JPH05100011A - 超音波センサ - Google Patents
超音波センサInfo
- Publication number
- JPH05100011A JPH05100011A JP26443191A JP26443191A JPH05100011A JP H05100011 A JPH05100011 A JP H05100011A JP 26443191 A JP26443191 A JP 26443191A JP 26443191 A JP26443191 A JP 26443191A JP H05100011 A JPH05100011 A JP H05100011A
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- JP
- Japan
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- ultrasonic
- baffle plate
- transmission
- reception
- openings
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は超音波振動素子の取り付け構造を改
善して広角でかつ近距離の物体が検知できる超音波セン
サを提供することを目的としている。 【構成】 送信用の超音波振動素子１と、受信用の超音
波振動素子２と、これらの超音波振動素子を並設する一
対の開口部６・７を有するバッフル板５とを備え、開口
部周縁はバッフル板５の前面に対し鋭角のエッジ部６’
・７’を形成し、超音波振動素子１および２は、バッフ
ル板５の開口部周縁のエッジ部６’・７’より後方に隙
間を設けて配置したものである。
善して広角でかつ近距離の物体が検知できる超音波セン
サを提供することを目的としている。 【構成】 送信用の超音波振動素子１と、受信用の超音
波振動素子２と、これらの超音波振動素子を並設する一
対の開口部６・７を有するバッフル板５とを備え、開口
部周縁はバッフル板５の前面に対し鋭角のエッジ部６’
・７’を形成し、超音波振動素子１および２は、バッフ
ル板５の開口部周縁のエッジ部６’・７’より後方に隙
間を設けて配置したものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動床面掃除機
や無人搬送車等の移動ロボットの障害物検知装置や測距
装置に用いる超音波センサに関するものである。
や無人搬送車等の移動ロボットの障害物検知装置や測距
装置に用いる超音波センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、超音波振動素子から超音波を
送信し、この反射波を受信することにより、物体の有無
あるいは物体までの距離を測定する手段は、物体検知セ
ンサ・測距センサとして各種装置に用いられている。測
距用センサとしては超音波振動素子の前面部にホーンを
設けて指向性を持たせるのが通常であるが、特に移動ロ
ボットなどの障害物検知装置においては、１つの超音波
センサで広い範囲（広角）の物体を検知するためにホー
ンを用いず、また近距離の検知ができるよう送信用と受
信用の超音波振動素子を別々に設ける手段がとられてい
る。
送信し、この反射波を受信することにより、物体の有無
あるいは物体までの距離を測定する手段は、物体検知セ
ンサ・測距センサとして各種装置に用いられている。測
距用センサとしては超音波振動素子の前面部にホーンを
設けて指向性を持たせるのが通常であるが、特に移動ロ
ボットなどの障害物検知装置においては、１つの超音波
センサで広い範囲（広角）の物体を検知するためにホー
ンを用いず、また近距離の検知ができるよう送信用と受
信用の超音波振動素子を別々に設ける手段がとられてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の超音波センサで、広角でかつ近距離の物体を
検知しようとしても送信用の超音波振動素子から送信さ
れた超音波が送信用振動子を取り付けた前面のバッフル
板で回折して、直接受信用の超音波振動素子に受信され
てしまい物体からの反射波との区別がつかないために近
距離の測距には限界があった。
うな従来の超音波センサで、広角でかつ近距離の物体を
検知しようとしても送信用の超音波振動素子から送信さ
れた超音波が送信用振動子を取り付けた前面のバッフル
板で回折して、直接受信用の超音波振動素子に受信され
てしまい物体からの反射波との区別がつかないために近
距離の測距には限界があった。
【０００４】そこで本発明は、上記従来の問題点を解決
するもので、バッフル板への超音波振動素子の取り付け
構造を改善して送信用の超音波振動素子から受信用の超
音波振動素子への直接波を減少させて、広角でかつ近距
離の物体が検知できる超音波センサを提供することを第
一の目的としている。
するもので、バッフル板への超音波振動素子の取り付け
構造を改善して送信用の超音波振動素子から受信用の超
音波振動素子への直接波を減少させて、広角でかつ近距
離の物体が検知できる超音波センサを提供することを第
一の目的としている。
【０００５】また、第二の目的は、第一の目的と関連
し、バッフル板の形状を改善して送信用からから受信用
の超音波振動素子への直接波を減少させて、さらに安定
して広角でかつ近距離の物体が検知できる超音波センサ
を提供することにある。
し、バッフル板の形状を改善して送信用からから受信用
の超音波振動素子への直接波を減少させて、さらに安定
して広角でかつ近距離の物体が検知できる超音波センサ
を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記第一の目的を達成す
るための本発明の第一の手段は、送信用の超音波振動素
子と、受信用の超音波振動素子と、これらの超音波振動
素子を並設する一対の開口部を有するバッフル板とを備
え、前記バッフル板の開口部周縁はバッフル板の前面に
対し鋭角のエッジ部を形成し、前記送信用の超音波振動
素子および受信用の超音波振動素子は、バッフル板の開
口部周縁のエッジ部より後方に隙間を設けて配置した超
音波センサとするものである。
るための本発明の第一の手段は、送信用の超音波振動素
子と、受信用の超音波振動素子と、これらの超音波振動
素子を並設する一対の開口部を有するバッフル板とを備
え、前記バッフル板の開口部周縁はバッフル板の前面に
対し鋭角のエッジ部を形成し、前記送信用の超音波振動
素子および受信用の超音波振動素子は、バッフル板の開
口部周縁のエッジ部より後方に隙間を設けて配置した超
音波センサとするものである。
【０００７】また第二の目的を達成するための本発明の
第二の手段は、送信用の超音波振動素子と、受信用の超
音波振動素子と、これらの超音波振動素子を並設する一
対の開口部を有するバッフル板とを備え、前記バッフル
板の前面にそれぞれの開口部を囲む凹溝を設けた超音波
センサとするものである。
第二の手段は、送信用の超音波振動素子と、受信用の超
音波振動素子と、これらの超音波振動素子を並設する一
対の開口部を有するバッフル板とを備え、前記バッフル
板の前面にそれぞれの開口部を囲む凹溝を設けた超音波
センサとするものである。
【０００８】
【作用】本発明の第一の手段によれば、超音波振動素子
を取り付けるバッフル板の開口部周縁に形成した鋭角エ
ッジ部と、このエッジ部より後方に設けた隙間とにより
開口部周縁で回折する超音波が確率的に少なくなり、送
信用の超音波振動素子から受信用の超音波振動素子への
直接波が減少するので、広角でかつ近距離の物体が検知
できる超音波センサが実現できるものである。
を取り付けるバッフル板の開口部周縁に形成した鋭角エ
ッジ部と、このエッジ部より後方に設けた隙間とにより
開口部周縁で回折する超音波が確率的に少なくなり、送
信用の超音波振動素子から受信用の超音波振動素子への
直接波が減少するので、広角でかつ近距離の物体が検知
できる超音波センサが実現できるものである。
【０００９】また、本発明の第二の手段によれば、バッ
フル板の前面に設けたそれぞれの開口部を囲む凹溝が送
信用の超音波振動素子から受信用の超音波振動素子への
直接波を遮断するので、広角でかつ近距離の物体が検知
できる超音波センサが実現できるものである。
フル板の前面に設けたそれぞれの開口部を囲む凹溝が送
信用の超音波振動素子から受信用の超音波振動素子への
直接波を遮断するので、広角でかつ近距離の物体が検知
できる超音波センサが実現できるものである。
【００１０】
（実施例１）以下、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１において、１は送信用の超音波振動素
子、２は受信用の超音波振動素子で、セラミック等のピ
エゾ素子からなる振動体を円筒状のケースに収納したも
ので同一構造をしており、それぞれの後方部には電気端
子３・４が導出している。５はバッフル板で、それぞれ
の超音波振動素子１・２の前方部に円形の開口部６・７
を有している。また、バッフル板５には超音波振動素子
１・２を取り付けるための筒状の取り付け部８・９が設
けられ、これらの超音波振動素子１・２は発泡ゴムやフ
ェルト等からなる防振材１０・１１を介してこの内部に
取り付けられる。バッフル板５の開口部６・７の周縁は
図１（ａ）に示すようにバッフル板５の前面に対して鋭
角αのエッジ部６’・７’を有している。そして、超音
波振動素子１・２はバッフル板５の後面から開口部６・
７の周縁に当接して取り付けることによりエッジ部
６’、７’の後方に隙間Ｌができるようになっている。
また、バッフル板５の前面には、開口部６・７をそれ
ぞれ囲むように円形の凹溝１２・１３が設けられてい
る。
て説明する。図１において、１は送信用の超音波振動素
子、２は受信用の超音波振動素子で、セラミック等のピ
エゾ素子からなる振動体を円筒状のケースに収納したも
ので同一構造をしており、それぞれの後方部には電気端
子３・４が導出している。５はバッフル板で、それぞれ
の超音波振動素子１・２の前方部に円形の開口部６・７
を有している。また、バッフル板５には超音波振動素子
１・２を取り付けるための筒状の取り付け部８・９が設
けられ、これらの超音波振動素子１・２は発泡ゴムやフ
ェルト等からなる防振材１０・１１を介してこの内部に
取り付けられる。バッフル板５の開口部６・７の周縁は
図１（ａ）に示すようにバッフル板５の前面に対して鋭
角αのエッジ部６’・７’を有している。そして、超音
波振動素子１・２はバッフル板５の後面から開口部６・
７の周縁に当接して取り付けることによりエッジ部
６’、７’の後方に隙間Ｌができるようになっている。
また、バッフル板５の前面には、開口部６・７をそれ
ぞれ囲むように円形の凹溝１２・１３が設けられてい
る。
【００１１】１４・１５は超音波振動素子１・２のそれ
ぞれの後部を覆うキャップカバーで、この内部の空間部
にはスポンジや発泡ゴム等からなる吸音材１６・１７が
設けられている。１８・１９はそれぞれ電気端子３・４
と接続するリード線である。
ぞれの後部を覆うキャップカバーで、この内部の空間部
にはスポンジや発泡ゴム等からなる吸音材１６・１７が
設けられている。１８・１９はそれぞれ電気端子３・４
と接続するリード線である。
【００１２】以上のように構成した超音波センサについ
て、以下その動作について説明する。本実施例の超音波
センサは、送信用の超音波振動素子１を駆動して超音波
パルスＡを送信し、この超音波パルスＡが前方の物体に
当たって反射して戻ってきた反射波Ｂを受信用の超音波
振動素子２で受信し、その送信時刻と受信時刻の時間差
を測定することにより物体までの距離を検知するもので
ある。この測距方式で近距離にある物体までの距離を検
知する場合、もし送信用の超音波振動素子１から送信し
た超音波パルスが直接受信用の超音波振動素子２に強く
入ると物体からの反射波との区別ができないため測距不
可能となる。
て、以下その動作について説明する。本実施例の超音波
センサは、送信用の超音波振動素子１を駆動して超音波
パルスＡを送信し、この超音波パルスＡが前方の物体に
当たって反射して戻ってきた反射波Ｂを受信用の超音波
振動素子２で受信し、その送信時刻と受信時刻の時間差
を測定することにより物体までの距離を検知するもので
ある。この測距方式で近距離にある物体までの距離を検
知する場合、もし送信用の超音波振動素子１から送信し
た超音波パルスが直接受信用の超音波振動素子２に強く
入ると物体からの反射波との区別ができないため測距不
可能となる。
【００１３】本実施例では、２つの手段で送信用の超音
波振動素子１から受信用の超音波振動素子２への直接波
を減少させている。
波振動素子１から受信用の超音波振動素子２への直接波
を減少させている。
【００１４】図２は第一の手段の作用を説明するもので
ある。図２（ａ）は送信用の超音波振動素子１を示し、
２１は超音波振動素子１の内部の振動体で、この振動体
２１が駆動され振動して超音波を発生する。ここで、例
えば点Ｐから発生する超音波には次の３種類がある。１
つは矢印ａのように開口部６から直接外部に出ていくも
の。２つ目は矢印ｂのように開口部６のエッジ部６’で
回折して外部に出ていくもの。３つ目は矢印ｃのように
開口部６の内側で反射して外部に出ないものである。こ
の中で送信用振動子１から受信用振動子２への直接波と
なり得るのは２つ目の回折波であるが、本実施例ではエ
ッジ部６’が鋭角であり、かつ送信用の超音波波振動素
子１がこのエッジ部６’より後方にあるため、回折を起
こすのはエッジ部６’の先端部を通るものだけであるこ
とが分かる（すなわち、エッジ部が直角であれば矢印ｃ
のような反射はなく全て回折してしまう）。つまり、鋭
角αのエッジ部６’と、このエッジ部６’より後方に設
けた隙間Ｌとにより送信用の超音波振動素子１から送信
した超音波が回折する確率が非常に小さくなる。
ある。図２（ａ）は送信用の超音波振動素子１を示し、
２１は超音波振動素子１の内部の振動体で、この振動体
２１が駆動され振動して超音波を発生する。ここで、例
えば点Ｐから発生する超音波には次の３種類がある。１
つは矢印ａのように開口部６から直接外部に出ていくも
の。２つ目は矢印ｂのように開口部６のエッジ部６’で
回折して外部に出ていくもの。３つ目は矢印ｃのように
開口部６の内側で反射して外部に出ないものである。こ
の中で送信用振動子１から受信用振動子２への直接波と
なり得るのは２つ目の回折波であるが、本実施例ではエ
ッジ部６’が鋭角であり、かつ送信用の超音波波振動素
子１がこのエッジ部６’より後方にあるため、回折を起
こすのはエッジ部６’の先端部を通るものだけであるこ
とが分かる（すなわち、エッジ部が直角であれば矢印ｃ
のような反射はなく全て回折してしまう）。つまり、鋭
角αのエッジ部６’と、このエッジ部６’より後方に設
けた隙間Ｌとにより送信用の超音波振動素子１から送信
した超音波が回折する確率が非常に小さくなる。
【００１５】また、図２（ｂ）に示すように受信用の超
音波振動素子２について見てみると、例えば超音波振動
素子１からの直接波ｄが開口部７に達してこのエッジ部
７’に当たると、エッジ部７’は鋭角であるためここで
の回折方向は受信用の超音波振動素子２の外周方向にな
るため、振動体２２に直接届かない。つまり、たとえ超
音波振動素子１からバッフル板５の表面を沿うような直
接波が発射されたとしても、鋭角のエッジ部７’により
これによる悪影響を小さくできるものである。
音波振動素子２について見てみると、例えば超音波振動
素子１からの直接波ｄが開口部７に達してこのエッジ部
７’に当たると、エッジ部７’は鋭角であるためここで
の回折方向は受信用の超音波振動素子２の外周方向にな
るため、振動体２２に直接届かない。つまり、たとえ超
音波振動素子１からバッフル板５の表面を沿うような直
接波が発射されたとしても、鋭角のエッジ部７’により
これによる悪影響を小さくできるものである。
【００１６】このように、バッフル板５の開口部６・７
に形成した鋭角αのエッジ部６’・７’と、このエッジ
部６’・７’より後方に設けた隙間Ｌとにより超音波振
動素子１から超音波振動素子２への直接波が減少するも
のでる。
に形成した鋭角αのエッジ部６’・７’と、このエッジ
部６’・７’より後方に設けた隙間Ｌとにより超音波振
動素子１から超音波振動素子２への直接波が減少するも
のでる。
【００１７】なお、上記効果を十分発揮するためにはエ
ッジ部６’・７’の先端の厚みは０．５ｍｍ以下、隙間
Ｌの大きさは１〜３ｍｍ位が望ましい。
ッジ部６’・７’の先端の厚みは０．５ｍｍ以下、隙間
Ｌの大きさは１〜３ｍｍ位が望ましい。
【００１８】次に、図３を用いて第二の手段の作用を説
明する。図３（ａ）は送信用の超音波振動素子１を示
し、図１で説明したとおり開口部６の周囲を囲む円形の
凹溝１２が設けてある。もし、超音波振動素子１から矢
印ｅのようなバッフル板５の表面を沿うような直接波が
発射されるたとしても、この凹溝１２により回折あるい
は反射を起こすことにより矢印ｅ’のように散乱するた
め、これが超音波振動素子２に入る確率が少なくなるも
のである。これと同様に、図３（ｂ）に示す受信側の開
口部７の周囲に設けた凹溝１３は、矢印ｆのような超音
波振動素子１からの直接波が届いたとしても、矢印ｆ’
のように散乱させてしまうため、これが超音波振動素子
２に入る確率が少なくなる。
明する。図３（ａ）は送信用の超音波振動素子１を示
し、図１で説明したとおり開口部６の周囲を囲む円形の
凹溝１２が設けてある。もし、超音波振動素子１から矢
印ｅのようなバッフル板５の表面を沿うような直接波が
発射されるたとしても、この凹溝１２により回折あるい
は反射を起こすことにより矢印ｅ’のように散乱するた
め、これが超音波振動素子２に入る確率が少なくなるも
のである。これと同様に、図３（ｂ）に示す受信側の開
口部７の周囲に設けた凹溝１３は、矢印ｆのような超音
波振動素子１からの直接波が届いたとしても、矢印ｆ’
のように散乱させてしまうため、これが超音波振動素子
２に入る確率が少なくなる。
【００１９】このように、バッフル板５の前面に、開口
部６・７をそれぞれ囲むように円形の凹溝１２・１３を
設けることにより、送信用の超音波振動素子１から受信
用の超音波振動素子２への直接波が減少できるものであ
る。
部６・７をそれぞれ囲むように円形の凹溝１２・１３を
設けることにより、送信用の超音波振動素子１から受信
用の超音波振動素子２への直接波が減少できるものであ
る。
【００２０】なお、本実施例では、凹溝１２・１３は円
形に設けているが開口部６・７を囲む形状であれば四角
形等の多角形であっても良いことは言うまでもない。
形に設けているが開口部６・７を囲む形状であれば四角
形等の多角形であっても良いことは言うまでもない。
【００２１】
【発明の効果】以上のように本発明の第一の手段は、バ
ッフル板の開口部に形成した鋭角のエッジ部と、このエ
ッジ部より後方に設けた隙間とにより送信用の超音波振
動素子から受信用の超音波振動素子への直接波が減少す
ることにより、自動床面掃除機や無人搬送車等の移動ロ
ボットの障害物検知装置や測距装置に最適な広角でかつ
近距離の物体が検知できる超音波センサが実現できるも
のである。
ッフル板の開口部に形成した鋭角のエッジ部と、このエ
ッジ部より後方に設けた隙間とにより送信用の超音波振
動素子から受信用の超音波振動素子への直接波が減少す
ることにより、自動床面掃除機や無人搬送車等の移動ロ
ボットの障害物検知装置や測距装置に最適な広角でかつ
近距離の物体が検知できる超音波センサが実現できるも
のである。
【００２２】また、本発明の第二の手段によれば、バッ
フル板の前面に、開口部をそれぞれ囲むように凹溝を設
けることにより、送信用の超音波振動素子から受信用の
超音波振動素子への直接波が減少でき、安定して広角で
かつ近距離の物体が検知できる超音波センサが実現する
ものである。
フル板の前面に、開口部をそれぞれ囲むように凹溝を設
けることにより、送信用の超音波振動素子から受信用の
超音波振動素子への直接波が減少でき、安定して広角で
かつ近距離の物体が検知できる超音波センサが実現する
ものである。
【図１】（ａ）本発明の実施例における超音波センサの
縦断面図 （ｂ）同実施例の（ａ）のＸ矢視図
縦断面図 （ｂ）同実施例の（ａ）のＸ矢視図
【図２】（ａ）同実施例の第一の手段の作用を説明する
送信用の超音波振動素子近傍の縦断面図 （ｂ）同実施例の第一の手段の作用を説明する受信用の
超音波振動素子近傍の縦断面図
送信用の超音波振動素子近傍の縦断面図 （ｂ）同実施例の第一の手段の作用を説明する受信用の
超音波振動素子近傍の縦断面図
【図３】（ａ）同実施例の第二の手段の作用を説明する
送信用の超音波振動素子近傍の縦断面図 （ｂ）同実施例の第二の手段の作用を説明する受信用の
超音波振動素子近傍の縦断面図
送信用の超音波振動素子近傍の縦断面図 （ｂ）同実施例の第二の手段の作用を説明する受信用の
超音波振動素子近傍の縦断面図
１ 送信用の超音波振動素子 ２ 受信用の超音波振動素子 ５ バッフル板 ６・７ 開口部 ６’・７’ エッジ部 １２・１３ 凹溝
Claims (2)
- 【請求項１】送信用の超音波振動素子と、受信用の超音
波振動素子と、これらの超音波振動素子を並設する一対
の開口部を有するバッフル板とを備え、前記バッフル板
の開口部周縁はバッフル板の前面に対し鋭角のエッジ部
を形成し、前記送信用の超音波振動素子および受信用の
超音波振動素子は、バッフル板の開口部周縁のエッジ部
より後方に隙間を設けて配置した超音波センサ。 - 【請求項２】送信用の超音波振動素子と、受信用の超音
波振動素子と、これらの超音波振動素子を並設する一対
の開口部を有するバッフル板とを備え、前記バッフル板
の前面にそれぞれの開口部を囲む凹溝を設けた超音波セ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26443191A JPH05100011A (ja) | 1991-10-14 | 1991-10-14 | 超音波センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26443191A JPH05100011A (ja) | 1991-10-14 | 1991-10-14 | 超音波センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05100011A true JPH05100011A (ja) | 1993-04-23 |
Family
ID=17403094
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26443191A Pending JPH05100011A (ja) | 1991-10-14 | 1991-10-14 | 超音波センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05100011A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006234522A (ja) * | 2005-02-23 | 2006-09-07 | Matsushita Electric Works Ltd | 音波センサ |
| US7693007B2 (en) | 2007-07-25 | 2010-04-06 | Denso Corporation | Ultrasonic sensor with separate sending device and receiving device |
-
1991
- 1991-10-14 JP JP26443191A patent/JPH05100011A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006234522A (ja) * | 2005-02-23 | 2006-09-07 | Matsushita Electric Works Ltd | 音波センサ |
| US7693007B2 (en) | 2007-07-25 | 2010-04-06 | Denso Corporation | Ultrasonic sensor with separate sending device and receiving device |
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