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特許7288562超音波トランスデューサーアレイ及び超音波フェイズドアレイセンサー
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-05-30
(45)【発行日】2023-06-07
(54)【発明の名称】超音波トランスデューサーアレイ及び超音波フェイズドアレイセンサー
(51)【国際特許分類】
H04R 17/00 20060101AFI20230531BHJP
【ＦＩ】
H04R17/00 332B
【請求項の数】
18
(21)【出願番号】P 2023515609
(86)(22)【出願日】2022-12-08
(86)【国際出願番号】 JP2022045251
【審査請求日】2023-03-08
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000175722
【氏名又は名称】サンコール株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001597
【氏名又は名称】弁理士法人アローレインターナショナル
(72)【発明者】
【氏名】高杉 知
【審査官】佐久 聖子
(56)【参考文献】
【文献】特許第７０２３４３６（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特開２０２１－１１４７４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－１１７１５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５７－１９７９９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－１５５８６３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ １／７２－１／８２
３／８０－３／８６
５／１８－５／３０
７／５２－７／６４
Ｈ０４Ｒ １／００－１／４４
３／００
７／００
９／００
１３／００
１５／００
１７／００、１７／１０
１９／００
２３／００
２９／００
３１／００
ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
厚み方向一方側の第１面及び厚み方向他方側の第２面を有する剛性の支持板であって、第１及び第２面の間を貫通する複数の貫通孔を含む貫通孔群が設けられた支持板と、前記複数の貫通孔を覆うように前記支持板の第１面に固着された可撓性樹脂膜と、
平面視において中央領域が対応する貫通孔と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第１面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の貫通孔と同数の圧電素子とを備え、
前記複数の圧電素子は、所定駆動周波数の駆動電圧信号の印加に応じて超音波を発生する送信用トランスデューサーを形成する複数の送信用圧電素子と、超音波の受信に応じて受信電圧信号を発生する受信用トランスデューサーを形成する一又は複数の受信用圧電素子とを含み、
前記送信用トランスデューサーは前記駆動周波数の駆動電圧信号の印加に応じて共振せずに超音波を発生する非共振型とされる一方で、前記受信用トランスデューサーは前記駆動周波数に応じた周波数の超音波の受信によって共振する共振型とされていることを特徴とする超音波トランスデューサーアレイ。
【請求項2】
前記貫通孔群は、前記支持板のＸ－Ｙ平面のＸ方向に所定のＸ方向配列ピッチで配置されたｍ個（ｍは３以上の整数）の前記貫通孔によって形成されるＸ方向列を有していることを特徴とする請求項１に記載の超音波トランスデューサーアレイ。【請求項3】
前記貫通孔群は、一の基準Ｘ方向列と前記基準Ｘ方向列のＹ方向に所定のＹ方向配列ピッチで配列された一又は複数の並列Ｘ方向列とを有し、前記一又は複数の受信用圧電素子は、前記基準Ｘ方向列を形成する一又は複数の貫通孔を平面視において覆うように配置され、
前記送信用圧電素子のうち、前記受信用圧電素子のＹ方向に隣接する送信用圧電素子は、他の送信用圧電素子よりも厚さが薄いことを特徴とする請求項２に記載の超音波トランスデューサーアレイ。
【請求項4】
前記並列Ｘ方向列は、前記基準Ｘ方向列のＹ方向一方側及び他方側にそれぞれ所定のＹ方向配列ピッチで隣接された第１隣接Ｘ方向列及び第２隣接Ｘ方向列を含み、前記送信用圧電素子のうち、前記受信用圧電素子のＹ方向一方側及び他方側にそれぞれ隣接する送信用圧電素子は、他の送信用圧電素子よりも厚さが小とされていることを特徴とする請求項３に記載の超音波トランスデューサーアレイ。
【請求項5】
前記Ｘ方向配列ピッチ及び前記Ｙ方向配列ピッチは同一間隔とされていることを特徴とする請求項３又は４に記載の超音波トランスデューサーアレイ。【請求項6】
前記受信用圧電素子は、前記Ｘ方向列のＸ方向に関する中心を基準として対称に配置されていることを特徴とする請求項２から４の何れかに記載の超音波トランスデューサーアレイ。【請求項7】
前記貫通孔は、前記支持板の第１面に開口された凹部と、前記凹部よりも開口幅が小とされた一端側の第１端部が前記凹部の底面に開口され且つ他端側の第２端部が前記支持板の第２面に開口された導波路とを含んでいることを特徴とする請求項２から４の何れかに記載の超音波トランスデューサーアレイ。【請求項8】
前記導波路は、前記凹部の底面に開口された前記第１端部を含む筒状部と、前記支持板の第２面に開口された前記第２端部を含むホーン部とを有し、前記筒状部は、開口幅が前記凹部の開口幅より小で且つ厚み方向全域に亘って同一開口幅とされており、
前記ホーン部は、前記筒状部に連通する基端側から前記支持板の第２面に開口された先端側に近接するに従って、開口幅が大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の超音波トランスデューサーアレイ。
【請求項9】
前記送信用圧電素子は積層型とされ、前記受信用圧電素子は単層型とされていることを特徴とする請求項２から４の何れかに記載の超音波トランスデューサーアレイ。【請求項10】
前記受信用圧電素子は前記送信用圧電素子よりも厚さが小とされていることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の超音波トランスデューサーアレイ。【請求項11】
前記複数の圧電素子をそれぞれ囲む大きさの複数の圧電素子用開口を有し且つ前記送信用圧電素子よりも厚みが大とされた下側封止板であって、平面視において前記複数の圧電素子が対応する前記圧電素子用開口内に位置するように前記可撓性樹脂膜に固着された下側封止板と、前記下側封止板に固着された配線アッセンブリとを備え、
前記配線アッセンブリは、絶縁性のベース層と、前記ベース層に設けられた送信用配線及び受信用配線を含む導体層と、前記導体層を囲繞する絶縁性のカバー層とを有し、
前記ベース層には、前記送信用配線のうち前記送信用圧電素子の電極との接続領域を露出させる送信用接続開口と、前記受信用配線のうち前記受信用圧電素子の電極との接続領域となる受信用接続領域を露出させる受信用接続開口とが設けられ、
前記受信用接続領域には前記受信用接続開口を介して外方へ突出されたバンプが設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の超音波トランスデューサーアレイ。
【請求項12】
厚み方向一方側の第１面及び厚み方向他方側の第２面を有する剛性の支持板であって、第１及び第２面の間を貫通する複数の貫通孔を含む貫通孔群が設けられた支持板、前記複数の貫通孔を覆うように前記支持板の第１面に固着された可撓性樹脂膜、並びに、平面視において中央領域が対応する貫通孔と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第１面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の貫通孔と同数の圧電素子を備え、前記貫通孔群は、前記支持板のＸ－Ｙ平面のＸ方向に所定のＸ方向配列ピッチで配置されたｍ個（ｍは３以上の整数）の前記貫通孔によって形成されるＸ方向列を有し、前記複数の圧電素子は、所定駆動周波数の駆動電圧信号の印加に応じて超音波を発生する送信用トランスデューサーを形成する複数の送信用圧電素子と、超音波の受信に応じて受信電圧信号を発生する受信用トランスデューサーを形成する複数の受信用圧電素子とを含んでいる超音波トランスデューサーアレイと、前記複数の送信用圧電素子に印加する正弦波のバースト波駆動電圧信号であって、前記送信用トランスデューサーの共振周波数よりも低い前記所定駆動周波数の駆動電圧信号を前記複数の送信用圧電素子のそれぞれに対応した遅延時間で発生可能な送信信号発生装置と、
前記複数の受信用圧電素子がそれぞれ発生する受信電圧信号の継続時間に対応する幅の検波信号を生成する複数の検波器と、
前記複数の検波器が生成する検波信号をそれぞれ所定時間遅延可能な複数の遅延回路と、
前記複数の遅延回路の出力信号を加算して加算受信電圧信号を生成する加算回路と、
前記送信信号発生装置及び前記遅延回路の制御を司る制御装置と、
前記制御装置から送られてくる駆動電圧信号に基づく送信タイミング信号及び前記加算回路から送られてくる加算受信電圧信号に基づく受信タイミング信号の時間差並びに前記制御装置から送られてくる方位角情報に基づき、障害物の位置を検出する検知装置とを備え、
前記送信用トランスデューサーは前記駆動周波数の駆動電圧信号の受信に応じて共振せずに超音波を発生する非共振型とされる一方で、前記受信用トランスデューサーは前記駆動周波数に応じた周波数の超音波の受信によって共振する共振型とされていることを特徴とする超音波フェイズドアレイセンサー。
【請求項13】
前記貫通孔群は、一の基準Ｘ方向列と前記基準Ｘ方向列のＹ方向に所定のＹ方向配列ピッチで配列された一又は複数のＸ方向列とを有し、前記複数の受信用圧電素子は、前記基準Ｘ方向列を形成する複数の貫通孔のうちの対応する貫通孔を平面視において覆うように配置され、
前記送信信号発生装置は、前記送信用圧電素子のうち、Ｙ方向に関し前記受信用圧電素子に隣接する送信用圧電素子に印加する駆動電圧信号の振幅を、他の送信用圧電素子に印加する駆動電圧信号の振幅よりも大きくするように構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の超音波フェイズドアレイセンサー。
【請求項14】
前記貫通孔群は、前記基準Ｘ方向列のＹ方向一方側及び他方側にそれぞれ所定のＹ方向配列ピッチで隣接された第１隣接Ｘ方向列及び第２隣接Ｘ方向列を含み、前記送信信号発生装置は、前記送信用圧電素子のうち、前記受信用圧電素子のＹ方向一方側及び他方側にそれぞれ隣接する送信用圧電素子に印加する駆動電圧信号の振幅を、他の送信用圧電素子に印加する駆動電圧信号の振幅よりも大きくするように構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の超音波フェイズドアレイセンサー。
【請求項15】
前記複数の受信用圧電素子は、前記基準Ｘ方向列のＸ方向一端側及び他端側の貫通孔を平面視において覆うように配置されていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の超音波フェイズドアレイセンサー。
【請求項16】
前記貫通孔群は、一の基準Ｘ方向列と前記基準Ｘ方向列のＹ方向に所定のＹ方向配列ピッチで配列された一又は複数のＸ方向列とを有し、前記複数の受信用圧電素子は、前記基準Ｘ方向列を形成する複数の貫通孔のうちの対応する貫通孔を平面視において覆うように配置され、
前記送信信号発生装置は、前記複数の送信用圧電素子毎に設けられた複数の信号発生手段を有していることを特徴とする請求項１２に記載の超音波フェイズドアレイセンサー。
【請求項17】
前記貫通孔群は、一の基準Ｘ方向列と前記基準Ｘ方向列のＹ方向に所定のＹ方向配列ピッチで配列された一又は複数のＸ方向列とを有し、前記複数の受信用圧電素子は、前記基準Ｘ方向列を形成する複数の貫通孔のうちの対応する貫通孔を平面視において覆うように配置され、
前記送信信号発生装置は、Ｘ方向同一位置に配置された送信用圧電素子毎に設けられた複数の信号発生手段を有し、
Ｘ方向同一位置に配置された送信用圧電素子は、共通の信号発生手段から駆動電圧信号が供給されることを特徴とする請求項１２に記載の超音波フェイズドアレイセンサー。
【請求項18】
厚み方向一方側の第１面及び厚み方向他方側の第２面を有する剛性の支持板であって、第１及び第２面の間を貫通する複数の貫通孔を含む貫通孔群が設けられた支持板、前記複数の貫通孔を覆うように前記支持板の第１面に固着された可撓性樹脂膜、並びに、平面視において中央領域が対応する貫通孔と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第１面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の貫通孔と同数の圧電素子を備え、前記貫通孔群は、前記支持板のＸ－Ｙ平面のＸ方向に所定のＸ方向配列ピッチで配置されたｍ個（ｍは３以上の整数）の前記貫通孔によって形成されるＸ方向列を有し、前記複数の圧電素子は、所定駆動周波数の駆動電圧信号の印加に応じて超音波を発生する送信用トランスデューサーを形成する複数の送信用圧電素子と、超音波の受信に応じて受信電圧信号を発生する受信用トランスデューサーを形成する単一の受信用圧電素子とを含んでいる超音波トランスデューサーアレイと、前記複数の送信用圧電素子に印加する正弦波のバースト波駆動電圧信号であって、前記送信用トランスデューサーの共振周波数よりも低い前記所定駆動周波数の駆動電圧信号を前記複数の送信用圧電素子のそれぞれに対応した遅延時間で発生可能な送信信号発生装置と、
前記受信用圧電素子が発生する受信電圧信号の継続時間に対応する幅の検波信号を生成する検波器と、
前記送信信号発生装置の制御を司る制御装置と、
前記制御装置から送られてくる駆動電圧信号に基づく送信タイミング信号及び前記検波器から送られてくる検波信号に基づく受信タイミング信号の時間差並びに前記制御装置から送られてくる方位角情報に基づき、障害物の位置を検出する検知装置とを備え、
前記送信用トランスデューサーは前記駆動周波数の駆動電圧信号の受信に応じて共振せずに超音波を発生する非共振型とされる一方で、前記受信用トランスデューサーは前記駆動周波数に応じた周波数の超音波の受信によって共振する共振型とされていることを特徴とする超音波フェイズドアレイセンサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、空中超音波トランスデューサーアレイ及び前記アレイを有するフェイズドアレイセンサーに関する。
【背景技術】
【0002】
複数の送信用トランスデューサーが一定間隔で直線状に配列されてなる送信用トランスデューサー列と、複数の受信用トランスデューサーが一定間隔で直線上に配列されてなる受信用トランスデューサー列とを備え、前記送信用トランスデューサー列及び前記受信用トランスデューサー列が交差することなく且つ互いに対する角度が直角となるように配置されている超音波トランスデューサーアレイが提案されている（下記特許文献１及び２参照）。
【0003】
前記超音波トランスデューサーアレイにおいては、前記複数の送信用トランスデューサーには、所定駆動周波数成分を含む駆動電圧が一定の位相差で順次印加され、前記送信用トランスデューサー列は前記位相差に対応した方位角へ超音波を放射する。
【0004】
一方、前記複数の受信用トランスデューサーは、前記送信用トランスデューサー列から放射されて障害物に反射して戻ってくる超音波（受信音波）を受信して、受信電圧信号を生成する。
前記複数の受信用トランスデューサーがそれぞれ発生する受信電圧信号は順次所定時間ごと遅延されて、加算される。ここで、受信電圧信号に対する遅延時間は、放射音波の方位角と同じ方位角からの受信音波に基づく受信電圧信号を加算するように設定される。
前記複数の受信用トランスデューサーがそれぞれ発生する受信電圧信号は順次所定時間ごと遅延されて、加算される。ここで、受信電圧信号に対する遅延時間は、放射音波の方位角と同じ方位角からの受信音波に基づく受信電圧信号を加算するように設定される。
【0005】
しかしながら、斯かる従来の超音波トランスデューサーアレイは下記問題点を有している。
【0006】
即ち、前記送信用トランスデューサーに十分に大きな振幅量の振動を行なわせる為に、前記送信用トランスデューサーを共振振動させることが一般的である。
【0007】
具体的には、前記送信用トランスデューサーには、当該送信用トランスデューサーの共振周波数を主成分とする駆動電圧信号、好ましくは、バースト波駆動電圧信号が印加され、これにより、前記送信用トランスデューサーを共振させて、超音波を放射させる。
【0008】
この場合、駆動電圧信号の印加時には前記送信用トランスデューサーから共振周波数の音波が放射されることになるが、駆動電圧信号（好ましくは、バースト波電圧信号）の印加が終了した後の暫くの期間においては、前記送信用トランスデューサーは、共振周波数での減衰振動を行なうことになる。
【0009】
従って、互いに対して近距離に複数の障害物が位置している場合には、前記受信用トランスデューサーは、最も近い第１の障害物からの反射音波として、駆動電圧信号に応じた前記送信用トランスデューサーの放射音波（以下、正常放射音波という）が第１の障害物に反射して戻ってくる反射音波に加えて、減衰振動に基づく前記送信用トランスデューサーの放射音波（以下、減衰放射音波という）が第１の障害物に反射して戻ってくる反射音波も受信することになる。このような場合、前記正常放射音波が第１の障害物よりも遠い第２の障害物に反射して戻ってくる反射音波と、前記減衰放射音波が第１の障害物に反射して戻ってくる反射音波とが重合された状態で、前記受信用トランスデューサーに受信される事態が生じ得る。斯かる事態は、障害物検知の距離分解能の低下を招く。
【0010】
さらに、前記送信用トランスデューサーの印加電圧に対する振動動作の周波数応答は、当該送信用トランスデューサーの共振周波数近傍において位相が大きく変化する。
【0011】
従って、前記複数の送信用トランスデューサーに印加する駆動電圧の周波数を当該送信用トランスデューサーの共振周波数近傍に設定しつつ、前記複数の送信用トランスデューサーから放射される音波の位相を精密に制御する為には、前記複数の送信用トランスデューサーの共振周波数の「ばらつき」を極限まで抑制する必要があるが、これは非常に難しい。
【0012】
本願出願人は、前述のような共振型超音波トランスデューサーとは異なるタイプの非共振型超音波トランスデューサーに関する発明を出願し、特許権を取得している（下記特許文献３及び４参照）。
【0013】
前記非共振型超音波トランスデューサーは、共振周波数が駆動周波数（例えば、４０ｋＨｚ）よりも高く設定されており、従って、共振周波数の変動の影響を受けることなく駆動周波数での振動の位相を精密に制御できる。
【0014】
しかしながら、前記非共振型超音波トランスデューサーを受信用トランスデューサーとして用いると、反射音波の受信に応じて励起される出力電圧が小さくなり、様々な雑音成分から反射音波に応じた受信電圧信号を正確に分離することは困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0015】
【文献】特開平２－１０２４８１号公報
【文献】特開平１１－２４８８２１号公報
【文献】特許第６７７６４８１号公報
【文献】特許第７０２３４３６号公報
【発明の概要】
【0016】
本発明は、斯かる従来技術に鑑みなされたものであり、複数の送信用トランスデューサー及び一又は複数の受信用トランスデューサーを備え、前記複数の送信用トランスデューサーから放射される音波の位相制御性能を向上させつつ、反射音波の受信に応じて前記受信用トランスデューサーが十分に大きな受信電圧信号を励起可能とされた超音波トランスデューサーアレイの提供を第１の目的とする。
また、本発明は、前記超音波トランスデューサーアレイを備えたフェイズドアレイセンサーの提供を第２の目的とする。
また、本発明は、前記超音波トランスデューサーアレイを備えたフェイズドアレイセンサーの提供を第２の目的とする。
【0017】
前記第１の目的を達成するために、本発明の第１態様は、厚み方向一方側の第１面及び厚み方向他方側の第２面を有する剛性の支持板であって、第１及び第２面の間を貫通する複数の貫通孔を含む貫通孔群が設けられた支持板と、前記複数の貫通孔を覆うように前記支持板の第１面に固着された可撓性樹脂膜と、平面視において中央領域が対応する貫通孔と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第１面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の貫通孔と同数の圧電素子とを備え、前記複数の圧電素子は、所定駆動周波数の駆動電圧信号の印加に応じて超音波を発生する送信用トランスデューサーを形成する複数の送信用圧電素子と、超音波の受信に応じて受信電圧信号を発生する受信用トランスデューサーを形成する一又は複数の受信用圧電素子とを含み、前記送信用トランスデューサーは前記駆動周波数の駆動電圧信号の印加に応じて共振せずに超音波を発生する非共振型とされる一方で、前記受信用トランスデューサーは前記駆動周波数に応じた周波数の超音波の受信によって共振する共振型とされている超音波トランスデューサーアレイを提供する。
【0018】
本発明の第１態様に係る超音波トランスデューサーアレイによれば、前記複数の送信用トランスデューサーから放射される音波の位相制御性能を向上させつつ、反射音波の受信に応じて前記受信用トランスデューサーが十分に大きな受信電圧信号を励起することができる。
【0019】
前記第１態様の第１形態においては、前記貫通孔群は、前記支持板のＸ－Ｙ平面のＸ方向に所定のＸ方向配列ピッチで配置されたｍ個（ｍは３以上の整数）の前記貫通孔によって形成されるＸ方向列を有し得る。
【0020】
前記第１形態において、好ましくは、前記貫通孔群は、一の基準Ｘ方向列と前記基準Ｘ方向列のＹ方向に所定のＹ方向配列ピッチで配列された一又は複数の並列Ｘ方向列とを有し、前記一又は複数の受信用圧電素子は、前記基準Ｘ方向列を形成する一又は複数の貫通孔を平面視において覆うように配置され、前記送信用圧電素子のうち、前記受信用圧電素子のＹ方向に隣接する送信用圧電素子は、他の送信用圧電素子よりも厚さが小とされる。
【0021】
より好ましくは、前記並列Ｘ方向列は、前記基準Ｘ方向列のＹ方向一方側及び他方側にそれぞれ所定のＹ方向配列ピッチで隣接された第１隣接Ｘ方向列及び第２隣接Ｘ方向列を含み、前記送信用圧電素子のうち、前記受信用圧電素子のＹ方向一方側及び他方側にそれぞれ隣接する送信用圧電素子は、他の送信用圧電素子よりも厚さが小とされる。
【0022】
好ましくは、前記Ｘ方向配列ピッチ及び前記Ｙ方向配列ピッチは同一間隔とされる。
【0023】
前記種々の構成において、好ましくは、前記受信用圧電素子は、前記Ｘ方向列のＸ方向に関する中心を基準として対称に配置される。
【0024】
前記種々の構成において、好ましくは、前記貫通孔は、前記支持板の第１面に開口された凹部と、前記凹部よりも開口幅が小とされた一端側の第１端部が前記凹部の底面に開口され且つ他端側の第２端部が前記支持板の第２面に開口された導波路とを含み得る。
【0025】
より好ましくは、前記導波路は、前記凹部の底面に開口された前記第１端部を含む筒状部と、前記支持板の第２面に開口された前記第２端部を含むホーン部とを有する。
【0026】
前記筒状部は、開口幅が前記凹部の開口幅より小で且つ厚み方向全域に亘って同一開口幅とされ、前記ホーン部は、前記筒状部に連通する基端側から前記支持板の第２面に開口された先端側に近接するに従って、開口幅が大きくなるように構成される。
【0027】
前記種々の構成において、好ましくは、前記送信用圧電素子は積層型とされ、前記受信用圧電素子は単層型とされる。
【0028】
前記種々の構成において、好ましくは、前記受信用圧電素子は前記送信用圧電素子よりも厚さが小とされる。
【0029】
本発明の第１態様に係る前記超音波トランスデューサーアレイは、前記複数の圧電素子をそれぞれ囲む大きさの複数の圧電素子用開口を有し且つ前記送信用圧電素子よりも厚みが大とされた下側封止板であって、平面視において前記複数の圧電素子が対応する前記圧電素子用開口内に位置するように前記可撓性樹脂膜に固着された下側封止板と、前記下側封止板に固着された配線アッセンブリとを備え得る。
【0030】
前記配線アッセンブリは、絶縁性のベース層と、前記ベース層に設けられた送信用配線及び受信用配線を含む導体層と、前記導体層を囲繞する絶縁性のカバー層とを有するものとされ、前記ベース層には、前記送信用配線のうち前記送信用圧電素子の電極との接続領域を露出させる送信用接続開口と、前記受信用配線のうち前記受信用圧電素子の電極との接続領域となる受信用接続領域を露出させる受信用接続開口とが設けられる。
【0031】
前記受信用圧電素子の厚さが前記送信用圧電素子の厚さよりも薄い構成においては、好ましくは、前記受信用接続領域には前記受信用接続開口を介して外方へ突出されたバンプが設けられる。
【0032】
前記第２の目的を達成するために、本発明の第２態様は、厚み方向一方側の第１面及び厚み方向他方側の第２面を有する剛性の支持板であって、第１及び第２面の間を貫通する複数の貫通孔を含む貫通孔群が設けられた支持板、前記複数の貫通孔を覆うように前記支持板の第１面に固着された可撓性樹脂膜、並びに、平面視において中央領域が対応する貫通孔と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第１面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の貫通孔と同数の圧電素子を備え、前記貫通孔群は、前記支持板のＸ－Ｙ平面のＸ方向に所定のＸ方向配列ピッチで配置されたｍ個（ｍは３以上の整数）の前記貫通孔によって形成されるＸ方向列を有し、前記複数の圧電素子は、所定駆動周波数の駆動電圧信号の印加に応じて超音波を発生する送信用トランスデューサーを形成する複数の送信用圧電素子と、超音波の受信に応じて受信電圧信号を発生する受信用トランスデューサーを形成する複数の受信用圧電素子とを含んでいる超音波トランスデューサーアレイと、前記複数の送信用圧電素子に印加する正弦波のバースト波駆動電圧信号であって、前記送信用トランスデューサーの共振周波数よりも低い前記所定駆動周波数の駆動電圧信号を前記複数の送信用圧電素子のそれぞれに対応した遅延時間で発生可能な送信信号発生装置と、前記複数の受信用圧電素子がそれぞれ発生する受信電圧信号の継続時間に対応する幅の検波信号を生成する複数の検波器と、前記複数の検波器が生成する検波信号をそれぞれ所定時間遅延可能な複数の遅延回路と、前記複数の遅延回路の出力信号を加算して加算受信電圧信号を生成する加算回路と、前記送信信号発生装置及び前記遅延回路の制御を司る制御装置と、前記制御装置から送られてくる駆動電圧信号に基づく送信タイミング信号及び前記加算回路から送られてくる加算受信電圧信号に基づく受信タイミング信号の時間差並びに前記制御装置から送られてくる方位角情報に基づき、障害物の位置を検出する検知装置とを備え、前記送信用トランスデューサーは前記駆動周波数の駆動電圧信号の受信に応じて共振せずに超音波を発生する非共振型とされる一方で、前記受信用トランスデューサーは前記駆動周波数に応じた周波数の超音波の受信によって共振する共振型とされている超音波フェイズドアレイセンサーを提供する。
【0033】
前記第２態様の好ましい形態においては、前記貫通孔群は、一の基準Ｘ方向列と前記基準Ｘ方向列のＹ方向に所定のＹ方向配列ピッチで配列された一又は複数のＸ方向列とを有するものとされ、前記複数の受信用圧電素子は、前記基準Ｘ方向列を形成する複数の貫通孔のうちの対応する貫通孔を平面視において覆うように配置され、前記送信信号発生装置は、前記送信用圧電素子のうち、Ｙ方向に関し前記受信用圧電素子に隣接する送信用圧電素子に印加する駆動電圧信号の振幅を、他の送信用圧電素子に印加する駆動電圧信号の振幅よりも大きくするように構成される。
【0034】
より好ましくは、前記貫通孔群は、前記基準Ｘ方向列のＹ方向一方側及び他方側にそれぞれ所定のＹ方向配列ピッチで隣接された第１隣接Ｘ方向列及び第２隣接Ｘ方向列を含むものとされ、前記送信信号発生装置は、前記送信用圧電素子のうち、前記受信用圧電素子のＹ方向一方側及び他方側にそれぞれ隣接する送信用圧電素子に印加する駆動電圧信号の振幅を、他の送信用圧電素子に印加する駆動電圧信号の振幅よりも大きくするように構成される。
【0035】
前記第２態様のうち前記貫通孔群が前記基準Ｘ方向列を有する種々の構成において、好ましくは、前記複数の受信用圧電素子は、前記基準Ｘ方向列のＸ方向一端側及び他端側の貫通孔を平面視において覆うように配置される。
【0036】
前記第２態様の種々の構成において、前記貫通孔群は、一の基準Ｘ方向列と前記基準Ｘ方向列のＹ方向に所定のＹ方向配列ピッチで配列された一又は複数のＸ方向列とを有するものとされ、前記複数の受信用圧電素子は、前記基準Ｘ方向列を形成する複数の貫通孔のうちの対応する貫通孔を平面視において覆うように配置される。
【0037】
第１の形態においては、前記送信信号発生装置は、前記複数の送信用圧電素子毎に設けられた複数の信号発生手段を有するものとされる。
第２の形態においては、前記送信信号発生装置は、Ｘ方向同一位置に配置された送信用圧電素子毎に設けられた複数の信号発生手段を有するものとされ、Ｘ方向同一位置に配置された送信用圧電素子は、共通の信号発生手段から駆動電圧信号が供給されるように構成される。
第２の形態においては、前記送信信号発生装置は、Ｘ方向同一位置に配置された送信用圧電素子毎に設けられた複数の信号発生手段を有するものとされ、Ｘ方向同一位置に配置された送信用圧電素子は、共通の信号発生手段から駆動電圧信号が供給されるように構成される。
【0038】
前記第２の目的を達成するために、本発明の第３態様は、厚み方向一方側の第１面及び厚み方向他方側の第２面を有する剛性の支持板であって、第１及び第２面の間を貫通する複数の貫通孔を含む貫通孔群が設けられた支持板、前記複数の貫通孔を覆うように前記支持板の第１面に固着された可撓性樹脂膜、並びに、平面視において中央領域が対応する貫通孔と重合し且つ周縁領域が前記支持板の第１面と重合するように前記可撓性樹脂膜に固着された前記複数の貫通孔と同数の圧電素子を備え、前記貫通孔群は、前記支持板のＸ－Ｙ平面のＸ方向に所定のＸ方向配列ピッチで配置されたｍ個（ｍは３以上の整数）の前記貫通孔によって形成されるＸ方向列を有し、前記複数の圧電素子は、所定駆動周波数の駆動電圧信号の印加に応じて超音波を発生する送信用トランスデューサーを形成する複数の送信用圧電素子と、超音波の受信に応じて受信電圧信号を発生する受信用トランスデューサーを形成する単一の受信用圧電素子とを含んでいる超音波トランスデューサーアレイと、前記複数の送信用圧電素子に印加する正弦波のバースト波駆動電圧信号であって、前記送信用トランスデューサーの共振周波数よりも低い前記所定駆動周波数の駆動電圧信号を前記複数の送信用圧電素子のそれぞれに対応した遅延時間で発生可能な送信信号発生装置と、前記受信用圧電素子が発生する受信電圧信号の継続時間に対応する幅の検波信号を生成する検波器と、前記送信信号発生装置の制御を司る制御装置と、前記制御装置から送られてくる駆動電圧信号に基づく送信タイミング信号及び前記検波器から送られてくる検波信号に基づく受信タイミング信号の時間差並びに前記制御装置から送られてくる方位角情報に基づき、障害物の位置を検出する検知装置とを備え、前記送信用トランスデューサーは前記駆動周波数の駆動電圧信号の受信に応じて共振せずに超音波を発生する非共振型とされる一方で、前記受信用トランスデューサーは前記駆動周波数に応じた周波数の超音波の受信によって共振する共振型とされている超音波フェイズドアレイセンサーを提供する。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図4】図４は、前記第１実施例モデルにおける３２個の送信用圧電素子の全てに振幅１０Ｖの正弦波の駆動電圧を印加した場合（第１実施例－（１））、前記第１実施例モデルにおける送信用圧電素子のうち走査方向とは直交する方向に関し受信用圧電素子に隣接する２個の送信用圧電素子には振幅１５Ｖの正弦波の増強駆動電圧を印加し且つその他の３０個の送信用圧電素子には振幅１０Ｖの正弦波の駆動電圧を印加した場合（第１実施例－（２））、及び、前記第１実施例モデルにおける１個の受信用圧電素子が送信用圧電素子に変更されてなる比較例モデルにおける３３個の送信用圧電素子の全てに振幅１０Ｖの正弦波の駆動電圧を印加した場合（比較例）のそれぞれにおいて、駆動電圧の駆動周波数を２５～６０ｋＨｚの範囲で変化させて、駆動電圧の駆動周波数と前記第１実施例モデルが放射する音波の音圧レベルとの関係を有限要素法解析によって算出した結果を示すグラフである。
【図5】図５は、駆動電圧の駆動周波数を４０ｋＨｚとした場合における前記第１実施例－（１）、前記第１実施例１－２及び前記比較例の放射音波の横方向の音圧指向性を有限要素法解析によって算出した結果を示すグラフである。
【図7】図７は、導波路の先端側開口に入射された音圧Ｐの音波によって前記モデルＡ～Ｃを振動させた場合において、前記音波の周波数を２５ｋＨｚ～６５ｋＨｚに変化させて、前記音波の周波数と受信感度（Ｖ／Ｐ）との関係を有限要素法解析によって算出した結果を示すグラフである。
【図10】図１０は、前記第２実施例モデルにおける３０個の送信用圧電素子の全てに振幅１０Ｖの正弦波の駆動電圧を印加した場合（第２実施例－（１））、前記第２実施例モデルにおける送信用圧電素子のうち走査方向とは直交する方向に関し３個の受信用圧電素子に隣接する６個の送信用圧電素子には振幅１５Ｖの正弦波の増強駆動電圧を印加し且つその他の２４個の送信用圧電素子には振幅１０Ｖの正弦波の駆動電圧を印加した場合（第２実施例－（２））、及び、前記第２実施例モデルにおける３個の受信用圧電素子が送信用圧電素子に変更されてなる比較例モデルにおける３０個の送信用圧電素子の全てに振幅１０Ｖの正弦波の駆動電圧を印加した場合（比較例）のそれぞれにおいて、駆動電圧の駆動周波数を２５～６０ｋＨｚの範囲で変化させて、駆動電圧の駆動周波数と前記第２実施例モデルが放射する音波の音圧レベルとの関係を有限要素法解析によって算出した結果を示すグラフである。
【図11】図１１は、駆動電圧の駆動周波数を４０ｋＨｚとした場合における前記第２実施例－（１）、前記第２実施例１－２及び前記比較例の放射音波の横方向の音圧指向性を有限要素法解析によって算出した結果を示すグラフである。
【図15】図１５は、前記送信側ユニットから供給される駆動電圧信号によって、走査方向（Ｘ方向）に沿って配列された複数の送信用圧電素子を含むトランスデューサーアレイが超音波を放射する際の模式動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0040】
実施の形態１
以下、本発明に係る空中超音波トランスデューサーアレイの一実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１に、本実施の形態に係るトランスデューサーアレイ１０１の部分縦断面図を示す。
また、図２に、図１におけるII-II線に沿った前記アレイ１０１の部分平面図を示す。
以下、本発明に係る空中超音波トランスデューサーアレイの一実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１に、本実施の形態に係るトランスデューサーアレイ１０１の部分縦断面図を示す。
また、図２に、図１におけるII-II線に沿った前記アレイ１０１の部分平面図を示す。
【0041】
図１及び図２に示すように、前記トランスデューサーアレイ１０１は、
・厚み方向一方側の第１面１２１及び厚み方向他方側の第２面１２２を有する剛性の支持板１２０であって、第１及び第２面１２１、１２２の間を貫通する複数の貫通孔１２５を含む貫通孔群が設けられた支持板１２０と、
・前記複数の貫通孔１２５を覆うように前記支持板１２０の第１面１２１に固着された可撓性樹脂膜１３０と、
・平面視において中央領域が対応する貫通孔１２５と重合し且つ周縁領域が前記支持板１２０の第１面１２１と重合するように前記可撓性樹脂膜１３０に固着された前記複数の貫通孔１２５と同数の圧電素子と、
を備えている。
・厚み方向一方側の第１面１２１及び厚み方向他方側の第２面１２２を有する剛性の支持板１２０であって、第１及び第２面１２１、１２２の間を貫通する複数の貫通孔１２５を含む貫通孔群が設けられた支持板１２０と、
・前記複数の貫通孔１２５を覆うように前記支持板１２０の第１面１２１に固着された可撓性樹脂膜１３０と、
・平面視において中央領域が対応する貫通孔１２５と重合し且つ周縁領域が前記支持板１２０の第１面１２１と重合するように前記可撓性樹脂膜１３０に固着された前記複数の貫通孔１２５と同数の圧電素子と、
を備えている。
【0042】
前記複数の圧電素子及び前記可撓性樹脂膜１３０の対応する部分が複数のトランスデューサー１１０を形成している。
【0043】
前記複数の圧電素子は、所定駆動周波数（３０ｋＨｚ～５０ｋＨｚの範囲内で、例えば４０ｋＨｚ）の駆動電圧信号の印加に応じて超音波を発生する送信用トランスデューサーを形成する複数の送信用圧電素子１４０と、超音波の受信に応じて受信電圧信号を発生する受信用トランスデューサーを形成する一又は複数の受信用圧電素子１４１とを含んでいる。
【0044】
図２に示すように、本実施の形態においては、前記複数の圧電素子は、３２個の送信用圧電素子１４０と１個の受信用圧電素子１４１とを有している。
なお、前記受信用圧電素子１４１は、理解容易化の為に、図２において塗りつぶされている。
なお、前記受信用圧電素子１４１は、理解容易化の為に、図２において塗りつぶされている。
【0045】
前記送信用圧電素子１４０は、前記可撓性樹脂膜１３０の対応する部分と共働して、当該送信用圧電素子１４０への前記所定駆動周波数の駆動電圧信号の印加に応じて超音波を発生する前記送信用トランスデューサーを形成する。
【0046】
本実施の形態においては、下記構成を備えることによって、前記送信用トランスデューサーは、最低次の共振モードの周波数が前記駆動周波数よりも高く設定されつつ、当該送信用トランスデューサーの最低次の共振モードの周波数よりも低い前記所定駆動周波数の駆動電圧信号の前記送信用圧電素子への印加に応じて、有効に超音波を発生する非共振型とされている。
【0047】
前記支持板１２０は、剛性を有する種々の部材によって形成することができ、ステンレス等の金属、好ましくは、金属よりも密度が小さく且つヤング率の高いＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３等のセラミックス材料によって形成することができる。
【0048】
前記複数の貫通孔１２５は、平面視において前記複数の送信用圧電素子１４０によってそれぞれ覆われる複数の送信用貫通孔１２５ａと、平面視において前記一又は複数の受信用圧電素子１４１（本実施の形態においては１個の受信用圧電素子１４１）によって覆われる一又は複数の受信用貫通孔１２５ｂ（本実施の形態においては１個の受信用貫通孔１２５ｂ）とを含んでいる。
【0049】
図１に示すように、前記送信用貫通孔１２５ａは、前記支持板１２０の第１面１２１に開口された凹部１２６ａと、前記凹部１２６ａよりも開口幅が小とされた一端側の第１端部が前記凹部１２６ａの底面に開口され且つ他端側の第２端部が前記支持板１２０の第２面１２２に開口された導波路１２７ａとを含んでいる。
【0050】
前記導波路１２７ａは、前記凹部１２６ａの底面に開口された前記第１端部を含む筒状部１２８ａと、前記支持板１２０の第２面１２２に開口された前記第２端部を含むホーン部１２９ａとを有している。
【0051】
前記筒状部１２８ａは、開口幅が前記凹部１２６ａの開口幅より小で且つ厚み方向全域に亘って同一開口幅とされている。
【0052】
前記ホーン部１２９ａは、前記筒状部１２８ａに連通する基端側から前記支持板１２０の第２面１２２に開口された先端側に近接するに従って、開口幅が大きくなるように構成されている。
【0053】
本実施の形態においては、前記受信用貫通孔１２５ｂは、前記送信用貫通孔１２５ａと実質的に同一構成を有している。
【0054】
即ち、前記受信用貫通孔１２５ｂは、前記支持板１２０の第１面１２１に開口された凹部１２６ｂと、前記凹部１２６ｂよりも開口幅が小とされた一端側の第１端部が前記凹部１２６ｂの底面に開口され且つ他端側の第２端部が前記支持板１２０の第２面１２２に開口された導波路１２７ｂとを含んでいる。
【0055】
前記導波路１２７ｂは、前記凹部１２６ｂの底面に開口された前記第１端部を含む筒状部１２８ｂと、前記支持板１２０の第２面１２２に開口された前記第２端部を含むホーン部１２９ｂとを有している。
【0056】
前記筒状部１２８ｂは、開口幅が前記凹部１２６ｂの開口幅より小で且つ厚み方向全域に亘って同一開口幅とされている。
【0057】
前記ホーン部１２９ｂは、前記筒状部１２８ｂに連通する基端側から前記支持板１２０の第２面１２２に開口された先端側に近接するに従って、開口幅が大きくなるように構成されている。
【0058】
なお、前記受信用貫通孔１２５ｂを前記送信用貫通孔１２５ａとは異なる構成とすることも可能である。
【0059】
図１に示すように、本実施の形態においては、前記支持板１２０は、前記複数の凹部１２６が形成する開口が設けられた上部支持板１２０（１）と、前記複数の導波路１２５が形成された下部支持板１２０（２）とを有し、前記上部支持板１２０（１）及び前記下部支持板１２０（２）が固着されてなる積層構造体とされている。
【0060】
当然ながら、これに代えて、前記支持板１２０を、前記複数の凹部１２６が形成された部分及び前記複数の導波路１２５が形成された部分を一体的に備えた単一構造体とすることも可能である。
【0061】
前記可撓性樹脂膜１３０は、例えば、厚さ２０μｍ～１００μｍのポリイミド等の絶縁性樹脂によって形成される。
前記可撓性樹脂膜１３０は、接着剤又は熱圧着等の種々の方法によって前記支持板１２０に固着される。
前記可撓性樹脂膜１３０は、接着剤又は熱圧着等の種々の方法によって前記支持板１２０に固着される。
【0062】
前記送信用圧電素子１４０は、平面視において中央領域が対応する凹部１２６ａと重合し且つ周縁領域が前記支持板１２０の第１面１２１と重合するように、前記可撓性樹脂膜１３０の第１面（前記支持板１２０とは反対側の面）に固着されている。
【0063】
即ち、前記送信用圧電素子１４０の剛性及び前記送信用圧電素子１４０と前記支持板１２０の第１面１２１との平面視重合幅は、前記送信用トランスデューサーの最低次の共振モードの周波数が前記駆動周波数よりも高くなり、且つ、当該送信用トランスデューサーの最低次の共振モードの周波数よりも低い前記所定駆動周波数の駆動電圧信号の前記送信用圧電素子１４０への印加に応じて、有効に超音波を発生するように、設定される。
【0064】
例えば、前記駆動周波数が３０ｋＨｚ～５０ｋＨｚとされる場合には、前記送信用トランスデューサーの共振周波数は、例えば、７０ｋＨｚ～８０ｋＨｚとなるように設定される。
【0065】
このように、前記送信用トランスデューサーを非共振型とすることにより、以下の効果が奏される。
即ち、前記送信用トランスデューサーを形成する複数の送信用圧電素子１４０が所定間隔で直線状に配置されているフェイズドアレイによって、数メートル先の物体を検知する為には、前記複数の送信用圧電素子１４０によって形成される複数の送信用トランスデューサーから放射される音波の位相を精密に制御する必要がある。
即ち、前記送信用トランスデューサーを形成する複数の送信用圧電素子１４０が所定間隔で直線状に配置されているフェイズドアレイによって、数メートル先の物体を検知する為には、前記複数の送信用圧電素子１４０によって形成される複数の送信用トランスデューサーから放射される音波の位相を精密に制御する必要がある。
【0066】
例えば、ステンレス等の剛性の振動板に直接的に複数の送信用圧電素子が並列配置されている構成のフェイズドアレイにおいては、前記剛性振動板の剛性に抗して前記送信用圧電素子を伸縮させ、それによって前記送信用圧電素子及び前記剛性振動板によって形成される振動体（トランスデューサー）を所定の振幅でたわみ振動させて、発生音圧の大きさを確保する必要がある。
【0067】
その為には、前記送信用圧電素子への印可電圧の周波数（駆動周波数）を、当該送信用圧電素子によって形成される送信用トランスデューサーのたわみ振動の共振周波数の近傍に設定する必要がある。
【0068】
しかしながら、前記送信用圧電素子への印可電圧に対する、当該送信用圧電素子によって形成される送信用トランスデューサーのたわみ振動の周波数応答は、当該トランスデューサーの共振周波数近傍において位相が大きく変化する。
【0069】
従って、フェイズドアレイセンサーとして機能させるべく、前記複数の送信用トランスデューサーが発生する音波の位相を精密に制御する為には、前記複数の送信用トランスデューサー間における共振周波数に関する「ばらつき」を極限まで抑制する必要があるが、これは非常に難しい。
【0070】
この点に関し、前記超音波トランスデューサーアレイ１０１は、前述の通り、第１面１２１及び第２面１２２を貫通する複数の前記送信用貫通孔１２５ａが設けられた前記剛性の支持板１２０と、前記複数の送信用貫通孔１２５ａを覆うように前記支持板１２０の第１面１２１に固着された可撓性樹脂膜１３０と、平面視において中央領域が対応する前記送信用貫通孔１２５ａと重合し且つ周縁領域が前記支持板１２０の第１面１２１と重合するように前記可撓性樹脂膜１３０の第１面１３１に固着された前記複数の送信用圧電素子１４０とを有している。
【0071】
斯かる構成によれば、前記送信用圧電素子１４０によって形成される送信用トランスデューサーのたわみ振動の共振周波数が、前記送信用圧電素子１４０に印加する電圧信号の駆動周波数よりも高くなるように設定しても、前記送信用トランスデューサーの放射音波の音圧を十分に確保することができる。
【0072】
しかも、前記送信用トランスデューサーの共振周波数が前記送信用圧電素子１４０に印加する駆動周波数よりも高い場合には、前記複数の送信用トランスデューサー間において共振周波数の「ばらつき」があったとしても、前記複数の送信用トランスデューサーのたわみ振動の周波数応答の位相に大きな差異は生じない。
従って、前記複数の送信用トランスデューサーが発生する音波の位相を精密に制御することができる。
従って、前記複数の送信用トランスデューサーが発生する音波の位相を精密に制御することができる。
【0073】
詳しくは、前記超音波トランスデューサーアレイ１０１によって数メートル先の物体を検知する為には、前記送信用圧電素子１４０によって形成される送信用トランスデューサーが放射する超音波の周波数を３０～５０ｋＨｚ程度の低周波数とする必要がある。
【0074】
前記送信用トランスデューサーの共振周波数を、前記送信用圧電素子１４０の駆動周波数（３０～５０ｋＨｚ）よりも十分に高い共振周波数（例えば、７０ｋＨｚ）とした場合、前記送信用圧電素子１４０の平面視縦横寸法を大きくした方が、前記送信用トランスデューサーが発生する超音波の音圧を高くすることができる。
【0075】
しかしながら、その一方で、前記トランスデューサーアレイ１０１におけるように、複数の送信用トランスデューサー（複数の送信用圧電素子１４０）が所定間隔で直線状に配置されてなる場合においては、前記複数の送信用トランスデューサーから放射される音波においてグレーティングローブの発生を抑制する為に、前記複数の送信用トランスデューサー（複数の送信用圧電素子１４０）の配列ピッチを当該送信用トランスデューサーが放射する超音波の波長λの１／２以下にする必要がある。
【0076】
温度２０℃の空気中の周波数４０ｋＨｚの超音波の波長λは８．６ｍｍであるから、前記送信用トランスデューサーが放射する超音波の周波数を４０ｋＨｚとしつつ、グレーティングローブの発生を抑制する為に、前記複数の送信用トランスデューサー（複数の送信用圧電素子１４０）の配列ピッチｄｅ（図２参照）を８．６ｍｍ／２＝４．３ｍｍ以下にする必要がある。
【0077】
従って、好ましくは、前記送信用圧電素子１４０の平面視縦横寸法は、音圧の確保の観点では３．０ｍｍ以上で、且つ、グレーティングローブの発生を抑制する観点では４．０ｍｍ以下とされる。
【0078】
なお、本実施の形態においては、前記送信用圧電素子１４０は、平面視正方形状とされているが、これに代えて、前記送信用圧電素子１４０の平面視形状を、平面視縦横寸法の最大値が４．３０ｍｍ以下の長方形を含む矩形状、直径が４．０ｍｍ以下の円形状、又は、長径が４．０ｍｍ以下の楕円形状とすることも可能である。
【0079】
前記凹部１２５ａの開口幅は、前記送信用圧電素子１４０及び前記可撓性樹脂膜１３０が形成する送信用トランスデューサーのたわみ振動の最低次の共振モードの周波数が当該送信用圧電素子１４０への印加電圧信号の周波数（駆動周波数）よりも大となるように、設定される。
【0080】
好ましくは、前記凹部１２５ａは、前記送信用圧電素子１４０の周縁領域と前記支持板１２０との平面視重合幅が前記送信用圧電素子１４０の全周に亘って０．０５ｍｍ～０．１ｍｍとなるように、前記送信用圧電素子１４０の平面視相似形状とされる。
【0081】
即ち、仮に、前記送信用圧電素子１４０が一辺４．０ｍｍの平面視正方形状とされている場合には、前記凹部１２５ａは、好ましくは、一辺３．８ｍｍ～３．９ｍｍの平面視正方形状とされ、前記送信用圧電素子１４０が直径４．０ｍｍの平面視円形状とされている場合には、前記凹部１２５ａは、好ましくは、直径３．８ｍｍ～３．９ｍｍの平面視円形状とされる。
【0082】
前記送信用トランスデューサーは、最低次の共振モードの周波数が駆動周波数の１．５倍以上となるように構成される。即ち、例えば、駆動周波数が４０ｋＨｚの場合には、前記送信用トランスデューサーは、最低次の共振モードの周波数が６０ｋＨｚ（＝１．５×４０Ｈｚ）以上となるように構成される。
【0083】
さらに、前記超音波トランスデューサーアレイ１０１においては、前記送信用貫通孔１２５ａは、前記支持板１２０の第１面１２１に開口された凹部１２６ａと、前記凹部１２６ａよりも開口幅が小とされた一端側の第１端部が前記凹部１２６ａの底面に開口され且つ他端側の第２端部が前記支持板１２０の第２面１２２に開口された導波路１２７ａとを含んでおり、前記導波路１２７ａは、前記凹部１２６ａの底面に開口された前記第１端部を含む筒状部１２８ａと、前記支持板１２０の第２面１２２に開口された前記第２端部を含むホーン部１２９ａとを有している。
斯かる構成によって、前記送信用トランスデューサーの放射音波の音圧のさらなる確保を図っている。
斯かる構成によって、前記送信用トランスデューサーの放射音波の音圧のさらなる確保を図っている。
【0084】
図２に示すように、本実施の形態においては、前記送信用貫通孔１２５ａ及び前記受信用貫通孔１２５ｂを含む前記貫通孔群は、前記支持板１２０のＸ－Ｙ平面のＸ方向に所定のＸ方向配列ピッチｄｅで配置されたｍ個（ｍは３以上の整数、本実施の形態においては１１個）の前記貫通孔１２５によって形成されるＸ方向列を有している。
【0085】
前記貫通孔群は、単一の前記Ｘ方向列を有することもできるし、Ｘ－Ｙ方向のＹ方向に所定のＹ方向配列ピッチＰｙで配列された複数の前記Ｘ方向列を有することも可能である。
【0086】
本実施の形態においては、図２に示すように、前記貫通孔群は、一の基準Ｘ方向列１１０Ａと、前記基準Ｘ方向列１１０ＡのＹ方向一方側及び他方側にそれぞれＹ方向配列ピッチＰｙで配列された第１隣接Ｘ方向列１１０（１）及び第２隣接Ｘ方向列１１０（２）とを含む３つのＸ方向列を有している。
【0087】
前記基準Ｘ方向列１１０Ａを形成するｍ個（本実施の形態においては１１個）の前記貫通孔１２５のうちの一つが前記受信用貫通孔１２５ｂとされ、残りの前記貫通孔１２５が前記送信用貫通孔１２５ａとされている。
【0088】
そして、前記送信用圧電素子１４０及び前記受信用圧電素子１４１が、それぞれ、対応する前記送信用貫通孔１２５ａ及び前記受信用貫通孔１２５ｂを平面視で覆うように配置されている。
【0089】
なお、図１及び図２中の符号１４０、１４１の後に付記されているカッコ内の数字は、ＸＹ座標位置（Ｘ方向位置及びＹ方向位置）を示している。
即ち、カッコ内の前側の数字は前記圧電素子１４０、１４１のＸ方向位置（Ｘ方向一端（図２において左端）を第１番目とした場合のＸ方向位置）を示し、後側の数字は前記圧電素子１４０、１４１のＹ方向位置（Ｙ方向一端（図２において上端）を第１番目とした場合のＹ方向位置）を示している。
即ち、カッコ内の前側の数字は前記圧電素子１４０、１４１のＸ方向位置（Ｘ方向一端（図２において左端）を第１番目とした場合のＸ方向位置）を示し、後側の数字は前記圧電素子１４０、１４１のＹ方向位置（Ｙ方向一端（図２において上端）を第１番目とした場合のＹ方向位置）を示している。
【0090】
具体的には、例えば、（１，１）は、Ｘ方向一端側から第１番目で且つＹ方向一端側から第１番目の位置を意味し、（２，３）は、Ｘ方向一端側から第２番目で且つＹ方向一端側から第３番目の位置を意味している。
【0091】
図２に示すように、本実施の形態においては、前記受信用圧電素子１４１は、（６，２）で表示される位置（即ち、Ｘ方向中央（図示の構成においてはＸ方向一端側から第６番目）で且つＹ方向中央（図示の構成においてはＹ方向一端側から第２番目）の位置）に配置されている。
【0092】
ここで、図２に示すように、前記受信用圧電素子１４１を挟んでＸ方向に隣接される前記送信用圧電素子１４１（図示の構成においては、送信用圧電素子１４０（５，２）及び送信用圧電素子１４０（７，２））の間のＸ方向配列ピッチは、所定配列ピッチｄｅではなく、２×ｄｅとなる。
【0093】
このように、前記アレイ１０１のうちの一部において送信用圧電素子のＸ方向配列ピッチが所定のＸ方向配列ピッチｄｅよりも大きくなる構成においては、前記複数の送信用トランスデューサーから放射される音波が所望の音圧レベルに達しない恐れがある。
【0094】
この点に関し、本願発明者は、図２に示す本実施の形態に係る超音波トランスデューサーアレイ１０１と同一配列のモデル、即ち、Ｙ方向に関し中央に位置する基準Ｘ方向列１１０ＡのＸ方向中央に前記受信用圧電素子１４１が配置され、その他の３２個の圧電素子が前記送信用圧電素子１４０とされたモデル（以下、第１実施例モデルという）を用いて、放射音波の音圧レベル（Sound Pressure Level、以下、ＳＰＬと称する）に関し有限要素法解析（以下、ＦＥＭ解析と称する）を行った。
【0095】
図３に、前記第１実施例モデルにおいて用いた送信用トランスデューサーの単体模式断面図を示す。
【0096】
前記第１実施例モデルの形状・寸法は以下の通りである。
・送信用圧電素子１４０
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）
密度７．９７×１０３ｋｇ／ｍ３
一層の厚さが０．１３ｍｍの２層積層型（合計厚さ０．２６ｍｍ）
一辺の長さ３．４ｍｍの平面視正方形状
・可撓性樹脂膜１３０
厚さ０．０５ｍｍのポリイミドフィルム
・上部支持板１２０（１）
厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ３０４
・凹部１２６ａ（上部支持板１２０（１）に形成された開口）
一辺の長さ３．３ｍｍの平面視正方形状
・下部支持板１２０（２）
厚さ３．２５ｍｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）
・下部支持板１２０（２）に形成された導波路１２７ａ
前記導波路１２７ａは、直径１．５ｍｍ且つ長さ０．５ｍｍの筒状部１２８ａと、先端側の開口直径が３．７ｍｍとされた長さ２．７５ｍｍのホーン部１２９ａとを有している。
・送信用圧電素子１４０
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）
密度７．９７×１０３ｋｇ／ｍ３
一層の厚さが０．１３ｍｍの２層積層型（合計厚さ０．２６ｍｍ）
一辺の長さ３．４ｍｍの平面視正方形状
・可撓性樹脂膜１３０
厚さ０．０５ｍｍのポリイミドフィルム
・上部支持板１２０（１）
厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ３０４
・凹部１２６ａ（上部支持板１２０（１）に形成された開口）
一辺の長さ３．３ｍｍの平面視正方形状
・下部支持板１２０（２）
厚さ３．２５ｍｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）
・下部支持板１２０（２）に形成された導波路１２７ａ
前記導波路１２７ａは、直径１．５ｍｍ且つ長さ０．５ｍｍの筒状部１２８ａと、先端側の開口直径が３．７ｍｍとされた長さ２．７５ｍｍのホーン部１２９ａとを有している。
【0097】
前記第１実施例モデルにおける送信用圧電素子１４０の全て（３２個）に振幅１０Ｖの正弦波の電圧を印加した場合を第１実施例－（１）とし、駆動電圧の駆動周波数を当該送信用圧電素子１４０が形成する送信用トランスデューサーの共振周波数（約８０ｋＨｚ）よりも低い周波数の範囲（２５～６０ｋＨｚ）で変化させて、ＦＥＭ解析によって駆動周波数毎のＳＰＬを算出した。
第１実施例－（１）の解析結果を図４に示す。
第１実施例－（１）の解析結果を図４に示す。
【0098】
また、前記第１実施例モデルにおける送信用圧電素子１４０の全て（３２個）のうち、前記受信用圧電素子１４１のＹ方向一方側及び他方側にそれぞれ隣接された第１及び第２隣接送信用圧電素子（図２における送信用圧電素子１４０（６，１）及び送信用圧電素子（６，３））には振幅を１５Ｖに増強した正弦波の増強駆動電圧を印加し、その他の３０個の送信用圧電素子１４０には振幅１０Ｖの正弦波の駆動電圧を印加した場合を第１実施例－（２）とし、駆動電圧の駆動周波数を同様に変化させて、ＦＥＭ解析によって駆動周波数毎のＳＰＬを算出した。
第１実施例－（２）の解析結果を図４に併せて示す。
第１実施例－（２）の解析結果を図４に併せて示す。
【0099】
この第１実施例－（２）は、前記受信用圧電素子１４１を配置させた為に、位置（６，２）に配置できなくなった送信用圧電素子の放射音波を、増強された駆動電圧が印加される第１及び第２隣接送信用圧電素子（図２における送信用圧電素子１４０（６，１）及び送信用圧電素子（６，３））によってカバーすることを意図したものである。
【0100】
さらに、前記第１実施例モデルにおける受信用圧電素子１４１を送信用圧電素子１４０に変更した構成、即ち、１１×３個の圧電素子の全てが送信用圧電素子１４０とされた構成（比較例モデル）において、全て（３３個）の送信用圧電素子１４０に振幅１０Ｖの正弦波の電圧を印加した場合を比較例とし、駆動電圧の駆動周波数を同様の範囲（１０～７０ｋＨｚ）で変化させて、ＦＥＭ解析によって駆動周波数毎のＳＰＬを算出した。
その結果を比較例として図４に併せて示す。
その結果を比較例として図４に併せて示す。
【0101】
図４に示すように、前記第１実施例－（１）では比較例より若干音圧レベルは低下するが、前記第１実施例－（２）では駆動周波数の変化範囲の全域に亘って前記比較例と同程度の音圧レベルを有していることが確認された。
【0102】
また、駆動電圧の駆動周波数が４０ｋＨｚとされた場合における前記第１実施例－（１）、前記第１実施例１－２及び前記比較例の放射音波の横方向の音圧指向性をＦＥＭ解析によって算出した。
その結果を図５に示す。
その結果を図５に示す。
【0103】
図５に示すように、音圧指向性に関しても、前記第１実施例－（１）及び前記第１実施例１－２共に、前記比較例に対して遜色ないことが確認された。
【0104】
なお、前記第１実施例においては、前記送信用圧電素子１４０の全てを同一構成としつつ、前記第１及び第２隣接送信用圧電素子に印加する駆動電圧信号の振幅を、他の送信用圧電素子に印加する駆動電圧信号の振幅よりも大とすることによって、前記第１及び第２隣接送信用圧電素子の振幅を他の送信用圧電素子の振幅よりも大とし、これにより、前記受信用圧電素子１４１を備えたことによる、放射音波の音圧レベルの低下を防止乃至は低減しているが、これに代えて、下記構成によって前記放射音波の音圧レベルの低下の防止乃至は低減を図ることも可能である。ただし、この場合は共振周波数が駆動周波数より高い領域に維持できるように圧電素子厚を決めることが必要となる。
【0105】
即ち、前記第１及び第２隣接送信用圧電素子として他の送信用圧電素子よりも厚さ小の圧電素子を用いることによって、同一振幅の駆動電圧信号が印加された場合において、前記第１及び第２隣接送信用圧電素子の振動変位を他の送信用圧電素子の振動変位よりも大きくすることができ、これによって、前記放射音波の音圧レベルの低下の防止乃至は低減を図ることができる。
【0106】
好ましくは、図１に示すように、前記受信用圧電素子１４１は、Ｘ方向列のＸ方向中心を基準にして対称に配置され、これにより、有効に反射音波を受信し得るようになっている。
本実施の形態に係る前記トランスデューサーアレイ１０１は、単一の前記受信用圧電素子１４１（６，２）を有している。この場合、前記受信用圧電素子１４１（６，２）は、Ｘ方向列のＸ方向中央に配置される。
本実施の形態に係る前記トランスデューサーアレイ１０１は、単一の前記受信用圧電素子１４１（６，２）を有している。この場合、前記受信用圧電素子１４１（６，２）は、Ｘ方向列のＸ方向中央に配置される。
【0107】
次に、前記受信用圧電素子１４１及び前記可撓性樹脂膜１３０の対応する部分によって形成される前記受信用トランスデューサーについて説明する。
【0108】
本実施の形態においては、前記受信用トランスデューサーは、前記駆動周波数に応じた周波数の超音波の受信によって共振する共振型とされている。
【0109】
即ち、前記受信用トランスデューサーは、最低次の共振モードの周波数が前記所定駆動周波数と同一又は近傍になるように構成されている。
【0110】
詳しくは、前記受信用トランスデューサーは、最低次の共振モードの周波数が駆動周波数の０．８倍～１．２倍の範囲内となるように構成される。即ち、例えば、駆動周波数が４０ｋＨｚの場合には、前記受信用トランスデューサーは、最低次の共振モードの周波数が３２ｋＨｚ（＝０．８×４０Ｈｚ）～４８ｋＨｚ×（＝１．２×４０Ｈｚ）となるように構成される。
【0111】
ここで、前記受信用貫通孔１２５ｂの形状に関し、本願発明者が行なった解析について説明する。
【0112】
図６（ａ）～（ｃ）に、本解析で用いた受信用トランスデューサーモデルＡ～Ｃの模式断面図を示す。
【0113】
モデルＡ～Ｃの構成は以下の通りである。
モデルＡ
・受信用圧電素子１４１
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）
密度７．９７×１０３ｋｇ／ｍ３
厚さ０．０８ｍｍ、一辺の長さ３．４ｍｍの平面視正方形状
・可撓性樹脂膜１３０
厚さ０．０５ｍｍのポリイミドフィルム
・上部支持板１２０（１）
厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ３０４
・凹部１２６ｂ（上部支持板１２０（１）に形成された開口）
一辺の長さ３．３ｍｍの平面視正方形状
・下部支持板１２０（２）
厚さ３．２５ｍｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）
・下部支持板１２０（２）に形成された導波路１２７ｂ
下部支持板１２０（２）の厚さ方向全域に亘って形成された直径３．７ｍｍの筒状部１２８ｂ
モデルＡ
・受信用圧電素子１４１
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）
密度７．９７×１０３ｋｇ／ｍ３
厚さ０．０８ｍｍ、一辺の長さ３．４ｍｍの平面視正方形状
・可撓性樹脂膜１３０
厚さ０．０５ｍｍのポリイミドフィルム
・上部支持板１２０（１）
厚さ０．１ｍｍのＳＵＳ３０４
・凹部１２６ｂ（上部支持板１２０（１）に形成された開口）
一辺の長さ３．３ｍｍの平面視正方形状
・下部支持板１２０（２）
厚さ３．２５ｍｍのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）
・下部支持板１２０（２）に形成された導波路１２７ｂ
下部支持板１２０（２）の厚さ方向全域に亘って形成された直径３．７ｍｍの筒状部１２８ｂ
【0114】
前記モデルＢ及びＣは、前記モデルＡに比して、前記導波路１２７ｂのみ変更されている。
即ち、前記モデルＢにおける導波路１２７ｂは、直径２．５ｍｍ且つ長さ１．７５ｍｍの筒状部１２８ｂと、先端側の開口直径が３．７ｍｍとされた長さ１．５ｍｍのホーン部１２９ｂとを有している。
即ち、前記モデルＢにおける導波路１２７ｂは、直径２．５ｍｍ且つ長さ１．７５ｍｍの筒状部１２８ｂと、先端側の開口直径が３．７ｍｍとされた長さ１．５ｍｍのホーン部１２９ｂとを有している。
【0115】
前記モデルＣにおける導波路１２７ｂは、直径１．５ｍｍ且つ長さ０．５ｍｍの筒状部１２８ｂと、先端側の開口直径が３．７ｍｍとされた長さ２．７５ｍｍのホーン部１２９ｂとを有している。
なお、前記モデルＣは、前記送信用圧電素子１４１が前記受信用圧電素子１４０に変更されている点を除き、前記第１実施例モデルと同一構成である。
なお、前記モデルＣは、前記送信用圧電素子１４１が前記受信用圧電素子１４０に変更されている点を除き、前記第１実施例モデルと同一構成である。
【0116】
前記モデルＡ～Ｃに対して、前記導波路１２７ｂの先端側開口に入射された音圧Ｐの音波が前記導波路１２７ｂ及び前記凹部１２６ｂ内を伝播して前記受信用トランスデューサーを振動させ、この振動によって前記受信用圧電素子１４１が発生する受信電圧信号の電圧Ｖを有限要素解析によって求め、Ｖ／Ｐを受信感度として算出した。
前記音波の周波数を２５ｋＨｚ～６５ｋＨｚに変化させて、それぞれの周波数の音波に対してＶ／Ｐを算出した。
前記音波の周波数を２５ｋＨｚ～６５ｋＨｚに変化させて、それぞれの周波数の音波に対してＶ／Ｐを算出した。
【0117】
【0118】
図７に示されるように、想定される駆動電圧の駆動周波数の範囲（３０ｋＨｚ～５０ｋＨｚ）においては、前記モデルＣが最も良好であることが確認された。
【0119】
斯かる解析に基づき、本実施の形態においては、図１に示すように、前記受信用貫通孔１２５ｂは前記送信用貫通孔１２５ａと同一形状とされている。
【0120】
【0121】
図１及び図８（ｂ）に示すように、本実施の形態においては、前記送信用圧電素子１４０は積層型とされている。
積層型圧電素子は、単層型圧電素子に比して、同一電圧印可時に電界強度を高めることができ、印可電圧当たりの伸縮変位を大きくすることができる。
積層型圧電素子は、単層型圧電素子に比して、同一電圧印可時に電界強度を高めることができ、印可電圧当たりの伸縮変位を大きくすることができる。
【0122】
詳しくは、前記送信用圧電素子１４０として用いられる積層型圧電素子は、チタン酸ジルコン酸鉛（PZT）等の圧電材によって形成される前記圧電素子本体１４２と、前記圧電素子本体１４２を厚み方向に関し上方側の第１圧電部位１４２ａ及び下方側の第２圧電部位１４２ｂに区画する内側電極１４４と、前記第１圧電部位１４２ａの上面の一部に固着された上面電極１４６と、前記第２圧電部位１４２ｂの下面に固着された下面電極１４７と、一端部が前記内側電極１４４に電気的に接続され且つ他端部が前記上面電極１４６とは絶縁状態で前記第１圧電部位１４２ａの上面においてアクセス可能な内側電極端子１４４Ｔを形成する内側電極用接続部材１４５と、一端部が前記下面電極１４７に電気的に接続され且つ他端部が前記上面電極１４６及び前記内側電極３４とは絶縁状態で前記第１圧電部位３２ａの上面においてアクセス可能な下面電極端子１４７Ｔを形成する下面電極用接続部材１４８とを有している。
【0123】
この場合、前記上面電極１４６及び前記下面電極１４７によって形成される外側電極が第１及び第２電極の一方として作用し、前記内側電極１４４が第１及び第２電極の他方として作用する。
【0124】
前記積層型圧電素子１４０においては、前記第１及び第２圧電部位１４２ａ、１４２ｂは、分極方向が厚み方向に関し同一とされており、これにより、前記外側電極及び前記内側電極１４４の間に所定の電圧を所定周波数で印可することによって、前記第１及び第２圧電部位１４２ａ、１４２ｂには互いに対して逆方向の電界が加わるようになっている。
【0125】
前述の通り、前記上面電極１４６及び前記下面電極１４７は互いに対して絶縁されており、従って、前記圧電素子１４０を作成する際には、前記上面電極１４６及び前記下面電極１４７の間に電圧を印可することによって、前記第１及び第２圧電部位１４２ａ、１４２ｂの分極方向を同一とすることができる。
【0126】
一方、図１に示すように、前記受信用圧電素子１４１は、前記送信用圧電素子１４０よりも薄い単層型とされている。
【0127】
斯かる構成によれば、前記受信用圧電素子１４１の剛性を前記送信用圧電素子１４０の剛性よりも弱めて、これにより、前記受信用圧電素子１４１が形成する前記受信用トランスデューサーの共振周波数を駆動周波数と同一又は近傍としつつ、前記送信用圧電素子１４０が形成する前記送信用トランスデューサーの共振周波数を駆動周波数よりも有効に高めることができる。
【0128】
図１に示すように、本実施の形態に係る前記トランスデューサーアレイ１０１は、さらに、下側封止板１５０及び配線アッセンブリ１８０を有している。
【0129】
前記下側封止板１５０は、前記複数の圧電素子をそれぞれ囲む大きさの複数の圧電素子用開口を有しており、平面視において前記複数の圧電素子が前記複数の圧電素子用開口内に位置するように前記可撓性樹脂膜１３０の第１面に接着剤又は熱圧着等によって固着されている。
【0130】
図１に示すように、前記下側封止板１５０の厚さは、前記送信用圧電素子１４０の厚さよりも大とされており、前記可撓性樹脂膜１３０の第１面に固着された状態において前記下側封止板１５０の第１面が、前記送信用圧電素子１４０における前記上面電極１４６、前記下面電極端子１４７Ｔ及び前記内側電極端子１４４Ｔ（図８参照）よりも前記可撓性樹脂膜１３０から離間されている。
【0131】
前記下側封止板１５０は、ステンレス等の金属や炭素繊維強化プラスチック及びセラミックス等の剛性部材によって形成される。
前記下側封止板１５０は、前記複数の圧電素子を含む圧電素子群の側方を封止するとともに、前記配線アッセンブリ１８０が固着される基台として作用する。
前記下側封止板１５０は、前記複数の圧電素子を含む圧電素子群の側方を封止するとともに、前記配線アッセンブリ１８０が固着される基台として作用する。
【0132】
前記配線アッセンブリ１８０は、下記送信側ユニットから供給される駆動電圧信号を前記複数の送信用圧電素子１４０に伝達し、且つ、前記受信用電圧素子１４１が発生する受信電圧信号を下記受信側ユニット３００へ伝達する為の信号伝達経路を形成する。
【0133】
図１に示すように、前記配線アッセンブリ１８０は、前記下側封止板１５０に接着剤等によって固着される絶縁性ベース層１８２と、前記ベース層１８２に固着された導体層１８５と、前記導体層１８５を囲繞する絶縁性のカバー層１８７とを有している。
【0134】
前記ベース層１８２及び前記カバー層１８７は、例えば、ポリイミド等の絶縁性樹脂によって形成される。
前記導体層１８５は、例えば、Ｃｕ等の導電性金属によって形成される。
好ましくは、前記導体層１８５を形成するＣｕの露出部分にＮｉ／Ａｕメッキを施すことができる。
前記導体層１８５は、例えば、Ｃｕ等の導電性金属によって形成される。
好ましくは、前記導体層１８５を形成するＣｕの露出部分にＮｉ／Ａｕメッキを施すことができる。
【0135】
前記導体層１８５は、前記複数の送信用圧電素子１４０にそれぞれ接続される複数の送信用配線と、前記一又は複数の受信用圧電素子１４１（本実施の形態においては、単一の受信用圧電素子）に接続される一又は複数の受信用配線とを有している。
【0136】
前記送信用配線は、対応する前記送信用圧電素子１４０の第１電極（本実施の形態においては外側電極１４６、１４７）及び第２電極（本実施の形態においては内側電極１４４）にそれぞれ接続される送信用第１電極配線１８５ａ及び送信用第２電極配線１８５ｂを含んでいる。
【0137】
同様に、前記受信用配線は、対応する前記受信用圧電素子１４１の第１電極（例えば下面電極）及び第２電極（例えば上面電極）にそれぞれ受信用第１電極配線１８６ａ及び受信用第２電極配線１８６ｂを含んでいる。
【0138】
前記ベース層１８２には、前記送信用第１電極配線１８５ａ及び前記送信用第２電極配線１８５ｂのうち前記送信用圧電素子１４０の対応する電極との接続領域を露出させる送信用第１電極接続開口及び送信用第２電極接続開口と、前記受信用第１電極配線１８６ａ及び前記受信用第２電極配線１８６ｂのうち前記受信用圧電素子１４１の対応する電極との接続領域を露出させる受信用第１電極接続開口及び受信用第２電極接続開口とが設けられている。
【0139】
前記送信用第１電極配線１８５ａ及び前記送信用第２電極配線１８６ｂのうち前記送信用第１電極接続開口及び前記送信用第２電極接続開口を介して露出される接続領域は、例えば、導電性接着剤又ははんだによって対応する前記送信用圧電素子の電極に直接的に電気的に接続される。
【0140】
一方、前述のように、前記受信用圧電素子１４１は前記送信用圧電素子１４０よりも薄い為、前記受信用第１電極配線１８６ａ及び前記受信用第２電極配線１８６ｂと前記受信用圧電素子１４１との間の離間距離は、比較的大きくなる。
【0141】
この点を踏まえて、図２に示すように、本実施の形態においては、前記受信用第１電極配線１８６ａ及び前記受信用第２電極配線１８６ｂのうち前記受信用第１電極接続開口及び前記受信用第２電極接続開口を介して露出される接続領域には、Ｃｕ等の導電性材料からなるバンプ１８９が設けられている。
【0142】
そして、前記受信用第１電極配線１８６ａ及び前記受信用第２電極配線１８６ｂは、それぞれ、前記バンプ１８９を介して、例えば、導電性接着剤又ははんだによって対応する前記受信用圧電素子１４１の電極に電気的に接続される。
【0143】
かかる構成によれば、厚みの小さい前記受信用圧電素子141と対応する前記受信用配線１８６ａ、１８６ｂとの間の電気接続を、厚みの大きい前記送信用圧電素子１４０と対応する前記送信用配線１８５ａ、１８５ｂとの間を電気接続する導電性接着材又ははんだと同程度の量（高さ）の導電性接着材又ははんだによって行うことができ、安定した電気接合を得ることができる。
【0144】
なお、前記バンプ１８９の表面には、酸化及び／又は腐食等を防止する為のＮｉ／Ａｕ層を設けることができる。
前記Ｎｉ／Ａｕ層は、厚さ数ミクロン以下とされ、好ましくは、前記配線アッセンブリ１８０を製造する際に、前記受信用配線１８６ａ、１８６ｂの接続領域に形成される。
前記Ｎｉ／Ａｕ層は、厚さ数ミクロン以下とされ、好ましくは、前記配線アッセンブリ１８０を製造する際に、前記受信用配線１８６ａ、１８６ｂの接続領域に形成される。
【0145】
図１に示すように、前記トランスデューサーアレイ１０１は、さらに、前記下側封止板１５０及び前記配線アッセンブリ１８０の上面に柔軟性樹脂１５５を介して固着された上側封止板１６０を有している。
前記上側封止板１６０は、前記複数の圧電素子のそれぞれに対応した位置に開口部１６２を有している。
前記上側封止板１６０は、前記複数の圧電素子のそれぞれに対応した位置に開口部１６２を有している。
【0146】
前記上側封止板１６０を備えることにより、前記トランスデューサーの振動動作への影響を可及的に防止しつつ、前記配線アッセンブリ１８０の支持安定化を図ることができる。
【0147】
前記上側封止板１６０は、例えば、厚さ０．１ｍｍ～０．３ｍｍのステンレス等の金属や炭素繊維強化プラスチック及びセラミックス等によって形成される。
【0148】
前記トランスデューサーアレイ１０１は、さらに、前記上側封止板１６０の複数の開口部１６２を覆うように前記上側封止板１６０の上面に接着等によって固着された吸音材１６５を備えている。
【0149】
前記吸音材１６５は、例えば、厚さ０．３ｍｍ～１．５ｍｍ程度のシリコーン樹脂又は他の発泡性樹脂によって形成される。
【0150】
前記吸音材１６５を備えることにより、前記トランスデューサーによって生成される超音波が放射されるべき側（図１において下側）とは反対側へ放射されることを有効に抑制することができる。
【0151】
前記トランスデューサーアレイ１０１は、さらに、前記吸音材１６５の上面に接着等によって固着された補強板１７０を備えている。
【0152】
前記補強板１７０は、例えば、厚さ０．２ｍｍ～０．５ｍｍ程度のステンレス等の金属や炭素繊維強化プラスチック及びセラミックス等によって形成される。
【0153】
前記補強板１７０を備えることにより、外力が前記基板１２０及び前記圧電素子１４０に影響を与えることを可及的に防止することができる。
【0154】
実施の形態２
以下、本発明に係る空中超音波トランスデューサーアレイの他の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図９に、前記実施の形態１における図２に対応した、本実施の形態に係るトランスデューサーアレイ１０２の部分平面図を示す。
なお、図中、前記実施の形態１におけると同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明を適宜省略する。
以下、本発明に係る空中超音波トランスデューサーアレイの他の実施の形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図９に、前記実施の形態１における図２に対応した、本実施の形態に係るトランスデューサーアレイ１０２の部分平面図を示す。
なお、図中、前記実施の形態１におけると同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明を適宜省略する。
【0155】
本実施の形態に係るトランスデューサーアレイ１０２は、複数の前記受信用圧電素子１４１を備えている点において、単一の前記受信用圧電素子１４１を備えている前記実施の形態１に係るトランスデューサーアレイ１０１と相違している。
【0156】
図９に示すように、前記トランスデューサーアレイ１０２は、３個の受信用圧電素子１４１（１，２）、１４１（６，２）、１４１（１１，２）を有している。
【0157】
詳しくは、第１の受信用圧電素子１４１（１，２）は基準Ｘ方向列１１０ＡのＸ方向一端側最外方（図９において最も左側）に配置され、第２の受信用圧電素子１４１（６，２）は基準Ｘ方向列１１０ＡのＸ方向中央に配置され、且つ、第３の受信用圧電素子１４１（１１，２）は基準Ｘ方向列１１０ＡのＸ方向他端側最外方（図９において最も右側）に配置されており、これにより、前記複数（３個）の前記第１～第３の受信用圧電素子１４１（１，２）、１４１（６，２）、１４１（１１，２）が、Ｘ方向列のＸ方向に関する中心を基準として対称に配置されている。
【0158】
このように、本実施の形態に係るトランスデューサーアレイ１０２は、全て（３３個）の圧電素子のうちの３個の圧電素子が前記受信用圧電素子１４１とされ、残りの３０個の圧電素子だけが前記送信用圧電素子１４０とされている。
【0159】
ここで、図９に示す本実施の形態に係る超音波トランスデューサーアレイ１０２と同一構成のモデル、即ち、基準Ｘ方向列１１０ＡのＸ方向一端側最外方、Ｘ方向中央及びＸ方向他端側最外方の圧電素子が前記受信用圧電素子１４１とされ、その他の３０個の圧電素子は送信用圧電素子１４０とされたモデル（以下、第２実施例モデルという）に対して行なった、ＳＰＬに関するＦＥＭ解析について説明する。
【0160】
前記第２実施例モデルにおける送信用トランスデューサー及び受信用トランスデューサーは、それぞれ、前記第１実施例モデルにおける送信用トランスデューサー（図３参照）及び前記受信用トランスデューサーモデルＣ（図６（ｃ）参照）と同一とした。
【0161】
前記第２実施例モデルにおける送信用圧電素子１４０の全て（３０個）に振幅１０Ｖの正弦波の電圧を印加した場合を第２実施例－（１）とし、駆動電圧の駆動周波数を当該送信用圧電素子１４１が形成する送信用トランスデューサーの共振周波数（約８０ｋＨｚ）よりも相当に低い周波数の範囲（１０～７０ｋＨｚ）で変化させて、ＦＥＭ解析によって駆動周波数毎のＳＰＬを算出した。
第２実施例－（１）の解析結果を図１０に示す。
第２実施例－（１）の解析結果を図１０に示す。
【0162】
また、前記第２実施例モデルにおける送信用圧電素子１４０の全て（３０個）のうち、前記第１～第３受信用圧電素子のＹ方向一方側及び他方側にそれぞれ隣接された６個の送信用圧電素子１４０（１，１）、１４０（１，３）、１４０（６，１）、１４０（６，３）、１４０（１１，１）、１４０（１１，３）には振幅を１５Ｖに増強した正弦波の増強電圧を印加し、その他の２４個の送信用圧電素子１４０には振幅１０Ｖの正弦波の電圧を印加した場合を第２実施例－（２）とし、駆動電圧の駆動周波数を同様に変化させて、ＦＥＭ解析によって駆動周波数毎のＳＰＬを算出した。
第２実施例－（２）の解析結果を図１０に併せて示す。
なお、図１０には、前記比較例の結果を併せて示している。
第２実施例－（２）の解析結果を図１０に併せて示す。
なお、図１０には、前記比較例の結果を併せて示している。
【0163】
図１０に示すように、前記第２実施例－（１）は、前記比較例に比して若干音圧レベルの低下がみられるものの、その低下は１％程度であり、十分な大きさの音圧が得られていることが確認された。
【0164】
前記第２実施例－（２）は、駆動周波数の変化範囲の全域に亘って前記比較例と同程度の音圧レベルを有していることが確認された。
【0165】
また、駆動電圧の駆動周波数が４０ｋＨｚとされた場合における前記第２実施例－（１）、前記第２実施例－（２）及び前記比較例の放射音波の横方向の音圧指向性をＦＥＭ解析によって算出した。
その結果を図１１に示す。
その結果を図１１に示す。
【0166】
図１１に示すように、音圧指向性に関しても、前記第２実施例－（１）及び前記第２実施例１－２共に、前記比較例に対して遜色ないことが確認された。
【0167】
【0168】
図１２に示すように、前記フェイズドアレイセンサー１は、前記空中超音波トランスデューサーアレイ１０２と、送信側ユニット２００と、受信側ユニット３００と、制御装置５００と、検知装置６００とを備えている。
【0169】
【0170】
まず、前記制御装置５００及び前記送信側ユニット２００について説明する。
図１５に、前記送信側ユニット２００から供給される駆動電圧信号によって、走査方向（例えば、Ｘ方向）に沿って配列された複数の前記送信用圧電素子１４０を含む前記トランスデューサーアレイ１０２が超音波を放射する際の模式動作説明図を示す。
図１５に、前記送信側ユニット２００から供給される駆動電圧信号によって、走査方向（例えば、Ｘ方向）に沿って配列された複数の前記送信用圧電素子１４０を含む前記トランスデューサーアレイ１０２が超音波を放射する際の模式動作説明図を示す。
【0171】
なお、図１５中のτｅは、一の送信用圧電素子（例えば送信用圧電素子１４０（１、１））に印加するバースト波駆動電圧信号と、隣接する送信用圧電素子（例えば送信用圧電素子１４０（２、１））に印加するバースト波駆動電圧信号との遅延時間であり、
τｅ＝（ｄｅ×ｓｉｎθ）／ｃ
によって算出される。
ここで、θは前記トランスデューサーアレイ１０１から放射される超音波の方位角、ｄｅは隣接する前記送信用圧電素子の配列間隔、ｃは音速である。
τｅ＝（ｄｅ×ｓｉｎθ）／ｃ
によって算出される。
ここで、θは前記トランスデューサーアレイ１０１から放射される超音波の方位角、ｄｅは隣接する前記送信用圧電素子の配列間隔、ｃは音速である。
【0172】
なお、前記配列間隔ｄｅは、前述の通り、グレーティングローブの発生を抑制する為には、前記送信用圧電素子１４０が形成する前記送信用トランスデューサーが放射する超音波の波長λの１／２以下に設定される。
温度２０℃の空気中の周波数４０ｋＨｚの超音波の波長λは８．６ｍｍであるから、前記配列間隔ｄｅは、８．６ｍｍ／２＝４．３ｍｍ以下に設定される。
温度２０℃の空気中の周波数４０ｋＨｚの超音波の波長λは８．６ｍｍであるから、前記配列間隔ｄｅは、８．６ｍｍ／２＝４．３ｍｍ以下に設定される。
【0173】
図１３に示すように、前記制御装置５００は、
・デジタル回路の動作タイミングを決める為の例えば０．１μｓｅｃ周期のクロック信号を発生するクロック信号発生回路５１０と、
・前記クロック信号発生回路５１０で発生されたクロック信号の周波数を、バースト波周期を設定する為に適切な時間刻み、例えば０．１ｍｓｅｃ周期に低下させる時間単位設定カウンター回路５２０と、
・Ｘ方向に沿って配列された複数の送信用圧電素子１４０に送信するバースト波駆動電圧信号の発生タイミングの間隔でパルスを発生するバースト間隔カウンター回路５３０と、
・前記時間単位設定カウンター回路５２０及び前記バースト間隔カウンター回路５３０からの信号に基づき、発生させるべきバースト波駆動電圧信号の全体時間幅に対応した時間幅のアクティブパルス信号を出力するアクティブカウンター回路５４０と、
・前記トランスデューサーアレイ１０２が放射する超音波の方位角θを示す方位角信号を出力する方位角制御部５５０とを有している。
・デジタル回路の動作タイミングを決める為の例えば０．１μｓｅｃ周期のクロック信号を発生するクロック信号発生回路５１０と、
・前記クロック信号発生回路５１０で発生されたクロック信号の周波数を、バースト波周期を設定する為に適切な時間刻み、例えば０．１ｍｓｅｃ周期に低下させる時間単位設定カウンター回路５２０と、
・Ｘ方向に沿って配列された複数の送信用圧電素子１４０に送信するバースト波駆動電圧信号の発生タイミングの間隔でパルスを発生するバースト間隔カウンター回路５３０と、
・前記時間単位設定カウンター回路５２０及び前記バースト間隔カウンター回路５３０からの信号に基づき、発生させるべきバースト波駆動電圧信号の全体時間幅に対応した時間幅のアクティブパルス信号を出力するアクティブカウンター回路５４０と、
・前記トランスデューサーアレイ１０２が放射する超音波の方位角θを示す方位角信号を出力する方位角制御部５５０とを有している。
【0174】
図１２及び図１３に示すように、前記送信側ユニット２００は、前記複数（本実施の形態においては３０個）の送信用圧電素子１４０のそれぞれに対する駆動電圧信号を発生する複数（図示においては３０個）の信号発生手段２２０を含む送信信号発生装置２１０と、前記方位角制御部５５０から送られてくる方位角信号に基づき遅延時間τｅを算出し、前記複数の信号発生手段２１０に対応する遅延制御信号を出力する送信側遅延時間制御部５６０と、前記複数の信号発生手段２１０によって発生された駆動電圧信号をそれぞれ前記複数の送信用圧電素子１４０に伝達する複数の送信側チャンネル２５０とを有している。
【0175】
好ましくは、前記送信信号発生装置２１０は、前記複数の送信用圧電素子１４０のうち、走査方向（図示の形態においてはＸ方向）とは直交するＹ方向に関し前記受信用圧電素子１４１と隣接する送信用圧電素子１４０(１，１）、１４０（１，３）には、他の送信用圧電素子１４０に印加する駆動電圧信号の振幅（例えば１０Ｖ）よりも大きい振幅（例えば１５Ｖ）の駆動電圧信号を印加するように構成される。
【0176】
斯かる好ましい構成によれば、複数の圧電素子の一部（本実施の形態においては、３３個の圧電素子のうちの３個の圧電素子）を受信用圧電素子１４１としたことによる、音波放射特性の劣化を有効に防止乃至は低減することができる。
【0177】
図１３に示すように、前記信号発生手段２２０は、分周器２２２と、遅延時間カウンター回路２２４と、波数カウンター回路２２６とを有している。
【0178】
前記分周器２２２は、前記クロック信号発生回路５１０からのクロック信号を分周して、所定周波数の矩形波のバースト波駆動電圧信号を生成する。
【0179】
前記遅延時間カウンター回路２２４は、前記アクティブカウンター回路５４０からのアクティブパルス信号によってアクティブとされると、前記送信側遅延時間制御部５６０からの遅延制御信号によって指定された遅延時間に応じて前記分周器２２２にスタート信号パルスを送り、これにより、前記分周器２２２が矩形波のバースト波駆動電圧信号の出力を開始する。
【0180】
前記波数カウンター回路２２６は、前記分周器２２２から出力される矩形波のバースト波駆動電圧信号の波数が所定波数に到達すると前記分周器２２２にストップ信号パルスを送る。
【0181】
【0182】
前記送信側フィルタ２６０は、駆動周波数成分の通過を許容しつつ少なくとも前記送信用トランスデューサーの共振周波数成分を除去するように構成されている。
【0183】
前記送信側フィルタ２６０は、駆動周波数成分の通過を許容しつつ前記送信用トランスデューサーの共振周波数成分を除去するように構成されたローパスフィルタ又はバンドパスフィルタ、若しくは、前記トランスデューサー１１０の共振周波数成分のみをピンポイントで除去する帯域阻止フィルタとされ得る。
【0184】
前記送信側フィルタ２６０がバンドパスフィルタとされた構成においては、好ましくは、前記バンドパスフィルタは、駆動周波数の±１０％の周波数成分のみを通過させるように構成される。
【0185】
斯かる構成によれば、数メートル先の物体を検知する為に必要とされる駆動周波数（３０～５０ｋＨｚ）を有効に通過させつつ、非共振型の前記送信用トランスデューサーの共振周波数（例えば、７０ｋＨｚ）の成分を有効に除去乃至は低減することができる。
【0186】
例えば、本実施の形態に係る超音波フェイズドアレイセンサー１をサービスロボット等の障害物に対する最大相対速度差ｖが１０ｋｍ／ｈ（＝２．７８ｍ／ｓｅｃ）程度の装置に装着される場合には、
△ｆ／ｆ≒±ｖ／ｃ＝±０．００８０８（＝±０．８０８％）
となる。
ここで、ｆは超音波の周波数、△ｆはドップラー効果による周波数変動、及び、ｃは音速である。
△ｆ／ｆ≒±ｖ／ｃ＝±０．００８０８（＝±０．８０８％）
となる。
ここで、ｆは超音波の周波数、△ｆはドップラー効果による周波数変動、及び、ｃは音速である。
【0187】
従って、前記送信側フィルタ２６０として用いられるバンドパスフィルタが駆動周波数の±１％の周波数成分のみを通過させるように構成すれば、ドップラー効果による受信音波の周波数変動を検知することにより障害物の速度をある程度の精度で検出することが可能となる。
【0188】
前記送信側フィルタ２６０を通過させることによって、矩形波のバースト波駆動電圧信号から、基本周波数は同一の正弦波のバースト波駆動電圧信号（図１５参照）に変換される。
【0189】
本実施の形態においては、図１２及び図１３に示すように、前記送信側ユニット２００は、前記送信側フィルタ２６０より信号伝達方向下流側において前記送信側チャンネル２５０に介挿された電力増幅回路２７０を有している。
前記電力増幅回路２７０は、バッファ回路２７２及び増幅回路２７４を有している。
前記電力増幅回路２７０は、バッファ回路２７２及び増幅回路２７４を有している。
【0190】
次に、前記受信側ユニット３００について説明する。
図１２及び図１４に示すように、前記受信側ユニット３００は、
前記複数（本実施の形態においては３個）の受信用圧電素子１４１が発生する受信電圧信号をそれぞれ受信可能な複数（本実施の形態においては３個）の受信側チャンネル３１０と、前記複数の受信側チャンネル３１０にそれぞれ介挿された複数（本実施の形態においては３個）の包絡線検波器３２０とを有している。
図１２及び図１４に示すように、前記受信側ユニット３００は、
前記複数（本実施の形態においては３個）の受信用圧電素子１４１が発生する受信電圧信号をそれぞれ受信可能な複数（本実施の形態においては３個）の受信側チャンネル３１０と、前記複数の受信側チャンネル３１０にそれぞれ介挿された複数（本実施の形態においては３個）の包絡線検波器３２０とを有している。
【0191】
前記包絡線検波器３２０は、対応する前記受信用圧電素子１４１から前記受信側チャンネル３１０を介して伝達された受信電圧信号の継続時間（信号全体の時間幅）に応じた幅を有する包絡線検波信号を生成する。
前記包絡線検波器３２０は、包絡線検波信号をパルス波形に変換する回路を含む。
前記包絡線検波器３２０は、包絡線検波信号をパルス波形に変換する回路を含む。
【0192】
本実施の形態においては、図１２、１４及び１６に示すように、前記受信側ユニット３００は、さらに、前記複数の包絡線検波器３３０より信号伝達方向上流側において前記複数の受信側チャンネル３１０にそれぞれ介挿された複数（本実施の形態においては３個）の低雑音増幅回路３１５を有している。
【0193】
【0194】
本実施の形態におけるように、前記トランスデューサーアレイ１０２が複数の前記受信用トランスデューサーを有している場合には、図１２、１４、１６及び１７（ａ）に示すように、前記受信側ユニット３００は、さらに、前記複数の検波器３２０より信号伝達方向下流側において前記複数の受信側チャンネル３１０にそれぞれ介挿され、受信電圧信号をそれぞれ対応する所定時間遅延可能な複数（図示においては３個）の遅延回路３３０と、前記複数の遅延回路３３０の出力信号を加算する加算回路３４０とを有している。
【0195】
前記複数の遅延回路３３０の遅延時間は、対応する前記受信用圧電素子１４１の超音波の受信に応じて前記複数の受信用トランスデューサーが発生する受信電圧信号のうち、前記送信用トランスデューサーが超音波を放射した際の方位角θに存在する障害物に反射して戻ってきた方位角θの戻り超音波による受信電圧信号のみを時間軸に対して一致させるように、設定される。
【0196】
具体的には、前記複数の遅延回路３３０は、前記受信側ユニット３００に備えられる受信側遅延時間制御部５６２から送られてくる遅延制御信号によって、対応する遅延時間だけそれぞれの受信電圧信号を遅延させる。
【0197】
なお、受信側遅延時間制御部５６２は、前記方位角制御部５５０から送られてくる方位角信号に基づき、前記複数の受信側チャンネル３１０毎に対応する遅延時間τｒを算出し、前記複数の受信側チャンネル３１０毎の遅延制御信号に基づく遅延時間だけ、それぞれの受信電圧信号を遅延させる。
【0198】
図１６に示す例においては、第３の受信用圧電素子１４１（１１，１）からの受信電圧信号を遅延させる第３の遅延回路３３０－３の遅延時間はゼロに設定され、第２の受信用圧電素子１４１（６，２）からの受信電圧信号を遅延させる第２の遅延回路３３０－２の遅延時間τｒは、第３の受信用圧電素子１４１（１１，１）からの受信電圧信号を基準にして、隣接する第３の受信用圧電素子１４１（１１，１）との配列間隔ｄｒ（本実施の形態においては、ｄｒ＝５×ｄｅ）、方位角θ及び音速ｃに基づいて、
τｒ＝(ｄｒ×ｓｉｎθ)／ｃ
によって算出される。
τｒ＝(ｄｒ×ｓｉｎθ)／ｃ
によって算出される。
【0199】
そして、第１の受信用圧電素子１４１（１，２）からの受信電圧信号を遅延させる第１の遅延回路３３０－１の遅延時間は、隣接する第２の受信用圧電素子１４１（６，２）からの受信電圧信号に対して時間τｒ、即ち、第３の受信用圧電素子１４１（１１，１）からの受信電圧信号を基準にすると時間２τｒに設定されている。
【0200】
図１７（ａ）に示すように、前記加算回路３７０は、前記複数の遅延回路３３０によって時間軸が一致された状態の前記複数の受信側チャンネル３１０の受信電圧信号を加算する。
【0201】
斯かる構成によれば、超音波が放射される方位角θ以外の方向の存在物を、方位角θに存在する障害物であるとして虚像検知することを有効に回避することができる。
【0202】
前述の通り、本実施の形態に係るフェイズドアレイセンサー１は、前記複数の受信側圧電素子１４１を含む前記実施の形態２に係るトランスデューサーアレイ１０２を有しているが、これに代えて、単一の受信側圧電素子１４０を含む前記実施の形態１に係るトランスデューサーアレイ１０１を有することも可能である。
【0203】
図１８に、前記実施の形態１に係るトランスデューサーアレイ１０１を備えた、本実施の形態の第１変形例に係るフェイズドアレイセンサー２の模式ブロック図を示す。
【0204】
図１８に示すように、前記フェイズドアレイセンサー２は、本実施の形態に係るフェイズドアレイセンサー１に比して、前記トランスデューサーアレイ１０２に代えて前記トランスデューサーアレイ１０１を有し、且つ、前記受信側ユニット３００に代えて受信側ユニット３０２を有している。
【0205】
前記受信側ユニット３０２は、前記受信側ユニット３００に比して、前記遅延回路３３０、前記受信側遅延時間制御部５６２及び前記加算回路３４０が削除されている。
【0206】
前記第１変形例に係るフェイズドアレイセンサー２においては、戻り超音波を受信する受信用トランスデューサーが単一である為に、方位角θの戻り超音波に基づく障害物の検知に加えて、前記障害物に反射した反射超音波が他の方向に存在する他の障害物に反射して戻ってくる多重反射超音波に基づく虚像を検知する可能性がある。
【0207】
この点に関し、複数の前記受信用トランスデューサーを備えた本実施の形態に係るフェイズドアレイセンサー１によれば、方位角θに向けて放射され、方位角θに存在する障害物に反射して戻ってきた方位角θの戻り超音波による受信電圧信号のみを時間軸に対して一致させることができ、虚像の検知を有効に回避することができる。
【0208】
前記検波器３２０は、包絡線検波を行う回路の前段に可変ゲイン増幅器（図示せず）と対数増幅器（図示せず）とを含むことができる。
【0209】
前記可変ゲイン増幅器は、前記送信側ユニット２００からの駆動電圧信号による前記トランスデューサーアレイ１０２（１０１）の超音波の放射タイミングから、前記トランスデューサーアレイ１０２(１０１）による戻り超音波の受信タイミングまでの時間差が大きくなるに従って増幅ゲインが大きくなるように、構成されている。
【0210】
前記可変ゲイン増幅器は、遠方の障害物からの戻り超音波ほど音波減衰が大きくなり、受信電圧信号の振幅が小さくなることを考慮して備えられる。
【0211】
前記対数増幅器は、振幅の小さい信号に対してはゲインを大きく且つ振幅の大きい信号に対してゲインを小さくすることができるように構成されている。
【0212】
即ち、受信電圧信号中の振幅の小さい信号を増幅する為にはゲインを大きく設定する必要があるが、受信電圧信号の全てに対して設定ゲインが単一であるとすると、大振幅の信号が飽和して、歪みが生じることになる。
前記対数増幅器は、斯かる不都合を防止して、増幅できる信号の振幅範囲を拡げることができ、前記検波器の出力信号の歪みを有効に抑制することができる。
前記対数増幅器は、斯かる不都合を防止して、増幅できる信号の振幅範囲を拡げることができ、前記検波器の出力信号の歪みを有効に抑制することができる。
【0213】
【0214】
前記時間差検出部６１０は、前記制御装置５００から送られてくる駆動電圧信号に基づく送信タイミング信号（図１７（ｂ））及び前記受信側ユニット３００（３０２）から送られてくる受信電圧信号に基づく受信タイミング信号（図１７（ａ））の時間差ｔｄ（図１７（ａ）及び（ｂ））の例においては、ｔｄ＝ｔ１－ｔ０を検出するように構成されている。なお、前記受信タイミング信号の発生タイミングｔ1は、前記検波器３２０からの受信電圧信号が所定閾値を越えた時点とされる。
【0215】
前記方位検出部６２０は、前記制御装置５００から送られてくる方位角情報に基づき、前記トランスデューサーアレイ１０２(１０１）が超音波を放射した方位角θを認識するように構成されている。
【0216】
前記位置検知部６３０は、前記時間差検出部６１０の検出結果に基づき算出される障害物までの距離と前記方位検出部６２０によって認識された障害物の方位角とに基づき、障害物の位置を特定する。
【0217】
【0218】
前述の通り、本実施の形態においては、前記受信側チャンネル３１０における受信信号の遅延処理及び加算処理は全て包絡線検波後の信号に対して行なわれている為、受信感度の方位角分布におけるグレーティングローブの発生はなく、受信用トランスデューサを形成する受信用圧電素子１４１が共振型であっても、その共振周波数のばらつきの影響を受けることがない。このため、受信用トランスデューサ（受信用圧電素子１４１）の配列間隔ｄｒは任意に設定可能であり、方位角分解能を高めるためには ｄｒを広く設定する方が有利である。
【0219】
この点を考慮して、本実施の形態においては、３個の受信用圧電素子１４１のうちの第１の受信用圧電素子１４１（１，２）を走査方向（Ｘ方向）一端側に配置させ、第２の受信用圧電素子１４１（６，２）を走査方向（Ｘ方向）中央に配置させ、第３の受信用圧電素子１４１（１１，２）を走査方向（Ｘ方向）他端側に配置させている。
【0220】
なお、本実施の形態（図１２及び図１３参照）及び第１変形例においては、前記送信側ユニット２００は、前記複数の送信用圧電素子１４０の個数に対応した個数の前記信号発生手段２２０を有しており、前記複数の送信用圧電素子１４０にはそれぞれに専用の前記信号発生手段２２０から駆動電圧信号が供給されるようになっている。
【0221】
これに代えて、前記複数の送信用圧電素子１４０のうち走査方向（Ｘ方向）に関し同一位置に配置された送信用圧電素子には、共通の信号発生手段２２０から駆動電圧信号が供給されるように変形することも可能である。
【0222】
図１９に、斯かる変形構成を備えた第２変形例に係るフェイズドアレイセンサー３の模式ブロック図を示す。
【0223】
図１９に示すように、前記第２変形例に係るセンサー３は、本実施の形態に係るセンサー１に比して、前記送信側ユニット２００に代えて送信側ユニット２０２を有している。
【0224】
前記送信側ユニット２０２は、共働するトランスデューサーアレイ（図示の構成においては、前記トランスデューサーアレイ１０２）における送信用圧電素子１４０のうち、走査方向（Ｘ方向）に関し同一位置に配置された一又は複数の送信用圧電素子毎に設けられた複数の信号発生手段２２０を有している。
【0225】
図１９に示す前記センサー３は、前記実施の形態１に係る前記トランスデューサーアレイ１０１を有しており、前記アレイ１０１は、前記複数の送信用圧電素子１４０の配置に関し、第１～第１１の１１個の走査方向（Ｘ方向）位置を有している。
【0226】
従って、前記送信側ユニットは、第１～第１１の１１個の前記信号発生手段２２０－１～２２０－１１を含む送信信号発生装置２１２と、前記第１～第１１信号発生手段２２０－１～２２０－１１で発生された駆動電圧信号をそれぞれ対応する走査方向（Ｘ方向）位置の送信用圧電素子１４０に伝達する第１～第１１の送信側チャンネル２５０－１～２５０－１１とを有している。
【0227】
前記送信側ユニットにおけると同様に、前記第１～第１１の送信側チャンネル２５０－１～２５０－１１には、それぞれ、前記送信側フィルタ２６０及び前記電力増幅回路２７０が直列に介挿されている。
【符号の説明】
【0228】
１～３ フェイズドアレイセンサー
１０１、１０２ トランスデューサーアレイ
１１０Ａ 基準Ｘ方向列
１１０（１）、（２） 第１、第２隣接Ｘ方向列
１２０ 支持板
１２１ 支持板の第１面
１２２ 支持板の第２面
１２５ａ 送信用貫通孔
１２５ｂ 受信用貫通孔
１２６ａ、ｂ 凹部
１２７ａ、ｂ 導波路
１２８ａ、ｂ 筒状部
１２９ａ、ｂ ホーン部
１３０ 可撓性樹脂膜
１４０ 送信用圧電素子
１４１ 受信用圧電素子
１５０ 下側封止板
１８０ 配線アッセンブリ
１８２ 絶縁性ベース層
１８５ 導体層
１８５ａ、ｂ 送信用第１及び第２電極配線
１８６ａ、ｂ 受信用第１及び第２電極配線
１８９ バンプ
２１０ 送信信号発生装置
３２０ 検波器
３３０ 遅延回路
３４０ 加算器
５００ 制御装置
６００ 検知装置
１０１、１０２ トランスデューサーアレイ
１１０Ａ 基準Ｘ方向列
１１０（１）、（２） 第１、第２隣接Ｘ方向列
１２０ 支持板
１２１ 支持板の第１面
１２２ 支持板の第２面
１２５ａ 送信用貫通孔
１２５ｂ 受信用貫通孔
１２６ａ、ｂ 凹部
１２７ａ、ｂ 導波路
１２８ａ、ｂ 筒状部
１２９ａ、ｂ ホーン部
１３０ 可撓性樹脂膜
１４０ 送信用圧電素子
１４１ 受信用圧電素子
１５０ 下側封止板
１８０ 配線アッセンブリ
１８２ 絶縁性ベース層
１８５ 導体層
１８５ａ、ｂ 送信用第１及び第２電極配線
１８６ａ、ｂ 受信用第１及び第２電極配線
１８９ バンプ
２１０ 送信信号発生装置
３２０ 検波器
３３０ 遅延回路
３４０ 加算器
５００ 制御装置
６００ 検知装置
【要約】
本発明に係る超音波トランスデューサーアレイは、複数の貫通孔を含む貫通孔群が設けられた剛性の支持板と、複数の貫通孔を覆うように支持板に固着された可撓性樹脂膜と、中央領域が貫通孔と重合し且つ周縁領域が支持板と重合するように可撓性樹脂膜に固着された複数の圧電素子とを備え、前記複数の圧電素子は、所定駆動周波数の駆動電圧信号の印加に応じて超音波を発生する送信用トランスデューサーを形成する複数の送信用圧電素子と、超音波の受信に応じて受信電圧信号を発生する受信用トランスデューサーを形成する一又は複数の受信用圧電素子とを含み、送信用トランスデューサーは駆動周波数の駆動電圧信号の印加に応じて共振せずに超音波を発生する非共振型とされる一方で、受信用トランスデューサーは駆動周波数に応じた周波数の超音波の受信によって共振する共振型とされている。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
