JP7439728B2

JP7439728B2 - ultrasonic sensor

Info

Publication number: JP7439728B2
Application number: JP2020180820A
Authority: JP
Inventors: 格石井; 達也神谷; 友貴種村; 永児小島; 敬青木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2020-01-08
Filing date: 2020-10-28
Publication date: 2024-02-28
Anticipated expiration: 2040-10-28
Also published as: JP2021111964A

Description

本発明は、蓋部を有するケーシング内に収容された超音波素子を有する超音波センサに関するものである。 The present invention relates to an ultrasonic sensor having an ultrasonic element housed in a casing having a lid.

従来より、超音波の送受信が可能とされた超音波素子が形成されたセンサ部が、蓋部を有するケーシング内に収容された超音波センサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、蓋部は、ケーシング内の空間と外部の空間とを連通させる複数の空隙が形成された多孔部材で構成されている。 BACKGROUND ART Conventionally, an ultrasonic sensor has been proposed in which a sensor section in which an ultrasonic element capable of transmitting and receiving ultrasonic waves is formed is housed in a casing having a lid section (for example, see Patent Document 1). Note that the lid portion is made of a porous member in which a plurality of voids are formed to communicate the space inside the casing with the space outside.

このような超音波センサは、例えば、車両に搭載され、車両の周囲に位置する物体を検出する物体検出装置を構成するのに用いられる。具体的には、超音波センサは、蓋部に形成されている空隙を通じて超音波としての探査波を外部へ送信し、当該探査波が障害物で反射した反射波を受信波として受信する。そして、超音波センサは、超音波素子が受信する受信波に基づいて障害物を検知する。 Such an ultrasonic sensor is used, for example, to configure an object detection device that is mounted on a vehicle and detects objects located around the vehicle. Specifically, the ultrasonic sensor transmits a probe wave as an ultrasonic wave to the outside through a gap formed in the lid, and receives a reflected wave of the probe wave reflected by an obstacle as a received wave. The ultrasonic sensor detects an obstacle based on the received waves received by the ultrasonic element.

特開２０１２－２１７０２０号公報Japanese Patent Application Publication No. 2012-217020

ところで、上記のような超音波センサにおいて、本発明者らは、次のような超音波センサを検討している。すなわち、センサ部に複数の超音波素子を形成した場合、各超音波素子が受信する受信波は、受信波の方向（すなわち、障害物の方向）によって位相差が発生する。このため、本発明者らは、センサ部に複数の超音波素子を形成して超音波センサを構成し、超音波センサを車両に搭載した際、各超音波素子が受信する受信波の位相差に基づいて障害物の方向を検出することも検討している。 By the way, among the above-mentioned ultrasonic sensors, the present inventors are considering the following ultrasonic sensors. That is, when a plurality of ultrasonic elements are formed in the sensor section, a phase difference occurs in the received waves received by each ultrasonic element depending on the direction of the received waves (that is, the direction of the obstacle). For this reason, the present inventors configured an ultrasonic sensor by forming a plurality of ultrasonic elements in the sensor section, and when the ultrasonic sensor is mounted on a vehicle, the phase difference between the received waves received by each ultrasonic element is We are also considering detecting the direction of obstacles based on

しかしながら、超音波が蓋部の空隙を通過する際、散乱が発生することで超音波の位相情報が乱れる可能性がある。このため、このような超音波センサを車両に搭載した場合、位相情報が乱れることによって検出精度が低下する可能性がある。 However, when the ultrasonic waves pass through the gap in the lid, scattering occurs, which may disrupt the phase information of the ultrasonic waves. Therefore, when such an ultrasonic sensor is mounted on a vehicle, detection accuracy may be reduced due to disturbance of phase information.

本発明は上記点に鑑み、蓋部で超音波が散乱することを抑制できる超音波センサを提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned points, an object of the present invention is to provide an ultrasonic sensor that can suppress scattering of ultrasonic waves at the lid.

上記目的を達成するための請求項１では、ケーシング（４０）内に複数の超音波素子（２５）が形成されたセンサ部（１０）が収容された超音波センサであって、収容凹部（５１）が形成されたケース（５０）と、ケースの収容凹部に収容され、探査波を送信すると共に、探査波が障害物で反射した反射波を受信波として受信する複数の超音波素子が形成されたセンサ部と、収容凹部を閉塞するようにケースに配置されてケーシングを構成する蓋部（８０）と、を備え、蓋部は、構造体（８１）に収容凹部内の空間と外部の空間とを連通させる空隙（８２）が形成された多孔部材で構成され、構造体の平均長さと空隙の平均幅とで規定される散乱断面積が１×１０^－５［ｍ^２］以下とされている。 In claim 1 to achieve the above object, there is provided an ultrasonic sensor in which a sensor section (10) in which a plurality of ultrasonic elements (25) are formed is accommodated in a casing (40), the accommodating recess (51 ) is formed, and a plurality of ultrasonic elements are formed, which are housed in housing recesses of the case and which transmit exploration waves and receive reflected waves from the exploration waves reflected by obstacles as received waves. and a lid part (80) that is disposed in the case to close the housing recess and constitute a casing, and the lid part has a structure (81) that connects the space inside the housing recess and the external space. The scattering cross section defined by the average length of the structure and the average width of the voids is 1×10 ⁻⁵ [m ² ] or less. There is.

これによれば、散乱断面積が１×１０^－５［ｍ^２］以下とされているため、蓋部で超音波の散乱（すなわち、位相ずれ）が発生することを抑制できる。このため、例えば、各超音波素子で受信する受信波の位相差に基づいて障害物の方向を検出する場合、検出精度が低下することを抑制できる。 According to this, since the scattering cross section is set to be 1×10 ⁻⁵ [m ² ] or less, scattering of ultrasonic waves (ie, phase shift) at the lid can be suppressed. For this reason, for example, when detecting the direction of an obstacle based on the phase difference between the received waves received by each ultrasonic element, it is possible to suppress a decrease in detection accuracy.

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 Note that the reference numerals in parentheses attached to each component etc. indicate an example of the correspondence between the component etc. and specific components etc. described in the embodiments to be described later.

第１実施形態における超音波センサの断面図である。It is a sectional view of the ultrasonic sensor in a 1st embodiment. 図１に示すセンサ部近傍の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of the sensor section shown in FIG. 1. FIG. 超音波素子の数、指向角、音圧の関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the number of ultrasonic elements, directivity angle, and sound pressure. 図１に示す蓋部の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of the lid shown in FIG. 1. FIG. 散乱断面積と、平均長さおよび平均幅との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the scattering cross section and the average length and average width. 音圧ロスと、平均長さおよび空隙率との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between sound pressure loss, average length, and porosity. 第２実施形態における超音波センサの断面図である。It is a sectional view of the ultrasonic sensor in a 2nd embodiment. 第３実施形態における超音波センサの断面図である。It is a sectional view of the ultrasonic sensor in a 3rd embodiment. 第４実施形態における超音波センサの断面図である。It is a sectional view of the ultrasonic sensor in a 4th embodiment. 第５実施形態におけるセンサ部近傍の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of the vicinity of a sensor section in a fifth embodiment.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 Embodiments of the present invention will be described below based on the drawings. Note that in each of the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.

（第１実施形態）
第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の超音波センサは、例えば、車両のバンパー周辺に搭載され、車両の周囲に位置する物体を検出する物体検出装置を構成するのに適用されると好適であり、以下では車両に取り付けられる例について説明する。 (First embodiment)
A first embodiment will be described with reference to the drawings. Note that the ultrasonic sensor of this embodiment is preferably applied to configure an object detection device that is mounted around the bumper of a vehicle and detects objects located around the vehicle. An example in which it can be attached to is explained below.

本実施形態の超音波センサは、図１に示されるように、センサ部１０がケーシング４０内に収容された構成とされている。まず、センサ部１０の構成について説明する。 The ultrasonic sensor of this embodiment has a configuration in which a sensor section 10 is housed in a casing 40, as shown in FIG. First, the configuration of the sensor section 10 will be explained.

センサ部１０は、超音波である探査波を指向軸に沿って送信するように構成されている。なお、探査波は、センサ部１０から所定の広がり（すなわち、指向角）で送信される。また、指向軸とは、センサ部１０から送信される探査波に沿って伸びる仮想直線であって、指向角の基準となるものである。言い換えると、指向軸は、探査波の中心を通る軸である。また、センサ部１０は、探査波が周囲に存在する障害物で反射された反射波を含む受信波を受信し、受信結果に基づく検出信号を出力するように構成されている。本実施形態では、センサ部１０は、図２に示されるように、トランデューサユニット２０および支持部材３０等を備えている。 The sensor unit 10 is configured to transmit an exploration wave, which is an ultrasonic wave, along a directional axis. Note that the exploration wave is transmitted from the sensor unit 10 with a predetermined spread (i.e., directional angle). Further, the directional axis is a virtual straight line extending along the exploration wave transmitted from the sensor unit 10, and serves as a reference for the directional angle. In other words, the directional axis is an axis passing through the center of the exploration wave. Further, the sensor unit 10 is configured to receive a received wave including a reflected wave obtained by reflecting the exploration wave from obstacles existing in the surroundings, and output a detection signal based on the reception result. In this embodiment, the sensor section 10 includes a transducer unit 20, a support member 30, and the like, as shown in FIG.

トランデューサユニット２０は、本実施形態では、支持基板２１、埋込絶縁膜２２、半導体層２３が順に積層されたＳＯＩ基板で構成されるセンサ基板２４を用いて構成されたＭＥＭＳ型とされ、複数の超音波素子２５を有する構成とされている。なお、ＳＯＩは、Silicon on Insulatorの略であり、ＭＥＭＳは、Micro Electro Mechanical Systemsの略である。以下では、半導体層２３のうちの埋込絶縁膜２２と反対側の面をセンサ基板２４の一面２４ａとし、支持基板２１のうちの埋込絶縁膜２２と反対側の面をセンサ基板２４の他面２４ｂとして説明する。 In this embodiment, the transducer unit 20 is a MEMS type configured using a sensor substrate 24 made of an SOI substrate on which a supporting substrate 21, an embedded insulating film 22, and a semiconductor layer 23 are laminated in this order. The configuration includes an ultrasonic element 25 of. Note that SOI is an abbreviation for Silicon on Insulator, and MEMS is an abbreviation for Micro Electro Mechanical Systems. Hereinafter, the surface of the semiconductor layer 23 opposite to the buried insulating film 22 will be referred to as one surface 24a of the sensor substrate 24, and the surface of the support substrate 21 opposite to the buried insulating film 22 will be referred to as one surface 24a of the sensor substrate 24. This will be explained as the surface 24b.

センサ基板２４には、他面２４ｂ側から凹部２６が形成されることにより、複数のダイヤフラム部２７が形成されている。本実施形態では、センサ基板２４には、ダイヤフラム部２７が二次元的に配列されるように、凹部２６が形成されている。なお、本実施形態では、凹部２６は、埋込絶縁膜２２を貫通して半導体層２３に達するように形成されており、ダイヤフラム部２７は、半導体層２３で構成されている。但し、凹部２６は、埋込絶縁膜２２を残存させるように形成され、ダイヤフラム部２７は、埋込絶縁膜２２および半導体層２３で形成されるようにしてもよい。 A plurality of diaphragm portions 27 are formed in the sensor substrate 24 by forming recesses 26 from the other surface 24b side. In this embodiment, the sensor substrate 24 is formed with recesses 26 such that the diaphragm portions 27 are arranged two-dimensionally. In this embodiment, the recess 26 is formed to penetrate the buried insulating film 22 and reach the semiconductor layer 23, and the diaphragm portion 27 is formed of the semiconductor layer 23. However, the recess 26 may be formed so that the buried insulating film 22 remains, and the diaphragm portion 27 may be formed of the buried insulating film 22 and the semiconductor layer 23.

そして、各ダイヤフラム部２７上には、裏面電極２８ａ、圧電膜２８ｂ、表面電極２８ｃが順に積層されて構成される圧電素子２８が形成されている。本実施形態では、このようにしてセンサ基板２４に複数の超音波素子２５が形成されている。つまり、本実施形態の超音波素子２５は、ＰＭＵＴとして構成されている。ＰＭＵＴはPiezoelectric Micro-machined Ultrasonic Transducersの略である。 A piezoelectric element 28 is formed on each diaphragm portion 27 by stacking a back electrode 28a, a piezoelectric film 28b, and a front electrode 28c in this order. In this embodiment, a plurality of ultrasonic elements 25 are formed on the sensor substrate 24 in this manner. That is, the ultrasonic element 25 of this embodiment is configured as a PMUT. PMUT stands for Piezoelectric Micro-machined Ultrasonic Transducers.

なお、本実施形態では、各圧電素子２８の裏面電極２８ａは、一体化されて共通のグランド電位が印加されるようになっている。また、圧電膜２８ｂは、窒化スカンジウムアルミニウム（ＳｃＡｌＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の鉛を有しない圧電セラミックス、またはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の鉛を含むが汎用性の高い圧電セラミックスで構成されている。そして、圧電膜２８ｂは、ダイヤフラム部２７上に、ダイヤフラム部２７と同等の平面形状となるように形成されている。 In this embodiment, the back electrodes 28a of each piezoelectric element 28 are integrated so that a common ground potential is applied to them. The piezoelectric film 28b may be made of lead-free piezoelectric ceramics such as scandium aluminum nitride (ScAlN) or aluminum nitride (AlN), or piezoelectric ceramics that contain lead but are highly versatile such as lead zirconate titanate (PZT). It is configured. The piezoelectric film 28b is formed on the diaphragm portion 27 so as to have the same planar shape as the diaphragm portion 27.

各超音波素子２５は、上記のように、ダイヤフラム部２７が二次元的に形成されているため、二次元的に配置された状態となる。そして、各超音波素子２５は、後述するボンディングワイヤ３５や接続端子３６等を介し、それぞれが図示しない制御部等と接続される。なお、超音波センサが車両に搭載される場合、制御部は、例えば、車載ＥＣＵ（Electronic Control Unitの略）で構成される。 As described above, since the diaphragm portion 27 is two-dimensionally formed, each ultrasonic element 25 is in a two-dimensionally arranged state. Each of the ultrasonic elements 25 is connected to a control section (not shown) via bonding wires 35, connection terminals 36, etc., which will be described later. Note that when the ultrasonic sensor is mounted on a vehicle, the control section is configured with, for example, a vehicle-mounted ECU (abbreviation for Electronic Control Unit).

また、各超音波素子２５は、隣合う超音波素子２５の中心の間隔を間隔ｄとすると、ある位相差に対して方位が２値化しないように、それぞれの間隔ｄが探査波の波長の半分未満とされていることが好ましい。つまり、探査波の波長をλとすると、間隔ｄは、ｄ＜λ／２とされていることが好ましい。なお、隣合う超音波素子２５の中心の間隔とは、言い換えると、隣合うダイヤフラム部２７の中心の間隔のことである。 In addition, each ultrasonic element 25 has a distance d equal to the wavelength of the exploration wave so that the orientation will not be binarized for a certain phase difference, assuming that the distance between the centers of adjacent ultrasonic elements 25 is the interval d. Preferably, it is less than half. That is, assuming that the wavelength of the exploration wave is λ, it is preferable that the interval d satisfies d<λ/2. In other words, the distance between the centers of adjacent ultrasonic elements 25 is the distance between the centers of adjacent diaphragm portions 27.

そして、センサ基板２４の一面２４ａには、裏面電極２８ａや表面電極２８ｃと電気的に接続されるパッド部２９が形成されている。 A pad portion 29 is formed on one surface 24a of the sensor substrate 24 to be electrically connected to the back electrode 28a and the front electrode 28c.

このような超音波素子２５は、圧電素子２８に交流電圧である駆動電圧が印加されると、ダイヤフラム部２７が超音波振動して探査波を送信する。例えば、本実施形態では、探査波の指向軸がセンサ基板２４の一面２４ａに対する法線方向（以下では、単にセンサ基板２４の法線方向ともいう）と一致するように、各圧電素子２８に位相が等しい駆動電圧が印加される。この場合、図３に示されるように、超音波素子２５の数を変更することによって指向角を容易に変更できることが確認される。具体的には、センサ部１０は、超音波素子２５の数が多くなるほど指向角を狭くでき、超音波素子２５の数が少なくなるほど指向角を広くすることができる。また、センサ部１０は、超音波素子２５の数を増加するほど音圧を高くでき、遠方の障害物まで検出することができるようになる。 In such an ultrasonic element 25, when a driving voltage, which is an alternating current voltage, is applied to the piezoelectric element 28, the diaphragm portion 27 vibrates ultrasonically and transmits a probe wave. For example, in this embodiment, each piezoelectric element 28 is placed in phase so that the directional axis of the probe wave coincides with the normal direction to the one surface 24a of the sensor substrate 24 (hereinafter also simply referred to as the normal direction to the sensor substrate 24). Driving voltages with the same values are applied. In this case, as shown in FIG. 3, it is confirmed that the directivity angle can be easily changed by changing the number of ultrasonic elements 25. Specifically, the sensor unit 10 can have a narrower directivity angle as the number of ultrasonic elements 25 increases, and can widen a directivity angle as the number of ultrasonic elements 25 decreases. In addition, the sensor unit 10 can increase the sound pressure as the number of ultrasonic elements 25 increases, and can detect even distant obstacles.

このため、センサ部１０は、車両に取り付けられる際の高さや検出範囲等に基づき、形成される超音波素子２５の数が適宜変更されることが好ましい。この場合、超音波素子２５を多数形成しておき、通電する超音波素子２５の数を制御することにより、探査波の指向角が調整されるようにしてもよい。なお、センサ部１０は、空気減衰の影響が大きくなり難い範囲であり、かつ人体に不快感を与えないように、４０～８０ｋＨｚ程度の探査波を送信するようにすることが好ましい。 For this reason, it is preferable that the number of ultrasonic elements 25 formed in the sensor section 10 is changed as appropriate based on the height, detection range, etc. when the sensor section 10 is attached to the vehicle. In this case, the directivity angle of the probe wave may be adjusted by forming a large number of ultrasonic elements 25 and controlling the number of ultrasonic elements 25 that are energized. Note that it is preferable that the sensor section 10 transmits a probe wave of approximately 40 to 80 kHz within a range where the influence of air attenuation is unlikely to be large and so as not to cause discomfort to the human body.

そして、超音波素子２５は、受信波を受信するとダイヤフラム部２７が振動し、当該振動に基づいて圧電素子２８に電荷が発生する。このため、超音波素子２５は、受信波を受信すると当該受信波に応じた検出信号を出力する。この場合、複数の超音波素子２５が法線方向に対して傾いた方向からの受信波を受信する場合、各超音波素子２５で受信する受信波には、傾きに応じた位相差が発生している。したがって、センサ部１０と接続される図示しない制御部は、当該位相差から受信波の方向（すなわち、障害物が存在する方向）を検出する。 When the ultrasonic element 25 receives the received wave, the diaphragm portion 27 vibrates, and charges are generated in the piezoelectric element 28 based on the vibration. Therefore, when the ultrasonic element 25 receives a received wave, it outputs a detection signal corresponding to the received wave. In this case, when the plurality of ultrasonic elements 25 receive received waves from a direction inclined with respect to the normal direction, a phase difference occurs in the received waves received by each ultrasonic element 25 according to the inclination. ing. Therefore, a control section (not shown) connected to the sensor section 10 detects the direction of the received wave (that is, the direction in which the obstacle exists) from the phase difference.

支持部材３０は、トランデューサユニット２０を固定して支持する部材である。本実施形態では、支持部材３０は、多層基板やプリント基板等で構成されている。そして、特に図示しないが、信号処理のための各種回路部品が実装されていてもよい。 The support member 30 is a member that fixes and supports the transducer unit 20. In this embodiment, the support member 30 is composed of a multilayer board, a printed circuit board, or the like. Although not particularly illustrated, various circuit components for signal processing may be mounted.

また、本実施形態の支持部材３０は、凹部３１と、当該凹部３１を囲むように形成された凸部３２とを有する形状とされている。そして、凹部３１には、センサ基板２４の他面２４ｂが凹部３１の底面と対向するように、上記センサ基板２４が接合部材３３を介して搭載されている。なお、接合部材３３は、シリコーン系等の接着剤等が用いられる。 Further, the support member 30 of this embodiment has a shape including a recess 31 and a protrusion 32 formed to surround the recess 31. The sensor board 24 is mounted in the recess 31 via the bonding member 33 such that the other surface 24b of the sensor board 24 faces the bottom surface of the recess 31. Note that the bonding member 33 is made of a silicone-based adhesive or the like.

支持部材３０の凸部３２には、パッド部３４が形成されている。そして、このパッド部３４は、センサ基板２４に形成されたパッド部２９とボンディングワイヤ３５を介して電気的に接続されている。 A pad portion 34 is formed on the convex portion 32 of the support member 30. This pad portion 34 is electrically connected to a pad portion 29 formed on the sensor substrate 24 via a bonding wire 35.

さらに、支持部材３０には、凸部３２およびパッド部３４を貫通するように、金属製の接続端子３６が配置されている。そして、接続端子３６は、はんだ等の接合部材３７が形成されることにより、支持部材３０に機械的に接続されると共に、パッド部３４と電気的に接続される。これにより、各超音波素子２５がパッド部２９、３４を介して接続端子３６と接続される。また、パッド部３４上には、ボンディングワイヤ３５と接続される部分と接合部材３７と接続される部分の間に、ソルダーレジスト３８が配置されている。 Further, a metal connection terminal 36 is arranged on the support member 30 so as to penetrate through the convex portion 32 and the pad portion 34 . The connection terminal 36 is mechanically connected to the support member 30 and electrically connected to the pad portion 34 by forming a bonding member 37 such as solder. Thereby, each ultrasonic element 25 is connected to the connection terminal 36 via the pad portions 29 and 34. Furthermore, a solder resist 38 is disposed on the pad portion 34 between a portion connected to the bonding wire 35 and a portion connected to the bonding member 37.

以上が本実施形態におけるセンサ部１０の構成である。 The above is the configuration of the sensor section 10 in this embodiment.

ケーシング４０は、図１に示されるように、収容凹部５１が形成されたケース５０と、収容凹部５１を閉塞するように配置される蓋部８０とを有している。 As shown in FIG. 1, the casing 40 includes a case 50 in which a housing recess 51 is formed, and a lid 80 arranged to close the housing recess 51.

ケース５０は、本実施形態では、金属等で構成される搭載部材６０および側壁部材７０を有している。搭載部材６０は、図２に示されるように、支持部材３０に備えられる接続端子３６の数に対応する複数の貫通孔６１が形成されている。そして、支持部材３０は、接続端子３６が貫通孔６１を貫通するように、搭載部材６０上に接合部材６２を介して配置されている。なお、貫通孔６１には、接続端子３６と搭載部材６０とを絶縁するための図示しない絶縁部材等が充填されている。また、接合部材６２は、シリコーン系接着剤等が用いられ、絶縁部材は、エポキシ樹脂や封止ガラス等が用いられる。 In this embodiment, the case 50 includes a mounting member 60 and a side wall member 70 made of metal or the like. As shown in FIG. 2, the mounting member 60 is formed with a plurality of through holes 61 corresponding to the number of connection terminals 36 provided in the support member 30. The support member 30 is placed on the mounting member 60 via the joining member 62 so that the connection terminal 36 passes through the through hole 61. Note that the through hole 61 is filled with an insulating member (not shown) or the like for insulating the connection terminal 36 and the mounting member 60. Furthermore, the bonding member 62 is made of silicone adhesive or the like, and the insulating member is made of epoxy resin, sealing glass, or the like.

側壁部材７０は、図１に示されるように、一端部および他端部を有する筒状部材とされ、他端部側の内周面に段差部７１が形成されている。そして、側壁部材７０は、センサ部１０を内部に収容するように、一端部側が搭載部材６０に固定されている。つまり、ケース５０の収容凹部５１は、筒状の側壁部材７０の一端部が搭載部材６０に固定されることで構成されている。なお、特に限定されるものではないが、側壁部材７０は、例えば、搭載部材６０に、かしめ固定や接着剤等によって固定される。 As shown in FIG. 1, the side wall member 70 is a cylindrical member having one end and the other end, and a stepped portion 71 is formed on the inner peripheral surface of the other end. One end of the side wall member 70 is fixed to the mounting member 60 so as to accommodate the sensor section 10 therein. In other words, the housing recess 51 of the case 50 is configured such that one end of the cylindrical side wall member 70 is fixed to the mounting member 60. Note that, although not particularly limited, the side wall member 70 is fixed to the mounting member 60 by caulking, adhesive, or the like, for example.

蓋部８０は、図４に示されるように、構造体８１に空隙８２が形成された多孔部材で構成されている。このような蓋部８０は、例えば、樹脂で構成されるゴアテックス（登録商標）、金属板に複数の貫通孔が形成されたパンチメタル、金属製の細線を編み込んで構成される金属不織布等が用いられる。なお、図４は、蓋部８０を樹脂で構成した場合の模式図であり、構造体８１の長さを長さａとし、空隙８２の幅を幅ｂとして示している。但し、ここでの構造体８１の長さａとは、構造体８１における空隙８２で挟まれる部分の長さのことであり、空隙の幅ｂとは、隣合う構造体８１の間隔のことである。 As shown in FIG. 4, the lid part 80 is made of a porous member in which a structure 81 has a void 82 formed therein. Such a lid part 80 is made of, for example, Gore-Tex (registered trademark) made of resin, punch metal in which a plurality of through holes are formed in a metal plate, a metal nonwoven fabric made by weaving thin metal wires, or the like. used. Note that FIG. 4 is a schematic diagram when the lid portion 80 is made of resin, and the length of the structure 81 is shown as length a, and the width of the gap 82 is shown as width b. However, the length a of the structure 81 here refers to the length of the portion of the structure 81 sandwiched between the gaps 82, and the width b of the gap refers to the interval between adjacent structures 81. be.

そして、蓋部８０は、図１に示されるように、側壁部材７０に形成された段差部７１に、図示しない接着剤等の接合部材を介して外縁端部が接合されている。なお、蓋部８０の空隙８２は、ケース５０における収容凹部５１内の空間とケース５０外の外部空間とが連通するように形成されている。 As shown in FIG. 1, the outer edge of the lid part 80 is joined to the stepped part 71 formed on the side wall member 70 via a joining member such as an adhesive (not shown). Note that the gap 82 of the lid portion 80 is formed so that the space within the housing recess 51 in the case 50 and the external space outside the case 50 communicate with each other.

以上が本実施形態における超音波センサの基本的な構成である。そして、本実施形態では、蓋部８０がさらに以下のような構成とされている。 The above is the basic configuration of the ultrasonic sensor in this embodiment. In this embodiment, the lid portion 80 further has the following configuration.

まず、音波が多孔部材を通過する場合、「Krodel et al, Acoustic properties of porous microlattice from effective medium to scattering dominated regimes,The journal of the Acoustical Society of America 144, 319,2018年」等の文献には、空隙の幅と構造体の長さとを用いて規定される散乱断面積が１．０×１０^－５ｍ^２以下であれば、音波の散乱（すなわち、位相ずれ）を発生し難くすることができると報告されている。 First, when sound waves pass through a porous member, documents such as "Krodel et al, Acoustic properties of porous microlattice from effective medium to scattering dominated regimes, The journal of the Acoustical Society of America 144, 319, 2018" state that If the scattering cross section defined using the width of the gap and the length of the structure is 1.0 × 10 ^-5 m ² or less, scattering of sound waves (that is, phase shift) can be made difficult to occur. It is reported that.

このため、本実施形態では、構造体８１の長さａの平均値を平均長さＡ［ｍ］とし、空隙８２の幅ｂの平均値を平均幅Ｂ［ｍ］とすると、平均長さＡおよび平均幅Ｂは、散乱断面積が１．０×１０^－５ｍ^２以下となるように調整されている。なお、ここでの平均長さＡおよび平均幅Ｂは、製造誤差等の若干のばらつき等によって発生する誤差を含むものであり、例えば、±５％程度のずれを許容するものである。 Therefore, in this embodiment, if the average value of the length a of the structure body 81 is the average length A [m], and the average value of the width b of the void 82 is the average width B [m], then the average length A And the average width B is adjusted so that the scattering cross section is 1.0×10 ⁻⁵ m ² or less. Note that the average length A and the average width B here include errors caused by slight variations such as manufacturing errors, and allow for a deviation of about ±5%, for example.

具体的には、本発明者らは、散乱断面積と、構造体８１の平均長さＡと空隙８２の平均幅Ｂとの関係について鋭意検討を行い、図５に示される結果を得た。図５に示されるように、散乱断面積は、構造体の平均長さＡおよび空隙の平均幅Ｂが大きくなるほど大きくなることが確認される。そして、散乱断面積は、散乱断面積をσ_ｓとし、所定の第１定数をγとし、所定の第２定数をεとすると、図５に基づいて下記数式１で示される。 Specifically, the present inventors conducted extensive studies on the relationship between the scattering cross section, the average length A of the structure 81, and the average width B of the void 82, and obtained the results shown in FIG. 5. As shown in FIG. 5, it is confirmed that the scattering cross section increases as the average length A of the structure and the average width B of the voids increase. The scattering cross section is expressed by the following equation 1 based on FIG. 5, where the scattering cross section is σ _s , the predetermined first constant is γ, and the predetermined second constant is ε.

［数１］σ_ｓ＝γ×ｌｏｇ_１０（Ａ）＋ｌｏｇ_１０（ε×Ｂ）
したがって、本実施形態では、γ×ｌｏｇ_１０（Ａ）＋ｌｏｇ_１０（ε×Ｂ）が１．０×１０^－５ｍ^２以下となるように、平均長さＡおよび平均幅Ｂが規定されている。 [Math. 1] σ _s = γ×log ₁₀ (A) + log ₁₀ (ε×B)
Therefore, in this embodiment, the average length A and the average width B are defined so that γ×log ₁₀ (A) + log ₁₀ (ε×B) is 1.0×10 ⁻⁵ m ² or less. .

また、蓋部８０における空隙８２の平均幅Ｂは、探査波の波長の（１／２）×ｎ倍（但し、ｎは自然数）の値に近づくほど超音波が散乱し易くなる。このため、本実施形態では、空隙８２の平均幅Ｂは、λ／２未満となるように形成されている。但し、空隙８２の平均幅Ｂは、波長の１／２倍の値に近づくほど超音波が散乱し易くなるため、λ／２から離れた値となることが好ましい。したがって、本実施形態では、構造体８１の平均長さＡおよび空隙８２の平均幅Ｂは、散乱断面積が１．０×１０^－５ｍ^２以下となる値とされつつ、例えば、探査波の波長の１／１０以下とされる。 Furthermore, the closer the average width B of the voids 82 in the lid portion 80 approaches the value of (1/2)×n times the wavelength of the exploration wave (where n is a natural number), the easier the ultrasonic waves are scattered. Therefore, in this embodiment, the average width B of the voids 82 is formed to be less than λ/2. However, the average width B of the void 82 is preferably a value that is far from λ/2 because the closer the average width B of the void 82 is to 1/2 the wavelength, the more easily the ultrasonic waves are scattered. Therefore, in this embodiment, the average length A of the structure 81 and the average width B of the void 82 are set to values such that the scattering cross section is 1.0×10 ⁻⁵ m ² or less, and for example, It is considered to be less than 1/10 of the wavelength.

さらに、蓋部８０を有する超音波センサでは、蓋部８０を超音波が通過する際にエネルギ損失が発生するため、音圧ロスが発生し得る。このため、本発明者らは、構造体８１に対する空隙８２の比率を空隙率とし、音圧ロスと空隙率との関係についても鋭意検討を行って図６に示される結果を得た。なお、現状では、音圧ロスは、１０ｄＢ以下であれば許容範囲内とされており、１０ｄＢ以下とすることが望まれている。 Furthermore, in the ultrasonic sensor having the lid 80, energy loss occurs when ultrasonic waves pass through the lid 80, so sound pressure loss may occur. Therefore, the inventors of the present invention set the ratio of the voids 82 to the structure 81 as the porosity, and also conducted intensive studies on the relationship between the sound pressure loss and the porosity, and obtained the results shown in FIG. 6. Note that, currently, sound pressure loss of 10 dB or less is considered to be within the permissible range, and it is desired that the sound pressure loss be 10 dB or less.

図６に示されるように、音圧ロスは、空隙率に依存すると共に、空隙の平均幅Ｂに依存する。具体的には、音圧ロスは、平均幅Ｂが小さくなるほど大きくなる。これは、平均幅Ｂが小さくなるほど蓋部８０内部の表面積が大きくなり、超音波が通過する際に発生するエネルギ損失が大きくなるためである。また、音圧ロスは、空隙率が小さくなるほど超音波が通過し難くなるため、大きくなる。 As shown in FIG. 6, the sound pressure loss depends on the void ratio and also on the average width B of the voids. Specifically, the sound pressure loss becomes larger as the average width B becomes smaller. This is because the smaller the average width B, the larger the surface area inside the lid portion 80, and the greater the energy loss that occurs when the ultrasonic waves pass through. In addition, the sound pressure loss increases as the porosity decreases because it becomes more difficult for ultrasonic waves to pass through.

そして、平均幅Ｂが０．００００５～０．０００４ｍｍである場合には、空隙率が８０％以上であれば音圧ロスが１０ｄＢ以下となることが確認される。平均幅Ｂが０．００５～０．１５ｍｍである場合には、空隙率が７０％以上であれば、音圧ロスが１０ｄＢ以下となることが確認される。平均幅Ｂが０．２～２ｍｍである場合には、空隙率が３０％以上であれば、音圧ロスが１０ｄＢ以下となることが確認される。このため、本実施形態の蓋部８０は、音圧ロスが１０ｄＢ以下となるように、平均幅Ｂと空隙率が調整されている。 It is confirmed that when the average width B is 0.00005 to 0.0004 mm, the sound pressure loss is 10 dB or less if the porosity is 80% or more. When the average width B is 0.005 to 0.15 mm, it is confirmed that if the porosity is 70% or more, the sound pressure loss is 10 dB or less. When the average width B is 0.2 to 2 mm, it is confirmed that if the porosity is 30% or more, the sound pressure loss is 10 dB or less. For this reason, the average width B and porosity of the lid portion 80 of this embodiment are adjusted so that the sound pressure loss is 10 dB or less.

なお、平均幅Ｂが０．００００５～０．０００４ｍｍである蓋部８０とする場合、蓋部８０は、樹脂部材で構成される。この場合、平均幅Ｂの０．００００５～０．０００４ｍｍは、製造上の加工限界や加工困難性等に基づいて導出される値である。 Note that when the lid portion 80 has an average width B of 0.00005 to 0.0004 mm, the lid portion 80 is made of a resin member. In this case, the average width B of 0.00005 to 0.0004 mm is a value derived based on manufacturing processing limits, processing difficulties, and the like.

平均幅Ｂが０．００５～０．１５ｍｍである蓋部８０とする場合、蓋部８０は、例えば、金属不織布等で構成される。この場合、平均幅Ｂの０．００５～０．１５ｍｍは、製造上の加工限界や加工困難性等に基づいて導出される値である。 When the lid portion 80 has an average width B of 0.005 to 0.15 mm, the lid portion 80 is made of, for example, a metal nonwoven fabric. In this case, the average width B of 0.005 to 0.15 mm is a value derived based on manufacturing processing limits, processing difficulties, and the like.

平均幅Ｂが０．２～２ｍｍである蓋部８０とする場合、蓋部８０は、例えば、パンチメタルで構成される。この場合、平均幅Ｂの下限値である０．２ｍｍは、製造上の加工限界や加工困難性等に基づいて導出される値である。平均幅Ｂの上限値である２ｍｍは、超音波が散乱し難い値に基づいて導出される値である。すなわち、本実施形態では、センサ部１０から送信される探査波の波長を４０～８０ｋＨｚとしており、平均幅Ｂを２ｍｍ以上にすると探査波の波長の（１／２）×ｎ倍の値と重複したり、（１／２）×ｎ倍に近くなり過ぎることで超音波の散乱が発生し易くなる。このため、本実施形態では、平均幅Ｂは、２ｍｍ以下とされている。 When the lid portion 80 has an average width B of 0.2 to 2 mm, the lid portion 80 is made of punched metal, for example. In this case, the lower limit value of the average width B, 0.2 mm, is a value derived based on manufacturing processing limits, processing difficulties, and the like. The upper limit of the average width B, 2 mm, is a value derived based on a value at which ultrasonic waves are difficult to scatter. That is, in this embodiment, the wavelength of the exploration wave transmitted from the sensor unit 10 is set to 40 to 80 kHz, and if the average width B is 2 mm or more, it overlaps with the value of (1/2) × n times the wavelength of the exploration wave. Or, if it becomes too close to (1/2)×n times, scattering of ultrasonic waves will easily occur. Therefore, in this embodiment, the average width B is set to 2 mm or less.

なお、音圧ロスをＬｔとし、空隙率をＸとし、所定の第３定数をαとし、所定の第４定数をβとすると、音圧ロスと空隙率の関係は、図６に基づいて下記数式２で示される。 Furthermore, assuming that the sound pressure loss is Lt, the porosity is X, the predetermined third constant is α, and the predetermined fourth constant is β, the relationship between the sound pressure loss and the porosity is as follows based on FIG. It is shown by Formula 2.

［数２］Ｌｔ＝α×（Ｘ）^－β
したがって、上記図６に示した平均幅Ｂと異なる平均幅Ｂを有する蓋部８０とする場合には、上記数式２に基づいて音圧ロスＬｔが１０ｄＢ以下となるように、空隙率Ｘを調整すればよい。 [Math 2] Lt=α×(X) ^−β
Therefore, when the lid part 80 has an average width B different from the average width B shown in FIG. do it.

以上説明したように、本実施形態では、蓋部８０は、散乱断面積が１．０×１０^－５以下となるように、構造体８１の平均長さＡおよび空隙の平均幅Ｂが規定されている。具体的には、γ×ｌｏｇ_１０（Ａ）＋ｌｏｇ_１０（ε×Ｂ）が１．０×１０^－５ｍ^２以下となるように、平均長さＡおよび平均幅Ｂが規定されている。このため、蓋部８０で超音波の散乱が発生することを抑制できる。したがって、各超音波素子２５で受信する受信波の位相差に基づいて障害物の方向を検出する場合、検出精度が低下することを抑制できる。 As explained above, in the present embodiment, the average length A of the structure 81 and the average width B of the voids are defined in the lid part 80 so that the scattering cross section is 1.0×10 ⁻⁵ or less. ing. Specifically, the average length A and the average width B are defined so that γ×log ₁₀ (A)+log ₁₀ (ε×B) is 1.0×10 ⁻⁵ m ² or less. Therefore, scattering of ultrasonic waves at the lid portion 80 can be suppressed. Therefore, when detecting the direction of an obstacle based on the phase difference between the received waves received by each ultrasonic element 25, it is possible to suppress a decrease in detection accuracy.

また、蓋部８０は、空隙８２の平均幅Ｂがλ／２未満となるように構成されている。このため、超音波が散乱することをさらに抑制できる。 Further, the lid portion 80 is configured such that the average width B of the void 82 is less than λ/2. Therefore, scattering of ultrasonic waves can be further suppressed.

そして、蓋部８０は、音圧ロスが１０ｄＢ以下となるように、平均幅Ｂに基づいて空隙率が規定されている。このため、音圧ロスを十分に低減でき、検出精度が低下することを抑制できる。 The porosity of the lid portion 80 is defined based on the average width B so that the sound pressure loss is 10 dB or less. Therefore, sound pressure loss can be sufficiently reduced, and detection accuracy can be prevented from deteriorating.

さらに、センサ部１０は、隣合う超音波素子２５の間隔ｄがλ／２未満とされている。このため、ある位相差に対して方位が２値化することを抑制でき、検知範囲が低下することを抑制できる。 Further, in the sensor unit 10, the distance d between adjacent ultrasonic elements 25 is less than λ/2. Therefore, it is possible to suppress the orientation from being binarized for a certain phase difference, and it is possible to suppress the detection range from decreasing.

また、センサ部１０は、センサ基板２４を用いて構成されたＭＥＭＳ型とされている。このため、量産を容易にできる。 Further, the sensor section 10 is of a MEMS type configured using a sensor substrate 24. Therefore, mass production can be facilitated.

そして、センサ部１０は、所定の指向角となるように、超音波素子２５の数、または駆動電圧が印加される超音波素子２５の数が調整されている。このため、所望の指向角を実現したセンサ部１０とできる。 In the sensor section 10, the number of ultrasonic elements 25 or the number of ultrasonic elements 25 to which a driving voltage is applied is adjusted so that a predetermined directivity angle is obtained. Therefore, the sensor section 10 can realize a desired directivity angle.

さらに、センサ部１０の圧電膜２８ｂとして、窒化スカンジウムアルミニウム、または窒化アルミニウム等の鉛を有しない圧電セラミックスを用いた場合には、環境への影響を低減したセンサ部１０を実現できる。 Furthermore, when piezoelectric ceramics that do not contain lead, such as scandium aluminum nitride or aluminum nitride, are used as the piezoelectric film 28b of the sensor section 10, it is possible to realize the sensor section 10 with reduced impact on the environment.

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、センサ部１０と蓋部８０との間隔を規定したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。 (Second embodiment)
A second embodiment will be described. In this embodiment, the distance between the sensor section 10 and the lid section 80 is defined in contrast to the first embodiment. Other aspects are the same as those in the first embodiment, so description thereof will be omitted here.

本実施形態では、図７に示されるように、センサ部１０と蓋部８０との間隔を間隔ｄ１とすると、間隔ｄ１がλ／４とされている。なお、センサ部１０と蓋部８０との間隔ｄ１とは、詳しくは、センサ部１０のうちの表面電極２８ｃと蓋部８０との間隔のことである。 In this embodiment, as shown in FIG. 7, if the distance between the sensor section 10 and the lid section 80 is a distance d1, the distance d1 is λ/4. Note that the distance d1 between the sensor section 10 and the lid section 80 is specifically the distance between the surface electrode 28c of the sensor section 10 and the lid section 80.

以上説明した本実施形態では、間隔ｄ１がλ／４とされているため、探査波によって蓋部８０が振動し難くなると共に、蓋部８０によって探査波が反射され難くなる。したがって、検出精度の向上を図ることができる。 In the present embodiment described above, since the interval d1 is set to λ/4, the lid part 80 is less likely to vibrate due to the exploration wave, and the exploration wave is less likely to be reflected by the lid part 80. Therefore, detection accuracy can be improved.

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、センサ部１０の形状と側壁部材７０の高さを規定したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。 (Third embodiment)
A third embodiment will be described. In this embodiment, the shape of the sensor section 10 and the height of the side wall member 70 are defined in comparison with the first embodiment. Other aspects are the same as those in the first embodiment, so description thereof will be omitted here.

本実施形態では、図８に示されるように、センサ部１０のうちの最も外縁側に配置されている超音波素子２５の中心と側壁部材７０との間隔を間隔ｓとする。つまり、各超音波素子２５の中心と側壁部材７０との間隔のうちの最も長さが短い間隔を間隔ｓとする。なお、超音波素子２５の中心とは、本実施形態では、圧電素子２８の中心とされている。また、側壁部材７０において、超音波素子２５の表面電極２８ｃと他端部との間隔を間隔ｈとする。つまり、超音波素子２５とケース５０の開口端との間隔を間隔ｈとする。 In this embodiment, as shown in FIG. 8, the distance between the center of the ultrasonic element 25 disposed on the outermost side of the sensor section 10 and the side wall member 70 is defined as the distance s. That is, the shortest length of the intervals between the center of each ultrasonic element 25 and the side wall member 70 is defined as the interval s. Note that the center of the ultrasonic element 25 is the center of the piezoelectric element 28 in this embodiment. Further, in the side wall member 70, the distance between the surface electrode 28c of the ultrasonic element 25 and the other end is defined as a distance h. In other words, the distance between the ultrasonic element 25 and the open end of the case 50 is defined as the distance h.

さらに、センサ部１０におけるセンサ基板２４の法線方向（すなわち、指向軸）と、センサ部１０から送信される探査波の広がり範囲との成す角度を指向角θとする。 Furthermore, the angle formed by the normal direction of the sensor substrate 24 in the sensor section 10 (that is, the directional axis) and the spread range of the exploration wave transmitted from the sensor section 10 is defined as the directional angle θ.

そして、本実施形態では、センサ部１０および側壁部材７０は、ｔａｎ（９０－θ）≧ｈ／ｓを満たすように、構成、配置されている。 In this embodiment, the sensor section 10 and the side wall member 70 are configured and arranged so that tan(90-θ)≧h/s is satisfied.

以上説明した本実施形態では、センサ部１０および側壁部材７０は、ｔａｎ（９０－θ）≧ｈ／ｓを満たすように、構成、配置されている。このため、センサ部１０から送信される探査波の広がりが側壁部材７０によって阻害され難くなり、検出精度が低下することを抑制できる。 In the present embodiment described above, the sensor section 10 and the side wall member 70 are configured and arranged so that tan(90-θ)≧h/s is satisfied. Therefore, the spread of the exploration wave transmitted from the sensor section 10 is less likely to be obstructed by the side wall member 70, and it is possible to suppress a decrease in detection accuracy.

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、蓋部８０の構成を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。 (Fourth embodiment)
A fourth embodiment will be described. In this embodiment, the configuration of the lid portion 80 is changed from the first embodiment. Other aspects are the same as those in the first embodiment, so description thereof will be omitted here.

本実施形態では、図９に示されるように、蓋部８０は、第１蓋部８０ａと第２蓋部８０ｂとを有する構成とされている。なお、第１蓋部８０ａおよび第２蓋部８０ｂは、同じ構成とされており、それぞれ上記の条件を満たすように構成されている。 In this embodiment, as shown in FIG. 9, the lid part 80 is configured to have a first lid part 80a and a second lid part 80b. Note that the first lid part 80a and the second lid part 80b have the same configuration, and are each configured to satisfy the above conditions.

側壁部材７０には、段差部７１として、搭載部材６０側から順に、第１段差部７１ａと第２段差部７１ｂとが形成されている。 In the side wall member 70, a first step portion 71a and a second step portion 71b are formed as a step portion 71 in order from the mounting member 60 side.

そして、第１蓋部８０ａは、第１段差部７１ａに図示しない接着剤等を介して配置されている。第２蓋部８０ｂは、第２段差部７１ｂに図示しない接着剤を介して配置されており、第１蓋部８０ａと離れて配置されている。この場合、本実施形態では、第１蓋部８０ａと第２蓋部８０ｂとの間の間隔を間隔ｄ２とすると、間隔ｄ２がλ／２未満とされている。 The first lid portion 80a is placed on the first stepped portion 71a via an adhesive (not shown) or the like. The second lid portion 80b is placed on the second stepped portion 71b via an adhesive (not shown), and is placed apart from the first lid portion 80a. In this case, in this embodiment, if the distance between the first lid part 80a and the second lid part 80b is the distance d2, the distance d2 is less than λ/2.

以上説明したように、蓋部８０が第１蓋部８０ａおよび第２蓋部８０ｂを有する構成とされていても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。そして、本実施形態では、第１蓋部８０ａと第２蓋部８０ｂとの間隔ｄ２がλ／２未満とされているため、第１蓋部８０ａと第２蓋部８０ｂとの間で超音波が散乱することも抑制でき、検出精度が低下することを抑制できる。 As explained above, even if the lid part 80 is configured to have the first lid part 80a and the second lid part 80b, the same effects as in the first embodiment can be obtained. In this embodiment, since the distance d2 between the first lid part 80a and the second lid part 80b is less than λ/2, ultrasonic waves are generated between the first lid part 80a and the second lid part 80b. It is also possible to suppress scattering of the particles, thereby suppressing a decrease in detection accuracy.

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対し、センサ部１０の構成を変更したものである。その他に関しては、第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。 (Fifth embodiment)
A fifth embodiment will be described. In this embodiment, the configuration of the sensor section 10 is changed from the first embodiment. Other aspects are the same as those in the first embodiment, so description thereof will be omitted here.

本実施形態では、図１０に示されるように、超音波素子２５は、支持部材３０に形成された凹部３１上に、複数の圧電素子２８が二次元的に配置されることで構成されている。具体的には、本実施形態では、裏面電極２８ａは、支持部材３０の凹部３１上に直接形成されており、センサ基板２４が備えられていない。そして、圧電素子２８は、上記第１実施形態に対して圧電膜２８ｂが十分に厚くされたバルク状とされている。本実施形態では、このような圧電素子２８によって超音波素子２５が構成され、当該超音波素子２５が複数備えられることによってトランデューサユニット２０が構成されている。 In this embodiment, as shown in FIG. 10, the ultrasonic element 25 is configured by a plurality of piezoelectric elements 28 two-dimensionally arranged on a recess 31 formed in a support member 30. . Specifically, in this embodiment, the back electrode 28a is formed directly on the recess 31 of the support member 30, and the sensor substrate 24 is not provided. The piezoelectric element 28 has a bulk shape in which the piezoelectric film 28b is sufficiently thicker than in the first embodiment. In this embodiment, the ultrasonic element 25 is configured by such a piezoelectric element 28, and the transducer unit 20 is configured by including a plurality of the ultrasonic elements 25.

そして、各超音波素子２５は、裏面電極２８ａおよび表面電極２８ｃが支持部材３０に形成されたパッド部３４とボンディングワイヤ３５を介して電気的に接続されている。 In each ultrasonic element 25, a back electrode 28a and a front electrode 28c are electrically connected to a pad portion 34 formed on the support member 30 via a bonding wire 35.

このようなセンサ部１０では、各圧電素子２８に交流電圧である駆動電圧が印加されると、圧電素子２８が超音波振動して探査波を送信する。また、超音波素子２５は、受信波を受信すると圧電素子２８が振動して当該圧電素子２８に電荷が発生する。このため、超音波素子２５は、受信波を受信すると当該受信波に応じた検出信号を出力する。 In such a sensor unit 10, when a drive voltage, which is an alternating current voltage, is applied to each piezoelectric element 28, the piezoelectric element 28 vibrates ultrasonically and transmits a probe wave. Further, when the ultrasonic element 25 receives a received wave, the piezoelectric element 28 vibrates and a charge is generated in the piezoelectric element 28 . Therefore, when the ultrasonic element 25 receives a received wave, it outputs a detection signal corresponding to the received wave.

以上説明したように、超音波素子２５がバルク状の圧電素子２８で構成されていても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。 As explained above, even if the ultrasonic element 25 is constituted by the bulk piezoelectric element 28, the same effects as in the first embodiment can be obtained.

（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。 (Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be modified as appropriate within the scope of the claims.

例えば、上記各実施形態において、超音波素子２５は、隣合う超音波素子２５の間隔ｄがλ／２以上とされていてもよい。 For example, in each of the embodiments described above, the distance d between adjacent ultrasonic elements 25 may be λ/2 or more.

また、上記各実施形態において、空隙８２の平均幅Ｂは、λ／２以上とされていてもよい。 Further, in each of the embodiments described above, the average width B of the void 82 may be set to λ/2 or more.

さらに、上記各実施形態では、探査波の指向軸がセンサ基板２４の法線方向と一致するように、各超音波素子２５に印加される駆動電圧（すなわち、交流電圧）の位相を等しくする例について説明した。しかしながら、探査波の指向軸がセンサ基板２４の法線方向に対して傾いた所定方向となるように、各超音波素子２５に印加される駆動電圧の位相が制御されるようにしてもよい。これによれば、所望の方向の検出感度を高くできる。 Furthermore, in each of the above embodiments, the phases of the driving voltages (i.e., AC voltages) applied to each ultrasonic element 25 are made equal so that the directional axis of the probe wave coincides with the normal direction of the sensor board 24. explained. However, the phase of the drive voltage applied to each ultrasonic element 25 may be controlled so that the directional axis of the probe wave is in a predetermined direction inclined with respect to the normal direction of the sensor substrate 24. According to this, detection sensitivity in a desired direction can be increased.

そして、上記各実施形態を適宜組み合わせてもよい。例えば、上記第２実施形態を各実施形態に適宜適用し、間隔ｄ１がλ／４となるようにしてもよい。なお、上記第２実施形態を上記第４実施形態に組み合わせる場合には、センサ部１０と第１蓋部８０ａとの間隔が間隔ｄ２となるようにすればよい。また、上記第３実施形態を各実施形態に適宜適用し、センサ部１０および側壁部材７０がｔａｎ（９０－θ）≧ｈ／ｓを満たすように構成、配置されるようにしてもよい。そして、上記第４実施形態を各実施形態に適宜適用し、蓋部８０を第１蓋部８０ａおよび第２蓋部８０ｂを有する構成とすると共に、間隔ｄ２がλ／２未満となるようにしてもよい。また、上記第５実施形態を上記各実施形態に適宜適用し、センサ部１０における超音波素子２５がバルク状の圧電素子２８で構成されるようにしてもよい。 The above embodiments may also be combined as appropriate. For example, the second embodiment described above may be applied to each embodiment as appropriate, and the interval d1 may be set to λ/4. In addition, when combining the said 2nd Embodiment with the said 4th Embodiment, what is necessary is just to make the space|interval of the sensor part 10 and the 1st lid part 80a become the space|interval d2. Further, the third embodiment described above may be applied to each embodiment as appropriate, and the sensor section 10 and the side wall member 70 may be configured and arranged so that tan(90-θ)≧h/s is satisfied. Then, the fourth embodiment described above is applied to each embodiment as appropriate, and the lid part 80 is configured to have a first lid part 80a and a second lid part 80b, and the interval d2 is set to be less than λ/2. Good too. Further, the fifth embodiment may be applied to each of the above embodiments as appropriate, and the ultrasonic element 25 in the sensor section 10 may be configured with a bulk piezoelectric element 28.

１０センサ部
２５超音波素子
４０ケーシング
５０ケース
５１収容凹部
８０蓋部
８１構造体
８２空隙 10 Sensor section 25 Ultrasonic element 40 Casing 50 Case 51 Accommodation recess 80 Lid section 81 Structure 82 Gap

Claims

An ultrasonic sensor in which a sensor section (10) in which a plurality of ultrasonic elements (25) are formed is accommodated in a casing (40),
a case (50) in which a housing recess (51) is formed;
The sensor section is housed in a housing recess of the case and is formed with the plurality of ultrasonic elements that transmit exploration waves and receive reflected waves from the exploration waves reflected by obstacles as received waves;
a lid part (80) disposed on the case so as to close the accommodation recess and constitute the casing;
The lid part is composed of a porous member in which a gap (82) is formed in the structure (81) to communicate the space inside the accommodation recess with the outside space, and the average length of the structure and the average of the gaps are An ultrasonic sensor whose scattering cross section defined by width is 1×10 ⁻⁵ [m ² ] or less.

In the lid part, the average length of the structure is A [m], the average width of the gap is B [m], a predetermined first constant is γ, and a predetermined second constant is ε. The ultrasonic sensor according to claim 1, wherein the structure and the void satisfy γ×log ₁₀ (A)+log ₁₀ (ε×B)<1×10 ⁻⁵ [m ² ].

Claim 1: The average width of the voids and the porosity of the lid portion are adjusted so that the sound pressure loss is 10 [dB] or less, assuming that the ratio of the voids to the structure is the porosity. or the ultrasonic sensor described in 2.

In the lid part, the average width of the voids is 0.00005 to 0.0004 [mm],
The ultrasonic sensor according to claim 3, wherein the porosity is 80% or more.

In the lid part, the average width of the voids is 0.2 to 2 [mm],
The ultrasonic sensor according to claim 3, wherein the porosity is 30% or more.

The ultrasonic sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the lid portion has an average width of the voids of less than λ/2, where λ is the wavelength of the exploration wave.

The ultrasonic sensor according to any one of claims 1 to 6, wherein a distance (d1) between the sensor part and the lid part is λ/4, where λ is the wavelength of the exploration wave.

Let h [mm] be the distance between the ultrasonic element in the case and the open end of the housing recess, and let s [mm] be the shortest distance between the case and the plurality of ultrasonic elements. The ultrasonic sensor according to any one of claims 1 to 7, wherein tan(90-θ)≧h/s, where θ is a directivity angle of the probe wave transmitted from the sensor unit. .

The lid part has a first lid part (80a) and a second lid part (80b), and the first lid part and the second lid part are arranged in this order from the sensor part side. the first lid part and the second lid part are arranged apart from each other,
9. The distance (d2) between the first lid part and the second lid part is less than λ/2, where λ is the wavelength of the exploration wave. Ultrasonic sensor.

The ultrasonic sensor according to any one of claims 1 to 9, wherein a distance (d) between centers of adjacent ultrasonic elements is less than λ/2, where λ is the wavelength of the exploration wave.

The sensor section is
The plurality of ultrasonic elements are formed by arranging a plurality of piezoelectric elements (28) having piezoelectric films (28b),
The ultrasonic sensor according to any one of claims 1 to 10, wherein the probe wave is transmitted by controlling a drive voltage applied to the piezoelectric element in the plurality of ultrasonic elements.

The ultrasonic sensor according to claim 11, wherein the number of the plurality of ultrasonic elements or the number of the ultrasonic elements to which the drive voltage is applied is adjusted so that the sensor section has a predetermined directivity angle. .

12. The ultrasonic sensor according to claim 11, wherein the phase of the drive voltage applied to the plurality of ultrasonic elements is adjusted so that the sensor section has a directional axis along a predetermined direction.

The ultrasonic sensor according to any one of claims 11 to 13, wherein the piezoelectric film is made of scandium aluminum nitride or aluminum nitride.