JP2005303486A - Ultrasonic sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波を発信し、その反射波を受信して物体を検出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 that detects an object by transmitting an ultrasonic wave and receiving a reflected wave thereof.
従来から、超音波センサにおいて、有底状のケースの内底面を振動体部とし、この振動体部を圧電振動素子にて振動させることにより超音波を発信するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。このような超音波センサは、例えば車両周辺の物体を検知する車両用周辺監視装置等に用いられる。
2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic sensor is known in which an inner bottom surface of a bottomed case is used as a vibrating body portion, and the vibrating body portion is vibrated by a piezoelectric vibrating element to transmit ultrasonic waves. (For example, refer to
特許文献1に記載の超音波センサは、図3(a)(b)(c)に示す構成になっている。すなわち、超音波センサ80は、有底状のケース81の底面が平板状の振動体部(フラット型のマイク)82とされ、圧電振動素子83がケース81内にて振動体部82に貼付けられている。振動体部82は、トラック形状(略長方形又は略長円形)に形成されており、圧電振動素子83は、略円形に形成されている。
The ultrasonic sensor described in
また、吸音材84がケース81内に配置され、さらに、絶縁性材料85がケース81内に充填されている。圧電振動素子83は、半田86を介してリード線87に接続されていると共に、ケース81内にインサート成形された導電部材(不図示)を介してリード線88に接続されている。振動体部82の内面の外周部には、主振動以外の副共振を抑制するダンピング用の絶縁性材料89が封止されている。
Further, the
このような構成の超音波センサ80は、交流電圧がリード線87、88を介して圧電振動素子83に印加されることにより、圧電振動素子83が歪み、振動体部82が振動して、矢印P方向に超音波を発信する。また、超音波センサ80は、超音波を受けると、振動体部82が振動し、圧電振動素子83が歪んで電気信号を発生して、その電気信号をリード線87、88から出力する。そして、その電気信号に基づいて、物体の有無、物体までの距離等の検出処理が行われる。
In the
また、特許文献2に記載の超音波センサは、振動体部が略円形とされており、圧電振動素子も略円形とされている。この特許文献2に記載の超音波センサの他の構成は、上記特許文献1に記載の超音波センサの構成と同様である。
Further, in the ultrasonic sensor described in
これらの超音波センサによれば、振動体部の振動面に直交する軸寸法を任意に変更することで、超音波の指向特性を任意に設定することが可能である。また、振動体部が平板状(フラット型マイク)であるため、外観を損ねず、ホーン型マイクと同等な特性を得ることが可能である。
ところで、上述した従来の超音波センサにおいては、近年、意匠向上のためにマイク(振動体部)の小型化が要求され、このため、圧電振動素子の貼付けスペースが小さくなり、その結果、必然的に圧電振動素子の形状を小さくしなければならず、圧電振動素子の静電容量が低下してしまい、低残響を図ることができない状況となっている。また、垂直方向の指向特性を狭角化させるためには振動体部の寸法を大きくする必要があるが、振動体部の寸法を大きくすると、主振動以外の副共振点が生じてしまう。このため、副共振点を小さく若しくは無くすために、シリコン等の絶縁性材料をケースの底部(振動体部の外周部)にダンピング効果として封止させており、その封止作業のために生産性の向上を図ることが困難となっている。 By the way, in the conventional ultrasonic sensor described above, in recent years, it is required to reduce the size of the microphone (vibrating body portion) in order to improve the design. Therefore, the space for attaching the piezoelectric vibrating element is reduced, and as a result, it is inevitable. In addition, it is necessary to reduce the shape of the piezoelectric vibration element, the capacitance of the piezoelectric vibration element is reduced, and low reverberation cannot be achieved. Further, in order to narrow the vertical directivity, it is necessary to increase the size of the vibrating body portion. However, if the size of the vibrating body portion is increased, a sub-resonance point other than the main vibration is generated. For this reason, in order to reduce or eliminate the sub-resonance point, an insulating material such as silicon is sealed as a damping effect at the bottom of the case (the outer periphery of the vibrating body), and productivity is improved for the sealing work. It is difficult to improve.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、振動体部の小型化による圧電振動素子の静電容量の低下を防いで残響振動を抑制できると共に、ダンピングを行うことなく主振動以外の副共振点による影響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。 The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and can prevent reverberation vibration by preventing a decrease in the capacitance of the piezoelectric vibration element due to downsizing of the vibration body portion, and can suppress main vibration without performing damping. An object of the present invention is to provide an ultrasonic sensor capable of suppressing the influence of sub-resonance points other than the above.
上記目的を達成するために請求項1の発明は、平板状の振動体部を有するケースと、このケース内にて振動体部に当接され振動体部を振動させる圧電振動素子とを備える超音波センサにおいて、振動体部は、振動面が細長形状であり、圧電振動素子は、その外形が振動体部の振動面と相似形状に形成されているものである。
In order to achieve the above object, an invention according to
請求項2の発明は、請求項1に記載の超音波センサにおいて、圧電振動素子は、その外形が矩形状又は長円形状とされているものである。 According to a second aspect of the present invention, in the ultrasonic sensor according to the first aspect, the outer shape of the piezoelectric vibration element is rectangular or oval.
請求項3の発明は、請求項1に記載の超音波センサにおいて、圧電振動素子は、その外形が振動体部の振動面と略同じ大きさとされているものである。 According to a third aspect of the present invention, in the ultrasonic sensor according to the first aspect, the outer shape of the piezoelectric vibration element is substantially the same as the vibration surface of the vibration body portion.
請求項1の発明によれば、圧電振動素子の外形を振動体部の振動面と相似形状とすることにより、圧電振動素子の形状を大きくすることが可能となり、圧電振動素子の静電容量の低下を防いで残響振動を抑制することができる。これにより、発信した超音波の近距離からの反射波の識別が可能となり、近距離での物体の検出を正確に行うことができる。しかも、振動体部の振動面及び圧電振動素子の外形を細長形状とすることにより、従来のようにダンピング用の部材を用いることなく主振動以外の副共振点の影響を抑制することができる。これにより、物体の検出を正確に行うことができ、また、ダンピング用の部材を用いる必要がないため生産性が向上する。 According to the first aspect of the invention, by making the outer shape of the piezoelectric vibration element similar to the vibration surface of the vibrating body portion, it is possible to increase the shape of the piezoelectric vibration element, and to reduce the capacitance of the piezoelectric vibration element. The reverberation vibration can be suppressed by preventing the decrease. Thereby, it becomes possible to identify a reflected wave from a short distance of the transmitted ultrasonic wave, and it is possible to accurately detect an object at a short distance. In addition, by making the vibration surface of the vibrating body portion and the outer shape of the piezoelectric vibration element elongated, it is possible to suppress the influence of sub-resonance points other than the main vibration without using a damping member as in the prior art. As a result, the object can be accurately detected, and the productivity is improved because it is not necessary to use a damping member.
請求項2の発明によれば、圧電振動素子の外形を矩形状又は長円形状とすることにより、副共振点の影響をより一層抑制することができ、物体の検出をより一層正確に行うことができる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、圧電振動素子の外形を振動体部の振動面と略同じ大きさとすることにより、圧電振動素子の大きさを最も大きくでき、これにより、残響振動をより一層抑制することができ、近距離での物体の検出をより一層正確に行うことができる。 According to the third aspect of the present invention, the size of the piezoelectric vibration element can be maximized by making the outer shape of the piezoelectric vibration element substantially the same as the vibration surface of the vibrating body portion, thereby further suppressing reverberation vibration. This makes it possible to detect an object at a short distance even more accurately.
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。図1(a)(b)(c)において、超音波センサ1は、例えば車両周辺の物体を検知する車両用周辺監視装置等に用いられるセンサであり、超音波を発信し、その反射波を受信して物体を検出するセンサである。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. In FIGS. 1A, 1B, and 1C, an
超音波センサ1は、超音波を発生させるための圧電振動素子2と、超音波を吸音する吸音材3と、圧電振動素子2及び吸音材3を収納するケース4とを備えている。ケース4は、有底略円筒状であり、超音波を発信・受信するための振動体部5を有しており、ケース4の底面が振動体部5とされている。圧電振動素子2は、振動体部5の内面に貼付けられており、ケース4内にて振動体部5に当接している。吸音材3は、圧電振動素子2及び振動体部5との間に空間を介して配置されている。
The
また、超音波センサ1は、圧電振動素子2を駆動し、又は圧電振動素子2からの信号を送出するリード線6、8を備え、一方のリード線6は半田7を介して圧電振動素子2に接続されると共に、他方のリード線8は導電部材(不図示)を介して圧電振動素子2に接続されている。ケース4内には、絶縁性材料9が充填されている。
The
このような構成の超音波センサ1において、交流電圧がリード線6、8を介して圧電振動素子2に印加されることにより、圧電振動素子2が歪んで振動体部5を振動させ、振動体部5が振動することにより、矢印Qの方向に超音波を発信する。また、振動体部5にて超音波を受信すると、振動体部5が振動し、圧電振動素子2が振動体部5の振動により歪んで電気信号を発生して、その電気信号をリード線6、8から出力する。そして、その電気信号に基づいて、物体の有無や物体までの距離等の検出処理が行われる。
In the
上記振動体部5は、平板状であり、振動面が細長のトラック形状(略長方形又は略長円形)に形成されている。また、上記圧電振動素子2は、その外形が振動体部5の振動面と相似形状(すなわちトラック形状)に形成されており、また、振動体部5の振動面と略同じ大きさに形成されている。
The vibrating body portion 5 has a flat plate shape, and the vibration surface is formed in an elongated track shape (substantially rectangular or substantially oval). The
このような構成の本発明の超音波センサ1と、図3(a)(b)(c)に示す従来の(すなわち、振動体部の振動面が細長のトラック形状であり、圧電振動素子の外形が円形状である)超音波センサ80について、圧電振動素子の静電容量を測定する実験を行った。実験の結果、従来の超音波センサ80では、静電容量が2171pFであるのに対し、本発明の超音波センサ1では、静電容量が5168pFであった。すなわち、この実験から、本発明の超音波センサ1は従来の超音波センサ80よりも静電容量が大きいという結果が得られた。また、f=1/2π√(LC)の関係により、f、すなわち周波数が一定の場合、静電容量が大きくなれば、圧電振動素子の等価回路定数のL(リアクタンス)値が小さくなるため、本発明の超音波センサ1は従来の超音波センサ80よりもL値が小さいという結果が導かれる。
The
また、圧電振動素子の等価回路定数のL値が異なる場合について、残響時間を測定する実験を行った。実験の結果、L値が100mHの場合では、残響時間が1.0msecであるのに対し、L値が80mHの場合では、残響時間が0.9msecであった。すなわち、この実験から、L値が小さい方が残響時間が短いという結果が得られた。従って、この実験結果、及び上記の本発明の超音波センサ1は従来の超音波センサ80よりも静電容量が大きくL値が小さいという実験結果から、本発明の超音波センサ1は従来の超音波センサ80よりも残響時間が短いという結果が導かれる。
In addition, an experiment for measuring the reverberation time was performed when the L values of the equivalent circuit constants of the piezoelectric vibration elements were different. As a result of the experiment, when the L value was 100 mH, the reverberation time was 1.0 msec, whereas when the L value was 80 mH, the reverberation time was 0.9 msec. That is, from this experiment, a result that the reverberation time was shorter when the L value was smaller was obtained. Therefore, from this experimental result and the experimental result that the
また、本発明の超音波センサ1と従来の超音波センサ80について、圧電振動素子のインピーダンス特性を測定する実験を行った。従来の超音波センサ80におけるインピーダンス特性を図2(a)に、本発明の超音波センサ1におけるインピーダンス特性を図2(b)に示す。図2(a)(b)において、横軸は振動周波数であり、縦軸はインピーダンスである。なお、従来の超音波センサ80は、副共振を抑制するダンピング用の絶縁性材料89が封止されていない構成で実験を行った。
In addition, with respect to the
実験の結果、従来の超音波センサ80では、図2(a)から明らかなように、図中U1で示す箇所に主振動が存在し、図中U2で示す箇所に副共振点が存在している。一方、本発明の超音波センサ1では、図2(b)から明らかなように、図中V1で示す箇所に主振動が存在し、図中V2で示す箇所(図2(a)のU2に対応する箇所)には副共振点が存在しておらず、また、他の何れの箇所にも副共振点が存在していない。すなわち、この実験から、本発明の超音波センサ1は従来の超音波センサ80では生じる副共振が生じないことが明らかとなった。
As a result of the experiment, in the conventional
このように、本発明の超音波センサ1では、振動体部5の振動面を細長のトラック形状(略長方形又は略長円形)にし、圧電振動素子2の外形を振動体部5の振動面と相似形状にすると共に振動体部5の振動面と略同じ大きさにすることにより、圧電振動素子2の静電容量の低下を防いで残響振動を抑制ができ、しかも、従来のようにダンピング用の部材を用いる(シリコン等の絶縁性材料を振動体部の外周部に封止させる)ことなく主振動以外の副共振点の発生を抑制できる。
As described above, in the
従って、本発明の超音波センサ1によれば、残響振動を抑制できるため、発信した超音波の近距離からの反射波の識別が可能となり、近距離での物体の検出を正確に行うことができる。しかも、主振動以外の副共振点の発生を抑制できるため、物体の検出をさらに正確に行うことができる。また、副共振点の発生を抑制するの従来のようにダンピング用の部材を用いる必要がないため、生産性が向上する。
Therefore, according to the
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態において、振動体部5の振動面は、必ずしもトラック形状(長方形又は長円形)に限られず、細長形状であれば、例えば楕円形状や多角形状であってもよい。この場合、圧電振動素子2の外形を振動体部5の振動面の形状に合った相似形状とすればよい。このような構成によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。また、圧電振動素子2の外形は、必ずしも振動体部5の振動面と同じ大きさに限られず、振動体部5の振動面と相似形状であれば、振動体部5の振動面よりもある程度小さくてもよい。このような構成によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
In addition, this invention is not restricted to the structure of the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, in the above-described embodiment, the vibration surface of the vibrating body portion 5 is not necessarily limited to the track shape (rectangular or oval), and may be, for example, an elliptical shape or a polygonal shape as long as it is an elongated shape. In this case, the outer shape of the
1 超音波センサ
2 圧電振動素子
3 吸音材
4 ケース
5 振動体部
6、8 リード線
7 半田
9 絶縁性材料
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記振動体部は、振動面が細長形状であり、
前記圧電振動素子は、その外形が前記振動体部の振動面と相似形状に形成されていることを特徴とする超音波センサ。 In an ultrasonic sensor comprising: a case having a flat plate-like vibrating body portion; and a piezoelectric vibrating element that is in contact with the vibrating body portion and vibrates the vibrating body portion in the case
The vibrating body portion has an elongated vibration surface,
2. The ultrasonic sensor according to claim 1, wherein the piezoelectric vibration element has an outer shape similar to a vibration surface of the vibration body portion.
2. The ultrasonic sensor according to claim 1, wherein an outer shape of the piezoelectric vibration element is substantially the same as a vibration surface of the vibration body portion.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004113750A JP2005303486A (en) | 2004-04-08 | 2004-04-08 | Ultrasonic sensor |
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JP2004113750A JP2005303486A (en) | 2004-04-08 | 2004-04-08 | Ultrasonic sensor |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2005303486A true JP2005303486A (en) | 2005-10-27 |
Family
ID=35334526
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Country Status (1)
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008170306A (en) * | 2007-01-12 | 2008-07-24 | Mitsubishi Electric Corp | Evaluation method of ranging sensor |
JP2010050963A (en) * | 2008-07-25 | 2010-03-04 | Sumitomo Chemical Co Ltd | Ultrasonic sensor case and ultrasonic sensor |
US7984290B2 (en) | 2005-05-20 | 2011-07-19 | Hitachi, Ltd. | System and method for encrypted communication |
-
2004
- 2004-04-08 JP JP2004113750A patent/JP2005303486A/en active Pending
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US7984290B2 (en) | 2005-05-20 | 2011-07-19 | Hitachi, Ltd. | System and method for encrypted communication |
JP2008170306A (en) * | 2007-01-12 | 2008-07-24 | Mitsubishi Electric Corp | Evaluation method of ranging sensor |
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