JP5310119B2 - Ultrasonic sensor unit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultrasonic sensor unit capable of showing the maximum performance in both cases at a transmission time and a reception time of an ultrasonic wave. <P>SOLUTION: This sensor unit includes an ultrasonic transmitting sensor array having a plurality of ultrasonic transmitting sensors 52 respectively formed of a piezoelectric body 3 on the transmission side surface, and an ultrasonic receiving sensor array having a plurality of ultrasonic receiving sensors 53 respectively formed of a piezoelectric body 3 on the reception side surface. Each sensor array is described as follows: each ultrasonic transmitting sensor 52 and each ultrasonic receiving sensor 53 are not overlapped in a plan view; either of the transmission side surface and the reception side surface is faced to a direction reverse to an ultrasonic transmission direction of the ultrasonic transmitting sensor 52; the transmission side surface and the reception side surface are laminated together; and, in one sensor array, a through hole 11b for exposing the ultrasonic receiving sensor 53 of the other sensor array is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、超音波センサーユニットに関するものである。   The present invention relates to an ultrasonic sensor unit.

超音波センサーは、対象物体までの距離の測定、流速の測定、配管の非破壊検査など多くの測定や検出に活用されている。このような超音波センサーとして、従来から、ダイアフラム型のものが知られている。この超音波センサーは、ダイアフラムの一方の面側に2つの電極で挟んだPZTセラミックスの薄膜層を形成し、これらの電極から出力される電気信号を用いて超音波を検出するものである(例えば、特許文献1参照)。   Ultrasonic sensors are used in many measurements and detections, such as measuring the distance to a target object, measuring flow velocity, and nondestructive inspection of piping. As such an ultrasonic sensor, a diaphragm type sensor is conventionally known. In this ultrasonic sensor, a thin film layer of PZT ceramics sandwiched between two electrodes is formed on one surface side of a diaphragm, and ultrasonic waves are detected using electrical signals output from these electrodes (for example, , See Patent Document 1).

近年、多数の超音波センサーをMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術によってアレイ状に配置した超音波センサーアレイは、所望の方向へ鋭い指向性を持つ超音波を生成することができることから、超音波センサーアレイを用いた3次元的なスキャニングを実現すべく、研究開発が行われている。   In recent years, an ultrasonic sensor array in which a large number of ultrasonic sensors are arranged in an array using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology can generate ultrasonic waves having sharp directivity in a desired direction. Research and development are being carried out to realize three-dimensional scanning using arrays.

特開2005−49301号公報JP 2005-49301 A

ところで、MEMS技術によって製造される超音波センサーアレイは、超音波センサーを構成するダイアフラム構造が基本的に全てのセンサー間で同じになる。また、超音波センサーアレイを小型化するためには送信用超音波センサーと超音波受信用センサーとを同一基板上に形成することでアレイ化することが有効である。
しかしながら、MEMS技術を用いた場合、同一基板に形成される送信用素子及び受信用素子は同一のダイアフラム構造となってしまう。送信用超音波センサー及び超音波受信用センサーは、最適なダイアフラム構造が異なっている。そのため、送信用超音波センサー及び超音波受信用センサーは、それぞれの性能を最大限に発揮することができず、新たな技術提供が望まれていた。
By the way, in the ultrasonic sensor array manufactured by the MEMS technology, the diaphragm structure constituting the ultrasonic sensor is basically the same among all the sensors. In order to reduce the size of the ultrasonic sensor array, it is effective to form an array by forming a transmission ultrasonic sensor and an ultrasonic reception sensor on the same substrate.
However, when the MEMS technology is used, the transmitting element and the receiving element formed on the same substrate have the same diaphragm structure. The transmission ultrasonic sensor and the ultrasonic reception sensor have different optimum diaphragm structures. For this reason, the ultrasonic sensor for transmission and the ultrasonic sensor for receiving ultrasonic waves cannot maximize the performance of each, and a new technology has been desired to be provided.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、超音波の送信時及び受信時のいずれにおいても最大限の性能を発揮できる、超音波センサーユニットを提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic sensor unit capable of maximizing performance both when transmitting and receiving ultrasonic waves.

上記課題を解決するために、本発明の超音波センサーユニットは、超音波を送信する圧電体からなる超音波送信用センサーを、その片側表面に複数有する超音波送信用センサーアレイと、前記超音波を受信する圧電体からなる超音波受信用センサーを、その片側表面に複数有する超音波受信用センサーアレイと、を備え、前記超音波送信用センサーアレイ及び前記超音波受信用センサーアレイは、前記超音波送信用センサー及び前記超音波受信用センサーが平面視した状態で重なっておらず、かつ、前記超音波送信用センサーアレイの前記超音波送信センサーが備えられた送信側表面と、前記超音波受信用センサーアレイの前記超音波受信センサーが備えられた受信側表面とが、同方向を向くように貼り合わされてなり、前記超音波送信用センサーアレイ及び前記超音波受信用センサーアレイの一方には、他方のアレイにおける超音波センサーを露出させる貫通孔が形成されていることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, an ultrasonic sensor unit according to the present invention includes an ultrasonic transmission sensor array having a plurality of ultrasonic transmission sensors each including a piezoelectric body that transmits ultrasonic waves, and the ultrasonic wave. An ultrasonic wave reception sensor array having a plurality of ultrasonic wave reception sensors made of a piezoelectric body for receiving the ultrasonic wave, the ultrasonic wave transmission sensor array and the ultrasonic wave reception sensor array, The ultrasonic wave transmission sensor and the ultrasonic wave reception sensor do not overlap in a plan view, and the ultrasonic wave transmission sensor array of the ultrasonic wave transmission sensor array includes the ultrasonic wave transmission sensor, and the ultrasonic wave reception The ultrasonic sensor is attached to the receiving side surface of the sensor array on which the ultrasonic receiving sensor is provided so as to face in the same direction. While the of Saarei and the ultrasonic reception sensor array, wherein the through-holes for exposing the ultrasonic sensor is formed in the other array.

本発明の超音波センサーユニットによれば、超音波送信用センサーアレイ及び超音波受信用センサーを独立して備えるので、例えば超音波送信用センサーアレイ及び超音波受信用センサーをそれぞれに適した最適な条件で構成することで、強い音圧を出す超音波送信用センサーと受信感度に優れた超音波受信用センサーとを備えた構成を実現できる。よって、超音波の送信時及び受信時のいずれにおいても最大限の性能を発揮できる、信頼性の高いものを提供できる。また、超音波受信用センサーアレイと送信用超音波センサーアレイとが貼り合わされているのでセンサーユニット自体の剛性が高まり、超音波の送信時及び受信時の信頼性を向上できる。   According to the ultrasonic sensor unit of the present invention, since the ultrasonic transmission sensor array and the ultrasonic reception sensor are independently provided, for example, the ultrasonic transmission sensor array and the ultrasonic reception sensor are optimally suited to each. By configuring under conditions, it is possible to realize a configuration including an ultrasonic transmission sensor that emits strong sound pressure and an ultrasonic reception sensor that has excellent reception sensitivity. Therefore, it is possible to provide a highly reliable product that can exhibit the maximum performance both when transmitting and receiving ultrasonic waves. Further, since the ultrasonic reception sensor array and the transmission ultrasonic sensor array are bonded together, the rigidity of the sensor unit itself is increased, and the reliability at the time of transmission and reception of ultrasonic waves can be improved.

また、上記課題を解決するために、本発明の超音波センサーユニットは、超音波を送信する圧電体からなる超音波送信用センサーを、その片側表面に複数有する超音波送信用センサーアレイと、前記超音波を受信する圧電体からなる超音波受信用センサーを、その片側表面に複数有する超音波受信用センサーアレイと、を備え、前記超音波送信用センサーアレイ及び前記超音波受信用センサーアレイは、前記超音波送信用センサー及び前記超音波受信用センサーが平面視した状態で重なっておらず、かつ、前記超音波送信用センサーアレイの前記超音波送信センサーが備えられた送信側表面と、前記超音波受信用センサーアレイの前記超音波受信センサーが備えられた受信側表面のどちらか一方が、前記超音波送信センサーの前記超音波の送信方向と逆方向を向き、前記送信側表面と前記受信側表面とが貼り合わされてなり、前記超音波送信用センサーアレイ及び前記超音波受信用センサーアレイの一方には、他方のアレイにおける超音波センサーを露出させる貫通孔が形成されていることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, an ultrasonic sensor unit of the present invention includes an ultrasonic transmission sensor array having a plurality of ultrasonic transmission sensors made of a piezoelectric body that transmits ultrasonic waves on one surface thereof, An ultrasonic reception sensor array having a plurality of ultrasonic reception sensors made of a piezoelectric body for receiving ultrasonic waves on one side surface thereof, the ultrasonic transmission sensor array and the ultrasonic reception sensor array, The ultrasonic transmitting sensor and the ultrasonic receiving sensor do not overlap in a plan view, and the ultrasonic transmitting sensor array includes the transmitting side surface provided with the ultrasonic transmitting sensor; Either one of the reception-side surfaces of the ultrasonic wave reception sensor array provided with the ultrasonic wave reception sensor is configured to transmit the ultrasonic wave of the ultrasonic wave transmission sensor. An ultrasonic sensor in the other array is disposed in one of the ultrasonic transmission sensor array and the ultrasonic reception sensor array. A through-hole exposing the surface is formed.

本発明の超音波センサーユニットによれば、超音波送信用センサーアレイと超音波受信用センサーアレイとが、超音波送信用センサー及び超音波受信用センサーが備えられている送信側表面と受信側表面とが向き合わされた状態で貼り合わせられているので、各表面に形成された各配線を容易に接続し、共有することができる。
特に、超音波送信用センサーの圧電体に電圧を印加する電極対と、超音波受信用センサーの圧電体から発生する電圧を取り出す電極対とにおいて、定電圧を保持するグランド配線を共有化させることができる。送信側表面若しくは受信側表面のどちらか一方にグランド配線を形成しておけば、他方の表面にはグランド配線への接続端子となる引き出し配線を形成しておくだけで良いので、製造コストの低減が図れる。
According to the ultrasonic sensor unit of the present invention, the ultrasonic transmission sensor array and the ultrasonic reception sensor array include an ultrasonic transmission sensor and an ultrasonic reception sensor. Are attached in a state of facing each other, so that each wiring formed on each surface can be easily connected and shared.
In particular, the ground wiring that holds a constant voltage is shared between the electrode pair that applies a voltage to the piezoelectric body of the ultrasonic transmission sensor and the electrode pair that extracts the voltage generated from the piezoelectric body of the ultrasonic reception sensor. Can do. If the ground wiring is formed on either the transmission-side surface or the reception-side surface, it is only necessary to form a lead-out wiring that serves as a connection terminal for the ground wiring on the other surface, thus reducing manufacturing costs. Can be planned.

さらに、上記課題を解決するために、本発明の超音波センサーユニットは、超音波を送信する圧電体からなる超音波送信用センサーを、その片側表面に複数有する超音波送信用センサーアレイと、前記超音波を受信する圧電体からなる超音波受信用センサーを、その片側表面に複数有する超音波受信用センサーアレイと、を備え、前記超音波送信用センサーアレイ及び前記超音波受信用センサーアレイは、前記超音波送信用センサー及び前記超音波受信用センサーが平面視した状態で重なっておらず、かつ、前記超音波送信用センサーアレイの前記超音波送信センサーが備えられた送信側表面と、前記超音波受信用センサーアレイの前記超音波受信センサーが備えられた受信側表面のどちらか一方が、前記超音波送信センサーの前記超音波の送信方向と逆方向を向き、前記超音波送信センサーアレイの前記超音波送信センサーが備えられていない送信側裏面と、前記超音波受信センサーアレイの前記超音波受信センサーが備えられていない受信側裏面とが貼り合わされてなり、前記超音波送信用センサーアレイ及び前記超音波受信用センサーアレイの一方には、他方のアレイにおける超音波センサーを露出させる貫通孔が形成されていることを特徴とする。   Furthermore, in order to solve the above-described problem, an ultrasonic sensor unit of the present invention includes an ultrasonic transmission sensor array having a plurality of ultrasonic transmission sensors made of a piezoelectric body that transmits ultrasonic waves on one side surface thereof, An ultrasonic reception sensor array having a plurality of ultrasonic reception sensors made of a piezoelectric body for receiving ultrasonic waves on one side surface thereof, the ultrasonic transmission sensor array and the ultrasonic reception sensor array, The ultrasonic transmitting sensor and the ultrasonic receiving sensor do not overlap in a plan view, and the ultrasonic transmitting sensor array includes the transmitting side surface provided with the ultrasonic transmitting sensor; Either one of the reception-side surfaces provided with the ultrasonic reception sensor of the ultrasonic wave reception sensor array is the ultrasonic wave of the ultrasonic transmission sensor. The transmission side rear surface that is opposite to the transmission direction and is not equipped with the ultrasonic transmission sensor of the ultrasonic transmission sensor array, and the reception side rear surface that is not equipped with the ultrasonic reception sensor of the ultrasonic reception sensor array And a through hole for exposing the ultrasonic sensor in the other array is formed in one of the ultrasonic transmission sensor array and the ultrasonic reception sensor array.

本発明の超音波センサーユニットによれば、超音波送信用センサーアレイと超音波受信用センサーアレイとが、送信側裏面と受信側裏面とで貼り合わされており、超音波送信用センサーと超音波受信用センサーとの間に各センサーアレイの基部が介在することとなる。よって、超音波送信用センサーでの超音波発生時の振動が超音波受信用センサーに伝播し難くなるので、超音波受信用センサーをより高感度のものにできる。加えて、この逆に、超音波受信用センサーへの影響が軽減されることにより、超音波送信用センサーの発信時の音圧を大きくすることも可能となる。よって、より良い性能を発揮でき、かつクロストークが少ない信頼性の高い超音波センサーユニットを提供できる。   According to the ultrasonic sensor unit of the present invention, the ultrasonic transmission sensor array and the ultrasonic reception sensor array are bonded to each other on the transmission-side back surface and the reception-side back surface. The base of each sensor array is interposed between the sensors for use. Therefore, the vibration when the ultrasonic wave is generated by the ultrasonic transmission sensor is difficult to propagate to the ultrasonic reception sensor, so that the ultrasonic reception sensor can be made more sensitive. In addition, on the contrary, the influence on the ultrasonic wave reception sensor is reduced, so that the sound pressure at the time of transmission of the ultrasonic wave transmission sensor can be increased. Therefore, it is possible to provide a highly reliable ultrasonic sensor unit that can exhibit better performance and has less crosstalk.

また、上記超音波センサーユニットにおいては、前記超音波送信用センサーが前記超音波送信用センサーアレイに規則的に配置されており、前記超音波受信用センサーが前記超音波受信用センサーアレイに規則的に配置されているのが好ましい。   In the ultrasonic sensor unit, the ultrasonic transmission sensor is regularly arranged in the ultrasonic transmission sensor array, and the ultrasonic reception sensor is regularly arranged in the ultrasonic reception sensor array. Is preferably arranged.

この構成によれば、超音波送信用センサーが規則的に配置されるので、超音波送信用センサーアレイは強い音圧で超音波を送信することができる。また、超音波受信用センサーが規則的に配置されるので、超音波受信用センサーアレイは超音波送信用センサーアレイから送信された超音波を優れた感度で受信することができる。   According to this configuration, since the ultrasonic transmission sensors are regularly arranged, the ultrasonic transmission sensor array can transmit ultrasonic waves with a strong sound pressure. In addition, since the ultrasonic receiving sensors are regularly arranged, the ultrasonic receiving sensor array can receive the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitting sensor array with excellent sensitivity.

また、上記超音波センサーユニットにおいては、前記前記超音波送信用センサーアレイにおける前記超音波送信用センサーの配置パターンと前記超音波受信用センサーアレイにおける前記超音波受信用センサーの配置パターンとが異なっているのが好ましい。さらに前記超音波送信用センサー及び前記超音波受信用センサーは、圧電型センサー又は容量型センサーのいずれかであるのがより望ましい。
このようにすれば、圧電型又は容量型のセンサーが用いられるので、超音波送信用センサーアレイ及び超音波受信用センサーアレイの設計自由度を向上させることができる。よって、所望の条件において最大限の性能を発揮できる超音波センサーユニットを提供できる。
In the ultrasonic sensor unit, an arrangement pattern of the ultrasonic transmission sensor in the ultrasonic transmission sensor array is different from an arrangement pattern of the ultrasonic reception sensor in the ultrasonic reception sensor array. It is preferable. Furthermore, the ultrasonic transmission sensor and the ultrasonic reception sensor are more preferably either a piezoelectric sensor or a capacitive sensor.
In this way, since a piezoelectric or capacitive sensor is used, the degree of freedom in designing the ultrasonic transmission sensor array and the ultrasonic reception sensor array can be improved. Therefore, it is possible to provide an ultrasonic sensor unit that can exhibit the maximum performance under desired conditions.

また、上記超音波センサーユニットにおいては、前記超音波送信用センサーアレイにおける前記超音波送信用センサーの数と、超音波受信用センサーアレイにおける前記超音波受信用センサーの数とが異なるのが好ましい。
このようにすれば、超音波センサーの数を両方のセンサーアレイ間で異ならせることで、超音波送信用センサーアレイ及び超音波受信用センサーアレイをそれぞれ最適な条件で設計することができる。
In the ultrasonic sensor unit, it is preferable that the number of the ultrasonic transmission sensors in the ultrasonic transmission sensor array is different from the number of the ultrasonic reception sensors in the ultrasonic reception sensor array.
In this way, by changing the number of ultrasonic sensors between the two sensor arrays, the ultrasonic transmission sensor array and the ultrasonic reception sensor array can be designed under optimum conditions.

PDAの斜視図である。It is a perspective view of PDA. 第一実施形態に係る超音波センサーアレイの斜視図である。1 is a perspective view of an ultrasonic sensor array according to a first embodiment. 超音波センサーユニットの構成要素を示す図である。It is a figure which shows the component of an ultrasonic sensor unit. 超音波センサーユニットの平面構成を示す図である。It is a figure which shows the plane structure of an ultrasonic sensor unit. 超音波センサーユニットの制御部のシステム構成図である。It is a system block diagram of the control part of an ultrasonic sensor unit. 超音波センサーユニットの要部を拡大する図である。It is a figure which expands the principal part of an ultrasonic sensor unit. 超音波送信用センサーにおける下部電極の平面図である。It is a top view of the lower electrode in the sensor for ultrasonic transmission. 超音波センサーの振動板が撓んだ状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which the diaphragm of the ultrasonic sensor bent. 第二実施形態に係る超音波センサーユニットの構成要素を示す図である。It is a figure which shows the component of the ultrasonic sensor unit which concerns on 2nd embodiment. 第二実施形態に係る超音波センサーユニットの平面構成を示す図である。It is a figure which shows the plane structure of the ultrasonic sensor unit which concerns on 2nd embodiment. 第一実施形態、第三実施形態、及び第四実施形態に係る各超音波センサーユニットの要部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the principal part of each ultrasonic sensor unit which concerns on 1st embodiment, 3rd embodiment, and 4th embodiment. 第三実施形態に係る超音波センサーユニットの要部を拡大する図である。It is a figure which expands the principal part of the ultrasonic sensor unit concerning a third embodiment.

以下、本発明に係る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。なお、以下の説明では、本発明の超音波センサーユニットを備えるPDA(Personal Data Assistance)を例に挙げて説明する。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described 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. In the following description, a PDA (Personal Data Assistance) including the ultrasonic sensor unit of the present invention will be described as an example.

(第一実施形態)
図1は本実施形態のPDA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PDAが備える超音波センサーユニットの構成を模式的に表す斜視図である。図3(a)は超音波センサーユニットの構成要素としての超音波送信用センサーユニットの平面構成を示す図であり、図3(b)は超音波センサーユニットの構成要素としての超音波受信用センサーユニットの平面構成を示す図である。図4は超音波センサーユニットの平面構成を示す図である。図5は本実施形態の超音波センサーユニットの制御部の構成を模式的に表すシステム構成図である。なお、図5では後述する第2下部電極に一定電圧を印加する構成については省略している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the configuration of the PDA of this embodiment. FIG. 2 is a perspective view schematically showing the configuration of the ultrasonic sensor unit provided in the PDA of this embodiment. FIG. 3A is a diagram showing a planar configuration of an ultrasonic transmission sensor unit as a component of the ultrasonic sensor unit, and FIG. 3B is an ultrasonic reception sensor as a component of the ultrasonic sensor unit. It is a figure which shows the planar structure of a unit. FIG. 4 is a diagram illustrating a planar configuration of the ultrasonic sensor unit. FIG. 5 is a system configuration diagram schematically showing the configuration of the control unit of the ultrasonic sensor unit of the present embodiment. In FIG. 5, the configuration for applying a constant voltage to the second lower electrode, which will be described later, is omitted.

図1に示すように、本実施形態のPDA100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内部に収容された演算・制御部に接続され、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10が設置されている。超音波センサーユニット10は、例えば人間の手、指またはや入力用のペンの形状や動作を検出してPDA100への入力とする入力装置として機能するものである。   As shown in FIG. 1, the PDA 100 of this embodiment includes a display unit 20 in a main body 30. The display unit 20 includes, for example, a liquid crystal panel, an organic EL panel, and the like, and is connected to a calculation / control unit housed in the main body 30 and configured to display various operation images and other information. An ultrasonic sensor unit 10 is installed on the outer periphery of the main body 30. The ultrasonic sensor unit 10 functions as an input device that detects the shape and operation of a human hand, finger, or input pen and inputs it to the PDA 100, for example.

図2に示すように、超音波センサーユニット10は、超音波送信用センサーアレイ50と、超音波受信用センサーアレイ51とを備えている。超音波送信用センサーアレイ50は、超音波を送信する超音波送信用センサー52を複数有している。また、超音波受信用センサーアレイ51は、超音波を受信する超音波受信用センサー53を複数有している。なお、詳細は後述するが、本実施形態に係る超音波送信用センサー52及び超音波受信用センサー53は、それぞれ圧電型の超音波センサーから構成されている。   As shown in FIG. 2, the ultrasonic sensor unit 10 includes an ultrasonic transmission sensor array 50 and an ultrasonic reception sensor array 51. The ultrasonic transmission sensor array 50 includes a plurality of ultrasonic transmission sensors 52 that transmit ultrasonic waves. The ultrasonic reception sensor array 51 includes a plurality of ultrasonic reception sensors 53 that receive ultrasonic waves. Although details will be described later, each of the ultrasonic transmission sensor 52 and the ultrasonic reception sensor 53 according to the present embodiment is composed of a piezoelectric ultrasonic sensor.

図3(a)に示すように、超音波送信用センサーアレイ50は、例えば単結晶シリコン基板等からなる基部11を備えている。基部11には、平面視略円形状の複数の開口部11aがアレイ状に形成されている。開口部11aの各々には、超音波を送信する超音波送信用センサー52がそれぞれ設けられている。すなわち、超音波送信用センサーアレイ50は、基部11の一面に複数の超音波送信用センサー52がアレイ状に規則的に配置された構成となっている。具体的に本実施形態では、複数の超音波送信用センサー52がマトリクス状に配置されている。   As shown in FIG. 3A, the ultrasonic transmission sensor array 50 includes a base 11 made of, for example, a single crystal silicon substrate. A plurality of openings 11a having a substantially circular shape in plan view are formed in the base 11 in an array. Each of the openings 11a is provided with an ultrasonic transmission sensor 52 that transmits ultrasonic waves. That is, the ultrasonic transmission sensor array 50 has a configuration in which a plurality of ultrasonic transmission sensors 52 are regularly arranged in an array on one surface of the base 11. Specifically, in the present embodiment, a plurality of ultrasonic transmission sensors 52 are arranged in a matrix.

また、基部11には平面視略正方形状の複数の貫通孔11bがマトリクス状に規則的に形成されている。具体的には、貫通孔11bは、開口部11aに対して千鳥状となるように基部11に形成されている。   Further, the base portion 11 is regularly formed with a plurality of through holes 11b having a substantially square shape in plan view in a matrix shape. Specifically, the through holes 11b are formed in the base 11 so as to be staggered with respect to the openings 11a.

また、図3(b)に示すように、超音波受信用センサーアレイ51は、例えば単結晶シリコン基板等からなる基部61を備えている。基部61には、平面視略円形状の複数の開口部61aがアレイ状に形成されている。開口部61aの各々には、上記超音波受信用センサー53がそれぞれ設けられている。すなわち、超音波受信用センサーアレイ51は、基部61の一面に複数の超音波受信用センサー53がアレイ状に規則的に配置された構成となっている。   As shown in FIG. 3B, the ultrasonic wave receiving sensor array 51 includes a base 61 made of, for example, a single crystal silicon substrate. A plurality of openings 61a having a substantially circular shape in plan view are formed in the base 61 in an array. The ultrasonic reception sensor 53 is provided in each of the openings 61a. That is, the ultrasonic receiving sensor array 51 has a configuration in which a plurality of ultrasonic receiving sensors 53 are regularly arranged in an array on one surface of the base 61.

本実施形態では、超音波送信用センサーアレイ50における超音波送信用センサー52の数と、超音波受信用センサーアレイ51における超音波受信用センサー53の数とが異なっている。具体的には、超音波センサーユニット10は、超音波受信用センサー53よりも超音波送信用センサー52を多く備えている。このように超音波センサーの数を両センサーアレイ50,51間で異ならせることで、超音波送信用センサーアレイ50及び超音波受信用センサーアレイ51がそれぞれ最適な条件で設計されたものとなっている。   In the present embodiment, the number of ultrasonic transmission sensors 52 in the ultrasonic transmission sensor array 50 is different from the number of ultrasonic reception sensors 53 in the ultrasonic reception sensor array 51. Specifically, the ultrasonic sensor unit 10 includes more ultrasonic transmission sensors 52 than the ultrasonic reception sensors 53. Thus, by making the number of ultrasonic sensors different between the two sensor arrays 50 and 51, the ultrasonic transmission sensor array 50 and the ultrasonic reception sensor array 51 are respectively designed under optimum conditions. Yes.

超音波センサーユニット10は、図2に示したように、超音波送信用センサーアレイ50及び超音波受信用センサーアレイ51が貼り合わされることで構成されている。すなわち、超音波送信用センサーアレイ50及び超音波受信用センサーアレイ51が独立して形成されたものとなっている。   As shown in FIG. 2, the ultrasonic sensor unit 10 is configured by bonding an ultrasonic transmission sensor array 50 and an ultrasonic reception sensor array 51 together. That is, the ultrasonic transmission sensor array 50 and the ultrasonic reception sensor array 51 are independently formed.

図4に示されるように、超音波送信用センサーアレイ50及び超音波受信用センサーアレイ51は、超音波送信用センサー52及び超音波受信用センサー53が平面視した状態で重ならないように貼り合わされたものとなっている。   As shown in FIG. 4, the ultrasonic transmission sensor array 50 and the ultrasonic reception sensor array 51 are bonded so that the ultrasonic transmission sensor 52 and the ultrasonic reception sensor 53 do not overlap in a plan view. It has become.

具体的に超音波受信用センサー53は、超音波送信用センサーユニット50の基部11に形成された貫通孔11b内に露出した状態となっている。これにより、超音波受信用センサーアレイ51は、貫通孔11b内に露出された超音波受信用センサーアレイ51によって所定の超音波を受信可能となっている。
また、超音波受信用センサーアレイ51及び超音波送信用センサーアレイ50は同一の外形形状となっており、超音波センサーユニット10は平面視略矩形形状を有している。
Specifically, the ultrasonic reception sensor 53 is exposed in the through hole 11 b formed in the base 11 of the ultrasonic transmission sensor unit 50. Thereby, the ultrasonic reception sensor array 51 can receive predetermined ultrasonic waves by the ultrasonic reception sensor array 51 exposed in the through hole 11b.
The ultrasonic receiving sensor array 51 and the ultrasonic transmitting sensor array 50 have the same outer shape, and the ultrasonic sensor unit 10 has a substantially rectangular shape in plan view.

超音波送信用センサー52及び超音波受信用センサー53の各々にはそれぞれ配線(図示略)が接続され、各配線は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には演算部、記憶部等からなる制御部40が設けられている。制御部40は、超音波送信用センサー52に入力する入力信号を制御すると共に、超音波受信用センサー53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。   Each of the ultrasonic transmission sensor 52 and the ultrasonic reception sensor 53 is connected to a wiring (not shown), and each wiring is connected to the terminal portion 13 a of the control board 13 through the flexible printed board 12. The control board 13 is provided with a control unit 40 including a calculation unit, a storage unit, and the like. The control unit 40 is configured to control an input signal input to the ultrasonic transmission sensor 52 and process an output signal output from the ultrasonic reception sensor 53.

図5に示すように、制御部40は超音波センサーユニット10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、送受信を切り替えるT/Rスイッチ45とを備えている。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、個々の超音波センサー1に設けられサイン波の位相を変化させる移相部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。   As shown in FIG. 5, the control unit 40 is connected to the ultrasonic sensor unit 10, and mainly transmits / receives the control / calculation unit 41, the storage unit 42, the ultrasonic wave generation unit 43, and the ultrasonic wave detection unit 44. And a T / R switch 45 for switching. The ultrasonic wave generator 43 includes a sine wave generator 43a that generates a sine wave, a phase shifter 43b that is provided in each ultrasonic sensor 1 and changes the phase of the sine wave, and a driver 43c. The ultrasonic detection unit 44 mainly includes an amplification unit 44a and an A / D conversion unit 44b.

制御・演算部41は、超音波センサーユニット10による超音波の送信時には、サイン波発生部43aによりサイン波を発生させ、移相部43bによりサイン波を個々の超音波送信用センサー52に対応する位相に変化させる。また、制御・演算部41は、超音波センサーユニット10の超音波の受信時には、T/Rスイッチ45を切り換えて超音波受信用センサー53から出力された出力信号を増幅部44aに伝送させる。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。   When the ultrasonic sensor unit 10 transmits ultrasonic waves, the control / calculation unit 41 generates a sine wave by the sine wave generation unit 43a, and the sine wave corresponds to each ultrasonic transmission sensor 52 by the phase shift unit 43b. Change to phase. Further, when the ultrasonic sensor unit 10 receives ultrasonic waves, the control / calculation unit 41 switches the T / R switch 45 to transmit the output signal output from the ultrasonic reception sensor 53 to the amplification unit 44a. 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.

図6は、図2に示す超音波センサーユニット10をA−A’線で切断し、超音波送信用センサー52及び超音波受信用センサー53の一つを拡大した拡大断面図である。図7は超音波送信用センサー52における下部電極の平面図である。なお、図6の断面図は図7のB−B’線に沿う断面に対応している。   FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view in which the ultrasonic sensor unit 10 shown in FIG. 2 is cut along line A-A ′ and one of the ultrasonic transmission sensor 52 and the ultrasonic reception sensor 53 is enlarged. FIG. 7 is a plan view of the lower electrode in the ultrasonic transmission sensor 52. Note that the cross-sectional view of FIG. 6 corresponds to a cross section taken along line B-B ′ of FIG. 7.

図6に示すように、超音波送信用センサー52は、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180μm〜200μm程度である。   As shown in FIG. 6, the ultrasonic transmission sensor 52 includes a diaphragm 2 provided so as to close the opening 11 a of the base 11, and a piezoelectric body 3 provided on the opposite side of 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 180 μm to 200 μm.

また、超音波受信用センサー53は、基部61の開口部61a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。なお、超音波受信用センサー53は、超音波送信用センサー52の基部11に形成された貫通孔11b内に露出された状態となっている。   The ultrasonic reception sensor 53 includes a diaphragm 2 provided so as to close the opening 61 a of the base 61, a piezoelectric body 3 provided on the side opposite to the base 11 of the diaphragm 2, and the piezoelectric body 3. A lower electrode 4 and an upper electrode 5 connected to each other. The ultrasonic reception sensor 53 is exposed in the through hole 11 b formed in the base 11 of the ultrasonic transmission sensor 52.

ところで、超音波送信用センサーアレイ50は超音波送信用センサー52が規則的に配置されることで構成されているので、強い音圧で超音波を送信可能となっている。また、超音波受信用センサーアレイ51は、超音波受信用センサー53が規則的に配置されることで構成されているので、超音波受信用センサーアレイ51は超音波送信用センサーアレイ50から送信された超音波を優れた感度で受信可能となっている。   By the way, since the ultrasonic transmission sensor array 50 is configured by regularly arranging the ultrasonic transmission sensors 52, the ultrasonic waves can be transmitted with a strong sound pressure. Further, since the ultrasonic reception sensor array 51 is configured by regularly arranging the ultrasonic reception sensors 53, the ultrasonic reception sensor array 51 is transmitted from the ultrasonic transmission sensor array 50. Ultrasonic waves can be received with excellent sensitivity.

さらに本実施形態では、超音波送信用センサー52及び超音波受信用センサー53がMEMS技術によりそれぞれ独立して形成されたものとなっている。したがって、超音波送信用センサーアレイ50における超音波送信用センサー52は、超音波送信用として最適な条件を満たすように形成されるため、より音圧の強い超音波を送波可能となっている。また、超音波受信用センサーアレイ51における超音波受信用センサー53は、超音波受信用として最適な条件を満たすように形成されるため、物体に当たって跳ね返ることで減衰した弱い超音波を受けてもダイアフラムの撓みが大きく得られ、より良好な出力感度が得られるようになっている。   Further, in the present embodiment, the ultrasonic transmission sensor 52 and the ultrasonic reception sensor 53 are independently formed by the MEMS technology. Therefore, since the ultrasonic transmission sensor 52 in the ultrasonic transmission sensor array 50 is formed so as to satisfy the optimum conditions for ultrasonic transmission, it is possible to transmit ultrasonic waves with higher sound pressure. . In addition, since the ultrasonic reception sensor 53 in the ultrasonic reception sensor array 51 is formed so as to satisfy the optimum conditions for ultrasonic reception, the diaphragm can be received even when weak ultrasonic waves attenuated by bounced off the object are received. Thus, a greater output sensitivity can be obtained.

ここで、超音波送信用センサー52の構成について詳述する。なお、超音波受信用センサー53の構成は、振動板2及び圧電体3等の厚さ等が異なるものの、基本的な構成は同一であるため、構成の説明は省略する。   Here, the configuration of the ultrasonic transmission sensor 52 will be described in detail. The configuration of the ultrasonic wave reception sensor 53 is the same as the configuration of the diaphragm 2 and the piezoelectric body 3 although the thicknesses thereof are different.

振動板2は、基部11側に設けられ例えばSiO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酸化膜は例えばCVD(化学気相成長)法等により例えば約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 is formed to a thickness of, for example, about 400 nm by, for example, a CVD (chemical vapor deposition) method.

振動板2が開口部11a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Vとなっている。開口部11aの径Dは振動領域V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。
振動板2の振動領域V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。
A region where the diaphragm 2 is planarly overlapped with the opening 11 a and exposed to the opening 11 a is a vibration region V of the diaphragm 2. The diameter D of the opening 11a is appropriately set in a range of about 100 μm to several hundred μm, for example, according to the natural frequency of the diaphragm 2 in the vibration region V.
A lower electrode 4 is provided on the surface opposite to the base 11 in the vibration region V of the diaphragm 2.

図6及び図7に示すように、下部電極4は振動領域Vの中央部に設けられた第1下部電極4aと、その周辺に設けられた第2下部電極4bと、に分離されている。第1下部電極4aと第2下部電極4bは、それぞれ超音波センサーユニット10の制御部40に接続された配線6a,6b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上には下部電極4を覆うように振動領域V及びその境界の外側に圧電体3が設けられている。   As shown in FIGS. 6 and 7, the lower electrode 4 is separated into a first lower electrode 4 a provided in the center of the vibration region V and a second lower electrode 4 b provided in the periphery thereof. The first lower electrode 4a and the second lower electrode 4b are connected to wirings 6a and 6b connected to the control unit 40 of the ultrasonic sensor unit 10, respectively. 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 outside the vibration region V and its boundary so as to cover the lower electrode 4.

圧電体3は例えばPZT(チタン酸ジルコン酸鉛)、BaTiO(チタン酸バリウム)等により形成され、中央部の第1圧電部3aと周辺部の第2圧電部3bとにより構成されている。換言すると、圧電体3は一体的に形成され、第1下部電極4aと第2下部電極4bとが分離されることにより、圧電体3の第1下部電極4aに対応する部分が第1圧電部3aとなり、圧電体3の第2下部電極4bに対応する部分が第2圧電部3bとなっている。 The piezoelectric body 3 is made of, for example, PZT (lead zirconate titanate), BaTiO 3 (barium titanate) or the like, and includes a first piezoelectric portion 3a at the center and a second piezoelectric portion 3b at the periphery. In other words, the piezoelectric body 3 is integrally formed, and the first lower electrode 4a and the second lower electrode 4b are separated, so that the portion corresponding to the first lower electrode 4a of the piezoelectric body 3 is the first piezoelectric portion. The portion corresponding to the second lower electrode 4b of the piezoelectric body 3 is the second piezoelectric portion 3b.

第1圧電部3aは第1下部電極4aに接続された圧電体3の中央部分である。第1圧電部3aは印加電圧により変形して振動板2を振動させるか又は振動板2の振動により変形して電位差を発生させるためのものである。
第2圧電部3bは第2下部電極4bに接続された圧電体3の周辺部分である。第2圧電部3bは印加電圧により変形して振動板2を静的に撓ませるためのものである。第2圧電部3bは振動領域Vの境界を跨ぐように、振動領域Vの境界の近傍に設けられている。
The first piezoelectric portion 3a is a central portion of the piezoelectric body 3 connected to the first lower electrode 4a. The first piezoelectric portion 3a is for deforming by the applied voltage to vibrate the diaphragm 2, or to deform by the vibration of the diaphragm 2 to generate a potential difference.
The second piezoelectric portion 3b is a peripheral portion of the piezoelectric body 3 connected to the second lower electrode 4b. The second piezoelectric portion 3b is for deforming by the applied voltage to bend the diaphragm 2 statically. The second piezoelectric portion 3b is provided in the vicinity of the boundary of the vibration region V so as to straddle the boundary of the vibration region V.

圧電体3の上には上部電極5が形成されている。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、第1圧電部3aおよび第2圧電部3b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7を介して超音波センサーユニット10の制御部40に接続されている。このような構成に基づいて、超音波送信用センサーアレイ50は音圧のより強い超音波を送波可能となっている。   An upper electrode 5 is formed on the piezoelectric body 3. The upper electrode 5 is formed of a conductive metal material such as Ir, and is connected to the first piezoelectric portion 3a and the second piezoelectric portion 3b. The thickness of the upper electrode 5 is about 50 nm, for example. The upper electrode 5 is connected to the control unit 40 of the ultrasonic sensor unit 10 via the wiring 7. Based on such a configuration, the ultrasonic transmission sensor array 50 can transmit ultrasonic waves having higher sound pressure.

次に、本実施形態に係るPDA100の動作について説明する。
図1に示したように、PDA100において人間の手や指の形状や動作を検出する際には、超音波センサーユニット10により検出領域に超音波を送信する。
Next, the operation of the PDA 100 according to this embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, when the PDA 100 detects the shape or movement of a human hand or finger, the ultrasonic sensor unit 10 transmits ultrasonic waves to the detection area.

具体的には、まず、超音波センサーユニット10の制御部40により、超音波送信用センサー52の上部電極5と第2下部電極4bとの間に一定の電圧を印加する。図6に示すように振動板2の振動領域Vの境界を跨ぐように形成された第2圧電部3bは、上部電極5と第2下部電極4bとの間に電圧が印加されると、印加電圧に応じて振動板2の面方向に伸長されたり圧縮されたりする。   Specifically, first, a constant voltage is applied between the upper electrode 5 and the second lower electrode 4b of the ultrasonic transmission sensor 52 by the control unit 40 of the ultrasonic sensor unit 10. As shown in FIG. 6, when the voltage is applied between the upper electrode 5 and the second lower electrode 4b, the second piezoelectric portion 3b formed so as to straddle the boundary of the vibration region V of the diaphragm 2 is applied. It is expanded or compressed in the surface direction of the diaphragm 2 according to the voltage.

第2圧電部3bが振動板2の面方向に伸長されると、振動板2の振動領域Vの境界の近傍において振動板2の圧電体3側が面方向に伸長され、図8(a)に示すように振動板2の振動領域Vが基部11側に凸(図の下方向に凸)となるように撓む。また、第2圧電部3bが振動板2の面方向に圧縮されると、振動板2の振動領域Vの境界の近傍において振動板2の圧電体3側が面方向に圧縮され、図8(b)に示すように振動板2の振動領域Vが基部11側に凹(図の上方向に凸)となるように撓む。   When the second piezoelectric portion 3b 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 in the vicinity of the boundary of the vibration region V of the diaphragm 2, as shown in FIG. As shown, the vibration region V of the diaphragm 2 is bent so as to be convex toward the base 11 side (convex downward in the figure). Further, when the second piezoelectric portion 3b 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 in the vicinity of the boundary of the vibration region V of the diaphragm 2, and FIG. ), The vibration region V of the diaphragm 2 is bent so as to be concave (convex upward in the figure) toward the base 11 side.

このように、個々の超音波送信用センサー52の第2圧電部3bに印加する印加電圧を制御することにより、超音波送信用センサー52の振動板2の静的な撓み量や撓み方向を所望の状態に制御する。また、それぞれの超音波送信用センサー52の第2圧電部3bへの印加電圧を一定の電圧に維持することで、振動板2の振動領域Vを所望の形状に静的に撓ませた状態を維持しておく。   In this way, by controlling the applied voltage applied to the second piezoelectric portion 3b of each ultrasonic transmission sensor 52, the amount of static deflection and the direction of deflection of the diaphragm 2 of the ultrasonic transmission sensor 52 are desired. Control to the state. Further, by maintaining the applied voltage to the second piezoelectric portion 3b of each ultrasonic transmission sensor 52 at a constant voltage, the vibration region V of the diaphragm 2 is statically bent into a desired shape. Keep it.

次に、振動板2の振動領域Vを静的に撓ませた状態で、図3に示すように制御部40のサイン波発生部43aによりサイン波を発生させ、移相部43b、ドライバー43c、T/Rスイッチ45を介して超音波センサーユニット10の各々の超音波送信用センサー52の第1下部電極14aに少しずつ位相をずらしたサイン波電圧を印加する。これにより、各々の超音波送信用センサー52の第1圧電部3aが振動板2の面方向に伸縮し、振動板2の振動領域Vが振動板2の法線方向に振動する。   Next, in a state where the vibration region V of the diaphragm 2 is statically bent, a sine wave is generated by the sine wave generation unit 43a of the control unit 40 as shown in FIG. 3, and the phase shift unit 43b, the driver 43c, Through the T / R switch 45, a sine wave voltage whose phase is slightly shifted is applied to the first lower electrode 14a of each ultrasonic transmission sensor 52 of the ultrasonic sensor unit 10. Accordingly, the first piezoelectric portion 3 a of each ultrasonic transmission sensor 52 expands and contracts in the surface direction of the diaphragm 2, and the vibration region V of the diaphragm 2 vibrates in the normal direction of the diaphragm 2.

ここで、各々の超音波送信用センサー52の第1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。これにより、各々の超音波送信用センサー52の振動領域Vの振動板2は、少しずつ位相がずれた状態で振動する。
各々の超音波送信用センサー52の振動領域V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、各々の超音波送信用センサー52から発せられる超音波が干渉する。この各々の超音波送信用センサー52から発せられる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。
Here, a sine wave voltage whose phase is slightly shifted is applied to the first lower electrode 4 a of each ultrasonic transmission sensor 52. As a result, the diaphragm 2 in the vibration region V of each ultrasonic transmission sensor 52 vibrates in a state where the phase is slightly shifted.
When the diaphragm 2 in the vibration region V of each ultrasonic transmission sensor 52 vibrates in a state of being slightly shifted in phase, ultrasonic waves emitted from the respective ultrasonic transmission sensors 52 interfere with each other. Due to the interference of the ultrasonic waves emitted from each of the ultrasonic transmission sensors 52, the ultrasonic traveling direction 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、各々の超音波送信用センサー52の第1圧電部3a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、図1に示す超音波センサーユニット10(超音波送信用センサーアレイ50)から送信される超音波の方向を変化させ、PDA100の検出領域を走査する。   The ultrasonic sensor unit shown in FIG. 1 is changed by changing the phase shift of the sine wave voltage applied to the first piezoelectric portion 3a of each ultrasonic transmission sensor 52 using the change in directivity of the ultrasonic waves. 10 (the ultrasonic transmission sensor array 50) changes the direction of ultrasonic waves transmitted, and scans the detection area of the PDA 100.

このとき、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、超音波センサーユニット10から送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は、超音波送信用センサーアレイ50に設けられた貫通孔11bを介して超音波受信用センサー53に到達すると、超音波受信用センサー53の振動板2の振動領域Vが振動する。振動板2の振動領域Vが振動すると、第1圧電部3aが振動板2の面方向の伸縮に伴って伸縮され、第1圧電部3aに電位差が発生する。   At this time, for example, if a human hand or finger is present in the detection region as shown in FIG. 1, the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic sensor unit 10 is reflected by the human hand or finger. When the ultrasonic wave reflected by a human hand or finger reaches the ultrasonic wave reception sensor 53 through the through holes 11 b provided in the ultrasonic wave transmission sensor array 50, the ultrasonic wave of the diaphragm 2 of the ultrasonic wave reception sensor 53 is detected. The vibration region V vibrates. When the vibration region V of the diaphragm 2 vibrates, the first piezoelectric portion 3a expands and contracts along with the expansion and contraction in the surface direction of the diaphragm 2, and a potential difference is generated in the first piezoelectric portion 3a.

第1圧電部3aに発生した電位差は、上部電極5及び第1下部電極4aに接続された配線6a,7によって超音波受信用センサー53の出力信号として超音波センサーユニット10の制御部40に伝送される。超音波センサーユニット10の制御部40に伝送された個々の超音波受信用センサー53からの出力信号は、T/Rスイッチ45、増幅部44a、A/D変換部44bを介して記憶部42に記憶される。制御・演算部41は、記憶部42に記憶された個々の超音波受信用センサー53の出力信号から検出領域の人間の手や指までの距離や移動速度を算出して出力する。   The potential difference generated in the first piezoelectric unit 3a is transmitted to the control unit 40 of the ultrasonic sensor unit 10 as an output signal of the ultrasonic reception sensor 53 through the wirings 6a and 7 connected to the upper electrode 5 and the first lower electrode 4a. Is done. Output signals from the individual ultrasonic reception sensors 53 transmitted to the control unit 40 of the ultrasonic sensor unit 10 are sent to the storage unit 42 via the T / R switch 45, the amplification unit 44a, and the A / D conversion unit 44b. Remembered. The control / calculation unit 41 calculates and outputs the distance and moving speed from the output signals of the individual ultrasonic reception sensors 53 stored in the storage unit 42 to the human hand or finger in the detection area.

PDA100の演算制御部(図示略)は超音波センサーユニット10から出力された人間の手や指までの距離や移動速度から手や指の状態や動作を認識し、予め登録された手や指の状態や動作と比較する。比較の結果、検出した人間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、PDA100の演算制御部は人間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、所定の動作を実行する。
したがって、本実施形態のPDA100によれば、超音波センサーユニット10を入力装置として機能させることができる。
The arithmetic control unit (not shown) of the PDA 100 recognizes the state and operation of the hand and finger from the distance and moving speed to the human hand and finger output from the ultrasonic sensor unit 10, and registers the hand and finger in advance. Compare with state and action. As a result of the comparison, if the detected state or action of the human hand or finger matches that registered in advance, the arithmetic control unit of the PDA 100 recognizes the shape or action of the human hand or finger as a predetermined input, for example, A predetermined operation such as displaying an image on the display unit 20 is executed.
Therefore, according to the PDA 100 of this embodiment, the ultrasonic sensor unit 10 can function as an input device.

ここで、超音波センサーユニット10が備える超音波送信用センサー52及び超音波受信用センサー53は、圧電体3が第1圧電部3aと第2圧電部3bとにより構成されている。そのため、第2圧電部3bに印加する印加電圧により振動板2の静的な撓み量や撓み方向を制御することができる。これにより、第1圧電部3aにより振動板2を振動させ超音波を送信する際に、第2圧電部3bによって振動板2の撓み量や撓み方向を制御し、超音波送信用センサー52における超音波の指向性や送信特性を制御することができる。   Here, in the ultrasonic transmission sensor 52 and the ultrasonic reception sensor 53 provided in the ultrasonic sensor unit 10, the piezoelectric body 3 is constituted by the first piezoelectric portion 3 a and the second piezoelectric portion 3 b. Therefore, the static deflection amount and the deflection direction of the diaphragm 2 can be controlled by the applied voltage applied to the second piezoelectric portion 3b. As a result, when the diaphragm 2 is vibrated by the first piezoelectric unit 3 a and ultrasonic waves are transmitted, the amount and direction of deflection of the diaphragm 2 are controlled by the second piezoelectric unit 3 b, and the ultrasonic wave in the ultrasonic transmission sensor 52 is controlled. Sound wave directivity and transmission characteristics can be controlled.

また、第2圧電部3bによって振動板2の撓み量や撓み方向を制御することで、振動板2の振動領域Vに入射した超音波による振動板2の振動状態を制御し、第1圧電部3aが変形して発生する電圧を変化させ入力信号を調整することができる。これにより、超音波受信用センサー53における超音波の感度や受信特性を制御することができる。   Further, the vibration state of the diaphragm 2 by the ultrasonic wave incident on the vibration region V of the diaphragm 2 is controlled by controlling the amount and direction of deflection of the diaphragm 2 by the second piezoelectric section 3b, and the first piezoelectric section The input signal can be adjusted by changing the voltage generated by deformation of 3a. Thereby, it is possible to control the sensitivity and reception characteristics of the ultrasonic waves in the ultrasonic wave reception sensor 53.

また、図8(b)に示したように基部11側に凹となるように振動板2を撓ませることで、振動板2の振動により発せられた超音波を収束させ、超音波の強度や到達距離を調整することができる。   Also, as shown in FIG. 8 (b), the diaphragm 2 is bent so as to be concave toward the base 11, thereby converging the ultrasonic waves generated by the vibration of the diaphragm 2, The reach can be adjusted.

また、本実施形態の超音波送信用センサー52及び超音波受信用センサー53は、第1圧電部3aと第2圧電部3bとが一体的に設けられ、第1下部電極4aと第2下部電極4bとが分離されている。これにより、第1圧電部3aと第2圧電部3bとに異なる印加電圧を印加し、第1圧電部3aと第2圧電部3bとを個別に駆動させることができる。また、第2圧電部3bにより振動板2を静的に撓ませた状態で、振動板2の振動により第1圧電部3aに発生した電位差を検出することができる。また、圧電体3の製造を容易にし、超音波送信用センサー52及び超音波受信用センサー53の生産性を向上させ、超音波センサーユニット10の生産コストを低減することができる。   Further, in the ultrasonic transmission sensor 52 and the ultrasonic reception sensor 53 of the present embodiment, the first piezoelectric portion 3a and the second piezoelectric portion 3b are integrally provided, and the first lower electrode 4a and the second lower electrode are provided. 4b is separated. Thereby, different applied voltages can be applied to the first piezoelectric part 3a and the second piezoelectric part 3b, and the first piezoelectric part 3a and the second piezoelectric part 3b can be driven individually. In addition, the potential difference generated in the first piezoelectric portion 3a due to the vibration of the diaphragm 2 can be detected in a state where the diaphragm 2 is statically bent by the second piezoelectric portion 3b. In addition, the piezoelectric body 3 can be easily manufactured, the productivity of the ultrasonic transmission sensor 52 and the ultrasonic reception sensor 53 can be improved, and the production cost of the ultrasonic sensor unit 10 can be reduced.

また、本実施形態の超音波送信用センサー52及び超音波受信用センサー53は、振動板2が基部11、61の開口部11a、61aを閉塞するように設けられ、第1圧電部3a及び第2圧電部3bは振動板2の振動領域Vに設けられている。これにより、基部11、61によって振動板2を支持し、振動板2の振動領域Vのみを振動させることができる。また、開口部11a、61aの大きさや形状により振動領域Vの振動板2の固有振動数を調整することができる。また、第2圧電部3bにより振動板2の振動領域Vを静的に撓ませた状態で、第1圧電部3aにより振動板2の振動領域Vを振動させ、あるいは振動板2の振動領域Vの振動により第1圧電部3aを変形させることができる。   Further, the ultrasonic transmission sensor 52 and the ultrasonic reception sensor 53 of the present embodiment are provided so that the diaphragm 2 closes the openings 11a and 61a of the base portions 11 and 61, and the first piezoelectric portion 3a and the first piezoelectric portion 3a. The two piezoelectric parts 3 b are provided in the vibration region V of the diaphragm 2. Accordingly, the diaphragm 2 can be supported by the base portions 11 and 61 and only the vibration region V of the diaphragm 2 can be vibrated. Further, the natural frequency of the diaphragm 2 in the vibration region V can be adjusted by the size and shape of the openings 11a and 61a. In addition, the vibration region V of the diaphragm 2 is vibrated by the first piezoelectric unit 3a while the vibration region V of the diaphragm 2 is statically bent by the second piezoelectric unit 3b, or the vibration region V of the diaphragm 2 is vibrated. The first piezoelectric portion 3a can be deformed by this vibration.

また、本実施形態の超音波送信用センサー52及び超音波受信用センサー53は、第1圧電部3aが振動領域Vの中央部に設けられ、第2圧電部3bが第1圧電部3aの周辺に設けられている。これにより、第2圧電部3bによって振動板2の振動領域Vの周辺部を変形させ、振動領域Vの振動板2を基部11、61側に凸状又は凹状に撓ませることができる。そして、凸状又は凹状に撓んだ振動板2を第1圧電部3aにより振動させ、あるいは凸状又は凹状に撓んだ振動板2の振動により第1圧電部3aを変形させることができる。   Further, in the ultrasonic transmission sensor 52 and the ultrasonic reception sensor 53 of the present embodiment, the first piezoelectric portion 3a is provided at the center of the vibration region V, and the second piezoelectric portion 3b is the periphery of the first piezoelectric portion 3a. Is provided. Accordingly, the peripheral portion of the vibration region V of the diaphragm 2 can be deformed by the second piezoelectric portion 3b, and the diaphragm 2 in the vibration region V can be bent convexly or concavely toward the bases 11 and 61 side. The vibration plate 2 bent in a convex shape or a concave shape can be vibrated by the first piezoelectric portion 3a, or the first piezoelectric portion 3a can be deformed by the vibration of the vibration plate 2 bent in a convex shape or a concave shape.

また、本実施形態の超音波送信用センサー52及び超音波受信用センサー53は、第2圧電部3bは振動領域Vの境界近傍に設けられている。これにより、振動板2の振動領域Vの近傍を変形させ、振動板2の振動領域Vを基部11側に凸状又は凹状により効率よく撓ませることができる。   Further, in the ultrasonic transmission sensor 52 and the ultrasonic reception sensor 53 of the present embodiment, the second piezoelectric portion 3 b is provided in the vicinity of the boundary of the vibration region V. As a result, the vicinity of the vibration region V of the diaphragm 2 can be deformed, and the vibration region V of the diaphragm 2 can be efficiently bent toward the base 11 side by a convex shape or a concave shape.

以上説明したように、本実施形態の超音波センサーユニット10によれば、それぞれに適した最適な条件で構成された超音波送信用センサーアレイ50及び超音波受信用センサーアレイ51を独立して備えるので、強い音圧を出す超音波送信用センサー52及び受信感度に優れた超音波受信用センサー53を備えたものとなる。この超音波センサーユニット10は、超音波の送信時及び受信時のいずれにおいても最大限の性能を発揮することができ、信頼性に優れたものとなっている。
また、超音波センサーユニット10は、超音波受信用センサーアレイ50と送信用超音波センサーアレイ51とが貼り合わされているので、センサーユニット自体の剛性を高めることができ、超音波の送信時及び受信時の信頼性を向上させることができる。
As described above, according to the ultrasonic sensor unit 10 of the present embodiment, the ultrasonic transmission sensor array 50 and the ultrasonic reception sensor array 51 which are configured under optimum conditions suitable for each are independently provided. Therefore, the ultrasonic transmission sensor 52 for generating a strong sound pressure and the ultrasonic reception sensor 53 with excellent reception sensitivity are provided. The ultrasonic sensor unit 10 can exhibit the maximum performance both when transmitting and receiving ultrasonic waves, and has excellent reliability.
In addition, since the ultrasonic sensor unit 10 is bonded to the ultrasonic sensor array 50 and the ultrasonic sensor array 51 for transmission, the rigidity of the sensor unit itself can be increased, and at the time of transmitting and receiving ultrasonic waves. Time reliability can be improved.

(第二実施形態)
続いて、本発明の第二実施形態に係る超音波センサーユニットについて説明する。なお、本実施形態に係る超音波センサーユニットと第一実施形態に係る超音波センサーユニットとの違いは、超音波センサーの配置構造であり、それ以外の構成は共通となっている。そのため、第一実施形態と共通の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
(Second embodiment)
Next, the ultrasonic sensor unit according to the second embodiment of the present invention will be described. Note that the difference between the ultrasonic sensor unit according to the present embodiment and the ultrasonic sensor unit according to the first embodiment is the arrangement structure of the ultrasonic sensors, and other configurations are common. Therefore, the same code | symbol is attached | subjected about the member common to 1st embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

図9(a)は本実施形態に係る超音波送信用センサーアレイの平面構成を示す図であり、図9(b)は本実施形態に係る超音波受信用センサーアレイの平面構成を示す図である。図10は本実施形態に係る超音波センサーユニットの平面構造を示す図である。   FIG. 9A is a diagram illustrating a planar configuration of the ultrasonic transmission sensor array according to the present embodiment, and FIG. 9B is a diagram illustrating a planar configuration of the ultrasonic reception sensor array according to the present embodiment. is there. FIG. 10 is a diagram showing a planar structure of the ultrasonic sensor unit according to the present embodiment.

図9(a)に示すように、本実施形態に係る超音波送信用センサーアレイ50は、複数の超音波送信用センサー52が同心円状に配置されている。また、基部11には平面視略円形状の複数の貫通孔11bが同心状に規則的に形成されている。具体的には、貫通孔11bは、開口部11aに対して同心状となるように基部11に形成されている。
図9(b)に示すように、本実施形態に係る超音波受信用センサーアレイ51は、複数の超音波送信用センサー52が同心円状に配置されている。
As shown in FIG. 9A, the ultrasonic transmission sensor array 50 according to the present embodiment has a plurality of ultrasonic transmission sensors 52 arranged concentrically. Further, the base portion 11 is regularly formed with a plurality of through holes 11b having a substantially circular shape in a plan view in a concentric manner. Specifically, the through hole 11b is formed in the base 11 so as to be concentric with the opening 11a.
As shown in FIG. 9B, the ultrasonic reception sensor array 51 according to the present embodiment has a plurality of ultrasonic transmission sensors 52 arranged concentrically.

超音波センサーユニット100は、図10に示すように、超音波送信用センサーアレイ50及び超音波受信用センサーアレイ51が貼り合わされることで構成されている。超音波送信用センサーアレイ50及び超音波受信用センサーアレイ51は、超音波送信用センサー52及び超音波受信用センサー53が平面視した状態で重ならないように貼り合わされたものとなっている。超音波受信用センサー53は、超音波送信用センサーユニット50の基部11に形成された貫通孔11b内に露出した状態となっている。これにより、超音波受信用センサーアレイ51は、貫通孔11b内に露出された超音波受信用センサーアレイ51によって所定の超音波を受信可能となっている。   As shown in FIG. 10, the ultrasonic sensor unit 100 is configured by bonding an ultrasonic transmission sensor array 50 and an ultrasonic reception sensor array 51 together. The ultrasonic transmission sensor array 50 and the ultrasonic reception sensor array 51 are bonded so that the ultrasonic transmission sensor 52 and the ultrasonic reception sensor 53 do not overlap in a plan view. The ultrasonic reception sensor 53 is exposed in the through hole 11 b formed in the base 11 of the ultrasonic transmission sensor unit 50. Thereby, the ultrasonic reception sensor array 51 can receive predetermined ultrasonic waves by the ultrasonic reception sensor array 51 exposed in the through hole 11b.

本実施形態の超音波センサーユニット100においても、超音波送信用センサーアレイ50及び超音波受信用センサーアレイ51を独立して備えるので、強い音圧を出す超音波送信用センサー52及び受信感度に優れた超音波受信用センサー53を備えたものとなる。よって、超音波の送信時及び受信時のいずれにおいても最大限の性能を発揮することができ、信頼性に優れたものとなる。   Also in the ultrasonic sensor unit 100 of the present embodiment, since the ultrasonic transmission sensor array 50 and the ultrasonic reception sensor array 51 are provided independently, the ultrasonic transmission sensor 52 that produces a strong sound pressure and the reception sensitivity are excellent. The ultrasonic wave reception sensor 53 is provided. Therefore, the maximum performance can be exhibited both when transmitting and receiving ultrasonic waves, and the reliability is excellent.

なお、この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、基部11、61に形成する開口部11a,61aの平面形状は円形状に限られず、基部11に形成する貫通孔11bの平面形状は矩形形状に限られない。   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. For example, the planar shape of the openings 11a and 61a formed in the base portions 11 and 61 is not limited to a circular shape, and the planar shape of the through hole 11b formed in the base portion 11 is not limited to a rectangular shape.

また、上述した実施形態では、超音波送信用センサーアレイ50の基部11に貫通孔11bを形成する場合について説明したが、超音波受信用センサーアレイ51の基部61に貫通孔61bを形成するようにしてもよい。すなわち、超音波送信用センサーアレイ50及び超音波受信用センサーアレイ51の貼り合せの順番を入れ替えるようにしてもよい。   In the embodiment described above, the case where the through hole 11b is formed in the base portion 11 of the ultrasonic transmission sensor array 50 has been described. However, the through hole 61b is formed in the base portion 61 of the ultrasonic reception sensor array 51. May be. That is, the order of bonding of the ultrasonic transmission sensor array 50 and the ultrasonic reception sensor array 51 may be changed.

また、上記第一実施形態では、超音波送信用センサー52及び超音波受信用センサー53が平面視した状態でそれぞれマトリクス状に配置され、上記第二実施形態では、超音波送信用センサー52及び超音波受信用センサー53が平面視した状態でそれぞれ同心円状に配置される場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、超音波送信用センサー52及び超音波受信用センサー53のいずれか一方をマトリクス状に配置し、超音波送信用センサー52及び超音波受信用センサー53の他方を同心円状に配置するようにしてもよい。   In the first embodiment, the ultrasonic transmission sensor 52 and the ultrasonic reception sensor 53 are arranged in a matrix in a plan view. In the second embodiment, the ultrasonic transmission sensor 52 and the ultrasonic transmission sensor 53 are arranged in a matrix. Although the case where the sound wave reception sensors 53 are arranged concentrically in a plan view has been described, the present invention is not limited to this. For example, one of the ultrasonic transmission sensor 52 and the ultrasonic reception sensor 53 is arranged in a matrix, and the other of the ultrasonic transmission sensor 52 and the ultrasonic reception sensor 53 is arranged concentrically. Also good.

(第三実施形態)
続いて、本発明の第三実施形態に係る超音波センサーユニットについて説明する。なお、本実施形態に係る超音波センサーユニットと第一実施形態に係る超音波センサーユニットとの違いは、超音波送信用センサーアレイと超音波受信用センサーアレイとの配置方向と、その貼り付け位置であり、それ以外の構成は共通となっている。そのため、第一実施形態と共通の部材については同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
(Third embodiment)
Subsequently, an ultrasonic sensor unit according to a third embodiment of the present invention will be described. The difference between the ultrasonic sensor unit according to the present embodiment and the ultrasonic sensor unit according to the first embodiment is that the arrangement direction of the ultrasonic transmission sensor array and the ultrasonic reception sensor array and the attachment position thereof are as follows. The other configurations are common. Therefore, the same code | symbol is attached | subjected about the member common to 1st embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

図11(a)〜(c)は、それぞれ第1実施形態、第三実施形態及び第四実施形態に係る超音波送信センサーアレイ50と超音波受信用センサーアレイ51との貼り付け状態を示す模式図であって、図中において紙面上方が超音波の発信方向である。図12は本第三実施形態に係る超音波センサーユニットの要部を拡大した図である。
以下の説明において、超音波送信用センサーアレイ50の基部11において超音波送信用センサー52が形成されている面、すなわち圧電体3が形成されている表面を送信側表面50a、その逆側の面を送信側裏面50bと称する。これと全く同様に、超音波受信用センサーアレイ51の基部61において超音波受信用センサー53が形成されている面を受信側表面51a、その逆側の面を受信側裏面51bと称する。また、超音波送信用センサー52から超音波は、図11で上方に向かって送信されるものとする。
FIGS. 11A to 11C are schematic diagrams illustrating the attachment state of the ultrasonic transmission sensor array 50 and the ultrasonic reception sensor array 51 according to the first embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment, respectively. It is a figure, Comprising: In the figure, the paper surface upper direction is a transmission direction of an ultrasonic wave. FIG. 12 is an enlarged view of a main part of the ultrasonic sensor unit according to the third embodiment.
In the following description, the surface on which the ultrasonic transmission sensor 52 is formed in the base 11 of the ultrasonic transmission sensor array 50, that is, the surface on which the piezoelectric body 3 is formed is the transmission-side surface 50a, and the surface on the opposite side. Is referred to as a transmitting-side back surface 50b. In exactly the same manner, the surface on which the ultrasonic receiving sensor 53 is formed in the base 61 of the ultrasonic receiving sensor array 51 is referred to as a receiving-side surface 51a, and the opposite surface is referred to as a receiving-side back surface 51b. In addition, it is assumed that the ultrasonic wave is transmitted upward from the ultrasonic transmission sensor 52 in FIG.

図11(a)に示したように、既述の第一実施形態においては、超音波送信用センサーアレイ50の送信側表面50aと超音波受信用センサーアレイ51の受信側表面51aとが同じ方向を向き、超音波送信用センサーアレイ50の上に超音波受信用センサーアレイ51が積層された状態で貼り合わされている。
これに対して、本実施形態においては、図11(b)に示したように、超音波送信用センサーアレイ50の送信側表面50aと超音波受信用センサーアレイ51の受信側表面51aとは逆方向を向き、送信側表面50aと受信側表面51aの各周縁部で互いに貼り合わされており、図12に示したように、送信側表面50a及び受信側表面51aの各第2下部電極4bからそれぞれ引き出された各配線6bがグランド配線(図示せず)に接続されている。
As shown in FIG. 11A, in the above-described first embodiment, the transmission-side surface 50a of the ultrasonic transmission sensor array 50 and the reception-side surface 51a of the ultrasonic reception sensor array 51 are in the same direction. The ultrasonic receiving sensor array 51 is laminated on the ultrasonic transmitting sensor array 50 so as to be laminated.
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 11B, the transmission side surface 50a of the ultrasonic transmission sensor array 50 and the reception side surface 51a of the ultrasonic reception sensor array 51 are reversed. They are directed to each other and are bonded to each other at the peripheral portions of the transmission-side surface 50a and the reception-side surface 51a. As shown in FIG. 12, from the second lower electrodes 4b of the transmission-side surface 50a and the reception-side surface 51a respectively. Each drawn wiring 6b is connected to a ground wiring (not shown).

グランド配線は、送信側表面50aの圧電体3に電圧を印加する第1下部電極4aと、受信側表面51aの圧電体3から発生する電圧を取り出す第1下部電極4aとにおいて、定電圧を保持するものであって、図12において紙面奥行き方向に延設されているものである。本実施形態においては、センサーユニットの下側となる超音波送信用センサーアレイ50の基部11上に圧電体3および電極4、5と共に配線されている。
一方、超音波受信用センサーアレイ51には、グランド配線を設けずに、配線6bから引き出した接続端子(図示せず)を設け、送信側表面50aと受信側表面51aとを付き合わせた状態で貼り合せることで、接続端子を送信側表面50aの配線6bと接続してグランド配線を共有する。
The ground wiring maintains a constant voltage in the first lower electrode 4a that applies a voltage to the piezoelectric body 3 on the transmission side surface 50a and the first lower electrode 4a that extracts a voltage generated from the piezoelectric body 3 on the reception side surface 51a. In FIG. 12, it extends in the depth direction of the drawing sheet. In the present embodiment, the piezoelectric body 3 and the electrodes 4 and 5 are wired on the base 11 of the ultrasonic transmission sensor array 50 on the lower side of the sensor unit.
On the other hand, the ultrasonic receiving sensor array 51 is provided with a connection terminal (not shown) drawn from the wiring 6b without providing a ground wiring, and with the transmitting side surface 50a and the receiving side surface 51a attached to each other. By bonding, the connection terminal is connected to the wiring 6b on the transmission side surface 50a to share the ground wiring.

このような構成とすることで、グランド配線のパターニングを一方の基部にのみ設ければ良いので、製造工程の簡略化が図ることができ、生産コストを低減することができる。
なお、本実施形態においては、共有する配線はグランド配線としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、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、例えば、他の配線を共有してもよい。また、同様の趣旨により、共有する配線は送信側表面50aのみならず、受信側表面51aに形成されていても良く、超音波送信用センサー50からの超音波の送信方向は図11で下方へ向かって送信されてもよい。
With such a configuration, it is only necessary to provide patterning of the ground wiring only on one base, so that the manufacturing process can be simplified and the production cost can be reduced.
In the present embodiment, the shared wiring is the ground wiring, but the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Other wiring may be shared. For the same purpose, the shared wiring may be formed not only on the transmission-side surface 50a but also on the reception-side surface 51a. The ultrasonic transmission direction from the ultrasonic transmission sensor 50 is downward in FIG. May be transmitted toward the destination.

(第四実施形態)
本実施形態において、超音波センサーユニットが上述の第三実施形態における超音波センサーユニットと異なるところは、図11(c)に示したように、超音波送信用センサーアレイ50と超音波受信用センサーアレイ51とが、送信側裏面50bと受信側裏面51bとで貼り合わされているところである。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, the ultrasonic sensor unit is different from the ultrasonic sensor unit in the third embodiment described above, as shown in FIG. 11C, the ultrasonic transmission sensor array 50 and the ultrasonic reception sensor. The array 51 is pasted on the transmission-side back surface 50b and the reception-side back surface 51b.

このような構成によれば、超音波送信用センサー52と超音波受信用センサー53の各振動板2の間に各センサーアレイの基部11、61が介在することとなる。
超音波送信用センサー52において強い音圧を出す場合には、振動板2を大きく撓ませることになるが、本実施形態においては、第一実施形態および第三実施形態における超音波センサーユニットに比較して、振動板2どうしの距離が遠くなっているために、空気中を伝播する超音波の音圧の減衰度が大きくなるので、超音波受信用センサー53で直接受信してしまうクロストークの度合いを小さくすることができる。また、基部11、61が介在することにより、センサーユニット自体を伝播する超音波も減数度が大きくなるので、これによってもクロストークを低減することができ、超音波受信用センサーをより高感度のものにできる。この超音波センサーユニット10は、強い音圧を出す超音波送信用センサー52及び受信感度に優れた超音波受信用センサー53を備えたものとなり、超音波の送信時及び受信時のいずれにおいても最大限の性能を発揮することができ、信頼性に優れたものとなっている。
According to such a configuration, the base portions 11 and 61 of each sensor array are interposed between the diaphragms 2 of the ultrasonic transmission sensor 52 and the ultrasonic reception sensor 53.
When a strong sound pressure is produced by the ultrasonic transmission sensor 52, the diaphragm 2 is greatly bent, but in this embodiment, it is compared with the ultrasonic sensor unit in the first embodiment and the third embodiment. Since the distance between the diaphragms 2 is increased, the attenuation of the sound pressure of the ultrasonic waves propagating in the air increases, so that the crosstalk that is directly received by the ultrasonic reception sensor 53 is reduced. The degree can be reduced. In addition, since the base portions 11 and 61 are interposed, the ultrasonic wave propagating through the sensor unit itself also has a high degree of reduction, so that crosstalk can be reduced and the ultrasonic reception sensor can be made more sensitive. Can be a thing. The ultrasonic sensor unit 10 includes an ultrasonic transmission sensor 52 that generates a strong sound pressure and an ultrasonic reception sensor 53 that has excellent reception sensitivity, and is the maximum in both transmission and reception of ultrasonic waves. It is capable of exhibiting limited performance and is excellent in reliability.

2…振動板、3…圧電体、4…下部電極、5…上部電極、10…超音波センサーユニット、11b…貫通孔、50…超音波送信用センサーアレイ、50a…送信側表面、50b…送信側裏面、51…超音波受信用センサーアレイ、51a…受信側表面、51b…受信側裏面、52…超音波送信用センサー、53…超音波受信用センサー。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Diaphragm, 3 ... Piezoelectric body, 4 ... Lower electrode, 5 ... Upper electrode, 10 ... Ultrasonic sensor unit, 11b ... Through-hole, 50 ... Ultrasonic transmission sensor array, 50a ... Transmission side surface, 50b ... Transmission Side back surface 51... Ultrasonic reception sensor array, 51 a. Reception side surface, 51 b. Reception side back surface, 52.

Claims (6)

超音波を送信する圧電体からなる超音波送信用センサーを、その片側表面に複数有する超音波送信用センサーアレイと、
前記超音波を受信する圧電体からなる超音波受信用センサーを、その片側表面に複数有する超音波受信用センサーアレイと、を備え、
前記超音波送信用センサーアレイ及び前記超音波受信用センサーアレイは、前記超音波送信用センサー及び前記超音波受信用センサーが平面視した状態で重なっておらず、
かつ、前記超音波送信用センサーアレイの前記超音波送信センサーが備えられた送信側表面と、前記超音波受信用センサーアレイの前記超音波受信センサーが備えられた受信側表面とが、同方向を向くように貼り合わされてなり、
前記超音波送信用センサーアレイ及び前記超音波受信用センサーアレイの一方には、他方のアレイにおける超音波センサーを露出させる貫通孔が形成されていることを特徴とする超音波センサーユニット。
An ultrasonic transmission sensor array having a plurality of ultrasonic transmission sensors each including a piezoelectric body that transmits ultrasonic waves on one surface thereof;
An ultrasonic receiving sensor array having a plurality of ultrasonic receiving sensors made of a piezoelectric body for receiving the ultrasonic waves on one side surface thereof,
The ultrasonic transmission sensor array and the ultrasonic reception sensor array are not overlapped in a state in which the ultrasonic transmission sensor and the ultrasonic reception sensor are viewed in plan view,
And the transmission side surface provided with the ultrasonic transmission sensor of the ultrasonic transmission sensor array and the reception side surface provided with the ultrasonic reception sensor of the ultrasonic reception sensor array have the same direction. It is pasted to face,
One of the ultrasonic transmission sensor array and the ultrasonic reception sensor array is formed with a through hole for exposing the ultrasonic sensor in the other array.
超音波を送信する圧電体からなる超音波送信用センサーを、その片側表面に複数有する超音波送信用センサーアレイと、
前記超音波を受信する圧電体からなる超音波受信用センサーを、その片側表面に複数有する超音波受信用センサーアレイと、を備え、
前記超音波送信用センサーアレイ及び前記超音波受信用センサーアレイは、前記超音波送信用センサー及び前記超音波受信用センサーが平面視した状態で重なっておらず、
かつ、前記超音波送信用センサーアレイの前記超音波送信センサーが備えられた送信側表面と、前記超音波受信用センサーアレイの前記超音波受信センサーが備えられた受信側表面のどちらか一方が、前記超音波送信センサーの前記超音波の送信方向と逆方向を向き、
前記送信側表面と前記受信側表面とが貼り合わされてなり、
前記超音波送信用センサーアレイ及び前記超音波受信用センサーアレイの一方には、他方のアレイにおける超音波センサーを露出させる貫通孔が形成されていることを特徴とする超音波センサーユニット。
An ultrasonic transmission sensor array having a plurality of ultrasonic transmission sensors each including a piezoelectric body that transmits ultrasonic waves on one surface thereof;
An ultrasonic receiving sensor array having a plurality of ultrasonic receiving sensors made of a piezoelectric body for receiving the ultrasonic waves on one side surface thereof,
The ultrasonic transmission sensor array and the ultrasonic reception sensor array are not overlapped in a state in which the ultrasonic transmission sensor and the ultrasonic reception sensor are viewed in plan view,
And either one of the transmission side surface provided with the ultrasonic transmission sensor of the ultrasonic transmission sensor array and the reception side surface provided with the ultrasonic reception sensor of the ultrasonic reception sensor array, Orient the direction opposite to the ultrasonic transmission direction of the ultrasonic transmission sensor,
The transmission side surface and the reception side surface are bonded together,
One of the ultrasonic transmission sensor array and the ultrasonic reception sensor array is formed with a through hole for exposing the ultrasonic sensor in the other array.
超音波を送信する圧電体からなる超音波送信用センサーを、その片側表面に複数有する超音波送信用センサーアレイと、
前記超音波を受信する圧電体からなる超音波受信用センサーを、その片側表面に複数有する超音波受信用センサーアレイと、を備え、
前記超音波送信用センサーアレイ及び前記超音波受信用センサーアレイは、前記超音波送信用センサー及び前記超音波受信用センサーが平面視した状態で重なっておらず、
かつ、前記超音波送信用センサーアレイの前記超音波送信センサーが備えられた送信側表面と、前記超音波受信用センサーアレイの前記超音波受信センサーが備えられた受信側表面のどちらか一方が、前記超音波送信センサーの前記超音波の送信方向と逆方向を向き、
前記超音波送信センサーアレイの前記超音波送信センサーが備えられていない送信側裏面と、前記超音波受信センサーアレイの前記超音波受信センサーが備えられていない受信側裏面とが貼り合わされてなり、
前記超音波送信用センサーアレイ及び前記超音波受信用センサーアレイの一方には、他方のアレイにおける超音波センサーを露出させる貫通孔が形成されていることを特徴とする超音波センサーユニット。
An ultrasonic transmission sensor array having a plurality of ultrasonic transmission sensors each including a piezoelectric body that transmits ultrasonic waves on one surface thereof;
An ultrasonic receiving sensor array having a plurality of ultrasonic receiving sensors made of a piezoelectric body for receiving the ultrasonic waves on one side surface thereof,
The ultrasonic transmission sensor array and the ultrasonic reception sensor array are not overlapped in a state in which the ultrasonic transmission sensor and the ultrasonic reception sensor are viewed in plan view,
And either one of the transmission side surface provided with the ultrasonic transmission sensor of the ultrasonic transmission sensor array and the reception side surface provided with the ultrasonic reception sensor of the ultrasonic reception sensor array, Orient the direction opposite to the ultrasonic transmission direction of the ultrasonic transmission sensor,
The transmission side back surface of the ultrasonic transmission sensor array not equipped with the ultrasonic transmission sensor and the reception side back surface of the ultrasonic reception sensor array not equipped with the ultrasonic reception sensor are bonded together,
One of the ultrasonic transmission sensor array and the ultrasonic reception sensor array is formed with a through hole for exposing the ultrasonic sensor in the other array.
前記超音波送信用センサーが前記超音波送信用センサーアレイに規則的に配置されており、前記超音波受信用センサーが前記超音波受信用セ1ンサーアレイに規則的に配置されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の超音波センサーユニット。   The ultrasonic transmission sensor is regularly arranged in the ultrasonic transmission sensor array, and the ultrasonic reception sensor is regularly arranged in the ultrasonic reception sensor array. The ultrasonic sensor unit according to any one of claims 1 to 3. 前記前記超音波送信用センサーアレイにおける前記超音波送信用センサーの配置パターンと前記超音波受信用センサーアレイにおける前記超音波受信用センサーの配置パターンとが異なっ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ーユニット。   The arrangement pattern of the ultrasonic transmission sensor in the ultrasonic transmission sensor array is different from the arrangement pattern of the ultrasonic transmission sensor in the ultrasonic reception sensor array. The described ultrasonic sensor unit. 前記超音波送信用センサーアレイにおける前記超音波送信用センサーの数と、超音波受信用センサーアレイにおける前記超音波受信用センサーの数とが異なることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか一項に記載の超音波センサーユニット。   The number of the ultrasonic transmission sensors in the ultrasonic transmission sensor array is different from the number of the ultrasonic reception sensors in the ultrasonic reception sensor array. The ultrasonic sensor unit according to Item.
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