JP7027948B2 - 超音波センサー及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、超音波センサー及び電子機器に関する。

従来、対象物に対して超音波の送受信を行う超音波センサーが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の超音波センサーでは、対象物に超音波を送信する送信素子と、対象物で反射された超音波を受信する受信素子とが、同一部材上にアレイ状に設置されている。

特開２００９－２２５４１９号公報

ところで、受信素子と送信素子とが同一部材に設けられる超音波センサーでは、超音波送信時に送信素子に発生する振動が、当該送信素子に隣接する受信素子に伝達されることにより、超音波の検出信号に振動ノイズが生じるという問題がある。

そこで、特許文献１に記載の超音波センサーでは、振動ノイズの対策として、送信素子及び受信素子の間に振動分離部材が設けられている。この振動分離部材は、弾性率及び音響インピーダンスの高い材料から形成され、送信素子と受信素子との間を区切るように配置されている。しかし、このような振動分離部材では、送信素子及び受信素子間の機械的接続による振動伝達が若干ながら存在し、振動ノイズの抑制が十分であるとは言えない。

本発明は、振動ノイズを抑制できる超音波センサー及び電子機器を提供することを目的とする。

本発明の一適用例に係る超音波センサーは、超音波を送信する送信素子と、超音波を受信する受信素子と、前記送信素子が設けられた送信部及び前記受信素子が設けられた受信部を有し、前記送信部及び前記受信部が一方向に交互に配置される基板と、を備え、前記基板には、前記送信部と前記受信部との間に、前記基板を厚み方向に貫通する第１スリットが設けられていることを特徴とする。

本適用例では、基板が一方向に交互に配置される送信部及び受信部を有しており、基板における送信部と受信部との間の機械的接続は、第１スリットによって分断されている。これにより、送信素子の振動が送信部から受信部へ直接伝達されることを抑制できる。よって、超音波センサーに振動ノイズが発生することを抑制できる。

本適用例の超音波センサーにおいて、前記基板は、送信側基部、及び前記送信側基部から所定の間隔をあけて配置される受信側基部を有しており、前記送信部は、前記送信側基部から前記受信側基部に向かって延設され、前記送信部と前記受信側基部との間には、前記基板を厚み方向に貫通する第２スリットが設けられ、前記受信部は、前記受信側基部から前記送信側基部に向かって延設され、前記受信部と前記送信側基部との間には、前記基板を厚み方向に貫通する第３スリットが設けられていることが好ましい。

本適用例では、基板は、送信部が接続された送信側基部と、受信部が接続された受信側基部とを有している。このような基板において、送信部と受信側基部との間の機械的接続は、第２スリットによって分断されており、送信素子の振動が送信部から受信側基部に伝達されることを抑制できる。また、受信部と送信側基部との間の機械的接続は、第３スリットによって分断されており、送信素子の振動が送信側基部から受信部に伝達されることを抑制できる。このような構成によれば、超音波センサーにおける振動ノイズをより抑制することができる。

本適用例の超音波センサーにおいて、前記基板は、前記基板の外周縁を含んで構成され、前記送信部、前記受信部、前記送信側基部、及び前記受信側基部を囲う枠部と、前記送信側基部と前記枠部とを接続する送信側ブリッジと、前記受信側基部と前記枠部とを接続する受信側ブリッジと、を有しており、前記送信側基部と前記枠部との間のうち前記送信側ブリッジを除く部位には、前記基板を厚み方向に貫通する第４スリットが設けられており、前記受信側基部と前記枠部との間のうち前記受信側ブリッジを除く部位には、前記基板を厚み方向に貫通する第５スリットが設けられていることが好ましい。

本適用例では、基板が、当該基板の外周縁を構成する枠部を有しており、当該枠部は、送信側ブリッジを介して送信側基部に接続されると共に、受信側ブリッジを介して受信側基部に接続される。このため、基板では、送信部及び送信側基部と、受信部及び受信側基部との間が、第１～第３スリットにより分断されているが、枠部によって連結されている。よって、１つの基板上に送信部及び受信部を設けることができ、送信部に対する受信部の位置を規定できる。
また、基板において、送信側基部と枠部との間には、第４スリットが設けられ、送信側ブリッジのみによって送信側基部と枠部とが接続される。同様に、受信側基部と枠部との間には、第５スリットが設けられ、受信側ブリッジのみによって受信側基部と枠部とが接続されている。このため、送信素子の振動が、送信側基部から枠部を介して受信側基部に伝達されることを抑制できる。

本適用例の超音波センサーにおいて、前記送信側ブリッジは、前記送信側基部に対して前記送信部とは反対側に配置され、前記受信側ブリッジは、前記受信側基部に対して前記受信部とは反対側に配置されていることが好ましい。

このような構成によれば、基板において送信部と受信部とを接続する径路（送信部から送信側基部、枠部、受信側基部を介して受信部に至る経路）は、送信側基部及び受信側基部を大きく迂回することになる。これにより、送信素子の振動は、基板内を進む途中で受信素子に到達する前に十分に減衰するため、振動ノイズをより抑制できる。

本発明の一適用例に係る電子機器は、上述したような超音波センサーと、前記超音波センサーを制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
本適用例の電子機器は、上述したような超音波センサーを備える。したがって、対象物で反射された超音波を正確に検出することが可能となり、電子機器における高精度な制御が可能となる。例えば、超音波センサーにより、対象物を検知して、対象物に対して所定の操作処理を実施する場合では、対象物を正確に検知することが可能となり、対象物に対する操作処理を好適に実施できる。

本発明の第一実施形態に係る超音波センサーの概略構成を示す平面図。 図１のＩＩ－ＩＩ線を切断した際の超音波センサー１の一部を示す断面図。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線を切断した際の超音波センサー１の一部を示す断面図。 本実施形態の超音波センサー及び比較例の超音波センサーについて、超音波送信時からの経過時間に対する検出信号の強度を模式的に示すグラフ。 本発明の第二実施形態に係る距離検出装置の概略構成を示す図。

［第一実施形態］
以下、本発明の第一実施形態に係る超音波センサーについて図面に基づき説明する。
［超音波センサーの概略構成］
図１は、超音波センサー１の概略構成を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線を切断した際の超音波センサー１の一部を示す断面図である。
図１及び図２に示すように、超音波センサー１は、基板２と、複数の送信素子３と、複数の受信素子４と、を備えて構成されている。
ここで、以降の説明にあたり、基板２の厚み方向をＺ方向とし、Ｚ方向に直交する２軸方向をそれぞれＸ方向及びＹ方向とする。また、Ｚ方向（＋Ｚ側に向かう方向又は－Ｚ側に向かう方向）は、超音波を送信する方向となる。

基板２は、送信素子３及び受信素子４のそれぞれが実装される基板であり、例えばシリコン基板等の半導体基板により構成される。
この基板２には、基板２をＺ方向に貫通する第１スリット６１～第７スリット６７が設けられており、これによって複数の部位に分けられている。具体的には、基板２は、枠部２１、送信側基部２２、受信側基部２３、送信部２４、受信部２５、送信側ブリッジ２６及び受信側ブリッジ２７を有する。

（枠部の構成）
枠部２１は、基板２の外周縁を含んで構成され、送信側基部２２、受信側基部２３、送信部２４及び受信部２５を囲う。具体的には、枠部２１は、基板２の＋Ｘ側の端辺に沿って配置される第１枠部２１１、基板２の－Ｘ側の端辺に沿って配置される第２枠部２１２、基板２の＋Ｙ側の端辺に沿って配置される第３枠部２１３、及び、基板２の－Ｙ側の端辺に沿って配置される第４枠部２１４を有する。第３枠部２１３は、第１枠部２１１及び第２枠部２１２の＋Ｙ側端部間を連結する。第４枠部２１４は、第１枠部２１１及び第２枠部２１２の－Ｙ側端部間を連結する。
なお、第１枠部２１１には、各送信素子３に接続される駆動端子５１及び送信側共通端子５２が設けられ、第２枠部２１２には、各受信素子４に接続される受信端子５３及び受信側共通端子５４が設けられている。

（送信側基部の構成）
送信側基部２２は、枠部２１により囲われる領域内で、基板２の中心より＋Ｘ側に配置される。
基板２における送信側基部２２の＋Ｘ側及び±Ｙ側には、第４スリット６４が設けられている。また、送信側基部２２の＋Ｘ側には、複数の送信側ブリッジ２６が接続されており、送信側基部２２は、これらの送信側ブリッジ２６を介して枠部２１に連結されている。つまり、基板２は、送信側基部２２と枠部２１との間のうち、送信側ブリッジ２６を除く部位に第４スリット６４を有する。

送信側基部２２の－Ｘ側には、複数の送信部２４が受信側基部２３に向かって、櫛歯状に延設されている。
なお、送信側基部２２及び送信側ブリッジ２６には、後述する送信部２４に設けられた各送信素子３を、第１枠部２１１に設けられた駆動端子５１又は送信側共通端子５２に電気的に接続する配線が形成されている。

（受信側基部の構成）
受信側基部２３は、枠部２１により囲われる領域内で、基板２の中心より－Ｘ側に配置される。
受信側基部２３の－Ｘ側及び±Ｙ側には、第５スリット６５が設けられている。また、受信側基部２３の－Ｘ側には、複数の受信側ブリッジ２７が接続されており、受信側基部２３は、これらの受信側ブリッジ２７を介して枠部２１に連結されている。つまり、基板２は、受信側基部２３と枠部２１との間のうち、受信側ブリッジ２７を除く部位に第５スリット６５を有する。

受信側基部２３の＋Ｘ側には、複数の受信部２５が送信側基部２２に向かって、櫛歯状に延設されている。
なお、受信側基部２３及び受信側ブリッジ２７には、後述する受信部２５に設けられた各送信素子３を、第２枠部２１２に設けられた受信端子５３又は受信側共通端子５４に電気的に接続する配線が形成されている。

（送信部の構成）
送信部２４は、送信側基部２２から－Ｘ側に向かって突出して形成されている。この送信部２４は、Ｙ方向に所定間隔をあけて複数配置されている。
図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線で超音波センサー１を切断した際の断面図であり、送信部２４の構成を示している。
送信部２４には、図２及び図３に示すように、－Ｚ側に開口する複数の凹部２０１がＸ方向に複数設けられている。この凹部２０１の底部の＋Ｚ側の面には、送信素子３が設けられており、当該底部は送信素子３の駆動により振動可能な振動領域２０２となる。

送信素子３は、基板２側から下部電極３１、圧電膜３２及び上部電極３３が積層された積層体により構成されている。圧電膜３２は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）等の圧電体の薄膜により形成されている。このように構成された送信素子３では、下部電極３１と上部電極３３との間に所定周波数の駆動信号が印加されることで、圧電膜３２が撓んで基板２の振動領域２０２が振動し、＋Ｚ側又は－Ｚ側に超音波が送出される。
なお、送信素子３の＋Ｚ側には、超音波の送信感度を調整するためのダンパー層７１が設けられている。

各送信部２４には、複数の送信素子３がＸ方向に配置されている。すなわち、各送信部２４に配置される複数の送信素子３は、Ｘ方向に延びる送信素子列３Ａを構成している。
本実施形態では、各送信素子列３Ａに属する送信素子３は、下部電極３１が共通であり、当該下部電極３１は、送信側基部２２に形成される配線（図示略）を介して、第１枠部２１１に設けられる駆動端子５１に電気接続されている。また、各送信素子列３Ａにおける送信素子３は、上部電極３３が共通である。各送信素子列３Ａにおける上部電極３３は、例えば、送信側基部２２に設けられた共通配線（図示略）に結線された上で、第１枠部２１１に設けられた１つの送信側共通端子５２に電気接続されている。

ここで、基板２には、送信部２４と受信部２５との間に第１スリット６１が設けられ、送信部２４と受信側基部２３との間に第２スリット６２が設けられている。つまり、各送信部２４は、＋Ｘ側において送信側基部２２に連結され、±Ｙ側において第１スリット６１により受信部２５と分断され、－Ｘ側において第２スリット６２により受信側基部２３と分断される。
また、基板２において、Ｙ方向に並ぶ複数の送信部２４のうち、－Ｙ側端部の送信部２４と第４枠部２１４との間には、第６スリット６６が設けられている。これにより、－Ｙ側端部の送信部２４は、第６スリット６６により、枠部２１と分断されている。

（受信部の構成）
受信部２５は、受信側基部２３から＋Ｘ側に向かって突出して形成されている。この受信部２５は、Ｙ方向に所定間隔をあけて複数配置されており、各々、Ｙ方向に隣り合う送信部２４の間に配置される。つまり、送信部２４と受信部２５とは、基板２の一方向であるＹ方向に第１スリット６１を介して交互に配置される。

受信部２５は、図２に示すように、送信部２４と同様の構成を有する。
すなわち、受信部２５には、－Ｚ側に開口する複数の凹部２０３がＸ方向に複数設けられている。この凹部２０３の底部の＋Ｚ側の面には、受信素子４が設けられており、当該底部は超音波の受信によって振動可能な振動領域２０４となる。

受信素子４は、送信素子３と同様の構成を有する。すなわち、受信素子４は、基板２側から下部電極４１、圧電膜４２及び上部電極４３が積層された積層体により構成されている。圧電膜４２は、例えばＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）等の圧電体の薄膜により形成されている。このように構成された受信素子４では、対象物で反射された超音波が＋Ｚ側又は－Ｚ側から入射されて基板２の振動領域２０２が振動されると、圧電膜４２の上下で電位差が発生する。これにより、下部電極４１と上部電極４３との間に発生する電位差を検出信号として検出することで、受信素子４が受信した超音波を検出することが可能となる。
なお、受信素子４の＋Ｚ側には、超音波の受信感度を調整するためのダンパー層７２が設けられている。

各受信部２５には、複数の受信素子４がＸ方向に配置されている。すなわち、各受信部２５に配置される複数の受信素子４は、Ｘ方向に延びる受信素子列４Ａを構成している。
本実施形態では、各受信素子列４Ａに属する受信素子４は、下部電極４１が共通であり、当該下部電極４１は、受信側基部２３に配置された配線（図示略）を介して、第２枠部２１２に設けられた受信端子５３に電気接続されている。また、各受信素子列４Ａに属する受信素子４は、上部電極４３が共通である。各受信素子列４Ａにおける上部電極４３は、例えば、受信側基部２３に設けられた共通配線（図示略）に結線された上で、第２枠部２１２に設けられた１つの受信側共通端子５４に電気接続されている。

上述したように、送信側基部２２の－Ｘ側には、送信素子列３Ａが設けられた複数の送信部２４が－Ｘ側に向かって櫛歯状に突出（延設）されている。また、受信側基部２３の＋Ｘ側には、受信素子列４Ａが設けられた複数の受信部２５が－Ｘ側に向かって櫛歯状に突出（延設）されている。そして、図１に示すように、これらの送信部２４及び受信部２５は、Ｙ方向に交互に配置されることで、１次元アレイ構造の超音波センサー１が構成される。これにより、受信部２５に設けられた受信素子４は、送信部２４に設けられた送信素子列３Ａから送信された超音波のうち、対象物で正反射した超音波を好適に受信することができる。

ここで、基板２には、受信部２５と送信側基部２２との間に第３スリット６３が設けられている。つまり、各受信部２５は、－Ｘ側において受信側基部２３に連結され、±Ｙ側において第１スリット６１により送信部２４と分断され、＋Ｘ側において第３スリット６３により送信側基部２２と分断される。
また、基板２において、Ｙ方向に並ぶ複数の送信部２４のうち、＋Ｙ側端部の受信部２５と第３枠部２１３との間には、第７スリット６７が設けられている。これにより、＋Ｙ側端部の受信部２５は、第７スリット６７により、枠部２１と分断されている。

［クロストークの影響］
次に、上述したような本実施形態の超音波センサー１から超音波を送信した際のクロストークの影響について、比較例と対比して説明する。
ここでは、上記実施形態の超音波センサー１と、比較例の超音波センサーとを用い、近距離（例えば１０ｍｍ以内）に配置された対象物に対して超音波を送信した際に、受信素子４から出力される検出信号を比較する。なお、比較例として、上記実施形態の超音波センサー１において、第１スリット６１～第７スリット６７が設けられていない構成の超音波センサーを用いる。

図４は、本実施形態の超音波センサー１と、比較例の超音波センサーについて、超音波送信時からの経過時間に対する検出信号の信号強度を模式的に示すグラフである。
図４に示すように、比較例では、本実施形態の超音波センサー１よりも早い段階で信号強度が大きくなっている。この原因は、基板２に第１スリット６１～第７スリット６７が設けられておらず、送信素子３の振動が基板２を経由して受信素子４に伝達され、当該振動によって検出信号にノイズ（振動ノイズ）が発生するためである。このような比較例では、本来検出されるべき検出信号が振動ノイズに埋もれてしまう。

一方、本実施形態の超音波センサー１では、比較例のような振動ノイズが生じておらず、検出信号は、対象物の位置に応じた所定の経過時間ｔ１においてピークを示している。すなわち、本実施形態の超音波センサー１では、対象物で反射された超音波が正確に検出されている。

［本実施形態の作用効果］
本実施形態では、基板２が一方向に交互に配置される送信部２４及び受信部２５を有しており、このような基板２において、送信部２４と受信部２５との間の機械的接続は、第１スリット６１によって分断されている。これにより、送信素子３の振動が送信部２４から受信部２５へ直接伝達されることを抑制できる。よって、超音波センサー１に振動ノイズが発生することを抑制できる。
特に、本実施形態では、近距離で反射した超音波の検出信号が振動ノイズに埋もれることが抑制されるため、近距離で反射した超音波であっても正確に検出することができる。

本実施形態では、基板２が、送信部２４に接続された送信側基部２２と、受信部２５に接続された受信側基部２３とを有している。このような基板２において、送信部２４と送信側基部２２との間の機械的接続は、第２スリット６２によって分断されており、送信素子３の振動が送信部２４から受信側基部２３に伝達されることを抑制できる。また、受信部２５と受信側基部２３との間の機械的接続は、第３スリット６３によって分断されており、送信素子３の振動が送信側基部２２から受信部２５に伝達されることを抑制できる。このような構成によれば、超音波センサー１における振動ノイズをより抑制することができる。

本実施形態では、基板２が、当該基板２の外周縁を構成する枠部２１を有しており、この枠部２１は、送信側ブリッジ２６を介して送信側基部２２に接続されると共に、受信側ブリッジ２７を介して受信側基部２３に接続される。このため、基板２では、送信部２４及び送信側基２２部と、受信部２５及び受信側基部２３とが、第１スリット６１～第３スリット６３によって機械的接続を分断されているが、これらは枠部２１によって連結されている。よって、１つの基板２上に送信部２４及び受信部２５を設けることができ、送信部２４に対する受信部２５の位置を規定できる。
また、基板２において、送信側基部２２と枠部２１との間には、第４スリット６４が設けられ、送信側ブリッジ２６のみによって送信側基部２２と枠部２１とが接続される。同様に、受信側基部２３と枠部２１との間には、第５スリット６５が設けられ、受信側ブリッジ２７のみによって受信側基部２３と枠部２１とが接続されている。このため、送信素子３の振動が送信側基部２２から枠部２１を介して受信側基部２３に伝達されることを抑制できる。

本実施形態では、送信側ブリッジ２６は、送信側基部２２に対して送信部２４とは反対側に配置され、受信側ブリッジ２７は、受信側基部２３に対して受信部２５とは反対側に配置されている。
このような構成によれば、基板２において、送信部２４と受信部２５とを機械的に接続する径路（送信部２４から送信側基部２２、枠部２１、受信側基部２３を介して受信部２５に至る経路）は、送信側基部２２及び受信側基部２３を大きく迂回することになる。これにより、送信素子３の振動は、基板２内を進む途中で受信素子４に到達する前に十分に減衰するため、振動ノイズをより抑制することができる。

［第二実施形態］
次に、第二実施形態について説明する。第二実施形態では、第一実施形態で説明した超音波センサー１を備えた電子機器の一例である距離検出装置について説明する。
図５は、本実施形態に係る距離検出装置１００の概略構成を示す図である。
本実施形態の距離検出装置１００は、図５に示すように、超音波センサー１と、超音波センサー１を制御する制御部１２０とにより構成されている。この制御部１２０は、超音波センサー１を駆動させる駆動回路１３０と、演算部１４０とを含んで構成されている。また、制御部１２０は、その他、距離検出装置１００を制御するための各種データや各種プログラム等を記憶した記憶部を備えていてもよい。

駆動回路１３０は、超音波センサー１の駆動を制御するためのドライバー回路であり、例えば図５に示すように、基準電位回路１３１、送信回路１３３、及び受信回路１３４等を備える。
基準電位回路１３１は、送信側共通端子５２に接続され、各送信素子列３Ａの上部電極３３に、基準電位（例えば－３Ｖ等）を印加する。

送信回路１３３は、駆動端子５１及び演算部１４０に接続され、演算部１４０の制御に基づいて、各送信素子列３Ａに例えばパルス波形の駆動信号を出力し、超音波センサー１から超音波を送信させる。
受信回路１３４には、各受信素子列４Ａから受信端子５３を介して検出信号が入力される。この受信回路１３４は、例えばリニアノイズアンプ、Ａ／Ｄコンバーター等を含んで構成されており、入力された検出信号のデジタル信号への変換、ノイズ成分の除去、所望信号レベルへの増幅等の各信号処理を実施した後、処理後の検出信号を演算部１４０に出力する。

演算部１４０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成され、駆動回路１３０を介して超音波センサー１を制御し、超音波センサー１により超音波の送受信処理を実施させる。
すなわち、演算部１４０は、送信回路１３３から超音波センサー１の各送信素子列３Ａに駆動信号を出力させて、超音波を送信させる。これにより、対象物により超音波が反射されて受信素子列４Ａにて受信されると、受信素子列４Ａからの検出信号が受信回路１３４を介して演算部１４０に入力される。演算部１４０は、検出信号が受信されると、ＴｏＦ（Time of Flight）法により、超音波センサー１から超音波を送信した送信タイミングから、検出信号が受信されるまでの時間と、空気中における音速とを用いて、超音波センサー１から対象物までの距離を算出する。

上記のような本実施形態の距離検出装置１００は、第一実施形態において説明した超音波センサー１を備える。この超音波センサー１では、上述したように、基板２に設けられた第１スリット６１～第７スリット６７によって、送信素子列３Ａが設けられた送信部２４から、受信素子列４Ａが設けられた受信部２５までの振動伝達が抑制される。このため、この超音波センサー１では、超音波を送信した際のクロストークが抑制され、精度の高い超音波の送受信処理が可能となる。したがって、制御部１２０は、超音波センサー１の超音波の送受信処理を容易に制御することができ、かつ、超音波センサー１により得られた精度の高い超音波の送受信結果に基づいて、超音波センサー１から対象物までの距離を高精度に算出することができる。

［変形例］
本発明は上述の各実施形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良、及び各実施形態を適宜組み合わせる等によって得られる構成は本発明に含まれるものである。

上記実施形態では、第１スリット６１～第７スリット６７が基板２に設けられているが、これに限られない。具体的には、少なくとも第１スリット６１が基板２に設けられていればよく、その他の第２スリット６２～第７スリット６７は、任意に組み合わせて基板２に形成することができる。換言すると、基板２は、少なくとも第１スリット６１を間に介して配置される送信部２４及び受信部２５を有していればよい。このような構成では、例えば比較例にて示したような、スリットが設けられていない超音波センサーに比べて、クロストークの影響を抑制することができる。
また、上記実施形態では、第１スリット６１～第７スリット６７が、互いに連通しているが、これに限られない。すなわち、第１スリット６１～第７スリット６７は、互いに独立して設けられていてもよい。

上記実施形態では、送信部２４及び受信部２５が、送信素子３及び受信素子４の各配列方向（Ｘ方向）に直交する方向（Ｙ方向）に交互に配置されているが、これに限られない。すなわち、送信部２４及び受信部２５が交互に配置される方向は、送信素子３及び受信素子４の各配置に関係せず、基板２の表面又は裏面に平行な任意の方向に設定可能である。

上記実施形態において、送信部２４及び受信部２５のそれぞれは、基板２に複数ずつ設けられているが、これに限られない。すなわち、送信部２４及び受信部２５は、少なくとも１つずつ基板２に設けられればよい。
例えば、超音波センサー１において、基板２は、Ｙ方向の中心より＋Ｙ側に、送信素子３が２次元アレイ構造に配置された送信部２４と、当該中心より－Ｙ側に、受信素子４が２次元アレイ構造に配置された受信部２５とを有する構成としてもよい。この場合でも、送信部２４と受信部２５との間に、第１スリット６１が設けられる構成とすることで、送信部２４の振動が受信部２５に伝達される不都合を抑制できる。

上記実施形態において、各送信部２４には複数の送信素子３による送信素子列３Ａが設けられているが、これに限られない。例えば、各送信部２４には、少なくとも１つの送信素子３が設けられていればよい。受信素子４についても同様である。

上記実施形態では、各送信部２４に１つの送信素子列３Ａが設けられたが、送信部２４に複数の送信素子列３Ａが設けられてもよい。受信素子列４Ａついても同様である。
また、上記実施形態では、送信素子列３Ａが、Ｘ方向に並ぶ送信素子３により構成されたが、Ｘ方向及びＹ方向に２次元アレイ構造に配置された複数の送信素子３により、１つの送信素子列３Ａが構成されていてもよい。受信素子列４Ａにおいても同様である。

送信側ブリッジ２６の配置及び数は、上記実施形態において説明したものに限られず、少なくとも１つ送信側ブリッジ２６が送信側基部２２と枠部２１とを任意の位置で接続すればよい。受信側ブリッジ２７についても同様である。
例えば、送信側ブリッジ２６と、受信側ブリッジ２７とを、基板２の対角方向に配置してもよい。具体的には、送信側ブリッジ２６が送信側基部２２の＋Ｘ側かつ－Ｙ側に配置され、受信側ブリッジ２７が送信側基部２２の－Ｘ側かつ＋Ｙ側に配置されてもよい。この場合、送信側ブリッジ２６から受信側ブリッジ２７のまでの距離がさらに長くなり、送信部２４での振動が、より受信部２５に伝搬されにくくなる。
また、送信側ブリッジ２６及び受信側ブリッジ２７のそれぞれには配線が設けられず、単に枠部２１と送信側基部２２又は受信側基部２３とを接続する部位であってもよい。

上記実施形態では、超音波を送受信する構成として、基板２の振動領域２０２を圧電膜３２により振動させることで超音波を送信し、この振動領域２０２の振動を圧電膜４２にて電気信号に変換することで超音波を受信する例を示したが、これに限定されない。例えば、バルク型の圧電体を振動させることで超音波を送受信する構成としてもよく、また、一対の膜材に対向する電極を配置し、電極間に周期駆動電圧を印加することで、静電力によって膜材を振動させる構成などとしてもよい。

上記実施形態では、超音波センサー１を適用した電子機器として、産業ロボットやプリンターに適用可能な距離検出装置１００を例示したが、これに限定されない。例えば、超音波の送受信結果に応じて、構造体の内部断層像を測定する超音波測定装置等に適用することもできる。

１…超音波センサー、２…基板、２１…枠部、２２…送信側基部、２３…受信側基部、２４…送信部、２５…受信部、２６…送信側ブリッジ、２７…受信側ブリッジ、３…送信素子、３Ａ…送信素子列、４…受信素子、４Ａ…受信素子列、６１…第１スリット、６２…第２スリット、６３…第３スリット、６４…第４スリット、６５…第５スリット、６６…第６スリット、６７…第７スリット、１００…距離検出装置（電子機器）、１２０…制御部。

Claims (4)

1. 超音波を送信する送信素子と、
   超音波を受信する受信素子と、
   前記送信素子が設けられた送信部及び前記受信素子が設けられた受信部を有し、前記送信部及び前記受信部が一方向に交互に配置される基板と、を備え、
   前記基板には、前記送信部と前記受信部との間に、前記基板を厚み方向に貫通する第１スリットが設けられており、
   前記基板は、送信側基部、及び前記送信側基部から所定の間隔をあけて配置される受信側基部を有しており、
   前記送信部は、前記送信側基部から前記受信側基部に向かって延設され、前記送信部と前記受信側基部との間には、前記基板を厚み方向に貫通する第２スリットが設けられ、
   前記受信部は、前記受信側基部から前記送信側基部に向かって延設され、前記受信部と前記送信側基部との間には、前記基板を厚み方向に貫通する第３スリットが設けられていることを特徴とする超音波センサー。
2. 請求項１に記載の超音波センサーにおいて、
   前記基板は、
   前記基板の外周縁を含んで構成され、前記送信部、前記受信部、前記送信側基部、及び前記受信側基部を囲う枠部と、
   前記送信側基部と前記枠部とを接続する送信側ブリッジと、
   前記受信側基部と前記枠部とを接続する受信側ブリッジと、を有しており、
   前記送信側基部と前記枠部との間のうち前記送信側ブリッジを除く部位には、前記基板を厚み方向に貫通する第４スリットが設けられており、
   前記受信側基部と前記枠部との間のうち前記受信側ブリッジを除く部位には、前記基板を厚み方向に貫通する第５スリットが設けられていることを特徴とする超音波センサー。
3. 請求項２に記載の超音波センサーにおいて、
   前記送信側ブリッジは、前記送信側基部に対して前記送信部とは反対側に配置され、
   前記受信側ブリッジは、前記受信側基部に対して前記受信部とは反対側に配置されていることを特徴とする超音波センサー。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の超音波センサーと、
   前記超音波センサーを制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする電子機器。

Images