JP4860797B2 - Ultrasonic sensor and obstacle detection device - Google Patents

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本発明は、受信用の圧電振動子を複数備える超音波センサ、及び、超音波センサを用いて障害物を検出する障害物検出装置に関するものである。   The present invention relates to an ultrasonic sensor including a plurality of receiving piezoelectric vibrators and an obstacle detection device that detects an obstacle using the ultrasonic sensor.

従来、例えば特許文献1に示されるように、受信用の圧電振動子を複数備える超音波センサが知られている。   Conventionally, as disclosed in, for example, Patent Document 1, an ultrasonic sensor including a plurality of receiving piezoelectric vibrators is known.

特許文献1に示される超音波センサは、少なくとも1つの送波用圧電素子と少なくとも2つの受波用圧電素子を含む複数の圧電素子と、当該圧電素子を収納する1つの振動ケースとを有している。そして、振動ケースには、その入出射面に沿った底面を有する複数の収納凹部が併設され、対応する収納凹部の底面に圧電素子がそれぞれ接触配置されている。また、振動ケースの、送波用圧電素子の収納された収納凹部と受波用圧電素子の収納された収納凹部との間の部位に、仕切り凹部が設けられている。
特開2004−253911号公報
The ultrasonic sensor disclosed in Patent Document 1 includes a plurality of piezoelectric elements including at least one transmitting piezoelectric element and at least two receiving piezoelectric elements, and one vibration case that houses the piezoelectric element. ing. The vibration case is provided with a plurality of storage recesses having a bottom surface along the incident / exit surface, and the piezoelectric elements are arranged in contact with the bottom surfaces of the corresponding storage recesses. In addition, a partition recess is provided in a portion of the vibration case between the storage recess in which the transmitting piezoelectric element is stored and the storage recess in which the receiving piezoelectric element is stored.
JP 2004-253911 A

ところで、障害物の方位を検出する方法としては、各受波用圧電素子の受信信号の位相差に基づいて検出する方法が、各各受波用圧電素子の受信信号の時間差に基づいて検出する方法よりも精度良く検出できることが知られている。例えば超音波の周波数を40kHz(波長λ8.5mm)とすると、超音波センサに必要な振動面(圧電素子の振動及び/又は反射波によって振動する面であり、収納凹部の底面の裏面とほぼ等しい)の大きさは、振動板(圧電素子が接触配置された振動ケースの部分)の剛性(飛び石等に対する耐衝撃性)を考えると10mm程度が一般的である。また、隣り合う振動面は音響学的に分離されていることが好ましい。したがって、特許文献1に示される超音波センサの場合、入出射面に沿う方向において、隣り合う受波用圧電素子にそれぞれ対応する振動面間の距離(中心間の距離)は10mmを超える値となり、超音波の波長λを超えてしまう。すなわち、複数の受波用圧電素子の位相差に基づいて障害物の方位を検出しようとしても、広範囲(例えば路面に水平な方向の±90度(振動面を中心とした180度)の範囲(広範囲)を検出することができず、狭い範囲しか検出することができない。これに対し、振動面を小さくして広範囲を検出できるようにすることも考えられるが、周波数を維持するためには振動板の厚さを薄くしなければならず、振動板の剛性が低下するので耐衝撃性を確保することが困難である。   By the way, as a method of detecting the direction of the obstacle, a method of detecting based on the phase difference of the reception signal of each receiving piezoelectric element is detected based on the time difference of the reception signal of each receiving piezoelectric element. It is known that detection can be performed with higher accuracy than the method. For example, when the frequency of the ultrasonic wave is 40 kHz (wavelength λ 8.5 mm), the vibration surface necessary for the ultrasonic sensor (the surface that vibrates due to the vibration of the piezoelectric element and / or the reflected wave, and is almost equal to the back surface of the bottom surface of the housing recess. ) Is generally about 10 mm considering the rigidity (impact resistance against stepping stones) of the vibration plate (vibration case portion where the piezoelectric element is in contact). Moreover, it is preferable that the adjacent vibration surfaces are separated acoustically. Therefore, in the case of the ultrasonic sensor disclosed in Patent Document 1, in the direction along the incident / exit surface, the distance between the vibration surfaces corresponding to the adjacent receiving piezoelectric elements (distance between the centers) exceeds 10 mm. The wavelength λ of the ultrasonic wave is exceeded. That is, even if the orientation of the obstacle is detected based on the phase difference of the plurality of receiving piezoelectric elements, a range (for example, ± 90 degrees in the direction horizontal to the road surface (180 degrees centered on the vibration surface)) ( (Wide range) cannot be detected, and only a narrow range can be detected, whereas it is conceivable to reduce the vibration surface so that a wide range can be detected. Since the thickness of the plate must be reduced and the rigidity of the diaphragm is lowered, it is difficult to ensure impact resistance.

また、特許文献1に示される超音波センサを例えば車両のバンパに取り付けるとすると、少なくとも振動ケースの、収納凹部の底面の裏面及び各収納凹部の間の部位を含む入出射面が、バンパに設けられた貫通孔を介して車両外部に露出することとなる。すなわち、外部に露出する部位が大きく、見栄え上好ましくない。   Further, when the ultrasonic sensor disclosed in Patent Document 1 is attached to, for example, a bumper of a vehicle, an incident / exit surface including at least a rear surface of a bottom surface of a storage recess and a portion between the storage recesses is provided on the bumper. It will be exposed outside the vehicle through the formed through hole. That is, the part exposed to the outside is large, which is not preferable in appearance.

本発明は上記問題点に鑑み、見栄えを向上し、且つ、耐衝撃性を低下させずに広範囲で位相差による方位検出が可能な超音波センサ及び障害物検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an ultrasonic sensor and an obstacle detection device that can improve the appearance and can detect the azimuth based on the phase difference over a wide range without reducing the impact resistance. .

上記目的を達成する為に請求項1に記載の超音波センサは、移動体の外部に、送信波として超音波を送信する少なくとも1つの送信用の圧電振動子と、送信波の障害物による反射波を受信して、反射波の強度に応じた受信信号を出力する複数の受信用の圧電振動子と、圧電振動子をそれぞれ収容するものであって、圧電振動子が底面部の内面に接触固定され、底面部の外面が振動面とされる筐体と、一方の開口端が移動体の被取り付け部に形成された貫通孔を介して外部に露出され、移動体の外部と移動体の内部に配置された振動面との間で超音波を誘導する導波管と、を備え、導波管は、少なくとも受信用の圧電振動子に対応して複数設けられ、開口端の開口面積が振動面の面積よりも小さく、隣接する開口端の開口間隔が隣接する振動面の間隔よりも狭く、反射波が被取り付け部での互いの位相差を保って振動面に伝達される長さにそれぞれ設定されており、複数の導波管において、各開口端は、その開口形状が開口面の直交する2軸方向であるx方向及びy方向において長さが異なる形状とされるとともに、開口端の開口形状が複数に設定されており、開口端として、x方向よりもy方向の開口幅が狭い開口端と、y方向よりもx方向の開口幅が狭い開口端を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an ultrasonic sensor according to claim 1 is characterized in that at least one transmission piezoelectric vibrator for transmitting ultrasonic waves as a transmission wave and reflection of the transmission wave by an obstacle outside the moving body. A plurality of receiving piezoelectric vibrators that receive a wave and output a reception signal corresponding to the intensity of the reflected wave, and a piezoelectric vibrator, respectively, where the piezoelectric vibrator contacts the inner surface of the bottom surface The housing is fixed and the outer surface of the bottom surface portion is a vibration surface, and one open end is exposed to the outside through a through-hole formed in the mounted portion of the moving body. A waveguide for guiding ultrasonic waves to and from the vibration surface arranged inside, and a plurality of waveguides are provided corresponding to at least the receiving piezoelectric vibrator, and the opening area of the opening end is A vibrating surface that is smaller than the area of the vibrating surface and that has an adjacent opening interval between adjacent openings Narrower than the interval, the reflected wave are respectively set to a length which is transmitted to the vibration surface while maintaining a phase difference of each other in the mounting portion, in a plurality of waveguides, each open end, the opening shape Are different in length in the x direction and the y direction, which are two axial directions perpendicular to the opening surface, and the opening shape of the opening end is set to a plurality, and the opening end is more in the y direction than the x direction. The opening end has a narrow opening width and the opening end has an opening width narrower in the x direction than in the y direction .

このように本発明によれば、筐体の振動面を移動体の被取り付け部における送受信面とするのではなく、被取り付け部と筐体の間に超音波を誘導する導波管を少なくとも受信用の圧電振動子に対応して複数設けることで、導波管の一方の開口端の開口面を送受信面としている。また、導波管の開口端の開口面積を振動面の面積よりも小さくし、導波管の隣接する開口端の開口間隔を隣接する振動面の間隔よりも狭くしている。このような導波管を採用することにより、移動体の被取り付け部から外部に露出する超音波センサの露出部位を従来よりも小さくし、見栄え(意匠性)を向上することができる。また、導波管のそれぞれの長さを、反射波が被取り付け部での互いの位相差を保って振動面に伝達される長さに設定(1つの導波管の長さに対して、他の導波管の長さを、同一又はnλ(n:正の整数、λ:超音波の波長)ずらした長さに設定)しているので、位相差による方位検出が可能である。また、導波管の隣接する開口端の開口間隔を隣接する振動面の間隔よりも狭くしているので、従来よりも広範囲で位相差による方位検出を行うことができる。さらに、導波管の一方の開口端の開口面を送受信面としているので、当該センサを用いれば、耐衝撃性を低下させずに広範囲で位相差による方位検出を行うことが可能である。また、開口形状が複数(少なくとも1つが他とは異なる)に設定されるため、開口形状に応じて指向性を切り替えることができる。特に本発明では、各開口端の開口形状が、開口面の直交する2軸方向において長さが異なる形状とされており、開口端として、x方向よりもy方向の開口幅が狭い開口端と、y方向よりもx方向の開口幅が狭い開口端を有する。したがって、2軸方向において指向性の異なる開口端の組み合わせにより、2軸方向において、それぞれ広範囲で障害物及びその方位を検出することが可能である。また、障害物が相対的に変位しても、障害物及びその方位を検出することが可能である。 As described above, according to the present invention, at least a waveguide that induces ultrasonic waves between the attached portion and the housing is received instead of using the vibration surface of the housing as a transmission / reception surface in the attached portion of the moving body. By providing a plurality of piezoelectric vibrators corresponding to the piezoelectric vibrators for use, the opening surface of one opening end of the waveguide is used as a transmission / reception surface. Further, the opening area of the opening end of the waveguide is made smaller than the area of the vibration surface, and the opening interval of the adjacent opening ends of the waveguide is made smaller than the interval of the adjacent vibration surfaces. By adopting such a waveguide, the exposed portion of the ultrasonic sensor exposed to the outside from the attached portion of the moving body can be made smaller than before, and the appearance (designability) can be improved. In addition, each length of the waveguide is set to a length in which the reflected waves are transmitted to the vibration surface while maintaining the mutual phase difference at the attached portion (for the length of one waveguide, Since the lengths of the other waveguides are the same or set to a length shifted by nλ (n: positive integer, λ: wavelength of ultrasonic wave), it is possible to detect the azimuth by the phase difference. In addition, since the opening interval between the adjacent opening ends of the waveguide is made narrower than the interval between the adjacent vibration surfaces, it is possible to perform azimuth detection based on the phase difference in a wider range than in the past. Furthermore, since the opening surface of one opening end of the waveguide is used as a transmission / reception surface, it is possible to detect the azimuth based on the phase difference in a wide range without reducing the impact resistance by using the sensor. Moreover, since the opening shape is set to a plurality (at least one is different from the others), the directivity can be switched according to the opening shape. In particular, in the present invention, the opening shape of each opening end has a different length in the biaxial direction perpendicular to the opening surface, and the opening end has an opening end whose opening width in the y direction is narrower than the x direction. , And an opening end whose opening width in the x direction is narrower than that in the y direction. Therefore, it is possible to detect an obstacle and its direction in a wide range in each of the two axial directions by combining opening ends having different directivities in the two axial directions. Even if the obstacle is relatively displaced, the obstacle and its direction can be detected.

請求項2に記載のように、x方向よりもy方向の開口幅が狭い開口端と、y方向よりもx方向の開口幅が狭い開口端とが、x方向及びy方向において、それぞれ配置された構成とすると良い。これによれば、2軸方向のより広範囲において障害物及びその方位を検出することができる。また、請求項3に記載のように、樹脂材料からなる同一の基材に複数の管部が形成されて、全ての導波管が一体化された構成としても良い。これによれば、構成を簡素化するととともに、各導波管の位置精度を向上することができる。一方、請求項4に記載のように、導波管が、受信用の圧電振動子に対応して複数に分離された構成とするとしても良い。これによれば、導波管の間で伝達される不要振動を低減することができる。なお、請求項5に記載のように、分離された複数の導波管の間に、導波管を構成する材料とは音響インピーダンスの異なる不要振動低減部材が配置された構成とすると、不要振動を効果的に低減することができる。According to a second aspect of the present invention, an opening end whose opening width in the y direction is narrower than the x direction and an opening end whose opening width in the x direction is narrower than the y direction are arranged in the x direction and the y direction, respectively. It is better to have a configuration According to this, an obstacle and its direction can be detected in a wider range in the biaxial direction. Further, as described in claim 3, a plurality of tube portions may be formed on the same base material made of a resin material, and all the waveguides may be integrated. According to this, while simplifying a structure, the positional accuracy of each waveguide can be improved. On the other hand, as described in claim 4, the waveguide may be divided into a plurality of parts corresponding to the receiving piezoelectric vibrator. According to this, the unnecessary vibration transmitted between the waveguides can be reduced. As described in claim 5, when the unnecessary vibration reducing member having an acoustic impedance different from that of the material constituting the waveguide is disposed between the plurality of separated waveguides, the unnecessary vibration is generated. Can be effectively reduced.

請求項6に記載のように、少なくとも1つの導波管において、被取り付け部側の開口端の開口面積を、振動面側の開口端の開口面積よりも小さくした構成としても良い。これによれば、特に反射波(受信波)を、被取り付け部側の開口端から振動面まで効率よく伝達させることができる。また、見栄え(意匠性)をより向上することができる。 According to a sixth aspect of the present invention, in at least one waveguide, the opening area of the opening end on the attached portion side may be smaller than the opening area of the opening end on the vibration surface side. According to this, especially a reflected wave (received wave) can be efficiently transmitted from the opening end on the attached portion side to the vibration surface. Further, the appearance (designability) can be further improved.

また、請求項7に記載のように、少なくとも1つの導波管において、被取り付け部側の開口端の開口面積を、振動面側の開口端の開口面積よりも大きくした構成としても良い。これによれば、特に送信波を、振動面から被取り付け部側の開口端まで効率よく伝達させることができる。 Further, as described in claim 7 , in at least one waveguide, the opening area of the opening end on the attached portion side may be larger than the opening area of the opening end on the vibration surface side. According to this, especially a transmission wave can be efficiently transmitted from the vibration surface to the opening end on the attached portion side.

さらには、請求項8に記載のように、少なくとも1つの導波管において、被取り付け部側の開口端と振動面側の開口端との間の断面形状及び断面積がそれぞれ一定とされた構成としても良い。これによれば、送信波又は反射波を、振動面と被取り付け部側の開口端との間で効率よく伝達させることができる。 Furthermore, as described in claim 8 , in at least one waveguide, the cross-sectional shape and the cross-sectional area between the opening end on the attachment portion side and the opening end on the vibration surface side are constant. It is also good. According to this, a transmission wave or a reflected wave can be efficiently transmitted between the vibration surface and the opening end on the attached portion side.

請求項9に記載のように、複数の圧電振動子のうち、少なくとも1つが送信用と受信用を兼ねた構成としても良い。これによれば、圧電振動子の個数を低減し、コストを低減することができる。また、センサの体格を小型化することができる。 According to a ninth aspect of the present invention, at least one of the plurality of piezoelectric vibrators may serve as both transmitting and receiving. According to this, the number of piezoelectric vibrators can be reduced and the cost can be reduced. In addition, the size of the sensor can be reduced.

請求項10に記載のように、複数の導波管の長さが全て等しく設定された構成としても良い。これによれば、センサの体格を小型化することができる。 As described in claim 10 , the lengths of the plurality of waveguides may all be set equal. According to this, the physique of a sensor can be reduced in size.

請求項11に記載のように、導波管の開口端が被取り付け部の外部側と面一とされた構成としても良い。これによれば、見栄え(意匠性)をより向上することができる。 According to the eleventh aspect of the present invention , the open end of the waveguide may be flush with the outside of the attached portion. According to this, appearance (designability) can be further improved.

請求項12に記載のように、隣接する開口端の開口間隔が、超音波の波長に対して半波長以下とされた構成とすることが好ましい。これによれば、振動面の中心軸に対して±90度以上の広範囲を検出することが可能となる。例えば移動体の被取り付け部が平面であれば、受信用の圧電素子の配列方向においてほぼ全域を方位検出のエリアとすることができる。また、サイドローブ(副極)を互いに打ち消しあい、障害物の誤検出を低減乃至防止することができる。 According to a twelfth aspect of the present invention, it is preferable that an opening interval between adjacent opening ends is a half wavelength or less with respect to the wavelength of the ultrasonic wave. According to this, it becomes possible to detect a wide range of ± 90 degrees or more with respect to the central axis of the vibration surface. For example, if the mounted portion of the moving body is a plane, almost the entire area in the arrangement direction of the receiving piezoelectric elements can be set as the direction detection area. Further, the side lobes (sub-poles) can be canceled out to reduce or prevent the erroneous detection of obstacles.

請求項13に記載のように、圧電振動子として送信用を2つ以上有し、複数の送信用の圧電振動子から、同時に超音波が送信される構成としても良い。これによれば、送信用の圧電振動子を1つ有する構成に比べて音圧を稼ぐことができるので、指向性を狭くし、検出距離を長くすることができる。また、複数の送信用の圧電振動子に対しても導波管が設けられ、請求項12に記載の構成とすると、サイドローブ(副極)を互いに打ち消しあい、指向性をより狭めることができる。 According to a thirteenth aspect of the present invention, two or more transmissions may be used as piezoelectric vibrators, and ultrasonic waves may be transmitted simultaneously from a plurality of transmission piezoelectric vibrators. According to this, since the sound pressure can be increased as compared with the configuration having one transmission piezoelectric vibrator, the directivity can be narrowed and the detection distance can be increased. A waveguide is also provided for a plurality of transmission piezoelectric vibrators. With the structure according to claim 12 , the side lobes (sub-poles) cancel each other and the directivity can be further narrowed. .

請求項14に記載のように、被取り付け部側の開口端の開口下部位置が、振動面側の開口端の開口下部位置よりも、重力方向において下方とされた構成とすると良い。これによれば、異物の導波管内への侵入や導波管への付着を低減することができる。 According to a fourteenth aspect of the present invention, it is preferable that the lower opening position of the opening end on the attached portion side is lower in the gravity direction than the lower opening position of the opening end on the vibration surface side. According to this, it is possible to reduce entry of foreign matter into the waveguide and adhesion to the waveguide.

請求項15に記載のように、導波管の管状内部が、移動体の外部雰囲気と筐体の底面部との間の音響インピーダンスを有する音響整合部材によって満たされた構成とすると良い。これによれば、音響インピーダンス差に基づく超音波の反射ロスを低減し、検出感度を向上することができる。また、異物の導波管内への侵入や導波管への付着を低減乃至防ぐことができるので、異物による誤検出を低減し、耐衝撃性を向上することができる。 According to a fifteenth aspect of the present invention , the tubular interior of the waveguide may be filled with an acoustic matching member having an acoustic impedance between the external atmosphere of the moving body and the bottom surface of the housing. According to this, the reflection loss of the ultrasonic wave based on the acoustic impedance difference can be reduced, and the detection sensitivity can be improved. In addition, since foreign matter can be prevented from entering or adhering to the waveguide, false detection due to foreign matter can be reduced, and impact resistance can be improved.

請求項1〜15いずれか1項に記載の発明は、請求項16に記載のように、移動体が車両であり、超音波センサが車両のバンパ又はボディに取り付けられた構成に対して好適である。 The invention according to claim 15 any one, as claimed in claim 16, the moving body is a vehicle, suitable for the configuration of the ultrasonic sensor is attached to the bumper or body of the vehicle is there.

また、請求項1〜16いずれか1項に記載の超音波センサは、請求項17に記載のように、複数の受信用の圧電振動子の受信信号の位相差に基づいて、障害物の方位を検出することを特徴とする障害物検出装置の構成要素として好適である。すなわち、上述した構成の超音波センサを備えた障害物検出装置は、上述した各効果に基づいて、広範囲で位相差による方位検出を行うことができる。 In addition, the ultrasonic sensor according to any one of claims 1 to 16 is characterized in that, as described in claim 17 , the direction of the obstacle is based on the phase difference of the reception signals of the plurality of reception piezoelectric vibrators. It is suitable as a component of an obstacle detection device characterized by detecting In other words, the obstacle detection device including the ultrasonic sensor having the above-described configuration can perform azimuth detection based on the phase difference over a wide range based on the above-described effects.

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る超音波センサの概略構成を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図である。図2は、図1(b)における筐体周囲の拡大断面図である。なお、図1(a),(b)においては、超音波センサを移動体の被取り付け部に取り付けた状態を図示しており、図1(a)は、移動体の外部から見た平面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
1A and 1B are diagrams illustrating a schematic configuration of an ultrasonic sensor according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. . FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view around the housing in FIG. 1A and 1B show a state in which the ultrasonic sensor is attached to the attachment portion of the moving body, and FIG. 1A is a plan view viewed from the outside of the moving body. It is.

本実施形態においては、超音波センサ及び当該センサを含む障害物検出装置が、移動体としての車両に用いられる例について説明する。具体的には、図1(a),(b)に示すように、超音波センサ100は、車両の周囲に存在する障害物を検出できるように、例えば車両の前方、後方、或いは四隅側のバンパやボディ(図1(a),(b)においてはバンパ10)に取り付けられている。   In this embodiment, an example in which an ultrasonic sensor and an obstacle detection device including the sensor are used in a vehicle as a moving body will be described. Specifically, as shown in FIGS. 1A and 1B, the ultrasonic sensor 100 can detect, for example, the front, rear, or four corner sides of the vehicle so as to detect obstacles around the vehicle. It is attached to a bumper or body (bumper 10 in FIGS. 1A and 1B).

図1(a),(b)に示すように、超音波センサ100は、主として、複数の圧電振動子110、圧電振動子110などを収容する筐体120、車両の外部と圧電振動子110との間で超音波を誘導する導波管130などから構成されている。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the ultrasonic sensor 100 mainly includes a plurality of piezoelectric vibrators 110, a housing 120 that accommodates the piezoelectric vibrators 110, the outside of the vehicle, the piezoelectric vibrators 110, and the like. The waveguide 130 etc. which guide | induce an ultrasonic wave between are comprised.

圧電振動子110は、チタン酸バリウムやPZT等の圧電セラミックスを焼結体とし、電圧を印加して振動を発生させるものであり、例えば円板状に形成されている。本実施形態においては、路面に対して水平方向(図1(a)に示すx方向)に2個、垂直方向(図1(a)に示すy方向)に2個の計4個の圧電振動子110が1つの超音波センサ100として含まれている。また、4個の圧電振動子110のそれぞれが、車両外部に送信波として超音波を送信する送信用振動子と、車両外部に存在する障害物の反射波を受信して、反射波の強度に応じた受信信号を出力する受信用振動子を兼ねる構成となっている。このように、複数の圧電振動子110のうち、少なくとも1つが送信用と受信用を兼ねた構成とすると、圧電振動子110の個数を低減し、コストを低減することができる。また、超音波センサ100の体格を小型化することができる。   The piezoelectric vibrator 110 uses piezoelectric ceramics such as barium titanate or PZT as a sintered body, and generates a vibration by applying a voltage. The piezoelectric vibrator 110 is formed in a disk shape, for example. In the present embodiment, a total of four piezoelectric vibrations, two in the horizontal direction (x direction shown in FIG. 1A) and two in the vertical direction (y direction shown in FIG. 1A) with respect to the road surface. A child 110 is included as one ultrasonic sensor 100. Each of the four piezoelectric vibrators 110 receives a transmission vibrator that transmits ultrasonic waves as a transmission wave to the outside of the vehicle, and a reflected wave of an obstacle existing outside the vehicle, thereby increasing the intensity of the reflected wave. It is configured to also serve as a receiving vibrator that outputs a corresponding received signal. Thus, when at least one of the plurality of piezoelectric vibrators 110 is configured to serve both for transmission and reception, the number of piezoelectric vibrators 110 can be reduced and the cost can be reduced. Moreover, the physique of the ultrasonic sensor 100 can be reduced in size.

また、本実施形態においては、複数の圧電振動子110から、同時に超音波が送信されるように構成されている。このように、送信用の圧電振動子110を2つ以上有し、複数の圧電振動子110から、同時に超音波が送信される構成とすると、送信用の圧電振動子110を1つ有する構成に比べて音圧を稼ぐことができる。すなわち、指向性を狭くし、検出距離を長くすることができる。   In the present embodiment, ultrasonic waves are transmitted from the plurality of piezoelectric vibrators 110 at the same time. As described above, when two or more transmission piezoelectric vibrators 110 are provided and ultrasonic waves are simultaneously transmitted from the plurality of piezoelectric vibrators 110, the transmission piezoelectric vibrator 110 is provided with one transmission vibrator 110. Sound pressure can be earned in comparison. That is, the directivity can be narrowed and the detection distance can be increased.

圧電振動子110の表面には電極(図示略)が形成され、当該電極にリード111が電気的に接続されている。本実施形態においては、図2に示すように、一方のリード111が電極と電気的に接続された筐体120の内面に接続されている。そして、リード111は、圧電振動子110を振動させて超音波を発生するための駆動信号を出力したり、圧電振動子110に超音波が伝達されて、圧電振動子110に歪みが生じた場合に、圧電効果によって生じる電圧信号を入力する処理回路が形成された回路基板(図示略)と電気的に接続されている。すなわち、超音波センサ100は、当該超音波センサ100を含む障害物検出装置の一部として構成されており、障害物検出装置は、超音波の送信から受信までの時間に基づいて、車両の周囲に存在する障害物までの距離を算出するとともに、複数の圧電振動子110からの受信信号の位相差に基づいて、障害物の方位を算出することができる。   An electrode (not shown) is formed on the surface of the piezoelectric vibrator 110, and a lead 111 is electrically connected to the electrode. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, one lead 111 is connected to the inner surface of the casing 120 that is electrically connected to the electrode. The lead 111 outputs a drive signal for generating an ultrasonic wave by vibrating the piezoelectric vibrator 110, or when the ultrasonic wave is transmitted to the piezoelectric vibrator 110 and the piezoelectric vibrator 110 is distorted. In addition, it is electrically connected to a circuit board (not shown) on which a processing circuit for inputting a voltage signal generated by the piezoelectric effect is formed. That is, the ultrasonic sensor 100 is configured as a part of an obstacle detection device including the ultrasonic sensor 100, and the obstacle detection device is arranged around the vehicle based on the time from transmission to reception of the ultrasonic wave. In addition, the distance to the obstacle existing in the head can be calculated, and the direction of the obstacle can be calculated based on the phase difference of the received signals from the plurality of piezoelectric vibrators 110.

筐体120は、それぞれ1つの圧電振動子110を収容すべく、例えばアルミニウムや合成樹脂(本実施形態においてはアルミニウム)を構成材料として、有底筒状に設けられている。そして、図2に示すように、底面部121の内面122に圧電振動子110が設置(例えば固着)されている。すなわち、圧電振動子110の配置された底面部121が振動板としての役割を果たし、底面部121の外面123(内面122の裏面)が振動面となっている。なお、本実施形態においては、振動面としての外面123が、図1(a)に破線で示すように、バンパ10の平面方向(路面に沿う方向)において円形とされている。   The housing 120 is provided in a bottomed cylindrical shape using, for example, aluminum or synthetic resin (aluminum in the present embodiment) as a constituent material in order to accommodate one piezoelectric vibrator 110. As shown in FIG. 2, the piezoelectric vibrator 110 is installed (for example, fixed) on the inner surface 122 of the bottom surface portion 121. That is, the bottom surface portion 121 on which the piezoelectric vibrator 110 is disposed serves as a diaphragm, and the outer surface 123 (the back surface of the inner surface 122) of the bottom surface portion 121 is a vibration surface. In the present embodiment, the outer surface 123 as the vibration surface is circular in the plane direction of the bumper 10 (direction along the road surface) as shown by a broken line in FIG.

また、圧電振動子110の周囲には、図2に示すように、内面122に面する面を除いて吸音材112が配置されている。この吸音材112は、圧電振動子110が伸縮し、筐体120の底面部121が振動することによって筐体120内に放射される超音波を吸収するためのものであり、例えばシリコンスポンジ等の吸音性能に優れた材質よって構成されている。そして、吸音材112上に封止材113が配置され、この封止材113によって筐体120内が気密に封止されている。   Further, as shown in FIG. 2, a sound absorbing material 112 is arranged around the piezoelectric vibrator 110 except for a surface facing the inner surface 122. The sound absorbing material 112 is for absorbing ultrasonic waves radiated into the housing 120 when the piezoelectric vibrator 110 expands and contracts and the bottom surface portion 121 of the housing 120 vibrates. It is made of a material with excellent sound absorption performance. And the sealing material 113 is arrange | positioned on the sound absorption material 112, and the inside of the housing | casing 120 is airtightly sealed by this sealing material 113.

導波管130は、車両外部と車両内部(バンパ10の内面11側)に配置された圧電振動子110(振動面としての外面123)との間で超音波を誘導する(本実施形態においては、送信波を外面123から車両外部へ導くとともに、反射波を外面123まで導く)ように構成されている。本実施形態に係る導波管130は、同一の基材131に対して複数の管部132が形成されてなる。この管部132が、特許請求の範囲に記載の導波管に相当する。管部132の一方の開口端133は、図1(b)に示すように、基材131の一面に開口しており、バンパ10に取り付けられた状態で、バンパ10の貫通孔13を介して車両外部に露出している。また、他方の開口端136は、基材131の開口端133形成面の対向面側に形成された固定用溝134に連結されている。この固定用溝134は、圧電振動子110を含む筐体120が固定される溝であり、固定用溝134に筐体120が固定された状態で、管部132の開口端136は、外面123との間に若干の隙間をもって開口端133側に配置された状態となっている。このように、管部132において、開口端133が特許請求の範囲に記載の被取り付け部側の開口端となっており、開口端136が振動面側の開口端となっている。   The waveguide 130 guides ultrasonic waves between the outside of the vehicle and the piezoelectric vibrator 110 (the outer surface 123 as the vibration surface) disposed inside the vehicle (the inner surface 11 side of the bumper 10) (in this embodiment). The transmission wave is guided from the outer surface 123 to the outside of the vehicle, and the reflected wave is guided to the outer surface 123). In the waveguide 130 according to the present embodiment, a plurality of tube portions 132 are formed on the same base material 131. The tube portion 132 corresponds to the waveguide described in the claims. As shown in FIG. 1B, one open end 133 of the pipe portion 132 is open on one surface of the base material 131 and is attached to the bumper 10 through the through hole 13 of the bumper 10. It is exposed outside the vehicle. The other opening end 136 is connected to a fixing groove 134 formed on the opposite surface side of the opening end 133 forming surface of the base material 131. The fixing groove 134 is a groove to which the housing 120 including the piezoelectric vibrator 110 is fixed. In the state where the housing 120 is fixed to the fixing groove 134, the open end 136 of the tube portion 132 is formed on the outer surface 123. It is in the state arrange | positioned at the opening end 133 side with some clearance gap between. Thus, in the pipe part 132, the opening end 133 is an opening end on the attached part side described in the claims, and the opening end 136 is an opening end on the vibration surface side.

導波管130(基材131)の構成材料としては、車両外部及び管部132内の媒体(空気)との音響インピーダンスの差が大きく(例えば1×10以上)、管部132を構成する基材131の壁面で超音波を効率よく反射できるものであれば採用することができる。音響学的に好ましくは、筐体120と異なる材料とすると良い。具体的には、金属材料、樹脂材料、ゴム等を採用することができる。本実施形態に示すように、複数の導波管(管部132)が一体化される構成においては、樹脂材料を選択すると形成が容易である。 As a constituent material of the waveguide 130 (base material 131), the difference in acoustic impedance between the outside of the vehicle and the medium (air) in the tube portion 132 is large (for example, 1 × 10 2 or more), and the tube portion 132 is configured. Any material that can efficiently reflect ultrasonic waves on the wall surface of the substrate 131 can be used. Acoustically preferably, the material is different from that of the housing 120. Specifically, a metal material, a resin material, rubber or the like can be employed. As shown in the present embodiment, in a configuration in which a plurality of waveguides (tube portions 132) are integrated, formation is easy when a resin material is selected.

複数の管部132(換言すれば導波管)は、図1(a)に示すように、それぞれの開口端133の開口面積が、対応する振動面としての外面123の面積よりも小さくなるように設定されている。本実施形態においては、上述の条件を満たしつつ、開口端133がすべて、形状及び大きさの等しい円形状とされており、対応する複数の外面123も、形状及び大きさが等しく設定されている。また、全ての管部132において、振動面側の開口端136の開口面積が振動面(外面123)と略同一とされ、バンパ10側の開口端133の開口面積が、開口端136の開口面積よりも小さくされている。そして、全ての管部132において、バンパ10側の開口端133と振動面(外面123)側の開口端136との間の断面形状が円形状とされ、その円断面の面積(管径)が開口端133から開口端136(振動面)に向けて大きくなっている。   As shown in FIG. 1A, the plurality of tube portions 132 (in other words, waveguides) have an opening area of each opening end 133 smaller than an area of the outer surface 123 as a corresponding vibration surface. Is set to In the present embodiment, while satisfying the above-described conditions, all of the open ends 133 are circular with the same shape and size, and the corresponding outer surfaces 123 are also set to have the same shape and size. . Further, in all the pipe sections 132, the opening area of the opening end 136 on the vibration surface side is substantially the same as that of the vibration surface (outer surface 123), and the opening area of the opening end 133 on the bumper 10 side is the opening area of the opening end 136. Has been smaller than. And in all the pipe parts 132, the cross-sectional shape between the opening end 133 on the bumper 10 side and the opening end 136 on the vibration surface (outer surface 123) side is a circular shape, and the area (tube diameter) of the circular cross section is the same. It increases from the opening end 133 toward the opening end 136 (vibration surface).

また、図1(a)に示すように、隣接する開口端133間の開口間隔d(dx、dy)が、隣接する外面123間の対応する間隔D(Dx,Dy)よりも狭く設定されている。本実施形態においては、上述の条件を満たしつつ、路面に対して水平方向(図1(a)に示すx方向)と垂直方向(図1(a)に示すy方向)の開口間隔d(dx、dy)が等しく設定されている。また、開口間隔dが、超音波の波長に対して半波長以下(本実施形態においては半波長)とされている。   Further, as shown in FIG. 1A, the opening interval d (dx, dy) between the adjacent opening ends 133 is set to be smaller than the corresponding interval D (Dx, Dy) between the adjacent outer surfaces 123. Yes. In the present embodiment, the opening interval d (dx) in the horizontal direction (x direction shown in FIG. 1A) and the vertical direction (y direction shown in FIG. 1A) is satisfied with respect to the road surface while satisfying the above-described conditions. , Dy) are set equal. Further, the aperture interval d is set to a half wavelength or less (in this embodiment, a half wavelength) with respect to the wavelength of the ultrasonic wave.

さらには、障害物による反射波が、バンパ10(超音波の送受信面)での互いの位相差を保って振動面としての外面123に伝達されるように、それぞれの管部132の長さ(開口端133から外面123までの距離)が設定されている。なお、互いの位相差を保って伝達されるには、1つの管部132の長さをLとすると、他の管部132の長さが、Lと同一又はL+nλ(n:正の整数、λ:超音波の波長)ずらした長さに設定されていれば良い。本実施形態においては、複数の管部132の長さが全て等しく設定されている。   Further, the lengths of the respective tube portions 132 (so that the reflected waves by the obstacles are transmitted to the outer surface 123 as the vibration surface while maintaining the mutual phase difference at the bumper 10 (ultrasonic wave transmission / reception surface). The distance from the open end 133 to the outer surface 123 is set. In order to transmit the signals while maintaining the mutual phase difference, when the length of one tube portion 132 is L, the length of the other tube portion 132 is the same as L or L + nλ (n: a positive integer, (λ: wavelength of the ultrasonic wave) may be set to a shifted length. In the present embodiment, the lengths of the plurality of pipe portions 132 are all set equal.

このように構成される導波管130は、圧電振動子110を含む筐体120が固定用溝134に固定された状態で、バンパ10に固定されている。本実施形態においては、開口部133を含む基材131の一部がバンパ10の貫通孔13に挿入され、バンパ10の内面11と対向する基材131の部位が内面11に対して接着固定されている。そして、この固定状態で、開口端133(基材131の一面)がバンパ10の外面12と面一とされている。なお、圧電振動子110を含む筐体120は、振動面としての外面123が開口端133側となるように、対応する固定用溝134に、振動吸収部材124を介してそれぞれ固定されている。すなわち、振動板としての底面部121は、導波管130を構成する基材131(管部132の開口端136)とは直接接触しておらず、基材131が底面部121の振動を抑制しないようになっている。振動吸収部材124は、筐体120(底面部121)と導波管130(基材131)との間で伝達される不要振動を低減するためのものであり、例えばシリコン製ゴムやポリウレタン等によって構成されている。なお、図1(a),(b)に示す符号135は、基材131の外面である。   The waveguide 130 configured as described above is fixed to the bumper 10 in a state where the casing 120 including the piezoelectric vibrator 110 is fixed to the fixing groove 134. In the present embodiment, a part of the base material 131 including the opening 133 is inserted into the through hole 13 of the bumper 10, and the portion of the base material 131 that faces the inner surface 11 of the bumper 10 is bonded and fixed to the inner surface 11. ing. In this fixed state, the opening end 133 (one surface of the base material 131) is flush with the outer surface 12 of the bumper 10. The housing 120 including the piezoelectric vibrator 110 is fixed to the corresponding fixing groove 134 via the vibration absorbing member 124 so that the outer surface 123 as a vibration surface is on the opening end 133 side. That is, the bottom surface portion 121 as a diaphragm is not in direct contact with the base material 131 (opening end 136 of the tube portion 132) constituting the waveguide 130, and the base material 131 suppresses vibration of the bottom surface portion 121. It is supposed not to. The vibration absorbing member 124 is for reducing unnecessary vibration transmitted between the housing 120 (bottom surface portion 121) and the waveguide 130 (base material 131). For example, the vibration absorbing member 124 is made of silicon rubber or polyurethane. It is configured. In addition, the code | symbol 135 shown to FIG.

このように本実施形態に係る超音波センサ100及び当該超音波センサ100を含む障害物検出装置によれば、筐体120の振動面(外面123)を車両のバンパ10における送受信面とするのではなく、バンパ10と外面123(圧電振動子110)との間で超音波を誘導する管部132(導波管)を圧電振動子110に対応して複数設けることで、管部132の開口端133の開口面を送受信面としている。また、管部132の開口端133の開口面積を振動面(外面123)の面積よりも小さくし、隣接する開口端133の開口間隔d(dx、dy)を隣接する振動面(外面123)の間隔D(Dx,Dy)よりも狭くしている。したがって、車両のバンパ10から外部に露出する超音波センサ100の露出部分を従来よりも小さくし、見栄え(意匠性)を向上することができる。特に本実施形態においては、バンパ10側の開口端133の開口面積を、開口端136の開口面積よりも小さくしているので、これにより見栄えをより向上することができる。   As described above, according to the ultrasonic sensor 100 and the obstacle detection device including the ultrasonic sensor 100 according to the present embodiment, the vibration surface (outer surface 123) of the housing 120 is not the transmission / reception surface of the bumper 10 of the vehicle. In addition, by providing a plurality of pipe portions 132 (waveguides) for guiding ultrasonic waves between the bumper 10 and the outer surface 123 (piezoelectric vibrator 110) corresponding to the piezoelectric vibrator 110, the open end of the pipe portion 132 is provided. The opening surface of 133 is a transmission / reception surface. In addition, the opening area of the opening end 133 of the pipe portion 132 is made smaller than the area of the vibration surface (outer surface 123), and the opening interval d (dx, dy) between the adjacent opening ends 133 is set between the adjacent vibration surfaces (outer surface 123). It is narrower than the interval D (Dx, Dy). Therefore, the exposed part of the ultrasonic sensor 100 exposed to the outside from the bumper 10 of the vehicle can be made smaller than before, and the appearance (designability) can be improved. In particular, in the present embodiment, the opening area of the opening end 133 on the bumper 10 side is made smaller than the opening area of the opening end 136, so that the appearance can be further improved.

また、管部132のそれぞれの長さを、反射波が、バンパ10での互いの位相差を保って振動面(外面123)に伝達される長さに設定しているので、位相差による方位検出が可能である。特に本実施形態においては、複数の管部132の長さを全て等しくしているので、センサの体格を小型化することができる。さらに、隣接する開口端133の開口間隔dを隣接する振動面(外面123)の間隔Dよりも狭くしているので、従来よりも広範囲で位相差による方位検出を行うことができる。特に開口端133の開口間隔dを、超音波の波長に対して半波長以下としているので、振動面(外面123)の中心軸に対して±90度以上の広範囲において障害物の方位を検出することが可能である。このような構成とすると、バンパ10のように、超音波センサ100が固定される被取り付け部が平面においては、複数の圧電振動子110(受信用)の配列方向のほぼ全域を方位検出のエリアとすることができる。また、サイドローブ(副極)を互いに打ち消しあい、障害物の方位誤検出を低減乃至防止することができる。このように、導波管130を用いることで、開口端133の開口面を送受信面としているので、筐体120の剛性を低下させることなく(すなわち飛び石等に対する耐衝撃性を低下させることなく)、広範囲で位相差による方位検出を行うことが可能である。   In addition, each length of the tube part 132 is set to a length in which the reflected waves are transmitted to the vibration surface (outer surface 123) while maintaining the mutual phase difference in the bumper 10, so that the direction due to the phase difference is set. Detection is possible. In particular, in the present embodiment, since the lengths of the plurality of pipe portions 132 are all equal, the physique of the sensor can be reduced in size. Furthermore, since the opening interval d of the adjacent opening ends 133 is made narrower than the interval D of the adjacent vibration surfaces (outer surface 123), it is possible to detect the azimuth by the phase difference in a wider range than before. In particular, since the opening interval d of the opening end 133 is set to a half wavelength or less with respect to the wavelength of the ultrasonic wave, the direction of the obstacle is detected in a wide range of ± 90 degrees or more with respect to the central axis of the vibration surface (outer surface 123). It is possible. With such a configuration, as in the bumper 10, when the attachment portion to which the ultrasonic sensor 100 is fixed is a plane, the entire area of the arrangement direction of the plurality of piezoelectric vibrators 110 (for reception) is in the direction detection area. It can be. Further, the side lobes (sub-poles) cancel each other, and the misdirection detection of the obstacle can be reduced or prevented. Thus, by using the waveguide 130, the opening surface of the opening end 133 is used as a transmission / reception surface, so that the rigidity of the housing 120 is not reduced (that is, the impact resistance against a stepping stone or the like is not reduced). It is possible to detect azimuth by phase difference in a wide range.

また、管部132の開口端133の開口面を送受信面としているので、筐体120の振動面(外面123)への異物の衝突を低減することができる。すなわち、異物(特に飛び石)の衝突によって、筐体120の底面部121や圧電振動子110が破損する危険性を低減(超音波センサ100として耐衝撃性を向上)することができる。   Moreover, since the opening surface of the opening end 133 of the pipe part 132 is used as the transmission / reception surface, the collision of the foreign matter with the vibration surface (outer surface 123) of the housing 120 can be reduced. That is, it is possible to reduce the risk of damage to the bottom surface portion 121 of the housing 120 and the piezoelectric vibrator 110 due to the collision of foreign matter (particularly stepping stones) (impact resistance can be improved as the ultrasonic sensor 100).

また、本実施形態においては、送信機能を有する圧電振動子110を複数備え、送信用の複数の圧電振動子110から、同時に超音波が送信される例を示した。これによれば、送信用の圧電振動子110を1つ有する構成に比べて音圧を稼ぐことができるので、指向性を狭くし、検出距離を長くすることができる。   In the present embodiment, an example in which a plurality of piezoelectric vibrators 110 having a transmission function are provided and ultrasonic waves are simultaneously transmitted from the plurality of piezoelectric vibrators 110 for transmission has been described. According to this, since the sound pressure can be increased as compared with the configuration having one transmission piezoelectric vibrator 110, the directivity can be narrowed and the detection distance can be lengthened.

また、それぞれの圧電振動子110が、送信用の機能と受信用の機能を兼ねる例を示した。しかしながら、送信機能又は受信機能のみを有する圧電振動子110を備える構成としても良い。導波管130は、少なくとも受信用の圧電振動子110に対応して配置されれば良い。本実施形態に示したように、送信用の圧電振動子110(本実施形態においては送受信兼用)に対しても導波管130が配置されると、開口端133の形状及び大きさによって、送信波の指向性も制御することができる。さらに、送信用の圧電振動子110を複数有しつつ、開口端133の開口間隔dを超音波の波長に対して半波長以下とすると、サイドローブ(副極)を互いに打ち消しあい、指向性をより狭めることができる。   In addition, an example is shown in which each piezoelectric vibrator 110 has both a transmission function and a reception function. However, a configuration including the piezoelectric vibrator 110 having only a transmission function or a reception function may be employed. The waveguide 130 may be disposed corresponding to at least the receiving piezoelectric vibrator 110. As shown in the present embodiment, when the waveguide 130 is disposed also for the transmission piezoelectric vibrator 110 (also used for transmission / reception in the present embodiment), transmission is performed depending on the shape and size of the open end 133. Wave directivity can also be controlled. Furthermore, when the transmission interval of the opening end 133 is set to a half wavelength or less with respect to the wavelength of the ultrasonic wave while having a plurality of transmission piezoelectric vibrators 110, the side lobes (sub-poles) cancel each other and directivity is improved. It can be narrower.

また、本実施形態においては、それぞれの管部132において、開口部133の開口形状及び大きさを等しくしている。したがって、サイドローブ(副極)をきれいに打ち消すことができるので、合成指向性を制御しやすい。   In the present embodiment, the opening shape and the size of the opening 133 are made equal in each tube portion 132. Therefore, the side lobe (sub-pole) can be canceled out neatly, so that the composite directivity can be easily controlled.

また、本実施形態においては、圧電振動子110を含む筐体120が、振動吸収部材124を介して導波管130の基材131に固定される例を示した。しかしながら、基材131が不要振動を伝達しにくい材料(例えばゴム)からなる場合には、振動吸収部材124を不要とすることもできる。   In the present embodiment, the case 120 including the piezoelectric vibrator 110 is fixed to the base 131 of the waveguide 130 via the vibration absorbing member 124. However, when the base material 131 is made of a material that hardly transmits unnecessary vibration (for example, rubber), the vibration absorbing member 124 can be omitted.

また、本実施形態においては、振動面側の開口端136の開口面積が振動面(外面123)と略同一とされる例を示した。しかしながら、振動面側の開口端136の開口面積を振動面(外面123)よりも小さい面積としても良い。この場合も、外面123と開口端136との間には、振動板としての底面部121の振動を抑制せず、且つ、超音波が漏れない程度の僅かな隙間が設けた構成とすれば良い。   Further, in the present embodiment, an example in which the opening area of the opening end 136 on the vibration surface side is substantially the same as that of the vibration surface (outer surface 123) is shown. However, the opening area of the opening end 136 on the vibration surface side may be smaller than the vibration surface (outer surface 123). Also in this case, a configuration may be adopted in which a slight gap is provided between the outer surface 123 and the opening end 136 so as not to suppress the vibration of the bottom surface portion 121 as a diaphragm and to prevent leakage of ultrasonic waves. .

また、本実施形態においては、基材131(管部132の開口端136)が振動面である外面123に接触されない例を示した。しかしながら、基材131(管部132の開口端136)が外面123の一部と接触され、外面123のうち、基材131によって振動が拘束された部位以外を振動面とするように構成しても良い。   Moreover, in this embodiment, the example which the base material 131 (opening end 136 of the pipe part 132) is not contacted with the outer surface 123 which is a vibration surface was shown. However, the base material 131 (the open end 136 of the pipe portion 132) is in contact with a part of the outer surface 123, and a part other than the part of the outer surface 123 where the vibration is restrained by the base material 131 is used as the vibration surface. Also good.

また、本実施形態においては、管部132の断面形状を円形状とする例を示したが、管部132の断面形状は上記例に限定されるものではない。例えば矩形状や矩形以外の多角形状としても良い。しかしながら、円に近づくほど超音波の干渉を低減することができるので、好ましくは本実施形態に示すように円断面とすると良い。   Moreover, in this embodiment, although the cross-sectional shape of the pipe part 132 was shown circular, the cross-sectional shape of the pipe part 132 is not limited to the said example. For example, a rectangular shape or a polygonal shape other than a rectangle may be used. However, since the interference of ultrasonic waves can be reduced as it approaches the circle, it is preferable to use a circular cross section as shown in this embodiment.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態を、図3に基づいて説明する。図3は、第2実施形態に係る超音波センサ100の概略構成を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のB−B線に沿う断面図である。なお、図3(a),(b)は、それぞれ図1(a),(b)に対応している。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described based on FIG. 3A and 3B are diagrams illustrating a schematic configuration of the ultrasonic sensor 100 according to the second embodiment, in which FIG. 3A is a plan view and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 3 (a) and 3 (b) correspond to FIGS. 1 (a) and 1 (b), respectively.

第2実施形態に係る超音波センサ100及び当該超音波センサ100を含む障害物検出装置は、第1実施形態に示した超音波センサ100及び当該超音波センサ100を含む障害物検出装置と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第1実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。   The ultrasonic sensor 100 according to the second embodiment and the obstacle detection device including the ultrasonic sensor 100 are common to the ultrasonic sensor 100 and the obstacle detection device including the ultrasonic sensor 100 illustrated in the first embodiment. However, since there are many cases, detailed descriptions of common parts will be omitted, and different parts will be described mainly. In addition, the same code | symbol shall be provided to the element same as the element shown in 1st Embodiment.

第1実施形態においては、導波管130の各管部132内に、車両外部と同一の媒体(空気)が配置される例を示した。これに対し、本実施形態においては、図3(a),(b)に示すように、管部132内が、車両外部の媒体(空気)と筐体120の底面部121(一例としてアルミニウム)との間の音響インピーダンスを有する音響整合部材140によって満たされている点を特徴とする。なお、音響インピーダンス(kg/ms)は、媒体固有の値で、ρc(ρ:密度、c:音速)によって決定される。空気の音響インピーダンスは4.1×10(15℃)あり、アルミニウムの音響インピーダンスは1.4×10である。 In the first embodiment, an example in which the same medium (air) as that outside the vehicle is arranged in each tube portion 132 of the waveguide 130 has been described. On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIGS. 3A and 3B, the inside of the pipe portion 132 is a medium (air) outside the vehicle and the bottom surface portion 121 of the casing 120 (aluminum as an example). It is characterized by being filled with an acoustic matching member 140 having an acoustic impedance between and. The acoustic impedance (kg / m 2 s) is a value specific to the medium and is determined by ρc (ρ: density, c: sound velocity). The acoustic impedance of air is 4.1 × 10 2 (15 ° C.), and the acoustic impedance of aluminum is 1.4 × 10 7 .

超音波は、音響インピーダンスの異なる部材間において、その音響インピーダンスの差が大きいほど、反射量が増加する特性を有している。音響整合部材140は、上述したように、その音響インピーダンスが、車両外部の雰囲気と筐体120の底面部121の音響インピーダンスとの間の値となっている。したがって、本実施形態に係る超音波センサ100及び当該超音波センサ100を含む障害物検出装置によれば、車両外部と音響整合部材140の間、さらには音響整合部材140と筐体120の底面部121との間における超音波反射量を低減することができ、ひいては車両外部と筐体120の底面部121(圧電振動子110)との間の超音波の伝達量を、音響整合部材140が配置されない構成よりも増加することができる。   Ultrasonic waves have a characteristic that the amount of reflection increases as the difference in acoustic impedance increases between members having different acoustic impedances. As described above, the acoustic impedance of the acoustic matching member 140 is a value between the atmosphere outside the vehicle and the acoustic impedance of the bottom surface portion 121 of the housing 120. Therefore, according to the ultrasonic sensor 100 and the obstacle detection device including the ultrasonic sensor 100 according to the present embodiment, between the outside of the vehicle and the acoustic matching member 140, and further, the bottom surface portion of the acoustic matching member 140 and the casing 120 The acoustic reflection member 140 can reduce the amount of ultrasonic reflection between the acoustic vehicle 121 and the ultrasonic transmission amount between the outside of the vehicle and the bottom surface part 121 (piezoelectric vibrator 110) of the housing 120. It can be increased over a configuration that is not.

また、図1(a),(b)に示すように、音響整合部材140が、開口部133を閉塞するように、それぞれの管部132内に隙間なく配置されている。したがって、飛び石、水、洗車時のワックスといった異物の管部132内への侵入を防ぐことができる。すなわち、当該異物による検出精度低下を防ぐことができる。また、筐体120の振動面(外面123)への異物(特に飛び石)の衝突を確実に防ぐことができるので、筐体120の底面部121や圧電振動子110の破損を防止する(超音波センサ100として耐衝撃性を向上する)ことができる。なお、本実施形態においては、音響整合部材140のうち、バンパ10の貫通孔13を介して外部に露出される部分が、開口端133の開口面と面一となっている。したがって、見栄え上も好ましい構成となっている。   Further, as shown in FIGS. 1A and 1B, the acoustic matching member 140 is disposed in the respective tube portions 132 without a gap so as to close the opening 133. Accordingly, it is possible to prevent foreign matters such as stepping stones, water, and wax during car washing from entering the pipe portion 132. That is, it is possible to prevent the detection accuracy from being lowered due to the foreign matter. In addition, it is possible to reliably prevent the collision of foreign matter (particularly stepping stone) with the vibration surface (outer surface 123) of the housing 120, so that the bottom surface 121 of the housing 120 and the piezoelectric vibrator 110 are prevented from being damaged (ultrasonic waves). The impact resistance of the sensor 100 can be improved. In the present embodiment, a portion of the acoustic matching member 140 that is exposed to the outside through the through hole 13 of the bumper 10 is flush with the opening surface of the opening end 133. Therefore, it has a preferable configuration from the viewpoint of appearance.

なお、音響整合部材140としては、上述の条件を満たすものであれば採用が可能であるが、好ましくは、車両外部の媒体(空気)と筐体120の底面部121を構成する材料(アルミニウム)のうち、車両外部の媒体に近い値を有するものを採用すると良い。このような音響整合部材140としては、例えばポーラス状(多孔状)に構成されたものや多数のビーズ(空気を含む)を内包させたもののように、密度を小さくしたものを採用することができる。このような音響整合部材140を採用すると、筐体120の底面部121を構成する材料に近い値のものを採用する場合に比べて、車両外部の媒体(空気)と音響整合部材140との間における超音波反射量を低減することができる。また、圧電振動子110の振動及び/又は反射波を受けて、振動面としての外面123を振動させすくすることができる。   The acoustic matching member 140 can be used as long as it satisfies the above-mentioned conditions. Preferably, the material (aluminum) that constitutes the medium (air) outside the vehicle and the bottom surface portion 121 of the housing 120 is used. Of these, the one having a value close to the medium outside the vehicle may be adopted. As such an acoustic matching member 140, for example, a member having a reduced density, such as a member configured in a porous shape (porous shape) or a member including a large number of beads (including air) can be used. . When such an acoustic matching member 140 is employed, the space between the medium (air) outside the vehicle and the acoustic matching member 140 is larger than when a material close to the material constituting the bottom surface portion 121 of the housing 120 is employed. The amount of ultrasonic reflection at can be reduced. Further, the outer surface 123 as the vibration surface can be vibrated by receiving the vibration and / or the reflected wave of the piezoelectric vibrator 110.

(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態を、図4に基づいて説明する。図4は、第3実施形態に係る超音波センサ100の概略構成を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のC−C線に沿う断面図である。なお、図4(a),(b)は、それぞれ図1(a),(b)に対応している。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4A and 4B are diagrams illustrating a schematic configuration of an ultrasonic sensor 100 according to the third embodiment, in which FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 4 (a) and 4 (b) correspond to FIGS. 1 (a) and 1 (b), respectively.

第3実施形態に係る超音波センサ100は、第1実施形態に示した超音波センサ100と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第1実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。   Since the ultrasonic sensor 100 according to the third embodiment is common in common with the ultrasonic sensor 100 shown in the first embodiment, the detailed description of the common parts will be omitted below, and different parts will be described mainly. . In addition, the same code | symbol shall be provided to the element same as the element shown in 1st Embodiment.

第1実施形態においては、1つの基材131に対して複数の管部132が設けられ、1つの導波管130として一体化された例を示した。これに対し、本実施形態においては、図4(a),(b)に示すように、圧電振動子110に対応して管部132が複数に分離され、1つの導波管130(基材131)に1つの管部132を備える構成とした点を特徴とする。より具体的には、第1実施形態に示した基材131が、路面に対して水平方向に沿う方向及び垂直方向に沿う方向で分割された構成となっており、1つの管部132を備える4つの導波管130(基材131)を有している。そして、各分割面間に基材131とは音響インピーダンスの異なる不要振動低減部材150が配置された状態で、同一のケース151内に収容されて保持されている。不要振動低減部材150は、導波管130(基材131)間で伝達される不要振動を低減するためのものであり、上述した振動吸収部材124同様、例えばシリコン製ゴムやポリウレタン等によって構成されている。なお、ケース151に各導波管130が保持された状態で、上述以外の構成は、第1実施形態に示した超音波センサ100と同じとされている。   In the first embodiment, an example in which a plurality of tube portions 132 are provided for one base member 131 and integrated as one waveguide 130 has been described. In contrast, in the present embodiment, as shown in FIGS. 4A and 4B, the tube portion 132 is separated into a plurality of parts corresponding to the piezoelectric vibrator 110, and one waveguide 130 (base material) is formed. 131) is characterized in that it includes a single pipe portion 132. More specifically, the base material 131 shown in the first embodiment is configured to be divided in the direction along the horizontal direction and the direction along the vertical direction with respect to the road surface, and includes one pipe portion 132. It has four waveguides 130 (base material 131). And the unnecessary vibration reduction member 150 in which acoustic impedance differs from the base material 131 is arrange | positioned between each division surface, and it accommodates and hold | maintains in the same case 151. FIG. The unnecessary vibration reducing member 150 is for reducing unnecessary vibration transmitted between the waveguides 130 (base material 131), and is made of, for example, silicon rubber, polyurethane, or the like, similar to the vibration absorbing member 124 described above. ing. In addition, in the state where each waveguide 130 is held in the case 151, the configuration other than the above is the same as that of the ultrasonic sensor 100 shown in the first embodiment.

このように本実施形態に係る超音波センサ100及び当該超音波センサ100を含む障害物検出装置によれば、基材131が1つの管部132ごとに分割されているので、第1実施形態に示した構成に比べて、導波管130(管部132)の間で伝達される不要振動を低減することができる。さらに、本実施形態においては、基材131の各分割面間に不要振動低減部材150を配置しているので、不要振動をより効果的に低減することができる。   As described above, according to the ultrasonic sensor 100 and the obstacle detection apparatus including the ultrasonic sensor 100 according to the present embodiment, since the base material 131 is divided for each one pipe portion 132, the first embodiment is used. Compared to the illustrated configuration, unnecessary vibration transmitted between the waveguides 130 (tube portions 132) can be reduced. Furthermore, in this embodiment, the unnecessary vibration reducing member 150 is disposed between the divided surfaces of the base material 131, so that unnecessary vibration can be more effectively reduced.

なお、本実施形態に示した構成は、第1実施形態に示した構成のみならず、第2実施形態に示した構成と組み合わせることもできる。   The configuration shown in the present embodiment can be combined not only with the configuration shown in the first embodiment but also with the configuration shown in the second embodiment.

(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態を、図5に基づいて説明する。図5は、第4実施形態に係る超音波センサ100の概略構成を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のD−D線に沿う断面図である。なお、図5(a),(b)は、それぞれ図1(a),(b)に対応している。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5A and 5B are diagrams illustrating a schematic configuration of an ultrasonic sensor 100 according to the fourth embodiment. FIG. 5A is a plan view, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG. 5A and 5B correspond to FIGS. 1A and 1B, respectively.

第4実施形態に係る超音波センサ100及び当該超音波センサ100を含む障害物検出装置は、第1実施形態に示した超音波センサ100及び当該超音波センサ100を含む障害物検出装置と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第1実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。   The ultrasonic sensor 100 according to the fourth embodiment and the obstacle detection device including the ultrasonic sensor 100 are common to the ultrasonic sensor 100 and the obstacle detection device including the ultrasonic sensor 100 illustrated in the first embodiment. However, since there are many cases, detailed descriptions of common parts will be omitted, and different parts will be described mainly. In addition, the same code | symbol shall be provided to the element same as the element shown in 1st Embodiment.

第1実施形態においては、バンパ10側の開口端133の開口面積が、振動面である外面123の面積よりも小さく、且つ、振動面側の開口端136の開口面積よりも小さい例を示した。すなわち、管部132において、開口端133から開口端136(振動面)に向けて管径(断面積)が大きくなる例を示した。このような構成においては、反射波(受信波)の進行方向に対して、管部132の管径(断面積)が大きくなっているので、反射波に対しては管部132内での干渉を低減することができる。しかしながら、送信波の進行方向に対しては、管部132の管径(断面積)が小さくなるので、送信用としては管部132内での干渉が懸念される。   In the first embodiment, an example in which the opening area of the opening end 133 on the bumper 10 side is smaller than the area of the outer surface 123 that is the vibration surface and smaller than the opening area of the opening end 136 on the vibration surface side is shown. . That is, in the pipe portion 132, an example in which the pipe diameter (cross-sectional area) increases from the opening end 133 toward the opening end 136 (vibration surface) is shown. In such a configuration, since the tube diameter (cross-sectional area) of the tube portion 132 is larger with respect to the traveling direction of the reflected wave (received wave), interference in the tube portion 132 is caused with respect to the reflected wave. Can be reduced. However, since the tube diameter (cross-sectional area) of the tube portion 132 is small with respect to the traveling direction of the transmission wave, there is a concern about interference in the tube portion 132 for transmission.

これに対し、本実施形態においては、例えば図5(a),(b)に示すように、断面円形状の管部132を採用しており、バンパ10側の開口端133の開口面積を、振動面である外面123の面積よりも小さく、且つ、振動面側の開口端136の開口面積よりも大きくしている。換言すれば、開口端133から開口端136(振動面)に向けて管径(断面積)を小さくしている。なお、車両の外部から見て、開口端136が外面123と重なるように配置されており、外面123と開口端136との間には、振動板としての底面部121の振動を抑制せず、且つ、超音波が漏れない程度の僅かな隙間が設けられている。また、図5(a)においては、第1実施形態で示した外面123の図示を省略し、開口端136を図示している。   On the other hand, in this embodiment, as shown in FIGS. 5A and 5B, for example, a pipe section 132 having a circular cross section is used, and the opening area of the opening end 133 on the bumper 10 side is set as follows. It is smaller than the area of the outer surface 123 that is the vibration surface and larger than the opening area of the opening end 136 on the vibration surface side. In other words, the tube diameter (cross-sectional area) is reduced from the opening end 133 toward the opening end 136 (vibration surface). The opening end 136 is arranged so as to overlap the outer surface 123 when viewed from the outside of the vehicle, and the vibration of the bottom surface portion 121 as a diaphragm is not suppressed between the outer surface 123 and the opening end 136. In addition, a slight gap is provided so that ultrasonic waves do not leak. In FIG. 5A, the outer surface 123 shown in the first embodiment is not shown, and the open end 136 is shown.

このように、本実施形態に係る超音波センサ100及び当該超音波センサ100を含む障害物検出装置によれば、特に送信波を、外面123から開口端133まで効率よく伝達させることができる。   As described above, according to the ultrasonic sensor 100 and the obstacle detection device including the ultrasonic sensor 100 according to the present embodiment, it is possible to efficiently transmit the transmission wave from the outer surface 123 to the opening end 133 in particular.

なお、本実施形態においては、第1実施形態同様、全ての圧電振動子110を送受信兼用としている。したがって、反射波の進行方向に対しては、管部132の管径(断面積)が小さくなるので、受信用としては管部132内での干渉が懸念される。そこで、例えば図6に示すように、圧電振動子110を送信専用の圧電振動子110aと受信専用の圧電振動子110bに分け、管部132も、本実施形態に示したように送信に適した管部132a(開口端133a,136a)と、第1実施形態に示したように受信に適した管部132b(開口部133b,136b)とに分けた構成とすると良い。このような構成とすると、送受信ともに超音波の伝達効率を向上することができる。図6は、変形例を示す断面図である。   In the present embodiment, as in the first embodiment, all the piezoelectric vibrators 110 are used for both transmission and reception. Therefore, since the tube diameter (cross-sectional area) of the tube portion 132 is small with respect to the traveling direction of the reflected wave, there is a concern about interference in the tube portion 132 for reception. Therefore, for example, as shown in FIG. 6, the piezoelectric vibrator 110 is divided into a piezoelectric vibrator 110a dedicated to transmission and a piezoelectric vibrator 110b dedicated to reception, and the tube portion 132 is also suitable for transmission as shown in this embodiment. The pipe part 132a (opening ends 133a and 136a) and the pipe part 132b (opening parts 133b and 136b) suitable for reception as shown in the first embodiment may be used. With such a configuration, transmission efficiency of ultrasonic waves can be improved for both transmission and reception. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a modification.

また、本実施形態においては、管部132の断面形状を円形状とする例を示したが、管部132の断面形状は上記例に限定されるものではない。例えば矩形状や矩形以外の多角形状としても良い。しかしながら、円に近づくほど超音波の干渉を低減することができるので、好ましくは本実施形態に示すように円断面とすると良い。   Moreover, in this embodiment, although the cross-sectional shape of the pipe part 132 was shown circular, the cross-sectional shape of the pipe part 132 is not limited to the said example. For example, a rectangular shape or a polygonal shape other than a rectangle may be used. However, since the interference of ultrasonic waves can be reduced as it approaches the circle, it is preferable to use a circular cross section as shown in this embodiment.

なお、本実施形態に示した構成(変形例を含む)は、第1実施形態に示した構成のみならず、第2実施形態や第3実施形態に示した構成と組み合わせることもできる。   Note that the configuration (including modifications) shown in the present embodiment can be combined not only with the configuration shown in the first embodiment, but also with the configuration shown in the second embodiment or the third embodiment.

(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態を、図7に基づいて説明する。図7は、第5実施形態に係る超音波センサ100の概略構成を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のE−E線に沿う断面図である。なお、図7(a),(b)は、それぞれ図1(a),(b)に対応している。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7A and 7B are diagrams showing a schematic configuration of an ultrasonic sensor 100 according to the fifth embodiment. FIG. 7A is a plan view, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along line EE in FIG. 7A and 7B correspond to FIGS. 1A and 1B, respectively.

第5実施形態に係る超音波センサ100及び当該超音波センサ100を含む障害物検出装置は、第1実施形態及び第4実施形態に示した超音波センサ100及び当該超音波センサ100を含む障害物検出装置と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第1実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。   The ultrasonic sensor 100 according to the fifth embodiment and the obstacle detection device including the ultrasonic sensor 100 include the ultrasonic sensor 100 and the obstacle including the ultrasonic sensor 100 illustrated in the first embodiment and the fourth embodiment. Since there are many places in common with the detection apparatus, detailed description of the common parts will be omitted below, and different parts will be described mainly. In addition, the same code | symbol shall be provided to the element same as the element shown in 1st Embodiment.

第1実施形態においては、管部132の管径(断面積)を、開口端133から開口端136(振動面)に向けて大きくする例を示した。また、第4実施形態においては、管部132の管径(断面積)を、開口端133から開口端136(振動面)に向けて小さくする例を示した。これに対し、本実施形態においては、例えば図7(a),(b)に示すように、断面円形状の管部132内において、管径を一定としている。換言すれば、同一の管部132において、バンパ10側の開口端133と振動面側の開口端136との間で、断面形状及び断面積をそれぞれ一定としている。なお、本実施形態においても、車両の外部から見て、開口端136が外面123と重なるように配置されており、外面123と開口端136との間には、振動板としての底面部121の振動を抑制せず、且つ、超音波が漏れない程度の僅かな隙間が設けられている。また、図7(a)においては、第1実施形態で示した外面123の図示を省略し、開口端136を図示している。   In the first embodiment, an example in which the tube diameter (cross-sectional area) of the tube portion 132 is increased from the opening end 133 toward the opening end 136 (vibration surface) is shown. Moreover, in 4th Embodiment, the example which makes the pipe diameter (cross-sectional area) of the pipe part 132 small toward the opening end 136 (vibration surface) from the opening end 133 was shown. On the other hand, in this embodiment, as shown in FIGS. 7A and 7B, for example, the tube diameter is constant in the tube section 132 having a circular cross section. In other words, in the same pipe portion 132, the cross-sectional shape and the cross-sectional area are made constant between the opening end 133 on the bumper 10 side and the opening end 136 on the vibration surface side. Also in this embodiment, the opening end 136 is disposed so as to overlap the outer surface 123 when viewed from the outside of the vehicle, and the bottom surface portion 121 as a diaphragm is interposed between the outer surface 123 and the opening end 136. A slight gap is provided such that vibration is not suppressed and ultrasonic waves do not leak. In FIG. 7A, the outer surface 123 shown in the first embodiment is not shown, and the open end 136 is shown.

このように、本実施形態に係る超音波センサ100及び当該超音波センサ100を含む障害物検出装置によれば、断面形状及び管径(断面積)が一定であるので、管部132内における送信波又は反射波の干渉を低減することができる。すなわち、送信波又は反射波を、外面123と開口端133との間で効率よく伝達させることができる。   As described above, according to the ultrasonic sensor 100 and the obstacle detection apparatus including the ultrasonic sensor 100 according to the present embodiment, the cross-sectional shape and the pipe diameter (cross-sectional area) are constant. The interference of waves or reflected waves can be reduced. That is, the transmitted wave or the reflected wave can be efficiently transmitted between the outer surface 123 and the open end 133.

なお、本実施形態においては、第1実施形態同様、全ての圧電振動子110を送受信兼用とし、全ての管部132において、断面形状及び管径(断面積)をそれぞれ一定としている。しかしながら、複数の管部132として、本実施形態に示した管部132とともに、第1実施形態に示した管部132及び第4実施形態に示した管部132の少なくとも一方を有する構成としても良い。   In the present embodiment, as in the first embodiment, all the piezoelectric vibrators 110 are used for transmission and reception, and the cross-sectional shape and the pipe diameter (cross-sectional area) are constant in all the pipe portions 132. However, the plurality of tube portions 132 may include at least one of the tube portion 132 shown in the first embodiment and the tube portion 132 shown in the fourth embodiment together with the tube portion 132 shown in the present embodiment. .

また、本実施形態においては、管部132の断面形状を円形状とする例を示したが、管部132の断面形状は上記例に限定されるものではない。例えば矩形状や矩形以外の多角形状としても良い。いずれの断面形状においても、バンパ10側の開口端133と振動面側の開口端136との間で断面積を一定とすれば良い。しかしながら、円に近づくほど送信波又は反射波の干渉を低減することができるので、好ましくは本実施形態に示すように円断面とすると良い。   Moreover, in this embodiment, although the cross-sectional shape of the pipe part 132 was shown circular, the cross-sectional shape of the pipe part 132 is not limited to the said example. For example, a rectangular shape or a polygonal shape other than a rectangle may be used. In any cross-sectional shape, the cross-sectional area may be constant between the opening end 133 on the bumper 10 side and the opening end 136 on the vibration surface side. However, the closer to the circle, the more the interference of the transmitted wave or reflected wave can be reduced. Therefore, a circular cross section is preferable as shown in the present embodiment.

また、本実施形態に示した構成を、第2実施形態に示した構成や第3実施形態に示した構成と組み合わせることもできる。   Further, the configuration shown in the present embodiment can be combined with the configuration shown in the second embodiment or the configuration shown in the third embodiment.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。   The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本実施形態においては、移動体としての車両のバンパ10に、超音波センサ100が取り付けられる例を示した。しかしながら、移動体は車両に限定されるものではなく、被取り付け部もバンパ10に限定されるものではない。車両であっても、例えばボディに取り付けることができる。   In this embodiment, the example in which the ultrasonic sensor 100 is attached to the bumper 10 of the vehicle as a moving body is shown. However, the moving body is not limited to the vehicle, and the attached portion is not limited to the bumper 10. Even a vehicle can be attached to a body, for example.

本実施形態においては、複数の管部132において、バンパ10の外面12側に露出する開口端133の開口形状が円形である例を示した。しかしながら、それぞれの開口端133の開口形状を、例えば図8に示すように、開口面の直交する2軸方向(図8においては、図1同様、路面に対して水平方向と垂直方向)において、長さが異なる形状としても良い。これによれば、2軸方向において、指向性を異なるものとする(偏指向性を持たせる)ことができる。なお、図8に示す構成によれば、開口幅が水平方向に狭く、垂直方向に広いので、水平方向に広く、垂直方向に狭い指向性とすることができる。図8は、変形例を示す平面図であり、図1(a)に対応している。   In the present embodiment, an example in which the opening shape of the opening end 133 exposed to the outer surface 12 side of the bumper 10 is circular in the plurality of pipe portions 132 is shown. However, the opening shape of each opening end 133 is, for example, as shown in FIG. 8, in the biaxial direction perpendicular to the opening surface (in FIG. 8, as in FIG. 1, the horizontal direction and the vertical direction with respect to the road surface) It is good also as a shape from which length differs. According to this, it is possible to make the directivities different (provide partial directivity) in the biaxial directions. According to the configuration shown in FIG. 8, since the opening width is narrow in the horizontal direction and wide in the vertical direction, the directivity can be wide in the horizontal direction and narrow in the vertical direction. FIG. 8 is a plan view showing a modified example, and corresponds to FIG.

本実施形態においては、複数の管部132において、バンパ10の外面12側に露出する開口端133の開口形状及び大きさが全て等しく設定される例を示した。しかしながら、例えば図9に示すように、開口形状が複数(少なくとも1つの開口端133が他の開口端133とは異なる)に設定されても良い。超音波センサ100の指向性は、開口端133の形状及び大きさによって決定されるので、開口形状に応じて指向性を切り替えることができる。なお、図9に示す構成においては、4つの開口端133のうち、2つを開口幅が水平方向に狭く、垂直方向に広いものとし、残りの2つを、水平方向に広く、垂直方向に狭いものとしている。図9は、変形例を示す平面図であり、図1(a)に対応している。   In the present embodiment, an example in which the opening shapes and sizes of the opening ends 133 exposed on the outer surface 12 side of the bumper 10 are all set equal in the plurality of pipe portions 132 has been described. However, for example, as shown in FIG. 9, a plurality of opening shapes (at least one opening end 133 is different from other opening ends 133) may be set. Since the directivity of the ultrasonic sensor 100 is determined by the shape and size of the opening end 133, the directivity can be switched according to the opening shape. In the configuration shown in FIG. 9, two of the four opening ends 133 are narrow in the horizontal direction and wide in the vertical direction, and the other two are wide in the horizontal direction and vertically. It is narrow. FIG. 9 is a plan view showing a modification, and corresponds to FIG.

本実施形態においては、路面に対する垂直方向及び水平方向のそれぞれにおいて、障害物の方位を広範囲で検出すべく、受信機能を備えた圧電振動子110を4つ有し、対応する開口端133が、バンパ10の外面12側に露出する基材131に対して各方向に2個ずつ並設された例を示した。しかしながら、圧電振動子110の個数及び開口端133の配置は上記例に限定されるものではない。少なくとも2つの受信機能を有する圧電振動子110を含み、障害物検出装置がこれらの受信信号の位相差に基づいて障害物の方位を算出すべく、開口端133が並設されていれば良い。例えば、図10(a)に示すように、受信機能を有する2つの圧電振動子110に対応して、2つの開口端133が路面に対して水平方向に並設された構成としても良い。また、図10(b)に示すように、図10(a)に対して、受信機能を有する3つの圧電振動子110に対応して、三角配置された構成としても良い。図10(a)に示す構成の場合、路面に対する水平方向において、広範囲で障害物の方位を検出することができる。また、図10(b)に示す構成の場合、第1実施形態に示す構成同様、路面に対する水平方向及び垂直方向において、それぞれ広範囲で障害物の方位を検出することができる。また、第1実施形態に示す構成よりも圧電振動子110と対応する管部132の個数が少ないので、構成を簡素化し、コストを低減することができる。図10は、(a),(b)ともに変形例を示す平面図であり、図1(a)に対応している。   In this embodiment, in order to detect the direction of the obstacle in a wide range in each of the vertical direction and the horizontal direction with respect to the road surface, the piezoelectric vibrator 110 having four reception functions is provided, and the corresponding opening end 133 is An example in which two substrates 131 are arranged in parallel in each direction with respect to the base material 131 exposed on the outer surface 12 side of the bumper 10 is shown. However, the number of piezoelectric vibrators 110 and the arrangement of the open ends 133 are not limited to the above example. It is sufficient that the piezoelectric vibrator 110 having at least two reception functions is included, and the obstacle detection device is provided with the opening end 133 in parallel so that the obstacle detection device calculates the direction of the obstacle based on the phase difference between these reception signals. For example, as shown in FIG. 10A, a configuration may be adopted in which two open ends 133 are juxtaposed in the horizontal direction with respect to the road surface, corresponding to the two piezoelectric vibrators 110 having a receiving function. Further, as shown in FIG. 10B, a configuration may be adopted in which triangular arrangement is provided corresponding to the three piezoelectric vibrators 110 having a receiving function with respect to FIG. In the case of the configuration shown in FIG. 10A, the direction of the obstacle can be detected in a wide range in the horizontal direction with respect to the road surface. In the case of the configuration shown in FIG. 10B, the direction of the obstacle can be detected in a wide range in the horizontal direction and the vertical direction with respect to the road surface, similarly to the configuration shown in the first embodiment. In addition, since the number of tube portions 132 corresponding to the piezoelectric vibrator 110 is smaller than the configuration shown in the first embodiment, the configuration can be simplified and the cost can be reduced. FIG. 10 is a plan view showing a modification of both (a) and (b), and corresponds to FIG. 1 (a).

本実施形態においては、4つの管部132のうち、バンパ10側の開口端133の開口下部位置が、振動面側の開口端136の下部位置よりも、重力方向において上方に位置する2つの管部132を含む例を示した。すなわち、管部132が開口端133から開口端136(外面123)に向けて、下方に傾斜する例を示した。このような構成の管部132においては、管部132内に第2実施形態に示した音響整合部材140が満たされていないと、石、水、泥など異物が侵入する恐れがある。すなわち、異物によって検出精度が低下する恐れがある。したがって、複数の管部132として、例えば図11に示すように、バンパ10側の開口端133の開口下部位置が、振動面側の開口端136の下部位置よりも、重力方向において下方に位置する管部132のみを含むようにすると良い。すなわち、開口端133から開口端136(外面123)に向けて、上方に傾斜するように、管部132を構成すると良い。このような構成とすると、下方に傾斜する構成に比べて、管部132内への異物の浸入を抑制することができる。なお、図11に示す構成は、図10(a)に示したように、2つの開口端133が路面に対して水平方向に並設された構成においてそれぞれの管部132に適用されている。図11は、変形例を示す断面図である。   In the present embodiment, of the four pipe portions 132, two pipes in which the opening lower position of the opening end 133 on the bumper 10 side is located higher in the direction of gravity than the lower position of the opening end 136 on the vibration surface side. The example including the part 132 was shown. That is, an example in which the pipe portion 132 is inclined downward from the opening end 133 toward the opening end 136 (outer surface 123) is shown. In the pipe part 132 having such a configuration, if the acoustic matching member 140 shown in the second embodiment is not filled in the pipe part 132, there is a possibility that foreign matters such as stones, water, and mud may enter. That is, there is a possibility that the detection accuracy may be reduced due to the foreign matter. Accordingly, as shown in FIG. 11, for example, as shown in FIG. 11, the lower opening position of the opening end 133 on the bumper 10 side is positioned lower in the gravity direction than the lower position of the opening end 136 on the vibration surface side. It is preferable to include only the tube portion 132. That is, it is preferable to configure the tube portion 132 so as to incline upward from the opening end 133 toward the opening end 136 (the outer surface 123). With such a configuration, intrusion of foreign matter into the tube portion 132 can be suppressed as compared with a configuration inclined downward. In addition, the structure shown in FIG. 11 is applied to each pipe part 132 in the structure by which the two opening ends 133 were arranged in parallel with the road surface, as shown to Fig.10 (a). FIG. 11 is a cross-sectional view showing a modification.

本実施形態においては、基材131に、管部132に連通する固定用溝134が設けられ、固定用溝134に圧電振動子110を含む筐体120を固定した状態で、振動面である外面123の少なくとも一部が、管部132の開口端136から露出され、管部132を介して超音波を送信乃至受信可能に構成される例を示した。しかしながら、例えば図12に示すように、圧電振動子110を含む筐体120が固定される保持部材160を基材131とは別に設け、接着テープ170を介して基材131に保持部材160を固定した状態で、保持部材160から露出される外面123の少なくとも一部が、管部132の開口端136から露出される構成としても良い。図12に示す構成においては、接着テープ170にスペーサとしての機能を持たせることにより、外面123と開口端136との間に、振動板としての底面部121の振動を抑制せず、且つ、超音波が漏れない程度の僅かな隙間を確保するようにしている。図12は、変形例を示す断面図である。図12においては、接着テープ170によって、基材131に保持部材160を固定する例を示したが、固定方法は上記例に限定されるものではない。   In the present embodiment, the base 131 is provided with a fixing groove 134 communicating with the tube portion 132, and the outer surface which is a vibration surface in a state where the casing 120 including the piezoelectric vibrator 110 is fixed to the fixing groove 134. An example is shown in which at least a part of 123 is exposed from the open end 136 of the tube portion 132 and is configured to be able to transmit or receive ultrasonic waves via the tube portion 132. However, for example, as shown in FIG. 12, a holding member 160 to which the casing 120 including the piezoelectric vibrator 110 is fixed is provided separately from the base material 131, and the holding member 160 is fixed to the base material 131 through an adhesive tape 170. In this state, at least a part of the outer surface 123 exposed from the holding member 160 may be exposed from the open end 136 of the tube portion 132. In the configuration shown in FIG. 12, by giving the adhesive tape 170 a function as a spacer, the vibration of the bottom surface portion 121 as a diaphragm is not suppressed between the outer surface 123 and the open end 136, and A slight gap is secured so that sound waves do not leak. FIG. 12 is a cross-sectional view showing a modification. Although FIG. 12 shows an example in which the holding member 160 is fixed to the base material 131 with the adhesive tape 170, the fixing method is not limited to the above example.

本実施形態においては、隣接する開口端133の間隔dが路面に対して水平方向dxと路面に対して垂直方向dyとで等しい例を示した。しかしながら、開口端133の間隔dは対応する振動面(外面123)間の距離D(Dx,Dy)よりも狭ければ良い。したがって、水平方向dxと垂直方向dyとで異なる間隔に設定されても良い。また、図1(a)におて、対角方向で隣接する(対角位置に在る)2つの開口端133間の間隔を間隔dとしても良い。   In the present embodiment, an example is shown in which the distance d between the adjacent open ends 133 is equal in the horizontal direction dx with respect to the road surface and in the vertical direction dy with respect to the road surface. However, the distance d between the open ends 133 only needs to be narrower than the distance D (Dx, Dy) between the corresponding vibration surfaces (outer surfaces 123). Therefore, different intervals may be set in the horizontal direction dx and the vertical direction dy. In FIG. 1A, a distance between two opening ends 133 that are adjacent in the diagonal direction (in a diagonal position) may be set as a distance d.

第1実施形態に係る超音波センサの概略構成を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図である。It is a figure which shows schematic structure of the ultrasonic sensor which concerns on 1st Embodiment, (a) is a top view, (b) is sectional drawing which follows the AA line of (a). 図1(b)における筐体周囲の拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view around a housing in FIG. 第2実施形態に係る超音波センサの概略構成を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のB−B線に沿う断面図である。It is a figure which shows schematic structure of the ultrasonic sensor which concerns on 2nd Embodiment, (a) is a top view, (b) is sectional drawing which follows the BB line of (a). 第3実施形態に係る超音波センサの概略構成を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のC−C線に沿う断面図である。It is a figure which shows schematic structure of the ultrasonic sensor which concerns on 3rd Embodiment, (a) is a top view, (b) is sectional drawing which follows the CC line of (a). 第4実施形態に係る超音波センサの概略構成を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のD−D線に沿う断面図である。It is a figure which shows schematic structure of the ultrasonic sensor which concerns on 4th Embodiment, (a) is a top view, (b) is sectional drawing which follows the DD line | wire of (a). 変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a modification. 第5実施形態に係る超音波センサの概略構成を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のE−E線に沿う断面図である。It is a figure which shows schematic structure of the ultrasonic sensor which concerns on 5th Embodiment, (a) is a top view, (b) is sectional drawing which follows the EE line of (a). 変形例を示す平面図である。It is a top view which shows a modification. 変形例を示す平面図である。It is a top view which shows a modification. (a),(b)ともに変形例を示す平面図である。(A), (b) is a top view which shows a modification. 変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a modification. 変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a modification.

符号の説明Explanation of symbols

10・・・バンパ(被取り付け部)
100・・・超音波センサ
110・・・圧電振動子
120・・・筐体
121・・・底面部
123・・・外面(振動面)
131・・・基材
132・・・管部(導波管)
133,136・・・開口端
10 ... Bumper (attached part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Ultrasonic sensor 110 ... Piezoelectric vibrator 120 ... Housing 121 ... Bottom part 123 ... Outer surface (vibration surface)
131 ... Base material 132 ... Tube part (waveguide)
133, 136 ... Open end

Claims (17)

移動体の外部に、送信波として超音波を送信する少なくとも1つの送信用の圧電振動子と、
前記送信波の障害物による反射波を受信して、前記反射波の強度に応じた受信信号を出力する複数の受信用の圧電振動子と、
前記圧電振動子をそれぞれ収容するものであって、前記圧電振動子が底面部の内面に接触固定され、前記底面部の外面が振動面とされる筐体と、
一方の開口端が前記移動体の被取り付け部に形成された貫通孔を介して外部に露出され、前記移動体の外部と前記移動体の内部に配置された前記振動面との間で超音波を誘導する導波管と、を備え、
前記導波管は、少なくとも前記受信用の圧電振動子に対応して複数設けられ、前記開口端の開口面積が前記振動面の面積よりも小さく、隣接する前記開口端の開口間隔が隣接する前記振動面の間隔よりも狭く、前記反射波が前記被取り付け部での互いの位相差を保って前記振動面に伝達される長さにそれぞれ設定されており、
複数の前記導波管において、各開口端は、その開口形状が開口面の直交する2軸方向であるx方向及びy方向において長さが異なる形状とされるとともに、前記開口端の開口形状が複数に設定されており、前記開口端として、前記x方向よりも前記y方向の開口幅が狭い開口端と、前記y方向よりも前記x方向の開口幅が狭い開口端を有することを特徴とする超音波センサ。
At least one transmission piezoelectric vibrator that transmits ultrasonic waves as a transmission wave to the outside of the moving body;
A plurality of receiving piezoelectric vibrators for receiving a reflected wave from the obstacle of the transmitted wave and outputting a received signal corresponding to the intensity of the reflected wave;
Housings each of the piezoelectric vibrators, wherein the piezoelectric vibrator is contacted and fixed to the inner surface of the bottom surface portion, and the outer surface of the bottom surface portion is a vibration surface;
One open end is exposed to the outside through a through-hole formed in the attached portion of the moving body, and an ultrasonic wave is generated between the outside of the moving body and the vibration surface disposed inside the moving body. And a waveguide for guiding
The waveguide is provided in a plurality corresponding to at least the receiving piezoelectric vibrator, the opening area of the opening end is smaller than the area of the vibration surface, and the opening interval of the adjacent opening ends is adjacent. The distance between the vibration surfaces is narrower, and the reflected waves are set to lengths that are transmitted to the vibration surface while maintaining the mutual phase difference in the attached portion ,
In each of the plurality of waveguides, each opening end has a shape in which the opening shape has different lengths in the x direction and the y direction, which are biaxial directions perpendicular to the opening surface, and the opening shape of the opening end is The opening end has an opening end whose opening width in the y direction is narrower than the x direction and an opening end whose opening width in the x direction is narrower than the y direction. Ultrasonic sensor to do.
前記x方向よりも前記y方向の開口幅が狭い開口端と、前記y方向よりも前記x方向の開口幅が狭い開口端とが、前記x方向及び前記y方向において、それぞれ配置されていることを特徴とする請求項1に記載の超音波センサ。An opening end whose opening width in the y direction is narrower than the x direction and an opening end whose opening width in the x direction is narrower than the y direction are arranged in the x direction and the y direction, respectively. The ultrasonic sensor according to claim 1. 樹脂材料からなる同一の基材に複数の管部が形成されて、全ての前記導波管が一体化されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の超音波センサ。The ultrasonic sensor according to claim 1, wherein a plurality of tube portions are formed on the same base material made of a resin material, and all the waveguides are integrated. 前記導波管は、前記受信用の圧電振動子に対応して複数に分離されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の超音波センサ。 The ultrasonic sensor according to claim 1 , wherein the waveguide is separated into a plurality corresponding to the receiving piezoelectric vibrator. 分離された複数の前記導波管の間に、前記導波管を構成する材料とは音響インピーダンスの異なる不要振動低減部材が配置されていることを特徴とする請求項4に記載の超音波センサ 5. The ultrasonic sensor according to claim 4 , wherein an unnecessary vibration reducing member having an acoustic impedance different from that of a material constituting the waveguide is disposed between the plurality of separated waveguides. 少なくとも1つの前記導波管において、前記被取り付け部側の開口端の開口面積が、前記振動面側の開口端の開口面積よりも小さいことを特徴とする請求項1〜5いずれか1項に記載の超音波センサ。 In at least one of the waveguide, the opening area of the opening end of the attachment portion side, to claims 1-5 any one, characterized in that less than the opening area of the open end of the vibrating surface The described ultrasonic sensor. 少なくとも1つの前記導波管において、前記被取り付け部側の開口端の開口面積が、前記振動面側の開口端の開口面積よりも大きいことを特徴とする請求項1〜6いずれか1項に記載の超音波センサ。 In at least one of the waveguide, the opening area of the opening end of the attachment portion side, to claims 1-6 any one of being greater than the opening area of the open end of the vibrating surface The described ultrasonic sensor. 少なくとも1つの前記導波管において、前記被取り付け部側の開口端と前記振動面側の開口端との間の断面形状及び断面積がそれぞれ一定とされていることを特徴とする請求項1〜7いずれか1項に記載の超音波センサ。 The cross-sectional shape and the cross-sectional area between the opening end on the attached portion side and the opening end on the vibration surface side are fixed in at least one of the waveguides, respectively . 7 ultrasonic sensor according to any one. 複数の前記圧電振動子のうち、少なくとも1つが送信用と受信用を兼ねていることを特徴とする請求項1〜8いずれか1項に記載の超音波センサ。 The ultrasonic sensor according to claim 1 , wherein at least one of the plurality of piezoelectric vibrators serves both for transmission and reception. 複数の前記導波管は、その長さが全て等しいことを特徴とする請求項1〜9いずれか1項に記載の超音波センサ。 The ultrasonic sensor according to claim 1 , wherein the plurality of waveguides are all equal in length. 前記開口端は、前記被取り付け部の外部側と面一となっていることを特徴とする請求項1〜10いずれか1項に記載の超音波センサ。 The ultrasonic sensor according to claim 1 , wherein the opening end is flush with an external side of the attached portion. 隣接する前記開口端の開口間隔が、前記超音波の波長に対して半波長以下とされていることを特徴とする請求項1〜11いずれか1項に記載の超音波センサ。 The ultrasonic sensor according to any one of claims 1 to 11 , wherein an opening interval between adjacent opening ends is set to a half wavelength or less with respect to a wavelength of the ultrasonic wave. 前記圧電振動子として、送信用を2つ以上有し、
複数の前記送信用の圧電振動子から、同時に前記超音波が送信されることを特徴とする請求項1〜12いずれか1項に記載の超音波センサ。
The piezoelectric vibrator has two or more for transmission,
The ultrasonic sensor according to claim 1 , wherein the ultrasonic waves are transmitted simultaneously from a plurality of the transmitting piezoelectric vibrators.
前記被取り付け部側の前記開口端の開口下部位置が、前記振動面側の開口端の下部位置よりも、重力方向において下方とされていることを特徴とする請求項1〜13いずれか1項に記載の超音波センサ。 The opening lower position of the open end of the attachment portion side, than the lower position of the opening end of the vibrating surface, according to claim 1 to 13 any one, characterized in that there is a downward in the gravitational direction The ultrasonic sensor as described in. 前記導波管は、その管状内部が、前記移動体の外部雰囲気と前記筐体の底面部との間の音響インピーダンスを有する音響整合部材によって満たされていることを特徴とする請求項1〜13いずれか1項に記載の超音波センサ。 The waveguide according to claim 1 to 13 in which the tubular interior, characterized in that it is filled with the acoustic matching member having an acoustic impedance between the bottom portion of the outside atmosphere of the moving body and said casing The ultrasonic sensor according to any one of claims. 前記移動体は車両であり、前記被取り付け部はバンパ又はボディであることを特徴とする請求項1〜15いずれか1項に記載の超音波センサ。 The ultrasonic sensor according to claim 1, wherein the moving body is a vehicle, and the attached portion is a bumper or a body. 請求項1〜16いずれか1項に記載の超音波センサを備え、
複数の前記受信用の圧電振動子の受信信号の位相差に基づいて、前記障害物の方位を検出することを特徴とする障害物検出装置。
The ultrasonic sensor according to any one of claims 1 to 16 , comprising:
An obstacle detection apparatus that detects an orientation of the obstacle based on a phase difference between reception signals of the plurality of reception piezoelectric vibrators.
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