JP2016102773A5

JP2016102773A5 - 超音波センサー

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Publication number: JP2016102773A5
Application number: JP2014249384A
Authority: JP
Filing date: 2014-12-09
Publication date: 2018-01-25
Anticipated expiration: 2034-12-09

Description

本発明は、超音波センサーに関する。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、超音波の伝播効率を向上させることができる超音波センサーを提供することを目的とする。

また、前記圧電素子への駆動信号の送受信を行う回路を具備し、前記回路は、前記圧電素子を共振モードで共振させる該駆動信号の送受信を行うことが好ましい。これによれば、共振を利用して、圧電素子及び振動板を大きく変位させて強度の大きい超音波を発信することができ、また測定対象物からの反射超音波に応じて圧電素子及び振動板を大きく変位させ、強度の大きい電気信号を得ることができる。このように、強度の大きい電気信号を用いた検出が可能となるため、距離分解能をはじめとする検出精度の向上を更に図ることができる。また、前記振動板の前記第１の面上に、前記圧電素子及び前記空気層を包囲する包囲板を更に具備することが好ましい。

上記に関連する態様は、開口部が形成された基板と、前記開口部を塞ぐように前記基板上に設けられた振動板と、前記振動板上に積層され、第１電極、圧電体層及び第２電極を含む圧電素子と、を具備する超音波センサーを用いた測定方法であって、前記振動板の前記開口部とは反対側の面上の、前記圧電素子の周囲の空間に設けられた反射層により、測定対象物側に発信される発信超音波とは異なる方向に発信される他の超音波を反射させ、前記発信超音波に重畳させる工程を有することを特徴とする超音波センサーを用いた測定方法にある。
かかる態様によれば、測定対象物側に発信される発信超音波とは異なる方向（例えば反対方向）に発信される他の超音波を該発信超音波に重畳させ、その振幅を増大させることができる。よって、発信超音波の強度を大きくし、超音波の伝播効率を向上させることができる。

上記に関連する他の態様は、基板を準備し、前記基板上に、第１の面と第２の面とを有する振動板を形成し、前記振動板の前記第１の面上に、第１電極、圧電体層及び第２電極を含む圧電素子を形成し、前記基板の前記圧電素子と対向する位置に開口部を形成し、前記開口部と前記振動板の前記第２の面とによって形成された空間内に、前記圧電素子の駆動によって発生する超音波を伝播させる音響整合層を設け、前記圧電素子の周囲の領域を、空気層とすることを特徴とする超音波センサーの製造方法にある。
かかる態様によれば、振動板及び圧電素子の開口部に対向する領域を空気層として製造するため、圧電素子の周囲の領域に音響整合層が設けられる場合と比べ、圧電素子の駆動時におけるリーク電流を著しく低減できる超音波センサーとなる。これにより、測定対象物の検出に悪影響が生じることを防止でき、その結果、測定対象物を分離して識別できる能力（距離分解能）をはじめとする検出精度の向上を図ることができる。しかも、上記のようにリーク電流を著しく低減できるため、電気的安全性に優れた超音波センサーを製造できる。また、かかる態様によれば、振動板の圧電素子とは反対側に基板が取り付けられるため、開口部の加工が容易となる。

Claims

開口部が形成された基板と、
前記開口部を塞ぐように前記基板上に設けられた振動板と、
前記振動板の前記開口部とは反対側の面上に積層され、第１電極、圧電体層及び第２電極を含む圧電素子と、を具備する超音波センサーであって、
前記振動板の前記開口部とは反対側の面上の、前記圧電素子の周囲の空間に反射層が設けられ、測定対象物側に発信される発信超音波とは異なる方向に発信される他の超音波が前記圧電素子と前記反射層との界面で反射され、前記振動板及び前記圧電素子は、前記発信超音波に重畳するような厚みを有することを特徴とする超音波センサー。
前記反射層及び前記圧電素子の音響インピーダンス比が３倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の超音波センサー。
前記反射層が、前記圧電素子の音響インピーダンスよりも小さい音響インピーダンスを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波センサー。
前記反射層は、前記圧電素子と、前記圧電素子及び前記空間を包囲するように前記振動板上に形成された包囲板と、の間に形成される空気層からなることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の超音波センサー。
前記反射層は、前記圧電素子と、前記圧電素子及び前記空間を包囲するように前記振動板上に形成された包囲板と、の間に充填される樹脂組成物層からなることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の超音波センサー。
前記反射層及び前記圧電素子の界面で反射された前記他の超音波が、前記発信超音波に対して０度より大きく１２０度以下の位相差を具備することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の超音波センサー。
前記圧電素子の厚みが０．４〜２．０μｍであることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の超音波センサー。
前記振動板の厚みが０．５〜３．０μｍであることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の超音波センサー。
第１の面と第２の面とを有する振動板と、
前記振動板の前記第１の面上に設けられ、第１電極、圧電体層及び第２電極を含む圧電素子と、
前記振動板の前記第２の面に取り付けられ、前記圧電素子と対向する位置に開口部を有する基板と、
前記開口部と前記振動板の前記第２の面とによって形成された空間内に設けられ、前記圧電素子の駆動によって発生する超音波を伝播させる音響整合層と、を具備し、
前記圧電素子の周囲の領域は、空気層とされていること
を特徴とする超音波センサー。
前記基板は、
前記振動板の前記第２の面に対して平行であって前記第２の面と接合される第１の壁面と、前記開口部を区画する第２の壁面と、を有し、
前記第２の壁面は、前記第１の壁面に対して垂直な垂直壁と、前記第１の壁面と第２の壁面との間に設けられ、前記第１及び第２の壁面に対して傾斜した傾斜壁と、を有し、
前記傾斜壁と前記振動板の前記第２の面との成す角度は９０度以上であること
を特徴とする請求項９に記載の超音波センサー。
前記圧電素子への駆動信号の送受信を行う回路を具備し、
前記回路は、前記圧電素子を共振モードで共振させる該駆動信号の送受信を行うこと
を特徴とする請求項９又は１０に記載の超音波センサー。
前記振動板の前記第１の面上に、前記圧電素子及び前記空気層を包囲する包囲板を更に具備すること
を特徴とする請求項９〜１１の何れか一項に記載の超音波センサー。