(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電圧とそれより低い第２電圧とを切り換えて供給しうる電源手段と、
前記電源手段に第１端を接続された抵抗器と、
前記抵抗器の第１端側と接地との間に介設されたコンデンサと、
前記抵抗器の第２端と接地との間に介設されたトランジスタとを具備し、
前記抵抗器の第２端から電流を流して超音波振動子をパルス駆動する超音波振動子駆動回路であって、
超音波振動子の非駆動時は電流を流さず、前記第１電圧が供給されている超音波振動子の駆動時は第１電流をパルス状に流し、前記第２電圧が供給されている超音波振動子の駆動時は第２電流をパルス状に流すように前記トランジスタを制御する制御手段を具備し、
前記制御手段は、前記第１電圧から前記第２電圧へ切り換えられた直後の所定時間は、前記第２電流より大きい放電電流を前記抵抗器の第２端から前記トランジスタを通して接地へ流すように前記トランジスタを制御することを特徴とする超音波振動子駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波振動子駆動回路において、
前記制御手段は、前記第１電圧から前記第２電圧へ切り換えられた直後の所定時間は、前記トランジスタのゲート電圧を制御することを特徴とする超音波振動子駆動回路。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波振動子駆動回路において、
前記制御手段は、前記第１電圧から前記第２電圧へ切り換えられた直後の所定時間における前記トランジスタのゲート電圧を、前記第１電流及び前記第２電流をパルス状に流すときの前記トランジスタのゲート電圧よりも高くすることを特徴とする超音波振動子駆動回路。
【請求項４】
第１電圧とそれより低い第２電圧とを切り換えて供給しうる電源手段と、
前記電源手段と接地との間に直列に介設された電源側トランジスタ及び接地側トランジスタと、
前記電源側トランジスタの電源手段側と接地との間に介設されたコンデンサとを具備し、
前記直列に介設された電源側トランジスタと接地側トランジスタとの接続点から電流を流して超音波振動子をパルス駆動する超音波振動子駆動回路であって、
超音波振動子の非駆動時は前記電源側トランジスタをオフとするとともに前記接地側トランジスタをオンにし、超音波振動子の駆動時は前記電源側トランジスタをパルス状にオンとするとともに前記接地側トランジスタをパルス状にオフにし、前記第１電圧が供給されている超音波振動子の駆動時は第１電流をパルス状に流し、前記第２電圧が供給されている超音波振動子の駆動時は第２電流をパルス状に流すように、前記電源側トランジスタ及び接地側トランジスタを制御する制御手段を具備し、
前記制御手段は、前記第１電圧から前記第２電圧へ切り換えられた直後の所定時間は、前記第２電流より大きい放電電流を前記コンデンサにおける前記電源手段側の一端から前記電源側トランジスタ及び前記接地側トランジスタを通して接地へ流すように前記トランジスタを制御することを特徴とする超音波振動子駆動回路。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波振動子駆動回路において、
前記電源側トランジスタと前記接続点との間に第１の抵抗器が介設され、前記接続点と前記接地側トランジスタとの間に第２の抵抗器が介設されており、
前記第１の抵抗器と並列に第１のコンデンサが接続され、前記第２の抵抗器と並列に第２のコンデンサが接続されていることを特徴とする超音波振動子駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波振動子駆動回路に関し、さらに詳しくは、第１電圧からそれより低い第２電圧に切り換えて超音波振動子を駆動する際の待機時間を簡単な構成で短縮することが出来る超音波振動子駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、従来の超音波振動子駆動回路の一例である。
この超音波振動子駆動回路６０は、第１電圧ＶＨとそれより低い第２電圧ＶＬとを電圧切換信号ＶＳに応じて切り換えて供給する電源切換スイッチＳｗと、その電源切換スイッチＳｗと接地の間に介設された電源側トランジスタＴｒ１および接地側トランジスタＴｒ２と、前記電源側トランジスタＴｒ１の電源切換スイッチＳｗ側と接地の間に介設されたコンデンサＣ１と、そのコンデンサＣ１と前記電源切換スイッチＳｗの間に介在するインダクタンスＬ（高周波カット用フィルタのインダクタンス等）と、前記コンデンサＣ１と接地の間に介設された放電用トランジスタＴｒ０および放電抵抗器Ｒと、前記電圧切換信号ＶＳに応じて前記トランジスタＴｒ０を制御する放電制御回路６２と、送波パルス信号ＳＰに応じて前記トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を制御するゲート制御回路６１とを具備してなり、前記電源側トランジスタＴｒ１と接地側トランジスタＴｒ２の間から結合コンデンサＣｃを介して超音波振動子Ｅをパルス駆動する。
【０００３】
前記第１電圧ＶＨおよび第２電圧ＶＬは、図示せぬ電源回路から供給される。また、前記電圧切換信号ＶＳおよび送波パルス信号ＳＰは、図示せぬ制御回路から入力される。
【０００４】
図１１は、前記ゲート制御回路６１の動作を示すフロー図である。
ステップＳ２１では、図１１に示すように、送波パルス信号ＳＰが入力されない非駆動時は、電源側トランジスタＴｒ１のゲート電圧Ｖｔ１を“Ｖoff”にして電源側トランジスタＴｒ１を遮断させ、接地側トランジスタＴｒ２のゲート電圧Ｖｔ２を“Ｖon”にして接地側トランジスタＴｒ２を導通させる。そして、送波パルス信号ＳＰが入力されたパルス駆動時は、電源側トランジスタＴｒ１のゲート電圧Ｖｔ１を“Ｖon”にして電源側トランジスタＴｒ１を導通させ、接地側トランジスタＴｒ２のゲート電圧Ｖｔ２を“Ｖoff”にして接地側トランジスタＴｒ２を遮断させる。これにより、電圧切換信号ＶＳが第１電圧ＶＨを選択している時はパルス高さＶｏ＝ＶＨの駆動パルスで超音波振動子Ｅが駆動され、電圧切換信号ＶＳが第２電圧ＶＬを選択している時はパルス高さＶｏ＝ＶＬの駆動パルスで超音波振動子Ｅが駆動される。
【０００５】
ステップＳ２２では、電圧切換信号ＶＳが第１電圧ＶＨから第２電圧ＶＬへ選択を切り換えた時以外は前記ステップＳ２１に戻り、切り換えたときはステップＳ６３へ進む。
【０００６】
ステップＳ６３では、図１２に示すように、放電用トランジスタＴｒ０のゲート電圧Ｖｔ０を“Ｖon”にして放電用トランジスタＴｒ０を導通させる。これにより、コンデンサＣ１に蓄積された電荷が、トランジスタＴｒ０および放電抵抗器Ｒを介して放電される（インダクタンスＬがあるため、電源切換スイッチＳｗ側へは実質的に放電しない）。そして、コンデンサＣ１の電圧が第２電圧ＶＬまで低下すると、ゲート電圧Ｖｔ０を“Ｖoff”にする。そして、前記ステップＳ２１に戻る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の超音波振動子駆動回路６０では、コンデンサＣ１に蓄積された電荷を放電するための特別な放電回路（６２，Ｔｒ０，Ｒ）があるため放電時間τを短縮でき、待機時間が短くて済むが、構成が複雑になる問題点がある。
そこで、本発明の目的は、簡単な構成により、第１電圧からそれより低い第２電圧に切り換えて超音波振動子を駆動する際の待機時間を短縮することが出来る超音波振動子駆動回路を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、第１電圧とそれより低い第２電圧とを切り換えて供給しうる電源手段と、その電源手段に第１端を接続された抵抗器と、その抵抗器の第１端側と接地の間に介設されたコンデンサと、前記抵抗器の第２端と接地の間に介設されたトランジスタと、非駆動時は電流を流さず第１電圧が供給されている駆動時は第１電流をパルス状に流し第２電圧が供給されている駆動時は前記第１電流より小さい第２電流をパルス状に流すように前記トランジスタを制御する制御手段とを具備し、前記抵抗器の第２端から超音波振動子をパルス駆動する超音波振動子駆動回路であって、前記制御手段は、第１電圧から第２電圧へ切り換えられた直後の所定時間は前記第２電流より大きい放電電流を流すように前記トランジスタを制御することを特徴とする超音波振動子駆動回路を提供する。上記第１の観点による超音波振動子駆動回路では、第１電圧から第２電圧へ切り換えられた直後の所定時間は、第２電圧に合わせた第２電流ではなく、それより大きい放電電流を流すようにトランジスタを制御する。このため、放電時間を短縮でき、待機時間が短くて済む。また、特別な放電回路が必要なく、構成が簡単で済む。
【０００９】
第２の観点では、本発明は、第１電圧とそれより低い第２電圧とを切り換えて供給しうる電源手段と、その電源手段と接地の間に直列に介設された電源側トランジスタおよび接地側トランジスタと、前記電源側トランジスタの電源手段側と接地の間に介設されたコンデンサと、非駆動時は前記電源側トランジスタをオフとし前記接地側トランジスタをオンにしているが駆動時は前記電源側トランジスタをパルス状にオンとし前記接地側トランジスタをパルス状にオフにするように前記トランジスタを制御する制御手段とを具備し、前記電源側トランジスタと接地側トランジスタの間から超音波振動子をパルス駆動する超音波振動子駆動回路であって、前記制御手段は、第１電圧から第２電圧へ切り換えられた直後の所定時間は前記電源側トランジスタおよび接地側トランジスタに放電電流を流すように前記トランジスタを制御することを特徴とする超音波振動子駆動回路を提供する。
上記第２の観点による超音波振動子駆動回路では、第１電圧から第２電圧へ切り換えられた直後の所定時間は、電源側トランジスタおよび接地側トランジスタの両方を導通させて放電電流を流す。このため、特別な放電回路が必要なく、構成が簡単で済む。また、放電電流を大きくできるため、放電時間を短縮でき、待機時間を短縮できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施の形態により本発明を詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１１】
−第１の実施形態−
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波振動子駆動回路の構成図である。
この超音波振動子駆動回路１０は、第１電圧ＶＨとそれより低い第２電圧ＶＬとを電圧切換信号ＶＳに応じて切り換えて供給する電源切換スイッチＳｗと、その電源切換スイッチＳｗに第１端を接続された抵抗器Ｒ１と、その抵抗器Ｒ１の第１端側と接地の間に介設されたコンデンサＣ１と、そのコンデンサＣ１と前記電源切換スイッチＳｗの間に介在するインダクタンスＬ（高周波カット用フィルタのインダクタンス等）および逆流防止用ダイオードＤ１と、前記抵抗器Ｒ１の第２端と接地の間に介設されたトランジスタＴｒおよび抵抗器Ｒ２と、前記電圧切換信号ＶＳおよび送波パルス信号ＳＰに応じて前記トランジスタＴｒを制御するゲート制御回路１とを具備してなり、前記抵抗器Ｒ１の第２端から結合コンデンサＣｃを介して超音波振動子Ｅをパルス駆動する。
【００１２】
前記第１電圧ＶＨおよび第２電圧ＶＬは、図示せぬ電源回路から供給される。
また、前記電圧切換信号ＶＳおよび送波パルス信号ＳＰは、図示せぬ制御回路から入力される。
【００１３】
図２は、前記ゲート制御回路１の動作を示すフロー図である。
ステップＳ１では、図３に示すように、送波パルス信号ＳＰが入力されない非駆動時は、ゲート電圧Ｖｔを“０”にし、トランジスタＴｒにドレイン電流Ｉｏを流さない。そして、送波パルス信号ＳＰが入力され且つ電圧切換信号ＶＳが第１電圧ＶＨを選択している時は、ゲート電圧Ｖｔを“ｖｈ”にし、トランジスタＴｒに比較的大きな第１ドレイン電流Ｉｈを流す。これにより、パルス高さＶｏ＝Ｒ１・Ｉｈの駆動パルスで超音波振動子Ｅが駆動される。一方、送波パルス信号ＳＰが入力され且つ電圧切換信号ＶＳが第２電圧ＶＬを選択している時は、ゲート電圧Ｖｔを“ｖｌ”にし、トランジスタＴｒに比較的小さな第２ドレイン電流Ｉｌを流す。これにより、パルス高さＶｏ＝Ｒ１・Ｉｌの駆動パルスで超音波振動子Ｅが駆動される。
【００１４】
ステップＳ２では、電圧切換信号ＶＳが第１電圧ＶＨから第２電圧ＶＬへ選択を切り換えた時以外は前記ステップＳ１に戻り、切り換えたときはステップＳ３へ進む。
【００１５】
ステップＳ３では、図３に示すように、電圧切換信号ＶＳが第２電圧ＶＬを選択しているにもかかわらず、ゲート電圧Ｖｔを“ｖｘ”にする。ここで、“ｖｘ”は、電圧切換信号ＶＳが第２電圧ＶＬを選択している時のゲート電圧ｖｌよりも高い電圧であり、好ましくは電圧切換信号ＶＳが第１電圧ＶＨを選択している時のゲート電圧ｖｈ以上の電圧であり、トランジスタＴｒが完全に導通する“Ｖon”としてもよい。これにより、トランジスタＴｒにドレイン電流Ｉｘが流れ、コンデンサＣ１に蓄積された電荷がトランジスタＴｒを介して放電される（インダクタンスＬや逆流防止用ダイオードＤ１があるため、電源切換スイッチＳｗ側へは放電しない）。そして、コンデンサＣ１の電圧が略第２電圧ＶＬまで低下しうる規定時間τまでゲート電圧Ｖｔを“ｖｘ”に維持する。
ステップＳ４では、規定時間τだけ待機し、規定時間τが経過したら前記ステップＳ１に戻る。
【００１６】
以上の超音波振動子駆動回路１０によれば、第１電圧ＶＨから第２電圧ＶＬへ切り換えられた直後の所定時間τは、第２電圧ＶＬに合わせた第２電流Ｉｌではなく、それより大きい放電電流Ｉｘを流すようにトランジスタＴｒを制御するから、放電時間を短縮でき、待機時間τが短くて済む。また、特別な放電回路が必要なく、構成が簡単で済む。
【００１７】
−第２の実施形態−
図４は、本発明の第２の実施形態に係る超音波振動子駆動回路の構成図である。
この超音波振動子駆動回路２０は、第１電圧ＶＨとそれより低い第２電圧ＶＬとを電圧切換信号ＶＳに応じて切り換えて供給する電源切換スイッチＳｗと、その電源切換スイッチＳｗと接地の間に介設された電源側トランジスタＴｒ１および接地側トランジスタＴｒ２と、それら電源側トランジスタＴｒ１および接地側トランジスタＴｒ２の間に介設された電源側抵抗器ｒ１および接地側抵抗器ｒ２と、前記電源側トランジスタＴｒ１の電源切換スイッチＳｗ側と接地の間に介設されたコンデンサＣ１と、そのコンデンサＣ１と前記電源切換スイッチＳｗの間に介在するインダクタンスＬ（高周波カット用フィルタのインダクタンス等）および逆流防止用ダイオードＤ１と、前記電圧切換信号ＶＳおよび送波パルス信号ＳＰに応じて前記トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を制御するゲート制御回路２１とを具備してなり、前記電源側抵抗器ｒ１と接地側抵抗器ｒ２の間から超音波振動子Ｅをパルス駆動する。
【００１８】
前記第１電圧ＶＨおよび第２電圧ＶＬは、図示せぬ電源回路から供給される。
また、前記電圧切換信号ＶＳおよび送波パルス信号ＳＰは、図示せぬ制御回路から入力される。
【００１９】
前記電源側抵抗器ｒ１および接地側抵抗器ｒ２は、通常、超音波振動子Ｅのインピーダンスに比べて低抵抗であり、例えば両方とも１０Ωである。
【００２０】
図５は、前記ゲート制御回路２１の動作を示すフロー図である。
ステップＳ２１では、図６に示すように、送波パルス信号ＳＰが入力されない非駆動時は、電源側トランジスタＴｒ１のゲート電圧Ｖｔ１を“Ｖoff”にして電源側トランジスタＴｒ１を遮断させ、接地側トランジスタＴｒ２のゲート電圧Ｖｔ２を“Ｖon”にして接地側トランジスタＴｒ２を導通させる。そして、送波パルス信号ＳＰが入力されたパルス駆動時は、電源側トランジスタＴｒ１のゲート電圧Ｖｔ１を“Ｖon”にして電源側トランジスタＴｒ１を導通させ、接地側トランジスタＴｒ２のゲート電圧Ｖｔ２を“Ｖoff”にして接地側トランジスタＴｒ２を遮断させる。これにより、電圧切換信号ＶＳが第１電圧ＶＨを選択している時はパルス高さＶｏ＝ＶＨの駆動パルスで超音波振動子Ｅが駆動され、電圧切換信号ＶＳが第２電圧ＶＬを選択している時はパルス高さＶｏ＝ＶＬの駆動パルスで超音波振動子Ｅが駆動される。
【００２１】
ステップＳ２２では、電圧切換信号ＶＳが第１電圧ＶＨから第２電圧ＶＬへ選択を切り換えた時以外は前記ステップＳ２１に戻り、切り換えたときはステップＳ２３へ進む。
【００２２】
ステップＳ２３では、図６に示すように、電源側トランジスタＴｒ１のゲート電圧Ｖｔ１を“Ｖon”にして電源側トランジスタＴｒ１を導通させると共に接地側トランジスタＴｒ２のゲート電圧Ｖｔ２を“Ｖon”にして接地側トランジスタＴｒ２を導通させる。これにより、コンデンサＣ１に蓄積された電荷が、電源側トランジスタＴｒ１，電源側抵抗器ｒ１，接地側抵抗器ｒ２および接地側トランジスタＴｒ２を介して放電される（インダクタンスＬや逆流防止用ダイオードＤ１があるため、電源切換スイッチＳｗ側へは放電しない）。そして、コンデンサＣ１の電圧が略第２電圧ＶＬまで低下しうる規定時間τまでゲート電圧Ｖｔ１，Ｖｔ２を“Ｖon”に維持する。
ステップＳ２４では、規定時間τだけ待機し、規定時間τが経過したら前記ステップＳ２１に戻る。
【００２３】
以上の超音波振動子駆動回路２０によれば、第１電圧ＶＨから第２電圧ＶＬへ切り換えられた直後の所定時間τは、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を介して必要十分な放電電流を流すようにトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を制御するから、放電時間を短縮でき、待機時間τが短くて済む。また、特別な放電回路が必要なく、構成が簡単で済む。
【００２４】
−第３の実施形態−
図７は、本発明の第３の実施形態に係る超音波振動子駆動回路の構成図である。
この超音波振動子駆動回路１０’は、前記第１の実施形態に係る超音波振動子駆動回路１０と等価な構成である。すなわち、トランジスタＴｒ’および電流制御回路Ｉ’が、前記第１の実施形態に係る超音波振動子駆動回路１０におけるトランジスタＴｒ，抵抗Ｒ２およびゲート制御回路１と等価な働きを行う。
【００２５】
−第４の実施形態−
図８は、本発明の第４の実施形態に係る超音波振動子駆動回路の構成図である。
この超音波振動子駆動回路２０’は、前記第２の実施形態に係る超音波振動子駆動回路２０における抵抗ｒ１，ｒ２に並列にコンデンサＣａ，Ｃｂを接続した構成である。これらコンデンサＣａ，Ｃｂは、抵抗ｒ１，ｒ２との時定数が送波パルス幅より十分長くなるように且つコンデンサＣ１に比べて十分小さい容量に選んである。
前記コンデンサＣａ，Ｃｂにより、送波時の抵抗ｒ１，ｒ２での損失を減らすことが出来る。一方、コンデンサＣ１を放電する時は、抵抗ｒ１，ｒ２が有効になり、コンデンサＣａ，Ｃｂは支障にならない。
【００２６】
なお、図９に示すように、前記電源切換スイッチＳｗの代わりに、オープン端子を経由して切り換わる構成のスイッチＳｗを用い、第１電圧ＶＨから第２電圧ＶＬへと電圧を切り換える時、規定時間τだけオープン端子で待機してから第２電圧ＶＬへと切り換えるようし、逆流防止用ダイオードＤ１を省略してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の超音波振動子駆動回路によれば、第１電圧からそれより低い第２電圧に切り換えて超音波振動子を駆動する際の待機時間を短縮することが出来る。よって、リアルタイム性（フレームレート）を向上できる。また、特別な放電回路の要らない簡単な構成になり、コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態にかかる超音波振動子駆動回路を示す構成図である。
【図２】第１の実施形態にかかる超音波振動子駆動回路の制御動作を示すフロー図である。
【図３】第１の実施形態にかかる超音波振動子駆動回路の各部の波形図である。
【図４】第２の実施形態にかかる超音波振動子駆動回路を示す構成図である。
【図５】第２の実施形態にかかる超音波振動子駆動回路の制御動作を示すフロー図である。
【図６】第２の実施形態にかかる超音波振動子駆動回路の各部の波形図である。
【図７】第３の実施形態にかかる超音波振動子駆動回路を示す構成図である。
【図８】第４の実施形態にかかる超音波振動子駆動回路を示す構成図である。
【図９】電源切換スイッチの変形例の説明図である。
【図１０】従来の超音波振動子駆動回路の一例を示す構成図である。
【図１１】従来の超音波振動子駆動回路の一例の制御動作を示すフロー図である。
【図１２】従来の超音波振動子駆動回路の一例における各部の波形図である。
【符号の説明】
１        ゲート制御回路
１０      超音波振動子駆動回路
２０      超音波振動子駆動回路
２１      ゲート制御回路
Ｃ１      コンデンサ
Ｃｃ      結合コンデンサ
Ｄ１      逆流防止用ダイオード
Ｅ        超音波振動子
Ｉｈ      ドレイン電流
Ｌ        インダクタンス
Ｒ１      抵抗器
Ｒ２      抵抗器
ｒ１      電源側抵抗器
ｒ２      接地側抵抗器
ＳＰ      送波パルス信号
Ｓｗ      電源切換スイッチ
Ｔｒ      トランジスタ
Ｔｒ１    電源側トランジスタ
Ｔｒ２    接地側トランジスタ
ＶＨ      第１電圧
ＶＬ      第２電圧
ＶＳ      電圧切換信号
Ｖｏ      パルス高さ
Ｖｔ      ゲート電圧
Ｖｔ１    ゲート電圧
Ｖｔ２    ゲート電圧
【図１】
0004343416.tif 000002
【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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