JP2006200976A - 超音波センサ - Google Patents

Abstract

【課題】振動板間の音響的クロストークを低減して検出対象物の位置および距離の高精度な測定が可能で小型・軽量な超音波センサを低コストに提供する。
【解決手段】超音波センサの受信部１０を構成する各受信素子１１ａ〜１１ｅは、超音波の受信面Ｓを同一方向に向け、長さ方向の一端部が一直線上に揃えられると共に幅方向にほとんど隙間無く並べられることにより同一平面上にて１次元配置され、その幅Ｂおよび厚みＨは同一で、長さＬだけが異なるように形成されている。また、各受信素子１１ａ〜１１ｅの長さ方向の両端部は振動不能に固定されている。そして、各受信素子１１ａ〜１１ｅの１次共振周波数が異なる値になるように、その長さＬが設定されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は超音波センサに係り、詳しくは、受信した超音波を電気信号に変換するか又は電気信号を超音波に変換して発信する超音波センサに関するものである。

従来より、音響測深機や魚群探知機などの垂直ソナー、船舶が目標物の方向および自船からの距離を測定するための水平ソナー、臓器を画像化して診断するための超音波診断装置など、様々な分野に超音波センサが広く利用されている。

また、近年、自動車（車両）に超音波センサを搭載し、その超音波センサから発信した人体に無害な超音波の反射を受信することにより、自動車の周囲にある物体の２次元あるいは３次元の位置測定および距離測定を行い、自動車の周囲を監視して安全走行に役立てる技術の開発がすすめられている。
例えば、自動車の後部に超音波センサを搭載し、自動車の後方に存在する物体（人間や障害物など）を検知する装置（一般に「バックソナー」と呼ばれる）を用い、当該物体との衝突を回避してバックでの駐車を支援する自動駐車支援システムが実用化されている。

このような検出対象物の位置測定および距離測定に使用される超音波センサ（超音波探触子）として、例えば、有機高分子を介して連結された複数の圧電体素子からなる複合圧電体と、この複合圧電体の一方の面上に互いに間隙を保って複数個配列されたアレイ電極とを備え、上記アレイ電極の間隙部にあたる上記複合圧電体の部分には上記有機高分子より音波減衰係数の大きい充填材を充填したものが開示されている（特許文献１参照）。
特開平５−３４７７９７号公報（第２〜４頁 図１〜図３）

特許文献１の技術を含め、従来の超音波センサにおいて、受信（受音）した超音波を電気信号に変換する受信部は、同一寸法形状の複数個の振動板（特許文献１のアレイ電極）を同一平面上にて１方向に整然と並べて配置する１次元配置、または、同一寸法形状の複数個の振動板を同一平面上にて縦横２方向に整然と並べて配置する２次元配置のいずれかの構造をとる。
そして、外部から入力した電気信号を超音波に変換して発信（発音）する超音波センサの発信部が、検出対象物に対して超音波を発信し、その超音波が検出対象物に反射した反射音を受信部の各振動板で受信する。

そこで、受信部が複数個の振動板（受音板）で受信した超音波のタイミングのずれを検出し、その受信した超音波のタイミングのずれと発信部が発射した超音波とを比較することにより、検出対象物の２次元あるいは３次元の位置測定、超音波センサと検出対象物との距離測定などを行うことができる。

また、従来の超音波センサの発信部は、通常、１個の振動板（発音板）から検出対象物に対して超音波を発信する。
尚、複数個の振動板から超音波を発信するタイプも提案されているが、そのタイプの発信部は、受信部と同様に、同一寸法形状の複数個の振動板を同一平面上に１次元配置または２次元配置した構造をとる。
そして、発信部が複数個の振動板を備える理由は、超音波の発信出力を増大することにある。

ところで、従来の受信部は、同一寸法形状の複数個の振動板が並べて配置されているため、各振動板は全て同じ共振周波数をもつことになり、各振動板間における音響的クロストークが大きくなることから、検出対象物の位置および距離の測定精度が低下するという問題があった。

そこで、特許文献１の技術では、複数個配列されたアレイ電極（振動板）の間隙部に位置する複合圧電体の部分に、複合圧電体を構成する有機高分子に比べて音波減衰係数の大きい充填材を充填することにより、各アレイ電極間における音響的クロストークを低減して方位分解能を高めるようにしている。

しかし、特許文献１の技術では、充填材を充填するための製造工程が必要になるため、その製造工程分だけ製造コストが増大するという問題がある。さらに、特許文献１の技術では、充填材の体積分および重量分だけ、超音波センサ（超音波探触子）の全体寸法（体格）および重量が大きくなるという問題もある。
また、近年、検出対象物の位置および距離の測定精度を向上させるために、発信部から発信される超音波を和音にすることが要求されている。

本発明は上記問題を解決するため又は上記要求を満足するためになされたものであって、以下の目的を有するものである。
（１）振動板間の音響的クロストークを低減して検出対象物の位置および距離の高精度な測定が可能で小型・軽量な超音波センサを低コストに提供する。
（２）発信する超音波を和音にすることが可能な超音波センサを低コストに提供する。

請求項１に記載の発明は、受信した超音波を電気信号に変換するか又は電気信号を超音波に変換して発信する複数個の変換手段を備え、各変換手段の１次共振周波数が一致しないように、当該各変換手段の寸法を不揃いにした超音波センサを技術的特徴とする。

請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の超音波センサにおいて、
前記各変換手段は平板矩形状であり、
前記各変換手段は、超音波を受信するための受信面または超音波を発信するための発信面を同一方向に向け、長さ方向の一端部が一直線上に揃えられると共に幅方向に並べられることにより、同一平面上にて１次元配置され、その幅および厚みは同一で、長さだけが異なるように形成されていることを技術的特徴とする。

請求項３に記載の発明は、
請求項１に記載の超音波センサにおいて、
前記各変換手段は平板矩形状であり、
前記各変換手段は、超音波を受信するための受信面または超音波を発信するための発信面を同一方向に向け、長さ方向の両端部がそれぞれ一直線上に揃えられると共に幅方向に並べられることにより、同一平面上にて１次元配置され、その長さおよび厚みは同一で、幅だけが異なるように形成されていることを技術的特徴とする。

請求項４に記載の発明は、
請求項１に記載の超音波センサにおいて、
前記各変換手段は平板矩形状であり、
前記各変換手段は、超音波を受信するための受信面または超音波を発信するための発信面を同一方向に向け、長さ方向の両端部がそれぞれ一直線上に揃えられると共に幅方向に並べられることにより、同一平面上にて１次元配置され、その長さおよび幅は同一で、厚みだけが異なるように形成されていることを技術的特徴とする。

請求項５に記載の発明は、
請求項１に記載の超音波センサにおいて、
前記各変換手段は平板矩形状であり、
前記各変換手段は、超音波を受信するための受信面または超音波を発信するための発信面を同一方向に向けて並べられることにより、同一平面上にて縦横方向に２次元配置され、その長さ，幅，厚みはそれぞれ異なる寸法に形成されていることを技術的特徴とする。

請求項６に記載の発明は、
請求項２〜５のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、
前記各変換手段は、前記受信面または前記発信面が面一になるように配置されていることを技術的特徴とする。

請求項７に記載の発明は、
請求項２〜６のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、
前記各変換手段は、その長さ方向の両端部が振動不能に固定されていることを技術的特徴とする。

請求項８に記載の発明は、
請求項７に記載の超音波センサにおいて、
前記各変換手段の共振値Ｑは同一であり、
前記各変換手段のうちの任意の変換手段の１次共振周波数ｆ１に対して、当該変換手段の次に寸法が大きいか又は小さい変換手段の１次共振周波数ｆが、整数である任意の係数ｎを用いて、以下の数式で表されることを技術的特徴とする。
ｆ＝ｆ１±ｎ×ｆ１／Ｑ

請求項９に記載の発明は、
請求項８に記載の超音波センサにおいて、
前記係数ｎ＝７または前記係数ｎ＝８であることを技術的特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、
請求項８または請求項９に記載の超音波センサにおいて、
前記各変換手段の長さＬ、幅Ｂ、厚みＨ、１次共振周波数ｆは、以下の数式で表されることを技術的特徴とする。
ｆ＝（Ｂ×Ｈ^３）^１／２／Ｌ^２

請求項１１に記載の発明は、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、
前記変換手段は、圧電式または静電容量式であることを技術的特徴とする。

（請求項１）
請求項１の発明において、受信した超音波を電気信号に変換する受信素子として各変換手段を機能させ、各変換手段から受信部を構成する場合には、受信部とは別に設けた超音波センサの発信部が、検出対象物に対して超音波を発信し、その超音波が検出対象物に反射した反射音を受信部の各受信素子（変換手段）で受信する。
そして、受信部が各受信素子（変換手段）で受信した超音波のタイミングのずれを検出し、その受信した超音波のタイミングのずれと発信部が発射した超音波とを比較することにより、検出対象物の２次元あるいは３次元の位置測定、超音波センサと検出対象物との距離測定などを行うことができる。

そこで、各受信素子（変換手段）の１次共振周波数が一致しないように、各受信素子の寸法を不揃いにすれば、各受信素子が互いの振動によって受ける影響をほとんど無視できる小さな値にすることが可能になり、各受信素子間における音響的クロストークを低減し、検出対象物の位置および距離の測定精度を高めることができる。

従って、請求項１の発明によれば、各受信素子（変換手段）の寸法だけを異ならせるだけでよく、超音波センサの製造に特別な工程が必要ないため、充填材を充填するための製造工程が必要な特許文献１の技術に比べて、超音波センサの製造コストを低減することができる。
また、請求項１の発明によれば、各受信素子（変換手段）の寸法だけを異ならせるだけでよく、各受信素子間には振動が直接伝達しない程度のごく僅かな隙間だけを設ければよいため、充填材の体積分および重量分だけ全体寸法および重量が大きくなる特許文献１の技術に比べて、超音波センサを小型・軽量化することができる。
尚、受信素子（変換手段）の個数および配置間隔は、必要な前記測定精度に応じてカット・アンド・トライで実験的に最適値を見つけて設定すればよい。

また、請求項１の発明において、外部から入力した電気信号を超音波に変換して発信する発信素子として各変換手段を機能させ、各変換手段から発信部を構成する場合には、各発信素子の１次共振周波数が異なる値に設定されているため、各発信素子（変換手段）から発信される超音波を和音にすることができる。

（請求項２：第１実施形態に該当）
請求項２の発明によれば、各変換手段間に振動が直接伝達しない程度のごく僅かな隙間だけを設けて各変換手段を並べ、各変換手段の長さだけを異ならせるだけで、請求項１の発明の作用・効果を得ることが可能になる。

（請求項３：第２実施形態に該当）
請求項３の発明によれば、各変換手段間に振動が直接伝達しない程度のごく僅かな隙間だけを設けて各変換手段を並べ、各変換手段の幅だけを異ならせるだけで、請求項１の発明の作用・効果を得ることが可能になる。
また、請求項３の発明によれば、受信部または発信部の全体形状が平板矩形状になるため、請求項２の発明に比べて、各変換手段の長さ方向の両端部の構造を単純化することが可能になり、超音波センサの作製が容易になることから、超音波センサの製造コストを更に低減することができる。

（請求項４：第３実施形態に該当）
請求項４の発明によれば、各変換手段間に振動が直接伝達しない程度のごく僅かな隙間だけを設けて各変換手段を並べ、各変換手段の厚みだけを異ならせるだけで、請求項１の発明の作用・効果を得ることが可能になる。
また、請求項４の発明によれば、請求項３の発明に比べて、受信部または発信部の幅が小さくなり、受信部または発信部を上方から見た平面寸法が小さくなるため、受信部または発信部をパッケージ）に収容した場合の体積を小さくすることが可能になり、超音波センサを更に小型・軽量化することができる。

（請求項５：第４実施形態に該当）
請求項５の発明によれば、各変換手段間に振動が直接伝達しない程度のごく僅かな隙間だけを設けて各変換手段を並べ、各変換部の長さ，幅，厚みはそれぞれ異なる寸法に設定することで、請求項１の発明の作用・効果を得ることが可能になる。
また、請求項５の発明によれば、各変換手段を２次元配置することにより、各変換手段を受信素子として機能させた場合に、検出対象物の位置および距離の測定精度を更に高めることができる。

（請求項６）
請求項６の発明によれば、各変換手段の受信面または発信面を面一に配置することにより、検出対象物の位置および距離の測定精度を高めることができる。
また、各変換手段を受信素子として機能させた場合には、各受信素子の受信面を面一に配置しないと、各受信素子で受信した超音波のタイミングのずれを補正しなければならず、受信部が生成した電気信号を処理するのに複雑な信号処理回路が必要になる。
それに対して、請求項６の発明によれば、各受信素子（変換手段）で受信した超音波のタイミングのずれを補正する必要がなく、受信部が生成した電気信号を処理する信号処理回路を簡略化できる。

（請求項７）
請求項７の発明によれば、請求項１の作用・効果が確実に得られる。

（請求項８）
請求項８の発明によれば、前記数式における係数ｎを大きな値に設定するほど、各変換手段を受信素子として機能させた場合に、各受信素子（変換手段）の１次共振周波数の差が大きくなるため、各受信素子が互いの振動によって受ける影響が小さくなり、検出対象物の位置および距離の測定精度を高くできる。
しかし、係数ｎを大きな値に設定するほど、各受信素子の寸法差が大きくなり、受信部の全体寸法および重量も大きくなる。
従って、係数ｎの値は、必要な前記測定精度に応じてカット・アンド・トライで実験的に最適値を見つけて設定すればよい。

（請求項９）
請求項９の発明のように、係数ｎ＝７または係数ｎ＝８に設定すれば、請求項１の作用・効果を実用上十分に得られる。

（請求項１０）
請求項１０の発明によれば、請求項１の作用・効果が確実に得られる。

（請求項１１）
請求項１１の発明によれば、圧電式または静電容量式の超音波センサを得ることができる。

以下、本発明を具体化した各実施形態について図面を参照しながら説明する。
尚、各実施形態において、第１実施形態と同一の構成部材については符号を等しくすると共に、同一内容の箇所については重複説明を省略してある。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態における超音波センサの受信部１０の斜視図である。
受信部１０は、５個の受信素子（変換手段）１１ａ〜１１ｅから構成されている。
平板矩形状の各受信素子１１ａ〜１１ｅは、超音波の受信面Ｓを同一方向に向け、長さ方向の一端部が一直線上に揃えられると共に幅方向にほとんど隙間無く並べられることにより、受信面Ｓが面一になるように同一平面上にて１次元配置され、その幅Ｂおよび厚みＨは同一で、長さＬだけが異なるように形成されている。

そして、各受信素子１１ａ〜１１ｅの長さ方向の両端部は、固定部材（図示略）に取り付けられることにより、振動不能に固定されている。
尚、受信部１０は、どのような方法で作製してもよく、例えば、別々に作製した各受信素子１１ａ〜１１ｅを組み立ててもよく、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems)技術を利用して半導体基板上に一体形成してもよい。

［受信素子の構造］
図２〜図４は、各受信素子１１ａ〜１１ｅの第１〜第３構造例を示す概略縦断面図である。尚、図２〜図４では厚み方向（高さ方向）を誇張して図示してある。

＜第１構造例＞
図２に示す第１構造例において、圧電式の各受信素子１１ａ〜１１ｅは、下部電極２１、受信電極２２ａ〜２２ｅ、複合圧電体２３などから構成されている。
尚、図２では、各受信素子１１ａ，１１ｂ，１１ｄおよび各受信電極２２ａ，２２ｂ，２２ｄだけを図示してある。

平板矩形状の各受信電極２２ａ〜２２ｅは、各受信素子１１ａ〜１１ｅ毎に独立して設けられている。
尚、各受信電極２２ａ〜２２ｅ間には、隣接する受信電極２２ａ〜２２ｅの振動が直接伝達しない程度のごく僅かな隙間が設けられているだけで、ほとんど隙間無く並べられている。

各受信電極２２ａ〜２２ｅと平板状の下部電極２１とは平行に配置され、各受信電極２２ａ〜２２ｅと下部電極２１との間には複合圧電体２３が挟設されている。
複合圧電体２３は、複数個の柱状の圧電体素子２４と、有機高分子層２５とから構成されている。
尚、各圧電体素子２４は、１個の受信電極２２ａ〜２２ｅだけに接続され、隣接する２個の受信電極２２ａ〜２２ｅには接続されないように配置されている。

各圧電体素子２４は、その上下端部が各受信電極２２ａ〜２２ｅおよび下部電極２１にそれぞれ接続されている。
有機高分子層２５は、各圧電体素子２４の間隙に充填され、各圧電体素子２４を互いに結合する。つまり、各圧電体素子２４は有機高分子層２５中に埋め込まれている。
尚、各圧電体素子２４は、強誘電体（例えば、ＰＺＴなど）からなる。
また、有機高分子層２５は、例えば、シリコンゴム、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂などからなる。

そして、積層された受信電極２２ａと複合圧電体２３と下部電極２１から受信素子１１ａが構成され、積層された受信電極２２ｂと複合圧電体２３と下部電極２１から受信素子１１ｂが構成される、という具合に、複合圧電体２３を各受信電極２２ａ〜２２ｅおよび下部電極２１で挟設した構造の各受信素子１１ａ〜１１ｅが形成されている。

ここで、受信電極２２ａ〜２２ｅの表面が超音波の受信面Ｓとなり、超音波により受信電極２２ａ〜２２ｅが振動すると、その振動は複合圧電体２３に伝達され、複合圧電体２３が振動すると圧電効果により電気信号が生成され、その電気信号は受信電極２２ａ〜２２ｅおよび下部電極２２に接続された配線（図示略）を介して出力される。
つまり、第１構造例の各受信素子１１ａ〜１１ｅでは、受信電極２２ａ〜２２ｅと下部電極２１および複合圧電体２３の積層構造から振動板（受音板）が構成され、その振動板の受信した超音波が電気信号に変換される。

＜第２構造例＞
図３に示す第２構造例において、圧電式の各受信素子１１ａ〜１１ｅは、下部電極２１、受信電極２２ａ〜２２ｅ、誘電体層３１ａ〜３１ｅなどから構成されている。
尚、図３では、各受信素子１１ａ，１１ｂ，１１ｄ、各受信電極２２ａ，２２ｂ，２２ｄ、各誘電体層３１ａ，３１ｂ，３１ｄだけを図示してある。
各受信電極２２ａ〜２２ｅと下部電極２１との間には、強誘電体（例えば、ＰＺＴなど）からなる誘電体層３１ａ〜３１ｅが挟設されている。

そして、積層された受信電極２２ａと誘電体層３１ａと下部電極２１から受信素子１１ａが構成され、積層された受信電極２２ｂと誘電体層３１ｂと下部電極２１から受信素子１１ｂが構成される、という具合に、各受信素子１１ａ〜１１ｅが形成されている。
尚、各受信電極２２ａ〜２２ｅおよび各誘電体層３１ａ〜３１ｅの間には、隣接する受信電極２２ａ〜２２ｅおよび誘電体層３１ａ〜３１ｅの振動が直接伝達しない程度のごく僅かな隙間が設けられているだけで、ほとんど隙間無く並べられている。

ここで、受信電極２２ａ〜２２ｅの表面が超音波の受信面Ｓとなり、超音波により受信電極２２ａ〜２２ｅが振動すると、その振動は誘電体層３１ａ〜３１ｅに伝達され、誘電体層３１ａ〜３１ｅが振動すると圧電効果により電気信号が生成され、その電気信号は受信電極２２ａ〜２２ｅおよび下部電極２２に接続された配線（図示略）を介して出力される。
つまり、第２構造例の各受信素子１１ａ〜１１ｅでは、受信電極２２ａ〜２２ｅと下部電極２１および誘電体層３１ａ〜３１ｅの積層構造から振動板（受音板）が構成され、その振動板の受信した超音波が電気信号に変換される。

＜第３構造例＞
図４に示す第３構造例において、静電容量式（コンデンサ式）の各受信素子１１ａ〜１１ｅは、下部電極２１、受信電極２２ａ〜２２ｅ、保持部材４１などから構成されている。
各受信電極２２ａ〜２２ｅの両端部と下部電極２１と間にはそれぞれ保持部材４１が挟設され、各受信電極２２ａ〜２２ｅと下部電極２１は間隙Ｋを設けて対向されている。
下部電極２１は振動不能に固定されて固定電極を構成し、各受信電極２２ａ〜２２ｅは振動可能で可動電極を構成する。

そして、受信電極２２ａと下部電極２１から受信素子１１ａが構成され、受信電極２２ｂと下部電極２１から受信素子１１ｂが構成される、という具合に、各受信素子１１ａ〜１１ｅが形成されている。
尚、各受信電極２２ａ〜２２ｅ間には、隣接する受信電極２２ａ〜２２ｅの振動が直接伝達しない程度のごく僅かな隙間が設けられているだけで、ほとんど隙間無く並べられている。

ここで、受信電極２２ａ〜２２ｅの表面が超音波の受信面Ｓとなり、超音波により受信電極２２ａ〜２２ｅが振動すると、受信電極２２ａ〜２２ｅと下部電極２１との距離が変化し、受信電極２２ａ〜２２ｅと下部電極２１との間の静電容量も変化する。そこで、配線（図示略）を介して各受信電極２２ａ〜２２ｅおよび下部電極２１に接続された変換回路（図示略）を用い、各受信電極２２ａ〜２２ｅと下部電極２１との間の静電容量の変化を電気信号に変換する。
つまり、第３構造例の各受信素子１１ａ〜１１ｅでは、受信電極２２ａ〜２２ｅから振動板（受音板）が構成され、その振動板の受信した超音波が電気信号に変換される。

［第１実施形態の作用・効果］
第１実施形態によれば、以下の作用・効果を得ることができる。

［１−１］
受信部１０とは別に設けられた超音波センサの発信部（図示略）が、検出対象物に対して超音波を発信し、その超音波が検出対象物に反射した反射音を受信部１０の各受信素子１１ａ〜１１ｅで受信する。

そして、受信部１０が各受信素子１１ａ〜１１ｅで受信した超音波のタイミングのずれを検出し、その受信した超音波のタイミングのずれと発信部が発射した超音波とを比較することにより、検出対象物の２次元あるいは３次元の位置測定、超音波センサと検出対象物との距離測定などを行うことができる。
尚、超音波センサの発信部には、どのような型式（例えば、圧電式や静電容量式など）を用いてもよい。

［１−２］
図５は、両端が固定された振動板の周波数ｆと振動の変位ｘとの関係である共振特性を示す特性図である。
任意の周波数ｆにおける変位ｘは、変位の最大値Ｘmax、１次共振周波数ｆ１、共振値Ｑから、数式１により求められる。

図５に示すように、１次共振周波数ｆ１から±８×ｆ１／Ｑだけずれた周波数ｆ（＝ｆ１±８×ｆ１／Ｑ）における変位ｘは、変位の最大値Ｘmaxの１／２５６になることが数式１で与えられる。

ここで、受信部１０を構成する各受信素子１１ａ〜１１ｅは、両端が固定された振動板と見なせるため、各受信素子１１ａ〜１１ｅにも図５および数式１に示す関係が成り立つ。
尚、各受信素子１１ａ〜１１ｅの構造が同じであれば、その共振値Ｑは同一になる。

従って、１次共振周波数Ｆ１ａの受信素子１１ａに対して、その両隣に並べて配置された受信素子１１ｂ，１１ｄの１次共振周波数をそれぞれ周波数Ｆ１ｂ，Ｆ１ｄ（＝Ｆ１ａ±８×Ｆ１ａ／Ｑ）に設定しておけば、各受信素子１１ａ，１１ｂ，１１ｄが互いの振動によって受ける影響を１／２５６にすることができる。
つまり、受信素子１１ｂの１次共振周波数をＦ１ｂ（＝Ｆ１ａ＋８×Ｆ１ａ／Ｑ）に設定すればよい。また、受信素子１１ｄの１次共振周波数をＦ１ｄ（＝Ｆ１ａ−８×Ｆ１ａ／Ｑ）に設定すればよい。

同様に、受信素子１１ｂの１次共振周波数Ｆ１ｂ（＝Ｆ１ａ＋８×Ｆ１ａ／Ｑ）に対して、受信素子１１ｂに並べて配置された受信素子１１ｃの１次共振周波数をＦ１ｃ（＝Ｆ１ｂ＋８×Ｆ１ｂ／Ｑ）に設定すればよい。
また、受信素子１１ｄの１次共振周波数Ｆ１ｄ（＝Ｆ１ａ−８×Ｆ１ａ／Ｑ）に対して、受信素子１１ｄに並べて配置された受信素子１１ｅの１次共振周波数をＦ１ｅ（＝Ｆ１ｄ−８×Ｆ１ｄ／Ｑ）に設定すればよい。

このように、各受信素子１１ａ〜１１ｅの１次共振周波数Ｆ１ａ〜Ｆ１ｅを異なる値に設定すれば、各受信素子１１ａ〜１１ｅが互いの振動によって受ける影響を１／２５６というほとんど無視できる小さな値にすることが可能になり、各受信素子１１ａ〜１１ｅ間における音響的クロストークを低減し、検出対象物の位置および距離の測定精度を高めることができる。

［１−３］
両端が固定された振動板の１次の共振周波数ｆ１は、振動板の長さＬ、振動板の幅Ｂ、振動板の厚み（撓み方向の厚み）Ｈから、数式２により求められる。

ここで、受信部１０を構成する各受信素子１１ａ〜１１ｅは、両端が固定された振動板と見なせるため、各受信素子１１ａ〜１１ｅにも数式２に示す関係が成り立つ。
各受信素子１１ａ〜１１ｅは、幅Ｂおよび厚みＨが同一で、長さＬだけが異なるように形成されているため、幅Ｂおよび厚みＨを定数とし、各受信素子１１ａ〜１１ｅの長さをＬａ〜Ｌｅとする。

すると、各受信素子１１ａ〜１１ｅの１次共振周波数Ｆ１ａ〜Ｆ１ｅは、数式２から数式３〜数式７で表される。尚、α＝（Ｂ×Ｈ^３）^１／２とする。

そして、受信素子１１ｂの１次共振周波数Ｆ１ｂ（＝Ｆ１ａ＋８×Ｆ１ａ／Ｑ）に数式３および数式４を代入すると、数式８が求められる。
また、受信素子１１ｄの１次共振周波数Ｆ１ｄ（＝Ｆ１ａ−８×Ｆ１ａ／Ｑ）に数式３および数式６を代入すると、数式９が求められる。
また、受信素子１１ｃの１次共振周波数Ｆ１ｃ（＝Ｆ１ｂ＋８×Ｆ１ｂ／Ｑ）に数式４および数式５を代入し、その求めた数式に数式８を代入すると、数式１０が求められる。
また、受信素子１１ｅの１次共振周波数Ｆ１ｅ（＝Ｆ１ｄ−８×Ｆ１ｄ／Ｑ）に数式６および数式７を代入し、その求めた数式に数式９を代入すると、数式１１が求められる。

そこで、各受信素子１１ａ〜１１ｅの構造によって決定される共振値Ｑを実測またはシミュレーションにて求め、その共振値Ｑを数式８〜数式１１に代入すれば、受信素子１１ａの長さＬａに対する各受信素子１１ｂ〜１１ｅの長さＬｂ〜Ｌｅを求めることができる。
例えば、共振値Ｑ＝６０の場合には、受信素子１１ａの長さＬａに対して、受信素子１１ｂの長さＬｂ＝約０．９４×Ｌａ、受信素子１１ｃの長さＬｂ＝約０．８８×Ｌａ、受信素子１１ｄの長さＬｄ＝約１．０７×Ｌａ、受信素子１１ｅの長さＬｅ＝約１．１５×Ｌａになる。

［１−４］
前記［１−３］のように各受信素子１１ａ〜１１ｅの長さＬａ〜Ｌｅを異なる値に設定すれば、前記［１−２］の作用・効果を得ることができる。
すなわち、第１実施形態では、各受信素子１１ａ〜１１ｅの共振周波数が一致しないように、各受信素子１１ａ〜１１ｅの長さＬａ〜Ｌｅを不揃いにすることにより、各受信素子１１ａ〜１１ｅ間における音響的クロストークを低減し、検出対象物の位置および距離の測定精度を高めることができる。

そして、第１実施形態によれば、各受信素子１１ａ〜１１ｅの長さＬａ〜Ｌｅだけを異ならせるだけでよく、受信部１０の製造に特別な工程が必要ないため、充填材を充填するための製造工程が必要な特許文献１の技術に比べて、受信部１０の製造コストを低減することができる。

また、第１実施形態によれば、各受信素子１１ａ〜１１ｅの長さＬａ〜Ｌｅだけを異ならせるだけでよく、各受信素子１１ａ〜１１ｅ間には振動が直接伝達しない程度のごく僅かな隙間だけを設ければよいため、充填材の体積分および重量分だけ全体寸法および重量が大きくなる特許文献１の技術に比べて、受信部１０を小型・軽量化することができる。

［１−５］
図６は、第１実施形態の第１変形例を示す斜視図である。
図１に示す例では、各受信素子１１ａ〜１１ｅを長さ方向の一端部が一直線上に揃えられるように配置している。しかし、図６に示す第１変形例のように、各受信素子１１ａ〜１１ｅの両端部を揃えることなく適宜並べて配置してもよい。

図７は、第１実施形態の第２変形例を示す斜視図である。
図１に示す例では、各受信素子１１ａ〜１１ｅを長さＬの順番に並べて配置している。しかし、図７に示す第２変形例のように、各受信素子１１ａ〜１１ｅを長さＬに関係なく適宜並べて配置してもよい。

各受信素子１１ａ〜１１ｅ間における振動伝達が完全に遮断される場合には、図１に示す例と第１変形例または第２変形例とにおける音響的クロストークの低減効果は同じである。
しかし、実際には、各受信素子１１ａ〜１１ｅ間における振動伝達を完全に遮断することはできないため、その振動伝達により、図１に示す例と第１変形例または第２変形例とにおける音響的クロストークの低減効果には若干の違いが生じる。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態における超音波センサの受信部５０の斜視図である。
受信部５０は、５個の受信素子（変換手段）５１ａ〜５１ｅから構成されている。
平板矩形状の各受信素子５１ａ〜５１ｅは、超音波の受信面Ｓを同一方向に向け、長さ方向の両端部がそれぞれ一直線上に揃えられると共に幅方向にほとんど隙間無く並べられることにより、受信面Ｓが面一になるように同一平面上にて１次元配置され、その長さＬおよび厚みＨは同一で、幅Ｂだけが異なるように形成されている。

そして、各受信素子５１ａ〜５１ｅの長さ方向の両端部は、固定部材（図示略）に取り付けられることにより、振動不能に固定されている。
尚、受信部５０は、どのような方法で作製してもよく、例えば、別々に作製した各受信素子５１ａ〜５１ｅを組み立ててもよく、ＭＥＭＳ技術を利用して半導体基板上に一体形成してもよい。
各受信素子５１ａ〜５１ｅの構造は、第１実施形態の各受信素子１１ａ〜１１ｅと同じである。

［第２実施形態の作用・効果］
第２実施形態によれば、第１実施形態の前記［１−１］と同様の作用・効果が得られることに加え、以下の作用・効果を得ることができる。

［２−１］
第１実施形態の前記［１−２］と同様に、受信部５０を構成する各受信素子５１ａ〜５１ｅは、両端が固定された振動板と見なせるため、各受信素子５１ａ〜５１ｅにも図５および数式１に示す関係が成り立つ。

従って、１次共振周波数Ｆ５ａの受信素子５１ａに対して、その両隣に並べて配置された受信素子５１ｂ，５１ｄの１次共振周波数をそれぞれ周波数Ｆ５ｂ，Ｆ５ｄ（＝Ｆ５ａ±８×Ｆ５ａ／Ｑ）に設定しておけば、各受信素子５１ａ，５１ｂ，５１ｄが互いの振動によって受ける影響を１／２５６にすることができる。
つまり、受信素子５１ｂの１次共振周波数をＦ５ｂ（＝Ｆ５ａ＋８×Ｆ５ａ／Ｑ）に設定すればよい。また、受信素子５１ｄの１次共振周波数をＦ５ｄ（＝Ｆ５ａ−８×Ｆ５ａ／Ｑ）に設定すればよい。

同様に、受信素子５１ｂの１次共振周波数Ｆ５ｂ（＝Ｆ５ａ＋８×Ｆ５ａ／Ｑ）に対して、受信素子５１ｂに並べて配置された受信素子５１ｃの１次共振周波数をＦ５ｃ（＝Ｆ５ｂ＋８×Ｆ５ｂ／Ｑ）に設定すればよい。
また、受信素子５１ｄの１次共振周波数Ｆ５ｄ（＝Ｆ５ａ−８×Ｆ５ａ／Ｑ）に対して、受信素子５１ｄに並べて配置された受信素子５１ｅの１次共振周波数をＦ５ｅ（＝Ｆ５ｄ−８×Ｆ５ｄ／Ｑ）に設定すればよい。

このように、各受信素子５１ａ〜５１ｅの１次共振周波数Ｆ５ａ〜Ｆ５ｅを異なる値に設定すれば、各受信素子５１ａ〜５１ｅが互いの振動によって受ける影響を１／２５６というほとんど無視できる小さな値にすることが可能になり、各受信素子５１ａ〜５１ｅ間における音響的クロストークを低減し、検出対象物の位置および距離の測定精度を高めることができる。

［２−２］
第１実施形態の前記［１−３］と同様に、受信部５０を構成する各受信素子５１ａ〜５１ｅは、両端が固定された振動板と見なせるため、各受信素子５１ａ〜５１ｅにも数式２に示す関係が成り立つ。
各受信素子５１ａ〜５１ｅは、長さＬおよび厚みＨが同一で、幅Ｂだけが異なるように形成されているため、長さＬおよび厚みＨを定数とし、各受信素子５１ａ〜５１ｅの幅をＢａ〜Ｂｅとする。

すると、各受信素子５１ａ〜５１ｅの１次共振周波数Ｆ５ａ〜Ｆ５ｅは、数式２から数式１２〜数式１６で表される。尚、β＝Ｈ^３／２／Ｌ^２とする。

そして、受信素子５１ｂの１次共振周波数Ｆ５ｂ（＝Ｆ５ａ＋８×Ｆ５ａ／Ｑ）に数式１２および数式１３を代入すると、数式１７が求められる。
また、受信素子５１ｄの１次共振周波数Ｆ５ｄ（＝Ｆ５ａ−８×Ｆ５ａ／Ｑ）に数式１２および数式１５を代入すると、数式１８が求められる。
また、受信素子５１ｃの１次共振周波数Ｆ５ｃ（＝Ｆ５ｂ＋８×Ｆ５ｂ／Ｑ）に数式１３および数式１４を代入し、その求めた数式に数式１７を代入すると、数式１９が求められる。
また、受信素子５１ｅの１次共振周波数Ｆ５ｅ（＝Ｆ５ｄ−８×Ｆ５ｄ／Ｑ）に数式１５および数式１６を代入し、その求めた数式に数式１８を代入すると、数式２０が求められる。

そこで、各受信素子５１ａ〜５１ｅの構造によって決定される共振値Ｑを実測またはシミュレーションにて求め、その共振値Ｑを数式１７〜数式２０に代入すれば、受信素子５１ａの幅Ｂａに対する各受信素子５１ｂ〜５１ｅの幅Ｂｂ〜Ｂｅを求めることができる。
例えば、共振値Ｑ＝６０の場合には、受信素子５１ａの幅Ｂａに対して、受信素子５１ｂの幅Ｂｂ＝約０．７５×Ｂａ、受信素子５１ｃの幅Ｂｂ＝約０．５６×Ｂａ、受信素子５１ｄの幅Ｂｄ＝約１．２８×Ｂａ、受信素子５１ｅの幅Ｂｅ＝約１．６５×Ｂａになる。

［２−３］
前記［２−２］のように各受信素子５１ａ〜５１ｅの幅Ｂａ〜Ｂｅを異なる値に設定すれば、前記［２−１］の作用・効果を得ることができる。
すなわち、第２実施形態では、各受信素子５１ａ〜５１ｅの共振周波数が一致しないように、各受信素子５１ａ〜５１ｅの幅Ｂａ〜Ｂｅを不揃いにすることにより、各受信素子５１ａ〜５１ｅ間における音響的クロストークを低減し、検出対象物の位置および距離の測定精度を高めることができる。

そして、第２実施形態によれば、各受信素子５１ａ〜５１ｅの幅Ｂａ〜Ｂｅだけを異ならせるだけでよく、受信部５０の製造に特別な工程が必要ないため、充填材を充填するための製造工程が必要な特許文献１の技術に比べて、受信部５０の製造コストを低減することができる。

また、第２実施形態によれば、各受信素子５１ａ〜５１ｅの幅Ｂａ〜Ｂｅだけを異ならせるだけでよく、各受信素子５１ａ〜５１ｅ間には振動が直接伝達しない程度のごく僅かな隙間だけを設ければよいため、充填材の体積分および重量分だけ全体寸法および重量が大きくなる特許文献１の技術に比べて、受信部５０を小型・軽量化することができる。

さらに、第２実施形態では、受信部５０の全体形状が平板矩形状になるため、第１実施形態に比べて、各受信素子５１ａ〜５１ｅの長さ方向の両端部の固定構造を単純化することが可能になり、受信部５０の作製が容易になることから、受信部５０の製造コストを更に低減することができる。

［２−４］
図９は、第２実施形態の変形例を示す斜視図である。
図８に示す例では、各受信素子５１ａ〜５１ｅを幅Ｂの順番に並べて配置している。しかし、図９に示す変形例のように、各受信素子５１ａ〜５１ｅを幅Ｂに関係なく適宜並べて配置してもよい。

各受信素子５１ａ〜５１ｅ間における振動伝達が完全に遮断される場合には、図８に示す例と図９に示す変形例とにおける音響的クロストークの低減効果は同じである。
しかし、実際には、各受信素子５１ａ〜５１ｅ間における振動伝達を完全に遮断することはできないため、その振動伝達により、図８に示す例と図９に示す変形例とにおける音響的クロストークの低減効果には若干の違いが生じる。

（第３実施形態）
図１０は、第３実施形態における超音波センサの受信部６０の斜視図である。
受信部６０は、５個の受信素子（変換手段）６１ａ〜６１ｅから構成されている。
平板矩形状の各受信素子６１ａ〜６１ｅは、超音波の受信面Ｓを同一方向に向け、長さ方向の両端部がそれぞれ一直線上に揃えられると共に幅方向にほとんど隙間無く並べられることにより、受信面Ｓが面一になるように同一平面上にて１次元配置され、その長さＬおよび幅Ｂは同一で、厚みＨだけが異なるように形成されている。

そして、各受信素子６１ａ〜６１ｅの長さ方向の両端部は、固定部材（図示略）に取り付けられることにより、振動不能に固定されている。
尚、受信部６０は、どのような方法で作製してもよく、例えば、別々に作製した各受信素子６１ａ〜６１ｅを組み立ててもよく、ＭＥＭＳ技術を利用して半導体基板上に一体形成してもよい。
各受信素子６１ａ〜６１ｅの構造は、第１実施形態の各受信素子１１ａ〜１１ｅと同じである。

［第３実施形態の作用・効果］
第３実施形態によれば、第１実施形態の前記［１−１］と同様の作用・効果が得られることに加え、以下の作用・効果を得ることができる。

［３−１］
第１実施形態の前記［１−２］と同様に、受信部６０を構成する各受信素子６１ａ〜６１ｅは、両端が固定された振動板と見なせるため、各受信素子６１ａ〜６１ｅにも図５および数式１に示す関係が成り立つ。

従って、１次共振周波数Ｆ６ａの受信素子６１ａに対して、その両隣に並べて配置された受信素子６１ｂ，６１ｄの１次共振周波数をそれぞれ周波数Ｆ６ｂ，Ｆ６ｄ（＝Ｆ６ａ±８×Ｆ６ａ／Ｑ）に設定しておけば、各受信素子６１ａ，６１ｂ，６１ｄが互いの振動によって受ける影響を１／２５６にすることができる。
つまり、受信素子６１ｂの１次共振周波数をＦ６ｂ（＝Ｆ６ａ＋８×Ｆ６ａ／Ｑ）に設定すればよい。また、受信素子６１ｄの１次共振周波数をＦ６ｄ（＝Ｆ６ａ−８×Ｆ６ａ／Ｑ）に設定すればよい。

同様に、受信素子６１ｂの１次共振周波数Ｆ６ｂ（＝Ｆ６ａ＋８×Ｆ６ａ／Ｑ）に対して、受信素子６１ｂに並べて配置された受信素子６１ｃの１次共振周波数をＦ６ｃ（＝Ｆ６ｂ＋８×Ｆ６ｂ／Ｑ）に設定すればよい。
また、受信素子６１ｄの１次共振周波数Ｆ６ｄ（＝Ｆ６ａ−８×Ｆ６ａ／Ｑ）に対して、受信素子６１ｄに並べて配置された受信素子６１ｅの１次共振周波数をＦ６ｅ（＝Ｆ６ｄ−８×Ｆ６ｄ／Ｑ）に設定すればよい。

このように、各受信素子６１ａ〜６１ｅの１次共振周波数Ｆ６ａ〜Ｆ６ｅを異なる値に設定すれば、各受信素子６１ａ〜６１ｅが互いの振動によって受ける影響を１／２５６というほとんど無視できる小さな値にすることが可能になり、各受信素子６１ａ〜６１ｅ間における音響的クロストークを低減し、検出対象物の位置および距離の測定精度を高めることができる。

［３−２］
第１実施形態の前記［１−３］と同様に、受信部６０を構成する各受信素子６１ａ〜６１ｅは、両端が固定された振動板と見なせるため、各受信素子６１ａ〜６１ｅにも数式２に示す関係が成り立つ。
各受信素子６１ａ〜６１ｅは、長さＬおよび幅Ｂが同一で、厚みＨだけが異なるように形成されているため、長さＬおよび幅Ｂを定数とし、各受信素子６１ａ〜６１ｅの厚みをＨａ〜Ｈｅとする。

すると、各受信素子６１ａ〜６１ｅの１次共振周波数Ｆ６ａ〜Ｆ６ｅは、数式２から数式２１〜数式２５で表される。尚、γ＝Ｂ^１／２／Ｌ^２とする。

そして、受信素子６１ｂの１次共振周波数Ｆ６ｂ（＝Ｆ６ａ＋８×Ｆ６ａ／Ｑ）に数式２１および数式２２を代入すると、数式２６が求められる。
また、受信素子６１ｄの１次共振周波数Ｆ６ｄ（＝Ｆ６ａ−８×Ｆ６ａ／Ｑ）に数式２１および数式２４を代入すると、数式２７が求められる。
また、受信素子６１ｃの１次共振周波数Ｆ６ｃ（＝Ｆ６ｂ＋８×Ｆ６ｂ／Ｑ）に数式２２および数式２３を代入し、その求めた数式に数式２６を代入すると、数式２８が求められる。
また、受信素子６１ｅの１次共振周波数Ｆ６ｅ（＝Ｆ６ｄ−８×Ｆ６ｄ／Ｑ）に数式２４および数式２５を代入し、その求めた数式に数式２７を代入すると、数式２９が求められる。

そこで、各受信素子６１ａ〜６１ｅの構造によって決定される共振値Ｑを実測またはシミュレーションにて求め、その共振値Ｑを数式２６〜数式２９に代入すれば、受信素子６１ａの厚みＨａに対する各受信素子６１ｂ〜６１ｅの厚みＨｂ〜Ｂｅを求めることができる。
例えば、共振値Ｑ＝６０の場合には、受信素子６１ａの厚みＨａに対して、受信素子６１ｂの厚みＨｂ＝約０．９１×Ｈａ、受信素子６１ｃの厚みＨｂ＝約０．８３×Ｈａ、受信素子６１ｄの厚みＨｄ＝約１．０９×Ｈａ、受信素子６１ｅの厚みＨｅ＝約１．１８×Ｈａになる。

［３−３］
前記［３−２］のように各受信素子６１ａ〜６１ｅの厚みＨａ〜Ｈｅを異なる値に設定すれば、前記［３−１］の作用・効果を得ることができる。
すなわち、第３実施形態では、各受信素子６１ａ〜６１ｅの共振周波数が一致しないように、各受信素子６１ａ〜６１ｅの厚みＨａ〜Ｈｅを不揃いにすることにより、各受信素子６１ａ〜６１ｅ間における音響的クロストークを低減し、検出対象物の位置および距離の測定精度を高めることができる。

そして、第３実施形態によれば、各受信素子６１ａ〜６１ｅの厚みＨａ〜Ｈｅだけを異ならせるだけでよく、受信部６０の製造に特別な工程が必要ないため、充填材を充填するための製造工程が必要な特許文献１の技術に比べて、受信部６０の製造コストを低減することができる。

また、第３実施形態によれば、各受信素子６１ａ〜６１ｅの厚みＨａ〜Ｈｅだけを異ならせるだけでよく、各受信素子６１ａ〜６１ｅ間には振動が直接伝達しない程度のごく僅かな隙間だけを設ければよいため、充填材の体積分および重量分だけ全体寸法および重量が大きくなる特許文献１の技術に比べて、受信部６０を小型・軽量化することができる。

さらに、第３実施形態では、第２実施形態と同様に、受信部６０の全体形状が平板矩形状になるため、第１実施形態に比べて、各受信素子６１ａ〜６１ｅの長さ方向の両端部の固定構造を単純化することが可能になり、受信部６０の作製が容易になることから、受信部６０の製造コストを更に低減することができる。

そして、第３実施形態では、第２実施形態に比べて、受信部６０の幅が小さくなり、受信部６０を上方から見た平面寸法が小さくなるため、受信部６０をパッケージ（図示略）に収容した場合の体積を小さくすることが可能になり、受信部６０を更に小型・軽量化することができる。

［３−４］
図１１は、第３実施形態の第１変形例を示す斜視図である。
図１２は、第３実施形態の第２変形例を示す斜視図である。
図１０に示す例では、各受信素子６１ａ〜６１ｅの受信面Ｓが面一になるように配置されている。
しかし、図１１に示す第１変形例のように、各受信素子６１ａ〜６１ｅの受信面Ｓの裏面が面一になるように配置してもよい。
また、図１２に示す第２変形例のように、各受信素子６１ａ〜６１ｅの受信面Ｓおよびその裏面の両方を面一にすることなく適宜並べて配置してもよい。

但し、各受信素子６１ａ〜６１ｅの受信面Ｓを面一にした方が、検出対象物の位置および距離の測定精度を高めることができる。また、第１変形例または第２変形例のように、各受信素子６１ａ〜６１ｅの受信面Ｓが面一になっていない場合には、各受信素子６１ａ〜６１ｅで受信した超音波のタイミングのずれを補正しなければならず、受信部６０が生成した電気信号を処理するのに複雑な信号処理回路が必要になる。
それに対して、各受信素子６１ａ〜６１ｅの受信面Ｓを面一にすれば、各受信素子６１ａ〜６１ｅで受信した超音波のタイミングのずれを補正する必要がなく、受信部６０が生成した電気信号を処理する信号処理回路を簡略化できる。

［３−５］
図１３は、第３実施形態の第３変形例を示す斜視図である。
図１０に示す例では、各受信素子６１ａ〜６１ｅを厚みＨの順番に並べて配置している。しかし、図１３に示す第３変形例のように、各受信素子６１ａ〜６１ｅを厚みＨに関係なく適宜並べて配置してもよい。

各受信素子６１ａ〜６１ｅ間における振動伝達が完全に遮断される場合には、図１０に示す例と第３変形例とにおける音響的クロストークの低減効果は同じである。
しかし、実際には、各受信素子６１ａ〜６１ｅ間における振動伝達を完全に遮断することはできないため、その振動伝達により、図１０に示す例と第３変形例とにおける音響的クロストークの低減効果には若干の違いが生じる。

（第４実施形態）
図１４は、第４実施形態における超音波センサの受信部７０の斜視図である。
受信部７０は、９個の受信素子（変換手段）７１ａ〜７１ｉから構成されている。
平板矩形状の各受信素子７１ａ〜７１ｉは、超音波の受信面Ｓを同一方向に向け、ほとんど隙間無く並べられることにより、受信面Ｓが面一になるように同一平面上にて縦横方向に２次元配置され、その長さ，幅，厚みはそれぞれ異なる寸法に形成されている。

そして、各受信素子７１ａ〜７１ｉの長さ方向または幅方向の両端部は、固定部材（図示略）に取り付けられることにより、振動不能に固定されている。
尚、受信部７０は、どのような方法で作製してもよく、例えば、別々に作製した各受信素子７１ａ〜７１ｉを組み立ててもよく、ＭＥＭＳ技術を利用して半導体基板上に一体形成してもよい。
各受信素子７１ａ〜７１ｉの構造は、第１実施形態の各受信素子１１ａ〜１１ｅと同じである。

［第４実施形態の作用・効果］
第４実施形態において、各受信素子７１ａ〜７１ｉの１次共振周波数が異なる値になるように、その長さ，幅，厚みを第１〜第３実施形態と同様に適宜設定すれば、第１実施形態の前記［１−１］〜［１−４］と同様の作用・効果が得られる。
加えて、第４実施形態によれば、各受信素子７１ａ〜７１ｉを２次元配置することにより、検出対象物の位置および距離の測定精度を更に高めることができる。

［別の実施形態］
ところで、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、上記各実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。

［別例１］
第１〜第３実施形態の受信部１０，５０，６０は５個の受信素子１１ａ〜１１ｅ，５１ａ〜５１ｅ，６１ａ〜６１ｅから構成され、第４実施形態の受信部７０は９個の受信素子７１ａ〜７１ｅから構成されているが、受信部を構成する受信素子の個数は検出対象物の位置および距離の測定精度に対応し、受信素子の個数を増やすほど当該精度を高くすることができる。
そのため、受信素子の個数および配置間隔は、必要な前記測定精度に応じてカット・アンド・トライで実験的に最適値を見つけて設定すればよい。

［別例２］
数式１より、図５に示す１次共振周波数ｆ１から±７×ｆ１／Ｑだけずれた周波数ｆ（＝ｆ１±７×ｆ１／Ｑ）における変位ｘは、変位の最大値Ｘmaxの約１／１００になる。

従って、第１実施形態において、１次共振周波数Ｆ１ａの受信素子１１ａに対して、その両隣に並べて配置された受信素子１１ｂ，１１ｄの１次共振周波数をそれぞれ周波数Ｆ１ｂ，Ｆ１ｄ（＝Ｆ１ａ±７×Ｆ１ａ／Ｑ）に設定しておけば、各受信素子１１ａ，１１ｂ，１１ｄが互いの振動によって受ける影響を約１／１００にすることができる。
つまり、受信素子１１ｂの１次共振周波数をＦ１ｂ（＝Ｆ１ａ＋７×Ｆ１ａ／Ｑ）に設定すればよい。また、受信素子１１ｄの１次共振周波数をＦ１ｄ（＝Ｆ１ａ−７×Ｆ１ａ／Ｑ）に設定すればよい。

同様に、受信素子１１ｂの１次共振周波数Ｆ１ｂ（＝Ｆ１ａ＋７×Ｆ１ａ／Ｑ）に対して、受信素子１１ｂに並べて配置された受信素子１１ｃの１次共振周波数をＦ１ｃ（＝Ｆ１ｂ＋７×Ｆ１ｂ／Ｑ）に設定すればよい。
また、受信素子１１ｄの１次共振周波数Ｆ１ｄ（＝Ｆ１ａ−７×Ｆ１ａ／Ｑ）に対して、受信素子１１ｄに並べて配置された受信素子１１ｅの１次共振周波数をＦ１ｅ（＝Ｆ１ｄ−７×Ｆ１ｄ／Ｑ）に設定すればよい。

このように、各受信素子１１ａ〜１１ｅの１次共振周波数Ｆ１ａ〜Ｆ１ｅを異なる値に設定すれば、各受信素子１１ａ〜１１ｅが互いの振動によって受ける影響を約１／１００というほとんど無視できる小さな値にすることが可能になり、第１実施形態の１／２５６には劣るものの、ほぼ同等の効果を得ることができる。

すなわち、数式３０における係数ｎを大きな値に設定するほど、各受信素子１１ａ〜１１ｅの１次共振周波数Ｆ１ａ〜Ｆ１ｅの差が大きくなるため、各受信素子１１ａ〜１１ｅが互いの振動によって受ける影響が小さくなり、検出対象物の位置および距離の測定精度を高くできる。
しかし、数式３０における係数ｎを大きな値に設定するほど、各受信素子１１ａ〜１１ｅの長さＬの差が大きくなり、受信部１０の全体寸法および重量も大きくなる。

従って、係数ｎの値は、必要な前記測定精度に応じてカット・アンド・トライで実験的に最適値を見つけて設定すればよいが、第１実施形態および前記例のように、ｎ＝８またはｎ＝７に設定すれば実用上十分な効果が得られる。

ｆ＝ｆ１±ｎ×ｆ１／Ｑ ………（数式３０）

尚、第２〜第４実施形態においても、第１実施形態と同様に、係数ｎの値は必要な前記測定精度に応じて適宜設定すればよいが、ｎ＝８またはｎ＝７に設定すれば実用上十分な効果が得られる。

［別例３］
第１〜第３実施形態の受信部１０，５０，６０を構成する受信素子１１ａ〜１１ｅ，５１ａ〜５１ｅ，６１ａ〜６１ｅは、長さ方向の両端部が振動不能に固定されている。
しかし、各受信素子１１ａ〜１１ｅ，５１ａ〜５１ｅ，６１ａ〜６１ｅの長さ方向の一端部のみを振動不能に固定してもよい。
また、第４実施形態の受信部７０を構成する受信素子７１ａ〜７１ｉは、長さ方向または幅方向の両端部が振動不能に固定されている。
しかし、各受信素子７１ａ〜７１ｉの長さ方向または幅方向の一端部のみを振動不能に固定してもよい。

［別例４］
第１，第２，第４実施形態の受信部１０，５０，７０を構成する各受信素子１１ａ〜１１ｅ，５１ａ〜５１ｅ，６１ａ〜６１ｅ，７１ａ〜７１ｉは、受信面Ｓが面一になるように配置されている。
しかし、受信部１０，５０，７０を構成する各受信素子についても、第３実施形態の第１変形例（図１１）または第２変形例（図１２）と同様に、受信面Ｓを面一にすることなく適宜並べて配置してもよい。

［別例５］
上記各実施形態は超音波センサの受信部に適用したものであるが、本発明は電気信号を超音波に変換して発信する超音波センサの発信部に適用してもよい。
すなわち、受信部１０，５０，６０，７０の各受信素子１１ａ〜１１ｅ，５１ａ〜５１ｅ，６１ａ〜６１ｅ，７１ａ〜７１ｉを、発信部の各発信素子（変換手段）として機能させてもよい。この場合、各受信素子の受信面Ｓは、発信素子から超音波を発信する発信面となる。

例えば、各発信素子を図２に示す第１構造例（圧電式）にした場合には、下部電極２１と電極２２ａ〜２２ｅとに印加される電気信号に応じて、複合圧電体２３が圧電効果により振動して電極２２ａ〜２２ｅから超音波が発信する。
また、各発信素子を図３に示す第２構造例（圧電式）にした場合には、下部電極２１と電極２２ａ〜２２ｅとに印加される電気信号に応じて、誘電体層３１が圧電効果により振動して電極２２ａ〜２２ｅから超音波が発信する。
また、各発信素子を図４に示す第３構造例（コンデンサ式）にした場合には、下部電極２１と電極２２ａ〜２２ｅとに印加される電気信号に応じて、下部電極２１と電極２２ａ〜２２ｅとの間に静電引力が発生し、その静電引力により電極２２ａ〜２２ｅが振動して超音波が発生する。

このように、受信部の各受信素子を発信部の各発信素子として機能させた場合には、各発信素子の１次共振周波数が異なる値に設定されているため、各発信素子から発信される超音波を和音にすることができる。

本発明を具体化した第１実施形態第１実施形態における超音波センサの受信部１０の斜視図。 受信部１０を構成する受信素子１１ａ，１１ｂ，１１ｄの第１構造例を示す概略縦断面図。 受信部１０を構成する受信素子１１ａ，１１ｂ，１１ｄの第２構造例を示す概略縦断面図。 受信部１０を構成する受信素子１１ａ，１１ｂ，１１ｄの第３構造例を示す概略縦断面図。 両端が固定された振動板の周波数ｆと振動の変位ｘとの関係である共振特性を示す特性図。 第１実施形態の第１変形例を示す斜視図。 第１実施形態の第２変形例を示す斜視図。 本発明を具体化した第２実施形態における超音波センサの受信部５０の斜視図。 第２実施形態の変形例を示す斜視図。 本発明を具体化した第３実施形態における超音波センサの受信部６０の斜視図。 第３実施形態の第１変形例を示す斜視図。 第３実施形態の第２変形例を示す斜視図。 第３実施形態の第３変形例を示す斜視図。 本発明を具体化した第４実施形態における超音波センサの受信部７０の斜視図。

符号の説明

１０，５０，６０，７０…超音波センサの受信部または発信部
１１ａ〜１１ｅ，５１ａ〜５１ｅ，６１ａ〜６１ｅ，７１ａ〜７１ｉ…変換手段としての受信素子または発信素子
Ｓ…受信面または発信面

Claims (11)

1. 受信した超音波を電気信号に変換するか又は電気信号を超音波に変換して発信する複数個の変換手段を備え、各変換手段の１次共振周波数が一致しないように、当該各変換手段の寸法を不揃いにしたことを特徴とする超音波センサ。
2. 請求項１に記載の超音波センサにおいて、
   前記各変換手段は平板矩形状であり、
   前記各変換手段は、超音波を受信するための受信面または超音波を発信するための発信面を同一方向に向け、長さ方向の一端部が一直線上に揃えられると共に幅方向に並べられることにより、同一平面上にて１次元配置され、その幅および厚みは同一で、長さだけが異なるように形成されていることを特徴とする超音波センサ。
3. 請求項１に記載の超音波センサにおいて、
   前記各変換手段は平板矩形状であり、
   前記各変換手段は、超音波を受信するための受信面または超音波を発信するための発信面を同一方向に向け、長さ方向の両端部がそれぞれ一直線上に揃えられると共に幅方向に並べられることにより、同一平面上にて１次元配置され、その長さおよび厚みは同一で、幅だけが異なるように形成されていることを特徴とする超音波センサ。
4. 請求項１に記載の超音波センサにおいて、
   前記各変換手段は平板矩形状であり、
   前記各変換手段は、超音波を受信するための受信面または超音波を発信するための発信面を同一方向に向け、長さ方向の両端部がそれぞれ一直線上に揃えられると共に幅方向に並べられることにより、同一平面上にて１次元配置され、その長さおよび幅は同一で、厚みだけが異なるように形成されていることを特徴とする超音波センサ。
5. 請求項１に記載の超音波センサにおいて、
   前記各変換手段は平板矩形状であり、
   前記各変換手段は、超音波を受信するための受信面または超音波を発信するための発信面を同一方向に向けて並べられることにより、同一平面上にて縦横方向に２次元配置され、その長さ，幅，厚みはそれぞれ異なる寸法に形成されていることを特徴とする超音波センサ。
6. 請求項２〜５のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、
   前記各変換手段は、前記受信面または前記発信面が面一になるように配置されていることを特徴とする超音波センサ。
7. 請求項２〜６のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、
   前記各変換手段は、その長さ方向の両端部が振動不能に固定されていることを特徴とする超音波センサ。
8. 請求項７に記載の超音波センサにおいて、
   前記各変換手段の共振値Ｑは同一であり、
   前記各変換手段のうちの任意の変換手段の１次共振周波数ｆ１に対して、当該変換手段の次に寸法が大きいか又は小さい変換手段の１次共振周波数ｆが、整数である任意の係数ｎを用いて、以下の数式で表されることを特徴とする超音波センサ。
   
   ｆ＝ｆ１±ｎ×ｆ１／Ｑ
9. 請求項８に記載の超音波センサにおいて、
   前記係数ｎ＝７または前記係数ｎ＝８であることを特徴とする超音波センサ。
10. 請求項８または請求項９に記載の超音波センサにおいて、
    前記各変換手段の長さＬ、幅Ｂ、厚みＨ、１次共振周波数ｆは、以下の数式で表されることを特徴とする超音波センサ。
    
    ｆ＝（Ｂ×Ｈ^３）^１／２／Ｌ^２
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の超音波センサにおいて、
    前記変換手段は、圧電式または静電容量式であることを特徴とする超音波センサ。
    

Images