JP2021197653A - Ultrasonic sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超音波センサに関する。 The present invention relates to an ultrasonic sensor.
特許文献1に記載の超音波センサは、一底面が開口した円筒の形状を有するケースと、このケースの開口部に配設されたプレートと、ケース内の他の底面のほぼ中央に配設されたセンサ部とから構成される。プレートには、超音波を透過させる環状領域と、透過させない環状領域とからなる、同心円状のパターンが形成されている。
The ultrasonic sensor described in
特許文献1に記載の超音波センサのように、ケースの天板部を超音波が通過あるいは透過する構成の超音波センサにおいて、天板部に異物が付着することがあり得る。かかる異物の付着により、検知性能低下等の不具合が発生するおそれがある。
In an ultrasonic sensor having a structure in which an ultrasonic wave passes or passes through a top plate portion of a case like the ultrasonic sensor described in
本発明は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、例えば、ケースの天板部を超音波が通過あるいは透過する構成の超音波センサにおいて、天板部に付着した異物を良好に除去可能な構成を提供する。 The present invention has been made in view of the circumstances exemplified above. That is, the present invention provides, for example, a configuration capable of satisfactorily removing foreign matter adhering to the top plate portion of an ultrasonic sensor having a configuration in which ultrasonic waves pass or pass through the top plate portion of the case.
請求項1に記載の超音波センサ(1)は、
中心軸(DA)を囲む筒状に形成された側板部(41)と、前記中心軸と平行な軸方向に板厚方向を有し前記軸方向における前記側板部の一端部を閉塞するように設けられた板状部であって超音波である送信波が通過可能に形成された天板部(42)と、を有するマイクケース(4)と、
前記天板部から離隔した状態で前記マイクケースに収容された、前記送信波を発信する送信部(5)と、
前記天板部に付着した異物を除去可能に、前記マイクケースを励振する励振部(51;55;61)と、
を備えている。
The ultrasonic sensor (1) according to
The side plate portion (41) formed in a cylindrical shape surrounding the central axis (DA) and the side plate portion having a plate thickness direction in the axial direction parallel to the central axis so as to close one end of the side plate portion in the axial direction. A microphone case (4) having a top plate portion (42), which is a plate-shaped portion provided so that a transmitted wave which is an ultrasonic wave can pass through, and a microphone case (4).
A transmission unit (5) that transmits the transmission wave and is housed in the microphone case in a state of being separated from the top plate portion.
An exciting unit (51; 55; 61) that excites the microphone case so that foreign matter adhering to the top plate can be removed.
It is equipped with.
なお、出願書類中の各欄において、各要素に括弧付きの参照符号が付されている場合がある。この場合、参照符号は、同要素と後述する実施形態に記載の具体的構成との対応関係の単なる一例を示すものである。よって、本発明は、参照符号の記載によって、何ら限定されるものではない。 In each column of the application documents, each element may have a reference code in parentheses. In this case, the reference numeral indicates only an example of the correspondence between the same element and the specific configuration described in the embodiment described later. Therefore, the present invention is not limited to the description of the reference numeral.
(実施形態)
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、一つの実施形態に対して適用可能な各種の変形例については、当該実施形態に関する一連の説明の途中に挿入されると、当該実施形態の理解が妨げられるおそれがある。このため、変形例については、当該実施形態に関する一連の説明の途中には挿入せず、その後にまとめて説明する。
(Embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. If various modifications applicable to one embodiment are inserted in the middle of a series of explanations regarding the embodiment, the understanding of the embodiment may be hindered. Therefore, the modified examples will not be inserted in the middle of the series of explanations regarding the embodiment, but will be described collectively thereafter.
(車載構成)
図1を参照すると、本実施形態においては、超音波センサ1は、車両Vを装着対象とする車載型ソナーとしての構成を有している。すなわち、超音波センサ1は、車両Vに搭載されることで、当該車両Vの周囲に存在する物体を検知可能に構成されている。
(In-vehicle configuration)
Referring to FIG. 1, in the present embodiment, the
車両Vは、いわゆる四輪自動車であって、箱状の車体V1を有している。車体V1は、その外板を構成する車体部品としての、車体パネルV2、フロントバンパーV3、およびリアバンパーV4を備えている。フロントバンパーV3は、車体V1における前端部に設けられている。リアバンパーV4は、車体V1における後端部に設けられている。 The vehicle V is a so-called four-wheeled vehicle, and has a box-shaped vehicle body V1. The vehicle body V1 includes a vehicle body panel V2, a front bumper V3, and a rear bumper V4 as vehicle body parts constituting the outer panel. The front bumper V3 is provided at the front end portion of the vehicle body V1. The rear bumper V4 is provided at the rear end portion of the vehicle body V1.
超音波センサ1は、フロントバンパーV3およびリアバンパーV4に装着されることで、車両Vの前方および後方に存在する物体を検知するように構成されている。超音波センサ1が、車両Vにおける車体V1に設けられたフロントバンパーV3またはリアバンパーV4に装着された状態を、以下「車載状態」と称する。
The
具体的には、車載状態にて、フロントバンパーV3には、複数(例えば4つ)の超音波センサ1が装着されている。フロントバンパーV3に装着された複数の超音波センサ1は、それぞれ、車幅方向における異なる位置に配置されている。同様に、リアバンパーV4にも、複数(例えば4つ)の超音波センサ1が装着されている。
Specifically, a plurality of (for example, four)
フロントバンパーV3およびリアバンパーV4には、超音波センサ1を装着するための装着孔V5が設けられている。装着孔V5は、板状のフロントバンパーV3およびリアバンパーV4における厚さ方向にフロントバンパーV3およびリアバンパーV4を貫通する丸孔状に形成されている。
The front bumper V3 and the rear bumper V4 are provided with mounting holes V5 for mounting the
(第一実施形態)
図2は、フロントバンパーV3に取り付けられた複数の超音波センサ1のうちの1つを、車載状態にて示している。以下、図2および図3を参照しつつ、第一実施形態に係る超音波センサ1の構成について説明する。
(First Embodiment)
FIG. 2 shows one of a plurality of
図2を参照すると、フロントバンパーV3は、バンパー外面V31とバンパー裏面V32とを有している。バンパー外面V31は、フロントバンパーV3の外表面であって、車両Vの外側の空間である車体外空間SGに面するように設けられている。バンパー裏面V32は、バンパー外面V31の裏側の面であって、車両VすなわちフロントバンパーV3の内側の空間である車体内空間SNに面するように設けられている。装着孔V5は、バンパー外面V31およびバンパー裏面V32にて開口することで、フロントバンパーV3を厚さ方向に貫通するように設けられている。 Referring to FIG. 2, the front bumper V3 has a bumper outer surface V31 and a bumper back surface V32. The bumper outer surface V31 is an outer surface of the front bumper V3 and is provided so as to face the vehicle body outer space SG, which is a space outside the vehicle V. The bumper back surface V32 is a surface on the back side of the bumper outer surface V31 and is provided so as to face the vehicle body V, that is, the space inside the vehicle body SN, which is the space inside the front bumper V3. The mounting hole V5 is provided so as to penetrate the front bumper V3 in the thickness direction by opening at the bumper outer surface V31 and the bumper back surface V32.
超音波センサ1は、超音波を送受信可能に構成されている。すなわち、超音波センサ1は、超音波である送信波を、指向軸に対応する中心軸DAに沿って車体外空間SGに向けて発信するように構成されている。「指向軸」は、超音波センサ1から超音波の送受信方向に沿って延びる仮想直線であって、指向角の基準となるものである。「指向軸」は、指向中心軸あるいは検出軸とも称され得る。また、超音波センサ1は、外部すなわち車両Vの周囲に存在する物体による送信波の反射波を含む受信波を車体外空間SGから受信して、受信波の受信状態に対応する出力信号を生成するように構成されている。
The
説明の便宜上、図示の如く、Y軸が水平方向と平行となり且つZ軸が中心軸DAと平行となるように、右手系XYZ直交座標系を設定する。このとき、中心軸DAと平行な方向を「軸方向」と称する。「軸方向における先端側」は、送信波の発信方向側であり、図2および図3における上側すなわちZ軸正方向側に対応する。これに対し、「軸方向における基端側」は、図2および図3における下側すなわちZ軸負方向側に対応する。 For convenience of explanation, the right-handed XYZ Cartesian coordinate system is set so that the Y-axis is parallel to the horizontal direction and the Z-axis is parallel to the central axis DA as shown in the figure. At this time, the direction parallel to the central axis DA is referred to as "axial direction". The "tip side in the axial direction" is the transmission direction side of the transmitted wave, and corresponds to the upper side in FIGS. 2 and 3, that is, the Z-axis positive direction side. On the other hand, the "base end side in the axial direction" corresponds to the lower side in FIGS. 2 and 3, that is, the negative direction side of the Z axis.
或る構成要素の軸方向における基端側の端部を「基端部」と称し、軸方向における先端側の端部を「先端部」と称する。また、軸方向と直交する任意の方向を「面内方向」と称する。「面内方向」は、図2および図3における、XY平面と平行な方向である。「面内方向」は、場合によっては、「径方向」とも称され得る。「径方向」は、中心軸DAと直交しつつ当該中心軸DAから離隔する方向である。すなわち、「径方向」は、中心軸DAと直交する仮想平面と中心軸DAとの交点を起点として当該仮想平面内に半直線を描いた場合に、当該半直線が延びる方向である。換言すれば、「径方向」は、中心軸DAと直交する仮想平面と中心軸DAとの交点を中心として当該仮想平面内に円を描いた場合の、当該円の半径方向である。 The end portion on the proximal end side in the axial direction of a certain component is referred to as a "base end portion", and the end portion on the distal end side in the axial direction is referred to as a "tip portion". Further, an arbitrary direction orthogonal to the axial direction is referred to as an "in-plane direction". The "in-plane direction" is a direction parallel to the XY plane in FIGS. 2 and 3. The "in-plane direction" may also be referred to as the "diameter direction" in some cases. The "diametrical direction" is a direction that is orthogonal to the central axis DA and is separated from the central axis DA. That is, the "diameter direction" is a direction in which the half line extends when a half line is drawn in the virtual plane starting from the intersection of the virtual plane orthogonal to the center axis DA and the center axis DA. In other words, the "radial direction" is the radial direction of the circle when a circle is drawn in the virtual plane about the intersection of the virtual plane orthogonal to the central axis DA and the central axis DA.
図2を参照すると、超音波センサ1の筐体を構成するセンサケース2は、ケース本体部2aと、センサ側コネクタ2bと、マイクロフォン収容部2cとを有している。センサケース2は、絶縁性合成樹脂によって一体に形成されている。
Referring to FIG. 2, the
ケース本体部2aは、箱状に形成されている。ケース本体部2aの内側には、不図示の制御回路基板等が収容されている。センサ側コネクタ2bは、ケース本体部2aから中心軸DAと交差する方向に延設されている。センサ側コネクタ2bは、ECU等の外部装置に対する電気接続用ワイヤハーネスに設けられた不図示のワイヤ側コネクタと着脱可能に構成されている。ECUはElectronic Control Unitの略である。
The
マイクロフォン収容部2cは、中心軸DAを囲む略円筒状の部分であって、ケース本体部2aから軸方向における先端側に向かって突設されている。車載状態にて、マイクロフォン収容部2cの軸方向における先端部は、装着孔V5内に収容されている。
The
(超音波マイクロフォン)
超音波センサ1は、センサケース2と超音波マイクロフォン3とを備えている。本実施形態においては、超音波マイクロフォン3は、中心軸DAを中心軸とする略円柱状の外形形状を有するように構成されている。
(Ultrasonic microphone)
An
超音波マイクロフォン3は、軸方向における先端側の端面である露出面3aが車載状態にて車体外空間SGに面するように、マイクロフォン収容部2cに収容されている。露出面3aは、中心軸DAを法線とする平面状に形成されている。露出面3aは、中心軸DAと平行な視線で車体外空間SG側から見た正面視にて、略円形状を有している。
The
図3は、図2に示された超音波センサ1から、超音波マイクロフォン3を取り出した状態を示している。図3を参照すると、超音波マイクロフォン3は、マイクケース4と送信部5とを有している。
FIG. 3 shows a state in which the
以下、超音波マイクロフォン3を構成する各部について説明する。なお、図示および説明の簡略化のため、超音波マイクロフォン3の内部における配線等の電気接続構造については、図示および説明を省略する。かかる電気接続構造については、いうまでもなく、本願の出願時点の技術常識に基づき、適宜形成することが可能である。
Hereinafter, each part constituting the
超音波マイクロフォン3の筐体を構成するマイクケース4は、略円柱状の外形形状を有する箱状に形成されている。マイクケース4は、その内側の空間である内部空間SI内に送信部5を収容するように構成されている。
The
マイクケース4は、中心軸DAを囲む筒状に形成された側板部41を有している。本実施形態においては、側板部41は、超音波透過性を有しない、アルミニウム等の金属材料によって形成されている。
The
側板部41は、中心軸DAと略平行な中心軸線を有する円筒状に形成されている。すなわち、側板部41における、マイクケース4の外側の空間である外部空間SDに面する外壁面である側方外壁面41aは、中心軸DAと略平行な円柱面状に形成されている。また、側板部41における、内部空間SIに面する内壁面である側方内壁面41bは、中心軸DAを囲む円筒内面状に形成されている。
The
マイクケース4は、また、軸方向に板厚方向を有する板状部である天板部42を有している。天板部42は、軸方向における側板部41の先端部を閉塞するように設けられている。具体的には、天板部42は、板厚が略一定の平板状に形成されている。本実施形態においては、天板部42は、板厚tが、0.4mm以上、より詳細には0.4〜10mmに形成されている。また、天板部42は、側板部41と同一の材料によって、側板部41と継ぎ目無く一体に形成されている。
The
天板部42は、外側表面42aと内側表面42bとを有している。外側表面42aは、天板部42における一対の主面のうちの、露出面3aを構成する一方であって、軸方向を法線方向とする平面状に形成されている。「主面」は、板状の部分または部材における、板厚方向と直交する表面である。内側表面42bは、天板部42における一対の主面のうちの、内部空間SIに面する一方であって、軸方向を法線方向とする平面状に形成されている。
The
天板部42は、板厚方向に貫通する貫通孔42cを有している。貫通孔42cは、外側表面42aおよび内側表面42bにて開口するように、軸方向に沿って設けられている。すなわち、天板部42は、超音波である送信波が貫通孔42cを通過することで、実質的に送信波が透過可能に形成されている。
The
貫通孔42cは、中心軸DAと平行な内壁面を有する丸孔状に形成されている。すなわち、貫通孔42cは、中心軸DAと直交する断面による断面形状が円形となるように形成されている。本実施形態においては、貫通孔42cは、内径φが、0.8mm以下、より詳細には0.01〜0.8mmに形成されている。
The through
マイクケース4は、また、底板部43を有している。底板部43は、側板部41の軸方向における基端側を閉塞するように設けられている。本実施形態においては、底板部43は、絶縁性の合成樹脂によって形成されている。
The
底板部43の軸方向における基端側にて外部空間SDに面する端面である底面43aは、軸方向を法線方向とする平面状に形成されている。底面43aから軸方向における基端側に向かって、接続端子43bが延設されている。接続端子43bは、超音波マイクロフォン3とケース本体部2aの内側に設けられた不図示の制御回路基板とを電気接続するための端子部材であって、軸方向に沿った棒状に形成されている。
The
底板部43の軸方向における先端側にて内部空間SIに面する端面である上面43cの、径方向における外縁部は、不図示の接着層を介して側板部41と接合されている。底板部43は、基板支持部43dを有している。基板支持部43dは、上面43cから軸方向における先端側に向かって延設されている。基板支持部43dは、軸方向における先端側に向かって開口することで送信部5を支持する凹部43eを有している。
The outer edge portion in the radial direction of the
送信部5は、天板部42から離隔した状態で、マイクケース4に収容されている。本実施形態においては、送信部5は、天板部42に面する位置に設けられている。すなわち、送信部5は、内部空間SIを挟んで、天板部42と対向配置されている。具体的には、送信部5は、天板部42に正対するように設けられている。
The
送信部5は、送信波を天板部42に向かう軸方向に発信するように構成されている。具体的には、送信部5は、超音波素子51を有している。超音波素子51は、電気信号と超音波振動とを変換する、圧電素子等の電気−機械変換素子によって構成されている。本実施形態においては、送信部5は、送信波における周波数が20kHz〜100kHzとなるように構成されている。また、送信部5は、受信波の受信状態に対応する出力信号を生成する送受信部としての構成を有している。
The
超音波素子51は、半導体基板52に設けられたMEMS型の圧電トランスデューサとしての構成を有している。MEMSはMicro Electro Mechanical Systemの略である。半導体基板52は、凹部43eに収容されつつ、基板支持部43dにより支持されている。具体的には、半導体基板52における一対の主面のうちの一方である基板底面53は、基板支持部43dに接合されている。半導体基板52における一対の主面のうちの他方である基板上面54は、天板部42と正対するように設けられている。基板上面54には、超音波素子51が設けられている。
The
超音波マイクロフォン3は、超音波によりマイクケース4を励振することで、天板部42に付着した泥等の異物を除去可能に構成されている。本実施形態においては、超音波マイクロフォン3は、送信部5にて送信波を発信するように設けられた超音波素子51が、天板部42における異物除去のためにマイクケース4を励振する励振部として機能するように構成されている。
The
具体的には、超音波素子51は、送信波により天板部42を励振することで、天板部42に付着した泥等の異物を除去するように設けられている。また、マイクケース4は、天板部42に異物が付着していない清浄状態にて、送信波における周波数よりも高い共振周波数を有するように形成されている。より詳細には、天板部42は、清浄状態にて、送信波における周波数よりも高い共振周波数を有している。
Specifically, the
(効果)
以下、本実施形態の構成による動作概要を、同構成により奏される効果とともに、各図面を参照しつつ説明する。
(effect)
Hereinafter, an outline of the operation according to the configuration of the present embodiment will be described with reference to each drawing together with the effects produced by the configuration.
図1および図2を参照すると、超音波センサ1は、不図示のECU等の外部装置によって設定された所定タイミングにて、超音波の送受信を実行する。すなわち、超音波センサ1は、超音波である送信波を、車体外空間SGに向けて送信する。また、超音波センサ1は、車両Vの周囲に存在する物体による送信波の反射波を含む受信波を受信する。
Referring to FIGS. 1 and 2, the
具体的には、図3を参照すると、接続端子43bへの入力信号の入力により超音波素子51が励振されることで、超音波素子51から送信波が発信される。超音波素子51から発信された送信波は、内部空間SI内を軸方向に沿って伝播しつつ、天板部42に到達する。天板部42に到達した送信波は、天板部42に設けられた貫通孔42cを通過することで、車体外空間SGに伝播する。すなわち、送信波は、貫通孔42cを有する天板部42を透過する。このようにして、送信波が、車体外空間SGに向けて送信される。
Specifically, referring to FIG. 3, the
受信波は、天板部42に設けられた貫通孔42cを通過することで、内部空間SIに伝播する。すなわち、受信波は、貫通孔42cを有する天板部42を透過する。天板部42を透過した受信波により超音波素子51が励振されることで、超音波素子51にて、励振状態に応じた電気信号が発生する。かかる電気信号に対して半導体基板52にて増幅等の信号処理を実行することで生成した出力信号は、接続端子43bを介して出力される。
The received wave propagates to the internal space SI by passing through the through
ここで、超音波マイクロフォン3における露出面3aを構成する、天板部42における外側表面42aは、車載状態にて車体外空間SGに露出される。このため、車両Vの走行中等において、露出面3aすなわち外側表面42aに、泥等の異物が付着することがある。特に、超音波センサ1がフロントバンパーV3あるいはリアバンパーV4に装着されている場合、超音波センサ1の搭載高は低くなる。この場合、天板部42における外側表面42aには、異物が付着しやすい。
Here, the
この点、本実施形態の構成においては、超音波によりマイクケース4を励振することで、天板部42に付着した異物が良好に除去される。これにより、異物付着に伴う検知性能低下等の不具合の発生が、可及的に抑制される。したがって、かかる構成によれば、超音波センサ1の信頼性が向上する。
In this respect, in the configuration of the present embodiment, the foreign matter adhering to the
また、本実施形態の構成においては、異物除去のためのマイクケース4の励振は、超音波素子51から発信された送信波を利用して行われる。したがって、天板部42に付着した異物の除去が、簡略な装置構成により良好に行われ得る。
Further, in the configuration of the present embodiment, the excitation of the
ところで、天板部42における異物付着状態は、走行条件等の異物付着条件が同じであっても、天板部42の構造によって異なり得る。このため、超音波によりマイクケース4を励振して異物を除去する、本実施形態における異物除去構成は、天板部42に異物が付着しやすかったり、天板部42に付着した異物が他の除去手段によっては除去しづらかったりする場合に効果的である。
By the way, the foreign matter adhesion state in the
例えば、露出面3aを構成する、天板部42における外側表面42aが、車体パネルV2の塗装面にあわせてマット塗装されている場合、泥等の異物が外側表面42aに付着しやすい。車体パネルV2の塗装面には、多くの場合、防汚コーティングが定期的(例えば車両Vの定期点検時)に繰り返し施工される。一方、超音波センサ1の露出面3aは、車体パネルV2の塗装面と同様の防汚コーティングを施工することが困難である。よって、この場合、マイクケース4を励振して異物を除去する、本実施形態における異物除去構成は、非常に有効である。
For example, when the
また、例えば、天板部42の板厚tおよび/または貫通孔42cのサイズによっては、異物が貫通孔42cに詰まりやすくなることがあり得る。図4は、天板部42の板厚tおよび貫通孔42cの内径φの寸法変化による、異物付着状態に対する影響を、実験により検討した結果を示す。
Further, for example, depending on the plate thickness t of the
実験条件は以下の通りである。まず、市販の自動車用固形ワックスを、ワックス付属のスポンジにより、天板部42における外側表面42aに一様に塗布する。次に、塗布したワックスを、パイル地のワックス拭き取り用タオルで1方向に1回拭き取る。その後、ワックスの残留状態を、目視で観察する。図4を参照すると、実験は、内径φ[mm]=0.5,0.84,1.32,1.86,2.34、板厚t[mm]=0.2,0.4,0.6,0.8について行った。
The experimental conditions are as follows. First, a commercially available solid wax for automobiles is uniformly applied to the
図4においては、2つの矩形の間の空間によって、貫通孔42cが表されている。また、貫通孔42cの周囲におけるワックスの付着状態が、図4にて概略的に示されている。例えば、φ=2.34,t=0.8の例は、拭き取りにより、ワックスが、貫通孔42c内には詰まらず、貫通孔42cを通過して内側表面42b側に回り込んでいる状態を示す。図4における「領域1」は、ワックス拭き取り後に、貫通孔42cにワックスが詰まっていた領域を示す。同図における「領域2」は、ワックス拭き取り後に、貫通孔42cにワックスが詰まっていなかった領域を示す。
In FIG. 4, the through
図4から明らかなように、内径φについては、0.8mm以下の場合に、貫通孔42cにおけるワックス詰まりが顕著に発生し、励振による除去が必要となる。なお、内径φの下限については、加工上の制約等を考慮して、例えば、0.01mm程度とされ得る。
As is clear from FIG. 4, when the inner diameter φ is 0.8 mm or less, wax clogging in the through
また、板厚tについては、0.4mm以上の場合に、貫通孔42cにおけるワックス詰まりが顕著に発生し、励振による除去が必要となる。なお、板厚tの上限については、超音波センサ1の体格上の制約等を考慮して、例えば、10mm程度とされ得る。
Further, when the plate thickness t is 0.4 mm or more, wax clogging in the through
また、本実施形態においては、マイクケース4は、天板部42に異物が付着していない状態にて、送信波における周波数よりも高い共振周波数を有している。かかる構成においては、天板部42に異物が付着していない清浄状態では、マイクケース4における共振周波数は、送信波における周波数とは一致しない。これに対し、天板部42に異物が所定程度付着した非清浄状態では、マイクケース4における共振周波数が清浄状態から低下して、送信波における周波数と一致する。
Further, in the present embodiment, the
このため、清浄状態とは異なり、非清浄状態では、マイクケース4が、異物除去が可能な程度まで自動的に励振される。そして、異物が除去されて清浄状態となると、マイクケース4における励振が収まる。したがって、かかる構成によれば、マイクケース4が、異物付着状態に応じて適切に励振され得る。
Therefore, unlike the clean state, the
(第二実施形態)
以下、第二実施形態について説明する。なお、以下の第二実施形態の説明においては、主として、上記第一実施形態と異なる部分について説明する。また、第一実施形態と第二実施形態とにおいて、互いに同一または均等である部分には、同一符号が付されている。したがって、以下の第二実施形態の説明において、第一実施形態と同一の符号を有する構成要素に関しては、技術的矛盾または特段の追加説明なき限り、上記第一実施形態における説明が適宜援用され得る。後述の他の実施形態についても同様である。
(Second embodiment)
Hereinafter, the second embodiment will be described. In the following description of the second embodiment, the parts different from the first embodiment will be mainly described. Further, in the first embodiment and the second embodiment, the same or equal parts are designated by the same reference numerals. Therefore, in the following description of the second embodiment, the description in the first embodiment may be appropriately incorporated with respect to the components having the same reference numerals as those in the first embodiment, unless there is a technical contradiction or a special additional explanation. .. The same applies to other embodiments described later.
本実施形態に係る超音波マイクロフォン3の概略構成は、図3と同様である。すなわち、本実施形態においても、超音波マイクロフォン3は、送信部5にて送信波を発信するように設けられた超音波素子51が、天板部42における異物除去のためにマイクケース4を励振する励振部として機能するように構成されている。
The schematic configuration of the
本実施形態においては、超音波素子51は、送信波により側板部41を励振することで、天板部42に付着した泥等の異物を除去するように設けられている。具体的には、超音波マイクロフォン3は、送信部5から発信される送信波におけるFOV外の部分すなわちサイドローブを用いて、側板部41を励振するように構成されている。FOVはField of Viewの略である。
In the present embodiment, the
かかる構成においては、FOVに対応するメインローブの天板部42における通過性あるいは透過性を高く保持することで、車体外空間SG側に発信される送信波の音圧ロスが良好に回避され得る。これに併せて、FOV外のサイドローブを有効活用してマイクケース4を励振することで、異物除去が良好に行われる。すなわち、かかる構成によれば、送信部5を用いた異物除去が、物体検知特性を低下させることなく良好に実現され得る。
In such a configuration, by maintaining high passability or transparency in the
(第三実施形態)
以下、第三実施形態について、図5を参照しつつ説明する。本実施形態においては、図5に示されているように、送信部5は、超音波素子51に加えて、追加超音波素子55を備えている。
(Third embodiment)
Hereinafter, the third embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the
追加超音波素子55は、電気信号と超音波振動とを変換する、圧電素子等の電気−機械変換素子によって構成されている。追加超音波素子55は、半導体基板52に設けられたMEMS型の圧電トランスデューサとしての構成を有していて、基板上面54に設けられている。
The additional
すなわち、本実施形態においては、送信部5は、超音波素子51および追加超音波素子55という、電気信号と超音波振動とを変換する複数の電気−機械変換素子を備えている。複数の電気−機械変換素子のうちの一つである超音波素子51は、送信波を発信するように設けられている。複数の電気−機械変換素子のうちの他の一つである追加超音波素子55は、天板部42における異物除去のためにマイクケース4を励振する励振部として機能するように設けられている。
That is, in the present embodiment, the
かかる構成においては、超音波素子51による送信波の天板部42における通過性あるいは透過性を高く保持することで、車体外空間SG側に発信される送信波の音圧ロスが良好に回避され得る。これに併せて、追加超音波素子55から発信される超音波によりマイクケース4を励振することで、異物除去が良好に行われる。すなわち、かかる構成によれば、送信部5を用いた異物除去が、物体検知特性を低下させることなく実現され得る。また、送信波を発信する超音波素子51とは別個に、異物除去用の追加超音波素子55を設けることで、送信波の送受信による物体検知動作タイミングに影響を与えることなく異物除去動作を実行することが可能となる。
In such a configuration, by maintaining high passability or transparency in the
(第四実施形態)
以下、第四実施形態について、図6を参照しつつ説明する。本実施形態においては、図6に示されているように、マイクケース4には、ケース励振素子61が固定されている。
(Fourth Embodiment)
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the case
ケース励振素子61は、電気信号と超音波振動とを変換する電気−機械変換素子であって、駆動信号の印加によりマイクケース4を励振するように構成されている。図6に示された具体例においては、ケース励振素子61は、面内方向における貫通孔42cが設けられていない位置にて、天板部42における内側表面42b上に接合されている。
The
かかる構成においては、送信波を発信する送信部5とは別個に、ケース励振素子61が、天板部42における異物除去のためにマイクケース4を励振する励振部として機能するように設けられている。したがって、かかる構成によれば、送信部5における送信波の送受信による物体検知動作タイミングに影響を与えることなく異物除去動作を実行することが可能となる。また、ケース励振素子61は、マイクケース4を直接励振するように、マイクケース4に固定されている。したがって、かかる構成によれば、良好な異物除去性能が実現され得る。
In such a configuration, the case
(第五実施形態)
以下、第五実施形態について、図7を参照しつつ説明する。本実施形態においては、上記の第一実施形態および/または第二実施形態と同様に、超音波マイクロフォン3は、送信部5にて送信波を発信するように設けられた超音波素子51が、天板部42における異物除去のためにマイクケース4を励振する励振部として機能するように構成されている。
(Fifth Embodiment)
Hereinafter, the fifth embodiment will be described with reference to FIG. 7. In the present embodiment, similarly to the first embodiment and / or the second embodiment described above, in the
また、本実施形態においては、上記第二実施形態と同様に、送信部5は、送信波により側板部41を励振することで、天板部42に付着した泥等の異物を除去するように設けられている。具体的には、図7に示されているように、マイクケース4は、送信部5から発信された超音波により共振する共振部としての側板共振部411を有している。
Further, in the present embodiment, as in the second embodiment, the transmitting
側板共振部411は、側板部41に設けられている。具体的には、側板共振部411は、側板部41における共振周波数を調整する薄肉部または厚肉部としての構造を有している。かかる構成によれば、送信部5を用いた異物除去のための、側板部41の励振が、効率的に行われ得る。
The side
(第六実施形態)
以下、第六実施形態について、図8を参照しつつ説明する。本実施形態においては、上記第一実施形態と同様に、送信部5は、送信波により天板部42を励振することで、天板部42に付着した泥等の異物を除去するように設けられている。
(Sixth Embodiment)
Hereinafter, the sixth embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, as in the first embodiment, the
また、本実施形態においては、図8に示されているように、マイクケース4は、送信部5から発信された超音波により共振する共振部としての天板共振部412を有している。天板共振部412は、天板部42に設けられている。具体的には、天板共振部412は、天板部42における共振周波数を調整する薄肉部または厚肉部としての構造を有している。また、天板共振部412は、貫通孔42cが設けられている領域よりも径方向における外側に配置されている。かかる構成によれば、送信部5を用いた異物除去のための、天板部42の励振が、効率的に行われ得る。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 8, the
(変形例)
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。故に、上記実施形態に対しては、適宜変更が可能である。以下、代表的な変形例について説明する。以下の変形例の説明においては、上記実施形態との相違点を主として説明する。また、上記実施形態と変形例とにおいて、互いに同一または均等である部分には、同一符号が付されている。したがって、以下の変形例の説明において、上記実施形態と同一の符号を有する構成要素に関しては、技術的矛盾または特段の追加説明なき限り、上記実施形態における説明が適宜援用され得る。
(Modification example)
The present invention is not limited to the above embodiment. Therefore, the above embodiment can be changed as appropriate. Hereinafter, a typical modification will be described. In the following description of the modification, the differences from the above embodiment will be mainly described. Further, in the above-described embodiment and the modified example, the same or equal parts are designated by the same reference numerals. Therefore, in the following description of the modification, the description in the above embodiment may be appropriately incorporated with respect to the components having the same reference numerals as those in the above embodiment, unless there is a technical contradiction or a special additional explanation.
超音波センサ1の装着対象は、フロントバンパーV3およびリアバンパーV4に限定されない。具体的には、例えば、超音波センサ1は、車体パネルV2にも装着され得る。すなわち、装着孔V5は、車体パネルV2にも設けられ得る。
The mounting target of the
超音波センサ1は、超音波を送受信可能な構成に限定されない。すなわち、例えば、超音波センサ1は、超音波の発信のみが可能な構成を有していてもよい。あるいは、超音波センサ1は、他の超音波発信器から発信された超音波である送信波の、周囲に存在する物体による反射波を受信する機能のみを有するものであってもよい。
The
超音波センサ1における各部の構成も、上記具体例に限定されない。具体的には、例えば、超音波マイクロフォン3すなわちマイクケース4の外形形状は、略円柱状に限定されず、略正六角柱状、略正八角柱状、等であってもよい。また、マイクケース4は、略柱状あるいは略錐台状に形成され得る。
The configuration of each part of the
マイクケース4の構造についても、技術的な不都合が生じない限り、特段の限定はない。具体的には、例えば、側板部41と天板部42とは、上記のように、同一材料によって継ぎ目なく一体に形成されていてもよい。あるいは、側板部41と天板部42とは、互いに異なる材料によって形成されていてもよい。マイクケース4を構成する材料についても、特段の限定はない。すなわち、例えば、側板部41および/または天板部42は、合成樹脂によって形成されていてもよい。
The structure of the
図9に示されているように、天板部42は、多孔質セラミックス等の多孔質材料によって形成されていてもよい。かかる構成においては、天板部42は、図3等に示された貫通孔42cを設けなくても、送信波および受信波の通過性あるいは透過性を有する。したがって、かかる構成によれば、図3等に示された貫通孔42cを省略することで、超音波マイクロフォン3における防水性および防塵性が向上する。但し、多孔質材料によって形成された天板部42に、図3等に示された貫通孔42cを設けることは、差し支えない。
As shown in FIG. 9, the
天板部42は、メッシュ状構造、グリッド構造、アイソグリッド構造、あるいはハニカム構造を有していてもよい。貫通孔42cは、中心軸DAと直交する断面による断面形状が多角形状であってもよい。この場合の内径は、最大径、すなわち、多角形状における外接円の直径となる。
The
超音波素子51の種類を含む、送信部5の構成についても、特段の限定はない。すなわち、例えば、超音波素子51は、上記各実施形態のようなPMUTに限定されない。PMUTはPiezoelectric Micro-machined Ultrasonic Transducersの略である。具体的には、超音波素子51は、CMUTとしての構成を有していてもよい。CMUTはCapacitive Micro-machined Ultrasound Transducerの略である。あるいは、例えば、超音波素子51は、バルク型の構成を有していてもよい。
There is no particular limitation on the configuration of the
上記各実施形態においては、送信部5における送信波の発信方向が、天板部42に向かう軸方向となっていた。しかしながら、本発明は、かかる態様に限定されない。すなわち、例えば、送信部5における送信波の発信方向は、天板部42に向かう軸方向と交差する方向(例えば面内方向)であってもよい。
In each of the above embodiments, the transmission direction of the transmitted wave in the transmitting
複数の実施形態同士は、技術的に矛盾しない限り、互いに組み合わされ得る。例えば、図5に示された第三実施形態における追加超音波素子55は、側板部41を励振するように設けられ得る。すなわち、第二実施形態と第三実施形態とは、互いに組み合わせられ得る。
The embodiments can be combined with each other as long as they are not technically inconsistent. For example, the additional
また、例えば、図5に示された第三実施形態における追加超音波素子55は、図6に示された第四実施形態の構成においても設けられ得る。すなわち、第三実施形態と第四実施形態とは、互いに組み合わせられ得る。
Further, for example, the additional
同様に、例えば、図5に示された第三実施形態における追加超音波素子55は、図8に示された第六実施形態の構成においても設けられ得る。すなわち、第三実施形態と第六実施形態とは、互いに組み合わせられ得る。
Similarly, for example, the additional
上記の説明において、互いに継ぎ目無く一体に形成されていた複数の構成要素は、互いに別体の部材を貼り合わせることによって形成されてもよい。同様に、互いに別体の部材を貼り合わせることによって形成されていた複数の構成要素は、互いに継ぎ目無く一体に形成されてもよい。 In the above description, the plurality of components that are seamlessly and integrally formed with each other may be formed by laminating separate members from each other. Similarly, a plurality of components formed by laminating separate members may be seamlessly and integrally formed with each other.
上記の説明において、互いに同一の材料によって形成されていた複数の構成要素は、互いに異なる材料によって形成されてもよい。同様に、互いに異なる材料によって形成されていた複数の構成要素は、互いに同一の材料によって形成されてもよい。 In the above description, the plurality of components formed of the same material may be formed of different materials. Similarly, a plurality of components that were formed of different materials may be formed of the same material.
上記実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に本発明が限定されることはない。同様に、構成要素等の形状、方向、位置関係等が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に特定の形状、方向、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、方向、位置関係等に本発明が限定されることはない。 It goes without saying that the elements constituting the above embodiment are not necessarily essential except when it is clearly stated that they are essential and when they are clearly considered to be essential in principle. In addition, when numerical values such as the number, numerical value, quantity, and range of components are mentioned, the specification is made except when it is clearly stated that it is indispensable or when it is clearly limited to a specific number in principle. The present invention is not limited to the number of. Similarly, except when the shape, direction, positional relationship, etc. of the components, etc. are mentioned, when it is clearly stated that it is particularly essential, or when it is limited to a specific shape, direction, positional relationship, etc. in principle. The present invention is not limited to the shape, direction, positional relationship, and the like.
変形例も、上記の例示に限定されない。すなわち、例えば、複数の実施形態のうちの任意の1つと、複数の変形例のうちの任意の1つとが、技術的に矛盾しない限り、互いに組み合わされ得る。同様に、複数の変形例のうちの1つと他の1つとが、技術的に矛盾しない限り、互いに組み合わされ得る。 Modifications are also not limited to the above examples. That is, for example, any one of the plurality of embodiments and any one of the plurality of modifications can be combined with each other as long as there is no technical conflict. Similarly, one of the variants and the other can be combined with each other as long as there is no technical conflict.
1 超音波センサ
4 マイクケース
41 側板部
42 天板部
42c 貫通孔
5 送信部
51 超音波素子
V 車両
V1 車体
V3 フロントバンパー
1
Claims (15)
中心軸(DA)を囲む筒状に形成された側板部(41)と、前記中心軸と平行な軸方向に板厚方向を有し前記軸方向における前記側板部の一端部を閉塞するように設けられた板状部であって超音波である送信波が通過可能に形成された天板部(42)と、を有するマイクケース(4)と、
前記天板部から離隔した状態で前記マイクケースに収容された、前記送信波を発信する送信部(5)と、
前記天板部に付着した異物を除去可能に、前記マイクケースを励振する励振部(51;55;61)と、
を備えた超音波センサ。 An ultrasonic sensor (1)
The side plate portion (41) formed in a cylindrical shape surrounding the central axis (DA) and the side plate portion having a plate thickness direction in the axial direction parallel to the central axis so as to close one end of the side plate portion in the axial direction. A microphone case (4) having a top plate portion (42), which is a plate-shaped portion provided so that a transmitted wave which is an ultrasonic wave can pass through, and a microphone case (4).
A transmission unit (5) that transmits the transmission wave and is housed in the microphone case in a state of being separated from the top plate portion.
An exciting unit (51; 55; 61) that excites the microphone case so that foreign matter adhering to the top plate can be removed.
Ultrasonic sensor with.
請求項1に記載の超音波センサ。 The excitation unit is an ultrasonic element (51) for converting an electric signal and ultrasonic vibration, which is provided at the transmission unit so as to transmit the transmission wave.
The ultrasonic sensor according to claim 1.
複数の前記超音波素子のうちの一つ(51)は、前記送信波を発信するように設けられ、
前記励振部は、複数の前記超音波素子のうちの他の一つ(55)である、
請求項1に記載の超音波センサ。 The transmission unit includes a plurality of ultrasonic elements (51, 55) that convert an electric signal and ultrasonic vibration.
One of the plurality of ultrasonic elements (51) is provided so as to transmit the transmitted wave.
The excitation unit is another one (55) of the plurality of ultrasonic elements.
The ultrasonic sensor according to claim 1.
請求項2または3に記載の超音波センサ。 The exciting portion is configured to excite the side plate portion.
The ultrasonic sensor according to claim 2 or 3.
請求項2〜4のいずれか1つに記載の超音波センサ。 The microphone case has a resonance portion (411; 421) that resonates with ultrasonic waves transmitted from the excitation portion.
The ultrasonic sensor according to any one of claims 2 to 4.
請求項5に記載の超音波センサ。 The resonance portion is provided on the side plate portion.
The ultrasonic sensor according to claim 5.
請求項2〜6のいずれか1つに記載の超音波センサ。 The microphone case is configured to have a resonance frequency higher than the frequency of the ultrasonic wave transmitted from the excitation unit in a state where the foreign matter does not adhere to the top plate portion.
The ultrasonic sensor according to any one of claims 2 to 6.
請求項1に記載の超音波センサ。 The excitation unit is an ultrasonic element (61) fixed to the microphone case that converts an electric signal and ultrasonic vibration.
The ultrasonic sensor according to claim 1.
請求項1〜8のいずれか1つに記載の超音波センサ。 The top plate portion has a through hole (42c) penetrating in the plate thickness direction.
The ultrasonic sensor according to any one of claims 1 to 8.
請求項9に記載の超音波センサ。 The through hole has an inner diameter of 0.8 mm or less.
The ultrasonic sensor according to claim 9.
請求項1〜10のいずれか1つに記載の超音波センサ。 The top plate portion is formed to have a plate thickness of 0.4 mm or more.
The ultrasonic sensor according to any one of claims 1 to 10.
請求項1〜11のいずれか1つに記載の超音波センサ。 The top plate portion is formed of a porous material.
The ultrasonic sensor according to any one of claims 1 to 11.
請求項1〜12のいずれか1つに記載の超音波センサ。 The transmission unit has a configuration as a transmission / reception unit that generates an output signal corresponding to a reception state of a reception wave including a reflected wave of the transmission wave by an external object.
The ultrasonic sensor according to any one of claims 1 to 12.
請求項1〜13のいずれか1つに記載の超音波センサ。 The frequency of the transmitted wave is configured to be 20 kHz to 100 kHz.
The ultrasonic sensor according to any one of claims 1 to 13.
請求項1〜14のいずれか1つに記載の超音波センサ。 It is configured to be mounted on a vehicle body component (V3) constituting the outer panel of the vehicle body (V1) in the vehicle (V).
The ultrasonic sensor according to any one of claims 1 to 14.
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