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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor.
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Ein
Ultraschallsensor ist zum Beispiel an einem Kraftfahrzeug angebracht.
Der Sensor erfasst einen Abstand zwischen dem Sensor, d.h. dem Fahrzeug,
und einem Hindernis, wenn ein Fahrer das Fahrzeug parkt oder wenn
der Fahrer das Fahrzeug wendet. Der Ultraschallsensor ist zum Beispiel
in der JP-A-2001-16694 offenbart. Der Sensor zur Erfassung des Hindernisses
umfasst eine Sendeeinrichtung und eine Empfangseinrichtung, die
eine Ultraschallwelle aussendet bzw. die reflektierte Ultraschallwelle
empfängt.
Der Sensor kann eine Sende/Empfangs-Einrichtung umfassen. Wenn die
Sendeeinrichtung die Ultraschallwelle aussendet, trifft die Ultraschallwelle
auf das Hindernis. Das Hindernis reflektiert die Ultraschallwelle
und die reflektierte Ultraschallwelle wird von der Empfangseinrichtung
empfangen. Auf der Grundlage der durch die Empfangseinrichtung empfangenen
Ultraschallwelle werden ein Schalldruck der Ultraschallwelle, eine
Zeitverzögerung und/oder
eine Phasendifferenz erfasst, so dass eine Richtung zu dem Hindernis
und ein Abstand zwischen dem Hindernis und dem Fahrzeug berechnet
werden können.
Ferner kann eine Konkavität
und eine Konvexität des
Hindernisses erfasst werden.
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Die
Empfangseinrichtung der Ultraschallwelle ist zum Beispiel ein Ultraschallelement
mit einem Vibrationselement, das aus einer piezoelektrischen Dünnschicht
gebildet ist, die auf einer Membran als einem dünnen Abschnitt eines Substrats
angeordnet ist. Das Ultraschallelement mit einer Membranstruktur
ist zum Beispiel in der JP-A-2003-284182
offenbart. Dieses Element ist durch ein Feinzerspanungsverfahren
gebildet, so dass das Element als Ultraschallelement vom MEMS (micro
electro mechanical system = mikroelektromechanisches System) – Typ, kurz
MEMS-Ultraschallelement,
bezeichnet wird. Die JP-A-2003-284182 offenbart ferner einen Ultraschallfeldsensor
(engl. "ultrasonic
array sensor"),
der die MEMS-Ultraschallelemente
enthält.
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Das
MEMS-Ultraschallelement 90R ist in 13A gezeigt. In dem Element 90R ist
eine PZT (Blei Zirkonat Titanat)-Keramik-Dünnschicht 2 als eine
ferroelektrische Substanz zwischen einem Paar von Elektroden 3a und 3b angeordnet.
Das Element 90R umfasst ferner einen piezoelektrischen
Sensor mit einer vorbestimmten Resonanzfrequenz zur Erfassung der
Ultraschallwelle. Wenn das Element 90R in Betrieb ist,
ist eine vorbestimmte elektrische Vorspannung an die Elektroden 3a und 3b angelegt,
so dass die Resonanzfrequenz des Elements 90R geändert, d.h.
eingestellt wird.
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13B erläutert ein Positionierungsmessverfahren
durch Verwenden der Ultraschallwelle, das in der JP-A-2003-284182 offenbart
ist. Ein Ultraschallsensor 900 umfasst eine Ultraschallwellen-Quelle 40 als
eine Sendeeinrichtung für
die Ultraschallwelle und eine Ultraschallfeldeinrichtung A90R als
eine Empfangseinrichtung der Ultraschallwelle. Die Ultraschallfeldeinrichtung
A90R umfasst eine Mehrzahl von MEMS-Ultraschallelementen 90R,
die in einem Feld angeordnet sind. In dem Sensor 900 ist
die Quelle 40 benachbart zu der Erfassungseinrichtung A90R
angeordnet und sendet die Ultraschallwelle aus. Die Ultraschallwelle
trifft auf ein Objekt 51, 52 als einem Hindernis
und wird von diesem 51, 52 reflektiert. Auf diese
Weise kehrt die Ultraschallwelle zu dem Sensor 900 zurück. Die
zurückgekehrte
Ultraschallwelle wird von jedem Erfassungselement 90R in
der Erfassungseinrichtung A90R empfangen. Auf der Grundlage der
empfangenen Ultraschallwelle wird die Position des Objekts 51, 52 einschließlich eines
Ausrichtungswinkels des Objekts 51, 52 bestimmt.
Insbesondere wird auf der Grundlage einer Sendezeit der Ultraschallwelle
in jeder Einfallsrichtung des Erfassungselements 90R der
Abstand zwischen dem Erfassungselement 90R und dem Objekt 51, 52 in
der Einfallsrichtung berechnet. Somit wird die Verteilung des Abstandes
in unterschiedliche Einfallsrichtungen bestimmt. Demzufolge wird
der Abstand zwischen dem Objekt 51, 52 und dem
Erfassungselement 90R in einer Tiefenrichtung des Objekts 51, 52 bestimmt.
Hier ist die Sendezeit der Ultraschallwelle eine Zeitspanne von
einem Sendezeitpunkt, wenn die Ultraschallwelle von der Quelle 40 ausgesendet
wird, zu einem Rückkehrzeitpunkt,
zu dem die Ultraschallwelle zu dem Erfassungselement 90R zurückkehrt.
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Hier
sind die Quelle 40 und die Erfassungseinrichtung A90R voneinander
getrennt. Daher sind die Herstellungskosten der Quelle 40 und
der Erfassungseinrichtung A90R erhöht. Ferner, wenn die Quelle 40 und die
Erfassungseinrichtung A90R an einer Stoßstange des Fahrzeugs angebracht
sind, beeinflusst die Montagegenauigkeit der Quelle 40 und
der Erfassungseinrichtung A90R die Genauigkeit der Erfassung der
Richtung und des Abstandes des Objekts. Ferner, der Montageabstand
zwischen der Quelle 40 und der Erfassungseinrichtung A90R
kann erhöht
werden.
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Ferner
gilt allgemein, dass, wenn eine Ultraschallerfassungseinrichtung
direkt an der Stoßstange
des Fahrzeugs angebracht ist, die Erfassungseinrichtung den Abstand
zu dem Objekt nicht korrekt erfassen kann, wenn Wassertropfen oder
Staubpartikel auf einer Oberfläche
des Erfassungselements haften. Ferner hängt eine Abschwächung der
sich durch die Luft ausbreitenden Ultraschallwelle von der Temperatur
und der Feuchtigkeit der Luft ab. Diese können sich jedoch ändern, je
nach Umgebung des Fahrzeugs. Somit kann die Genauigkeit, mit der
das Objekt erfasst werden kann, auch von der Temperatur- und Feuchtigkeitsänderung
abhängen.
Insbesondere kann die Umgebungstemperatur um das Fahrzeug durch
einen Außentemperatursensor
oder dergleichen erfasst werden. Jedoch gibt es keinen geeigneten
Außenfeuchtigkeitssensor,
der auf der Außenseite
des Fahrzeugs angebracht ist. Somit kann die Umgebungsfeuchtigkeit
des Fahrzeugs nicht erfasst werden.
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Angesichts
des oben beschriebenen Problems ist es ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, einen Ultraschallsensor mit einer Sendeeinrichtung und
einer Empfangseinrichtung für
Ultraschallwellen bereitzustellen.
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Ein
Ultraschallsensor zur Erfassung eines Objekts umfasst ein Substrat,
eine Sendeeinrichtung zum Aussenden einer Ultraschallwelle, eine
Mehrzahl von Empfangseinrichtungen zum Empfangen der Ultraschallwelle
und eine Schaltung zur Verarbeitung empfangener Ultraschallwellen,
die von den Empfangseinrichtungen empfangen werden, nachdem die
Ultraschallwelle von der Sendeeinrichtung durch das Objekt reflektiert wurde.
Die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtungen sind auf dem
Substrat integriert.
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Die
Abmessungen des obigen Sensors sind im Vergleich zu einem herkömmlichen
Sensor minimiert. Ferner sind die Herstellungskosten des Sensors
reduziert. Ferner ist eine räumliche
Beziehung zwischen der Sendeeinrichtung und der Empfangseinrichtung
genau bestimmt, so dass die Erfassungsgenauigkeit des Sensors durch
die Montagegenauigkeit des Sensors nicht beeinflusst wird.
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Alternativ
kann die Anzahl der Empfangseinrichtungen gleich groß wie oder
größer als
drei sein, so dass die Schaltung dazu geeignet ist, eine Fehlfunktion
zu erfassen. Ferner besitzt die Sendeeinrichtung und die drei Empfangseinrichtungen
jeweils eine Oberfläche
zum Senden bzw. Empfangen der Ultraschallwelle, wobei die Oberfläche senkrecht
zum Boden ausgerichtet ist. Die drei Empfangseinrichtungen umfassen
eine erste bis eine dritte Empfangseinrichtung. Die erste Empfangseinrichtung
ist oberhalb der dritten Empfangseinrichtung und links von der zweiten
Empfangseinrichtung angeordnet. Die Schaltung ist dazu geeignet,
einen Abstand in einer horizontalen Ebene, parallel zum Boden, zwischen
dem Objekt und dem Sensor und einen Richtungswinkel in dieser Ebene
von dem Sensor zu dem Objekt auf der Grundlage der von der ersten
und der zweiten Empfangseinrichtung empfangenen Ultraschallwellen
zu berechnen. Die Schaltung ist ferner dazu geeignet, einen Abstand
in einer vertikalen Ebene, senkrecht zum Boden, zwischen dem Objekt
und dem Sensor und einen Winkel in dieser Ebene von dem Sensor zu
dem Objekt auf der Grundlage der von der ersten und der dritten
Empfangseinrichtung empfangenen Ultraschallwellen zu berechnen.
Die Schaltung ist dazu geeignet, die Abstände in der horizontalen und
der vertikalen Ebene sowie die Winkel in diesen Ebenen auf der Grundlage
der von der zweiten und der dritten Empfangseinrichtung empfangenen
Ultraschallwellen zu überprüfen, so
dass die Schaltung dazu geeignet ist, die Fehlfunktion zu erfassen.
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Alternativ
kann die Anzahl der Empfangseinrichtungen vier oder größer als
vier sein. Ferner besitzen die Sendeeinrichtung und die vier Empfangseinrichtungen
jeweils eine Oberfläche
zum Aussenden bzw. Empfangen der Ultraschallwelle, wobei die Oberfläche senkrecht
zum Boden orientiert ist. Die vier Empfangseinrichtungen bestehen aus
einer ersten bis einer vierten Empfangseinrichtung. Die erste Empfangseinrichtung ist
oberhalb der dritten Empfangseinrichtung und links von der der zweiten
Empfangseinrichtung angeordnet. Die vierte Empfangseinrichtung ist
unterhalb der zweiten Empfangseinrichtung und rechts von der dritten
Empfangseinrichtung angeordnet. Die Schaltung ist dazu geeignet,
einen Abstand in einer horizontalen Ebene, parallel zum Boden, zwischen
dem Objekt und dem Sensor und einen Winkel in dieser Ebene von dem
Sensor zu dem Objekt auf der Grundlage der von der ersten und der
zweiten Empfangseinrichtung empfangenen Ultraschallwellen zu berechnen,
und ist ferner dazu geeignet, einen Abstand in einer vertikalen
Ebene, senkrecht zum Boden, zwischen dem Objekt und dem Sensor sowie
einen Winkel in der vertikalen Ebene von dem Sensor zu dem Objekt
auf der Grundlage der von der ersten und der dritten Empfangseinrichtung
empfangenen Ultraschallwellen zu berechnen, so dass erste Daten
des Objekts gewonnen werden. Die Schaltung ist dazu geeignet, den
Abstand in der horizontalen Ebene sowie den Winkel in dieser Ebene
auf der Grundlage der von der dritten und der vierten Empfangseinrichtung
empfangenen Ultraschallwellen zu berechnen und ist ferner dazu geeignet,
den Abstand in der vertikalen Ebene und den Winkel in dieser Ebene
auf der Grundlage der von der zweiten und der vierten Empfangseinrichtung
empfangenen Ultraschallwellen zu berechnen, so dass zweite Daten
des Objekts gewonnen werden. Die Schaltung ist dazu geeignet, die
ersten Daten und die zweiten Daten zu überprüfen, so dass die Schaltung
dazu geeignet ist, die Fehlfunktion zu erfassen.
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Alternativ
kann die Sendeeinrichtung dazu geeignet sein, eine Mehrzahl von
Ultraschallwellen unterschiedlicher Frequenz auszusenden, so dass
die Schaltung dazu geeignet ist, den Einfluss von Feuchtigkeit zu
kompensieren. Ferner ist die Sendeeinrichtung dazu geeignet, eine erste
Ultraschallwelle mit einer ersten Frequenz und eine zweite Ultraschallwelle
mit einer zweiten Frequenz auszusenden. Die Anzahl der Empfangseinrichtungen
beträgt
drei oder mehr. Die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtungen
besitzen jeweils eine Oberfläche
zum Aussenden bzw. Empfangen der Ultraschallwelle, wobei die Oberfläche senkrecht zum
Boden orientiert ist. Die drei Empfangseinrichtungen bestehen aus
einer ersten bis einer dritten Empfangseinrichtung. Die erste Empfangseinrichtung
ist oberhalb der dritten Empfangseinrichtung und links von der zweiten
Empfangseinrichtung angeordnet. Die Schaltung ist dazu geeignet,
einen Abstand in einer horizontalen Ebene, parallel zum Boden, zwischen
dem Objekt und dem Sensor und einen Winkel in dieser Ebene von dem
Sensor zu dem Objekt auf der Grundlage der von der ersten und der
zweiten Empfangseinrichtung empfangenen Ultraschallwellen mit der
ersten Frequenz zu berechnen, und ist ferner dazu geeignet, einen
Abstand in einer vertikalen Ebene, senkrecht zum Boden, zwischen
dem Objekt und dem Sensor sowie einen Winkel in dieser Ebene von
dem Objekt zu dem Sensor auf der Grundlage der von der ersten und
der dritten Empfangseinrichtung empfangenen Ultraschallwellen mit
der ersten Frequenz zu berechnen. Die Schaltung ist dazu geeignet,
eine erste Abschwächung
zwischen der gesendeten Ultraschallwelle und den empfangenen Ultraschallwellen
mit der ersten Frequenz zu berechnen. Die Schaltung ist dazu geeignet,
eine zweite Abschwächung
zwischen der gesendeten Ultraschallwelle und den empfangenen Ultraschallwellen
mit der zweiten Frequenz zu berechnen. Die Schaltung ist dazu geeignet,
die Feuchtigkeit der Umgebung auf der Grundlage der ersten und der
zweiten Abschwächung
und einer von einem Außentemperatursensor
gewonnenen Temperatur zu berechnen.
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Alternativ
können
die Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtungen durch ein Ultraschallelement bereitge stellt
sein. Das Ultraschallelement ist auf einer Membran des Substrats
angeordnet. Das Ultraschallelement umfasst eine piezoelektrische
Dünnschicht
und ein Paar von Metallelektroden, so dass ein piezoelektrisches
Vibrationselement bereitgestellt wird. Die piezoelektrische Dünnschicht
ist zwischen den Metallelektroden angeordnet. Das piezoelektrische
Vibrationselement ist dazu geeignet, zusammen mit der Membran mit einer
vorbestimmten Ultraschallfrequenz zu in Resonanz zu schwingen. Ferner
umfasst die piezoelektrische Dünnschicht
der Sendeeinrichtung ein längliche
Vertiefungen, die in einem Bereich erhöhter Spannung durch Vibrationen
der Membran in radialer Richtung angeordnet sind. Ferner ist die
Membran durch die länglichen Vertiefungen
in vier Teile unterteilt. Die Membran hat die Form eines planaren
Quadrats, und jedes Teil der Membran hat die Form eines planaren
Quadrats. Die länglichen
Vertiefungen durchdringen eine der Metallelektroden und die piezoelektrische
Dünnschicht.
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Die
obigen und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden
Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung,
die unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gemacht wurde,
deutlicher ersichtlich. In den Zeichnungen sind:
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1A eine
Draufsicht, die einen Ultraschallsensor gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt, und 1B eine
schematische, perspektivische Ansicht, die den auf eine Schaltungsplatine
montierten Sensor zeigt;
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2A eine
Draufsicht, die ein Ultraschallelement in dem Sensor zeigt, und 2B eine
Querschnittsansicht, die das Element entlang der Linie IIB-IIB in 2A zeigt;
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3 eine
Draufsicht, die einen weiteren Ultraschallsensor gemäß einer
Modifikation der Ausführungsform
zeigt;
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4A eine
Draufsicht, die ein Ultraschallelement gemäß einer zweiten Modifikation
der Ausführungsform
zeigt, und 4B eine Querschnittsansicht,
die das Element entlang der Linie IVB-IVB in 4A zeigt;
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5A eine
Draufsicht, die ein Ultraschallelement gemäß einer dritten Modifikation
der Ausführungsform
zeigt, und 5B eine Querschnittsansicht,
die das Element entlang der Linie VB-VB in 5A zeigt;
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6A eine
Draufsicht, die ein Ultraschallelement gemäß einer vierten Modifikation
der Ausführungsform
zeigt, 6B eine Querschnittsansicht,
die das Element entlang der Linie VIB-VIB in 6A zeigt,
und 6C eine vergrößerte Querschnittsansicht,
die einen Teil VIC des Elements in 6B zeigt;
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7A eine
Draufsicht, die ein Ultraschallelement gemäß einer fünften Modifikation der Ausführungsform
zeigt, und 7B eine Querschnittsansicht,
die das Element entlang der Linie VIIB-VIIB in 7A zeigt;
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8A eine
Draufsicht, die ein Ultraschallelement gemäß einer sechsten Modifikation
der Ausführungsform
zeigt, 8B eine Querschnittsansicht,
die das Element entlang der Linie VIIIB-VIIIB in 8A zeigt,
und 8C eine Querschnittsansicht, die das Element entlang
der Linie VIIIC-VIIIC in 8A zeigt;
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9A eine
schematische Ansicht, die eine Empfangsultraschallwelle in einer
X-Y-Ebene, empfangen von den Empfangseinrichtungen zeigt, 9B eine
schemati sche Ansicht, die die Empfangsultraschallwelle in einer
Z-Ebene, empfangen von den Empfangseinrichtungen zeigt, und 9C ein
Zeitablaufdiagramm, das Signale von einer Sendeeinrichtung und vier
Empfangseinrichtungen zeigt;
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10 ein
Zeitablaufdiagramm, das Signale mit zwei unterschiedlichen Frequenzen
von einer Sendeeinrichtung und vier Empfangseinrichtungen gemäß einer
siebten Modifikation der Ausführungsform
zeigt;
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11A eine Draufsicht, die einen Ultraschallsensor
gemäß einer
achten Modifikation der Ausführungsform
zeigt, und 11B ein Zeitablaufdiagramm,
das Signale mit zwei unterschiedlichen Frequenzen von zwei Sendeeinrichtungen
und vier Empfangseinrichtungen gemäß einer achten Modifikation
zeigt;
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12 eine
Draufsicht, die einen Ultraschallsensor gemäß einer neunten Modifikation
der Ausführungsform
zeigt; und
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13 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines
Teils, der ein Ultraschallelement gemäß dem Stand der Technik zeigt,
und 13B eine schematische Ansicht,
die ein Verfahren zur Erfassung eines Objekts mit Hilfe einer Ultraschallwelle
gemäß dem Stand
der Technik erläutert.
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Ein
Ultraschallsensor 100 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist in den 1A und 1B gezeigt. 1B zeigt
den Sensor 100, der auf eine Schaltungsplatine K montiert ist.
Der Sensor 100 umfasst eine Sendeeinrichtung S1 und vier
Empfangseinrichtungen R1-R4, die auf demselben Halbleitersubstrat 10 integriert
sind, wie es in 1A gezeigt ist. 2A zeigt
ein Ultraschallelement 90 zur Bereitstellung so wohl der
Sendeeinrichtung S1 als auch der Empfangseinrichtungen R1-R4.
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Das
Ultraschallelement 90 ist ähnlich dem MEMS-Ultraschallelement 90R als
die in 13A gezeigte Empfangseinrichtung.
Die Sendeeinrichtung S1 des Ultraschallelements 90 hat
den gleichen Aufbau wie die Empfangseinrichtungen R1-R4 des Ultraschallelements 90.
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Das
Ultraschallelement 90 ist aus einem SOI (silicon-on-insulator) – Halbleitersubstrat 10 gebildet,
wie es in 2B gezeigt ist. Das Substrat 10 umfasst
eine erste Halbleiterschicht 1a, die als Trägerschicht
dient, eine eingebettete Oxidschicht 1b, eine zweite Halbleiterschicht 1c und
eine Schutzoxidschicht 1d. Mit Hilfe eines Halbleiter-Mikrozerspanungsverfahrens
ist ein Abschnitt des Substrats 10 dünn ausgebildet, so dass er als
Membran M dient. Ein piezoelektrisches Vibrationselement 20 ist
auf der Membran M derart ausgebildet, dass es diese überdeckt.
Das piezoelektrische Vibrationselement 20 umfasst eine
piezoelektrische Dünnschicht 2 und
ein Paar von Metallelektroden 3a und 3b. Insbesondere
ist die piezoelektrische Dünnschicht 2 zwischen
dem Paar von Metallelektroden 3a, 3b angeordnet,
die schichtförmig
ausgebildet sind.
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Wenn
das Ultraschallelement 90 als die Sendeeinrichtung S1 verwendet
wird, wird an die Metallelektroden 3a, 3b des
piezoelektrischen Vibrationselements 20 eine Wechselspannung
angelegt, so dass die Membran M zusammen mit dem piezoelektrischen
Vibrationselement 20 in einer vorbestimmten Ultraschallfrequenz
in Schwingungen versetzt wird. Auf diese Weise wird eine Ultraschallwelle
ausgesendet. Wenn das Ultraschallelement 90 als eine der
Empfangseinrichtungen R1-R4 verwendet wird, versetzt die an dem
zu messenden Objekt reflektierte, rückkehrende und auf die Membran
M auftreffende Ultraschallwelle diese zusammen mit dem piezoelektrischen
Vibrationselement 20 in Schwingungen, so dass die rückkehrende
Ultraschallwelle mit Hilfe des piezoelektrischen Vibrationselements 20 in
ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Auf diese Weise wird die
Ultraschallwelle empfangen.
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Wenn
das Ultraschallelement 90 als die Sendeeinrichtung S1 verwendet
wird, ist es vorteilhaft, dass ein planarer Bereich der Membran
M in der Sendeeinrichtung S1 relativ groß ist, da es erforderlich ist,
dass der von der Sendeeinrichtung S1 erzeugte und abgegebene Ultraschalldruck
groß ist.
Hingegen kann der planare Bereich der Membran M in der Empfangseinrichtung
R1-R4 vergleichsweise klein sein, solange die Empfangseinrichtung
R1-R4 eine ausreichende Empfindlichkeit für die Ultraschallwelle besitzt.
Es ist somit vorteilhaft, dass der planare Bereich der Membran M
in der Sendeeinrichtung S1 größer als
der in jeder der Empfangseinrichtung R1-R4 ist.
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3 zeigt
einen weiteren Ultraschallsensor 100a gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall ist der planare Bereich
der Membrane Mr in den Empfangseinrichtungen R1-R4 jeweils kleiner
als der planare Bereich der Membran Ms in der Sendeeinrichtung S1a.
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Die 4A bis 8C zeigen
weitere Ultraschallelemente 91-95 zur Verwendung
als Sendeeinrichtung S.
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Das
in den 4A und 4B gezeigte
Ultraschallelement 91 umfasst das als SOI-Element gebildete Halbleitersubstrat.
Das piezoelektrische Vibrationselement 21 ist auf der Membran
M, die als dünner
Abschnitt des Substrats 10 ausgebildet ist, derart angeordnet,
dass das piezo elektrische Vibrationselement 21 die Membran
M bedeckt. Das piezoelektrische Vibrationselement 21 umfasst
ebenfalls die piezoelektrische Dünnschicht 2 und
die Metallelektroden 3a, 3b, wobei die piezoelektrische
Dünnschicht 2 zwischen
den Metallelektroden 3a, 3b angeordnet ist.
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Die
piezoelektrische Dünnschicht 2 des
Ultraschallelements 91 ist durch längliche Vertiefungen 2a in vier
Teile unterteilt. Diese Vertiefungen 2a werden durch Entfernen
eines Teils der piezoelektrischen Dünnschicht 2 gewonnen,
und zwar des Teils, bei dem Spannungen, die durch sich radial ausbreitenden
Schwingungen der Membran M verursacht werden, verstärkt auftreten.
Daher ist die Steifigkeit des Teils der piezoelektrischen Dünnschicht 2,
bei dem Spannungen konzentriert auftreten, verringert, so dass sich
die Membran M leicht biegt, d.h. die Flexibilität der Membran M ist erhöht. Dadurch
kann das piezoelektrische Vibrationselement 21 die Ultraschallwelle
mit ausreichendem Schalldruck aussenden.
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In
dem piezoelektrischen Vibrationselement 22 des in den 5A und 5B gezeigten
Ultraschallelements 92 weist die piezoelektrische Dünnschicht 2 längliche
Vertiefungen 2b auf, die dadurch gebildet sind, dass die
piezoelektrische Dünnschicht 2 im
Bereich der länglichen
Vertiefungen 2b teilweise, jedoch nicht vollständig durchtrennt
ist. Das heißt,
die Dicke des Bereichs der piezoelektrischen Dünnschicht 2, in dem
verstärkte
Spannungen der in radialer Richtung sich ausbreitenden Schwingungen
der Membran M auftreten (der Bereich der länglichen Vertiefungen 2b),
ist verringert, was zu einer Erhöhung
der Flexibilität
der Membran M führt,
so dass das piezoelektrische Vibrationselement 21 dazu
in der Lage ist, die Ultraschallwelle mit ausreichendem Schalldruck
auszusenden.
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Das
in den 6A bis 6C gezeigte
piezoelektrische Vibrationselement 23 des Ultraschallelements 93 ist
aus einer Mehrzahl von Schichten gebildet, die aus einer Mehrzahl
von piezoelektrischen Dünnschichten 2 und
einer Mehrzahl von Metallelektroden 3a-3c gebildet
sind, welche alternierend übereinander angeordnet
sind. Wenn eine elektrische Spannung an das piezoelektrische Vibrationselement 21 angelegt wird,
erhöht
sich die Verformung des piezoelektrischen Vibrationselements 21.
Somit ist die Schwingungsamplitude der Membran M erhöht, so dass
der Vibrationselement 23 die Ultraschallwelle mit einem
ausreichenden Schalldruck aussendet.
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In
dem in den 7A und 7B gezeigten
piezoelektrischen Vibrationselement 24 der Ultraschallelements 94 kragen
das piezoelektrische Vibrationselement 24 und die Membran
Md von dem Substrat 10 "freischwingend" hervor. Somit kann
die Membran Md ausreichend verformt werden, d.h., kein Abschnitt
der Membran Md, die die Verformung der Membran Md verhindert, existiert
in der Membran Md. Somit wird, wenn die elektrische Spannung an
das piezoelektrische Vibrationselement 24 angelegt wird,
so dass das piezoelektrische Vibrationselement 24 verformt
wird, die Membran Md ebenfalls stark verformt. Demzufolge gibt der
Vibrationselement 24 die Ultraschallwelle mit einem ausreichenden
Schalldruck aus.
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In
dem piezoelektrischen Vibrationselement 25 des in den 8A bis 8C gezeigten
Ultraschallelements 95 ist die Membran Me derart ausgebildet,
dass ein Teil der eingebetteten Oxidschicht 1b des Substrats 10 ausgehöhlt, d.h.
von einer oberen Oberflächenseite
des Substrats 10 durch ein Opferätzverfahren abgetrennt ist.
Ein Loch H für
das Opferätzverfahren
ist um die Membran M und Verlängerungen
Ha ausgebildet, so dass die Membran Me an einem Teil ihres Umfangs
durch die Verlängerungen
Ha auf dem Substrat 10 gestützt wird. Somit ist der Teil
der Membran Me, der ihre Verformung verhindert, klein. Wenn eine
elektrische Spannung an das piezoelektrische Vibrationselement 25 angelegt
wird, so das sich die Membran Me verformt, wird eine Verformung
bzw. Verzerrung der Verlängerungen
Ha erzeugt, und die Verlängerungen
Ha werden stark verformt, so dass im Endeffekt die Membran Me stark
verformt wird. Somit sendet das Vibrationselement 25 die
Ultraschallwelle mit einem ausreichenden Schalldruck aus.
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Da
jedes Ultraschallelement 91-95 die Ultraschallwelle
mit einem ausreichenden Schalldruck aussenden kann, kann das Element 91-95 der
Sendeeinrichtung S1 des Ultraschallsensors 100 eine hohe
Erfassungsgenauigkeit liefern. Hier kann das Element 91-95 auch
die Empfangseinrichtung R1-R4 des Ultraschallsensors 100 bereitstellen.
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Im
Folgenden ist ein Verfahren zur Erfassung des Objekts mit Hilfe
des Ultraschallsensors 100 mit Bezug auf die 9A bis 9C erläutert. In
den 9A bis 9C ist
die Substratoberfläche
des Ultraschallsensors 100 senkrecht zum Boden angeordnet.
Insbesondere ist die Oberfläche
der Sendeeinrichtung S1 senkrecht zum Boden angeordnet. Hier ist
eine X-Y-Ebene in 9A parallel zum Boden orientiert.
Eine Z-Achse in 9B ist senkrecht zum Boden. 9A zeigt
die Empfangseinrichtungen R1, R2 des Ultraschallsensors 100 und
die empfangene Ultraschallwelle in der X-Y-Ebene. Insbesondere wird
die von der Sendeeinrichtung S1 ausgesendete Ultraschallwelle von
dem Hindernis 50 reflektiert, und die reflektierte Ultraschallwelle
wird von den Empfangseinrichtungen R1, R2 als die Empfangsultraschallwelle
empfangen. 9B zeigt die Empfangseinrichtungen
R1, R3 des Ultraschallsensors 100 und die Empfangsultraschallwelle
in der Z-(X,Y)-Ebene. Hier ist die Z-(X,Y)-Ebene in 9B senkrecht
zum Boden. ΔL
repräsentiert
die Differenz eines Weges der Emp fangsultraschallwelle. 9C ist
ein Zeitablaufdiagramm, das ein Impulssignal der von der Sendeeinrichtung
S1 ausgegebenen Ultraschallwelle und vier Impulssignale der von
den vier Empfangseinrichtungen R1-R4 empfangenen Ultraschallwelle
zeigt.
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In 9A bedeutet
Dx einen Abstand zwischen der Mitte des Ultraschallsensors 100 und
dem Hindernis 50 in der X-Y-Ebene. Der Abstand Dx wird
auf der Grundlage eines von der Sendeeinrichtung S1 ausgegebenen
S-Signals Nr. 1, eines von der Empfangseinrichtung R1 empfangenen
R-Signals Nr. 1 und eines von der Empfangseinrichtung R2 empfangenen
R-Signals Nr. 2 berechnet. Die Empfangseinrichtungen R1, R2 sind
auf der oberen Seite des Sensors 100 in 1 angeordnet.
Insbesondere wird der Abstand Dx aus einer durchschnittlichen Zeitdifferenz ΔTx zwischen
Empfangszeiten (d.h. Ankunftszeiten) der R-Signale Nr. 1 und Nr.
2 und einer Sendezeit (d.h. Ausgabezeit) des S-Signals Nr. 1 berechnet.
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In 9A bedeutet θx ein Richtungswinkel
zu dem Hindernis 50 in der X-Y-Ebene, d.h. ein Winkel zwischen
der Normalen auf den Sensor 100 und der Verbindung zwischen
der Mitte des Sensors und dem Hindernis, projiziert auf die X-Y-Ebene.
Der Richtungswinkel θx
wird von der X-Achse
als einer Referenzachse gemessen. Der Richtungswinkel θx wird auf
der Grundlage der R-Signale Nr. 1 und Nr. 2 von den Empfangseinrichtungen
R1 und R2 gewonnen. Insbesondere wird der Richtungswinkel θx aus einer
Phasendifferenz ΔPx
zwischen dem R-Signal Nr. 1 und dem R-Signal Nr. 2 berechnet.
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In 9B bedeutet
Dz ein Abstand zwischen der Mitte des Ultraschallsensors 100 und
dem Hindernis 50 in de Z-(X,Y)-Ebene, die senkrecht zum Boden
orientiert ist. Der Abstand Dz wird auf der Grundlage des S-Signals
Nr. 1 von der Sendeeinrichtung S1, des R-Signals Nr. 1 von der Empfangseinrichtung
R1 und eines R-Signals Nr. 3, das von der Empfangseinrichtung R3
empfangen wird, berechnet. Die Empfangseinrichtungen R1, R3 sind
auf einer linken Seite des Sensors 100 in 1 angeordnet.
Insbesondere wird der Abstand Dz aus einer durchschnittlichen Zeitdifferenz ΔTx zwischen
Empfangszeiten der R-Signale Nr. 1 und Nr. 3 und der Sendezeit des
S-Signals Nr. 1 berechnet.
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In 9B bedeutet θz ein Richtungswinkel
zu dem Hindernis 50 in der Z-(X,Y)-Ebene, d.h. d.h. ein Winkel
zwischen der Normalen auf den Sensor 100 und der Verbindung
zwischen der Mitte des Sensors und dem Hindernis, projiziert auf
die Z-(X,Y)-Ebene. Der Richtungswinkel θz wird von der X-Y-Ebene als
einer Referenzebene gemessen. Der Richtungswinkel θz wird auf
der Grundlage der R-Signale
Nr. 1 und Nr. 3 von den Empfangseinrichtungen R1 bzw. R3 gewonnen.
Insbesondere wird der Richtungswinkel θz aus einer Phasendifferenz ΔPz zwischen
dem R-Signal Nr. 1 und dem R-Signal Nr. 3 berechnet.
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Auf
der Grundlage der Abstände
Dx, Dz und der Richtungswinkel θx, θz werden
der Abstand zwischen dem Hindernis 50 und dem Sensor 100 und
die Richtung zu dem Hindernis 50 bestimmt. Auf diese Weise
erfasst der Sensor 100 das Hindernis 50.
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In
dem Sensor 100 sind die Sendeeinrichtung S1 und die Empfangseinrichtungen
R1-R4 auf demselben Substrat 10 integriert. Demzufolge
sind die Abmessungen des Sensors 100 und die Herstellungskosten des
Sensors 100 im Vergleich zu dem in 13B gezeigten
Sensor 900, in dem die Sendeeinrichtung S1 und die Ultraschallfeldeinrichtung
A90R unabhängig
ausgebildet sind, reduziert. Da die räumliche Beziehung zwischen
der Sendeeinrichtung S1 und den Empfangseinrichtungen R1-R4 exakt
festgelegt ist, d.h. auf dem Substrat 10 bestimmt ist,
beeinflusst die Montagegenauigkeit des Sensors 100 nicht
die Erfassungsgenauigkeit des Sensors 100, selbst wenn
dieser an der Stoßstange
angebracht ist.
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Selbst
wenn die Anzahl der Sendeeinrichtungen S1 und/oder die Anzahl der
Empfangseinrichtungen R1-R4 erhöht
oder verringert sind/ist, und/oder selbst wenn die Abmessungen der
Sendeeinrichtung S1 und/oder die Abmessungen der Empfangseinrichtungen
R1-R4 verändert
sind/ist, kann der Sensor 100 ohne Änderung der Maske hergestellt
werden, wodurch die Herstellungskosten des Sensors 100 nahezu
identisch sind.
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Obwohl
der Sensor 100 vier Empfangseinrichtungen R1-R4 umfasst, kann
das Hindernis 50 auch erfasst werden, wenn nur drei Empfangseinrichtungen
R1-R3 verwendet werden. Insbesondere werden der Abstand Dx in der
X-Y-Ebene und der Richtungswinkel θx, gemessen von der X-Achse,
dadurch gewonnen, dass zwei Empfangseinrichtungen R1, R2 verwendet
werden, die auf der oberen Seite des Sensors 100 angeordnet sind.
Der Abstand Dz in der Z-(X,Y)-Ebene und der Richtungswinkel θz, gemessen
von der X-Y-Ebene werden gewonnen, indem zwei Empfangseinrichtungen
R1, R3 verwendet werden, die auf der linken Seite des Sensors 100 (siehe 1) angeordnet sind.
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Jedoch
können
der Abstand Dx in der X-Y-Ebene und der Richtungswinkel θx, gemessen
von der X-Achse, auch gewonnen werden, indem zwei Empfangseinrichtungen
R3, R4 verwendet werden, die auf einer unteren Seite des Sensors 100 (rechts
in 1) angeordnet sind. Der Abstand
Dz in der Z-(X,Y)-Ebene und der Richtungswinkel θz, gemessen von der X-Y-Ebene,
können
gewonnen werden, indem zwei Empfangseinrichtungen R2, R4 verwendet
werden, die auf der rechten Seite des Sensors 100 angeordnet
sind. Somit kann das Hindernis 50 auch durch nur drei Empfangseinrichtungen
R2-R4 erfasst werden.
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Demzufolge
werden in dem Sensor 100 zwei unterschiedliche Abstände und
zwei unterschiedliche Richtungswinkel zu dem Hindernis 50 gewonnen.
Durch Vergleich dieser zwei Daten des Hindernisses 50 wird eine
Fehlfunktion des Sensors 100 beurteilt. Insbesondere tritt
die Fehlfunktion des Sensors 100 ein, wenn zwei Daten des
Hindernisses nicht übereinstimmen.
Demzufolge hat der Sensor 100 eine Fehlfunktionserfassungsfunktion.
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Wenn
der Sensor 100 bestimmt, dass nur eine der Empfangseinrichtungen
R1-R4 nicht ordnungsgemäß funktioniert,
kann der Sensor 100 dennoch das Hindernis 50 korrekt
erfassen, indem weitere drei der Empfangseinrichtungen R1-R4 verwendet
werden. Demzufolge hat der Sensor 100 eine Fehlfunktionsvermeidungsfunktion.
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Ferner,
selbst wenn der Sensor 100 nur drei Empfangseinrichtungen
R1-R3 umfasst, kann der Sensor 100 die Fehlfunktionserfassungsfunktion
haben. Insbesondere werden der Abstand Dx und der Richtungswinkel θx von zwei
Empfangseinrichtungen R1, R2 und dem Abstand Dx gewonnen, und der
Abstand Dz und der Richtungswinkel θz werden gewonnen, indem zwei
Empfangseinrichtungen R1, R3 verwendet werden. Demzufolge wird das
Hindernis 50 auf der Grundlage von zwei Kombinationsdaten
erfasst, von denen die einen von den Empfangseinrichtungen R1, R2
gewonnen werden und von denen die anderen von den Empfangseinrichtungen
R1, R3 gewonnen werden. Die weiteren Kombinationsdaten, die von
den Empfangseinrichtungen R2, R3 gewonnen werden, können zur Überprüfung der
Berechnung der Erfassung des Hindernisses 50 verwendet
werden. Somit kann selbst dann, wenn der Sensor 100 nur
drei Empfangseinrichtungen R1-R3 umfasst, der Sensor 100 die
Fehlfunktionserfassungsfunktion aufweisen.
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Somit
besitzt der Sensor 100, wenn er drei oder mehrere Empfangseinrichtungen
R1-R3 umfasst, die Fehlfunktionserfassungsfunktion. Wenn der Sensor 100 vier
oder mehrere Empfangseinrichtungen R1-R4 umfasst, besitzt der Sensor 100 die
Fehlfunktionsvermeidungsfunktion. Somit kann der Sensor 100,
wenn die Fehlfunktion des Sensors 100 durch Wassertropfen
oder Staub auftritt, die an dem Sensor 100 haften, die Fehlfunktion
vermeiden.
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Der
Sensor 100 kann zwei oder mehrere unterschiedliche Ultraschallwellen
unterschiedlicher Frequenz ausgeben, die von einer Sendeeinrichtung
S1 durch Regeln der Frequenz des Impulssignals in Abhängigkeit
von der Zeit gesendet werden, wobei das Impulssignal auf die Sendeeinrichtung
S1 angewendet wird. Durch Verwenden von zwei unterschiedlichen Ultraschallwellen
kann der Sensor 100 das Hindernis 50 mit Feuchtigkeitskompensationsfunktion
erfassen. Hier wird die Eingangsspannung so geregelt, dass sie in
einem Frequenzbereich liegt, in den die Resonanzfrequenz der Membran
M nicht fällt,
so dass die Ultraschallwellen, die zwei unterschiedliche Frequenzen
aufweisen, ausgesendet werden.
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10 erläutert ein
Verfahren zur Kompensation der Feuchtigkeit. In 10 gibt
die Sendeeinrichtung S1 zwei Ultraschallwellen mit unterschiedlichen
Frequenzen f1, f2 aus. Die Sendeeinrichtung S1 sendet die erste
Ultraschallwelle mit der ersten Frequenz f1 aus, und dann sendet
die Sendeeinrichtung S1 die zweite Ultraschallwelle mit der zweiten
Frequenz f2 aus. Die erste und die zweite Ultraschallwelle werden
periodisch, d.h. mit einem vorbestimmten Zeitintervall ausgegeben.
In vier Empfangseinrichtungen R1-R4 werden das erste R-Signal Nr.
1, das der ersten Ultraschallwelle entspricht, und das zweite R-Signal Nr. 1, das
der zweiten Ultraschallwelle entspricht, bis zu dem ersten R-Signal
Nr. 4, das der ersten Ultraschallwelle entspricht, und dem zweiten
R-Signal Nr. 4, das der zweiten Ultraschallwelle entspricht, erfasst.
Die Beziehung zwischen den ersten R-Signalen Nr. 1-4 und dem ersten
S-Signal Nr. 1, das der ersten Ultraschallwelle in 10 entspricht, ist
die gleiche wie die in 9C. Ferner ist die Beziehung
zwischen den zweiten R-Signalen
Nr. 1-4 und dem zweiten S-Signal Nr. 1, das der zweiten Ultraschallwelle
in 10 entspricht, die gleiche wie die in 9C.
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In 10 ist
die Höhe
des Impulssignals des ersten S-Signals Nr. 1 der ersten Frequenz
f1 gleich der des zweiten S-Signals Nr. 1 der zweiten Frequenz f2.
Jedoch ist das erste R-Signal Nr. 1 der ersten Frequenz f1 höher als
die zweite Frequenz f2, d.h. das zweite R-Signal Nr. 1 der zweiten
Frequenz f2 ist im Vergleich zu dem ersten R-Signal Nr. 1 der ersten
Frequenz f1 stark abgeschwächt.
Entsprechend sind die zweiten R-Signale Nr. 2-4 stark abgeschwächt, d.h.
reduziert.
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Hierbei
wird die Abschwächung
P, d.h. der Absorptionsverlust der Ultraschallwelle durch die folgende Formeln
gewonnen:
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Hierin
ist m ein Absorptionskoeffizient, r ein Sendeabstand, M ein vorbestimmter
Koeffizient, f eine Frequenz, T eine Temperatur, G0 ein
Sättigungsdampfdruck,
G ein Gesamtluftdruck und h eine Feuchtigkeit.
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Gemäß der obigen
Formel F1 hängt
die Abschwächung
P von der Frequenz ab. Mit zunehmender Frequenz f der Ultraschallwelle
wird die Abschwächung
größer. Ferner
hängt die
Abschwächung
P nicht nur von der Frequenz, sondern auch von der Temperatur T
und der Feuchtigkeit h der Sendeumgebung ab. Die Frequenz f der
Ultraschallwelle wird vorher bestimmt. Die Temperatur T der Umgebung
kann durch einen Außentemperatursensor
oder dergleichen erfasst werden. Wenn der Sensor 100 an
dem Fahrzeug angebracht ist, kann die Temperatur T, d.h. die Außentemperatur,
leicht erfasst werden. Jedoch kann die Feuchtigkeit h der Umgebung,
d.h. die Außenfeuchtigkeit
h nicht leicht durch einen Feuchtigkeitssensor erfasst werden, da
kein geeigneter Feuchtigkeitssensor zur Erfassung der Außenfeuchtigkeit
um das Fahrzeug existiert.
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Jedoch
kann, da die empfangenen Ultraschallwellen mit zwei unterschiedlichen
Frequenzen f1, f2 gemessen werden, die Feuchtigkeit h auf der Grundlage
der Differenz von zwei Abschwächungen
P berechnet werden, die bei den zwei unterschiedlichen Frequenzen
f1, f2 gewonnen werden. Diese berechnete Feuchtigkeit h wird zur
Kompensation der Standardfeuchtigkeit verwendet, die zuvor bestimmt
und in dem Speicher 100 gespeichert wird. Somit besitzt
der Sensor 100 die Feuchtigkeitskompensationsfunktion.
In diesem Fall ist die Erfassungsgenauigkeit des Sensors 100 hinsichtlich
der Feuchtigkeitsänderung
stark verbessert.
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Obwohl
der Sensor 100 nur eine Sendeeinrichtung S1 umfasst, ist
es vorteilhaft, dass der Sensor 100 zwei oder mehrere Sendeeinrichtungen
S1 umfasst. Wenn der Sensor 100 zwei Sendeeinrichtungen
S1 umfasst, kann jede Sendeeinrichtung S1 die Ultraschallwelle unterschiedliche
Frequenz mit hohem Q-Wert aussenden, wobei die Sendeeinrichtung
S1 die Welle unter Verwendung einer unterschiedlichen Resonanzfrequenz
der Membran M aussendet.
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11 zeigt einen Ultraschallsensor 101 mit
zwei Sendeeinrichtungen S1, S2. Der Sensor 101 kann zwei
Ultraschallwellen mit unterschiedlichen Frequenzen f1, f2 gleichzeitig
aussenden, indem er die zwei Sendeeinrichtungen S1, S2 zum Aussenden
zweier unterschiedlicher Ultraschallwellen verwendet. Somit ist
keine Kompensation zur Kompensierung der Bewegung des Fahrzeugs
erforderlich. Da die Ultraschallwellen mit unterschiedlichen Frequenzen
f1, f2 die gleiche Ausbreitungsgeschwindigkeit besitzen, kommen
hier die reflektierten Ultraschallwellen gleichzeitig bei dem Sensor 100 an.
Demzufolge ist eine Frequenzanalyse zur Zerlegung der Empfangsultraschallwellen
in die Komponente mit der ersten Frequenz f1 und die Komponente
mit der zweiten Frequenz f2 erforderlich.
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12 zeigt
einen Ultraschallsensor 102 mit der Sendeeinrichtung S1
und acht Empfangseinrichtungen R1-R8. Die Sendeeinrichtung S1 ist
von den acht Empfangseinrichtungen R1-R8 umgeben. In diesem Fall ist
es vorteilhaft, dass jeweils zwei der Empfangseinrichtungen R1-R8
symmetrisch bezüglich
der Sendeeinrichtung 51 angeordnet sind. Insbesondere sind
ein Paar R1, R8 der Empfangseinrichtungen R1-R8, ein Paar R2, R7
der Empfangseinrichtungen R1-R8,
ein Paar R3, R6 der Empfangseinrichtungen R1-R8 und ein Paar R4,
R5 der Empfangseinrichtungen R1-R8 symmetrisch bezüglich der
Sendeeinrichtung S1 angeordnet, so dass jedes Paar der Empfangseinrichtungen
R1-R8 die Sendeeinrichtung S1 umgibt.
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Da
in diesem Fall jedes der oben genannten Paare der Empfangseinrichtungen
R1-R8 symmetrisch angeordnet ist, kehrt die reflektierte Ultraschallwelle
der von der Sendeeinrichtung S1 ausgegebenen Ultraschallwelle zu
dem Paar der Empfangseinrichtungen R1-F8 derart zurück, dass
der Schalldruck der empfangenen Ultraschallwelle, die von einer
Empfangseinrichtung eines jeweiligen Paares der Empfangseinrichtungen
R1-R8 empfangen wird, nahezu gleich groß wie der der anderen Empfangseinrichtung
des jeweiligen Paars der Empfangseinrichtungen R1-R8. Demzufolge
ist die Erfassungsgenauigkeit des Hindernisses 50 verbessert.
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Somit
besitzt jeder Sensor 100, 100a, 101, 102 kleine
Abmessungen und geringe Herstellungskosten, und die Erfassungsgenauigkeit
des Sensors 100, 100a, 101, 102 wird
von der Montagegenauigkeit des Sensors an dem Fahrzeug nicht beeinflusst.
Ferner hat der Sensor 100, 100a, 101, 102 eine
hohe Genauigkeit, selbst wenn Wassertropfen oder Staub auf dem Sensor 100, 100a, 101, 102 haften
und selbst wenn sich die Feuchtigkeit um den Sensor 100, 100a, 101, 102 ändert.
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Obwohl
der Sensor 100, 100a, 101, 102 eine
Sendeeinrichtung S1 und vier oder acht Empfangseinrichtungen R1-R8 umfasst, kann
der Sensor auch eine oder mehrere Sendeeinrichtungen S1 und zwei
oder mehrere Empfangseinrichtungen aufweisen. Wenn der Sensor eine
Mehrzahl von Sendeeinrichtungen und eine Mehrzahl von Empfangseinrichtungen
umfasst, vergrößert sich
die Information von dem Sensor. Ferner, wenn der Sensor zwei oder
mehrere Sendeeinrichtungen umfasst, wird der Schalldruck der Ultraschallwelle größer, und
die Richtwirkung der Ultraschallwelle wird kontrolliert.
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Alternativ
können
die Empfangseinrichtungen in dem Sensor so in einem Feld angeordnet
sein, dass ein Sende signal von einer Mehrzahl von Empfangseinrichtungen
empfangen wird, um das Sendesignal auszulöschen, da das Sendesignal ein
Rauschen des Sensors hervorrufen kann. Insbesondere, wenn die Sendeeinrichtung
und die Empfangseinrichtung auf einem Substrat integriert sind,
kann das Sendesignal so in die Empfangseinrichtung eintreten, dass
das Sendesignal das Rauschen des Sensors verursachen kann. Somit wird
durch Auslöschen
des empfangenen Sendesignals das Rauschen des Sensors reduziert.
Demzufolge ist der Rauschabstand des Signals zur Erfassung des Hindernisses
verbessert, wenn sich das Hindernis in der Nähe des Sensors befindet.
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Obwohl
die Empfangseinrichtung die piezoelektrische Dünnschicht umfasst, so dass
die Empfangseinrichtung eine Einrichtung vom piezoelektrischen Typ
bereitstellt, kann die Empfangseinrichtung eine Einrichtung vom
kapazitiven Typ zur Erfassung einer Kapazitätsänderung zwischen Elektroden
sein. Ferner kann die Empfangseinrichtung vom Piezotyp zur Erfassung
eines Ausgangssignals von einer durch Druck bewirkten Messung sein.
Ferner kann der Sensor eine Kombination dieser unterschiedlichen
Empfangseinrichtungstypen sein.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung bezüglich
der bevorzugten Ausführungsformen
offenbart worden ist, um ein besseres Verständnis von diesen zu ermöglichen,
sollte wahrgenommen werden, dass die Erfindung auf verschiedene
Weisen verwirklicht werden kann, ohne den Umfang der Erfindung zu
verlassen. Deshalb sollte die Erfindung derart verstanden werden,
dass sie alle möglichen
Ausführungsformen
und Ausgestaltungen zu den gezeigten Ausführungsformen beinhaltet, die
realisiert werden können,
ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt
ist.