JP4835366B2 - 超音波センサ - Google Patents

Description

この発明は、音響整合層に超音波検出素子を装着した超音波センサに関する。

従来から、金属、樹脂材料等の基板に超音波振動子を接着した超音波センサとして、例えば、自動車（車両）に搭載されたものが知られている。この超音波センサは、超音波の送受信が可能な素子から超音波を送信して、被検出体に当たって反射された超音波をこの素子によって受信することにより、自動車の周囲にある物体の位置測定または距離測定や、当該物体の２次元形状または３次元形状の測定などを行う。
このような超音波センサには、音響インピーダンスを調整して、送受信する超音波の伝達効率を向上させる音響整合層を設けられているものがあり、例えば、圧電素子の片面に、合成樹脂にガラスバルーンを分散させた材料により超音波の波長の１／４の厚さに形成された音響整合層が固定された超音波センサが知られている。（特許文献１）。
特開平１０−２２４８９５号公報

ここで、この種の超音波センサは、外部から見える位置に取り付けられるため、美観を損ねることがないように、超音波センサを小型化する、つまり、外部に露出する音響整合層の面積を小さくすることが求められている。
しかし、音響整合層の面積を小さくすると、音響整合層の側面において超音波が反射の影響が大きくなり、信号に対するノイズの割合が大きくなり、超音波の検出感度が低下する。このため、音響整合層の面積を小さくすることができないという問題があった。

そこで、この発明では、音響整合層を小型化することができる超音波センサを実現することを目的とする。

この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、超音波を送信する送信素子から送信され、被検出体にて反射された超音波を検出する超音波検出素子と、前記被検出体にて反射された超音波を受信する受信面が、前記所定の物体において前記被検出体の存在する空間側に露出し、前記受信面で受信した超音波を、前記受信面と対向する面に取り付けられた前記超音波検出素子に伝達する音響整合部材であって、音響インピーダンスが、空気より大きく、かつ、前記超音波検出素子より小さい材料により、前記受信面で受信した超音波により定在波が内部で発生する音響整合部材とを備え、所定の物体に配置される超音波センサにおいて、前記音響整合部材の前記受信面と前記対向する面との間の側面に設けられ、前記音響整合部材の内部を伝達する超音波の前記側面における反射を抑制する反射抑制部材を備えた、という技術的手段を用いる。

請求項１に記載の発明によれば、被検出体にて反射された超音波を検出する超音波検出素子と、受信した超音波を超音波検出素子に伝達する音響整合部材とを備えた超音波センサが、音響整合部材の受信面と対向する面との間の側面に設けられ、音響整合部材の内部を伝達する超音波の側面における反射を抑制する反射抑制部材を備えているため、側面における超音波の反射の影響を避けるために音響整合部材の面積を大きくする必要がないので、音響整合部材を小型化することができる超音波センサを実現することができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の超音波センサにおいて、前記反射抑制部材が、前記音響整合部材より音響インピーダンスが低い材料により形成されている、という技術的手段を用いる。

請求項２に記載の発明によれば、反射抑制部材が、音響整合部材より音響インピーダンスが低い材料により形成されているため、空気と音響整合部材との音響インピーダンスの差に比べて、反射抑制部材と音響整合部材との音響インピーダンスの差を小さくすることができる。これにより、音響整合部材の側面に伝達された超音波は、効率的に反射抑制部材の内部に伝達され、音響整合部材の側面における超音波の反射を効果的に抑制することができるため、側面における超音波の反射の影響を避けるために音響整合部材の面積を大きくする必要がないので、音響整合部材を小型化することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の超音波センサにおいて、前記反射抑制部材が、前記音響整合部材より弾性率が低い材料により形成されている、という技術的手段を用いる。

請求項３に記載の発明によれば、反射抑制部材が、音響整合部材より弾性率が低い材料により形成されているため、超音波による音響整合部材の振動を拘束する力を小さくすることができるので、超音波振動の減衰を小さくすることができ、超音波の検出感度を向上させることができる。

請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記反射抑制部材が、シリコンゴムにより形成されている、という技術的手段を用いる。

請求項４に記載の発明によれば、シリコンゴムは、音響インピーダンス及び弾性率が低い材料なので、反射抑制部材として好適に用いることができる。

請求項５に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記反射抑制部材は、前記対向する面の近傍に形成されている、という技術的手段を用いる。

請求項５に記載の発明によれば、反射抑制部材は、対向する面の近傍に形成されているため、超音波検出素子近傍の側面における超音波の反射を抑制することができ、超音波検出素子に側面で反射した超音波を到達させにくくすることができるので、超音波の検出感度を向上させることができる。
また、対向する面の近傍は、音響整合部材に生じる定在波の節部近傍であるため、反射抑制部材の拘束による音響整合部材の振動の減衰を小さくすることができ、超音波の検出感度を向上させることができる。

請求項１に記載の発明では、前記反射抑制部材は、外表面が凹凸部を有し、前記側面から前記反射抑制部材の内部に伝達した超音波が内部で打ち消し合う形状に形成されている、という技術的手段を用いる。

請求項１に記載の発明によれば、反射抑制部材は、外表面が凹凸部を有し、側面から反射抑制部材の内部に伝達した超音波が内部で打ち消し合う形状に形成されているため、音響整合部材から反射抑制部材に伝達された超音波が、外表面で反射して再び音響整合部材の内部に伝達することを防止することができる。

請求項６に記載の発明では、請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記超音波センサを前記所定の物体に取り付ける取付部と前記音響整合部材との間に介在され、前記所定の物体から前記音響整合部材への振動の伝達を減衰させる振動減衰部材を備えた、という技術的手段を用いる。

請求項６に記載の発明によれば、超音波センサを所定の物体に取り付ける取付部と音響整合部材との間に介在され、所定の物体から音響整合部材への振動の伝達を減衰させる振動減衰部材を備えているので、超音波が所定の物体から音響整合部材に伝達されてノイズの原因となることを防止することができる。これにより、超音波のノイズを低減することができるので、超音波の検出感度を向上させることができる。

請求項７に記載の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記反射抑制部材が、前記振動減衰部材と同じ材料により一体的に形成される、という技術的手段を用いる。

請求項７に記載の発明によれば、反射抑制部材が、振動減衰部材と同じ材料により一体的に形成されているため、反射抑制部材と振動減衰部材とを別々に形成する必要がなく、製造工程を短縮することができる。

請求項８に記載の発明では、請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、複数の前記音響整合部材と前記超音波検出素子との組がアレイ状に配置され、前記反射抑制部材は、前記各音響整合部材の間に介在して設けられている、という技術的手段を用いる。

請求項８に記載の発明によれば、超音波センサを２次元または３次元検出用のセンサとして用いるために、複数の音響整合部材と超音波検出素子との組がアレイ状に配置した場合に、一つの反射抑制部材により複数個の音響整合部材の反射抑制を行うことができるため、各音響整合部材にそれぞれ反射抑制部材を設けたときに比べて反射抑制部材の数を減じることができる。
また、反射抑制部材は各音響整合部材の間に介在して設けられているため、反射抑制部材により各音響整合層を支え合うことができるので、音響整合部材が配置された物体の揺れに対する剛性を高くすることができる。

請求項９に記載の発明では、請求項１ないし請求項８のいずれか１つに記載の超音波センサにおいて、前記所定の物体は、車両である、という技術的手段を用いる。

請求項９に記載の発明によれば、所定の物体は、車両であり、当該超音波センサは車両に搭載することができる。超音波センサを車両の周囲にある障害物や人間などを検知する障害物センサなどに適用した場合、車両の外部に露出する受信面の面積を小さくすることができるため、車両の意匠性を向上させることができる。

請求項１０に記載の発明では、請求項９に記載の超音波センサにおいて、前記取付部は、前記車両のヘッドランプカバー、リアランプのカバー、ウインカのカバー、バックランプのカバー、ドアミラー、または、バンパに設けられている、という技術的手段を用いる。

請求項１０に記載の発明によれば、超音波センサの取付部は、用途に合わせて、各種部材に設けることができる。超音波センサを車両前方の障害物センサなどに適用する場合には、ヘッドランプカバー、または、バンパに設けることができる。超音波センサを車両側方の障害物センサとして用いる場合には、ウインカのカバー、または、ドアミラーに設けることができる。超音波センサを車両後方の障害物センサとして用いる場合には、リアランプのカバー、または、バックランプのカバーに設けることができる。

［第１実施形態］
この発明に係る超音波センサの第１実施形態について、図を参照して説明する。ここでは、超音波センサを車両に搭載して障害物センサとして使用する場合を例に説明する。
図１は、本実施形態の超音波センサの説明図である。図１（Ａ）は、本実施形態の超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、図１（Ｃ）は、音響整合部材の横断面説明図（Ｂ−Ｂ矢視断面図）である。
ここで、図１（Ａ）の手前側及び図１（Ｂ）の上方向が車両の外部を示す。なお、各図では、説明のために一部を拡大し、一部を省略して示している。

図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、超音波センサ１０は、超音波発生素子から車両前方に送信され、車両前方に存在する被検出体（障害物）で反射された超音波を検出する超音波検出素子１１と、超音波を受信し、振動を伝達する音響整合部材１２と、音響整合部材１２の側面を取り囲んで設けられ、側面からの反射を抑制するための反射抑制部材１４とを備えている。
超音波センサ１０は、図示しない超音波送信素子により送信され、障害物により反射された超音波を、音響整合部材１２の受信面１２ａにおいて受信する。受信面１２ａにおいて受信された超音波は、音響整合部材１２を介して、超音波検出素子１１に伝達される。超音波検出素子１１に伝達された超音波は、超音波検出素子１１により検出され、電圧信号に変換される。
超音波検出素子１１と電気的に接続された回路素子（図示せず）は、ＥＣＵに電気的に接続されており、超音波検出素子１１から出力される電圧信号に基づいて演算処理を行う。例えば、送信した超音波と受信した超音波との時間差や位相差を求めることにより、障害物との距離測定などを行うことができる。

超音波検出素子１１は、音響整合部材１２の超音波を受信する受信面１２ａに対向する取付面１２ｂの中央に、接着剤などにより取り付けられている。音響整合部材１２は、車両６０の所定の位置、本実施形態ではバンパ２０（図７）に取り付けられている。
バンパ２０には、音響整合部材１２を挿通可能な大きさに貫通形成された取付部２０ａが設けられている。音響整合部材１２は、受信面１２ａ近傍の側面部１２ｃにおいて、取付部２０ａとの間に超音波の伝達を防止する振動減衰部材１３を介在させて、受信面１２ａをバンパ２０の外部に露出させた状態で取付部２０ａに取り付けられる。
ここで、音響整合部材１２の受信面１２ａは、振動減衰部材１３及びバンパ２０の外表面２０ｂとの間に段差がなく、滑らかな平坦面を形成している。

超音波検出素子１１は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体を上下面から電極で挟んで、厚さ３ｍｍ、２ｍｍ角の四角柱状に形成されている。ＰＺＴは、圧電定数が大きいため、音圧の小さな超音波の受信をすることができるので、超音波の検出感度が高く、超音波検出素子に好適に用いることができる。

音響整合部材１２は、空気より音響インピーダンスが大きく、超音波検出素子１１より音響インピーダンスが小さい材料を用いて、横断面が略正方形の四角柱状に形成されている。
これにより、音響整合部材１２を設けていない場合に比べて、空気との界面における音響インピーダンスの差を小さくすることができるので、空気との界面における超音波の反射を抑制し、入射する超音波を増大させることができる。
また、バンパ２０の外部から視認できない位置に超音波検出素子１１が取り付けられているため、音響整合部材１２は、異物や水分などから超音波検出素子１１を保護する保護部材としても作用する。
本実施形態では、音響整合部材１２は、ポリカーボネート系樹脂などの耐久性に優れた樹脂材料により形成されている。ポリカーボネート系樹脂は弾性率の温度変化が小さいため、温度変化に伴う超音波の波長の変化を小さくすることができるので、後述する定在波を安定して発生させることができる。

音響整合部材１２は、厚さＴが超音波の音響整合部材１２中における波長の１／４となるように形成されている。例えば、超音波の周波数が６５ｋＨｚの場合、幅Ｗが２．６ｍｍ、厚さＴが５ｍｍ程度となる。
音響整合部材１２の厚さＴを超音波の波長の１／４となるように形成することにより、音響整合部材１２内で定在波を発生させることができる。これにより、音響整合部材１２内に入射した超音波と、音響整合部材１２と超音波検出素子１１との界面において反射された超音波とが干渉して互いに打ち消し合うことを低減することができるので、超音波検出素子１１に効率よく超音波を伝達することができる。

音響整合部材１２の受信面１２ａは、超音波検出素子１１の取付面１１ａの面積より大きく形成されている。このように音響整合部材１２を形成すると、受信面１２ａで受けた超音波のエネルギーを、受信面１２ａの面積より小さな面積において伝達するため、単位面積当たりのエネルギーが増大するので、エネルギーの伝達効率を向上させることができる。
ここで、取付面１２ｂの面積は、超音波検出素子１１の取付面１１ａの面積の１．２倍程度あると好ましい。なお、面積が同程度もしくは超音波検出素子の面積よりも音響整合部材の面積が小さい場合であっても、受信することはできる。

なお、音響整合部材１２として樹脂材料を例示しているが、音響インピーダンスの関係及び波長と寸法との関係とを満足すれば、例えば、アルミニウムのような金属材料や、セラミックス、ガラスなどを用いることができる。これらの材料は、樹脂材料同様に、耐候性などの耐環境性を備えており、好適に用いることができる。

音響整合部材１２の形状は、横断面が略正方形の四角柱状に限らず、例えば、円柱でもよい。また、音響整合部材１２の幅Ｗを超音波の波長の半分以下となるように形成することにより、後述する第２実施形態に示すように複数の超音波センサ１０をアレイ状に配置して用いる場合に、音響整合部材１２の中央部の間隔が空気中を伝達する超音波の波長の１／２である検出精度が高い配置を行うことができる。超音波センサ１０をアレイ化しない場合には、音響整合部材１２の幅Ｗは超音波の空気中における波長の半分以下でなくてもよい。

音響整合部材１２の側面部１２ｃとバンパ２０の取付部２０ａとの間には、音響整合部材１２を側面部１２ｃにおいて取付部２０ａに固定するとともに、バンパ２０の取付部２０ａとの間の振動の伝達を防止する振動減衰部材１３が介在している。
振動減衰部材１３は、取付部２０ａの厚さとほぼ同じ厚さに形成されており、音響整合部材１２の受信面１２ａとバンパ２０の外表面との間に段差ができないように、音響整合部材１２を取付部２０ａに固定する。振動減衰部材１３は、接着剤などで音響整合部材１２の側面部１２ｃ及び取付部２０ａに接着固定されている。
振動減衰部材１３が、バンパ２０と音響整合部材１２との間に介在することにより、超音波がバンパ２０から取付部２０ａを介して音響整合部材１２の側面部１２ｃに伝達されてノイズの原因となることを防止することができる。

音響整合部材１２の側面部１２ｃのうち、振動減衰部材１３より内側の部分に、平板状に形成された反射抑制部材１４が接着剤などで接着固定されている。つまり、音響整合部材１２の側面部１２ｃは、振動減衰部材１３と反射抑制部材１４とにより覆われている。
反射抑制部材１４は、音響整合部材１２より音響インピーダンスが小さく、減衰定数が高い材料、例えば、シリコンゴムにより形成されている。

音響整合部材１２を小型化し、受信面１２ａの面積を小さくすると、受信面１２ａで受信された超音波の一部が、超音波検出素子１１に到達する前に側面部１２ｃに伝達される。このとき、反射抑制部材１４が備えられていない超音波センサでは、側面部１２ｃと外部の空気との界面において、音響インピーダンスの差が大きくなるため、超音波は側面部１２ｃで反射され、音響整合部材１２に内部に進行する。この反射された超音波と、側面部１２ｃに向かわずに伝搬する超音波とが干渉し、ノイズとなってしまう。

本実施形態の構成によれば、反射抑制部材１４が、音響整合部材１２より音響インピーダンスが低い材料により形成されているため、空気と音響整合部材１２との音響インピーダンスの差に比べて、反射抑制部材１４と音響整合部材１２との音響インピーダンスの差を小さくすることができる。これにより、音響整合部材１２の側面部１２ｃに伝達された超音波は、効率的に反射抑制部材１４の内部に伝達され、音響整合部材１２の側面部１２ｃにおける超音波の反射を効果的に抑制することができる。
これにより、側面部１２ｃにおける超音波の反射の影響を避けるために音響整合部材１２の受信面１２ａの面積を大きくする必要がないため、音響整合部材１２の面積を小さくすることができるので、超音波センサ１０の存在を目立たなくすることができる。従って、意匠性に優れた超音波センサ１０を作製することができ、バンパ２０の美観を保つことができる。

振動減衰部材１３には、弾性率が低い材料及び密度が小さい材料が好適に用いられる。例えば、ゴム系材料、発泡樹脂などの気孔を含む樹脂、スポンジなどを用いることができる。弾性率が低い材料では、超音波による音響整合部材１２の振動を拘束する力が小さいため、超音波振動の減衰を小さくすることができる。
これにより、超音波のノイズを低減し、振動の減衰を小さくすることができるので、超音波の検出感度を向上させることができる。

反射抑制部材１４は、内周の寸法が音響整合部材１２の側面部１２ｃよりわずかに小さい断面「ロ」の字状に形成してもよい。これにより、内周に音響整合部材１２の側面部１２ｃを嵌め込むことにより、反射抑制部材１４を音響整合部材１２に取り付けることができる。この構成によれば、接着する工程が不要である。
液状の樹脂材料を音響整合部材１２の側面部１２ｃに塗布した後に、固化して反射抑制部材１４を形成してもよい。この構成によれば、音響整合部材１２と反射抑制部材１４との密着性を向上させることができる。
また、テープ状の材料を音響整合部材１２の側面部１２ｃに巻き付けて、反射抑制部材１４を形成してもよい。
更に、反射抑制部材１４を振動減衰部材１３と同じ材料により一体的に形成してもよい。この構成を用いると、反射抑制部材１４と振動減衰部材１３とを別々に形成する必要がなく、製造工程を短縮することができる。

［第１実施形態の効果］
（１）被検出体（障害物）にて反射された超音波を検出する超音波検出素子１１と、受信した超音波を超音波検出素子１１に伝達する音響整合部材１２とを備えた超音波センサ１０が、音響整合部材１２の側面部１２ｃに設けられ、音響整合部材１２の内部を伝達する超音波の側面部１２ｃにおける反射を抑制する反射抑制部材１４を備えているため、側面部１２ｃにおける超音波の反射の影響を避けるために音響整合部材１２の面積を大きくする必要がないので、音響整合部材１２を小型化することができる超音波センサ１０を実現することができる。
この超音波センサ１０を車両６０の周囲にある障害物や人間などを検知する障害物センサなどに適用した場合、車両６０の外部に露出する受信面１２ａの面積を小さくすることができるため、車両６０の意匠性を向上させることができる。

（２）反射抑制部材１４が、音響整合部材１２より音響インピーダンスが低い材料により形成されているため、空気と音響整合部材１２との音響インピーダンスの差に比べて、反射抑制部材１４と音響整合部材１２との音響インピーダンスの差を小さくすることができる。これにより、音響整合部材１２の側面部１２ｃに伝達された超音波は、効率的に反射抑制部材１４の内部に伝達され、音響整合部材１２の側面部１２ｃにおける超音波の反射を効果的に抑制することができるため、側面部１２ｃにおける超音波の反射の影響を避けるために音響整合部材１２の受信面１２ａの面積を大きくする必要がないので、音響整合部材１２を小型化することができる。
また、反射抑制部材１４が、音響整合部材１２より弾性率が低い材料により形成されているため、超音波による音響整合部材１２の振動を拘束する力が小さいため、超音波振動の減衰を小さくすることができる。これにより、振動の減衰を小さくすることができるので、超音波の検出感度を向上させることができる。
シリコンゴムは、音響インピーダンス及び弾性率が低い材料なので、反射抑制部材１４として好適に用いることができる。

（３）超音波センサ１０が、取付部２０ａと音響整合部材１２との間に介在され、車両６０（バンパ２０）から音響整合部材１２への振動の伝達を減衰させる振動減衰部材１３を備えているので、超音波が車両６０（バンパ２０）から音響整合部材１２に伝達されてノイズの原因となることを防止することができる。これにより、超音波のノイズを低減することができるので、超音波の検出感度を向上させることができる。
また、反射抑制部材１４を振動減衰部材１３と同じ材料により一体的に形成した場合には、反射抑制部材１４と振動減衰部材１３とを別々に形成する必要がなく、製造工程を短縮することができる。

［第２実施形態］
この発明に係る超音波センサの第２実施形態について、図を参照して説明する。図２は、第２実施形態に係る超音波センサの説明図である。図２（Ａ）は、第２実施形態の超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図、図２（Ｂ）は、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図、図２（Ｃ）は、音響整合部材の横断面説明図（Ｄ−Ｄ矢視断面図）である。図３は、第２実施形態に係る超音波センサの反射抑制部材の変更例の説明図である。
なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。

本実施形態の超音波センサ５０では、複数組の音響整合部材１２及び超音波検出素子１１がアレイ状に並んで配置されている。図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、本実施形態では、縦横方向に２個ずつ計４個の音響整合部材１２（１２ｐ〜１２ｓ）及び超音波検出素子１１（１１ｐ、１１ｑ：音響整合部材１２ｒ、１２ｓに取り付けられた超音波検出素子１１は図示せず）が配置され、被検出体の位置の３次元検知が可能な超音波センサ５０が構成されている。各音響整合部材１２は、各音響整合部材１２間及び各音響整合部材１２と取付部２０ａとの間隙に振動減衰部材１３を介在させて、バンパ２０に取り付けられている。
また、各音響整合部材１２には、第１実施形態同様に、反射抑制部材１４（１４ｐ〜１４ｓ）がそれぞれ設けられており、各音響整合部材１２の側面部１２ｃにおける超音波の反射を効果的に抑制することができる。
これにより、側面部１２ｃにおける超音波の反射の影響を避けるために各音響整合部材１２の各受信面１２ａの面積を大きくする必要がないため、各音響整合部材１２の面積を小さくすることができるので、超音波センサ５０の存在を目立たなくすることができる。従って、意匠性に優れた超音波センサ５０を作製することができ、バンパ２０の美観を保つことができる。

超音波センサ５０によれば、各超音波検出素子１１で受信した超音波の時間差、位相差を求めることにより、その各差に基づいて、被検出体との距離だけでなく、被検出体の位置も測定することができる。
また、各音響整合部材１２は、互いに隣り合った各音響整合部材１２の中心部の間隔ｄが、超音波の半波長に等しくなるように配置されている。
このように各音響整合部材１２を構成すると、受信した超音波の位相差からも時間差を検出することができるので、受信した超音波の時間差を精度良く検出することができ、被検出体との距離及び位置の測定精度を向上させることができる。

反射抑制部材１４は、各音響整合部材１２に個別に設けなくてもよく、各音響整合部材１２の間に介在させて設けてもよい。
例えば、図３（Ａ）に示すように、反射抑制部材１４は、各音響整合部材１２の側面部１２ｃを囲んで一体的に形成してもよい。また、図３（Ｂ）に示すように、各音響整合部材１２の間の領域に、反射抑制部材１４が隣接する各音響整合部材１２に接するように、横断面が十字型の形状に形成してもよい。
この構成を用いると、一つの反射抑制部材１４により複数個の音響整合部材１２の反射抑制を行うことができるため、各音響整合部材１２にそれぞれ反射抑制部材１４を設けたときに比べて反射抑制部材１４の数を減じることができる。
また、反射抑制部材１４は各音響整合部材１２の間に介在して設けられているため、反射抑制部材１４により各音響整合部材１２を支え合うことができるので、音響整合部材１２が配置された物体（バンパ２０）の揺れに対する剛性を高くすることができる。

音響整合部材１２及び超音波検出素子１１の数及び配置は、用途に応じて任意である。例えば、２次元検知を行うなら、音響整合部材１２及び超音波検出素子１１の組を２組用意すればよい。

［第２実施形態の効果］
（１）反射抑制部材１４は、複数の音響整合部材１２と超音波検出素子１１との組がアレイ状に配置され、被検出対象の位置測定などに用いる超音波センサ５０に適用することができ、各音響整合部材１２の側面部１２ｃにおける超音波の反射を効果的に抑制することができる。
これにより、側面部１２ｃにおける超音波の反射の影響を避けるために各音響整合部材１２の各受信面１２ａの面積を大きくする必要がないため、各音響整合部材１２の面積を小さくすることができるので、超音波センサ５０の存在を目立たなくすることができる。従って、意匠性に優れた超音波センサ５０を作製することができ、車両６０の意匠性を向上させることができる。

（２）反射抑制部材１４を各音響整合部材１２の間に介在して設けた場合、一つの反射抑制部材１４により複数個の音響整合部材１２の反射抑制を行うことができるため、各音響整合部材１２にそれぞれ反射抑制部材１４を設けたときに比べて反射抑制部材１４の数を減じることができる。
また、反射抑制部材１４は各音響整合部材１２の間に介在して設けられているため、反射抑制部材１４により各音響整合部材１２を支え合うことができるので、音響整合部材１２が配置された物体（バンパ２０）の揺れに対する剛性を高くすることができる。

［その他の実施形態］
（１）反射抑制部材１４の外表面１４ａが凹凸部を有し、音響整合部材１２の側面部１２ｃから反射抑制部材１４の内部に伝達した超音波を内部で打ち消し合う形状に形成してもよい。例えば、図４（Ａ）に示すように、外表面１４ａを波状に形成したり、図４（Ｂ）に示すように、外表面１４ａの全面に凹部１４ｂを分散させた形状に形成したりすることもできる。
この構成を用いると、側面部１２ｃから反射抑制部材１４の内部に伝達した超音波が、外表面１４ａにおいて反射しにくく内部で打ち消し合うため、再び音響整合部材１２の内部に伝達することを防止することができる。
なお、超音波を内部で打ち消し合う効果を有していれば、外表面１４ａの形状は任意である。

（２）反射抑制部材１４は、音響整合部材１２の側面部１２ｃの一部分のみを覆う構成を採用することもできる。例えば、図５に示すように、反射抑制部材１４を、取付面１２ｂの近傍に形成することができる。
この構成を用いると、超音波検出素子１１近傍の側面部１２ｃにおける超音波の反射を抑制することができ、超音波検出素子１１に側面部１２ｃで反射した超音波を到達させにくくすることができるので、超音波の検出感度を向上させることができる。
また、音響整合部材１２の取付面１２ｂの近傍は、定在波の節部近傍であるため、反射抑制部材１４の拘束による音響整合部材１２の振動の減衰を小さくすることができ、超音波の検出感度を向上させることができる。
なお、側面部１２ｃにおいる超音波の反射を抑制する効果を有していれば、反射抑制部材１４の形状は任意である。例えば、図６（Ａ）に示すように、反射抑制部材１４を音響整合部材１２の４隅に設けてもよいし、図６（Ｂ）に示すように、音響整合部材１２の側面部１２ｃの各辺の中央部に設けてもよい。

（３）超音波検出素子１１としては、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術を利用して、基板の薄肉部として形成された薄膜部上に圧電体薄膜からなる振動部が形成された素子を用いることもできる。このような素子としては、圧電式ＭＥＭＳ素子、容量式ＭＥＭＳ素子を用いることができ、更に、圧電式ＭＥＭＳ素子としては、メンブレン型や片持ち梁型の素子を用いることができる。
また、超音波検出素子１１として、受信だけでなく、送受信可能な超音波検出素子を用いることもできる。

（４）超音波センサ１０は、バンパ２０以外の車両の部材に取り付けて使用することができる。例えば、図７に示すように、ヘッドランプカバー２１に取り付けることができる。この構成を用いると、障害物などで反射した超音波が車両の一部に遮られることがないので、確実に超音波センサ１０で検出することができ、障害物センサなどに超音波センサ１０を適用する場合に有効である。
更に、超音波センサ１０の用途に合わせて、他の部材に取り付けることもできる。例えば、超音波センサ１０を車両側方の障害物センサとして用いる場合には、ウインカのカバー２２、ドアミラー２３などに取り付けることもできる。車両後方の障害物センサとして用いる場合には、リアランプのカバー２４、バックランプのカバー２５などに取り付けることもできる。

［各請求項と実施形態との対応関係］
取付面１２ｂが請求項１に記載の対向する面に対応する。

第１実施形態の超音波センサの説明図である。図１（Ａ）は、第１実施形態の超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図、図１（Ｃ）は、音響整合部材の横断面説明図（Ｂ−Ｂ矢視断面図）である。 第２実施形態に係る超音波センサの説明図である。図２（Ａ）は、第２実施形態の超音波センサを音響整合部材側から見た平面説明図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図、図２（Ｃ）は、音響整合部材の横断面説明図（Ｄ−Ｄ矢視断面図）である。 第２実施形態に係る超音波センサの反射抑制部材の変更例の説明図である。 反射抑制部材の変更例を示す縦断面説明図である。 反射抑制部材の変更例を示す縦断面説明図である。 反射抑制部材の変更例を示す横断面説明図である。 超音波センサの車両への搭載位置の説明図である。

符号の説明

１０、５０ 超音波センサ
１１ 超音波検出素子
１２ 音響整合部材
１２ａ 受信面
１２ｂ 取付面（対向する面）
１２ｃ 側面部
１４ 反射抑制部材
１４ａ 外表面
２０ バンパ
２０ａ 取付部
２１ ヘッドランプカバー
２２ ウインカのカバー
２３ ドアミラー
２４ リアランプのカバー
２５ バックランプのカバー
６０ 車両

Claims (10)

1. 超音波を送信する送信素子から送信され、被検出体にて反射された超音波を検出する超音波検出素子と、前記被検出体にて反射された超音波を受信する受信面が、所定の物体において前記被検出体の存在する空間側に露出し、前記受信面で受信した超音波を、前記受信面と対向する面に取り付けられた前記超音波検出素子に伝達する音響整合部材であって、音響インピーダンスが、空気より大きく、かつ、前記超音波検出素子より小さい材料により、前記受信面で受信した超音波により定在波が内部で発生する音響整合部材とを備え、所定の物体に配置される超音波センサにおいて、
   前記音響整合部材の前記受信面と前記対向する面との間の側面に設けられ、前記音響整合部材の内部を伝達する超音波の前記側面における反射を抑制する反射抑制部材を備え、
   前記反射抑制部材は、外表面が凹凸部を有し、前記側面から前記反射抑制部材の内部に伝達した超音波が内部で打ち消し合う形状に形成されていることを特徴とする超音波センサ。
2. 前記反射抑制部材が、前記音響整合部材より音響インピーダンスが低い材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波センサ。
3. 前記反射抑制部材が、前記音響整合部材より弾性率が低い材料により形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波センサ。
4. 前記反射抑制部材が、シリコンゴムにより形成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１つに記載の超音波センサ。
5. 前記反射抑制部材は、前記対向する面の近傍に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
6. 前記超音波センサを前記所定の物体に取り付ける取付部と前記音響整合部材との間に介在され、前記所定の物体から前記音響整合部材への振動の伝達を減衰させる振動減衰部材を備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の超音波センサ。
7. 前記反射抑制部材が、前記振動減衰部材と同じ材料により一体的に形成されることを特徴とする請求項６に記載の超音波センサ。
8. 複数の前記音響整合部材と前記超音波検出素子との組がアレイ状に配置され、
   前記反射抑制部材は、前記各音響整合部材の間に介在して設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の超音波センサ。
9. 前記所定の物体は、車両であることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１つに記載の超音波センサ。
10. 前記取付部は、前記車両のヘッドランプカバー、リアランプのカバー、ウインカのカバー、バックランプのカバー、ドアミラー、または、バンパに設けられていることを特徴とする請求項９に記載の超音波センサ。

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