JPH0114760B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波の送受信を信号で検出できる
容量型静電式変換器に関し、特に超音波測距機構
に用ひる変換器に関するものである。

写真機のレンズの焦点合せ用超音波測距機構は
既に先行技術により各種のものが開示されてきて
いる。即ち、カメラの焦点合せ可能のレンズ用測
距機構として、多数の周波数を含む超音波エネル
ギーをバーストとして送受信し、その応答により
作動せしめるものが既に知られている。この装置
によりカメラを扱う人は、比較的短時間で測距焦
点合せ及びシヤツター機構を動かせる様になつ
た。

この測距機構は、前記の超音波エネルギーをバ
ーストとして送受信するための容量型静電式変換
器を用いている。

カメラの焦点合せにとつて、この様なカメラの
測距機構についている変換器は、信号を送つた後
にその信号の反射が前記変換器にとどく前に変換
器の膜板の振動を急速に消滅する様な高度の機械
的減衰機能を備えていなければならない。変換器
の膜板が送信後振動すなわち、残響持続時間が長
過ぎると、測距機構は膜板の振動を送信した信号
の反射信号と誤つて判断し、焦点合せを間違つて
しまうことになる。この様な残響現象の結果とし
て、測距機構が作動可能な最も近接した検出対象
物の距離は変換器の膜板の振動を、信号を送つた
後に消滅させるに要する時間によつてきめられ
る。

超音波エネルギーを送つたり、反射を感知でき
る容量型静電式変換器は米国特許番号4081626で
MUGGLI他により記されている。その変換器で
は、片面を金属化して電極にした薄いプラスチツ
クフイルムを比較的厚い金属性の反対電極（以後
背板と称する）上に該背板と前記フイルムの非伝
導面とが接触するようにかぶせている。背板と絶
縁フイルムにより隔てられているフイルムの金属
化した表面はコンデンサを形成し、直流のバイア
ス電圧がこのコンデンサの両電極間に与えられる
と、背板の表面にある凸凹により、局部的に集中
した電場がフイルム上に生ずる。送信モードの作
動時に、直流バイアスに信号が重畳されると、フ
イルムは圧力を受け振動が起り、金属化表面を有
するフイルムをもつた膜板から超音波エネルギー
すなわち、音響波面が伝播される。受信モードの
作動には、膜板上の種々の超音波圧力波は絶縁フ
イルムを変形させ、前記両電極間に種々の電圧が
発生する。

変換器の超音波圧力波に対する感度は、変換器
の容量を減少することにより改良される。変換器
の容量を減少する方法の１つは、膜板に接してい
る変換器の背板の表面をサンドブラスト等で粗く
することである。変換器の大量生産工程におい
て、変換器の容量を一定とするために、前記の
MUGGLI他の特許では交換器背板の膜板に接し
ている表面に規則的な細みぞを形成することを提
案している。

前記のMUGGLI他の特許に記載されている如
く、サンドブラストをかけたり、規則的な細みぞ
を形成した変換器背板の膜板に接する表面によつ
て変換器の容量が減少し、変換器の感度が向上す
る。しかしながら、変換器と膜板との接触面積
は、前述の表面加工により減少し、変換器の感度
を向上させることができるが、信号を送つた後
に、変換器膜板の振動を止めるに要する時間が増
加することにもなる。前記の如く、送受信兼用静
電式変換器を有する測距機構において、信頼性の
ある測距を得るためには振動時間すなわち残響時
間の増加は必然的に対象物の最小検出距離を大き
くしなければならない。

従つて本願発明は、変換器の感度を向上すると
ともに、信号を送つた後の残響時間の短い静電変
換器を提供することを目的とする。

本願発明によつて最適の感度と減衰特性をもつ
た送受信兼用容量型静電式変換器が下記の如くに
して得られる。すなわち変換器は、電導材で形成
されて少なくとも１つの主面を有する比較的非可
撓性の背板と、前記背板の主表面上に設けられた
絶縁材の層と、該絶縁材の層と緊密に接合した比
較的可撓性の電導材の層を備えている。前記背板
の主表面は、溝によつて互いに隔離している一連
の突起物が形成され、これら突起物の頂部は多数
の凹凸部を有してはいるが総体的には連続した仮
想曲面又は平面を画定している。該凸部すなわち
隆部は平均直径が0.005乃至0.025mm程度であり、
該凹部を除いた部分の前記仮想連続面の面積は連
続面の全体面積の50乃至70％程度である。前記の
凸凹の数と大きさをこのように調整することによ
つて、前記の電導及絶縁層の振動の最適の減衰お
よびそれに印加される超音波圧力波に対する最適
感度が得られる。

さて、添付図面特に第１図と第２図において、
参照数字１０は、本発明による好ましい実施例を
組込んだ静電式変換器組立体を示す。変換器組立
体１０には、開放端１４とスクリーン状端１６を
有する断面円形のカバー１２がある。該カバー１
２には２つの円筒形部分１８と２０がありその横
断面の直径は異つていて２つの円筒形部分の間
に、肩部２２がある。肩部はカバー１２のスクリ
ーン状端１６のスクリーンに平行に平面状に位置
している。

円形膜板２４は比較的薄いプラスチツクの誘電
体のフイルム材料、たとえばKaptonと云う商品
名で販売されているフイルム材料で出来ていて、
その片面は金属化してある。

変換器１０の主支持ハウジングであるプラスチ
ツクの内側リング２６は、円筒形の形をしてお
り、円形断面を有し、且つその一端から外側に横
方向に延びるフランジ２８がついている。膜板緊
張ばね３４をとりつけ保持するための、１対のＴ
型のばね取付用スロツト３０，３２が前記ハウジ
ング２６の円筒形壁上の直径方向に相対する部分
に打抜かれている。

膜板２４は、カバー１２の開放端１４に挿入さ
れ、膜板の金属状面は前記カバー１２のスクリー
ン端１６に面し、膜板２４の環状部が肩部２２に
着坐するようになつている。ついで内側リング２
６のフランジ端２８は、前記カバー１２の前記開
放端１４に挿入され、前記フランジ端２８が膜板
２４の金属状でない面を均一に押え付けるように
される。膜板２４の外周と内側リング２６のフラ
ンジ端２８とは、カバー１２に対して固定され
る。この固定はカバーの開放端をクリンプもしく
は折り曲げ膜板の外周と内側リングのフランジ２
８とを、カバー１２の肩部２２と、カバー１２の
折り曲げられた端部との間にサウンドウイツチ状
にはさむようにして固定される。

金属製背板３６は、かなり厚くて実質的に非可
撓性の円板状であり、片面には凹面を有し、該凹
面の反対側には多くの同心溝をもつた凸面を有す
る。背板３６を凸面にするのは背板が膜板２４と
均一に密着するのを助けるためである。多数の溝
を有する前記背板３６の凸面は、本発明の技術思
想を具現する構造上の特色であり、これについて
は以下に更に説明する。

背板３６はその溝をもつた凸面が膜板２４に面
するように、ハウジング２６のフランジのない方
の端部から挿入されて、膜板２４の非金属化面と
接している。背板３６が膜板２４に接した状態
で、膜板緊張用板ばね３４をＴ型スロツト３２，
３０に挿入し、ばねの舌状端３８，４０が前記Ｔ
型スロツト３０，３２の垂直部分に弾性的に押し
こまれ、それにより板ばね３４がハウジング２６
の円筒形壁に固定される。かくして背板３６は、
膜板２４と密着し、該膜板２４に適当な緊張を与
える。

前述のMUGGLI他の特許に説明されているよ
うに、既知の測距機構は、直流バイアス電圧と交
流信号を、金属カバー１２の結合部４２を通じて
金属表面膜２４および、板ばね３４の結合端を通
じて金属背板３６へ与え、それにより超音波エネ
ルギーを検知せんとする目標に向つて送られる。
変換器１０に衝突した送信の反射又は反響は、目
標検知信号を、カバー１２の結合部４２と板ばね
３４の結合端との間に発生させる。この目標検知
信号は、目標までの距離を決定するため測距機構
の別の部分により利用される。

例えば、変換器膜板に接している変換器背板の
凸面の不規則性は、既に述べた様に、変換器１０
の正しい作動のために必要なものである。ある限
度内でこの背板と膜板との密着度を減らすと、比
較的低いレベルの反射された超音波エネルギーに
対する変換器の感度を増加する。しかし乍ら、膜
板と背板との接触可能全面積に対してある特定の
割合以下に実際の膜板と背板との接触面積が減少
すると、前記変換器膜板の駆動力が終つた後も、
過度に長い期間、変換器膜板が振動し、響鳴する
ことになる。減衰時間がこの様に長すぎると、測
距機構は目標を検知して生じた検知信号と、膜板
の残響により生じた信号とを見分けることができ
ないので、最小目標検知距離は必然的に増加す
る。背板３６と変換器ブロツク１０の設計は、変
換器の残響を最小にすると同時に、比較的低いレ
ベルの超音波エネルギーに対する変換器の感度を
最大にすることである。背板３６の設計の詳細を
第３図乃至第６図に示す。

第３図は、第１図及び第２図にある変換器ブロ
ツク１０の比較的非可撓性の背板３６を上から見
たものである。背板３６は円盤上の形をしてお
り、図に示す様に一方の側にクラウンがつき背板
３６の中心部が、端部より高くなつている。背板
３６のクラウンのついた側の表面には、同心の均
等に隔離した多数の溝によつて形成される多数の
均等間隔で並んでいる円状突起がある。背板３６
はアルミニウムでつくられるのが好ましいが、非
電導性材料でその表面を金属化してつくつてもよ
い。背板３６の凸面にある同心の溝と突起物を第
４図に更に拡大して詳細に示す。

第４図は、第３図の線４―４に沿つた背板３６
の拡大断面図である。第４図で、背板３６の片面
は凹面４４となり、反対側は、凸面４６である。
凸面４６には、実質的に矩形の断面をもつた多数
の同心の溝が設けられ、それによつて多数の均一
に隔離した突起物５０を形成している。実際には
溝４８の側壁５１には約15゜の角度があつて、前
記４８の溝を形成す押型を背板３６から容易に取
り外せる様になつている。背板の両面４４，４６
は平面、凸面又は凹面の各種組合せがあり得る
が、第４図に示される様に、凹凸面とするのが好
ましい。

変換器１０を完全に組立てると（第１図及び第
２図）膜板２４の非電導性面は、前記突起物５０
の頂部５２の突起面に密着する。第４図の上方か
ら頂部５２を微視的に見ると、該頂部５２は概ね
第５図に示す様な構造組織となつている。第５図
の線６―６に沿つた断面図を示す第６図は前記頂
部５２の概略の構造組織を正面図で示している。

第５図と第６図に示す様に、頂部５２は多数の
微小な凸部５４と凹部５６で形成されており、凸
部は0.005乃至0.025mm程度の平均直径を有し、
又、凹部を除いた部分の仮想面積は表面５８の全
体の50乃至70％程度である。仮想表面５８の輪郭
につくられた頂部５２上の凸部５４の表面上の凡
ての点は、理想的につくられた場合―実際にはそ
うはならないが―前記仮想表面５８から0.005mm
以上離れていてはならない。頂部５２の凸部は円
形であることはめつたにない。従つてこれら凸部
に関して用いられる「平均直径」なる語は、前記
頂部上の凸部の頂部面積に等しい面積を有する円
形の平均直径を意味しているのである。ここに仮
想表面と称しているものは、前記頂部５２に凹部
５６を形成する前の、突起部５０の頂部５２の全
凸状表面（もしも背板３６の凸状面が凸状でなく
平面状につくられるならば全平面状表面）を意味
している。仮想表面を定義したのは、前記頂部５
２を形成している凸部と凹部との説明を容易にす
るためである。

背板３６の頂部５２にある凹部５６は、周知の
放電加工（EDM）によつて形成することができ
る。EDMのプロセスは、一連の非常に高い周波
数の火花を、電極として用いられる軟い材料の工
具から放電して固い材料を分解して凹みを形成す
る。殆んどあらゆる形の孔をきわめて誤差少なく
作ることができる。火花放電は、絶縁液中で工具
と被加工物との間の間隙に発生し、電極が進行す
るにつれて被加工物の小部分を蒸発させる。

前記背板を、たとえば上記のEDMプロセスな
どで加工すれば、前述のような特定の寸法をもつ
た凸部や凹部を背板３６の突起物５２の頂部に非
常に正確に形成することができる。しかし乍ら、
この様な加工法では、多量生産に於てはかなり高
価になる。前述の如き構造組織を有する変換器の
背板は、コイン鋳造ダイスプレス作業で、所望の
構造組織と相補的表面をもつたダイスを用いるこ
とにより形成することができる。しかし乍ら、コ
イン鋳造方式を用いた場合背板の金属流れの問題
があらたに起る。この問題は前記ダイスの構造組
織面を背板に押圧しているときに、ダイスの圧力
を変える方法を用いたり、背板３６にあらかじめ
少し深い溝４８を形成し、背板に構造組織をつけ
てゆくに従つて、逐次その溝を流出背板金属が埋
めるようにすることによつて解決することができ
る。

膜板と接する突起物の頂部に、前述の如き範囲
内の寸法の凸凹部を形成した背板を備えた送受信
用静電式変換器は、比較的接近してる目標に対し
ても、また遠くの目標から反射してくる比較的低
いレベルの超音波エネルギーに対しても最適の検
出能力をもつている。

本発明についての前述の説明から、本発明の範
囲から逸脱することなく種々の改良や改善をなし
得ることは当業者にとつて明らかであろう。ここ
に記した実施例は、単なる例示であつて、本発明
を具現する唯一のものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による最適の感度と減衰の技
術思想を具現した静電式変換器組立体の、一部切
断した立面図；第２図は、第１図の静電式変換の
分解透視図、第３図は、第１図及び第２図にある
静電式変換器組立体変換器背板の平面図、第４図
は、第３図の線４―４に沿つた断面を拡大した図
面、第５図は、第４図の変換器背板の突起物の一
つについてその頂部を形成している表面上の凸
部、凹部を拡大した平図面。第６図は、第５図の
線６―６に沿つた断面を示す図面である。 参図番号の説明、１０……静電式変換器組立
体、１２……カバー、１６……スクリーン状端、
２４……膜板、２６……ハウジング、３４……緊
張板ばね、３６……背板、５０……突起物、５２
……突起物の頂部、５４……凸部（隆部）、５６
……凹部、５８……仮想表面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少くとも１つの主表面が導電性材料からつく
   られている比較的非可撓性の背板と、前記背板の
   主表面に配設された絶縁材料の層と、該絶縁材料
   の層と緊密に接している導電性材料の比較的可撓
   性の層とを備え、前記主表面は溝を介在して互い
   に離隔している複数の同心の環状突起物により画
   定され、該突起物のそれぞれの頂部は多数の不規
   則形状の凸部と凹部を有しているが実質的に連続
   状の１つの仮想曲面または平面を画定し、該凸部
   は0.005乃至0.025mm程度の平均直径を有しまた前
   記仮想表面の前記凹部を除いた部分の面積は該仮
   想表面の全面積の50乃至70％程度であることを特
   徴とする静電変換器。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記凸部は
   前記仮想表面からほぼ0.005mm高くなつているこ
   とを特徴とする静電変換器。