(57)【要約】【課題】複雑な制御を必要とせずに、車外の必要な範囲に対してのみ警告音を発し、かつ車内への透過音が殆ど無い車載警告音発生システムを提供する。【解決手段】超音波トランスデューサを含んで構成された超音波スピーカと、車両の走行状況を検出する走行状況検出手段と、車両の走行環境を検出する走行環境検出手段と、前記走行状況検出手段と前記走行環境検出手段の検出結果に基づいて前記超音波スピーカの出力を制御する出力制御手段とを有する。【選択図】図１
2008258863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波トランスデューサを含んで構成された超音波スピーカを有し、車両の走行状況と
走行環境との双方、もしくはいずれか一方に応じて前記超音波スピーカの出力を制御する
ことを特徴とする車載警告音発生システム。
【請求項２】
超音波トランスデューサを含んで構成された超音波スピーカと、
車両の走行状況を検出する走行状況検出手段と、
車両の走行環境を検出する走行環境検出手段と、
前記走行状況検出手段と前記走行環境検出手段の検出結果に基づいて前記超音波スピー
カの出力を制御する出力制御手段と、
を有することを特徴とする車載警告音発生システム。
【請求項３】
超音波トランスデューサを含んで構成された超音波スピーカと、
車両の速度を検出する速度検出手段と、
超音波スピーカの出力を制御する出力制御手段と、
を有し、
前記出力制御手段は、前記速度検出手段の検出結果に基づき車両の速度の増加に応じて
前記超音波スピーカの出力を増大させることを特徴とする車載警告音発生システム。
【請求項４】
超音波周波数帯の搬送波を可聴周波数帯の信号波により変調した変調信号により駆動す
る超音波トランスデューサを含んで構成された超音波スピーカと、
前記搬送波の周波数を変化させる周波数変更手段と、
車両の走行環境を検出する走行環境検出手段と、
前記走行環境検出手段の検出結果に基づいて車両の走行環境に応じて前記搬送波の周波
数を変化させるように前記周波数変更手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする車載警告音発生システム。
【請求項５】
前記超音波トランスデューサが車両の走行方向と反対方向に向くように配置され、前記
超音波トランスデューサの音響出力を放射する前記開口部に対向する位置に音響反射板を
有することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の車載警告音発生システム。
【請求項６】
前記超音波トランスデューサにおける前記超音波トランスデューサの音響出力を放射す
る前記開口部とは反対側に防塵防雨用カバーを設けたことを特徴とする請求項２乃至５の
いずれかに記載の車載警告音発生システム。
【請求項７】
超音波トランスデューサを含んで構成された超音波スピーカの出力を、車両の走行状況
と走行環境との双方、もしくはいずれか一方に応じて制御することを特徴とする車載警告
音発生システムの制御方法。
【請求項８】
超音波トランスデューサを含んで構成された超音波スピーカの出力を、車両の速度の増
加に応じて増大させるように制御することを特徴とする車載警告音発生システムの制御方
法。
【請求項９】
超音波周波数帯の搬送波を可聴周波数帯の信号波により変調した変調信号により駆動す
る超音波トランスデューサを含んで構成された超音波スピーカの前記搬送波の周波数を、
車両の走行環境に応じて変化させるように制御することを特徴とする車載警告音発生シス
テムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波トランスデューサを含んで構成された超音波スピーカを用いた車載警
告音発生システム及び車載警告音発生システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータを駆動源とする搬送車や電気自動車等においては、エンジン駆動車両に比べて走
行中の運転音が小さいため、走行中の車両付近の歩行者等がこれに気付かず思わぬ事故を
起こしてしまうことがあり、走行中に何らかの警告音を発生する必要がある。
【０００３】
従来から用いられているモータを駆動源とする車両に搭載される警告音発生装置は、ア
クセルの踏込量に対して検出される駆動モータの回転数に対応した音質及び音量の警告音
を車外スピーカから発生されるものであった。従って、車外スピーカから発生される警告
音は駆動モータの回転上昇（速度上昇）につれて音量及び音質が変化し、走行中の車両の
付近の歩行者に対して危険が近づいたことを知らせることができる。
【０００４】
また、このようなモータを駆動源とする車両において発生される警告音は、車内に透過
してその乗員に不快な騒音を与えるという問題点があり、車内に透過する警告音を低減す
るために、駆動モータの回転に同期した基準信号により、車外スピーカから警告音を発生
すると共に、基準信号及び車内の減音したい位置に設けたマイクの入力により車内空間伝
達系の伝達特性に対する逆伝達特性を同定し、マイクの入力が最小になるように増幅器を
介して車内スピーカの出力音を制御する方法がとられていた。（例えば、特許文献１参照
）。
【特許文献１】特開平５−２０８６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の上記方法を適用するためには、ホワイトノイズによ
り予め測定したスピーカ−マイク間の空間伝達特性を用いて該逆伝達特性を同定したり、
車内のこもり音が大きい箇所と警告音の透過音が大きい箇所とにそれぞれマイクを配置し
、これらのマイク位置に合わせて複数の車内スピーカを配置する必要もあり、構成部品が
多く、複雑な制御を必要とするという問題が有った。
また、従来の車外スピーカでは音が広がり過ぎ、周囲に対し必要以上の警戒を与えるこ
ととなり、不適切であるという問題が有った。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、複雑な制御を必要とせずに、車外
の必要な範囲に対してのみ警告音を発し、かつ車内への透過音が殆ど無い車載警告音発生
システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の車載警告音発生システムは、超音波トランスデュ
ーサを含んで構成された超音波スピーカを有し、車両の走行状況と走行環境との双方、も
しくはいずれか一方に応じて前記超音波スピーカの出力を制御することを特徴とする。
上記構成の本発明の車載警告音発生システムでは、超音波トランスデューサを含んで構
成された超音波スピーカを有し、この超音波スピーカより警告音が出力される。したがっ
て、複雑な制御を必要とせずに、車外の必要な範囲に対してのみ警告音を発し、かつ車内
への透過音を殆ど無くすることができる。
【０００８】
また、本発明の車載警告音発生システムは、超音波トランスデューサを含んで構成され
た超音波スピーカと、車両の走行状況を検出する走行状況検出手段と、車両の走行環境を
検出する走行環境検出手段と、前記走行状況検出手段と前記走行環境検出手段の検出結果
に基づいて前記超音波スピーカの出力を制御する出力制御手段とを有することを特徴とす
る。
上記構成の本発明の車載警告音発生システムでは、走行状況検出手段により車両の走行
状況、例えば、低速で走行している状態か、高速で走行している状態か等の走行状が検出
され、走行環境検出手段により車両の走行環境（例えば、高速道路や自動車専用道路を走
行している場合、人通りの少ない街中、人通りの激しい繁華街等）に応じた信号、すなわ
ち、車両の走行環境を判別するための信号が検出される。
出力制御手段は、前記走行状況検出手段と前記信号発生手段の検出結果に基づいて車両の
走行状況、走行環境の双方、もしくはいずれか一方に応じて、超音波トランスデューサを
含んで構成され警告音を発生する超音波スピーカの出力を制御する。
したがって、車両の走行状況、走行環境の双方、もしくはいずれか一方に応じて車外の必
要な範囲に対してのみ警告音を発し、かつ車内への透過音を殆ど無くすることができる。
【０００９】
また、本発明の車載警告音発生システムは、超音波トランスデューサを含んで構成され
た超音波スピーカと、車両の速度を検出する速度検出手段と、超音波スピーカの出力を制
御する出力制御手段とを有し、前記出力制御手段は、前記速度検出手段の検出結果に基づ
き車両の速度の増加に応じて前記超音波スピーカの出力を増大させることを特徴とする。
上記構成の本発明の車載警告音発生システムでは、速度検出手段により車両の速度が検
出され、出力制御手段により速度検出手段の検出結果に基づき車両の速度の増加に応じて
超音波トランスデューサを含んで構成された超音波スピーカの警告音出力を増大させるよ
うに制御される。すなわち、車両が低速で走行している場合には、比較的危険度が低いた
め、警告音の音量を下げ、一方、高速で走行している場合には危険度が増すため、警告音
の音量を上げるように制御される。
したがって、車両の走行速度に応じて最適な音量で車両の周辺の必要な範囲に警告音を
出力することができる。
【００１０】
また、本発明の車載警告音発生システムは、超音波周波数帯の搬送波を可聴周波数帯の
信号波により変調した変調信号により駆動する超音波トランスデューサを含んで構成され
た超音波スピーカと、前記搬送波の周波数を変化させる周波数変更手段と、車両の走行環
境を検出する走行環境検出手段と、前記走行環境検出手段の検出結果に基づいて車両の走
行環境に応じて前記搬送波の周波数を変化させるように前記周波数変更手段を制御する制
御手段とを有することを特徴とする。
上記構成の車載警告音発生システムでは、音波トランスデューサを含んで構成された超
音波スピーカを有し、この超音波スピーカは、音波周波数帯の搬送波を可聴周波数帯の信
号波により変調した変調信号により駆動される。
周波数変更手段は出力制御手段の制御下に前記搬送波の周波数を変化させる。
また、走行環境検出手段により車両の走行環境に応じた信号が検出される。
出力制御手段は、走行環境検出手段の検出結果に基づいて車両の走行環境に応じて前記搬
送波の周波数を変化させるように周波数変更手段を制御する。
したがって、車両の走行環境（例えば、高速道路や自動車専用道路を走行している場合
、人通りの少ない街中、人通りの激しい繁華街等）に応じて前記搬送波の周波数を制御す
ることにより、走行環境に応じて超音波スピーカの音響出力の指向性を制御することがで
きる。
【００１１】
また、本発明の車載警告音発生システムは、前記超音波トランスデューサが車両の走行
方向と反対方向に向くように配置され、前記超音波トランスデューサの音響出力を放射す
る前記開口部に対向する位置に音響反射板を有することを特徴とする。
上記構成の本発明の車載警告音発生システムでは、超音波スピーカを構成する超音波ト
ランスデューサにおける超音波が発信される開口部が、完全に大気と接する構造となって
いるが、超音波トランスデューサが車両の走行方向と反対方向に向くように配置され、前
記超音波トランスデューサの音響出力を放射する前記開口部に対向する位置に音響反射板
が配置されることにより、超音波トランスデューサより放射される音響出力が音響反射板
により反射され、車両の進行方向に向かって放射され、車両の走行方向に対して前方にい
る付近の歩行者等に対して警告を与えることができ、さらには車室内への透過音が殆ど無
い
【００１２】
また、本発明の車載警告音発生システムは、前記超音波トランスデューサにおける前記
超音波トランスデューサの音響出力を放射する前記開口部とは反対側に防塵防雨用カバー
を設けたことを特徴とする。
上記構成の本発明の車載警告音発生システムでは、前記超音波トランスデューサにおけ
る前記超音波トランスデューサの音響出力を放射する前記開口部とは反対側に防塵防雨用
カバーが設けられる。したがって、車両に搭載された警告音発生システムの警告音発生部
に吹き込む風雨が直接、超音波スピーカに当ることを防止できる。
【００１３】
また、本発明の車載警告音発生システムの制御方法は、超音波トランスデューサを含ん
で構成された超音波スピーカの出力を、車両の走行状況と走行環境との双方、もしくはい
ずれか一方に応じて制御することを特徴とする。
上記構成の本発明の車載警告音発生システムの制御方法では、音波トランスデューサを
含んで構成された超音波スピーカの出力を、車両の走行状況と走行環境との双方、もしく
はいずれか一方に応じて制御する。
したがって、車両の走行状況と走行環境との双方、もしくはいずれか一方に応じて車外
の必要な範囲に対してのみ警告音を発し、かつ車内への透過音を殆ど無くすることができ
る。
【００１４】
また、本発明の車載警告音発生システムの制御方法は、超音波トランスデューサを含ん
で構成された超音波スピーカの出力を、車両の速度の増加に応じて増大させるように制御
することを特徴とする。
上記構成の本発明の車載警告音発生システムの制御方法では、超音波トランスデューサ
を含んで構成された超音波スピーカの出力を、車両の速度の増加に応じて増大させるよう
に制御する。すなわち、車両が低速で走行している場合には、比較的危険度が低いため、
警告音の音量を下げ、一方、高速で走行している場合には危険度が増すため、警告音の音
量を上げるように制御する。
したがって、車両の走行速度に応じて最適な音量で車両の周辺の必要な範囲に警告音を
出力することができる。
【００１５】
また、本発明の車載警告音発生システムの制御方法は、超音波周波数帯の搬送波を可聴
周波数帯の信号波により変調した変調信号により駆動する超音波トランスデューサを含ん
で構成された超音波スピーカの前記搬送波の周波数を、車両の走行環境に応じて変化させ
るように制御することを特徴とする。
上記構成の車載警告音発生システムの制御方法では、警告音を発生する超音波スピーカ
を駆動する変調信号における上記搬送波の周波数を、車両の走行環境に応じて変化させる
ように制御する。
したがって、車両の走行環境（例えば、高速道路や自動車専用道路を走行している場合
、人通りの少ない街中、人通りの激しい繁華街等）に応じて前記搬送波の周波数を制御す
ることにより、走行環境に応じて超音波スピーカの音響出力の指向性を制御することがで
きる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態に係る
車載警告音システムの構成を図１に示す。同図において、本発明の実施形態に係る車載警
告音システムは、信号入力部１と、キャリア波発振源２と、変調器３と、超音波トランス
デューサ４と、プリアンプ５と、パワーアンプ６と、定電圧電源７と、搬送波の周波数を
変更する周波数変更部８と、車両の走行環境を指定する走行環境設定部９と、車両の速度
を電圧として検出する速度メータ電圧検出回路２１と、超音波スピーカ出力制御回路２２
とを有している。
【００１７】
信号入力部１は、可聴周波数帯域の信号波としての音響信号を入力する機能を有し、本
実施形態では、警告音を示す信号を入力するようになっている。
キャリア波発振源２は、超音波周波数帯域のキャリア波（搬送波）を生成し、出力する
。このキャリア波発振源２は、超音波スピーカ出力制御回路２２の指示に応じて搬送波の
周波数を変更可能に構成されている。
変調器３は、超音波周波数帯域の搬送波を可聴周波数帯域の信号波である警告音を示す
信号により変調する機能を有している。
定電圧電源７は、後述する超音波トランスデューサ４の振動膜の電極層に直流バイアス電
圧を供給する直流バイアス電源１６（図６参照）に相当する。
【００１８】
超音波トランスデューサ４は、共振型、静電型等があるが、基本的にどの超音波トラン
スデューサでもよい。ここで、本発明に適用される各種の超音波トランスデューサの構成
について説明する。
【００１９】
従来の共振型の超音波トランスデューサの構成を図３に示す。従来の超音波トランスデ
ューサは、振動素子として圧電セラミックを用いた共振型がほとんどである。図３に示す
超音波トランスデューサは、振動素子として圧電セラミックを用いて電気信号から超音波
への変換と、超音波から電気信号への変換（超音波の送信と受信）の両方を行う。図３に
示すバイモルフ型の超音波トランスデューサは、２枚の圧電セラミック６１および６２と
、コーン６３と、ケース６４と、リード６５および６６と、スクリーン６７とから構成さ
れている。
【００２０】
圧電セラミック６１および６２は、互いに貼り合わされていて、その貼り合わせ面と反
対側の面にそれぞれリード６５とリード６６が接続されている。
共振型の超音波トランスデューサは、圧電セラミックの共振現象を利用しているので、
超音波の送信および受信の特性がその共振周波数周辺の比較的狭い周波数帯域で良好とな
る。
【００２１】
上述した図３に示す共振型の超音波トランスデューサと異なり、従来より静電方式の超
音波トランスデューサは高周波数帯域にわたって高い音圧を発生可能な広帯域発振型超音
波トランスデューサとして知られている。この静電型の超音波トランスデューサは、振動
膜が固定電極側に引き付けられる方向のみ働くことからＰｕｌｌ型と呼ばれている。
図４に広帯域発振型超音波トランスデューサ（Ｐｕｌｌ型）の具体的構成を示す。
【００２２】
図４に示す静電型の超音波トランスデューサは、振動体として３〜１０μm程度の厚さの
ＰＥＴ（ポリ・エチレン・テレフタレート樹脂）等の誘電体１３１（絶縁体）を用いてい
る。誘電体１３１に対しては、アルミ等の金属箔として形成される上電極１３２がその上
面部に蒸着等の処理によって一体形成されるとともに、真鍮で形成された下電極１３３が
誘電体１３１の下面部に接触するように設けられている。この下電極１３３は、リード１
５２が接続されるとともに、ベークライト等からなるベース板１３５に固定されている。
【００２３】
また、上電極１３２は、リード１５３が接続されており、このリード１５３は直流バイ
アス電源１５０に接続されている。この直流バイアス電源１５０により上電極１３２には
５０〜１５０Ｖ程度の上電極吸着用の直流バイアス電圧が常時、印加され上電極１３２が
下電極１３３側に吸着されるようになっている。１５１は信号源である。
【００２４】
誘電体１３１および上電極１３２ならびにベース板１３５は、メタルリング１３６、１
３７、および１３８、ならびにメッシュ１３９とともに、ケース１３０によってかしめら
れている。
下電極１３３の誘電体１３１側の面には不均一な形状を有する数十〜数百μｍ程度の微
小な溝が複数形成されている。この微小な溝は、下電極１３３と誘電体１３１との間の空
隙となるので、上電極１３２および下電極１３３間の静電容量の分布が微小に変化する。
【００２５】
このランダムな微小な溝は、下電極１３３の表面を手作業でヤスリにより荒らすことで
形成されている。静電方式の超音波トランスデューサでは、このようにして空隙の大きさ
や深さの異なる無数のコンデンサを形成することによって、図１６に示す超音波トランス
デューサの周波数特性が図１７において曲線Ｑ１に示すように広帯域となっている。
【００２６】
上記構成の超音波トランスデューサでは、上電極１３２に直流バイアス電圧が印加され
た状態で上電極１２と下電極１３３との間に矩形波信号（５０〜１５０Ｖp-p）が印加さ
れるようになっている。因みに、図５に曲線Ｑ２で示すように共振型の超音波トランスデ
ューサの周波数特性は、中心周波数（圧電セラミックの共振周波数）が例えば、４０kHz
であり、最大音圧となる中心周波数に対して±５kHzの周波数において最大音圧に対して
−３０dＢである。
これに対して、上記構成の広帯域発振型の超音波トランスデューサの周波数特性は、４
０kHzから１００kHz付近まで平坦で、１００kHzで最大音圧に比して±６dＢ程度である
【００２７】
上述したように、図３に示す共振型の超音波トランスデューサと違い、図４に示す静電
方式の超音波トランスデューサは従来から広周波数帯に亘って比較的高い音圧を発生させ
ることが可能な広帯域超音波トランスデューサ（Ｐｕｌｌ型）として知られている。
しかしながら、音圧の最大値は図５に示すように、共振型の超音波トランスデューサが
１３０ｄＢ以上であるのに比べ、静電型の超音波トランスデューサでは１２０ｄＢ以下と
音圧が低く、超音波スピーカとして利用するには若干音圧が不足していた。
【００２８】
ここで、超音波スピーカについて説明しておく。キャリア波と呼ばれる超音波周波数帯
域の信号にオーディオ信号（可聴周波数帯の信号）でAM変調をかけ、この変調信号で超音
波トランスデューサを駆動することにより、超音波を信号源のオーディオ信号で変調した
状態の音波が空中に放射され、空気の非線形性により、空中で元のオーディオ信号が自己
再生される、というものである。
【００２９】
つまり、音波は空気を媒体として伝播する粗密波であるので、変調された超音波が伝播
する過程で、空気の密な部分と疎な部分な顕著に表れ、密な部分は音速が速く、疎な部分
は音速が遅くなるので変調波自身に歪が生じ、その結果キャリア波（超音波）と可聴波（
元オーディオ信号）に波形分離され、我々人間は２０kHz以下の可聴音（元オーディオ信
号）のみを聴くことができるという原理であり、一般にはパラメトリックアレイ効果と呼
ばれている。
【００３０】
上記のパラメトリック効果が十分現れるためには１２０ｄＢ以上の超音波音圧が必要で
あるが、静電型の超音波トランスデューサではこの数値を達成することが難しく、もっぱ
らＰＺＴなどのセラミック圧電素子やＰＶＤＦなどの高分子圧電素子が超音波発信体とし
て用いられてきた。
しかし、圧電素子はその材質を問わず鋭い共振点を有しており、その共振周波数で駆動
して超音波スピーカとして実用化しているため、高い音圧を確保出来る周波数領域が極め
て狭い。すなわち狭帯域であるといえる。
【００３１】
一般に、人間の最大可聴周波数帯域は２０Hz〜２０kHzと云われており約２０kHzの帯域
を持つ。すなわち超音波スピーカにおいては、超音波領域で２０kHzの周波数帯域に亘っ
て高い音圧を確保しないと、元のオーディオ信号を忠実に復調することは不可能となる。
従来の圧電素子を用いた共振型の超音波スピーカでは到底この２０kHzという広帯域を忠
実に再生（復調）することは困難であることは容易に理解できるであろう。
【００３２】
実際、従来の共振型の超音波トランスデューサを用いた超音波スピーカでは、（１）帯
域が狭く再生音質が悪い、（２）ＡＭ変調度をあまり大きくすると復調音が歪むため最大
でも0.5程度までしか変調度を上げられない、（３）入力電圧を上げると（ボリュームを
上げると）圧電素子の振動が不安定となり、音が割れる。さらに電圧を上げると圧電素子
自身が破壊され易い、（４）アレイ化や大型化、小型化が困難であり、それが故にコスト
が高い、といった問題が有った。
【００３３】
これに対し図４に示した静電型の超音波トランスデューサ（Ｐｕｌｌ型）を用いた超音
波スピーカは、上記従来技術の抱える課題をほぼ解決できるが、帯域を広くカバーできる
反面、復調音が十分な音量であるためには絶対的な音圧が不足しているという問題を抱え
ていた。
また、Ｐｕｌｌ型の超音波トランスデューサは、静電力は固定電極側へのみ引き付ける
方向にしか働かず振動膜（図４における上電極１３２に相当する。）の振動の対称性が保
たれないため、超音波スピーカに用いる場合、振動膜の振動が直接、可聴音を発生させる
という問題が有った。
【００３４】
これに対して、我々は、広周波数帯域に亘ってパラメトリックアレイ効果を得るのに十
分に高い音圧レベルの音響信号を発生することができる超音波トランスデューサを既に提
案している。この超音波トランスデューサは、導電層を有する振動膜を対向する位置に貫
通穴が形成された一対の固定電極により挟持し、振動膜に直流バイアス電圧が印加された
状態で一対の固定電極に交流信号を印加するように構成したものである。
【００３５】
この超音波トランスデューサは、Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の超音波トランスデューサと呼
ばれており、一対の電極により挟持された振動膜が交流信号の極性に応じた方向において
静電吸引力と静電斥力を同時が同方向にかつ同時に受けるために、振動膜の振動をパラメ
トリックアレイ効果を得るのに十分に大きくすることができるだけでなく、振動の対称性
が確保されるため、従来のＰｕｌｌ型超音波トランスデューサに比して高い音圧を広周波
数帯域に亘って発生させることができる。
【００３６】
次に、Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ型の静電型超音波トランスデューサの構成を図６に示す。図
６（Ａ）は、静電型超音波トランスデューサの構成を示し、同図（Ｂ）は、静電型超音波
トランスデューサの一部を破断した平面図を示している。
図６において、静電型超音波トランスデューサ４は、電極として機能する導電性材料で
形成された導電部材を含む一対の電極１０（第１の電極）、１１（第２の電極）と、一対
の電極１０、１１に挟さまれ、導電層１２１を有する振動膜１２と、一対の電極１０、１
１と振動膜を保持する部材（図示せず）とを有している。
【００３７】
振動膜１２は、絶縁体１２０で形成され、導電性材料で形成された電極層１２１を有し
ており、該電極層１２１には、直流バイアス電源１６により単一極性（正極性でも負極性
のいずれでもよい。）の直流バイアス電圧が印加されるようになっており、さらに、この
直流バイアス電圧に重畳して固定電極１０と固定電極１１には、信号源１８から出力され
る相互に位相反転した交流信号１８Ａ，１８Ｂが電極層１２との間に印加されるようにな
っている。
【００３８】
また、一対の電極１０、１１は振動膜１２を介して対向する位置に同数かつ複数の貫通
穴１４を有しており、一対の電極１０、１１の導電部材間には信号源１８により相互に位
相反転した交流信号１８Ａ，１８Ｂが印加されるようになっている。
電極１０と電極層１２１、電極１１と電極層１２１により、それぞれコンデンサが形成
されている。
【００３９】
上記構成において、静電型超音波トランスデューサ１は、振動膜１２の電極層に、直流
バイアス電源１６により単一極性の（本実施形態では正極性の）直流バイアス電圧に信号
源１８から出力される相互に位相反転した交流信号１８Ａ，１８Ｂが重畳された状態で印
加される。
一方、一対の電極１０、１１には、信号源１８より相互に位相反転した交流信号１８Ａ
，１８Ｂが印加される。
【００４０】
この結果、信号源１８から出力される交流信号１８Ａの正の半サイクルでは、電極１０
に正の電圧が印加されるために、振動膜１２の固定電極で挟持されていない表面部分１２
Ａには、静電反発力が作用し、表面部分１２Ａは、図６上、下方に引っ張られる。
また、このとき、交流信号１８Ｂが負のサイクルとなり、対向する電極１１には負の電
圧が印加されるために、振動膜１２の前記表面部分１２Ａの裏面側である裏面部分１２Ｂ
には、静電吸引力が作用し、裏面部分１２Ｂは、図６上、さらに下方に引っ張られる。
【００４１】
したがって、振動膜１２の一対の電極１０、１１により挟まれていない膜部分は、同方
向に静電反発力と静電斥力を受ける。これは、信号源１８から出力される交流信号の負の
半サイクルについても同様に、振動膜１２の表面部分１２Ａには図１上、上方に静電吸引
力が、また裏面部分１２Ｂには、図６上、上方に静電反発力が作用し、振動膜１２の一対
の固定電極１０、１１により挟持されていない膜部分は、同方向に静電反発力と静電斥力
を受ける。
【００４２】
このようにして、交流信号の極性の変化に応じて振動膜１２が同方向に静電反発力と静
電斥力を受けながら、交互に静電力が働く方向が変化するので、大きな膜振動、すなわち
、パラメトリックアレイ効果を得るのに十分な音圧レベルの音響信号を発生することがで
きるだけでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域に亘って発生
させることができる。したがって、広周波数帯域に亘って強い超音波を発生させることが
でき、電気−音響エネルギー変換効率を向上させることが可能となる。
【００４３】
このように本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ４は、振動膜１２が一対の
固定電極１０、１１から力を受けて振動することからプッシュプル（Ｐｕｓｈ―Ｐｕｌｌ
）型と呼ばれている。
本発明の実施形態に係る超音波トランスデューサ４は、振動膜に静電吸引力のみしか作
用しない静電型の超音波トランスデューサ（Ｐｕｌｌ型）に比して、広帯域性と高音圧を
同時に満たす能力を持っている。
【００４４】
上述したＰｕｓｈ―Ｐｕｌｌ型の超音波トランスデューサの周波数特性を図５に示す。
同図において、曲線Ｑ３がＰｕｓｈ―Ｐｕｌｌ型の超音波トランスデューサの周波数特性
である。同図から明らかなように、広帯域型の（Ｐｕｌｌ型）の静電型超音波トランスデ
ューサの周波数特性に比して、より広い周波数帯にわたって、高い音圧レベルが得られる
ことが分かる。具体的には、２０kHz〜１２０kHzの周波数帯域においてパラメトリック効
果が得られる１２０ｄＢ以上の音圧レベルが得られることが分かる。
【００４５】
上述したＰｕｓｈ―Ｐｕｌｌ型の超音波トランスデューサ１は一対の電極１０、１１に
挟持された薄膜の振動膜１２が静電吸引力と静電斥力の両方を受けるため、大きな振動が
発生するばかりでなく、振動の対称性が確保されるため、高い音圧を広周波数帯域に亘っ
て発生させることができるのである。
本実施形態に係る車載警告音発生システムでは、上述した共振型、Ｐｕｌｌ型、Ｐｕｓ
ｈ―Ｐｕｌｌ型のいずれの超音波トランスデューサでも適用可能である。図１に示した車
載警告音発生システムでは、図６に示したＰｕｓｈ―Ｐｕｌｌ型の超音波トランスデュー
サを適用した例を示している。
【００４６】
図１に戻ると、周波数変更部８は、超音波スピーカ出力制御回路２２の制御下にキャリ
ア波発振源２が生成するキャリア波（搬送波）の周波数を変更するための設定を行う機能
を有している。周波数変更部８は本発明の周波数変更手段に相当する。
【００４７】
走行環境設定部９は、予め決められた走行環境を手動操作により選択的に指定する機能
を有し、指定された走行環境を示す信号（例えば、複数ビットのディジタルデータ）を出
力する。走行環境としては、例えば、高速道路や自動車専用道路、」人通りの少ない街中
、人通りの激しい繁華街等があり、これらの走行環境を指定できるようになっている。走
行環境設定部９は、本発明の走行環境検出手段に相当する。
【００４８】
速度メータ電圧検出回路２１は、車速に応じて出力される電圧を検出し、その検出信号
を超音波スピーカ出力制御回路２２に出力する機能を有している。速度メータ電圧検出回
路２１は、本発明の速度検出手段、走行状況検出手段に相当する。
【００４９】
超音波スピーカ出力制御回路２２は、走行環境設定部９の出力信号及び速度メータ電圧
検出回路２１の出力を取り込み、これらの出力信号に基づいて車両の走行状況、走行環境
の双方、もしくはいずれか一方に応じて超音波スピーカの出力を制御する。
すなわち、超音波スピーカ出力制御回路２２は、超音波スピーカの出力である警告音の
音量を、車両の走行状況に応じて、すなわち移動体としての車両の速度に応じて制御する
。具体的には、車両が低速で走行している場合には、比較的危険度が低いため、警告音の
音量を下げ、一方、高速で走行している場合には、危険度が増すため、警告音の音量を上
げるようにパワーアンプ６の出力を制御する。
なお、この音量の速度依存制御は、速度メータ電圧検出回路２１により検出した電圧値に
応じて制御する。
【００５０】
また、超音波スピーカ出力制御回路２２は、車両の走行環境に応じて、すなわち走行環
境設定部９の設定に応じて、警告音を出力する超音波スピーカの出力を制御する。具体的
には、高速道路や自動車専用道路では、その場に歩行者は存在しないため、警告音を発生
しないように制御する。本実施形態では、プリアンプ５、低電圧電源７への給電を停止さ
せることにより警告音の出力機能を停止するようにしているが、これに限らず、要は超音
波トランスデューサ４から音響信号が出力されないようにすればよい。
【００５１】
また、超音波スピーカ出力制御回路２２は、走行環境が、人通りの少ない街中では、搬送
周波数を低めに設定して指向性を弱め、近距離の狭い範囲のみに警告音が聞こえるように
したり、一方、人通りの激しい繁華街では、搬送周波数を高めに設定して指向性を強め、
前方の歩行者らに対して、遠方から警告音が届くように周波数変更部８に指示し、キャリ
ア波発振源８から出力される搬送波の周波数を制御する。超音波スピーカ出力制御回路２
２は本発明の出力制御手段に相当する。
図１において、信号入力部１と、キャリア波発振源２と、変調器３と、超音波トランスデ
ューサ４と、プリアンプ５と、パワーアンプ６とで超音波スピーカを構成している。
【００５２】
上記構成において、信号入力部１より警告音を示す可聴周波数帯域の音響信号が変調器
３に入力される。
また、変調器３には、キャリア波発振源２より超音波周波数帯域の搬送波が入力される
。変調器３では、キャリア波発振源２より出力される超音波周波数帯域の搬送波が警告音
を示す可聴周波数帯域の音響信号により変調され、この変調信号がプリアンプに入力され
る。プリアンプ５では変調信号の前段増幅を行い、次いでパワーアンプ６で変調信号をさ
らに増幅させ、超音波トランスデューサ４に出力する。
【００５３】
超音波トランスデューサ４では、パワーアンプにより増幅された変調信号を音波（超音
波）に変換し、空気中に放出する。放出された超音波は空気伝播中にパラメトリック効果
が起こり、可聴周波数音波が自己復調され、可聴音として聞く事ができる。
ここで、超音波スピーカにより発生される音波は、通常のラウドスピーカに比べて鋭い指
向性を有しているため、放射距離による音圧の減衰が少なく、遠隔地点や、ある特定の領
域内に音場を形成することができる。
また、搬送周波数によって指向性を制御することができ、指向性を弱める場合には搬送周
波数を低めに設定し、強める場合には搬送周波数を高めに設定することで実現できる。
【００５４】
本発明の実施形態に係る車載警告音発生システムでは、車両の運転者が走行環境設定部
９で走行環境を設定することにより、その設定に応じて、超音波スピーカ出力制御回路２
２は警告音を出力する超音波スピーカを構成する超音波トランスデューサ４の出力、即ち
超音波スピーカの出力を制御する。すなわち、超音波スピーカ出力制御回路２２は警告音
を超音波トランスデューサ４より発生させないようにするか、あるいは、警告音をキャリ
ア波発振源２から変調器３に出力される搬送波の周波数を制御することにより指向性を制
御して超音波トランスデューサ４より出力する。
【００５５】
なお、走行環境設定部９の代わりにプリアンプ５及び低電圧電源７の電源スイッチとして
機能するＯＮ／ＯＦＦスイッチを設け、車両の運転者が走行環境に応じてＯＮ／ＯＦＦス
イッチを操作して警告音を発生しないように構成してもよい。
また、超音波スピーカ出力制御回路２２により制御される周波数変更部８を設ける代わ
りに、手動で設定できる周波数設定部を設け、車両の走行環境に応じて搬送波の周波数を
設定し、この設定出力によりキャリア波発振源で生成される搬送波の周波数を変更するよ
うにしてもよい。
【００５６】
次に、本発明の実施形態に係る車載警告音発生システムにおける超音波スピーカの車両
での取付け状態を図２に示す。
本実施形態に係る車載警告音発生システムに使用する超音波トランスデューサ４（図６
参照）は、超音波が放射される開口部が、完全に大気と接する構造となっており、振動膜
や電極の対向電極部が大気と接している。
【００５７】
ここで、従来の構成のように、警告音発生装置の外部スピーカを走行方向に向けた状態と
した場合には、警告音を通過させる開口部から塵や雨などが、スピーカ部に入り込み易く
なる。よって、対向電極部が大気と接する超音波トランスデューサでは、塵や雨が入り込
むと、振動膜が破損し易くなったり、電極間で短絡したりする危険性が増す。
【００５８】
そこで、本実施形態に係る車載警告音発生システムにおいては、超音波スピーカ３０は、
図２に示すように、放射された超音波を超音波スピーカ３０の音響放射面が向く方向を前
面としたときに超音波スピーカ３０の前面に対向する位置に音響反射板３１を設けること
により後方に反射するように構成する。
【００５９】
また、超音波スピーカ３０に対して、走行方向側には防塵防雨カバー３２を設けて、車両
の走行中に、警告音発生部に吹き込む風雨が直接、超音波スピーカ３０に当たることを防
止する。
上記構成において、車両の走行とは逆の方向に放射された超音波スピーカ３０からの音波
は、超音波反射板３１によって反射され、その結果、車両の走行方向に向かって放射され
、車両の前方にいる歩行者等に対して警告を与えることができ、さらには車内への透過音
が殆ど無い状態を実現できる。
【００６０】
次に、本発明の他の実施形態に係る超音波トランスデューサの構成を図７に示す。本発
明の他の実施形態に係る超音波トランスデューサ５５の構成は、音響反射板を超音波トラ
ンスデューサの背面に設置したことを除き、図６に示した構成と同一である。すなわち、
本実施形態に係る超音波トランスデューサ５５は、電極として機能する導電性材料で形成
された導電部材を含む一対の電極１０，１１と、前記一対の電極１０，１１に挟持され、
導電層１２１を有し、該導電層１２１に直流バイアス電圧が印加される振動膜１２と、一
対の電極１０，１１と振動膜１２を保持する部材（図示せず）とを有し、一対の電極１０
，１１は振動膜１２を介して対向する位置に同数かつ複数の穴を有し、一対の電極１０，
１１の導電部材間には交流信号が印加される超音波トランスデューサであって、該超音波
トランスデューサの背面に音響反射板２０を設置したことを特徴としている。
【００６１】
音響反射板２０は、超音波トランスデューサ５５背面の各開口部から放射された超音波
が全て同じ長さの経路で超音波トランスデューサ５５前面に放射されるように配置されて
いる。
すなわち、音響反射板２０は、超音波トランスデューサ５５背面の中心位置Ｍに一端が
位置し、該中心位置を基準として超音波トランスデューサ５５背面の両側に対して４５°
の角度で配置され他端が超音波トランスデューサ５５の端部Ｘ１、Ｘ２と一致する長さの
一対の第１の反射板２００、２００と、一対の第１の反射板２００、２００の前記端部と
直角の角度をなして各々前記第１の反射板の外側方向に接続され前記第１の反射板長と同
等の長さを有する一対の第２の反射板とを有している。
【００６２】
上記構成において、超音波トランスデューサ５５背面の中心Ｍの両側に対して４５°の
角度で第１の反射板２００、２００を配置し、その端が超音波トランスデューサ５５の端
と一致する点までの長さが必要となる。この第１の反射板２００、２００により超音波ト
ランスデューサ５５背面から放出された超音波は水平方向へ反射される。
【００６３】
次に、第１の反射板２００、２００と直角の角度を持って接続された第２の反射板２０２
、２０２を各々第１の反射板２００、２００の外側へ接続することで超音波は超音波トラ
ンスデューサ５５横または上下から前面へ放出される。この第２の反射板長も第一の反射
板長と同等であることが必要である。ここで重要なことは超音波トランスデューサ５５背
面から放射された超音波が全て同じ長さの経路を持つことである。経路長が同じであるこ
とは背面から放出される超音波の位相が全てそろっていることを意味しているからである
。
【００６４】
また、図７のように音波を幾何学的に扱うことができるのは、放出する音波が超音波で
あるため、極めて強い指向性を持つからである。またもう一点言及しておく必要があるの
は、超音波トランスデューサ５５前面から放出された超音波と背面から反射されて前面へ
放出された超音波の時間差である。
【００６５】
トランスデューサの中心からaの距離だけ離れた地点から放出された超音波は、トラン
スデューサを円形と仮定しその半径をｒとすると、トランスデューサ前面まで到達する距
離はおおよそ2ｒ、すなわちトランスデューサの直径に等しい。勿論、距離aは次式を満た
していなければならない。
０≦ａ≦ｒ    ……  （１）
【００６６】
今、トランスデューサの直径を約１０cmとし、音速を３４０m/secとすると、前面から
放出される超音波と背面から放出された超音波が反射して前面に到達するまでの時間差は
約０．２９msecであり、人間が知覚できない時間差であるので問題はない。すなわち、ト
ランスデューサの前面および背面から放出される超音波を有効利用できる。
【００６７】
本発明の実施形態によれば、従来の車外スピーカで課題であった音の広がり過ぎによる
、周囲に対する必要以上の警戒を与える問題を解決し、電気自動車等の車両の進行方向に
対して、必要な範囲のみに十分な警戒を与える事ができる。
また、超音波スピーカを用いたことにより、車内への透過音は殆ど無く、乗員に対しても
快適な車載警告音発生システムを、極めて簡単な構成によって提供することが可能となる
。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の実施形態に係る車載警告音発生システムの構成を示すブロック図。
【図２】図１に示した本発明の実施形態に係る車載警告音発生システムの車両における超音波スピーカの取付け状態の一例を示す説明図。
【図３】従来の共振型の超音波トランスデューサの構成を示す図。
【図４】従来の静電型の広帯域発振型超音波トランスデューサの具体的構成を示す図。
【図５】本発明の実施形態に係る車載警告音発生システムに適用される静電型超音波トランスデューサの周波数特性を従来の超音波トランスデューサの周波数特性と共に示した図。
【図６】本発明の実施に係る車載警告音発生システムに適用される静電型超音波トランスデューサの具体的構成を示す図。
【図７】本発明の他の実施形態に係る超音波トランスデューサの具体的構成を示す図。
【符号の説明】
【００６９】
１…信号入力部、２…キャリア波発振源、３…変調器、４、５５…超音波トランスデュ
ーサ、５…プリアンプ、６…パワーアンプ、７…定電圧電源、８…周波数変更部、９…走
行環境設定部、１０、１１…電極、１２…振動膜、１４…貫通穴、１６…直流バイアス電
源、１８…信号源、２１…速度メータ電圧検出回路、２２…超音波スピーカ出力制御回路
、１２０…絶縁フィルム、１２１…電極層
【図１】
2008258863.tif 000003
【図２】
2008258863.tif 000004
【図３】
2008258863.tif 000005
【図４】
2008258863.tif 000006
【図５】
2008258863.tif 000007
【図６】
2008258863.tif 000008
【図７】
2008258863.tif 000009