。信号処理部１６においては、この反射波形を検波、波形整形した波形が上述の閾値と比較されることになる。
【００５７】
また、Ａｍｐの利得は、信号処理部１６中の利得制御回路によって段階的に選択されるものとする。なお、利得制御回路は、信号処理部１６中のマイコンを介した制御部１４によって制御されるものとする。また、ＢＰＦはスイッチドキャパシタ方式のフィルタであって、超音波マイク１１の駆動周波数に応じて中心周波数、Ｑ値が、信号処理部１６中のマイコンを介した制御部１４によって選択されるものとする。さらに、上述の閾値は、超音波センサ１１の検知エリアが目的とする検知エリアを満たすように、超音波センサ１１の指向特性に応じて予め決定してあるものとする。
【００５８】
なお、信号処理部１６は、コンパレータからの出力をもとに、Ａｍｐ、ＢＰＦ、検波回路、波形整形回路を経た受信信号が上述の閾値を越したと信号処理部１６中のマイコンにおいて判定した場合には、その時間信号を、制御部１４を介して車内ＬＡＮにてＥＣＵ２に送る。そして、ＥＣＵ２は信号処理部１６から送られてきた時間信号をもとに、障害物までの距離や位置を決定したり、表示器４やブザー３によって警告を行わせたりなどする。なお、ＥＣＵ２では、複数の超音波センサ１のうちのどの超音波センサから時間信号が送られてきたかをもとに、障害物の位置を決定する。
【００５９】
本発明者は、等価直列コンデンサＣ１と等価直列インダクタＬ１と等価直列抵抗Ｒ１とからなる組みを少なくとも１組と、等価並列コンデンサＣ０とを有することによってなる単一の超音波マイク１１について、この超音波マイク１１を駆動する駆動回路１５とこの超音波マイク１１との間にインダクタＬ２を直列に接続した場合、等価直列コンデンサＣ１と等価直列インダクタＬ１との共振周波数Ｆ０と同じ値の駆動周波数において超音波マイク１１からの送信音圧の良好なピークが得られるとともに、等価並列コンデンサＣ０およびインダクタＬ２に基づいて決まる共振周波数Ｆｐと同じ値の駆動周波数において超音波マイク１１からの送信音圧の良好なピークが得られることを見出した。
【００６０】
以下に、この現象について図５（ａ）〜図６（ｂ）を用いて説明を行う。図５（ａ）は、従来の超音波マイクおよびその駆動回路を示した模式図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した従来の超音波マイクの送信音圧の周波数特性の一例を示したグラフである。さらに、図６（ａ）は、本実施形態の超音波マイク１１のマイク端子間の電圧の周波数特性の一例を示すグラフである。そして、図６（ｂ）は、本実施形態の超音波マイク１１の送信音圧の周波数特性の一例を示したグラフである。
【００６１】
図５（ａ）に示すように、従来の超音波マイクは、等価直列コンデンサＣ１と等価直列インダクタＬ１と等価直列抵抗Ｒ１とを１組と、等価並列コンデンサＣ０とを有することによってなり、本実施形態の超音波マイク１１とは異なり、駆動回路と超音波マイクとの間にインダクタが接続されていない構成となっている。なお、図５（ａ）では、説明の便宜上、駆動回路を図中のＦで示す省略記号で表している。また、従来の超音波マイクでは、Ｆ０＝〔１／（４・π２・Ｌ１のインダクタンス・Ｃ１の容量）〕０．５の関係式で示す周波数で送信音圧が最大となり、良好なピークが得られる。例えば、図５（ｂ）に示す一例では、従来の超音波マイクはＦ０が約４５．７ｋＨｚとなるようにＬ１のインダクタンスおよびＣ１の容量が選択されているため、図５（ｂ）に示すように、約４５．７ｋＨｚで送信音圧の良好なピークが得られる。なお、図５（ｂ）中の縦軸は音圧（単位はｄＢ、０ｄＢ＝２０μＰａ）を表しており、横軸は周波数（単位はｋＨｚ）を表している。
【００６２】
これに対して、本実施形態の超音波マイク１１では、インダクタＬ２とコンデンサＣ２および等価並列コンデンサＣ０とからなる共振回路により、超音波マイク１１のマイク端子間に電圧がかかるが、この電圧は、共振周波数Ｆｐ＝〔１／{４・π２・Ｌ２のインダクタンス・（Ｃ０の容量＋Ｃ２の容量）}〕０．５で最大となる。例えば、Ｆｐが約５１．６ｋＨｚとなるようにＬ２のインダクタンスおよびＣ０の容量およびＣ２の容量が選択されているものとした場合には、図６（ａ）に示すように、約５１．６ｋＨｚでマイク端子間の電圧の大きなピークが得られる。なお、図６（ａ）中の縦軸は電圧（単位はｄＢＶｒｍｓ、０ｄＢ＝１Ｖｒｍｓ）を表しており、横軸は周波数（単位はｋＨｚ）を表している。また、本例では、超音波マイク１１のＦ０が約４５．７ｋＨｚとなるようにＬ１のインダクタンスおよびＣ１の容量が選択されているものとし、図６（ａ）に示すように、この約４５．７ｋＨｚでもマイク端子間の電圧の小さなピークが得られる。
【００６３】
続いて、超音波マイク１１の送信音圧の周波数特性は、マイク端子間の電圧の大小のピークが得られた周波数（つまり、本例のＦ０とＦｐである約４５．７ｋＨｚと約５１．６ｋＨｚ）の両方共で図６（ｂ）に示すような良好なピークが得られる。従って、単一の超音波マイク１１において、共振周波数Ｆ０と同じ値の駆動周波数および共振周波数Ｆｐと同じ値の駆動周波数の２種類の駆動周波数のいずれによる駆動によっても、超音波マイク１１が良好な送信音圧を実現することが可能になり、それぞれ範囲が異なる２種類の、より優れた指向特性を単一の超音波マイク１１において容易に実現することができる。なお、図６（ｂ）中の縦軸は音圧（単位はｄＢ、０ｄＢ＝２０μＰａ）を表しており、横軸は周波数（単位はｋＨｚ）を表している。
【００６４】
また、超音波マイク１１における送信音圧の指向特性は、駆動周波数が低くなると広くなり、駆動周波数が高くなると狭くなるので、以上の構成によれば、単一の超音波マイク１１において、それぞれ範囲が異なる２種類の、より優れた指向特性を実現することができる。よって、検知距離に応じて駆動周波数を使い分けることにより、検知距離に応じた適切な指向特性を実現し、検知エリアの設定を容易にすることができる。また、Ｆ０と同じ値の駆動周波数とＦｐと同じ値の駆動周波数とで例えば交互に超音波マイク１１を駆動させるので、１つの超音波センサ（詳しくは単一の超音波マイク）でカバーできる検知エリアをより広くすることが可能となり、これまでは指向特性が異なる超音波センサを複数備えなければならなかった状況において超音波センサの数を低減することも可能となる。
【００６５】
ここで、本発明におけるこの作用効果について、具体的に図７（ａ）〜図９（ｂ）を用いて詳細に説明する。図７（ａ）は、４５．７ｋＨｚの駆動周波数で超音波マイク１１を駆動したときの送信音圧の指向特性の一例を示したグラフである。なお、なお、図７（ａ）中の縦軸は音圧（単位はｄＢ）を表しており、横軸は角度（単位は度）を表している。また、図７（ａ）中では、水平方向の指向特性を実線で示し、垂直方向の指向特性を破線で示している。さらに、図７（ｂ）は、５１．６ｋＨｚの駆動周波数で超音波マイク１１を駆動したときの送信音圧の指向特性の一例を示したグラフである。なお、図７（ｂ）中の縦軸は音圧（単位はｄＢ）を表しており、横軸は角度（単位は度）を表している。また、図７（ｂ）中では、水平方向の指向特性を実線で示し、垂直方向の指向特性を破線で示している。さらに、図８（ａ）は、従来の中距離用の超音波センサの垂直方向の検知エリアを模式的に示した図であり、図８（ｂ）は、従来の中距離用の超音波センサの水平方向の検知エリアを模式的に示した図である。また、図９（ａ）は、従来の近距離用の超音波センサの垂直方向の検知エリアを模式的に示した図であり、図９（ｂ）は、従来の近距離用の超音波センサの水平方向の検知エリアを模式的に示した図である。さらに、
図１０（ａ）は、超音波センサ１の垂直方向の検知エリアを模式的に示した図であり、図１０（ｂ）は、超音波センサ１の水平方向の検知エリアを模式的に示した図である。
【００６６】
図７（ａ）に示すように、５１．６ｋＨｚよりも周波数の低い４５．７ｋＨｚの駆動周波数で超音波マイク１１を駆動したときの送信音圧の指向特性は、水平方向についても、垂直方向についても、５１．６ｋＨｚの駆動周波数で超音波マイク１１を駆動したときの送信音圧の指向特性に比べて広くなっている。従って、図７（ａ）に示す送信音圧の指向特性から明らかなように、近距離の水平方向および垂直方向の±９０度付近の障害物まで検知を行うことができる。しかしながら、図７（ａ）に示す送信音圧の指向特性から明らかなように、閾値を上げて数メートル先の長距離まで障害物の検知を可能にしようとした場合には、指向特性がより広いために路面や路面上の駐車用縁石等を超音波センサ１で検知してしまい、遠距離の障害物の検知には適用することができない。従って、路面や路面上の駐車用縁石等を超音波センサ１で検知せずに数メートル先の長距離まで障害物の検知を行うことが可能となっている。しかしながら、図７（ａ）に示す送信音圧の指向特性から明らかなように、閾値をいくら下げても近距離（例えば数十ｃｍ程度）の水平方向および垂直方向の±９０度付近の障害物については検知を行うことができない。
【００６７】
これに対して、図７（ｂ）に示すように、４５．７ｋＨｚよりも周波数の高い５１．６ｋＨｚの駆動周波数で超音波マイク１１を駆動したときの送信音圧の指向特性は、水平方向についても、垂直方向についても、４５．７ｋＨｚの駆動周波数で超音波マイク１１を駆動したときの送信音圧の指向特性に比べて狭くなっている。従って、路面や路面上の駐車用縁石等を超音波センサ１で検知せずに数メートル先の長距離まで障害物の検知を行うことが可能となっている。しかしながら、図７（ｂ）に示す送信音圧の指向特性から明らかなように、閾値をいくら下げても近距離（例えば数十ｃｍ程度）の水平方向および垂直方向の±９０度付近の障害物については検知を行うことができない。
【００６８】
例えば、５１．６ｋＨｚの駆動周波数で超音波マイクを駆動する従来の超音波センサを例に挙げると、図８（ａ）に示すように、超音波センサ１の設置箇所から近距離の垂直方向の±９０度付近に、障害物を検知することができない不感帯が生じてしまうとともに、図８（ｂ）に示すように、超音波センサ１の設置箇所から近距離の水平方向の±９０度付近にも不感帯が生じてしまう。
【００６９】
また、例えば、４５．７ｋＨｚの駆動周波数で超音波マイクを駆動する従来の超音波センサを例に挙げると、図９（ａ）および図９（ｂ）に示すように、超音波センサ１の設置箇所から近距離の垂直方向にも水平方向にも不感帯が生じにくいが、検知する距離を伸ばすと、路面や路面上の駐車用縁石等を誤検知し易くなるため、数メートル先の長距離まで障害物の検知を行うことが困難である。
【００７０】
これに対して、本実施形態の超音波センサ１では、駆動周波数を５１．６ｋＨｚと４５．７ｋＨｚとに交互に切り替えながら超音波マイク１１を駆動させながら、それぞれ範囲が異なる２種類の、より優れた指向特性を実現することができるので、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、１つの超音波センサ１（詳しくは単一の超音波マイク１１）によって不感帯のより少ない検知エリアを実現することができる。
【００７１】
さらに、以上の構成によれば、Ｆｐの値は超音波マイク１１に並列に接続するコンデンサＣ２の容量に応じて変わるので、超音波マイク１１自体の構成を変更しなくても、超音波マイク１１に並列に接続するコンデンサＣ２として、容量の異なる汎用品を任意に選択するだけでＦｐの値を自由に選択することが可能になる。よって、指向特性の異なる複数の種類の超音波センサ１を容易に製造することができる。
【００７２】
なお、前述の実施形態では、超音波マイク１１にコンデンサＣ２を並列に接続する構成を示したが、必ずしもこれに限らない。例えば、図１１に示すように、超音波マイク１１にコンデンサＣ２を接続しない構成としてもよい。この場合であっても、Ｆ０は、Ｆ０＝〔１／（４・π２・Ｌ１のインダクタンス・Ｃ１の容量）〕０．５の関係式によって決まり、Ｆｐは、Ｆｐ＝〔１／（４・π２・Ｌ２のインダクタンス・Ｃ０の容量）〕０．５の関係式によって決まるので、それぞれ感度がより高い２つの指向特性を１つの超音波センサ１（詳しくは、単一の超音波マイク１１）において切り替えることをより容易に実現することができる。
【００７３】
また、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、次の実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。以下では、この次の実施形態について図１２を用いて説明を行う。図１２は、超音波センサ１の概略的な構成の一例を示すブロック図である。なお、説明の便宜上、前述の実施形態の説明に用いた図に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７４】
図１２に示す超音波センサ１は、それぞれの接続の有効無効の状態を個別に切り替えることが可能となるように超音波マイク１１にそれぞれ並列に接続される複数のコンデンサＣ２を備える点およびインダクタＬ２のインダクタンスを段階的に切り替えられるようになっている点が前述した超音波センサ１と異なっている。
【００７５】
具体的には、図１２に示すように、制御部１４からの指示に従ってスイッチング状態を切り替えることによって複数のコンデンサＣ２のそれぞれの接続の有効無効の状態を切り替えるスイッチ１７が個々のコンデンサＣ２ごとに設けられている。そして、この複数のスイッチ１７のスイッチング状態を段階的に切り替えることによって、超音波マイク１１に並列に接続されるコンデンサＣ２の数を段階的に調整し、Ｆｐの値を段階的に変化することができるようになっている。なお、図１２に示す例においては、２つのスイッチ１７のスイッチング状態を段階的に切り替えることによって、超音波マイク１１に並列に接続されるコンデンサＣ２の数を０個、１個、２個と段階的に調整し、Ｆｐの値を段階的に変化させるものとする。
【００７６】
また、図１２に示すように、制御部１４からの指示に従ってスイッチング状態を切り替えることによって複数のインダクタＬ２のそれぞれの接続の有効無効の状態を切り替えるスイッチ１８が個々のインダクタＬ２ごとに設けられている。そして、この複数のスイッチ１８のスイッチング状態を段階的に切り替えることによって、超音波マイク１１と駆動回路１５との間に直列に接続されるインダクタＬ２の数を段階的に調整し、Ｆｐの値を段階的に変化することができるようになっている。なお、図１２に示す例においては、２つのスイッチ１８のスイッチング状態を段階的に切り替えることによって、超音波マイク１１と駆動回路１５との間に直列に接続されるインダクタＬ２の数を１個、２個と段階的に調整し、Ｆｐの値を段階的に変化させるものとする。
【００７７】
従って、図１２に示す例では、２つのスイッチ１７のスイッチング状態を段階的に切り替えることによって、超音波マイク１１に並列に接続されるコンデンサＣ２の数を０個、１個、２個と段階的に調整するとともに、２つのスイッチ１８のスイッチング状態を段階的に切り替えることによって、超音波マイク１１と駆動回路１５との間に直列に接続されるインダクタＬ２の数を１個、２個と段階的に調整し、Ｆｐの値を３×２＝６種類まで変化させることができる。
【００７８】
なお、本実施形態では、２つのスイッチ１７のスイッチング状態を段階的に切り替えることによって、超音波マイク１１に並列に接続されるコンデンサＣ２の数を３段階で変化させることが可能な構成を示したが、必ずしもこれに限らない。例えば、１つのスイッチ１７のスイッチング状態を段階的に切り替えることによって、超音波マイク１１に並列に接続されるコンデンサＣ２の数を２段階で変化させる構成であってもよいし、３つ以上のスイッチ１７のスイッチング状態を段階的に切り替えることによって、超音波マイク１１に並列に接続されるコンデンサＣ２の数を４段階以上で変化させる構成であってもよい。
【００７９】
また、本実施形態では、２つのスイッチ１８のスイッチング状態を段階的に切り替えることによって、超音波マイク１１と駆動回路１５との間に直列に接続されるインダクタＬ２の数を２段階で変化させることが可能な構成を示したが、必ずしもこれに限らない。例えば、３つ以上のスイッチ１８のスイッチング状態を段階的に切り替えることによって、超音波マイク１１と駆動回路１５との間に直列に接続されるインダクタＬ２の数を３段階以上で変化させる構成であってもよい。
【００８０】
さらに、本実施形態では、インダクタＬ２のインダクタンスを段階的に切り替える方法として、複数のインダクタＬ２のそれぞれの接続の有効無効の状態を切り替える方法を採用する例を示したが、必ずしもこれに限らない。例えば、１つのインダクタＬ２に中間タップを設けることによってインダクタＬ２のインダクタンスを段階的に切り替える方法を採用してもよいし、他の方法を採用してもよい。
【００８１】
また、本実施形態では、複数のコンデンサＣ２のそれぞれの接続の有効無効の状態を切り替えることによってＦｐの値を段階的に変化させるとともに、インダクタＬ２のインダクタンスを段階的に切り替えることによってＦｐの値を段階的に変化させることが可能な構成を示したが、必ずしもこれに限らない。例えば、複数のコンデンサＣ２のそれぞれの接続の有効無効の状態を切り替えることによってのみＦｐの値を段階的に変化させる構成としてもよいし、インダクタＬ２のインダクタンスを段階的に切り替えることによってのみＦｐの値を段階的に変化させる構成としてもよい。
【００８２】
なお、以上のいずれの構成によっても、Ｆｐの値を複数種類に切り替えることが可能となるので、それぞれ範囲が異なる３種類以上の、より優れた指向特性を１つの超音波センサ１ａ（詳しくは、単一の超音波マイク１１）において切り替えることを、より容易に実現できる。さらに、以上のいずれの構成によっても、検知距離に応じて駆動周波数をより細かく使い分けることが可能になるので、検知距離に応じたより適切な指向特性を実現し、検知エリアの設定をより容易にすることが可能になる。
【００８３】
また、前述の実施形態では、超音波マイク１１と駆動回路１５との間にインダクタＬ２を直列に接続する構成を示したが、必ずしもこれに限らない。例えば、超音波マイク１１と駆動回路１５との間にトランスＴＲを接続する構成としてもよい。なお、超音波マイク１１と駆動回路１５との間にトランスＴＲを接続する超音波センサを以降では、超音波センサ１ａとする。
【００８４】
例えば、図１３に示すように、図１０に示す超音波センサ１のインダクタＬ２の代わりにトランスＴＲを設けることによって超音波センサ１ａを構成すればよい。この場合であっても、等価直列コンデンサＣ１と等価直列インダクタＬ１との共振周波数Ｆ０と同じ値の駆動周波数において超音波マイク１１からの送信音圧の良好なピークが得られるとともに、等価並列コンデンサＣ０とトランスＴＲとの共振周波数Ｆｐと同じ値の駆動周波数において超音波マイク１１からの送信音圧の良好なピークが得られるので、超音波センサ１ａにおいても超音波センサ１と同様に、それぞれ範囲が異なる複数の、より優れた指向特性を１つの超音波センサにおいて切り替えることを、より容易に実現できる。
【００８５】
なお、図１３に示す超音波センサ１ａでは、Ｆ０は、Ｆ０＝〔１／（４・π２・Ｌ１のインダクタンス・Ｃ１の容量）〕０．５の関係式によって決まり、Ｆｐは、Ｆｐ＝〔１／（４・π２・ＴＲのインダクタンス成分の値・Ｃ０の容量）〕０．５の関係式によって決まるので、それぞれ範囲が異なる２種類の、より優れた指向特性を１つの超音波センサ１ａ（詳しくは、単一の超音波マイク１１）において切り替えることを、より容易に実現することができる。
【００８６】
また、例えば、図１４に示すように、図２に示す超音波センサ１のインダクタＬ２の代わりにトランスＴＲを設けることによって超音波センサ１ａを構成してもよい。この場合であっても、超音波センサ１ａにおいて超音波センサ１と同様に、それぞれ範囲が異なる複数の、より優れた指向特性を１つの超音波センサにおいて切り替えることを、より容易に実現できる。さらに、この構成によれば、Ｆｐの値は超音波マイク１１に並列に接続するコンデンサＣ２の容量に応じて変わるので、超音波マイク１１自体の構成を変更しなくても、超音波マイク１１に並列に接続するコンデンサＣ２として、容量の異なる汎用品を任意に選択するだけでＦｐの値を自由に選択することが可能になる。よって、指向特性の異なる複数の種類の超音波センサ１ａを容易に製造することができる。
【００８７】
また、例えば、図１５に示すように、図１２に示す超音波センサ１のインダクタＬ２の代わりにトランスＴＲを設けることによって超音波センサ１ａを構成してもよい。なお、図１２では、複数のインダクタＬ２のそれぞれの接続の有効無効の状態を切り替える方法を採用した場合の構成を示したのに対し、図１５では、１つのトランスＴＲに中間タップを設けることによってトランスＴＲのインダクタンス成分を段階的に切り替える方法を採用した場合の構成を示している。また、これに伴い、図１２に示すスイッチ１８の代わりに、図１５の構成では、ＥＣＵ２からの指示に従ってスイッチング状態を切り替えることによって超音波マイク１１と駆動回路１５との間に接続されるトランスＴＲのインダクタンスを段階的に切り替えることが可能な複数のスイッチ１９が設けられている。そして、この複数のスイッチ１９のスイッチング状態を段階的に切り替えることによって、トランスＴＲのオリジナルとの接続および中間タップとの接続のうちのいずれかの接続を有効とし、Ｆｐの値を段階的に変化することができるようになっている。なお、図１５に示す例においては、２つのスイッチ１９のスイッチング状態を段階的に切り替えることによって、トランスＴＲのオリジナルとの接続、１つの中間タップとの接続と段階的に切り替え、Ｆｐの値を段階的に変化させるものとする。
【００８８】
この場合であっても、超音波センサ１ａにおいて超音波センサ１と同様に、それぞれ範囲が異なる複数の、より優れた指向特性を１つの超音波センサにおいて切り替えることを、より容易に実現できる。さらに、この構成によれば、Ｆｐの値を複数種類に切り替えることが可能となるので、それぞれ範囲が異なる３種類以上の、より優れた指向特性を１つの超音波センサ１ａ（詳しくは、単一の超音波マイク１１）において切り替えることを、より容易に実現できる。また、この構成によれば、検知距離に応じて駆動周波数をより細かく使い分けることが可能になるので、検知距離に応じたより適切な指向特性を実現し、検知エリアの設定をより容易にすることが可能になる。
【００８９】
なお、前述の実施形態では、超音波マイク１１が、等価直列コンデンサＣ１と等価直列インダクタＬ１と等価直列抵抗Ｒ１とからなる組みを１組有する構成を示したが、必ずしもこれに限らない。例えば、超音波マイク１１が、等価直列コンデンサＣ１と等価直列インダクタＬ１と等価直列抵抗Ｒ１とからなる組みを２組以上有する構成としてもよい
また、前述の実施形態では、車両に搭載される障害物検知システム１００に本発明を適用する場合を例に挙げて説明を行ったが、必ずしもこれに限らない。例えば、本発明は超音波センサを用いて物体を検知するあらゆるシステムに適用することが可能である。
【００９０】
なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９１】
１  超音波センサ、２  ＥＣＵ、３  ブザー、４  表示器、１１  超音波マイク（超音波振動子）、１４  制御部、１５  駆動回路、１６  信号処理部、１７  スイッチ、１８  スイッチ、１９  スイッチ、１００  障害物検知システム、Ｃ０  等価並列コンデンサ、Ｃ１  等価直列コンデンサ、Ｃ２  コンデンサ、Ｌ１  等価直列インダクタ、Ｌ２  インダクタ、Ｒ１  等価直列抵抗、ＴＲ  トランス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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