JP2023055329A - 超音波センサ制御装置、超音波センサ - Google Patents

Abstract

【課題】超音波センサデバイスの最適な周波数を検出し、固有振動数を調整することが可能な超音波センサ制御装置を提供する。【解決手段】超音波センサ制御装置１００は、振動膜の振動によって超音波を送受信する超音波センサデバイスに対して制御する超音波センサ制御装置１００であって、取得部１１１と、判定部１１２と、駆動制御部１１３とを備える。取得部１１１は、超音波センサデバイスから、振動膜における振動の大きさを示す振動情報を取得する。判定部１１２は、振動情報に基づいて、振動膜の振動が最も大きい最大振動情報を判定する。駆動制御部１１３は、判定部１１２の判定結果に基づいて、振動膜の振動数が、判定部１１２で判定された最大振動情報に対応する周波数になるように、超音波センサデバイスに備えられた駆動素子を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波センサ制御装置、及び超音波センサに関する。

従来、超音波を発生させて、対象物から反射波が返ってくるまでの時間を計測することにより、対象物までの距離を測定する超音波センサが知られている。この超音波センサは、周囲の環境の変化や、超音波を送受信する圧電素子の特性ばらつき等の影響により、圧電素子の固有振動周波数（固有振動数）が変化する場合がある。特許文献１には、Ｓ／Ｎ比（信号対雑音比）の低下を抑制できる超音波センサが開示されている。この特許文献１に開示された超音波センサは、超音波センサが用いられる環境の外的変化に応じてバースト信号のバースト波周波数を調整する。

特開２０１６－１２５９８７号公報

超音波を送受信する圧電素子の固有振動周波数の変化の要因は、外的変化以外にも、製造ばらつきや材料ばらつきなど様々な要因が存在する。また、近年の半導体の微細化技術の発展に伴い、超音波センサに用いられる圧電素子が、薄膜で構成されたマイクロマシン構造によって実現される場合がある。このような状況において、外的変化のみならず、センサに内在する様々な要因による固有振動周波数の変化に対応できる超音波センサが期待されている。

本発明は、上記のような事情を鑑み、超音波センサデバイスの最適な周波数を検出し、固有振動数を調整することが可能な超音波センサ制御装置を提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本実施形態の一態様に係る超音波センサ制御装置は、振動膜の振動によって超音波を送受信する超音波センサデバイスに対して制御する超音波センサ制御装置であって、超音波センサデバイスから、振動膜における振動の大きさを示す振動情報を取得する取得部と、振動情報に基づいて、振動膜の振動が最も大きい最大振動情報を判定する判定部と、判定部の判定結果に基づいて、振動膜の振動数が、判定部で判定された最大振動情報に対応する周波数になるように、超音波センサデバイスに備えられた駆動素子を制御する駆動制御部と、を備える。

本実施形態の他の一態様に係る超音波センサは、振動膜の振動によって超音波を送受信する超音波センサデバイスと、超音波センサ制御装置とを備える超音波センサであって、超音波センサデバイスは、振動膜における振動の大きさを示す振動情報をセンシングするフィードバックデバイスと、超音波を送信する駆動素子と、を有し、超音波センサ制御装置は、フィードバックデバイスから振動情報を取得する取得部と、振動情報に基づいて、振動膜の振動が最も大きい最大振動情報を判定する判定部と、判定部の判定結果に基づいて、振動膜の振動数が、判定部で判定された最大振動情報に対応する周波数になるように、超音波センサデバイスに備えられた駆動素子を制御する駆動制御部と、を有する。

本発明によれば、超音波センサデバイスの最適な周波数を検出し、固有振動数を調整することが可能な超音波センサ制御装置を提供することができる。

図１は、第１の実施形態に係る超音波センサの構成を示すブロック図である。 図２Ａは、第１の実施形態に係る超音波センサデバイスの構成の一例を示す上面図である。 図２Ｂは、図２ＡのＩＩＢ－ＩＩＢ断面における超音波センサデバイスの断面図である。 図３は、第１の実施形態に係る記憶部に格納された、フィードバック情報、周波数情報、及び電圧情報の一例を示す図である。 図４Ａは、第１の実施形態に係る超音波センサデバイスに対する周波数と振動数の関係を説明するための図である。 図４Ｂは、第１の実施形態に係る超音波センサデバイスに対する電圧と振動数の関係を説明するための図である。 図５は、第１の実施形態に係る超音波センサ制御装置の処理の一例を示すフローチャートである。 図６は、第２の実施形態に係る記憶部に格納された、フィードバック情報、周波数情報、及び電圧情報の一例を示す図である。 図７は、第２の実施形態に係る超音波センサ制御装置の処理の一例を示すフローチャートである。

次に、図面を参照して、本実施形態について説明する。以下に説明する図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各構成部品の厚みと平面寸法との関係等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

また、以下に示す実施形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、各構成部品の材質、形状、構造、配置等を特定するものではない。本実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

具体的な本実施形態の一態様は、以下の通りである。

＜１＞振動膜の振動によって超音波を送受信する超音波センサデバイスに対して制御する超音波センサ制御装置であって、超音波センサデバイスから、前記振動膜における振動の大きさを示す振動情報を取得する取得部と、前記振動情報に基づいて、前記振動膜の振動が最も大きい最大振動情報を判定する判定部と、前記判定部の判定結果に基づいて、前記振動膜の振動数が、前記判定部で判定された前記最大振動情報に対応する周波数になるように、前記超音波センサデバイスに備えられた駆動素子を制御する駆動制御部と、を備える、超音波センサ制御装置。

＜２＞前記駆動制御部は、前記駆動素子に印加する駆動波の周波数を変更し、前記判定部は、前記振動膜の振動が最も大きい前記最大振動情報に対応する前記駆動波の周波数を固有振動数として判定し、判定結果を記憶部に格納する、＜１＞に記載の超音波センサ制御装置。

＜３＞前記超音波センサデバイスが有する素子であって、前記振動膜の固有振動数を制御する制御素子へ印加する制御電圧を制御する電圧制御部をさらに備え、前記駆動制御部は、前記制御素子を制御して、前記駆動素子に印加する駆動波の周波数を変更し、前記取得部は、前記制御素子への所定の電圧が印加された状態で前記振動情報を取得し、前記判定部は、前記振動情報に基づいて、前記振動膜の振動が最も大きい場合の周波数を固有振動数として判定し、判定結果を記憶部に格納する、＜１＞に記載の超音波センサ制御装置。

＜４＞前記超音波センサデバイスが有する素子であって、前記振動膜の固有振動数を制御する制御素子へ印加する制御電圧を制御する電圧制御部をさらに備え、前記電圧制御部は、前記制御素子を制御して、前記制御素子へ印加する電圧を変更し、前記取得部は、前記駆動制御部が所定の周波数の駆動波を前記駆動素子に印加した状態で、前記振動情報を取得し、前記判定部は、前記振動情報に基づいて、前記振動膜の振動が最も大きい場合の前記電圧を前記制御電圧として判定し、判定結果を記憶部に格納する、＜１＞に記載の超音波センサ制御装置。

＜５＞前記電圧制御部は、前記記憶部に格納された前記制御電圧に基づいて、前記制御素子を制御する、＜３＞又は＜４＞に記載の超音波センサ制御装置。

＜６＞振動膜の振動によって超音波を送受信する超音波センサデバイスと、超音波センサ制御装置とを備える超音波センサであって、前記超音波センサデバイスは、前記振動膜における振動の大きさを示す振動情報をセンシングするフィードバックデバイスと、超音波を送信する駆動素子と、を有し、前記超音波センサ制御装置は、前記フィードバックデバイスから前記振動情報を取得する取得部と、前記振動情報に基づいて、前記振動膜の振動が最も大きい最大振動情報を判定する判定部と、前記判定部の判定結果に基づいて、前記振動膜の振動数が、前記判定部で判定された前記最大振動情報に対応する周波数になるように、前記超音波センサデバイスに備えられた前記駆動素子を制御する駆動制御部と、を有する、超音波センサ。

（第１の実施形態）
図１を参照して、第１の実施形態に係る超音波センサ１０の構成を説明する。第１の実施形態に係る超音波センサ１０は、超音波センサ制御装置１００と、超音波センサデバイス２００と、を含んで構成される。超音波センサ１０は、超音波センサデバイス２００を介して超音波を送信し、さらに超音波センサデバイス２００を介して超音波を受信することが可能なセンサである。

超音波センサ１０は、例えば、超音波を送信させて、対象物から反射波が返ってくるまでの時間ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）を計測することにより対象物までの距離を測定することが可能な測距システム等に用いられる。超音波センサ制御装置１００の詳細については後述する。

図２Ａ及び図２Ｂに超音波センサ１０に用いられる超音波センサデバイス２００の構成の一例を示す。本実施形態における超音波センサデバイス２００は、超音波を送受信することが可能な駆動素子２２０を備える超音波センサデバイスであり、例えば圧電効果を用いたトランスデューサによって構成される。本実施形態において駆動素子２２０は、圧電素子であり、超音波の送信及び受信を切り替えて行うことができる。

圧電素子は、圧電素子を形成する圧電膜の膜厚等の出来上がりのサイズ、圧電膜の結晶特性、微小欠陥等を含む出来栄え、温度などの環境要因、又は経年劣化などにより特性変動がある。本実施形態における超音波センサ制御装置１００は、このような特性変動によって変化した超音波センサデバイス２００に対して、現環境や状態における固有振動数を求める、又は所定の固有振動数を得るための条件を求めることを可能とするものである。なお、所定の固有振動数を得るための条件とは、例えば、制御電圧の値が該当する。なお、本実施形態において、最適な固有振動数とは、超音波センサデバイス２００に対するセンシングにおいて検出された固有振動数のうち、振動レベル（振幅）が最も高い固有振動数である。また、最適な固有振動数は、最大振動情報に相当する。

本実施形態において、超音波センサデバイス２００は、フィードバックデバイス２１０、駆動素子２２０、及び、制御素子２３０を備える。以降、まず駆動素子２２０について説明する。

超音波の送信時において、トランスデューサは、駆動素子２２０に駆動波の駆動電圧を印加し、駆動素子２２０を振動させ、駆動素子２２０に接する振動膜２４０が振動することで送信超音波が発生する。また、超音波の受信時においては、振動膜２４０の振動に基づいて、駆動素子２２０が振動し、この駆動素子２２０の振動により生じる電気信号をセンシングすることで所定の周波数の受信超音波の受信を検知する。

図２Ｂは、図２ＡのＩＩＢ－ＩＩＢ断面における超音波センサデバイス２００の断面図である。

図２Ｂに示すように駆動素子２２０は、上部電極２２０ａと、下部電極２２０ｂと、圧電膜２２０ｃと、を含む振動体として構成される。すなわち、駆動素子２２０は、圧電膜２２０ｃを上部電極２２０ａ及び下部電極２２０ｂで上下方向から挟む形で積層された形態で構成される。また、振動膜２４０は、下部電極２２０ｂと接しているものとする。すなわち、本実施形態において、駆動素子２２０は、上部電極２２０ａ、圧電膜２２０ｃ、下部電極２２０ｂ、及び振動膜２４０の順に積層された形態で構成されるものとする。

上部電極２２０ａ及び下部電極２２０ｂは、例えば、プラチナ、モリブデン、イリジウム、又はチタンなどの導電性を有する金属の薄膜を用いて形成されている。上部電極２２０ａは、上述の通り、圧電膜２２０ｃの上側に位置し、上部電極２２０ａに駆動電圧を印加するための回路パターンである電極パッド（図示なし）と接続されている。同様に、下部電極２２０ｂは、圧電膜２２０ｃの下側に位置し、下部電極２２０ｂに駆動電圧を印加するための回路パターンである電極パッド（図示なし）と配線を介して電気的に接続されている。

圧電膜２２０ｃは、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）によって構成されている。圧電膜２２０ｃは、チタン酸ジルコン酸鉛以外にも、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、又はチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）などを用いることができる。

振動膜２４０は、薄膜から構成されており、膜厚方向、すなわち振動膜に対する法線方向に変位可能なように構成されている。

超音波の送信時においては、上部電極２２０ａ及び下部電極２２０ｂには、超音波センサ制御装置１００から送られる駆動波の駆動電圧が印加される。上部電極２２０ａ及び下部電極２２０ｂに送られてきた駆動波の駆動電圧に応じて、駆動素子２２０及び振動膜２４０が振動し、送信超音波が発生する。

超音波の受信時においては、振動膜２４０に所定の周波数の超音波が到達することで、駆動素子２２０の上部電極２２０ａ及び下部電極２２０ｂの間に電位差が生じることで所定の電圧が発生し、この電圧を検知することで超音波を受信することが可能となる。発生した電圧は、駆動素子２２０の電極パッドを介して、超音波センサ制御装置１００に送られる。

本実施形態において、この超音波の受信時の電極の間には正圧電効果によって信号（電気信号）が生じ、超音波センサ制御装置１００は、その信号を取り出す。つまり、電極を、当該電気信号をセンシングするための振動センサとして使用する。一般的に振動センサにおいて感度が最も高い受信周波数は、センシングデバイスとなる振動体の固有振動数である。当該システムは、外部からの入力に対して、振動センサである振動体自らの固有振動数を調整することによって、もっとも感度の高い、より快適な状態にすることができる。

また、超音波センサデバイス２００は、駆動素子２２０から送信される送信超音波の送信周波数、及び受信可能な超音波の受信周波数を調整することができる制御素子２３０を備える。

制御素子２３０は、超音波センサ制御装置１００から送られる所定の電圧を印加することにより、振動膜２４０を変形させ、送信超音波の送信周波数、及び受信超音波の受信周波数を設定する。制御素子２３０は、図２Ｂに示すように、駆動素子２２０と同様に、上部電極２３０ａ、圧電膜２３０ｃ、下部電極２３０ｂ、及び振動膜２４０の順に積層された形態で構成されるものとする。

制御素子２３０に所定の電圧を印加することで、駆動素子２２０、及び振動膜２４０を備える振動体の実効的な大きさや硬さなどの物理特性を変化させることができる。これにより、超音波センサ制御装置１００は、振動体の固有振動数を変化させることができる

（超音波センサ制御装置１００の機能及び構成）
図１に戻り、超音波センサ制御装置１００について説明する。超音波センサ制御装置１００は、制御部１１０と、記憶部１２０とを備える。この超音波センサ制御装置１００は、ＣＰＵ（中央処理装置、制御部１１０）、メモリ（記憶部１２０）、及び入出力部（図示なし）等を備える汎用のマイクロコンピュータとして構成してもよい。この場合、マイクロコンピュータには、超音波センサ制御装置１００として機能させるためのコンピュータプログラムがインストールされていてもよい。コンピュータプログラムを実行することにより、マイクロコンピュータは、超音波センサ制御装置１００が備える複数の情報処理回路として機能する。なお、本実施形態では、ソフトウェアによって超音波センサ制御装置１００が備える複数の情報処理回路を実現する例を示すが、もちろん、以下に示す各情報処理を実行するための専用のハードウェアを用意して、情報処理回路を構成することも可能である。また、複数の情報処理回路を個別のハードウェアにより構成してもよい。制御部１１０の詳細については後述する。

記憶部１２０は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスク等で構成される。また、記憶部１２０は、ＦＢ情報ＤＢ１２１（ＦＢ：フィードバック）、周波数情報ＤＢ１２２、及び電圧情報ＤＢ１２３を備える。ＦＢ情報ＤＢ１２１は、「ＦＢ情報（以下、フィードバック情報）」をデータとして格納する。周波数情報ＤＢ１２２は、「周波数情報」をデータとして格納する。また、電圧情報ＤＢ１２３は、「電圧情報」をデータとして格納する。また記憶部１２０は、判定結果に関する情報を格納する。

これらの各種データを格納する記憶部１２０は、一つのストレージデバイスの中に物理的又は論理的に分けて設けられた領域として構成されていてもよい。あるいは、物理的に異なる複数のストレージデバイスに各データの記憶部１２０を設ける構成としてもよい。

ＦＢ情報ＤＢ１２１に格納された「フィードバック情報」には、図３に示すように、「フィードバック番号」と、「振動情報」とをデータとして格納される。「フィードバック番号」は、超音波センサデバイス２００の固有振動数を確認する場合において、超音波センサデバイス２００のフィードバックデバイス２１０から送られてくるフィードバック情報に対応づけられる番号である。すなわち、「フィードバック番号」の順番に、フィードバックデバイス２１０からフィードバック情報が、超音波センサ制御装置１００に送られ、記憶部１２０のＦＢ情報ＤＢ１２１に格納される。

また、「フィードバック情報」の「振動情報」には、フィードバックデバイス２１０でセンシングされた振動膜２４０の振動レベル（振幅）が格納される。なお、「振動情報」に格納される値は、振動レベルに応じてランク分けした値が格納されてもよい。例えば、図３に示すように、振動レベルに応じて、振動レベルが所定の基準値よりも多い場合をランクＡ、振動レベルが所定の基準値と同程度の場合をランクＢ、振動レベルが基準値よりも少ない場合をランクＣとし、そのランク情報を格納する構成としてもよい。この場合、所定の基準値は、あらかじめ定められたデフォルトの固有振動数における振動レベル（振幅）を用いてもよい。また、所定の基準値は、固有振動数の検査の前に設定されている値であってもよい。すなわち、本実施形態に係る超音波センサ制御装置１００は、対象となる所定の基準値に対して、固有振動数の検査を行うものとする。また、「振動情報」に格納されるデータは実際の振動レベルの数値であってもよい。すなわち「振動情報」は、フィードバックデバイス２１０でセンシングされた振動膜２４０における振動の強弱を示す情報に相当する。

記憶部１２０に記憶された「周波数情報」には、フィードバックデバイス２１０から取得されるフィードバック情報に対応する周波数が格納される。この周波数は、駆動素子２２０に対して印加される駆動波の周波数である。すなわち、「フィードバック情報」のフィードバック番号に対応する振動情報は、対応する「周波数情報」に格納された周波数において取得されたデータである。なお、第１の実施形態においては、「周波数情報」に格納された周波数は、例えば、周波数を４０ｋＨｚから１ｋＨｚずつ増加させたものである。

記憶部１２０に記憶された「電圧情報」には、フィードバックデバイス２１０から取得されるフィードバック情報に対応する電圧（制御電圧）が格納される。この電圧は、制御素子２３０に印加される制御電圧である。すなわち、「フィードバック情報」のフィードバック番号に対応する振動情報は、対応する「電圧情報」に格納された電圧において取得されたデータである。なお、第１の実施形態においては、「電圧情報」に格納された周波数は、３Ｖで一定となる値である。

また、記憶部１２０に記憶される情報には、後述の判定部１１２で判定された結果が「判定結果」として格納される。この「判定結果」は、フィードバック番号に対応付けて格納される。また、「判定結果」は、「フィードバック情報」、「周波数情報」、及び／又は「電圧情報」と対応付けて、それぞれＦＢ情報ＤＢ１２１、周波数情報ＤＢ１２２、及び／又は電圧情報ＤＢ１２３に格納されてもよい。

図４Ａ及び図４Ｂは、周波数情報及び電圧情報に対応する振動レベルを模式的にグラフで示した図である。図４Ａは、周波数を増加させることで、振動レベルが増加し、ある周波数の値を境に振動レベルが減少する傾向が示されている。図４Ａは、駆動素子２２０に印加する周波数に対し、ある特定の周波数で振動レベルが高くなる傾向が示されている。

また、図４Ｂは、電圧を増加させることで振動レベルが増加し、ある電圧の値を境に振動レベルが減少する傾向が示されている。上述の通り、制御素子２３０に所定の電圧を印加することで、駆動素子２２０、及び振動膜２４０を備える振動体の実効的な大きさや硬さなどの物理特性を変化させることができる。これにより、超音波センサ制御装置１００は、振動体の固有振動数を変化させることができる。図４Ｂは、振動体の電圧に対する傾向を示したものである。

次に、図１に示す超音波センサ制御装置１００の制御部１１０が備える各機能について説明する。制御部１１０は、取得部１１１、判定部１１２、駆動制御部１１３、及び電圧制御部１１４を機能として備える。

取得部１１１は、フィードバックデバイス２１０でセンシングされたフィードバック情報を取得し、ＦＢ情報ＤＢ１２１に格納する。フィードバック情報は、「フィードバック番号」と、振動膜２４０の振動レベルを示す「振動情報」と、が含まれる。「振動情報」は、フィードバックデバイス２１０でセンシングされた振動膜２４０における振動の強弱を示す情報に相当する。

判定部１１２は、ＦＢ情報ＤＢ１２１に格納された「振動情報」に基づいて、振動レベルの判定を行い、「振動情報」に格納された振動レベルが一番大きいフィードバックに対して、「判定結果」に結果を格納する。図３に示す例においては、ランクＡのフィードバック番号が「００３」のフィードバックに対して、「判定結果」に「○」が格納されている例を示す。すなわち、判定部１１２における判定は、「振動情報」に基づいて、振動が最も大きい「振動情報」を選択し、決定するものである。なお、振動が最も大きい「振動情報」は、最大振動情報に相当する。

駆動制御部１１３は、周波数情報ＤＢ１２２に格納された周波数の駆動波を駆動素子２２０に印加する。また、第１の実施形態においては、判定部１１２の判定結果に基づいて、振動膜２４０の振動レベルを最大とするために、判定部１１２で判定された振動情報に対応する周波数になるように、駆動素子２２０を制御する。

電圧制御部１１４は、電圧情報ＤＢ１２３に格納された電圧を制御電圧として制御素子２３０に印加する。

（超音波センサ制御装置１００の処理フローの概略）
次に、図５に示すフローチャートを用いて超音波センサ制御装置１００における処理（超音波センサ制御方法）の流れを示す。図５のフローチャートに示す超音波センサ制御装置１００の一連の動作は、超音波センサ制御装置１００が起動されると開始され、発信超音波の発信により処理を終了する。また、図５に示すフローチャートは、電源オフや処理終了の割り込みによっても処理は終了する。また、以下のフローチャートの説明において、上述の超音波センサ制御装置１００の説明で記載した内容と同じ内容については、省略又は簡略化して説明する。

ステップＳ５０１において、駆動制御部１１３は、駆動素子２２０に印加する駆動波の周波数に初期値を設定する。ここで、駆動波の周波数に設定する初期値は、例えば、図３の「フィードバック番号」が「００１」に対応する「周波数情報」に示すように、４０ｋＨｚが設定される。

ステップＳ５０２において、駆動制御部１１３は、駆動素子２２０に駆動波を印加する。これにより、超音波センサデバイス２００の振動膜２４０が振動する。

ステップＳ５０３において、取得部１１１は、フィードバックデバイス２１０からフィードバック情報である振動情報を取得し、記憶部１２０のＦＢ情報ＤＢ１２１に格納する。

ステップＳ５０４において、制御部１１０は、所定の周波数に対する振動情報の取得が終了したか否かを判定する。ここで所定の周波数とは、固有振動数の検査（センシング）において、あらかじめ設定された検査対象（センシング対象）となる周波数である。

ステップＳ５０４において、制御部１１０は、所定の周波数に対する振動情報の取得が終了したと判定した場合（ステップＳ５０４：ＹＥＳ）には、処理はステップＳ５０５に進む。一方で、ステップＳ５０４において、制御部１１０は、所定の周波数に対する振動情報の取得が終了していないと判定した場合（ステップＳ５０４：ＮＯ）には、処理はステップＳ５０７に進む。

ステップＳ５０５において、判定部１１２は、ＦＢ情報ＤＢ１２１に格納された振動情報が一番大きい周波数を固有振動数として登録する。

ステップＳ５０６において、駆動制御部１１３は、駆動素子２２０に印加する駆動波の周波数を調整する。具体的には、駆動制御部１１３は、記憶部１２０に格納されたステップＳ５０４の判定結果に基づいて、振動情報のうち、一番振動レベルの大きい場合の、周波数を駆動素子２２０に与える周波数として設定する。

ステップＳ５０７において、駆動制御部１１３は、駆動素子２２０に印加する駆動波の周波数を変更する。具体的には、あらかじめ定められた検査内容に従って、駆動波の周波数を変更する。第１の実施形態に係る超音波センサ制御装置１００においては、駆動制御部１１３は、駆動波の周波数を１ｋＨｚずつ増加させる。すなわち、ステップＳ５０７においては、駆動制御部１１３は、駆動波の周波数の値を１ｋＨｚ増加させる。その後、処理はステップＳ５０２に戻る。

なお、図５に示すフローチャートにおいては、ステップＳ５０４において、所定の周波数に対する振動情報の取得が完了後、ステップＳ５０５にて振動情報の大きさを判定する例を示した。最大の振動レベルが得られる周波数を判定する処理は上述の方法に限定されない。例えば、取得した振動情報（振動レベル）がピークを越えて下降しだしたと判定したら、より詳細な周波数ステップで再び駆動周波数を逆行させる処理を用いてもよい。さらに、以降、ピークが超えたら逆行させる処理を繰り返し行うことで、より正確な振動情報を取得することが可能となる。

上述の通り、第１の実施形態に係る超音波センサ制御装置１００は、振動膜の振動によって超音波を送受信する超音波センサデバイスに対して制御する超音波センサ制御装置であって、取得部１１１と、判定部１１２と、駆動制御部１１３とを備える。取得部１１１は、超音波センサデバイス２００から、振動膜２４０における振動の大きさを示す振動情報を取得する。判定部１１２は、振動情報に基づいて、振動膜２４０の振動が最も大きい最大振動情報を判定する。駆動制御部１１３は、判定部１１２の判定結果に基づいて、振動膜２４０の振動レベルが、判定部１１２で判定された最大振動情報に対応する周波数になるように、超音波センサデバイス２００に備えられた駆動素子２２０を制御する。

これにより、超音波センサ制御装置１００は、超音波センサデバイス２００の最適な周波数を検出し、駆動波の周波数を調整することが可能となる。なお、本実施形態において、最適な駆動波の周波数とは、超音波センサデバイス２００に対するセンシングにおいて検出された振動情報のうち、振動レベルが最も高い駆動波の周波数である。

また、駆動制御部１１３は、駆動素子２２０に印加する駆動波の周波数を変更し、判定部１１２は、振動膜２４０の振動が最も大きい最大振動情報に対応する駆動波の周波数を、固有振動数として判定し、判定結果を記憶部１２０に格納する。

これにより、超音波センサ制御装置１００は、複数の駆動波の周波数に対して、より適切な固有振動数を設定することが可能となる。

また、超音波センサ制御装置１００は、超音波センサデバイス２００が有する素子であって、振動膜２４０の固有振動数を制御する制御素子２３０へ印加する制御電圧を制御する電圧制御部１１４を備える。駆動制御部１１３は、駆動素子２２０を制御して、駆動素子２２０に印加する駆動波の周波数を変更し、取得部１１１は、制御素子２３０への所定の電圧が印加された状態で振動情報を取得する。さらに、判定部１１２は、振動情報に基づいて、振動膜２４０の振動が最も大きい場合の周波数を固有振動数として判定し、判定結果を記憶部１２０に格納する。

これにより、超音波センサ制御装置１００は、所定の電圧を印加することにより、振動膜２４０を変形させ、送信超音波の送信周波数、及び受信超音波の受信周波数を設定することが可能な制御素子２３０に制御電圧を印加する。超音波センサ制御装置１００は、制御素子２３０に制御電圧を印加し、駆動波の周波数を変更し、振動情報を取得する。よって、超音波センサ制御装置１００は、超音波センサデバイス２００に対し、より適切な、駆動波の周波数、及び制御電圧を印加することが可能となり、超音波センサデバイス２００の状況に応じて、より適切な固有振動数を設定することが可能となる。

（第２の実施形態）
以上の通り、具体的な実施形態を一つ説明したが、上述した実施形態は例示であって実施形態を限定するものではない。例えば、上述の実施形態では、駆動素子２２０に印加する周波数の値を変更させてフィードバック情報として取得する振動情報に基づいて、最適な固有振動数を検出する形態を例示した。ここではさらに、制御素子２３０に印加する制御電圧の値を変更させて振動情報を取得する第２の実施形態に係る超音波センサ制御装置１００について、第１の実施形態と異なる構成について説明する。

図６は、第２の実施形態のおける記憶部１２０のＦＢ情報ＤＢ１２１、周波数情報ＤＢ１２２、及び電圧情報ＤＢ１２３に格納された各情報の例を示す。図６に示すように、第２の実施形態においては、駆動素子２２０に印加する駆動波の周波数は一定であり、制御素子２３０に印加する制御電圧を変更し、各制御電圧におけるフィードバック情報としての振動情報を取得する。すなわち駆動制御部１１３が所定の周波数の駆動波を駆動素子２２０に印加した状態で、複数の制御電圧に対する振動情報を取得する。図６に示す例においては、周波数情報の値は、４０ｋＨｚで固定されている。また、図６の例においては、制御電圧は、０Ｖから順に１Ｖずつ増加させる例が示されている。

（超音波センサ制御装置１００の処理フローの概略）
次に、図７に示すフローチャートを用いて第２の実施形態に係る超音波センサ制御装置１００における処理（超音波センサ制御方法）の流れを示す。図７のフローチャートに示す超音波センサ制御装置１００の一連の動作は、超音波センサ制御装置１００が起動されると開始され、発信超音波の発信により処理を終了する。また、図７に示すフローチャートは、電源オフや処理終了の割り込みによっても処理は終了する。また、以下のフローチャートの説明において、上述の超音波センサ制御装置１００の説明で記載した内容と同じ内容については、省略又は簡略化して説明する。

ステップＳ７０１において、電圧制御部１１４は、制御素子２３０に印加する制御電圧に初期値を設定する。ここで、制御電圧に設定する初期値は、例えば、図６の「フィードバック番号」が「００１」に対応する「電圧情報」に示されるように０Ｖが設定される。

ステップＳ７０２において、駆動制御部１１３は、駆動素子２２０に駆動波を印加する。これにより、超音波センサデバイス２００の振動膜２４０が振動する。

ステップＳ７０３において、取得部１１１は、フィードバックデバイス２１０からフィードバック情報である振動情報を取得し、記憶部１２０のＦＢ情報ＤＢ１２１に格納する。

ステップＳ７０４において、制御部１１０は、所定の制御電圧に対する振動情報の取得が終了したか否かを判定する。ここで所定の制御電圧とは、固有振動数の検査（センシング）において、あらかじめ設定された検査対象（センシング対象）となる制御電圧である。

ステップＳ７０４において、制御部１１０は、所定の制御電圧に対する振動情報の取得が終了したと判定した場合（ステップＳ７０４：ＹＥＳ）には、処理はステップＳ７０５に進む。一方で、ステップＳ７０４において、制御部１１０は、所定の制御電圧に対する振動情報の取得が終了していないと判定した場合（ステップＳ７０４：ＮＯ）には、処理はステップＳ７０７に進む。

ステップＳ７０５において、判定部１１２は、ＦＢ情報ＤＢ１２１に格納された振動情報が一番大きい周波数を固有振動数として登録する。

ステップＳ７０６において、電圧制御部１１４は、制御素子２３０に印加する制御電圧の値を調整する。具体的には、電圧制御部１１４は、記憶部１２０に格納されたステップＳ７０５の判定結果に基づいて、振動情報のうち、一番振動レベルの大きい場合の制御電圧を制御素子２３０に与える制御電圧として設定する。

ステップＳ７０７において、電圧制御部１１４は、制御素子２３０に印加する制御電圧の値を変更する。具体的には、あらかじめ定められた検査内容に従って、制御電圧の値を変更する。第２の実施形態に係る超音波センサ制御装置１００においては、電圧制御部１１４は、制御電圧を１Ｖずつ増加させる。すなわち、ステップＳ５０７においては、電圧制御部１１４は、制御電圧の値を１Ｖ増加する。その後、処理はステップＳ７０２に戻る。

なお、図７に示すフローチャートにおいては、ステップＳ７０４において、所定の制御電圧に対する振動情報の取得が完了後、ステップＳ７０５にて振動情報の大きさを判定する例を示した。最大の振動レベルが得られる制御電圧を判定する処理は上述の方法に限定されない。例えば、取得した振動情報（振動レベル）がピークを越えて下降しだしたと判定したら、より詳細な電圧ステップで再び制御電圧の値を逆行させる処理を用いてもよい。さらに、以降、ピークが超えたら逆行させる処理を繰り返し行うことで、より正確な振動情報を取得することが可能となる。

上述の通り、第２の実施形態に係る超音波センサ制御装置１００は、超音波センサデバイス２００が有する素子であって、振動膜２４０の固有振動数を制御する制御素子２３０へ印加する制御電圧を制御する電圧制御部１１４を備える。また、電圧制御部１１４は、前記制御素子を制御して、制御素子２３０へ印加する電圧を変更する。さらに、取得部１１１は、駆動制御部１１３が所定の周波数の駆動波を駆動素子２２０に印加した状態で、振動情報を取得する。判定部１１２は、振動情報に基づいて、振動膜２４０の振動が最も大きい場合の電圧を制御電圧として判定し、判定結果を記憶部１２０に格納する。

これにより、所定の電圧を印加することにより、振動膜２４０を変形させ、送信超音波の送信周波数、及び受信超音波の受信周波数を設定することが可能な制御素子２３０を細かく制御することが可能となる。よって、第２の実施形態に係る超音波センサデバイス２００を、目的の周波数で駆動するための最適な制御電圧を検出することが可能となる。

また、第２の実施形態に係る超音波センサ制御装置１００の電圧制御部１１４は、記憶部１２０に格納された制御電圧に基づいて、制御素子２３０を制御する。これにより、第２の実施形態に係る超音波は、超音波センサデバイス２００の最適な周波数を検出し、より適切に固有振動数を調整することが可能となる。

（他の実施形態）
なお、上述の実施形態は、実施する形態の一例である。このため、本実施形態は、上述の実施形態に限定されることはなく、これ以外の形態であっても、本実施形態に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは言うまでもない。

上述の第１の実施形態に係る超音波センサ制御装置１００は、駆動素子２２０に印加させる駆動波の周波数を変更して、フィードバックデバイス２１０でセンシングされた振動情報に基づいて、振動膜２４０の最適な駆動周波数である固有振動数を判定する形態を示した。また、第２の実施形態に係る超音波センサ制御装置１００は、制御素子２３０に印加させる制御電圧を変更して、フィードバックデバイス２１０でセンシングされた振動情報に基づいて、振動膜２４０の最適な駆動周波数である固有振動数を判定する形態を示した。これらの形態は、実施形態の構成を限定するものではない。例えば、駆動素子２２０に印加させる駆動波の周波数を変更し、かつ制御素子２３０に印加させる制御電圧を変更して、フィードバックデバイス２１０でセンシングされた振動情報に基づいて、振動膜２４０の最適な駆動条件を判定する構成としてもよい。これにより、駆動波の周波数と、制御電圧のより適切な組み合わせを抽出することができ、目的とする固有振動数と、その駆動条件を調整することが可能となる。

また、上述した超音波センサ制御装置１００における処理をコンピュータに実行させるコンピュータプログラム（超音波センサ制御プログラム）、及びそのプログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体は、本実施形態の範囲に含まれる。ここで、コンピュータで読み取り可能な記録媒体の種類は任意である。また、上記コンピュータプログラムは、上記記録媒体に記録されたものに限られず、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク等を経由して伝送されるものであってもよい。

１０ 超音波センサ
１００ 超音波センサ制御装置
１１０ 制御部
１１１ 取得部
１１２ 判定部
１１３ 駆動制御部
１１４ 電圧制御部
１２０ 記憶部
１２１ ＦＢ情報ＤＢ
１２２ 周波数情報ＤＢ
１２３ 電圧情報ＤＢ
１１１ 取得部
１１２ 判定部
１１３ 駆動制御部
１１４ 電圧制御部
１２０ 記憶部
２００ 超音波センサデバイス
２１０ フィードバックデバイス
２２０ 駆動素子
２３０ 制御素子
２２０ａ、２３０ａ 上部電極
２２０ｂ、２３０ｂ 下部電極
２２０ｃ、２３０ｃ 圧電膜
２４０ 振動膜

Claims (6)

1. 振動膜の振動によって超音波を送受信する超音波センサデバイスに対して制御する超音波センサ制御装置であって、
   前記超音波センサデバイスから、前記振動膜における振動の大きさを示す振動情報を取得する取得部と、
   前記振動情報に基づいて、前記振動膜の振動が最も大きい最大振動情報を判定する判定部と、
   前記判定部の判定結果に基づいて、前記振動膜の振動数が、前記判定部で判定された前記最大振動情報に対応する周波数になるように、前記超音波センサデバイスに備えられた駆動素子を制御する駆動制御部と、を備える、
   超音波センサ制御装置。
2. 前記駆動制御部は、前記駆動素子に印加する駆動波の周波数を変更し、
   前記判定部は、前記振動膜の振動が最も大きい前記最大振動情報に対応する前記駆動波の周波数を固有振動数として判定し、判定結果を記憶部に格納する、
   請求項１に記載の超音波センサ制御装置。
3. 前記超音波センサデバイスが有する素子であって、前記振動膜の固有振動数を制御する制御素子へ印加する制御電圧を制御する電圧制御部をさらに備え、
   前記駆動制御部は、前記駆動素子を制御して、前記駆動素子に印加する駆動波の周波数を変更し、
   前記取得部は、前記制御素子への所定の電圧が印加された状態で前記振動情報を取得し、
   前記判定部は、前記振動情報に基づいて、前記振動膜の振動が最も大きい場合の周波数を固有振動数として判定し、判定結果を記憶部に格納する、
   請求項１に記載の超音波センサ制御装置。
4. 前記超音波センサデバイスが有する素子であって、前記振動膜の固有振動数を制御する制御素子へ印加する制御電圧を制御する電圧制御部をさらに備え、
   前記電圧制御部は、前記制御素子を制御して、前記制御素子へ印加する電圧を変更し、
   前記取得部は、前記駆動制御部が所定の周波数の駆動波を前記駆動素子に印加した状態で、前記振動情報を取得し、
   前記判定部は、前記振動情報に基づいて、前記振動膜の振動が最も大きい場合の前記電圧を前記制御電圧として判定し、判定結果を記憶部に格納する、
   請求項１に記載の超音波センサ制御装置。
5. 前記電圧制御部は、前記記憶部に格納された前記制御電圧に基づいて、前記制御素子を制御する、
   請求項３又は４に記載の超音波センサ制御装置。
6. 振動膜の振動によって超音波を送受信する超音波センサデバイスと、超音波センサ制御装置とを備える超音波センサであって、
   前記超音波センサデバイスは、
   前記振動膜における振動の大きさを示す振動情報をセンシングするフィードバックデバイスと、
   超音波を送信する駆動素子と、を有し、
   前記超音波センサ制御装置は、
   前記フィードバックデバイスから前記振動情報を取得する取得部と、
   前記振動情報に基づいて、前記振動膜の振動が最も大きい最大振動情報を判定する判定部と、
   前記判定部の判定結果に基づいて、前記振動膜の振動数が、前記判定部で判定された前記最大振動情報に対応する周波数になるように、前記超音波センサデバイスに備えられた前記駆動素子を制御する駆動制御部と、を有する、
   超音波センサ。

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