CN107925811A - 超声波输入输出元件 - Google Patents

Abstract

一种超声波输入输出元件，其检测向车辆、建筑物接近的接近者、并相对于该接近者进行报知，该超声波输入输出元件具备：至少两个振动部，它们是输出第一频率的超声波并取得与被输出的超声波对应的反射波的第一振动部、和输出与第一频率不同的第二频率的超声波并取得与被输出的第二频率的超声波对应的反射波的第二振动部；壳体(30)，其供该振动部各自单独地配设；以及一个外壳，其对该壳体各自以相互隔着缓冲部件的状态进行收容。

Description

超声波输入输出元件

技术领域

本发明涉及输出超声波、并取得与被输出的超声波对应的反射波的超声波输入输出元件。

背景技术

以往，利用使用超声波等振动波对车辆、家的周围的物体进行检测的技术。作为这种技术，例如存在专利文献1以及2中记载的技术。

对于专利文献1中记载的安全装置而言，在车辆前座上部的后视镜附近具有朝向驾驶座方向和副驾驶座方向释放超声波的超声波发射器，并用超声波接收器接收被释放的超声波的反射波来进行异常检测。用超声波接收器接收的声音信号被声音输出单元向外部输出。另外，专利文献2中记载的带扬声器的时钟构成为：使用压电元件使挡风玻璃振动而产生声波，从而能够使时钟的使用者听到声音。

专利文献1:日本特开2007-265124号公报

专利文献2:日本特开2005-221445号公报

专利文献1中记载的安全装置搭载于车辆，在基于反射波检测到向车厢内侵入的侵入者的情况下，从车喇叭、警报器产生警报。因此，利用该安全装置，不能在成为侵入者的对象者向车厢内侵入之前进行警告。

另外，专利文献2中记载的技术使压电元件振动从而输出声音。即，该技术仅将压电元件用作扬声器，因此不能用于检测向车辆、建筑物侵入的侵入者。

发明内容

因此，本发明寻求一种能够检测向车辆、建筑物接近的接近者、并相对于该接近者进行报知的超声波输入输出元件。

本发明所涉及的超声波输入输出元件的特征结构在于具备如下部件这方面：至少两个振动部，它们是输出第一频率的超声波并取得与被输出的超声波对应的反射波的第一振动部、和输出与上述第一频率不同的第二频率的超声波并取得与被输出的上述第二频率的超声波对应的反射波的第二振动部；壳体，其供上述振动部各自单独地配设；以及一个外壳，其对上述壳体各自以相互隔着缓冲部件的状态进行收容。

超声波是频率高于音频(20Hz左右～20kHz左右)的振动波。这样的超声波与在空中传播的其它振动波相同，频率越高则衰减率越大且到达距离越短。因此，根据本结构，能够使第一频率以及第二频率中的较低频率的超声波与较高频率的超声波相比，容易到达远方。另一方面，超声波相对于与行进方向正交的方向较多地扩散。对于该扩散而言，频率越低，则越显著，相反，频率越高，则指向性越好。因此，对第一频率以及第二频率中的较低频率的超声波进行输出的第一振动部以及第二振动部的一方与另一方相比，检测范围较广。因此，利用第一振动部以及第二振动部的一方检测是否在较广范围内存在物体，并利用检测范围较窄的第一振动部以及第二振动部的另一方扫描上述较广范围，从而能够更详细地确定物体的位置。另外，相对于确定了位置的物体，能够利用第一振动部以及第二振动部的另一方更定向(局部地)地输出声音、警报，也能够利用第一振动部以及第二振动部的一方在比上述另一方更广的范围内输出声音、警报。这样，根据本结构，能够实现可检测向车辆、建筑物接近的接近者、并相对于该接近者进行报知的超声波输入输出元件。

另外，优选上述振动部以及上述壳体形成为环状，上述振动部以及上述壳体按照从各个振动部输出的超声波的频率由高到低的顺序从径向内侧朝向径向外侧配置于同轴芯上。

根据这样的结构，能够使从第一振动部至物体的距离与从第二振动部至物体的距离相等。因此，即使当超声波输入输出元件以在该超声波输入输出元件的平移(水平)方向、倾斜(垂直)方向、以及滚动(轴心)方向上旋转的状态被设置时，也能够在物体的检测、声音的输出上忽略这样的旋转。因此，能够简单地进行超声波输入输出元件的安装。

另外，优选上述超声波输入输出元件具有多个收容上述振动部和上述壳体的上述外壳，且上述多个外壳配置为阵列状。

根据这样的结构，通过使从设置于相互邻接的外壳的相同频率的振动部输出的超声波彼此具有相位差而使它们相互干涉，从而能够控制超声波的指向性。另一方面，在相对于物体进行报知的情况下，能够提高超声波的直行性，并且增大报知的声响、声音的音量。

另外，优选上述超声波输入输出元件以从上述振动部输出的上述超声波被输出至车辆的周围的方式经由上述外壳安装于上述车辆。

根据这样的结构，能够检测接近车辆的人，并相对于该人定向地进行报知。

附图说明

图1是第一实施方式所涉及的超声波输入输出装置的立体图。

图2是第一实施方式所涉及的超声波输入输出装置的侧剖视图。

图3是第一实施方式所涉及的超声波输入输出装置的分解立体图。

图4是表示超声波输入输出元件的搭载例子的图。

图5是第二实施方式所涉及的超声波输入输出装置的侧剖视图。

具体实施方式

本发明所涉及的超声波输入输出元件构成为具备检测向车辆、建筑物接近的接近者、并相对于该接近者进行报知的功能。以下，针对本实施方式的超声波输入输出元件1进行说明。

1.第一实施方式

图1中示出本实施方式的超声波输入输出元件1的立体图，图2中示出超声波输入输出元件1的侧剖视图。图3中示出在各部展开了的图。如图1～图3所示，超声波输入输出元件1构成为具备振动部10、壳体30、以及外壳50。

至少具备两个振动部10。在本实施方式中，对振动部10由第一振动部11以及第二振动部21这两个振动部构成的情况进行说明。以下，在无需区别第一振动部11和第二振动部21的情况下，作为振动部10进行说明，在分别进行区别的情况下作为第一振动部11、第二振动部21进行说明。

第一振动部11输出第一频率的超声波，并取得相对于被输出的超声波的反射波。第一频率被预先设定为第一振动部11所输出的超声波的频率。该第一频率被设定为大于音频的频率，例如为20kHz以上。从第一振动部11输出的超声波朝向规定的方向在空中传播。当在被输出了超声波的范围存在物体时，超声波被该物体反射。此时，被反射的超声波作为反射波被第一振动部11取得。这样，第一振动部11同时使用于超声波的输出、反射波的取得。因此，第一振动部11被驱动为以规定时间为单位将超声波的输出期间、反射波的等待期间进行反复。

这样的第一振动部11使用压电元件构成较好。第一振动部11的驱动通过第一驱动部12进行。在第一驱动部12设置有一对控制端子13A、13B，在第一振动部11被通电从而输出超声波、并取得了反射波的情况下，第一振动部11被反射波振动，使得规定的电信号经由一对控制端子13A、13B被输出。

第二振动部21输出与上述的第一频率不同的第二频率的超声波，并取得相对于被输出的该第二频率的超声波的反射波。“与第一频率不同的第二频率”是指作为与第一频率相异的频率而被预先设定的频率，并被预先设定为第二振动部21所输出的超声波的频率。该第二频率也被设定为大于音频的频率，例如为20kHz以上。特别是，在本实施方式中，第二频率被设定为低于第一频率的频率。

从第二振动部21输出的超声波(以下作为“第二超声波”)与从第一振动部11输出的超声波(以下作为“第一超声波”)相同地朝向规定的方向在空中传播。此时，与第一超声波相比，第二超声波的频率较低，因而波长变长，在空中传播时不易衰减，第二超声波能够到达比第一超声波远的地方。因此，利用第二超声波，能够检测比第一超声波远的位置存在的物体。被物体反射的超声波作为反射波被第二振动部21取得。这样，第二振动部21也与第一振动部11相同地同时使用于超声波的输出、反射波的取得。因此，第二振动部21被驱动为以规定时间为单位将超声波的输出期间、反射波的等待期间进行反复。

这样的第二振动部21也使用压电元件构成较好。第二振动部21的驱动通过第二驱动部22进行。在第二驱动部22设置有一对控制端子23A、23B，在第二振动部21被通电从而输出超声波、并取得了反射波的情况下，第二振动部21被反射波振动，使得规定的电信号经由一对控制端子23A、23B被输出。

振动部10各自单独地配设于壳体30。“单独地配设”意味着相对于一个壳体30配设有一个振动部10。如上述那样，在本实施方式中，振动部10具有第一振动部11以及第二振动部21。因此，在本实施方式中，使用了两个壳体30。为了容易理解，在需要区别该两个壳体30的情况下，分别作为第一壳体31、第二壳体32进行说明。

在本实施方式中，第一壳体31具有圆板状部61和筒状部62。在本实施方式中，筒状部62构成为圆筒状，成为筒状部62的轴向一侧被圆板状部61盖住的形态。在圆板状部61的顶面63(第一壳体31中朝向内侧的面)附设有第一振动部11。第一壳体31使用使第一振动部11容易振动的材料构成较好。

另外，在本实施方式中，第二壳体32由具有如下部件的形状构成：圆板状部41；从该圆板状部41的外周缘沿着该圆板状部41的轴向立起设置的外侧立起设置部42；以及从圆板状部41的内周缘沿着圆板状部41的轴向在与外侧立起设置部42相同的方向上立起设置的内侧立起设置部43。因此，利用圆板状部41、外侧立起设置部42、以及内侧立起设置部43形成有环状凹部。在圆板状部41的顶面44(环状凹部的底面)附设有第二振动部21。因此，第二振动部21也形成为环状较好。第二壳体32使用使第二振动部21容易振动的材料构成较好。

在第一壳体31内的相比第一振动部11靠开口侧的位置，以在与第一振动部11之间具有间隙的方式设置有第一缓冲部件51。在该第一缓冲部件51的开口侧配设有上述的第一驱动部12。

另外，在第二壳体32内的相比第二振动部21靠开口侧的位置，以在与第二振动部21之间具有间隙的方式设置有圆环状的第二缓冲部件52。在该第二缓冲部件52的开口侧配设有上述的第二驱动部22。

在外壳50，对壳体30各自以相互隔着缓冲部件40的状态进行收容。如上述那样，在本实施方式中，具备多个壳体30，但上述多个壳体30全部收容于一个外壳50内。因此，第一壳体31和第二壳体32以在相互之间设置有缓冲部件40的状态收容于外壳50的内部，因此，能够防止第一振动部11以及第二振动部21中的一方的振动向另一方传递。此外，第一壳体31和第二壳体32在各自的开口部侧借助固定部件45而被固定。

在本实施方式中，如图1所示，振动部10以及壳体30形成为环状。另外，上述振动部10以及壳体30按照从各个振动部10输出的超声波的频率由高到低的顺序从径向内侧朝向径向外侧配置在同轴芯上较好。即，在径向内侧设置有第一振动部11，在第一振动部11的径向外侧且在与第一振动部11同轴芯上设置有第二振动部21。

通过这样构成，能够使从第一振动部11至物体的距离与从第二振动部21至物体的距离相等。因此，即使当超声波输入输出元件1以在该超声波输入输出元件1的平移(水平)方向、倾斜(垂直)方向、以及滚动(轴心)方向上旋转的状态被设置时，也能够在物体的检测、声音的输出上忽略这样的旋转。因此，能够容易地进行超声波输入输出元件1的安装。

本实施方式的超声波输入输出元件1例如图4所示，以从振动部10输出的超声波被输出至车辆2的周围的方式，经由外壳50安装于该车辆2。在图4的例子中，超声波输入输出元件1安装于车辆2的前方左侧车门的门把手3A以及前方右侧车门的门把手3B。

这样构成的超声波输入输出元件1反复进行超声波向车辆2的周围的输出、以及反射波的取得。若超声波输入输出元件1取得反射波，则从输出超声波至取得反射波为止的时间作为检测结果被经由一对控制端子13A、13B或者一对控制端子23A、23B传递至控制部(未图示)，控制部使用所传递的上述时间、以及超声波、反射波的传播速度对从超声波输入输出元件1至物体为止的距离进行运算。

另外，如上述那样，第一超声波的第一频率被设定为高于第二超声波的第二频率。因此，由于第一超声波的波长较短，所以能够用于近距离传感检测。另一方面，第二超声波与第一超声波相比波长较长，因此能够用于远距离传感检测。另外，也能够通过同时驱动第一振动部11和第二振动部21，使超声波彼此相互干涉，从而在比第二超声波进行的传感检测更远的距离进行传感检测。

或者，也能够利用第二振动部21检测是否在较广范围内存在物体，并机械扫描第一振动部11的检测范围，从而更详细地确定物体的位置。

控制部相对于位于运算出的距离的物体进行规定的报知。该报知根据物体是否是车辆2的用户来区分使用较好。即，在具有表示物体为车辆2的用户的ID标签等的情况下，控制部判断为物体是车辆2的用户，并以相对于超声波输入输出元件1输出友好的报知(例如“迎接用户那样的报知”)的方式相对于该用户进行指示较好。根据该指示，向第一驱动部12或者第二驱动部22所对应的振动部10输入声音信号(例如“欢迎用户那样的声音”)使该振动部10振动，并相对于用户所在的位置定向(Point)地(在束状的较窄的区域)进行报知较好(输出声音较好)。

另一方面，在不具有表示物体为车辆2的用户的ID标签等的情况下，控制部判断为物体是相对于车辆2的可疑者，并以相对于超声波输入输出元件1输出成为警告的报知的方式相对于该可疑者进行指示较好。根据该指示，向第一驱动部12或者第二驱动部22所对应的振动部10输入声音信号(例如“警告声”)使该振动部10振动，并相对于可疑者所在的位置定向地进行报知较好(输出警告声较好)。

该报知如上述那样，相对于利用第一振动部11确定了位置的物体，能够利用第一振动部11更定向地(局部地)输出声音、警报，也能够利用第二振动部21在较广范围内输出声音、警报。

此外，这样的定向的报知能够通过将超声波输入输出元件1用作能够仅在有限的范围发送声音的公知的参量扬声器(超指向性扬声器)来进行。参量扬声器能够通过将超声波作为输送波送出声音(可听音)来实现，但该原理是公知(例如，参照http://star.web.nitech.ac.jp/pdf/120324doc.pdf等)的，因此省略说明。

这样，本超声波输入输出元件1将超声波向规定的方向输出，并被输入从接近车辆2的人反射的反射波，从而能够对该人进行检测。另外，相对于人，从超声波输入输出元件1将超声波作为输送波而输出声音，从而能够相对于人定向地进行报知。

2.第二实施方式

接下来，针对第二实施方式进行说明。在上述第一实施方式中，对第一壳体31和第二壳体32以在相互间设置有缓冲部件40的状态收容于外壳50的内部的情况进行了说明，但该缓冲部件40的形状在第一实施方式和第二实施方式中不同。在第一实施方式中，在缓冲部件40的内周面以及外周面未设置有向径向突出的突出部，且缓冲部件40的外周面与内侧立起设置部43抵接，缓冲部件40的内周面与筒状部62抵接，但在本实施方式中，在缓冲部件40的内周面以及外周面分别设置有向径向突出的突出部。其它结构与第一实施方式相同，因此省略说明。

图5中示出第二实施方式所涉及的超声波输入输出元件1的侧剖视图。对于本实施方式的超声波输入输出元件1所具有的缓冲部件40而言，在内周面呈环状地设置有从该内周面向径向内侧突出的向内突出部70，且该向内突出部70与筒状部62抵接，在外周面呈环状地设置有从该外周面向径向外侧突出的向外突出部80，且该向外突出部80与内侧立起设置部43抵接。向内突出部70构成为沿着轴向具有多个突出部，在本实施方式中，构成为沿着缓冲部件40的轴向具有第一向内突出部71以及第二向内突出部72。另外，向外突出部80构成为沿着轴向具有多个突出部，在本实施方式中，构成为沿着缓冲部件40的轴向具有第一向外突出部81以及第二向外突出部82。因此，在本实施方式中，第一向内突出部71以及第二向内突出部72与筒状部62抵接，第一向外突出部81以及第二向外突出部82与内侧立起设置部43抵接。

在本实施方式中，使用这样形状的缓冲部件40，将第一壳体31和第二壳体32保持于外壳50内。通过使用具有这样的向内突出部70以及向外突出部80的缓冲部件40，能够在将第一振动部11和第二振动部21各自驱动时使它们不易相互传递振动，能够在将第一振动部11和第二振动部21同时驱动时使它们整体振动。这样，本实施方式的缓冲部件40利用向内突出部70以及向外突出部80实现特征构造和功能性。此外，在本实施方式中，对缓冲部件40具有向内突出部70以及向外突出部80的情况进行了说明，但缓冲部件40可以构成为仅具有向内突出部70，或者可以构成为仅具有向外突出部80。即，缓冲部件40能够构成为具有向内突出部70以及向外突出部80的至少任一方。

3.其它实施方式

在上述实施方式中，对振动部10由第一振动部11以及第二振动部21构成的情况进行了说明，但也能够构成为具备三个以上振动部。在这种情况下，壳体30也成为三个以上，但将它们收容在一个外壳50，由此能够应用本发明。

在上述实施方式中，对振动部10以及壳体30形成为环状、且它们按照从各个振动部10输出的超声波的频率由高到低的顺序从径向内侧朝向径向外侧配置于同轴芯上的情况进行了说明，但也能够以与环状不同的形状构成振动部10以及壳体30。另外，在振动部10以及壳体30形成为环状的情况下，也能够按照从各个振动部10输出的超声波的频率由低到高的顺序从径向内侧朝向径向外侧配置在同轴芯上。

在上述实施方式中，列举由一个外壳50构成的超声波输入输出元件1为例子进行了说明，但也能够具有多个收容振动部10和壳体30的外壳50，并将该多个外壳50配置为阵列状(将多个外壳50排列)进行利用。根据这样的结构，通过使从设置于相互邻接的外壳50的相同频率的振动部10输出的超声波彼此具有相位差而使它们相互干涉，从而能够控制超声波的指向性。另一方面，在相对于物体报知的情况下，能够提高直行性，并且增大报知的声响、声音的音量。

在上述实施方式中，图4中，对超声波输入输出元件1安装于车辆2的前方左侧车门的门把手3A以及前方右侧车门的门把手3B进行了说明，但也能够构成为安装在前方左侧车门的门把手3A以及前方右侧车门的门把手3B的一方。另外，也能够构成为安装在左侧车门后视镜以及右侧车门后视镜的至少任一方，也能够安装在饰板(garnish)(例如侧饰板(Side garnish))等。进一步，也能够构成为安装在车内的规定的位置，并在窗口外进行超声波的输出以及反射波的取得。

在上述实施方式中，列举超声波输入输出元件1搭载于车辆2的例子进行了说明，但也能够将超声波输入输出元件1配置在建筑物的门、窗的附近等。另外，也能够用于物品(例如美术品等)的监视。

在上述第二实施方式中，对向内突出部70构成为沿着轴向具有多个突出部、向外突出部80构成为沿着轴向具有多个突出部的情况进行了说明，但向内突出部70以及向外突出部80双方也可以构成为分别各具有一个突出部，也可以是向内突出部70以及向外突出部80的一方构成为具有多个突出部，向内突出部70以及向外突出部80的另一方构成为具有一个突出部。

工业上的可利用性

本发明能够用于输出超声波、并取得与被输出的超声波对应的反射波的超声波输入输出元件。

附图标记说明：

1…超声波输入输出元件；2…车辆；10…振动部；11…第一振动部；21…第二振动部；30…壳体；40…缓冲部件；50…外壳。

Claims (4)

1.一种超声波输入输出元件，其中，具备：

至少两个振动部，它们是输出第一频率的超声波并取得与被输出的超声波对应的反射波的第一振动部、和输出与所述第一频率不同的第二频率的超声波并取得与被输出的所述第二频率的超声波对应的反射波的第二振动部；

壳体，其供所述振动部各自单独地配设；以及

一个外壳，其对所述壳体各自以相互隔着缓冲部件的状态进行收容。

2.根据权利要求1所述的超声波输入输出元件，其中，

所述振动部以及所述壳体形成为环状，

所述振动部以及所述壳体按照从各个振动部输出的超声波的频率由高到低的顺序从径向内侧朝向径向外侧配置于同轴芯上。

3.根据权利要求1或2所述的超声波输入输出元件，其中，

所述超声波输入输出元件具有多个收容所述振动部和所述壳体的所述外壳，且所述多个外壳配置为阵列状。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的超声波输入输出元件，其中，

所述超声波输入输出元件以从所述振动部输出的所述超声波被输出至车辆的周围的方式经由所述外壳安装于所述车辆。