(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数が２０ＫＨｚ以上６０ＫＨｚ以下の超音波を送受信する超音波トランスデューサと、
超音波トランスデューサを設置するための抜き部に相当するスロート部を有し、前記超音波トランスデューサが送受信する前記超音波の、車両周辺の各検知方向に対する超音波放射指向性を高めるためのホーン構造と
を備えた車載用超音波センサであって、
前記ホーン構造は、
回転放物面形状を含むパラボリックホーンとして構成されており、
前記超音波トランスデューサの振動面の位置を、前記回転放物面形状の頂点の位置から前記スロート部の位置までの距離に相当するスロート位置と一致させるように設置する場合を想定した際の前記スロート位置が、前記パラボリックホーンの焦点距離よりも小さい値となるように、前記ホーン構造の開き角を設計することで、開口径が８０ｍｍ以下、ホーン長が５０ｍｍ以下の条件を満たす最適形状として決定されている
車載用超音波センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の車載用超音波センサにおいて、
前記超音波トランスデューサの振動面の位置が、前記最適形状として決定された前記パラボリックホーンの前記スロート位置よりも、前記パラボリックホーンの開口部側に飛び出すように、前記超音波トランスデューサが配置されている
車載用超音波センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の車載用超音波センサにおいて、
前記超音波トランスデューサの振動面の位置が、前記スロート位置から前記パラボリックホーンの焦点位置までの範囲内で、前記パラボリックホーンの開口部側に飛び出すように、前記超音波トランスデューサが配置されている
車載用超音波センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の車載用超音波センサにおいて、
前記超音波トランスデューサの振動面は、前記スロート位置を基準として前記開口部側に、１．０ｍｍ〜２．０ｍｍだけ飛び出すように設置されている
車載用超音波センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の車載用超音波センサにおいて、
前記超音波トランスデューサの振動面は、前記スロート位置を基準にして前記開口部側に、前記スロート位置から前記パラボリックホーンの焦点位置までの距離の４０〜９０％だけ飛び出すように設置されている
車載用超音波センサ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の車載用超音波センサにおいて、
前記パラボリックホーンは、樹脂材料により形成されている
車載用超音波センサ。
【請求項７】
請求項６に記載の車載用超音波センサにおいて、
前記パラボリックホーンは、成型肉厚が均肉となるように肉抜きが施されている
車載用超音波センサ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の車載用超音波センサにおいて、
前記パラボリックホーンは、開口内周部にＲ形状が付加されている
車載用超音波センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車に搭載され、走行時の自動車が車両周辺に存在する障害物の有無を検知する為の車載用超音波センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特に渋滞などの低速走行時において、ブレーキ制御を行わない限り先行車への衝突が不可避であると判断される場合に、衝突を開始する自動ブレーキシステムが、既に実用に供されている。このような場合に、従来の自動ブレーキシステムは、ドライバーによるブレーキ操作がなくとも、自動的にブレーキ制御を行うことで減速し、前記先行車への衝突を回避、または衝突の被害を軽減している。
【０００３】
このような自動ブレーキシステムを実現するためには、先行車との速度差にもよるが、自車両から前方に５ｍを超えるエリアに存在する障害物の検知が必要である。この為のセンサとして、カメラ、レーザーレーダ、電波レーダ、並びに超音波センサなどが用いられる。中でも、超音波センサは、車両周辺監視、特に、駐車支援システム用途で広く適用されている。この超音波センサは、センサ素子単体では検知距離が５ｍに満たないものの、ホーン構造の装荷により、高感度化を実現できる簡便なセンサとして有望視されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
ホーン構造が装荷された超音波センサの感度を高めるためには、原理的には、ホーン構造の開口径、ならびにホーン長を拡大する必要性が生じる。これにより、感度は高まるものの、センササイズが拡大してしまうこととなる。従って、上述したような車載用の自動ブレーキシステムに、このようにして感度を高めた超音波センサを適用しようとすると、センササイズが拡大してしまうことにより、搭載性を損ねてしまうことになる。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、車載可能なセンササイズを達成するためのホーン寸法に収めつつも、車両周辺に存在する障害物の有無を検知するために十分な感度を確保可能なホーン構造、及びその装荷条件を有する車載用超音波センサ得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る車載用超音波センサは、周波数が２０ＫＨｚ以上６０ＫＨｚ以下の超音波を送受信する超音波トランスデューサと、超音波トランスデューサを設置するための抜き部に相当するスロート部を有し、超音波トランスデューサが送受信する超音波の、車両周辺の各検知方向に対する超音波放射指向性を高めるためのホーン構造とを備えた車載用超音波センサであって、ホーン構造は、回転放物面形状を含むパラボリックホーンとして構成されており、超音波トランスデューサの振動面の位置を、回転放物面形状の頂点の位置からスロート部の位置までの距離に相当するスロート位置と一致させるように設置する場合を想定した際のスロート位置が、パラボリックホーンの焦点距離よりも小さい値となるように、ホーン構造の開き角を設計することで、開口径が８０ｍｍ以下、ホーン長が５０ｍｍ以下の条件を満たす最適形状として決定されているものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、ホーン構造として、回転放物面形状を含んで構成されるパラボリックホーンを採用している。このような構成を採用することで、他のホーン形状・方式に比べて、より高い超音波の放射効率が得られるとともに、車両走行等によりホーン内部に付着した塵・埃などの汚れ成分を除去しやすい形状を得ることができる。この結果、放射効率を向上させることができるとともに、車両搭載後のメンテナンス性も向上させることができる。
【０００８】
さらに、超音波センサに適用するパラボリックホーンの最適形状の決定方法、およびパラボリックホーンと超音波トランスデューサの最適位置関係の決定方法を規定している。この結果、車載可能なセンササイズを達成するためのホーン寸法に収めつつも、車両周辺に存在する障害物の有無を検知するために十分な感度を確保可能なホーン構造、及びその装荷条件を有する車載用超音波センサ得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来から超音波トランスデューサに装荷されるホーン構造である（ａ）コニカルホーン、（ｂ）エクスポネンシャルホーン、（ｃ）パラボリックホーンの模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る超音波センサにおけるパラボリックホーンの動作原理を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る超音波センサにおけるパラボリックホーンの適用方法を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る超音波センサにおけるパラボリックホーンの形状パラメータの説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る超音波センサにおいて、感度最大となるホーンの開き角を決定するために実施した実測の結果を示すグラフ及び模式図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る超音波センサにおいて、ホーンの開き角を変化させた場合の放射パターンの実測結果を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態１に係る超音波センサにおいて、ホーンスロート位置とトランスデューサ振動面位置の相対位置関係をホーン管軸上で変化させた場合のセンサ感度変化の実測結果を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る超音波センサにおいて、パラボリックホーンと超音波センサケース部品を一体的に形成するための樹脂成型部品の一部構造を模式的に説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明における、車載用超音波センサの好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
【００１１】
実施の形態１．
まず、ホーン構造として、パラボリック形状（放物線をその対称軸中心に回転させて得られる回転対称放物面）を選定する理由について述べる。超音波センサに装荷するホーン構造としては、従来より、図１（ａ）に示すコニカルホーン２、図１（ｂ）に示すエクスポネンシャルホーン３、図１（ｃ）に示すパラボリックホーン４がある。
【００１２】
図１（ａ）に示すコニカルホーン２、図１（ｂ）に示すエクスポネンシャルホーン３は、いずれも超音波トランスデューサ１の送出する超音波において、トランスデューサ側の音響インピーダンスと、空間側の音響インピーダンスの間に存在するインピーダンス差を抑制させる働きがある。従って、図１（ａ）、（ｂ）に示す形状は、いずれもインピーダンス不整合による反射及び損失を抑制する効果を追求した形状である。
【００１３】
一方、図１（ｃ）に示すパラボリックホーン４においては、ホーン内面を所謂パラボラ反射鏡として機能させている。この結果、インピーダンス不整合を抑制する効果に加え、先に述べたコニカルホーン２、エクスポネンシャルホーン３よりも一層高い感度向上効果が見込める。このため、本実施の形態１においては、車載可能なセンササイズを達成するためのホーン寸法に収めつつも、自動ブレーキなどの車載システムを実現するのに十分な感度を確保可能なホーン構造を得ることを目的として、図１（ｃ）に示すパラボリックホーン４を採用する。
【００１４】
次に、パラボリックホーン４による感度向上のメカニズムについて説明する。図２は、本発明の実施の形態１における、パラボリック形状を有したホーン構造を用いた感度向上のメカニズムに関する説明図である。
【００１５】
図２において、パラボリックホーン４は、放物線をその対称軸中心に回転させて得られる回転対称放物面である。上記放物面の焦点Ｆの位置に、無指向性の理想的な点波源を設置した場合、その焦点Ｆの位置から発せられた超音波の伝搬経路は、図２に示すようになる。すなわち、焦点Ｆの位置から放射状に球面波が放射された後、パラボリックホーン４の内面にて反射することにより、パラボリックホーン４のホーン軸に平行な経路にて放射される。この結果、ホーン軸方向に対して指向性を高められた放射パターンを得ることができる。
【００１６】
上記したパラボリックホーン４の動作は、一般的なパラボラアンテナの動作そのものであり、公知の技術である。ホーン構造として、上述したパラボリックホーン４を装荷することにより、元来ブロードであった超音波トランスデューサ１単体のビームパターンは、絞られ、高感度化を実現できる。
【００１７】
次に、超音波トランスデューサ１にパラボリックホーン４を装荷した際に、高感度化を図った超音波センサを実現するための方法について説明する。図３は、本発明の実施の形態１における超音波センサにパラボリックホーン４を適用する際の構成に関する説明図である。
【００１８】
図３（ａ）は、超音波トランスデューサ１なしの状態、図３（ｂ）は、超音波トランスデューサ１ありの状態を示す。図３（ａ）において、パラボリックホーン４の放物面の頂点側には、超音波トランスデューサ１を設置するための抜き部（以降、抜き部のことを「スロート部」と呼称する）を設ける。
【００１９】
そして、図３（ｂ）に示すように、上記スロート部に超音波トランスデューサ１を設置する。具体的には、超音波トランスデューサ１の振動面５が、ちょうどパラボリックホーン４の焦点Ｆの位置となるように、超音波トランスデューサ１を設置する。このように設置することにより、原理的には、パラボリックホーン４が装荷された超音波センサの感度最適化（感度極大）を図ることができる。
【００２０】
また、パラボリックホーン４の焦点Ｆの位置が、パラボリックホーン４のスロート部端面となるように、パラボリックホーン４の形状（ホーンの開き角）を選ぶことができる。このような形状を選ぶことで、パラボリックホーン４の内部構造に不要な凸凹構造が生じるのを防ぐことができる。この結果、ホーン内面に付着した汚れ・塵などの異物を容易に取り去ることができる。
【００２１】
ここで、パラボリックホーン４の形状（ホーンの開き角）の変更は、スロート径２ｒ０が超音波トランスデューサ１の外径に合わせて決められたあと、スロート位置ｘ０の調整により変更される。
【００２２】
そこで、パラボリックホーン４の形状を決める各パラメータについて、次に説明する。図４は、本発明の実施の形態１における超音波センサに適用するパラボリックホーン４の形状パラメータの説明図である。ただし、パラボリックホーン４の形状は、回転対称形状であるため、図４に示すパラボリックホーン４の形状としては、片側断面のみを示している。
【００２３】
図４において、パラボリックホーン４の回転対称軸からの径をｒ、パラボリックホーン４の径ｒにおけるパラボリックホーン４の頂点からの高さをｘとする。ここで、ｘは、ｒ及び焦点距離ａを用いて下式（１）の放物線の式で表される。
ｘ＝（１／４ａ）ｒ２                                                （１）
【００２４】
また、パラボリックホーン４のスロート部において、スロート位置をｘ０、スロート部の半径をｒ０とすると、ｘ０は、ｒ０及び焦点距離ａを用いて下式（２）の放物線の式で表される。
ｘ０＝（１／４ａ）ｒ０２                                            （２）
【００２５】
ここで、スロート部の半径ｒ０は、超音波トランスデューサ１の径に合わせて決定され、例えば、超音波トランスデューサ１の直径がΦ＝１４ｍｍであれば、ホーンとのクリアランスを両側に１ｍｍずつ確保して、スロート部の径２ｒ０を１６ｍｍとする。このようにして、スロート部の径が固定されれば、パラボリックホーン４の焦点距離ａは、上式（２）を変形した下式（３）によって示され、スロート位置ｘ０によって一意に決まる。
ａ＝（１／４ｘ０）ｒ２                                              （３）
【００２６】
したがって、本実施の形態１における超音波センサに適用するパラボリックホーン４の形状は、スロート位置ｘ０によってホーンの開き角が決まり、さらにホーン長Ｌが決まればホーン開口径Φが決まる。ここで、ホーン長Ｌは、パラボリックホーン４のスロート位置ｘ０からホーン開口端までの寸法であり、ホーン開口径Φはホーン開口端におけるホーン開口直径を意味する。
【００２７】
次に、上述した条件で超音波センサの感度最適化が図れない場合について述べる。超音波トランスデューサ１の振動面５が、ちょうどパラボリックホーン４の焦点Ｆの位置となるように、超音波トランスデューサ１を設置した場合に、パラボリックホーン４が装荷された超音波センサの感度最適化が図れることを、図２を用いて先に説明した。しかしながら、この条件は、パラボリックホーン４の形状サイズが、使用する超音波の波長オーダに比較して十分大きい場合にのみ適用できる。
【００２８】
これに対して、本実施の形態１における超音波センサにて使用する超音波の周波数は、検知距離の拡大に有利となるよう、大気減衰を比較的抑えられる極力低い周波数（６０ＫＨｚ以下）の超音波を使用する必要がある。このため、使用する超音波の波長オーダとしては、最短でも５．７７ｍｍ程度（但し、気温を実環境の標準温度２５℃とした場合）ということになる。
【００２９】
一方、ホーンの形状サイズとしては、自動車への搭載スペースの観点から、以下のような制約がある。すなわち、超音波センサに装荷されるホーン構造として許容されるホーンサイズは、ホーン開口径Φとしては８０ｍｍ以下、ホーン長Ｌとしては５０ｍｍ以下まで小型化する必要がある。
【００３０】
したがって、車載用としての超音波センサは、上述したように、パラボリックホーン４の形状サイズが、使用する超音波の波長オーダに比較して十分大きいと言えない領域にて、使用されることとなる。この結果、超音波センサの高感度化が効率的に実現できる条件としては、超音波トランスデューサ１の振動面５が、ちょうどパラボリックホーン４の焦点Ｆの位置となる条件から外れることが予想される。
【００３１】
以上より、本実施の形態１における超音波センサに適用するパラボリックホーン４の形状は、実験結果に基づき決定する必要がある。すなわち、高感度化を実現するためのパラボリックホーン４の焦点距離ａと、スロート位置ｘ０を決定することが重要となる。
【００３２】
そこで、本実施の形態１における超音波センサに適用するパラボリックホーン４の形状を決定するために実施した実測結果について、次に説明する。試作・実測した条件及び実測結果について図５に示す。
【００３３】
図５において、超音波トランスデューサ１の振動面５の位置は、いずれもパラボリックホーン４のスロート位置ｘ０となるように設置することとし、スロート位置ｘ０を振ってホーンの開き角を変化させた（ｘ０＝２、３、４、５ｍｍ）。また、ホーン長Ｌは、Ｌ＝２０、３０、４０ｍｍの条件で変化させて、試作・実測を行った。ただし、超音波周波数を４０ＫＨｚ（超音波波長＝８．６６ｍｍに相当）、スロート半径ｒ０＝８ｍｍ（超音波トランスデューサ直径は１４ｍｍ）とする。
【００３４】
図５（ａ）は、上記条件下で試作・実測した結果であり、正面方向の感度がスロート位置ｘ０、及びホーン長Ｌの変化に応じてどのように変化したかを示す。実測条件を以下に列挙する。
・各形状で試作したパラボリックホーン４を超音波センサに装荷する。
・センサ前方正面に設置したターゲット（Φ７５ｍｍの塩ビパイプ）に向けて、超音波を送信する。
・ターゲットからのエコー（反射波）の受信レベルから、センサ感度を評価する。
【００３５】
図５（ａ）におけるグラフの横軸は、スロート位置ｘ０（ホーンの開き角を変化させるパラメータに相当）であり、縦軸は、センサ感度の実測値を示す。ここで、センサ感度の実測値は、すべて、ホーン長Ｌ＝２０ｍｍ、スロート位置ｘ０＝３ｍｍでのセンサ感度評価値を０ｄＢであるとして正規化した値を表示している。
【００３６】
また、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるスロート位置ｘ０の変化に応じ、超音波トランスデューサ１の振動面５とホーンの焦点Ｆとの相対的な位置関係が、どのように変化するかを模式的に示した図である。
【００３７】
図５（ｂ）において、スロート位置ｘ０が焦点距離ａより小さい場合（ｘ０＜ａ）には、ホーンの開き角が開いている。このため、ホーンの焦点Ｆの位置は、振動面５よりも前方に位置することとなる。また、スロート位置ｘ０が焦点距離ａと一致する場合（ｘ０＝ａ＝４ｍｍ）には、ｘ０＜ａの場合よりもホーンの開き角が狭くなる。そして、ホーンの焦点Ｆの位置は、超音波トランスデューサ１の振動面５上に乗ることとなる。従って、この条件が前述した超音波センサの感度の理想的な最適条件である。
【００３８】
また、スロート位置ｘ０が焦点距離ａより大きい場合（ｘ０＞ａ）には、ホーンの開き角が閉じている。このため、ホーンの焦点位置Ｆは、振動面５よりも後方に位置することとなる。
【００３９】
ただし、それぞれのスロート位置ｘ０においての焦点距離ａは、上式（３）にスロート位置ｘ０、スロート半径ｒ０＝８ｍｍ（一定値）を代入して求めたものである。
【００４０】
図５（ａ）が示すように、どのようなホーン長Ｌにおいても、ｘ０＝３ｍｍにおいて感度が最大となっており、ホーンの開き角（ｘ０を用いて変化）には最適値が存在し、開きすぎても、閉じすぎても、感度は、低下することを示している。
【００４１】
また、前述したように、理想的な最適条件であるｘ０＝ａ＝４ｍｍで感度が最大とならずに、この理想的な最適条件から外れているスロート位置で感度が最大となっていることがわかる。これは、同じく前述したように、パラボリックホーン４の形状サイズが、使用する超音波の波長オーダに比較して十分大きいと見なせないことに起因するものである（超音波波長：８．６６ｍｍに対し、ホーン開口径Φ（最大）：６０ｍｍ、ホーン長Ｌ（最大）：４０ｍｍ）。
【００４２】
次に、図５で示したように、ホーンの開き角を変化させた場合（ｘ０＝２、３、４、５ｍｍ）の、超音波センサの感度の角度特性の実測結果を図６に示す。図６において、センサ感度をプロットする角度範囲は−１０ｄｅｇ〜＋１０ｄｅｇの範囲であり、ホーン長Ｌ＝２０ｍｍの条件下での実測結果を示す。
【００４３】
先の図５、図６は、いずれも、超音波トランスデューサ１の振動面５の位置がパラボリックホーン４のスロート面に位置するように固定した条件下での実測結果であった。これに対して、超音波トランスデューサ１の振動面５とパラボリックホーン４のスロート面との相対位置関係を、ホーン管軸上で変化させた場合の感度変化を実測した結果を、図７に示す。
【００４４】
図７（ａ）は、パラボリックホーン４と超音波トランスデューサ１の位置関係を変化させた場合のセンサ感度変化の実測値を示す。但し、スロート位置ｘ０＝３ｍｍ、ホーン長Ｌ＝２０ｍｍの条件下での実測値である。
【００４５】
図７（ａ）におけるグラフの横軸は、超音波トランスデューサ１の振動面５の、スロート位置ｘ０に対する飛び出し量である。具体的には、超音波トランスデューサ１がホーン内部（パラボリックホーン４の開口部側）に飛び出している方向を正値とする。また、縦軸は、センサ感度の実測値を示し、横軸の飛び出し量が０（ツライチ）となる条件下でのセンサ感度を０ｄＢとして正規化した値を示す。
【００４６】
また、図７（ｂ）は、実測におけるパラボリックホーン４と超音波トランスデューサ１との位置関係を模式的に示した図である。
【００４７】
図７（ａ）に示されるように、飛び出し量が０（ツライチ）の場合よりも、飛び出し量が正値としてホーン内部に飛び出した状態の方が、センサ感度を高めることができることがわかる。これは、図７（ｂ）に示されるように、超音波トランスデューサ１の振動面５の位置が、パラボリックホーン４の焦点Ｆの位置に近づくからに他ならない。
【００４８】
しかしながら、振動面５の位置がパラボリックホーン４の焦点位置Ｆと一致する為の飛び出し量に相当するａ−ｘ０＝２．３３ｍｍでは、センサ感度が最大値となっていない。これは、前述と同様、パラボリックホーン４の形状サイズが使用する超音波の波長オーダに比較して、十分大きいと見なせないことに起因するものである（超音波波長：８．６６ｍｍに対し、ホーン開口径Φ（最大）：６０ｍｍ、ホーン長Ｌ（最大）：４０ｍｍ）。
【００４９】
したがって、図７（ａ）に示した本実測結果より、超音波トランスデューサ１の振動面５の、スロート位置ｘ０に対する飛び出し量に関して、センサ感度を最大にするための最適値は、振動面５を焦点Ｆの位置に一致させるのに必要な飛び出し量（ａ−ｘ０）ではなく、１〜２ｍｍであった。すなわち、ａ−ｘ０の４０〜９０％程度の値であることが、実測結果からわかる。
【００５０】
図７に示されるように、超音波トランスデューサ１の振動面５が、ホーン内部に飛び出した位置にオフセット固定されることによって、次の２つの感度向上効果が得られる。すなわち、焦点Ｆの位置に近づけられることによる感度向上に加え、超音波トランスデューサ１の側面からの超音波放射成分も余すことなく超音波放射に寄与させることによる感度向上も見込める。
【００５１】
以上のように、実施の形態１では、ホーン構造として回転放物面形状を含んで構成されるパラボリックホーンを採用している。これにより、他のホーン形状・方式に比べて、より高い超音波の放射効率が得られるとともに、車両走行等によりホーン内部に付着した塵・埃などの汚れ成分を除去しやすい形状を得ることができる。この結果、放射性能の向上とともに、車両搭載後のメンテナンス性の向上も実現できる。
【００５２】
さらに、超音波トランスデューサの振動面の位置をパラボリックホーンのスロート位置となるように設置する場合において、パラボリックホーンの焦点距離よりもパラボリックホーンのスロート位置が小さくなるように、ホーン構造の開き角を設計し、感度向上を図っている。この結果、焦点位置とスロート位置とが一致するようにホーン構造の開き角を設計した場合よりも、開き角をより広くすることができた上で感度向上を図ることができる。このようにして、パラボリックホーンの最適形状を決定することで、結果的に、ホーン長を短くすることもできる。
【００５３】
さらに、ホーン角を広くすることができたパラボリックホーンを用いて、超音波トランスデューサの振動面の位置を、パラボリックホーンのスロート位置と一致する状態から、ホーン内部（パラボリックホーンの開口部側）に飛び出すように動かすことで、さらなる感度向上を図っている。具体的には、（焦点距離−スロート位置）の４０〜９０％に相当する量だけ、超音波トランスデューサの振動面の位置をホーン内部に飛び出させることで、同一のホーンサイズによっても、感度向上を実現できることが、実測結果により確認できた。このようにして、パラボリックホーンと超音波トランスデューサの最適位置関係を決定することができ、結果的に、超音波トランスデューサが飛び出した分だけ、センサの全長を短くすることもできる。
【００５４】
ここまでは、本実施の形態１における超音波センサに適用するパラボリックホーン４の最適形状の決定方法、パラボリックホーン４と超音波トランスデューサ１の最適位置関係の決定方法について述べてきた。次に、上記した超音波センサの具体的な実現方法について述べる。
【００５５】
本実施の形態１においては、パラボリックホーン４の構造を樹脂成型により形成する。この理由としては、金属材料は、高周波音を発生しやすく、不要な超音波を伝達しやすく、センサ誤検知の原因となる可能性があるからである。また、樹脂材料にてパラボリックホーン４を形成すれば、超音波の減衰量が大きく、不要な超音波伝達を生じ難くすることもできる。
【００５６】
また、樹脂材料を採用することで、超音波センサを構成するのに必要なプリント基板やコネクタなどの他の機構部品を支持、ケーシングするのに必要なケース部品とともに、パラボリックホーン４を一体化成型することが可能となる。この結果、低コスト化を図ることができる。
【００５７】
パラボリックホーン４と超音波センサケース部品を一体的に形成するための樹脂成型部品の構造を模式的に説明するための断面図を図８に示す。図８において示す構造は、本実施の形態１における超音波センサに必要な構造部品のうち、説明に必要な最小限の構造部分に限定して図示している。従って、超音波トランスデューサ１やパラボリックホーン４を固定・支持する構造部分などは図示していない。
【００５８】
樹脂成型にて形成されたパラボリックホーン４の部品には、図８に示すように、肉抜き構造６を設ける。これにより、パラボリックホーン４を形成する肉厚を均一にすることができ、ソリやヒケなどの成型時の不良の発生を抑制することができる。
【００５９】
また、樹脂成型に限定するものではないが、パラボリックホーン４の開口部には、図８に示すようなＲ形状７を付加する。これにより、当該部位がエッジ形状の場合に比べて、当該部位からの不要な超音波散乱を防ぐことができる。上記したようなエッジ部からの不要な超音波散乱が生じた場合、これは本来意図しない方向への超音波放射、及び受信に結びつくため、超音波センサとして誤検知の原因となる。
【符号の説明】
【００６０】
１  超音波トランスデューサ、２  コニカルホーン、３  エクスポネンシャルホーン、４  パラボリックホーン、５  振動面、６  肉抜き構造、７  ホーンエッジ部への付加、ｘ０  スロート位置、ｒ０  スロート半径、ａ  焦点距離、Ｌ  ホーン長、Φ  開口径。
【図１】
0005995901.tif 000002
【図２】
0005995901.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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