(57)【要約】【課題】一つの超音波センサを用いて、ホーンによるサイドローブの発生を抑制することができる超音波送受信器を提供する。【解決手段】ホーン２の他端部２２の内周面部２３に吸音部材３を設けている。これにより、超音波センサ１が超音波送信部１１から送信した超音波のうち、内周面部２３に沿って他端部２２まで伝搬した不要成分の超音波Ｄを吸収する。その結果、ホーン２の開き角に沿う方向のサイドローブの発生を抑制することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部に超音波センサを有し、該一端部から他端部に向けてホーン状に開口した中空部を有してなる反射器と、
前記他端部の内周面部に設けたサイドローブ低減用の吸音部材と、
を具備すること特徴とする超音波送受信器。
【請求項２】
前記吸音部材は、前記内周面部からの厚さが前記超音波センサからの超音波の波長の４分の１長さより厚く形成してなることを特徴とする請求項１記載の超音波送受信器。
【請求項３】
前記吸音部材は、前記他端部からの幅が前記超音波センサからの超音波の波長の４分の１長さ以下の幅の領域に設けてなることを特徴とする請求項１記載の超音波送受信器。
【請求項４】
前記吸音部材は、表面に凹凸を形成してなることを特徴とする請求項１記載の超音波送受信器。
【請求項５】
前記中空部は、前記一端部から前記他端部に向かうにつれて開口断面の面積が次第に大きくなるパラボリックホーンの形状に構成してなることを特徴とする請求項１記載の超音波送受信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波センサとホーン状の反射器を組み合わせてなる超音波送受信器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電素子を有する超音波センサが、超音波を空気中に送信するとともに、空気中を伝搬してきた超音波を受信する超音波送受信器に用いられている。また、超音波送受信器は、物体や人体などの障害物を検知する障害物検知装置に用いられている。障害物検知装置は、空気中に超音波を送信するとともに、障害物から反射された超音波を受信するものである。
【０００３】
一般に、超音波センサと空気とでは音響インピーダンスの値が大きく相違する。そのため、超音波センサと空気の境界で音響的な不整合が大きくなり、超音波センサの感度が低下する。また、空気中を伝搬する超音波は、その周波数に応じて大きく減衰する。そのため、送信用の超音波センサが送信した超音波は、空気中を伝搬して受信用の超音波センサで受信されるまでの間に大きく減衰する。これにより、超音波センサを用いた障害物検知装置は、超音波により検知できる障害物までの距離が短くなり、検知範囲が狭くなる。
【０００４】
これに対し、特許文献１には、超音波センサの感度を向上させた超音波送受信装置が開示されている。特許文献１の超音波送受信装置は、互いに独立した送信用の超音波センサと受信用の超音波センサとを並設している。また、それぞれの超音波センサに、ホーン状の反射器（以下「ホーン」という）がそれぞれ設けられている。このホーンを設けることにより、送受信する超音波の指向角を鋭くして、超音波センサの感度を向上させている。
【０００５】
しかしながら、超音波センサにホーンを設けたものは、送受信する超音波の指向角が鋭くなる一方、ホーンの開き角に沿う方向にも超音波が放射されて、いわゆるサイドローブが発生する課題がある。このサイドローブは、障害物検知装置において、検知対象の領域外にある物体や人体を障害物として検知する誤検知の原因となる。
【０００６】
これに対し、特許文献１の超音波送受信装置は、送信用のホーンと受信用のホーンとの間の開口端側に吸音部材を設けている。この吸音部材により、サイドローブによって生じる送信用の超音波センサから受信用の超音波センサへの超音波の回り込みを抑制することで、障害物検知装置における誤検知の発生を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３−２５５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、一般に障害物検知装置においては、送信用の超音波センサと受信用の超音波センサとを一つの超音波センサで兼用した超音波送受信器を用いることが多い。そのため、互いに独立した送信用の超音波センサと受信用の超音波センサとを並設し、かつ送信用のホーンと受信用のホーンとの間に吸音部材を設ける特許文献１の構成は採用することができず、サイドローブの発生を抑制することができない課題があった。
【０００９】
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、一つの超音波センサを用いて、ホーンによるサイドローブの発生を抑制することができる超音波送受信器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の超音波送受信器は、一端部に超音波センサを有し、一端部から他端部に向けてホーン状に開口した中空部を有してなる反射器と、他端部の内周面部に設けたサイドローブ低減用の吸音部材と、を具備するものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の超音波送受信器によれば、一つの超音波センサを用いて、ホーンによるサイドローブの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１の超音波送受信器の構成を示す説明図である。
【図２】この発明の実施の形態１の超音波送受信器のホーン内の超音波の伝搬方向を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態１の超音波送受信器及び従来の超音波送受信器の超音波に対する指向性を示す特性図である。
【図４】従来の超音波送受信器が送信した超音波の音圧分布を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１を参照して、この発明の実施の形態１の超音波送受信器について説明する。
図中、１は超音波センサである。超音波センサ１は、図示しない圧電素子を有している。超音波センサ１は、超音波送信部１１から超音波を送信するものである。
【００１４】
超音波センサ１は、ホーン状の反射器（ホーン）２の一端部２１に設けられている。ホーン２の他端部２２は開口している。ホーン２の内周面部２３により、図中ｙ方向に沿う断面（開口断面）の形状が円形状の中空部２４が形成されている。ホーン２は、一端部２１から他端部２２に向かう軸方向（図中ｘ方向）に沿う距離に比例して中空部２４の断面の面積が大きくなる形状（いわゆる「パラボリックホーン」の形状）を有している。
【００１５】
他端部２２の内周面部２３の少なくとも一部に、サイドローブ低減用の吸音部材３が設けられている。吸音部材３は、スポンジ、綿花、グラスウール又はシリコンゴムなどの超音波を吸収する材料で構成されている。
【００１６】
ここで、吸音部材３の内周面部２３からの厚さｄｔは、超音波センサ１が送信する超音波の波長の４分の１長さより厚く形成されている。また、吸音部材３は、他端部２２からの幅ｄｗが超音波センサ１が送信する超音波の波長の４分の１長さ以下の幅の領域に設けられている。さらに、吸音部材３の表面には、図示しない凹凸が形成されている。
【００１７】
図２を参照して、このようにして構成された超音波送受信器１００の動作について説明する。
まず、超音波センサ１が、超音波送信部１１から超音波を送信する。この超音波は、ホーン２の軸方向（ｘ方向）に伝搬する主成分の超音波Ａと、ホーン２の内周面部２３に向けて伝搬する副成分の超音波Ｂとを含んでいる。
【００１８】
副成分の超音波Ｂは、内周面部２３に到達すると、内周面部２３で反射してｘ方向に伝搬する合成用成分の超音波Ｃと、内周面部２３に沿って他端部２２に向けて伝搬する不要成分の超音波Ｄとに分かれる。
【００１９】
このうち、主成分の超音波Ａと合成用成分の超音波Ｃとは合成されて、ホーン２の開口から軸方向（ｘ方向）に放射される。これにより、ｘ方向に強い音圧の超音波が放射される。これに対し、不要成分の超音波Ｄは、ホーン２の他端部２２から放射されて、ホーン２の開き角に沿う方向のサイドローブの原因となる。
【００２０】
ここで、他端部２２の内周面部２３に設けた吸音部材３は、主成分、合成用成分及び不要成分の超音波Ａ，Ｃ，Ｄのうち、不要成分の超音波Ｄを吸収する。これにより、ホーン２の軸方向（ｘ方向）に放射される超音波に与える影響を小さくしつつ、ホーン２の開き角に沿う方向のサイドローブの発生を抑制することができる。
【００２１】
図３を参照して、超音波送受信器１００の効果について説明する。
横軸は、超音波センサ１を中心とした軸方向（ｘ方向）からの開き角の角度［°］を示している。また、縦軸は、超音波センサ１が送信した超音波の開き角に対する音圧を、軸方向（ｘ方向）の超音波の音圧を基準として規格化した規格化音圧［ｄＢ］を示している。
【００２２】
実線の特性線Ｉは、超音波送受信器１００の開き角に対する規格化音圧の測定値を示している。また、比較対象である点線の特性線ＩＩは、超音波センサ及びホーンのみからなり、吸音部材を設けていない超音波送受信器（以下「従来の超音波送受信器」という）の開き角に対する規格化音圧の測定値を示している。
【００２３】
図３に示す如く、特性線ＩＩは、開き角が５°以下の範囲の超音波の音圧に対して、開き角が５°より大きい範囲の超音波の音圧が低い値を示している。すなわち、従来の超音波送受信器は、ホーンの軸方向に強い音圧の超音波を放射している。
【００２４】
しかしながら、特性線ＩＩは、開き角が１５°から２０°までの範囲に亘って超音波の音圧が上昇しており、開き角２０°における超音波の音圧が開き角１０°未満の範囲の超音波の音圧に次いで高い値を示している。すなわち、開き角２０°においてサイドローブが発生している。このサイドローブは、不要成分の超音波が吸収されずにホーンの他端部から放射されたものである。
【００２５】
これに対し、特性線Ｉは、開き角が５°以下の範囲の超音波の音圧に対して、開き角が５°より大きい範囲の超音波の音圧が低い値を示している。すなわち、超音波送受信器１００は、ホーン２の軸方向に強い音圧の超音波を放射している。
【００２６】
また、特性線Ｉは、開き角が１５°を超えた範囲においても超音波の音圧が上昇せず、特性線ＩＩより低い値を示している。すなわち、サイドローブが低減されている。
【００２７】
参考として、図４に、従来の超音波送受信器が送信した超音波の音圧分布の計算結果を示す。図中の濃淡が音圧の強弱と対応しており、濃いほど音圧が高いことを示している。図４に示す如く、ホーンの軸方向に強い音圧の超音波ａが放射されている。しかしながら、ホーンの開き角に沿う方向にも強い音圧の超音波ｂが放射されている。この超音波ｂがサイドローブである。
【００２８】
以上のように、この実施の形態１の超音波送受信器１００は、ホーン２の他端部２２の内周面部２３に吸音部材３を設けている。これにより、超音波センサ１が超音波送信部１１から送信した超音波のうち、内周面部２３に沿って他端部２２まで伝搬した不要成分の超音波Ｄを吸収する。
その結果、一つの超音波センサ１を用いて、ホーン２の開き角に沿う方向のサイドローブの発生を抑制することができる。
【００２９】
また、吸音部材３の厚さｄｔは、超音波の波長の４分の１長さより厚く形成している。吸音部材３は、他端部２２からの幅ｄｗが超音波の波長の４分の１長さ以下の幅の領域に設けられている。さらに、吸音部材３の表面に凹凸が形成されている。これにより、サイドローブをさらに低減することができる。
【００３０】
なお、ホーン２の形状は、パラボリックホーンの形状に限定されるものではない。ホーンの開き角が０°より大きい形状であれば任意の形状のものを用いたものとしてよい。内周面部２３の形状が円錐台形状であるコニカルホーン、又は中空部２４の断面の面積が一端部２１からの軸方向の距離に対して指数関数に従い大きくなるエクスポネンシャルホーン等を用いたものとしてもよい。これらの形状のホーン２を用いたものであっても、実施の形態１と同様にサイドローブの発生を抑制することができる。
【００３１】
また、ホーン２の中空部２４の断面の形状及び他端部２２の開口の形状は、円形状に限定されるものではない。断面及び開口の形状が楕円形状、正方形状又は矩形状のものとしてもよい。
【００３２】
また、超音波センサ１は、超音波送信部１１に代えて超音波を受信する超音波受信部を有するものとしてもよい。
【００３３】
また、超音波センサ１は、超音波送信部１１に代えて超音波を送受信する超音波送受信信部を有するものとしてもよい。さらに、この超音波センサ１、ホーン２及び吸音部材３からなる超音波送受信器を用いた障害物検知装置としてもよい。超音波センサ１は、超音波送受信部から超音波を送信するとともに、障害物から反射された超音波を超音波送受信部で受信するものである。また、障害物検知装置は、ホーン２の軸方向（ｘ方向）にある領域を検知対象の領域とするものである。
ここで、ホーン２の他端部２２の内周面部２３に吸音部材３を設けたことにより、送信用の超音波センサと受信用の超音波センサとを一つの超音波センサ１で兼用して、ホーン２の開き角に沿う方向のサイドローブの発生を抑制することができる。その結果、検知対象の領域外にある物体や人体を障害物として検知する誤検知の発生を低減することができる。
【００３４】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１  超音波センサ、２  反射器（ホーン）、３  吸音部材、１１  超音波送信部、２１  一端部、２２  他端部、２３  内周面部、２４  中空部、１００  超音波送受信器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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