JP5206432B2

JP5206432B2 - Detection device and electronic device

Info

Publication number: JP5206432B2
Application number: JP2009004773A
Authority: JP
Inventors: 学西脇; 司舩坂
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2029-01-13
Also published as: JP2010165028A

Description

この発明は、超音波センサーを備えた検出装置及び電子機器に関するものである。 The present invention relates to a detection apparatus and an electronic apparatus that include an ultrasonic sensor.

従来から、超音波を発信して障害物により反射された超音波を受信する超音波センサーが知られている。このような超音波センサーとして、自動車に搭載された障害物センサーが開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の超音波センサーは、超音波の送受信が可能な素子から超音波を送信して、被検出体に当って反射された超音波をこの素子によって受信する。これにより、自動車の周囲にある物体の位置測定又は距離測定や、その物体の２次元形状または３次元形状の測定などを行う。 Conventionally, an ultrasonic sensor that transmits ultrasonic waves and receives ultrasonic waves reflected by an obstacle is known. As such an ultrasonic sensor, an obstacle sensor mounted on an automobile is disclosed (for example, see Patent Document 1). The ultrasonic sensor of Patent Document 1 transmits ultrasonic waves from an element capable of transmitting and receiving ultrasonic waves, and receives the ultrasonic waves reflected by the object to be detected by this element. Thereby, position measurement or distance measurement of an object around the automobile, measurement of the two-dimensional shape or three-dimensional shape of the object, and the like are performed.

特開２００８−９９１０３号公報JP 2008-99103 A

しかしながら、上記従来の超音波センサーを例えばＰＤＡ（Personal Data Assistance）や、ＰＣ（Personal Computer）等の電子機器の入力装置に用いる場合には、以下のような課題がある。 However, when the conventional ultrasonic sensor is used in an input device of an electronic device such as a PDA (Personal Data Assistance) or a PC (Personal Computer), there are the following problems.

特許文献１の超音波センサーは車載用として用いられ、比較的遠距離に存在する大きな障害物の位置、距離、形状等を検出するためのものである。超音波センサーによって遠距離の障害物を測定するためには、超音波の減衰を避けるため周波数を低下させ波長を長くする必要がある。超音波の波長が長くなると、検出対象の３次元的な位置の測定や動作を検出する分解能が低下する。したがって、このような超音波センサーでは、例えば人の手の動きや入力用のペン等の動作等、比較的近距離に存在する比較的小さな検出対象の３次元的な位置、形状、速度を正確に検出することができないという課題がある。 The ultrasonic sensor of Patent Document 1 is used for in-vehicle use, and is for detecting the position, distance, shape, and the like of a large obstacle existing at a relatively long distance. In order to measure an obstacle at a long distance by an ultrasonic sensor, it is necessary to lower the frequency and lengthen the wavelength in order to avoid attenuation of the ultrasonic wave. As the wavelength of the ultrasonic wave becomes longer, the resolution for detecting the measurement and operation of the three-dimensional position of the detection target decreases. Therefore, in such an ultrasonic sensor, for example, the three-dimensional position, shape, and speed of a relatively small detection target existing at a relatively short distance, such as the movement of a human hand or the operation of an input pen, are accurately determined. There is a problem that it cannot be detected.

そこで、本発明は、比較的近距離に存在する比較的小さな検出対象の３次元的な位置、形状、速度を正確に検出することができ、測定対象の検出結果に対応した入力を行うことができる入力装置と、その入力装置を備えた電子機器を提供するものである。 Therefore, the present invention can accurately detect the three-dimensional position, shape, and speed of a relatively small detection target existing at a relatively short distance, and can perform input corresponding to the detection result of the measurement target. An input device that can be used and an electronic device including the input device are provided.

上記の課題を解決するために、本発明の検出装置は、第１周波数の超音波を発信する発信素子と、検出対象により反射された前記超音波を受信する受信素子と、を有する超音波センサーユニットを備え、前記受信素子は、前記第１周波数の前記超音波を検出する第１周波数検出素子と、前記第１周波数と異なる第２周波数の超音波を検出する第２周波数検出素子と、を有し、前記第１周波数検出素子は、複数の開口部が形成された基部と、前記複数の開口部のうちの一部分の開口部に設けられ当該開口部を閉塞する振動板と、当該振動板に設けられ下部電極、圧電体、上部電極を備える圧電体素子と、を有し、前記第２周波数検出素子は、前記基部と、前記基部に形成された前記開口部のうちの前記第１周波数検出素子が設けられなかった開口部に設けられ当該開口部を閉塞する振動板と、当該振動板に設けられ下部電極、圧電体、上部電極を有する第１圧電体素子部と、前記第１圧電体素子部が設けられた前記振動板に設けられ下部電極、圧電体、上部電極を有する第２圧電体素子部と、を備え、前記第１圧電体素子部と前記第２圧電体素子部とは電気的に独立していることを特徴とする。
上記の課題を解決するために、本発明の入力装置は、基準周波数の超音波を発信する発信素子と、検出対象により反射された前記超音波を受信する受信素子と、を有する超音波センサーユニットを備え、前記発信素子により発信された前記超音波と、前記受信素子により受信された前記超音波と、に基づいて前記検出対象の位置、形状及び速度を算出する制御演算部を備え、前記受信素子は、前記基準周波数の前記超音波を検出する基準周波数検出素子と、前記基準周波数と異なる周波数の超音波を検出するシフト周波数検出素子と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, the detection device of the present invention includes an ultrasonic sensor having a transmitting element that transmits an ultrasonic wave having a first frequency and a receiving element that receives the ultrasonic wave reflected by the detection target. A first frequency detection element that detects the ultrasonic wave at the first frequency, and a second frequency detection element that detects an ultrasonic wave at a second frequency different from the first frequency. The first frequency detection element includes a base having a plurality of openings, a diaphragm provided in a part of the plurality of openings, and closing the openings; and the diaphragm And a piezoelectric element including a lower electrode, a piezoelectric body, and an upper electrode, wherein the second frequency detecting element includes the base and the first frequency of the openings formed in the base. If no sensing element was provided A diaphragm that is provided in a portion and closes the opening, a first piezoelectric element portion that is provided on the diaphragm and includes a lower electrode, a piezoelectric body, and an upper electrode, and the first piezoelectric element portion is provided. And a second piezoelectric element portion having a lower electrode, a piezoelectric body, and an upper electrode provided on the diaphragm, wherein the first piezoelectric element portion and the second piezoelectric element portion are electrically independent. It is characterized by that.
In order to solve the above-described problem, an input device according to the present invention includes an ultrasonic sensor unit including a transmitting element that transmits ultrasonic waves of a reference frequency and a receiving element that receives the ultrasonic waves reflected by a detection target. A control arithmetic unit that calculates the position, shape, and speed of the detection target based on the ultrasonic wave transmitted by the transmitting element and the ultrasonic wave received by the receiving element, The element includes a reference frequency detection element that detects the ultrasonic wave having the reference frequency, and a shift frequency detection element that detects an ultrasonic wave having a frequency different from the reference frequency.

このように構成することで、制御演算部は、発信素子から発信された超音波の波形、受信素子によって受信された超音波の波形、及び超音波が発信されてから受信されるまでの時間等に基づいて、検出対象の位置、形状及び速度を算出することができる。
検出対象が超音波の発信方向の速度成分を有している場合には、検出対象により反射された超音波の周波数は、発信時の基準周波数からドップラー効果によって周波数が変化してシフト周波数になる。また、検出対象が超音波の発信方向の速度成分を有していない場合には、反射した超音波の周波数は、発信時と同じ基準周波数になる。
このシフト周波数の超音波をシフト周波数検出素子によって検出し、基準周波数の超音波を基準周波数検出素子によって検出することができる。したがって、本発明の入力装置によれば、超音波センサーユニットにより比較的近距離に存在する比較的小さな検出対象の３次元的な位置、形状、速度を正確に検出することができる。また、電子機器等に超音波センサーユニットの検出結果に対応した入力を行うことができる。 By configuring in this way, the control calculation unit is configured such that the waveform of the ultrasonic wave transmitted from the transmitting element, the waveform of the ultrasonic wave received by the receiving element, the time from when the ultrasonic wave is transmitted until it is received, etc. Based on this, the position, shape and speed of the detection target can be calculated.
When the detection target has a velocity component in the transmission direction of the ultrasonic wave, the frequency of the ultrasonic wave reflected by the detection target changes from the reference frequency at the time of transmission to the shift frequency by the Doppler effect. . Further, when the detection target does not have a velocity component in the ultrasonic wave transmission direction, the frequency of the reflected ultrasonic wave becomes the same reference frequency as that at the time of transmission.
This shift frequency ultrasonic wave can be detected by the shift frequency detection element, and the reference frequency ultrasonic wave can be detected by the reference frequency detection element. Therefore, according to the input device of the present invention, the ultrasonic sensor unit can accurately detect the three-dimensional position, shape, and speed of a relatively small detection target existing at a relatively short distance. In addition, input corresponding to the detection result of the ultrasonic sensor unit can be performed on an electronic device or the like.

また、本発明の入力装置は、前記超音波センサーユニットは、複数の開口部が形成された基部と、前記基部に設けられ前記開口部を閉塞する振動板と、前記開口部の各々に対応して前記振動板に設けられた圧電体と、を有し、前記開口部の各々に前記発信素子又は前記受信素子が設けられていることを特徴とする。 Further, in the input device of the present invention, the ultrasonic sensor unit corresponds to each of a base portion in which a plurality of openings are formed, a diaphragm provided in the base portion and closing the openings, and the openings. A piezoelectric body provided on the diaphragm, and the transmitting element or the receiving element is provided in each of the openings.

このように構成することで、圧電体に所定の周波数の超音波を発生するための電圧波形を印加して、圧電体により基部の開口部を閉塞する振動板を振動させることができる。そして、超音波センサーユニットの基部の開口部から所定の周波数の超音波を発信することができる。
超音波センサーユニットから発信された超音波は、超音波が到達する領域内に検出対象が存在する場合には、その検出対象により反射される。検出対象によって反射されて超音波センサーユニットの振動板に到達した超音波は、振動板を振動させる。振動板の振動は、圧電体により電気信号に変換される。
また、開口部の寸法及び振動板の厚さを調整することで、開口部における振動板の固有振動数を調整することができる。これにより、超音波センサーユニットによって波長の短い高周波数の超音波を発信及び受信し、比較的近距離に存在する検出対象の分解能を向上させることができる。 With this configuration, it is possible to apply a voltage waveform for generating ultrasonic waves of a predetermined frequency to the piezoelectric body, and to vibrate the diaphragm that closes the opening of the base by the piezoelectric body. And the ultrasonic wave of a predetermined | prescribed frequency can be transmitted from the opening part of the base part of an ultrasonic sensor unit.
The ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic sensor unit is reflected by the detection target when the detection target exists in a region where the ultrasonic wave reaches. The ultrasonic waves reflected by the detection target and reaching the diaphragm of the ultrasonic sensor unit vibrate the diaphragm. The vibration of the diaphragm is converted into an electric signal by the piezoelectric body.
Moreover, the natural frequency of the diaphragm in the opening can be adjusted by adjusting the size of the opening and the thickness of the diaphragm. Accordingly, it is possible to transmit and receive high-frequency ultrasonic waves having a short wavelength by the ultrasonic sensor unit, and to improve the resolution of the detection target existing at a relatively short distance.

また、本発明の入力装置は、前記基準周波数検出素子の前記開口部の寸法は、前記シフト周波数検出素子の前記開口部の寸法と異なることを特徴とする。
また、本発明の入力装置は、前記基準周波数検出素子における前記振動板の厚さは、前記シフト周波数検出素子における前記振動板の厚さと異なることを特徴とする。
また、本発明の入力装置は、前記シフト周波数検出素子は、前記振動板上に固有振動数調整部が設けられていることを特徴とする。 In the input device according to the present invention, the size of the opening of the reference frequency detection element is different from the size of the opening of the shift frequency detection element.
In the input device of the present invention, the thickness of the diaphragm in the reference frequency detection element is different from the thickness of the diaphragm in the shift frequency detection element.
In the input device of the present invention, the shift frequency detection element is provided with a natural frequency adjusting unit on the diaphragm.

このように構成することで、基準周波数検出素子とシフト周波数検出素子のそれぞれの開口部における振動板の固有振動数を異ならせることができる。 With this configuration, the natural frequency of the diaphragm at each opening of the reference frequency detection element and the shift frequency detection element can be made different.

また、本発明の入力装置は、前記センサーユニットは、中央部に前記発信素子が配置され、周辺部に複数の前記受信素子が配置されていることを特徴とする。 In the input device of the present invention, the sensor unit is characterized in that the transmitting element is disposed in a central portion and a plurality of the receiving elements are disposed in a peripheral portion.

このように構成することで、発信素子により発信した超音波を受信素子によってより効率よく受信することができる。 By comprising in this way, the ultrasonic wave transmitted by the transmitting element can be received more efficiently by the receiving element.

また、本発明の電子機器は、上記のいずれかの入力装置を備えたことを特徴とする。 Moreover, an electronic apparatus according to the present invention includes any one of the input devices described above.

このように構成することで、比較的近距離に存在する比較的小さな検出対象の３次元的な位置、形状、速度を正確に検出することができ、測定対象の検出結果に対応した入力を行うことができる入力装置を備えた電子機器を提供することができる。 With this configuration, it is possible to accurately detect the three-dimensional position, shape, and speed of a relatively small detection target existing at a relatively short distance, and input corresponding to the detection result of the measurement target is performed. An electronic device including an input device that can be provided can be provided.

本発明の実施形態におけるＰＤＡの斜視図である。It is a perspective view of PDA in the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における超音波センサーユニットの斜視図である。It is a perspective view of an ultrasonic sensor unit in an embodiment of the present invention. 図２に示す入力装置の制御回路部のシステム構成図である。It is a system block diagram of the control circuit part of the input device shown in FIG. 図２のＡ−Ａ’線に沿う超音波センサーの拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the ultrasonic sensor along the line A-A ′ of FIG. 2. 本発明の実施形態における超音波センサーの配置例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of arrangement | positioning of the ultrasonic sensor in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における超音波センサーの変形例を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing the modification of the ultrasonic sensor in the embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各図面では、各層や各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層や部材毎に縮尺を適宜変更している。
図１は本実施形態のＰＤＡ（Personal Data Assistance）１００の構成を模式的に表す斜視図である。図２は本実施形態のＰＤＡ１００が備える入力装置１０の構成を模式的に表す分解斜視図である。図３は本実施形態の入力装置１０の制御回路部４０のシステム構成を模式的に表すシステム構成図である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each of the following drawings, the scale is appropriately changed for each layer or member so that each layer or member can be recognized in the drawing.
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a PDA (Personal Data Assistance) 100 according to the present embodiment. FIG. 2 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of the input device 10 provided in the PDA 100 of the present embodiment. FIG. 3 is a system configuration diagram schematically showing the system configuration of the control circuit unit 40 of the input device 10 of the present embodiment.

図１に示すように、本実施形態のＰＤＡ（電子機器）１００は本体３０に表示部２０を備えている。表示部２０は例えば液晶パネルや有機ＥＬパネル等からなり、本体３０内部に収容された制御・演算部に接続され、種々の操作画像やその他の情報を表示するように構成されている。また、本体３０の外周には、超音波センサーユニット１Ａ（図２参照）を備えた入力装置１０が設置されている。入力装置１０は、例えば人間の手、指、入力用のペン等の位置、形状、速度を超音波センサーユニット１Ａにより検出して、それらに対応する信号を出力してＰＤＡ１００へ入力する。 As shown in FIG. 1, a PDA (electronic device) 100 according to this embodiment includes a display unit 20 in a main body 30. The display unit 20 includes, for example, a liquid crystal panel or an organic EL panel, and is connected to a control / arithmetic unit housed in the main body 30 so as to display various operation images and other information. An input device 10 including an ultrasonic sensor unit 1A (see FIG. 2) is installed on the outer periphery of the main body 30. The input device 10 detects, for example, the position, shape, and speed of a human hand, finger, input pen, and the like by the ultrasonic sensor unit 1A, outputs signals corresponding to them, and inputs them to the PDA 100.

図２に示すように、超音波センサーユニット１Ａは複数の開口部１１ａがアレイ状に形成された基部１１を備えている。基部１１は例えば単結晶シリコン基板等により形成されている。開口部１１ａの各々には、超音波センサー１が設けられている。すなわち、超音波センサーユニット１Ａは基部１１の一面に複数の超音波センサー１がアレイ状に配置された構成となっている。 As shown in FIG. 2, the ultrasonic sensor unit 1A includes a base 11 having a plurality of openings 11a formed in an array. The base 11 is formed of, for example, a single crystal silicon substrate. An ultrasonic sensor 1 is provided in each of the openings 11a. That is, the ultrasonic sensor unit 1 </ b> A has a configuration in which a plurality of ultrasonic sensors 1 are arranged in an array on one surface of the base 11.

各々の超音波センサー１にはそれぞれ配線（図示略）が接続され、各配線は基部１１に接続されたフレキシブルプリント基板１２を介して制御基板１３の端子部１３ａに接続されている。制御基板１３には制御演算部、記憶部等からなる制御回路部４０が設けられている。制御回路部４０は、超音波センサー１に入力する入力信号を制御すると共に、超音波センサー１から出力された出力信号を処理するように構成されている。尚、超音波発生波形はサイン波に拘らず、たとえば回路簡略化のため矩形波や三角波を適宜組み合わせて用いたものでもよい。 Each ultrasonic sensor 1 is connected to a wiring (not shown), and each wiring is connected to a terminal portion 13 a of the control board 13 via a flexible printed board 12 connected to the base 11. The control board 13 is provided with a control circuit unit 40 including a control calculation unit, a storage unit, and the like. The control circuit unit 40 is configured to control an input signal input to the ultrasonic sensor 1 and process an output signal output from the ultrasonic sensor 1. Note that the ultrasonic wave generation waveform is not limited to a sine wave, but may be a combination of a rectangular wave and a triangular wave, for example, in order to simplify the circuit.

図３に示すように、制御回路部４０は超音波センサーユニット１Ａに接続され、主に制御演算部４１と、記憶部４２と、超音波発生部４３と、超音波検出部４４とを備えている。
超音波発生部４３は、超音波センサーユニット１Ａの超音波センサー１のうち、基準周波数の超音波を発信する発信素子１ａに接続されている。また、超音波発生部４３は、サイン波を発生させるサイン波発生部４３ａと、個々の発信素子１ａに対して設けられサイン波の位相を変化させる位相部４３ｂと、ドライバー４３ｃとにより構成されている。
超音波検出部４４は、主に増幅部４４ａと、Ａ／Ｄ変換部４４ｂとにより構成されている。また、超音波検出部４４は、基準周波数およびその他の周波数を受信する複数の受信素子１ｂに接続されている。 As shown in FIG. 3, the control circuit unit 40 is connected to the ultrasonic sensor unit 1A, and mainly includes a control calculation unit 41, a storage unit 42, an ultrasonic wave generation unit 43, and an ultrasonic wave detection unit 44. Yes.
The ultrasonic generator 43 is connected to a transmitting element 1a that transmits ultrasonic waves of a reference frequency among the ultrasonic sensors 1 of the ultrasonic sensor unit 1A. The ultrasonic wave generation unit 43 includes a sine wave generation unit 43a that generates a sine wave, a phase unit 43b that is provided for each transmitting element 1a and changes the phase of the sine wave, and a driver 43c. Yes.
The ultrasonic detection unit 44 mainly includes an amplification unit 44a and an A / D conversion unit 44b. In addition, the ultrasonic detector 44 is connected to a plurality of receiving elements 1b that receive the reference frequency and other frequencies.

制御演算部４１は、発信素子１ａによる基準周波数の超音波の発信時には、サイン波発生部４３ａが発生させたサイン波を、位相部４３ｂにより基準周波数に対応する位相に変化させる。また、制御演算部４１は、受信素子１ｂによる超音波の受信時には、受信素子１ｂから出力され増幅部４４ａにより増幅され、Ａ／Ｄ変換部４４ｂによりデジタル化された出力信号を記憶部４２に記録する。また、制御演算部４１は、記憶部４２に記憶された情報をＰＤＡ１００の制御・演算部（図示略）に出力可能に構成されている。 The control calculation unit 41 changes the sine wave generated by the sine wave generation unit 43a to a phase corresponding to the reference frequency by the phase unit 43b when the transmission element 1a transmits an ultrasonic wave of the reference frequency. Further, when receiving the ultrasonic wave by the receiving element 1b, the control calculation unit 41 records the output signal output from the receiving element 1b, amplified by the amplifying unit 44a, and digitized by the A / D converting unit 44b in the storage unit 42. To do. Further, the control calculation unit 41 is configured to be able to output information stored in the storage unit 42 to a control / calculation unit (not shown) of the PDA 100.

また、制御演算部４１は、超音波センサーユニット１Ａの発信素子１ａから発信された超音波と、検出対象により反射され超音波センサーユニット１Ａの受信素子１ｂにより受信された超音波と、に基づいて検出対象の位置、形状、速度を算出する。
具体的には、制御演算部４１は、発信素子１ａによって超音波を発信する際に、発信した時刻、発信した超音波の周波数（基準周波数）、音圧等を記憶部４２に記録する。また、制御演算部４１は、検出対象によって反射された超音波を複数の受信素子１ｂによって受信する際に、受信した時刻、受信した超音波の周波数、音圧等を記憶部４２に記録する。そして、記憶部４２に記録されたこれらの情報に基づいて、検出対象の形状、位置、速度等を算出する。 Further, the control calculation unit 41 is based on the ultrasonic wave transmitted from the transmitting element 1a of the ultrasonic sensor unit 1A and the ultrasonic wave reflected by the detection target and received by the receiving element 1b of the ultrasonic sensor unit 1A. The position, shape, and speed of the detection target are calculated.
Specifically, when transmitting the ultrasonic wave by the transmitting element 1a, the control calculation unit 41 records the time of transmission, the frequency of the transmitted ultrasonic wave (reference frequency), the sound pressure, and the like in the storage unit 42. Further, when the ultrasonic wave reflected by the detection target is received by the plurality of receiving elements 1b, the control calculation unit 41 records the received time, the frequency of the received ultrasonic wave, the sound pressure, and the like in the storage unit 42. Based on these pieces of information recorded in the storage unit 42, the shape, position, speed, and the like of the detection target are calculated.

ここで、複数の受信素子１ｂの各々は、発信素子１ａから発信した基準周波数と同じ周波数の超音波を受信する基準周波数検出素子１ｂ０か、又は基準周波数と異なるシフト周波数の超音波を検出するシフト周波数検出素子１ｂ１，…，１ｂｎのいずれかである。なお、基準周波数検出素子１ｂ０及びシフト周波数検出素子１ｂ１，…，１ｂｎは、それぞれ単数であっても複数であってもよい。また、シフト周波数検出素子１ｂ１，…，１ｂｎは、それぞれ異なるシフト周波数を検出するようになっている。 Here, each of the plurality of receiving elements 1b is a reference frequency detecting element 1b0 that receives ultrasonic waves having the same frequency as the reference frequency transmitted from the transmitting element 1a, or a shift that detects ultrasonic waves having a shift frequency different from the reference frequency. One of the frequency detection elements 1b1, ..., 1bn. The reference frequency detecting element 1b0 and the shift frequency detecting elements 1b1,..., 1bn may be singular or plural. Further, the shift frequency detection elements 1b1,..., 1bn detect different shift frequencies.

すなわち、制御演算部４１は、発信素子１ａによって発信された超音波が、検出対象によって反射され、受信素子１ｂの各々によって受信されるまでの時間から、検出対象と超音波センサーユニット１Ａとの間の距離を算出する。これにより、検出対象の３次元形状及び位置を算出する。また、制御演算部４１は、発信素子１ａによる超音波の発信と受信素子１ｂによる受信を所定の周期で繰り返すことで、検出対象の速度、動作を算出する。さらに、移動する検出対象によって反射され、ドップラー効果により周波数が変化した超音波をシフト周波数検出素子１ｂ１，…，１ｂｎにより検出する。 That is, the control calculation unit 41 determines whether the ultrasonic wave transmitted by the transmitting element 1a is reflected by the detection target and is received by each of the receiving elements 1b between the detection target and the ultrasonic sensor unit 1A. The distance is calculated. Thereby, the three-dimensional shape and position of the detection target are calculated. Moreover, the control calculation part 41 calculates the speed and operation | movement of a detection target by repeating the transmission of the ultrasonic wave by the transmission element 1a, and the reception by the receiving element 1b with a predetermined period. Furthermore, the ultrasonic waves reflected by the moving detection target and having a frequency changed by the Doppler effect are detected by the shift frequency detection elements 1b1,..., 1bn.

また、制御演算部４１は、記憶部４２に記録されたシフト周波数、基準周波数、空気中の音速、及び下記の式（１）に基づいて、検出対象の速度を算出する。ここで、式（１）において、ｆ’はシフト周波数、ｆは基準周波数、Ｖは空気中の音速、ｖ_ｓは超音波の発信側から超音波センサーユニット１Ａに近づく方向を正とする検出対象の速度である。 Further, the control calculation unit 41 calculates the speed of the detection target based on the shift frequency, the reference frequency, the sound speed in the air, and the following equation (1) recorded in the storage unit 42. Here, in Expression (1), f ′ is a shift frequency, f is a reference frequency, V is a sound velocity in the air, and v _s is a detection target in which the direction approaching the ultrasonic sensor unit 1A from the ultrasonic wave transmission side is positive. Speed.

ｆ’／ｆ＝Ｖ／（Ｖ−ｖ_ｓ） …（１） f ′ / f = V / (V−v _s ) (1)

図４は、図２に示す超音波センサーユニット１ＡをＡ−Ａ’線で切断し、超音波センサー１を拡大して表した拡大断面図である。
ここで、図２では基部１１に設けられた開口部１１ａの形状を平面視で矩形状に表したが、以下では開口部１１ａの形状が平面視で円形状である場合について説明する。 FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing the ultrasonic sensor 1 enlarged by cutting the ultrasonic sensor unit 1A shown in FIG. 2 along the line AA ′.
Here, in FIG. 2, the shape of the opening 11 a provided in the base portion 11 is shown in a rectangular shape in plan view, but the case where the shape of the opening portion 11 a is circular in plan view will be described below.

図２に示す複数の超音波センサー１の各々は、超音波を発信する発信素子１ａか、又は超音波を受信する受信素子１ｂのいずれかである。超音波センサー１の各々は、開口部１１ａが形成された基部１１と、基部１１の開口部１１ａを閉塞するように設けられた振動板２と、振動板２の基部１１と反対側に設けられた圧電体３と、圧電体３に接続された下部電極４及び上部電極５とを備えている。
基部１１に形成された開口部１１ａの深さｄは、例えば約１００μｍ程度である。 Each of the plurality of ultrasonic sensors 1 shown in FIG. 2 is either a transmitting element 1a that transmits ultrasonic waves or a receiving element 1b that receives ultrasonic waves. Each of the ultrasonic sensors 1 is provided on the opposite side of the base 11 where the opening 11 a is formed, the diaphragm 2 provided to close the opening 11 a of the base 11, and the base 11 of the diaphragm 2. And a lower electrode 4 and an upper electrode 5 connected to the piezoelectric body 3.
The depth d of the opening 11a formed in the base 11 is, for example, about 100 μm.

振動板２は、基部１１側に設けられ例えばＳｉＯ_２により形成された第１酸化膜２ａと、第１酸化膜２ａの基部１１とは反対側に積層され例えばＺｒＯ_２により形成された第２酸化膜２ｂとの二層構造となっている。第１酸化膜２ａは例えば単結晶シリコン基板の表面を熱酸化させることにより約３μｍ程度の厚さに形成されている。第２酸化膜２ｂは例えばＣＶＤ（化学気相成長）法等により約４００ｎｍ程度の厚さに形成されている。 Diaphragm 2, a first oxide film 2a formed by being for example SiO ₂ is provided on the base 11 side, a second oxide formed by being laminated on the opposite side e.g. ZrO ₂ is the base 11 of the first oxide film 2a It has a two-layer structure with the film 2b. The first oxide film 2a is formed to a thickness of about 3 μm, for example, by thermally oxidizing the surface of a single crystal silicon substrate. The second oxide film 2b is formed to a thickness of about 400 nm by, for example, a CVD (chemical vapor deposition) method.

振動板２が開口部１１ａの各々と平面的に重なって開口部１１ａに露出された領域は、振動板２の振動領域ＶＡとなっている。
本実施形態の超音波センサーユニット１Ａは、複数の超音波センサー１のうち、発信素子１ａにおける開口部１１ａの径Ｄ_ａと、受信素子１ｂのうち基準周波数検出素子１ｂ０を除くシフト周波数検出素子１ｂ１，…，１ｂｎにおける開口部１１ａの径Ｄ_ｂ１，…，Ｄ_ｂｎとは、それぞれの振動領域ＶＡの振動板２の固有振動数に応じて適宜異ならせてある。基準周波数検出素子１ｂ０における開口部１１ａの径Ｄ_ｂ０は、発信素子１ａにおける開口部１１ａの径Ｄ_ａと略等しくなっている。 A region where the diaphragm 2 is planarly overlapped with each of the openings 11 a and exposed to the opening 11 a is a vibration region VA of the diaphragm 2.
Ultrasonic sensor unit 1A of this embodiment, a plurality of ultrasonic sensors 1, and the diameter D _a of the opening 11a in the transmitting device 1a, shift frequency detecting element except the reference frequency detecting element 1b0 of the receiving element 1b 1b1 , ..., the diameter _D b1 of the opening 11a in the 1bn, _..., a _{D bn,} are varied as appropriate according to the natural frequency of the vibrating plate 2 of each of the vibration area VA. Diameter _D of the opening 11a at the reference frequency detecting element 1B0 _b0 is substantially equal to the diameter _{D a} of the opening 11a in the transmitting device 1a.

超音波センサー１の各々の開口部１１ａの径Ｄ_ａ，Ｄ_ｂ０，Ｄ_ｂ１，…，Ｄ_ｂｎは、各々の振動領域ＶＡの振動板２の固有振動数に応じて例えば約１００μｍ〜数百μｍ程度の範囲で適宜設定されている。なお、本実施形態では、発信素子１ａの各振動領域ＶＡにおける振動板２の固有振動数は、１００ｋＨｚ以上に設定されている。
各素子の振動板２の振動領域ＶＡで基部１１と反対側の面には下部電極４が設けられている。 The diameters D _a , D _b0 , D _b1 ,..., D _bn of the respective openings 11a of the ultrasonic sensor 1 are, for example, about 100 μm to several hundreds μm depending on the natural frequency of the diaphragm 2 in each vibration region VA. It is set as appropriate within a range. In the present embodiment, the natural frequency of the diaphragm 2 in each vibration region VA of the transmitting element 1a is set to 100 kHz or more.
A lower electrode 4 is provided on the surface opposite to the base 11 in the vibration area VA of the diaphragm 2 of each element.

超音波センサー１の各々の下部電極４は、超音波センサーユニット１Ａの制御回路部４０に接続された配線（図示略）に接続されている。下部電極４は例えばＩｒ等の導電性金属材料により約２００ｎｍ程度の厚さに形成されている。下部電極４上には振動領域ＶＡに圧電体３が設けられている。 Each lower electrode 4 of the ultrasonic sensor 1 is connected to a wiring (not shown) connected to the control circuit unit 40 of the ultrasonic sensor unit 1A. The lower electrode 4 is formed to a thickness of about 200 nm from a conductive metal material such as Ir. On the lower electrode 4, the piezoelectric body 3 is provided in the vibration area VA.

圧電体３は振動板２の基部１１とは反対側で開口部１１ａと平面的に重なる振動領域ＶＡに島状に設けられている。圧電体３は例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＢａＴｉＯ_３（チタン酸バリウム）等により約１．４μｍ程度の厚さに形成されている。圧電体３の上には上部電極５が形成されている。 The piezoelectric body 3 is provided in an island shape in a vibration region VA that overlaps with the opening 11a on the opposite side of the base 11 of the vibration plate 2. The piezoelectric body 3 is formed with a thickness of about 1.4 μm by, for example, PZT (lead zirconate titanate), BaTiO ₃ (barium titanate) or the like. An upper electrode 5 is formed on the piezoelectric body 3.

上部電極５は例えばＩｒ等の導電性金属材料により形成され、圧電体３に接触して電気的に接続されている。上部電極５の厚さは例えば約５０ｎｍ程度となっている。また、上部電極５は配線（図示略）を介して入力装置１０の制御回路部４０に接続されている。 The upper electrode 5 is made of a conductive metal material such as Ir, and is in contact with and electrically connected to the piezoelectric body 3. The thickness of the upper electrode 5 is about 50 nm, for example. The upper electrode 5 is connected to the control circuit unit 40 of the input device 10 via wiring (not shown).

図５は、本実施形態における超音波センサー１の配置例を示す平面図である。なお、図５では図示の便宜上すべての素子の開口部１１ａの径Ｄ_ａ，Ｄ_ｂ０，Ｄ_ｂ１，…，Ｄ_ｂｎを等しく表している。また、発信素子１ａと受信素子１ｂの基準周波数検出素子１ｂ０及びシフト周波数検出素子１ｂ１，…，１ｂｎとを区別するために、発信素子１ａの開口部１１ａを黒色、基準周波数検出素子１ｂ０の開口部１１ａを斜線ハッチングでそれぞれ表している。 FIG. 5 is a plan view showing an arrangement example of the ultrasonic sensors 1 in the present embodiment. In FIG. 5, the diameters D _a , D _b0 , D _b1 ,..., D _bn of the openings 11a of all the elements are shown equally for convenience of illustration. Further, in order to distinguish the reference frequency detection element 1b0 and the shift frequency detection elements 1b1,..., 1bn of the transmission element 1a and the reception element 1b, the opening 11a of the transmission element 1a is black and the opening of the reference frequency detection element 1b0. 11a is indicated by hatching.

図５に示すように、超音波センサーユニット１Ａの平面視で矩形状の基部１１の四隅と中央部には、それぞれ発信素子１ａが配置されている。そして、四隅の発信素子１ａと中央部の発信素子１ａのそれぞれを取り囲むように、基準周波数検出素子１ｂ０が配置されている。そして、中央部に配置された発信素子１ａ及び基準周波数検出素子１ｂ０の周囲で基部１１の周辺部には、四隅に配置された発信素子１ａ及び基準周波数検出素子１ｂ０の間のスペースを埋めるようにシフト周波数検出素子１ｂ１，…，１ｂｎが配置されている。 As shown in FIG. 5, transmitting elements 1 a are arranged at the four corners and the center of the rectangular base 11 in a plan view of the ultrasonic sensor unit 1 </ b> A. The reference frequency detection element 1b0 is arranged so as to surround each of the four corner transmission elements 1a and the central transmission element 1a. The space between the transmitting element 1a and the reference frequency detecting element 1b0 disposed at the four corners is filled in the periphery of the base 11 around the transmitting element 1a and the reference frequency detecting element 1b0 disposed in the center. Shift frequency detection elements 1b1,..., 1bn are arranged.

本実施形態では、超音波センサーユニット１Ａの超音波センサー１は８×８の正方形状配置とされている。基部１１の中央部には４つの発信素子１ａが正方形状に配置され、その周囲を取り囲むように１２個の基準周波数検出素子１ｂ０が正方形枠状に配置されている。そして、基部１１の四隅に配置された発信素子１ａを囲むように３つの基準周波数検出素子１ｂ０が配置され、これらが基部１１の四隅においてそれぞれ正方形状の配置とされている。シフト周波数検出素子１ｂ１，…，１ｂｎは、２×４の長方形状の配置とされ、正方形枠状に配置された中央部の基準周波数検出素子１ｂ０の各辺に長方形の長辺が沿うように、中央部の発信素子１ａの周囲に均等に配置されている。 In the present embodiment, the ultrasonic sensor 1 of the ultrasonic sensor unit 1A has an 8 × 8 square arrangement. Four transmitting elements 1a are arranged in a square shape at the center of the base 11, and twelve reference frequency detecting elements 1b0 are arranged in a square frame so as to surround the periphery. Then, three reference frequency detecting elements 1b0 are arranged so as to surround the transmitting elements 1a arranged at the four corners of the base 11, and these are arranged in a square shape at the four corners of the base 11, respectively. The shift frequency detection elements 1b1,..., 1bn are arranged in a 2 × 4 rectangular shape so that the long sides of the rectangle are along each side of the central reference frequency detection element 1b0 arranged in a square frame shape. It arrange | positions equally around the transmission element 1a of the center part.

次に、本実施形態のＰＤＡ１００及び入力装置１０の作用について説明する。
図１に示すように、ＰＤＡ１００において人間の手や指の位置、形状、速度を検出して入力を行う際には、入力装置１０の超音波センサーユニット１Ａ（図２参照）により、所定の検出領域に超音波を発信する。 Next, the operation of the PDA 100 and the input device 10 of this embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, when input is performed by detecting the position, shape, and speed of a human hand or finger in the PDA 100, the ultrasonic sensor unit 1A (see FIG. 2) of the input device 10 performs predetermined detection. Send ultrasonic waves to the area.

まず、入力装置１０の制御回路部４０により、複数の超音波センサー１のうち、発信素子１ａの上部電極５と下部電極４との間に電圧を印加する。
具体的には、図３に示すようにサイン波発生部４３ａに対し、発信素子１ａにおいて基準周波数の超音波を発信するためのサイン波を発生させる。本実施形態では、発信素子１ａの振動領域ＶＡの振動板２の固有振動数を発信素子１ａから発信する超音波の基準周波数とする。そして、制御演算部４１によって、位相部４３ｂを制御する。これにより、超音波センサーユニット１Ａの各々の発信素子１ａの下部電極４と上部電極５との間に位相を制御したサイン波電圧を印加する。 First, a voltage is applied between the upper electrode 5 and the lower electrode 4 of the transmitting element 1 a among the plurality of ultrasonic sensors 1 by the control circuit unit 40 of the input device 10.
Specifically, as shown in FIG. 3, the sine wave generation unit 43a is caused to generate a sine wave for transmitting an ultrasonic wave having a reference frequency in the transmission element 1a. In the present embodiment, the natural frequency of the diaphragm 2 in the vibration region VA of the transmitting element 1a is set as the reference frequency of the ultrasonic wave transmitted from the transmitting element 1a. Then, the control operation unit 41 controls the phase unit 43b. Thereby, a sine wave voltage whose phase is controlled is applied between the lower electrode 4 and the upper electrode 5 of each transmitting element 1a of the ultrasonic sensor unit 1A.

図４に示すように発信素子１ａの振動板２の振動領域ＶＡに形成された圧電体３は、上部電極５と下部電極４との間にサイン波電圧が印加されると、振動板２の面方向に伸長されたり圧縮されたりする。圧電体３が振動板２の面方向に伸長されると、振動板２の圧電体３側が面方向に伸長され、発信素子１ａの振動板２の振動領域ＶＡが基部１１側に凹（図の上方向に凸）となるように撓む。 As shown in FIG. 4, when a sine wave voltage is applied between the upper electrode 5 and the lower electrode 4, the piezoelectric body 3 formed in the vibration region VA of the diaphragm 2 of the transmitting element 1 a It is stretched or compressed in the surface direction. When the piezoelectric body 3 is extended in the plane direction of the diaphragm 2, the piezoelectric body 3 side of the diaphragm 2 is extended in the plane direction, and the vibration area VA of the diaphragm 2 of the transmitting element 1a is concave on the base 11 side (see FIG. It bends so that it becomes convex.

また、発信素子１ａの圧電体３が振動板２の面方向に圧縮されると、振動板２の圧電体３側が面方向に圧縮され、振動板２の振動領域ＶＡが基部１１側に凸（図の上方向に凹）となるように撓む。これにより、発信素子１ａの振動領域ＶＡの振動板２が法線方向に振動し、各々の発信素子１ａの振動領域ＶＡからサイン波電圧の周期に応じた振動数の超音波が発信される。本実施形態において発信される超音波の周波数は１００ｋＨｚ以上であり、解像度を向上させるためは２００ｋＨｚ以上であることが好ましい。また、検出領域を実用的な範囲とするためには、周波数は１ＭＨｚ以下であることが好ましい。 When the piezoelectric body 3 of the transmitting element 1a is compressed in the plane direction of the diaphragm 2, the piezoelectric body 3 side of the diaphragm 2 is compressed in the plane direction, and the vibration area VA of the diaphragm 2 protrudes toward the base 11 side ( It bends so that it becomes concave). As a result, the diaphragm 2 in the vibration area VA of the transmitting element 1a vibrates in the normal direction, and ultrasonic waves having a frequency corresponding to the period of the sine wave voltage are transmitted from the vibration area VA of each transmitting element 1a. In this embodiment, the frequency of the ultrasonic wave transmitted is 100 kHz or more, and preferably 200 kHz or more in order to improve the resolution. Moreover, in order to make a detection area into a practical range, it is preferable that a frequency is 1 MHz or less.

このとき、各々の発信素子１ａの下部電極４ａに少しずつ位相をずらしたサイン波電圧を印加することで、各々の発信素子１ａの振動領域ＶＡの振動板２は、少しずつ位相がずれた状態で振動する。各々の発信素子１ａの振動領域ＶＡの振動板２が少しずつ位相のずれた状態で振動することで、各々の発信素子１ａから発せられる超音波が干渉する。この超音波の干渉により、超音波の進行方向が振動板２の法線方向に対して傾いた状態となり、超音波に指向性が付与される。 At this time, by applying a sine wave voltage slightly shifted in phase to the lower electrode 4a of each transmitting element 1a, the diaphragm 2 in the vibration region VA of each transmitting element 1a is slightly shifted in phase. Vibrate. The vibration plate 2 in the vibration area VA of each transmitting element 1a vibrates in a state where the phase is slightly shifted, so that ultrasonic waves emitted from the respective transmitting elements 1a interfere with each other. Due to the interference of the ultrasonic waves, the traveling direction of the ultrasonic waves is inclined with respect to the normal direction of the diaphragm 2, and directivity is imparted to the ultrasonic waves.

この超音波の指向性の変化を利用し、各々の発信素子１ａの圧電体３に印加するサイン波電圧の位相のずれを変化させることで、入力装置１０の超音波センサーユニット１Ａから発信される超音波の方向を変化させ、入力装置１０の検出領域を走査する。
検出領域の範囲は、超音波センサーユニット１Ａから発信される超音波の周波数に依存する。例えば、発信する超音波の周波数が１００ｋＨｚ以上の場合には、検出領域は超音波が到達する範囲でかつ超音波センサーユニット１Ａからの距離が約２０００ｍｍ以内の領域となる。また、発信する超音波の周波数が２００ｋＨｚ以上の場合には、検出領域は超音波が到達する範囲でかつ超音波センサーユニット１Ａからの距離が約５００ｍｍ以内の領域となる。 By utilizing this change in the directivity of the ultrasonic waves and changing the phase shift of the sine wave voltage applied to the piezoelectric body 3 of each transmitting element 1a, the ultrasonic sensor unit 1A of the input device 10 transmits the signal. The detection area of the input device 10 is scanned by changing the direction of the ultrasonic waves.
The range of the detection region depends on the frequency of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic sensor unit 1A. For example, when the frequency of the ultrasonic wave to be transmitted is 100 kHz or more, the detection region is a region where the ultrasonic wave reaches and the distance from the ultrasonic sensor unit 1A is within about 2000 mm. When the frequency of the transmitted ultrasonic wave is 200 kHz or more, the detection region is a region where the ultrasonic wave reaches and within a distance of about 500 mm from the ultrasonic sensor unit 1A.

例えば、隣接する発信素子１ａの開口部１１ａのピッチＰを約２５０μｍ、開口部１１ａの径Ｄ_ａを２００μｍ、振動板２の振幅を約３μｍ以上かつ約１０μｍ以下の範囲とし、超音波センサーユニット１Ａの一辺の寸法を約４ｍｍとする。そして、発信する超音波の振動数を３４０ｋＨｚ、音圧を約５０ｄＢ以上かつ約１３０ｄＢ以下の範囲とした場合には、検出領域は超音波センサーユニット１Ａからの距離が約５００ｍｍ以内の範囲となる。このときの入力装置１０の解像度（分解能）は約１ｍｍとなる。 For example, approximately 250μm pitch P of the opening portions 11a of adjacent transmitting device 1a, 200 [mu] m diameter _{D a} of the opening 11a, an amplitude of about 3μm or more and about 10μm or less in the range of the vibration plate 2, the ultrasonic sensor unit 1A The dimension of one side is about 4 mm. When the frequency of the transmitted ultrasonic wave is 340 kHz and the sound pressure is in the range of about 50 dB to about 130 dB, the detection area is within a range of about 500 mm from the ultrasonic sensor unit 1A. The resolution (resolution) of the input device 10 at this time is about 1 mm.

また、隣接する発信素子１ａの開口部１１ａのピッチＰを約２２０μｍ、開口部１１ａの径Ｄ_ａを１７０μｍ、振動板２の振幅を約２μｍ以上かつ約８μｍ以下の範囲とし、超音波センサーユニット１Ａの一辺の寸法を約３．５ｍｍとする。そして、発信する超音波の周波数を５００ｋＨｚ、音圧を約３０ｄＢ以上かつ約１００ｄＢ以下の範囲とした場合には、検出領域は超音波センサーユニット１Ａからの距離が約２００ｍｍ以内の範囲となる。このときの入力装置１０の解像度（分解能）は約０．７ｍｍとなる。 Further, the ultrasonic sensor unit 1A has a pitch P of the openings 11a of the adjacent transmitting elements 1a of about 220 μm, _a diameter Da of the openings 11a of 170 μm, and an amplitude of the diaphragm 2 of about 2 μm to about 8 μm. The dimension of one side is about 3.5 mm. When the frequency of the transmitted ultrasonic wave is 500 kHz and the sound pressure is in the range of about 30 dB to about 100 dB, the detection area is within a range of about 200 mm from the ultrasonic sensor unit 1A. The resolution (resolution) of the input device 10 at this time is about 0.7 mm.

図１に示すように検出領域内に例えば人間の手や指が存在すると、入力装置１０の超音波センサーユニット１Ａから発信された超音波は人間の手や指によって反射する。人間の手や指によって反射した超音波が超音波センサーユニット１Ａの受信素子１ｂに到達すると、受信素子１ｂの振動領域ＶＡの振動板２が振動する。振動領域ＶＡの振動板２が振動すると、圧電体３が振動板２の面方向の伸縮に伴って伸縮され、圧電体３に電位差が発生する。 As shown in FIG. 1, for example, when a human hand or finger is present in the detection area, the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic sensor unit 1A of the input device 10 is reflected by the human hand or finger. When the ultrasonic wave reflected by the human hand or finger reaches the receiving element 1b of the ultrasonic sensor unit 1A, the diaphragm 2 in the vibration area VA of the receiving element 1b vibrates. When the vibration plate 2 in the vibration region VA vibrates, the piezoelectric body 3 expands and contracts with expansion and contraction in the surface direction of the vibration plate 2, and a potential difference is generated in the piezoelectric body 3.

ここで、検出対象である人の手や指が所定の動作を行って、超音波センサーユニット１Ａの超音波の発信方向に速度成分を有している場合には、人の手や指により反射された超音波の周波数は、発信時の基準周波数からドップラー効果によって周波数が変化してシフト周波数にシフトする。また、人の手や指が超音波の発信方向の速度成分を有していない場合には、反射した超音波の周波数は、発信時と同じ基準周波数になる。 Here, when the hand or finger of the person to be detected performs a predetermined operation and has a velocity component in the ultrasonic wave transmission direction of the ultrasonic sensor unit 1A, it is reflected by the human hand or finger. The frequency of the generated ultrasonic wave is shifted from the reference frequency at the time of transmission to the shift frequency due to the Doppler effect. In addition, when a human hand or finger does not have a velocity component in the ultrasonic wave transmission direction, the frequency of the reflected ultrasonic wave becomes the same reference frequency as that at the time of transmission.

本実施形態では、シフト周波数検出素子１ｂ１，…，１ｂｎにおける開口部１１ａの径Ｄ_ｂ１，…，Ｄ_ｂｎが、発信素子１ａにおける開口部１１ａの径Ｄ_ａと異なっている。 In this embodiment, the diameters D _b1 ,..., D _bn of the openings 11a in the shift frequency detection elements 1b1,..., 1bn are different from the diameters D _a of the openings 11a in the transmitting element 1a.

そのため、発信素子１ａとシフト周波数検出素子１ｂ１，…，１ｂｎの振動領域ＶＡの振動板２の固有振動数が異なっている。
したがって、発信素子１ａから発信され、人の手や指によって反射された超音波の周波数が、シフト周波数検出素子１ｂ１，…，１ｂｎの振動領域ＶＡの振動板２の固有振動数と略等しい周波数成分を有する場合には、超音波が超音波センサーユニット１Ａに到達すると、シフト周波数検出素子１ｂ１，…，１ｂｎの振動領域ＶＡの振動板２が共振する。よって、シフト周波数の超音波をシフト周波数検出素子１ｂ１，…，１ｂｎの受信電圧によって感度よく検出することができる。 Therefore, the natural frequencies of the diaphragm 2 in the vibration region VA of the transmitting element 1a and the shift frequency detecting elements 1b1,..., 1bn are different.
Therefore, the frequency component of the ultrasonic wave transmitted from the transmitting element 1a and reflected by the human hand or finger is substantially equal to the natural frequency of the diaphragm 2 in the vibration region VA of the shift frequency detecting elements 1b1,. When the ultrasonic wave reaches the ultrasonic sensor unit 1A, the vibration plate 2 in the vibration region VA of the shift frequency detection elements 1b1, ..., 1bn resonates. Therefore, it is possible to detect the ultrasonic waves with the shift frequency with high sensitivity by the received voltages of the shift frequency detection elements 1b1,..., 1bn.

また、基準周波数検出素子１ｂ０の振動領域ＶＡの振動板２の厚さｔ_ａが、発信素子１ａの振動領域ＶＡの振動板２の厚さｔ_ａと略等しくなっている。また、基準周波数検出素子１ｂ０における開口部１１ａの径Ｄ_ｂ０が、発信素子１ａにおける開口部１１ａの径Ｄ_ａと略等しくなっている。 The thickness t _a of the diaphragm 2 of the vibration area VA of the reference frequency detection element 1b0 has become substantially equal to the thickness t _a of the diaphragm 2 of the vibration area VA of the transmitting device 1a. The diameter _{D b0} of the opening 11a at the reference frequency detecting element 1b0 has become substantially equal to the diameter _{D a} of the opening 11a in the transmitting device 1a.

そのため、発信素子１ａと基準周波数検出素子１ｂ０の振動領域ＶＡの振動板２の固有振動数が略等しくなっている。
したがって、発信素子１ａから発信され、人の手や指によって反射された超音波の周波数が基準周波数である場合には、超音波が超音波センサーユニット１Ａに到達すると、基準周波数検出素子１ｂ０の振動領域ＶＡの振動板２が共振する。よって、基準周波数の超音波を基準周波数検出素子１ｂ０によって検出することができる。 Therefore, the natural frequencies of the diaphragm 2 in the vibration region VA of the transmitting element 1a and the reference frequency detecting element 1b0 are substantially equal.
Therefore, when the frequency of the ultrasonic wave transmitted from the transmitting element 1a and reflected by a human hand or finger is the reference frequency, when the ultrasonic wave reaches the ultrasonic sensor unit 1A, the vibration of the reference frequency detecting element 1b0 is performed. The diaphragm 2 in the region VA resonates. Therefore, the reference frequency ultrasonic wave can be detected by the reference frequency detection element 1b0.

基準周波数検出素子１ｂ０及びシフト周波数検出素子１ｂ１，…，１ｂｎの圧電体３に発生した電位差は、各々の上部電極５及び下部電極４に接続された配線（図示略）によって各素子の出力信号として入力装置１０の制御回路部４０に伝送される。入力装置１０の制御回路部４０に伝送された各々の素子からの出力信号は、増幅部４４ａ、Ａ／Ｄ変換部４４ｂを介して記憶部４２に記録される。制御演算部４１は、発信素子１ａから発信された超音波の情報と、検出対象により反射され基準周波数検出素子１ｂ０及びシフト周波数検出素子１ｂ１，…，１ｂｎにより受信された超音波の情報と、に基づいて検出領域の人間の手や指の形状、距離、移動速度を算出して出力する。 A potential difference generated in the piezoelectric body 3 of the reference frequency detection element 1b0 and the shift frequency detection elements 1b1,..., 1bn is output as an output signal of each element by wiring (not shown) connected to the upper electrode 5 and the lower electrode 4. It is transmitted to the control circuit unit 40 of the input device 10. The output signal from each element transmitted to the control circuit unit 40 of the input device 10 is recorded in the storage unit 42 via the amplification unit 44a and the A / D conversion unit 44b. The control calculation unit 41 includes information on the ultrasonic wave transmitted from the transmitting element 1a and information on the ultrasonic wave reflected by the detection target and received by the reference frequency detecting element 1b0 and the shift frequency detecting elements 1b1, ..., 1bn. Based on this, the shape, distance, and movement speed of the human hand or finger in the detection area are calculated and output.

具体的には、制御演算部４１は、発信素子１ａによって超音波を発信する際に、発信する超音波の情報を記憶部４２に記録する。また、人の手や指によって反射され複数の受信素子１ｂによって検出された超音波の情報をそれぞれ記憶部４２に記録する。そして、発信した超音波が人の手や指によって反射され受信されるまでの時間から、超音波センサーユニット１Ａと人の手や指との距離を算出する。これにより、人の手や指の３次元形状及び位置を算出する。 Specifically, the control calculation unit 41 records information on the transmitted ultrasonic waves in the storage unit 42 when transmitting the ultrasonic waves by the transmission element 1a. Moreover, the information of the ultrasonic wave reflected by the human hand or finger and detected by the plurality of receiving elements 1b is recorded in the storage unit 42, respectively. The distance between the ultrasonic sensor unit 1A and the human hand or finger is calculated from the time until the transmitted ultrasonic wave is reflected and received by the human hand or finger. Thereby, the three-dimensional shape and position of a human hand or finger are calculated.

また、制御演算部４１は、発信素子１ａによる超音波の発信と受信素子１ｂによる超音波の受信を所定の周期で繰り返すことで、人の手や指の移動を検知し、その速度、動作を算出する。さらに、手や指の動作など、動作中の手や指によって反射され、ドップラー効果により周波数が変化したシフト超音波の情報をシフト周波数検出素子１ｂ１，…，１ｂｎにより検出して記憶装置２４に記録し、人の手や指の移動方向及び速度を算出する。したがって、本実施形態の入力装置１０によれば、超音波センサーユニット１ＡによりＰＤＡ１００の近傍の人の手や指等、比較的近距離である比較的小さな検出対象の３次元的な位置、形状、速度を正確に検出することができる。 Further, the control calculation unit 41 repeats transmission of ultrasonic waves by the transmitting element 1a and reception of ultrasonic waves by the receiving element 1b at a predetermined cycle, thereby detecting the movement of a human hand or finger, and controlling the speed and operation thereof. calculate. Further, the information of the shift ultrasonic wave reflected by the hand or finger during operation, such as the movement of the hand or finger and whose frequency is changed by the Doppler effect, is detected by the shift frequency detection elements 1b1,. Then, the moving direction and speed of the human hand or finger are calculated. Therefore, according to the input device 10 of the present embodiment, the ultrasonic sensor unit 1A has a three-dimensional position, shape, and the like of a relatively small detection target such as a human hand or finger near the PDA 100 that is relatively close. The speed can be accurately detected.

入力装置１０は、これら人の手や指の３次元形状及び位置、移動方向及び速度の情報を人の手や指の状態や動作の情報として出力する。ＰＤＡ１００の制御・演算部（図示略）は、入力装置１０によって入力された手や指の状態や動作と、予め登録された手や指の状態や動作とを比較する。比較の結果、入力装置１０によって入力された人の手や指の状態や動作が予め登録されたものと一致すれば、人の手や指の形状や動作を所定の入力として認識し、例えば表示部２０に画像を表示させる等、予め登録された所定の動作を実行する。 The input device 10 outputs information on the three-dimensional shape and position of the person's hand or finger, the moving direction, and the speed as information on the state or action of the person's hand or finger. The control / arithmetic unit (not shown) of the PDA 100 compares the state and action of the hand or finger input by the input device 10 with the state or action of the hand or finger registered in advance. As a result of the comparison, if the state or action of the person's hand or finger input by the input device 10 matches that registered in advance, the shape or action of the person's hand or finger is recognized as a predetermined input, for example, display A predetermined operation registered in advance, such as displaying an image on the unit 20, is executed.

人の手や指の動作を検出してＰＤＡ１００が実行する動作の一例としては、例えば親指と人差し指を擦り合わせる動作を検出して、ＰＤＡ１００おいてページめくり動作を実行させる。また、人差し指と中指の先端を円運動させる動作を検出することで、ＰＤＡ１００おいてオブジェクトの回転動作を実行する。また、人差し指の動作を検出することで、ＰＤＡ１００おいてポインティング動作を実行する。また、親指の先端と人差し指の先端を接触させる動作を検出して、ＰＤＡ１００おいてクリック動作を実行する、等である。 As an example of an operation performed by the PDA 100 by detecting the movement of a human hand or finger, for example, an operation of rubbing a thumb and an index finger is detected, and the page turning operation is performed in the PDA 100. Further, by detecting the movement of the tip of the index finger and the middle finger in a circular motion, the PDA 100 performs a rotation operation of the object. Further, the pointing operation is executed in the PDA 100 by detecting the operation of the index finger. Further, an operation of bringing the tip of the thumb and the tip of the index finger into contact is detected, and a click operation is executed in the PDA 100.

本実施形態の入力装置１０によれば、従来のタッチパネルに代わる非接触の入力装置を提供することができ、上記したような３次元の豊かな表現による入力が可能となる。したがって、タッチパネルを用いる場合と比較して、表示部２０の表示パネルの透過度を向上させることができ表示品質を著しく向上させることができる。また、表示部２０に触れる必要がないので、表示部２０に指紋等が付着することを防止できる。 According to the input device 10 of the present embodiment, it is possible to provide a non-contact input device that replaces a conventional touch panel, and input with a rich three-dimensional expression as described above is possible. Therefore, compared with the case where a touch panel is used, the transparency of the display panel of the display unit 20 can be improved, and the display quality can be remarkably improved. In addition, since it is not necessary to touch the display unit 20, it is possible to prevent fingerprints and the like from attaching to the display unit 20.

また、超音波センサーユニット１Ａの開口部１１ａの径Ｄ及び振動板２の厚さを調整することで、開口部１１ａにおける振動板２の固有振動数を調整し、周波数が１００ＫＨｚ以上の波長の短い高周波数の超音波を発信及び受信し、比較的近距離に存在する検出対象の分解能を向上させることができる。 Further, by adjusting the diameter D of the opening 11a and the thickness of the diaphragm 2 of the ultrasonic sensor unit 1A, the natural frequency of the diaphragm 2 in the opening 11a is adjusted, and the frequency is short with a wavelength of 100 KHz or more. High-frequency ultrasonic waves can be transmitted and received, and the resolution of a detection target existing at a relatively short distance can be improved.

また、超音波センサーユニット１Ａの基部１１の中央部及び四隅に発信素子１ａを配置し、その周囲に基準周波数検出素子１ｂ０を配置している。したがって、基準周波数の超音波を効率よく検出して、検出領域内に存在する検出対象の３次元形状及び位置の検出精度を向上できる。また、基部１１の周辺部に発信素子１ａを取り囲むようにシフト周波数検出素子１ｂ１，…，１ｂｎが配置されている。したがって、シフト周波数の超音波を効率よく検出して、検出対象の速度の検出制度を向上できる。 Further, the transmitting element 1a is disposed at the center and four corners of the base 11 of the ultrasonic sensor unit 1A, and the reference frequency detecting element 1b0 is disposed around the transmitting element 1a. Therefore, it is possible to efficiently detect the ultrasonic wave of the reference frequency and improve the detection accuracy of the three-dimensional shape and position of the detection target existing in the detection region. Further, shift frequency detection elements 1b1,..., 1bn are arranged around the base 11 so as to surround the transmitting element 1a. Therefore, it is possible to efficiently detect the ultrasonic waves of the shift frequency and improve the speed detection system of the detection target.

また、超音波センサーユニット１Ａから発信される超音波の周波数を１００ｋＨｚ以上とすることで、超音波センサーユニット１Ａが発信する超音波の波長が十分に短くなり、比較的近距離に存在する検出対象の分解能が向上する。したがって、超音波センサーユニット１Ａによって比較的近距離に存在する比較的小さな人の手や指、あるいはタッチペン等の３次元的な位置、形状、速度を正確に検出することができる。
また、超音波センサーユニット１Ａから発信される超音波の周波数を２００ｋＨｚ以上とすることで、解像度をさらに向上させることができる。また、発信される周波数を１ＭＨｚ以下とすることで検出領域を実用的な範囲とすることができる。 Further, by setting the frequency of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic sensor unit 1A to 100 kHz or more, the wavelength of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic sensor unit 1A is sufficiently short, and the detection target is present at a relatively short distance. The resolution is improved. Therefore, the ultrasonic sensor unit 1A can accurately detect the three-dimensional position, shape, and speed of a relatively small human hand or finger or a touch pen existing at a relatively short distance.
Moreover, the resolution can be further improved by setting the frequency of the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic sensor unit 1A to 200 kHz or more. Moreover, a detection area | region can be made into a practical range by making the transmitted frequency into 1 MHz or less.

また、入力装置１０の超音波センサーユニット１Ａは、単結晶シリコン基板により形成された基部１１を備えている。そのため、フォトリソグラフィ法、エッチング法等の微細加工技術を用いて基部１１の開口部１１ａを精密に加工することが可能になる。 In addition, the ultrasonic sensor unit 1A of the input device 10 includes a base 11 formed of a single crystal silicon substrate. Therefore, it becomes possible to precisely process the opening 11a of the base 11 using a fine processing technique such as a photolithography method or an etching method.

また、振動板２はＳｉＯ_２等のシリコン酸化物により形成された第１酸化膜２ａと、ＺｒＯ_２等により形成された第２酸化膜２ｂとにより形成されている。そのため、基部１１の表面を熱酸化させて振動板２の第１酸化膜２ａを形成し、ＣＶＤ法、スパッタリング法等により第２酸化膜２ｂを形成することができる。これにより、振動板の厚さを精密に制御することが可能となる。したがって、高周波数の超音波を発信及び受信することが可能な超音波センサーユニット１Ａを容易に製造することが可能になる。 The diaphragm 2 is formed by a first oxide film 2a formed of silicon oxide such as SiO ₂ and a second oxide film 2b formed of ZrO ₂ or the like. Therefore, the surface of the base 11 can be thermally oxidized to form the first oxide film 2a of the diaphragm 2, and the second oxide film 2b can be formed by CVD, sputtering, or the like. This makes it possible to precisely control the thickness of the diaphragm. Therefore, it is possible to easily manufacture the ultrasonic sensor unit 1A capable of transmitting and receiving high-frequency ultrasonic waves.

以上説明したように、本実施形態の入力装置１０によれば、比較的近距離である検出領域に存在する比較的小さな人の手や指、タッチペン等の３次元的な位置、形状、速度を超音波センサーユニット１Ａにより正確に検出することができ、ＰＤＡ１００等の電気機器に超音波センサーユニット１Ａの検出結果に対応した入力を行うことができる。 As described above, according to the input device 10 of the present embodiment, the three-dimensional positions, shapes, and speeds of relatively small human hands, fingers, touch pens, and the like existing in a detection area that is relatively close to each other are determined. It can be detected accurately by the ultrasonic sensor unit 1A, and an input corresponding to the detection result of the ultrasonic sensor unit 1A can be made to an electric device such as the PDA 100.

次に、本実施形態の変形例について、図６を用いて説明する。本実施形態では、超音波センサーユニットの基部の開口部の径がすべての超音波センサーにおいて等しくなっている点で、本実施形態で説明した入力装置１０と異なっている。その他の点は同様であるので、同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。 Next, a modification of the present embodiment will be described with reference to FIG. The present embodiment is different from the input device 10 described in the present embodiment in that the diameter of the opening of the base of the ultrasonic sensor unit is the same in all ultrasonic sensors. Since the other points are the same, the same parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted.

図６は、本実施形態の図４に相当する超音波センサーの変形例を示す拡大図断面図である。
図６に示すように、本実施形態の超音波センサーユニット１Ｂは受信素子１ｂにおいて振動板２の厚さｔ及び基部１１の開口部１１ａの径Ｄが、発信素子１ａにおける開口部１１ａの径Ｄａ（図４参照）と等しくなっている。また、基準周波数検出素子１ｂ０の下部電極４、圧電体３、上部電極５は、発信素子１ａと同様に設けられている。これにより、基準周波数検出素子１ｂ０の振動領域ＶＡの振動板２の固有振動数が、発信素子１ａの振動領域ＶＡの振動板２の固有振動数と略等しくなっている。 FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing a modification of the ultrasonic sensor corresponding to FIG. 4 of the present embodiment.
As shown in FIG. 6, in the ultrasonic sensor unit 1B of the present embodiment, in the receiving element 1b, the thickness t of the diaphragm 2 and the diameter D of the opening 11a of the base 11 are set to be the diameter Da of the opening 11a in the transmitting element 1a. (See FIG. 4). Further, the lower electrode 4, the piezoelectric body 3, and the upper electrode 5 of the reference frequency detecting element 1b0 are provided in the same manner as the transmitting element 1a. Thereby, the natural frequency of the diaphragm 2 in the vibration area VA of the reference frequency detection element 1b0 is substantially equal to the natural frequency of the diaphragm 2 in the vibration area VA of the transmitting element 1a.

また、シフト周波数検出素子１ｂ１，…，１ｂｎの振動領域ＶＡには、固有振動数調整部６１，…，６ｎがそれぞれ設けられている。固有振動数調整部６１，…，６ｎは、各素子における振動領域ＶＡの振動板２の固有振動数を調整するために設けられている。固有振動数調整部６１，…，６ｎは、下部電極４、圧電体３、上部電極５と同一の工程で一括して形成され、電気的に独立した島状に形成されている。また、固有振動数調整部６１，…，６ｎは、各素子の固有振動数に対応して体積が異なっている。 In addition, natural frequency adjustment units 61,..., 6n are provided in the vibration regions VA of the shift frequency detection elements 1b1,. The natural frequency adjusting units 61,..., 6n are provided to adjust the natural frequency of the diaphragm 2 in the vibration region VA in each element. The natural frequency adjusting portions 61,..., 6n are formed in a lump in the same process as the lower electrode 4, the piezoelectric body 3, and the upper electrode 5, and are formed in an electrically independent island shape. Further, the natural frequency adjusting units 61,..., 6n have different volumes corresponding to the natural frequency of each element.

本変形例の超音波センサーユニット１Ｂでは、本実施形態の超音波センサーユニット１Ａと同様に、発信素子１ａと基準周波数検出素子１ｂ０の振動領域ＶＡの振動板２の固有振動数が略等しくなっている。また、固有振動数調整部６１，…，６ｎ設けることで、発信素子１ａとシフト周波数検出素子１ｂ１，…，１ｂｎの振動領域ＶＡの振動板２の固有振動数が異なっている。したがって、図４に示す超音波センサーユニット１Ａと同様の効果を得ることができる。 In the ultrasonic sensor unit 1B of this modification, the natural frequency of the diaphragm 2 in the vibration region VA of the transmitting element 1a and the reference frequency detection element 1b0 is substantially equal, as in the ultrasonic sensor unit 1A of the present embodiment. Yes. Further, by providing the natural frequency adjusting units 61,..., 6n, the natural frequencies of the diaphragm 2 in the vibration region VA of the transmitting element 1a and the shift frequency detecting elements 1b1,. Therefore, the same effect as the ultrasonic sensor unit 1A shown in FIG. 4 can be obtained.

尚、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、電子機器はＰＤＡに限られない。本発明の入力装置は、例えば人の指の動きを検出することで、パーソナルコンピュータのバーチャルキーボードとして利用することも可能である。また、血流等の液体の速度検出装置として用いてもよい。また、手話の翻訳機等にも応用することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the electronic device is not limited to a PDA. The input device of the present invention can also be used as a virtual keyboard of a personal computer, for example, by detecting the movement of a human finger. Moreover, you may use as a velocity detection apparatus of liquids, such as a blood flow. It can also be applied to sign language translators.

また、振動板の材料としては、シリコン酸化物以外にも、ニッケル、クロム、アルミニウムのような金属材料及び、それらの酸化物であるセラミック材料、シリコン、有機樹脂を用いた高分子有機物等を用いることができる。また、酸化膜は基板表面の熱酸化以外に、ＣＶＤ、スパッタリング、蒸着、塗布等、或いはこれらの金属膜成膜と熱酸化の組み合わせにより形成してもよい。
また、基部に形成する開口部の平面形状は矩形状や円形状に限られない。
また、入力装置は複数の超音波センサーユニットを備えていてもよい。これにより、検出対象の複数の方向の速度をより正確に検出することが可能になる。
また、各素子において振動板の厚さ（図４、ｔ_ａ，ｔ_ｂ１，ｔ_ｂ０，ｔ_ｂｎ参照）を適宜異ならせることで、振動領域の固有振動数を異ならせてもよい。 Further, as the material of the diaphragm, in addition to silicon oxide, metal materials such as nickel, chromium, and aluminum, ceramic materials that are oxides thereof, silicon, and polymer organic materials using organic resins are used. be able to. In addition to thermal oxidation of the substrate surface, the oxide film may be formed by CVD, sputtering, vapor deposition, coating, or the like, or a combination of these metal film formation and thermal oxidation.
Further, the planar shape of the opening formed in the base is not limited to a rectangular shape or a circular shape.
The input device may include a plurality of ultrasonic sensor units. This makes it possible to more accurately detect the speeds of the detection target in a plurality of directions.
Further, the natural frequency of the vibration region may be varied by appropriately varying the thickness of the diaphragm (see FIGS. 4, t _a , t _b1 , t _b0 , and t _bn ) in each element.

上述の実施形態において説明した入力装置を用い、超音波センサーユニットの発信素子から発信する基本周波数ｆを３４０ｋＨｚに設定した。振動板を所定の厚さは一定の厚さにし、音波センサーユニットのシフト周波数検出素子の開口部の径を以下の表１に示すように変化させてシフト周波数ｆ’を測定した。このとき、検出対象の速度を変化させて測定を行った。 Using the input device described in the above embodiment, the fundamental frequency f transmitted from the transmitting element of the ultrasonic sensor unit was set to 340 kHz. The shift frequency f 'was measured by changing the diameter of the opening of the shift frequency detection element of the acoustic wave sensor unit as shown in Table 1 below, with the diaphragm having a predetermined thickness and a constant thickness. At this time, the measurement was performed while changing the speed of the detection target.

その結果、表１に示すように、検出対象の速度毎に異なるシフト周波数検出素子によって異なるシフト周波数が検出され、演算部によって検出対象の速度ｖｓがそれぞれ算出された。 As a result, as shown in Table 1, different shift frequencies were detected by different shift frequency detection elements for each speed of the detection target, and the speed vs of the detection target was calculated by the calculation unit.

１超音波センサー、１ａ発信素子、１ｂ受信素子、１ｂ０基準周波数検出素子、１ｂ１シフト周波数検出素子、１Ａ，１Ｂ超音波センサーユニット、２振動板、３圧電体、１０入力装置、１１基部、１１ａ開口部、４１制御演算部、６１固有振動数調整部、１００ＰＤＡ（電子機器）、Ｄ_ａ，Ｄ_ｂ１，Ｄ_ｂ０，Ｄ_ｂｎ径（寸法）、ｔ_ａ，ｔ_ｂ１，ｔ_ｂ０，ｔ_ｂｎ厚さ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ultrasonic sensor, 1a Transmitting element, 1b Receiving element, 1b0 Reference frequency detecting element, 1b1 Shift frequency detecting element, 1A, 1B Ultrasonic sensor unit, 2 Diaphragm, 3 Piezoelectric body, 10 Input device, 11 Base, 11a Opening Part, 41 control operation part, 61 natural frequency adjustment part, 100 PDA (electronic equipment), D _a , D _b1 , D _b0 , D _bn diameter (dimensions), t _a , t _b1 , t _b0 , t _bn thickness

Claims

An ultrasonic sensor unit comprising: a transmitting element that transmits ultrasonic waves of a first frequency; and a receiving element that receives the ultrasonic waves reflected by the detection target;
Before Symbol receive elements, possess a first frequency detection element for detecting the ultrasonic wave of the first frequency, a second frequency detection element for detecting the ultrasonic wave of the second frequency different from the first frequency, and
The first frequency detection element is provided in a base portion in which a plurality of openings are formed, a diaphragm that is provided in a part of the plurality of openings and closes the opening, and is provided in the diaphragm. A piezoelectric element including a lower electrode, a piezoelectric body, and an upper electrode,
The second frequency detection element includes the base and a diaphragm that is provided in an opening of the opening formed in the base and in which the first frequency detection element is not provided, and closes the opening. A first piezoelectric element portion having a lower electrode, a piezoelectric body, and an upper electrode provided on the diaphragm, and a lower electrode, a piezoelectric body, and an upper electrode provided on the diaphragm provided with the first piezoelectric element portion. A second piezoelectric element portion having,
The detection device, characterized that you have electrically independent of the first piezoelectric element unit and said second piezoelectric element unit.

Said ultrasonic wave transmitted by the transmitting device, and the ultrasonic wave received by the receiving device, in claim 1, characterized in Rukoto a control arithmetic unit for calculating the speed of the detection object based on The detection device described.

The diameter of the opening of the first frequency detecting element detecting apparatus according to claim 1 or claim 2, characterized in that different from the diameter of the opening in the second frequency detection element.

Wherein the thickness of the diaphragm in the first frequency detecting element, the detection of any one of claims 1 to 3, characterized in that different from the thickness of the diaphragm in the second frequency detecting element apparatus.

It said second piezoelectric element unit, the detection of any one of claims 1 to 4, characterized in that it is formed by a volume corresponding to the natural frequency of the second frequency detecting element apparatus.

6. The detection device according to claim 1, wherein the sensor unit includes the transmitting element disposed in a central portion and a plurality of the receiving elements disposed in a peripheral portion. .

An electronic apparatus comprising the detection device according to any one of claims 1 to 6.