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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Senden einer Ultraschallwelle
und eine Vorrichtung zum Sende einer Ultraschallwelle.
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Ein
Ultraschallsensor ist zum Messen einer Stelle eines Hindernisses
verwendet worden, das vor dem Ultraschallsensor vorhanden ist, und
ist zum Erfassen einer Form des Hindernisses verwendet worden.
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Ein
derartiger Ultraschallsensor beinhaltet ein Sendeelement und ein
Empfangselement. Das Sendeelement sendet eine Ultraschallwelle und
das Empfangselement empfängt und erfasst die Ultraschallwelle,
die von einem Objekt reflektiert wird. Dadurch misst der Ultraschallsensor
zum Beispiel einen Abstand zum dem Objekt, das sich um den Ultraschallsensor
befindet.
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Dieser
Typ eines Ultraschallsensors beinhaltet mehrere Sensorelemente,
die in gegebenen Abständen in einer Gruppe angeordnet sind.
Wenn der Ultraschallsensor eine Stelle eines Hindernisses misst
und eine Form des Hindernisses erfasst, ist es erforderlich, eine
Zeitdauer zwischen einem Senden und Empfangen der Ultraschallwelle
zu erzielen. Weiterhin ist es erforderlich, eine Zeit- oder Phasendifferenz
zwischen der Ultraschallwelle, die von einem Sensorelement empfangen
wird, und der, die von einem anderen Sensorelement empfangen wird, zu
erzielen. In dem vorhergehenden Fall kann die Ultraschallwelle,
die von dem Sendeelement gesendet wird, im Wesentlichen lediglich
ein Inneres einer gegebenen Fläche erreichen. Die gegebene
Fläche bestimmt einen Erfassungsbereich (das heißt
einen Winkel, einen Abstand usw.) zum Erfassen eines Hindernisses.
Es kann bevorzugt sein, die Sendewelle mit einer gesteuerten Richtcharakteristik
der Ultraschallwelle zu senden.
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Die
JP-2004-125515 zeigt
einen Ultraschallsensor, der imstande ist, eine Ultraschallwelle
mit einer gesteuerten Richtcharakteristik davon zu senden. Genauer
gesagt beinhaltet der Ultraschallsensor ein Empfangselement und
mehrere Sendeelemente, welche Quellen zum Senden der Ultraschallwelle
sind. Wenn die mehreren Sendeelemente die Ultraschallwelle senden,
kann der Ultraschallsensor einen Hauptstrahl durch Phasenverschiebung
abtasten.
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Wenn
das vorhergehende Verfahren zum Senden einer Ultraschallwelle verwendet
wird, ist eine große Anzahl von Sendeelementen erforderlich, um
eine Flexibilität, wie zum Beispiel ein Erhöhen
eines Richtcharakteristik-Steuerbereichs, zu erhöhen. Daher
kann eine Abmessung des Ultraschallsensors vergrößert
sein.
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Im
Hinblick auf die zuvor beschriebene Schwierigkeit ist es eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Senden
einer Ultraschallwelle zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den in Anspruch 1 und
hinsichtlich der Vorrichtung mit den in Anspruch 10 angegebenen
Maßnahmen gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand
der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Senden einer Ultraschallwelle unter Verwendung eines Ultraschallsensors
geschaffen. Der Ultraschallsensor beinhaltet mehrere Sendeelemente,
von denen jedes eine Sendeoberfläche zum Senden einer Ultraschallwelle
aufweist. Die mehreren Sendeoberflächen sind in einer Gruppe
angeordnet. Der Ultraschallsensor beinhaltet weiterhin ein Empfangselement
zum Empfangen und Erfassen der Ultraschallwelle, die von einem Objekt reflektiert
wird. Das Verfahren weist auf: derartiges Auswählen einer
ersten Kombination von Sendeelementen aus den mehreren Sendeelementen,
dass die erste Kombination von Sendeelementen mindestens zwei Sendeelemente
beinhaltet, die aneinander angrenzen; und derartiges Schwingenlassen
der Sendeoberflächen der ersten Kombination von Sendeelementen
in einer im Wesentlichen gleichen Phase, dass die Sendeoberflächen
der ersten Kombination auf eine integrale Weise schwingen, wodurch
die Ultraschallwelle mit einer ersten Richtcharakteristik gesendet
wird. Ein einzelnes Sendeelement ist imstande, die Ultraschallwelle
mit einer zweiten Richtcharakteristik zu senden, die sich von der
ersten Richtcharakteristik unterscheidet.
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Gemäß dem
vorhergehenden Verfahren ist es möglich, die Ultraschallwelle
auf eine derartige Weise zu senden, dass: die erste Kombination
von Sendeelementen aus den mehreren Sendeelementen derart ausgewählt
wird, dass die erste Kombination von Sendeelementen mindestens zwei
Sendeelemente beinhaltet, die aneinander angrenzen; und die Sendeoberflächen
der ersten Kombination der Sendeelemente derart in einer im Wesentlichen
gleichen Phase schwingen, dass die Sendeoberflächen der
ersten Kombination auf eine integrale Weise schwingen. Ein Erfassungsbereich
einer Ultraschallwelle hängt von einem Bereich einer Sendeoberfläche
und einer entsprechenden charakteristischen Länge der Sendeoberfläche
ab. Zum Beispiel kann die charakteristische Länge eine
Seitenlänge oder eine diagonale Länge sein, wenn
die Sendeoberfläche eine quadratische Form aufweist, oder
kann ein Durchmesser sein, wenn die Sendeoberfläche eine kreisförmige
Form aufweist. Eine längere charakteristische Länge
der Sendeoberfläche bewirkt, dass die Ultraschallwelle
weniger streut. Eine größere Fläche der
Sendeoberfläche bewirkt, dass die Ultraschallwelle einen
größeren Schalldruck aufweist. Gemäß dem
vorhergehenden Verfahren schwingen die Sendeoberflächen
der ersten Kombination von Sendeelementen derart in einer im Wesentlichen
gleichen Phase, dass die Sendeoberflächen der ersten Kombination
auf eine integrale Weise schwingen. Ein Schwingungszustand bei dem
vorhergehenden Schwingen ist im Wesentlichen identisch zu einem weiteren
Schwingungszustand, in dem eine Sendeoberfläche schwingt,
die eine größere Fläche aufweist. Deshalb
ist es möglich, die Ultraschallwelle zu senden, deren Richtcharakteristik
sich von der der Ultraschallwelle unterscheidet, die von einem einzelnen Sendeelement
gesendet wird. Gemäß dem vorhergehenden Verfahren
ist es abhängig von einer Kombination von Sendeelementen
zum Senden einer Ultraschallwelle möglich, den Erfassungsbereich
der Ultraschallwelle zu ändern. Deshalb ist es möglich, ein
Verfahren zum Senden einer Ultraschallwelle zu realisieren, wobei
das Verfahren eine hohe Flexibilität bezüglich
eines Steuerns eines Erfassungsbereichs aufweist. Gemäß dem
vorhergehenden Verfahren ist es, da keine große Anzahl
von Sendeelementen erforderlich ist, möglich, einen Ultraschallsensor
zu verkleinern.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung
zum Senden einer Ultraschallwelle geschaffen. Die Vorrichtung weist
mehrere Sendeelemente auf, von denen jedes eine Sendeoberfläche
zum Senden einer Ultraschallwelle aufweist. Die Sendeoberflächen
der mehreren Sendeelemente sind in einer Gruppe angeordnet. Jede
Sendeoberfläche ist imstande, zu schwingen, um die Ultraschallwelle
mit einer ersten Richtcharakteristik zu senden. Die Vorrichtung
weist weiterhin ein Empfangselement auf, das dazu ausgelegt ist,
die Ultraschallwelle, die von einem Objekt reflektiert wird, zu
empfangen und zu erfassen. Die Vorrichtung weist weiterhin ein Schaltungselement
auf. Das Schaltungselement ist dazu ausgelegt, eine erste Kombination
von Sendeelementen aus den mehreren Sendeelementen derart auszuwählen,
dass die erste Kombination von Sendeelementen mindestens zwei Sendeelemente
beinhaltet, die aneinander angrenzen. Das Schaltungselement ist
dazu ausgelegt, zu bewirken, dass die Sendeoberflächen
der ersten Kombination von Sendeelementen in einer im Wesentlichen
gleichen Phase derart schwingen, dass die Sendeoberflächen
der ersten Kombination auf eine integrale Weise schwingen, und dadurch
wird die Ultraschallwelle mit einer zweiten Richtcharakteristik
von der ersten Kombination von Sendeelementen gesendet. Die erste
Richtcharakteristik unterscheidet sich von der zweiten Richtcharakteristik.
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Gemäß der
vorhergehenden Vorrichtung ist es möglich, die Ultraschallwelle
auf eine derartige Weise zu senden, dass: die erste Kombination
von Sendeelementen aus den mehreren Sendeelementen derart ausgewählt
wird, dass die erste Kombination von Sendeelementen mindestens zwei
Sendeelemente beinhaltet, die aneinander angrenzen; und die Sendeoberflächen
der ersten Kombination der Sendeelemente in einer im Wesentlichen
gleichen Phase derart schwingen, dass die Sendeoberflächen der
ersten Kombination auf eine integrale Weise schwingen. Ein Erfassungsbereich
einer Ultraschallwelle hängt von einer Fläche
einer Sendeoberfläche und einer entsprechenden charakteristischen
Länge (zum Beispiel einer Seitenlänge oder einer
diagonalen Länge bei einem Quadrat, einem Durchmesser bei
einem Kreis) ab. Demgemäß bewirkt eine längere charakteristische
Länge der Sendeoberfläche, dass die Ultraschallwelle
weniger streut. Eine größere Fläche der
Sendeoberfläche bewirkt, dass die Ultraschallwelle einen
größeren Schalldruck aufweist. Gemäß der
vorhergehenden Vorrichtung schwingen die Sendeoberflächen
der ersten Kombination von Sendeelementen derart in einer im Wesentlichen
gleichen Phase, dass die Sendeoberflächen der ersten Kombination
auf eine integrale Weise schwingen. Ein Schwingungszustand bei dem
vorhergehenden Schwingen ist im Wesentlichen identisch zu einem weiteren
Schwingungszustand, in dem eine Sendeoberfläche schwingt,
die eine größere Fläche aufweist. Deshalb
ist es möglich, die Ultraschallwelle zu senden, deren Richtcharakteristik
sich von der der Ultraschallwelle unterscheidet, die von einem einzelnen Sendeelement
gesendet wird. Gemäß der vorhergehenden Vorrichtung
ist es abhängig von einer Kombination von Sendeelementen
zum Senden einer Ultraschallwelle möglich, den Erfassungsbereich
der Ultraschallwelle zu ändern. Deshalb ist es möglich,
eine Vorrichtung zum Senden einer Ultraschallwelle zu realisieren,
wobei die Vorrichtung eine hohe Flexibilität bezüglich
eines Steuerns eines Erfassungsbereichs aufweist. Gemäß der
vorhergehenden Vorrichtung ist es, da keine große Anzahl
von Sendeelementen erforderlich ist, möglich, die Vorrichtung
zu verkleinern.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
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Es
zeigt:
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1A eine
schematische Draufsicht eines Ultraschallsensors, der von einer
Seite eines akustischen Anpassungsteils betrachtet wird;
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1B eine
schematische Querschnittsansicht des Ultraschallsensors, die entlang
einer Linie IB-IB in 1A genommen ist;
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2A und 2B schematische
Darstellungen zum Erläutern eines Steuerns einer Richtcharakteristik
einer Ultraschallwelle;
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3 einen
Graph eines Erfassungsbereichs und einer Richtcharakteristik einer
Ultraschallwelle als eine Funktion einer Größe
einer Sendeoberfläche eines Sensorelements;
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4A und 4B schematische
Darstellungen zum Erläutern einer Richtcharakteristik einer Ultraschallwelle
in einem Fall, in dem die Ultraschallwelle von lediglich einem Sensorelement
gesendet wird;
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5A und 5B schematische
Darstellungen zum Erläutern einer Richtcharakteristik eines Ultraschallsensors
in einem Fall, in dem die Ultraschallwelle von vier Sensorelementen
gesendet wird;
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6A und 6B schematische
Darstellungen zum Erläutern einer Richtcharakteristik eines Ultraschallsensors
in einem Fall, in dem die Ultraschallwelle von zwei Sensorelementen
gesendet wird, die in einer vertikalen Richtung angeordnet sind,
welche senkrecht zu einem Boden ist;
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7A und 7B schematische
Darstellungen zum Erläutern einer Richtcharakteristik eines Ultraschallsensors
in einem Fall, in dem die Ultraschallwelle von weiteren zwei Sensorelementen
gesendet wird, die in einer horizontalen Richtung angeordnet sind,
welche parallel zu dem Boden ist;
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8A und 8B schematische
Darstellungen zum Erläutern einer Richtcharakteristik eines Ultraschallsensors
in einem Fall, in dem die Ultraschallwelle von Sensorelementen gesendet
wird, die asymmetrisch in der vertikalen Richtung und der horizontalen
Richtung angeordnet sind; und
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9 eine
Draufsicht eines weiteren Ultraschallsensors, der eine andere Anordnung
von Sensorelementen aufweist.
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Eine
Vorrichtung und ein Verfahren zum Senden einer Ultraschallwelle
werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung
beschrieben. Gemäß einer beispielhaften Verwendung der
Vorrichtung und des Verfahrens in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
werden die Vorrichtung und das Verfahren an einem Hindernissensor 10,
das heißt einem Ultraschallsensor 10, angewendet,
der in ein Fahrzeug eingebaut ist. In der Zeichnung zeigt ein Pfeil,
der mit „V" bezeichnet ist, eine vertikale Richtung, das
heißt eine V-Richtung, an, welche im Wesentlichen senkrecht
zu einem Boden ist. Weiterhin zeigt ein Pfeil „H" in der
Zeichnung eine horizontale Richtung, das heißt H-Richtung,
an, welche im Wesentlichen parallel zu dem Boden ist.
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Ein
Aufbau des Ultraschallsensors wird nachstehend beschrieben. Wie
es in den 1A und 1B gezeigt
ist, beinhaltet der Ultraschallsensor 10 ein Gehäuse 31,
ein Schaltungselement 18 und mehrere Sensorelemente 13p, 13q, 13r, 13s.
Das Schaltungselement 18 und die mehreren Sensorelemente 13p, 13q, 13r, 13s sind
in dem Gehäuse 31 angeordnet. Die mehreren Sensorelemente 13p, 13q, 13r, 13s sind
vier Elemente, die in einer Gruppe angeordnet sind, so dass jede
Reihe in einer Längsrichtung zwei Sensorelemente aufweist
und jede Reihe in einer Seitenrichtung zwei Sensorelemente aufweist.
Das Schaltungselement 18 ist elektrisch mit den mehreren
Sensorelementen 13p, 13q, 13r, 13s verbunden.
Das Schaltungselement 18 nimmt ein Spannungssignal auf
und gibt dieses aus, welches einem Senden und Empfangen einer Ultraschallwelle zugehörig
ist. Der Ultraschallsensor 10 ist auf eine Stoßstange 51 des
Fahrzeugs montiert. Der Ultraschallsensor 10 ist dazu ausgelegt,
eine Stelle eines Hindernisses auf eine Weise eines dreidimensionalen
Erfassens zu erfassen.
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Da
jedes Sensorelement 13p, 13q, 13r, 13s einen
im Wesentlichen gleichen Aufbau aufweist, wird nachstehend eine
Beschreibung von einem Sensorelement 13p gegeben. Das Sensorelement 13p beinhaltet
ein piezoelektrisches Element 11p zum Senden und Empfangen
der Ultraschallwelle. Das Sensorelement 13p beinhaltet
weiterhin ein akustisches Anpassungsteil 12p, welches mit
dem piezoelektrischen Element 11p verbunden ist. Das akustische
Anpassungsteil 12p leitet die Ultraschallwelle, die von
dem piezoelektrischen Element 11p zum Schwingen gebracht
wird, und sendet die Ultraschallwelle in eine Vorwärtsrichtung
des Fahrzeugs. Das akustische Anpassungsteil 12p empfängt
die Ultraschallwelle, die von einem Hindernis reflektiert wird,
und leitet Schwingungen zu dem piezoelektrischen Element 11p.
Das heißt, jedes Sensorelement 13p, 13q, 13r, 13s ist
imstande, die Ultraschallwelle zu senden und zu empfangen, und wirkt
als ein Sendeelement und ein Empfangselement.
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Das
piezoelektrische Element 11p besteht zum Beispiel aus Bleizirkonattitanat
bzw. PZT. Das piezoelektrische Element 11p beinhaltet ein
piezoelektrisches Teil, welches eine im Wesentlichen quadratische
Prismenform aufweist. Ein Querschnitt des piezoelektrischen Teils
ist in der Form im Wesentlichen ähnlich zu dem des akustischen
Anpassungsteils 12p. Ein Paar von Elektroden ist auf Oberflächen des
piezoelektrischen Teils angeordnet, wobei die Oberflächen
einander gegenüberliegen. Das Paar von Elektroden ist durch
Pt- oder Cu-Zerstäuben, Plattieren, Drucken einer leitfähigen
Paste oder dergleichen ausgebildet. Eine der Elektroden, die sich auf
der Seite des akustischen Anpassungsteils 12p befindet,
wird als eine erste Elektrode 14p bezeichnet. Die andere
der Elektroden, die der ersten Elektrode gegenüberliegt,
wird als eine zweite Elektrode 15p bezeichnet.
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Ein
Leitungselement 11a befindet sich auf einer Seite des piezoelektrischen
Elements 11p. Das Leitungselement 11a ist elektrisch
mit der ersten Elektrode 14p verbunden. Die erste Elektrode 14p des
piezoelektrischen Elements 11p ist über einen Draht 19,
welcher eine elektrische Verbindung zu dem Leitungselement 11a aufweist,
mit dem Schaltungselement 18 verbunden. Die zweite Elektrode 15p des
piezoelektrischen Elements 11p ist über den Draht 19 elektrisch
mit dem Schaltungselement 18 verbunden.
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Eine
Schallimpedanz des akustischen Anpassungsteils 12p ist
größer als die von Luft und kleiner als die des
piezoelektrischen Elements 11p. Das akustische Anpassungsteil 12p besteht
aus Harz, das eine hohe Beständigkeit aufweist, wie zum
Beispiel Polykarbonatharz. Die akustischen Anpassungsteile 12p bis 12s sind
derart angeordnet, dass ein Abstand „d" zwischen den Mittelpunkten
der angrenzenden akustischen Anpassungsteile ungefähr gleich
einer Hälfte der Wellenlänge der Ultraschallwelle
ist. Die akustischen Anpassungsteile 12p bis 12s sind
in einer Öffnung des Gehäuses 31 befestigt. Ein
Schwingungsdämpfungsteil 41 befindet sich derart
zwischen Seitenoberflächen der akustischen Anpassungsteile 12p bis 12s,
dass das Schwingungsdämpfungsteil 41 nahe einer
Sende/Empfangsoberfläche 12a des akustischen Anpassungsteils 12p bis 12s ist.
Das Schwingungsdämpfungsteil 41 befindet sich
ebenso derart zwischen einer Innenwand der Öffnung des
Gehäuses 31 und jedem akustischen Anpassungsteil 12p bis 12s,
dass das Schwingungsdämpfungsteil 41 nahe einer
Sende/Empfangsoberfläche 12a ist. Das Schwingungsdämpfungsteil 41 verhindert
wirksam, dass eine Ultraschallwelle dadurch geleitet wird.
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Das
akustische Anpassungsteil 12p ist derart ausgebildet, dass:
eine Breite W des akustischen Anpassungsteils 12p kleiner
oder gleich einer Hälfte der Wellenlänge der Ultraschallwelle
ist, die in Luft gemessen wird, und eine Dicke ungefähr
gleich einem Viertel der Wellenlänge der Ultraschallwelle
ist, die in dem akustischen Anpassungsteil 12p gemessen
wird. Die Dicke von ungefähr einem Viertel der Ultraschallwelle
bewirkt ein Erzeugen einer Stehwelle in dem akustischen Anpassungsteil 12p.
Dadurch ist es möglich, eine Interferenz und eine sich
ergebende Auslöschung der folgenden Ultraschallwellen einzuschränken;
eine ist die Welle, die auf das akustische Anpassungsteil 12p auftrifft;
und die andere ist die Welle, die von einer Grenzfläche
zwischen dem akustischen Anpassungsteil 12p und dem piezoelektrischen
Element 11p reflektiert wird. Daher kann das akustische
Anpassungsteil 12p wirksam die Ultraschallwelle zu dem
piezoelektrischen Element 11p leiten.
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Das
Schaltungselement 18 ist elektrisch mit einer elektronischen
Steuereinheit bzw. ECU, die nicht gezeigt ist, verbunden, die in
ein Fahrzeug eingebaut ist. Die ECU gibt ein Steuersignal zum Steuern
eines Schalldrucks und einer Phase der Ultraschallwelle aus, die
von dem Ultraschallsensor 10 zum Schwingen zu bringen ist.
Auf der Grundlage der Steuersignale gibt das Schaltungselement 18 ein Spannungssignal
derart zu dem piezoelektrischen Element 11p aus, dass das
piezoelektrische Element 11p die Ultraschallwelle zum Schwingen
bringt. Wenn die Ultraschallwelle empfangen wird, gibt das piezoelektrische
Element 11p ein Spannungssignal, welches von einem Schalldruck
und einer Phase der empfangenen Ultraschallwelle abhängt,
zu dem Schaltungselement 18 aus. Auf der Grundlage des Spannungssignals,
das von dem piezoelektrischen Element 11p eingegeben wird,
führt das Schaltungselement 18 eine arithmetische
Verarbeitung durch und gibt ein Schwingungssignal zu der ECU aus.
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Nachstehend
wird eine Erläuterung eines Erfassens eines Hindernisses
unter Bezugnahme auf einen beispielhaften Fall gegeben, in dem die
Ultraschallwelle von dem Sensorelement 13p gesendet wird.
Die ECU gibt das Steuersignal zum Steuern des Schalldrucks und der
Phase der Ultraschallwelle aus, die zu senden ist. Das Schaltungselement 18 gibt
das Spannungssignal auf der Grundlage des Steuersignals, das aus
der ECU ausgegeben wird, zu dem piezoelektrischen Element 11p aus.
Das piezoelektrische Element 11p schwingt in Übereinstimmung
mit dem Spannungssignal und dadurch lässt das piezoelektrische
Element 11p die Ultraschallwelle mit einem gegeben Schalldruck
und einer gegebenen Phase schwingen. Die Ultraschallwelle, die von
dem piezoelektrischen Element 11p zum Schwingen gebracht wird,
wird zu dem akustischen Anpassungsteil 11p geleitet und
von der Sende/Empfangsoberfläche 12a des akustischen
Anpassungsteils 12p nach außen gesendet. Die Ultraschallwelle,
die von der Sende/Empfangsoberfläche 12a gesendet
wird, kann von einem Hindernis reflektiert werden. Die reflektierte
Ultraschallwelle wird von der Sende/Empfangsoberfläche 12a des
akustischen Anpassungsteils 12p empfangen. Die Ultraschallwelle,
die von der Sende/Empfangsoberfläche 12a empfangen
wird, wird über das akustische Anpassungsteil 12p zu
dem piezoelektrischen Element 11p geleitet. Die Ultraschallwelle,
die zu dem piezoelektrischen Element 11p geleitet wird,
wird von dem piezoelektrischen Element 11p erfasst und
zu dem Spannungssignal gewandelt. Das Spannungssignal, das aus dem
piezoelektrischen Element 11p ausgegeben wird, wird über
das Schaltungselement 18 in die ECU eingegeben. Das Schaltungselement 18 führt
die arithmetische Verarbeitung auf der Grundlage des Spannungssignals aus
dem piezoelektrischen Element 11p durch.
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Da
die Sensorelemente 13p bis 13s in einer Gruppe
angeordnet sind, ist es möglich, zum Beispiel eine Stelle
des Hindernisses durch Erzielen einer Zeit- oder Phasendifferenz
zwischen der Ultraschallwelle, die von einem Sensorelement empfangen wird,
und der, die von einem weiteren Sensorelement empfangen wird, zu
messen. Das Schwingungsdämpfungsteil 41 befindet
sich zwischen den Sensorelementen 13p bis 13s.
Daher wird die Ultraschallwelle einzeln in jedem Sensorelement 13p bis 13s geleitet
und wird einzeln in jedem Sensorelement 13p bis 13s erfasst.
Es ist deshalb möglich, den Ultraschallsensor mit einer
bevorzugten Übersprechcharakteristik zu versehen. Es ist
möglich, eine Erfassungsempfindlichkeit für eine
Ultraschallwelle zu verbessern. Die Sensorelemente 13p bis 13s sind
derart angeordnet, dass der Abstand „d" zwischen den Mittelpunkten
von angrenzenden akustischen Anpassungsteilen 12p bis 12s ungefähr
gleich einer Hälfte der Wellenlänge der Ultraschallwelle
ist. Daher ist es möglich, einen Einfallswinkel der empfangenen
Ultraschallwelle auf der Grundlage einer Phasendifferenz zwischen
denjenigen zu erfassen, die von angrenzenden akustischen Anpassungsteilen 12p bis 12s empfangen
werden. Daher ist es möglich, den Einfallswinkel der Ultraschallwelle
mit einer hohen Genauigkeit zu erfassen und ist es möglich,
eine Messgenauigkeit eines Abstands zu dem Hindernis und eine Stelle
des Hindernisses zu verbessern.
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Ein
Verfahren zum Steuern einer Richtcharakteristik der Ultraschallwelle
wird nachstehend erläutert. Eine Richtcharakteristik einer
Ultraschallwelle ist einem Erfassungsbereich D zugehörig.
Der Erfassungsbereich D ist als zum Beispiel eine Fläche
ausgedrückt, in der der Schalldruck der Ultraschallwelle ungefähr
mehr als 0,7mal so groß wie der unmittelbar nahe dem Mittelpunkt
der Sende/Empfangsoberfläche 12a ist. Der Erfassungsbereich
D kann durch einen Erfassungsbereich L und eine Richtcharakteristik θ definiert
sein. Der Erfassungsbereich L ist ein Abstand von dem Mittelpunkt
der Sende/Empfangsoberfläche 12a. Die Richtcharakteristik θ ist
ein Winkel zu einer Achse, die senkrecht zu der Sende/Empfangsoberfläche 12a ist.
Der Erfassungsbereich L ist einer Druckdämpfung der Ultraschallwelle
zugehörig. Die Richtcharakteristik θ ist einer
Streuung der Ultraschallwelle zugehörig.
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Der
Erfassungsbereich L hängt von einer Fläche der
Sende/Empfangsoberfläche 12a ab. Die Richtcharakteristik θ hängt
von einer Länge einer Seite der Sende/Empfangsoberfläche 12a ab,
wenn es angenommen wird, dass die Sende/Empfangsoberfläche 12a eine
quadratische Form aufweist. Im Folgenden wird es angenommen, dass
die Sende/Empfangsoberfläche 12a eine quadratische
Form aufweist.
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2A stellt
die Richtcharakteristik der Ultraschallwelle für einen
Fall dar, in dem die Seite der Sende/Empfangsoberfläche 12a die
Länge Sa aufweist. 2B stellt
die Richtcharakteristik der Ultraschallwelle für einen
Fall dar, in dem die Seite der Sende/Empfangsoberfläche 12a die
Länge Sb aufweist. In den vorhergehenden Fällen
ist die Länge Sa kleiner als Sb (das heißt Sa < Sb). Wenn die Seite
der Sende/Empfangsoberfläche 12a die Länge
Sa aufweist, weist die Ultraschallwelle den Erfassungsbereich Da
auf. Wenn die Seite der Sende/Empfangsoberfläche 12a die
Länge Sb aufweist, weist die Ultraschallwelle den Erfassungsbereich
Db auf. Wenn die vorhergehenden zwei Fälle verglichen werden,
ist die Richtcharakteristik θ größer
als die Richtcharakteristik θb. Wenn die Seite der Sende/Empfangsoberfläche 12a eine
kleinere Länge aufweist, wird die Richtcharakteristik θ größer.
Der Erfassungsbereich La ist kleiner als Lb (La < Lb). Wenn die Seite der Sende/Empfangsoberfläche 12a eine
größere Länge aufweist, wird der Erfassungsbereich
L größer.
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Wenn
die Fläche der Sende/Empfangsoberfläche 12a größer
wird, wird der Schalldruck der Ultraschallwelle größer
und wird die Streuung der Ultraschallwelle kleiner. Das heißt,
wenn sich die Fläche der Sende/Empfangsoberfläche 12a verringert,
wird es schwierig, ein Hindernis zu erfassen, das von dem Fahrzeug
entfernt ist, aber ist es möglich, den Erfassungsbereich
auszuweiten. Wenn sich die Fläche der Sende/Empfangsoberfläche 12a erhöht,
wird der Erfassungsbereich verschmälert, ist es aber möglich, das
Hindernis zu erfassen, das von dem Fahrzeug entfernt ist.
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3 zeigt
einen Graph, der schematisch den Erfassungsbereich und die Richtcharakteristik als
eine Funktion der Länge der Seite der Sende/Empfangsoberfläche 12a darstellt.
In dem Graph ist die vertikale Abmessung durch den Erfassungsbereich
für den Fall der Seite von 2 mm normalisiert. Wenn das
Sensorelement 13p, das die Sende/Empfangsoberfläche 12a mit
der Seite von 5 mm aufweist, mit der mit der Seite von 2 mm verglichen
wird, sieht das Sensorelement 13p, das die Oberfläche 12a mit
der Seite von 5 mm aufweist, den beträchtlich größeren
Erfassungsbereich als den vor, den die Seite von 2 mm vorsieht.
Der Erfassungsbereich des Sensorelements 13p mit der Seite
von 5 mm ist grob mehr als sechsmal so groß wie der der
Seite von 2 mm. Das Sensorelement 13p, das die Sende/Empfangsoberfläche 12a mit
der Seite von 2 mm aufweist, weist die Richtcharakteristik von ungefähr
75 Grad auf, während die mit der Seite von 5 mm eine kleinere
Richtcharakteristik von ungefähr 20 Grad aufweist.
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Beispielhafte
Steuermuster der Richtcharakteristik der Ultraschallwellen werden
nachstehend beschrieben. Die 4A und 4B zeigen
erläuternde Darstellungen, die einen Fall darstellen, in dem
die Ultraschallwelle von lediglich dem Sensorelement 13p gesendet
wird. 4A zeigt eine schematische Darstellung,
die die Richtcharakteristik der Ultraschallwelle darstellt, die
entlang der V-Richtung von unten nach oben betrachtet wird. 4B zeigt eine
schematische Darstellung, die die Richtcharakteristik der Ultraschallwelle
darstellt, die entlang der H-Richtung betrachtet wird. Die 5A und 5B sind
hinsichtlich der Betrachtungsrichtungen gleich zu den 4A bzw. 4B.
Ebenso sind die 6A und 6B hinsichtlich
der Betrachtungsrichtung gleich zu den 4A bzw. 4B.
Der Erfassungsbereich der Ultraschallwelle, die von lediglich den Sensorelement 13p gesendet
wird, ist mit D1 bezeichnet, welche im Wesentlichen isotop in der V-Richtung
und der H-Richtung ist. Die Richtcharakteristik und der Erfassungsbereich
der Erfassungsfläche D1 sind mit θ1 bzw. L1 bezeichnet.
Die Seite der Sende/Empfangsoberfläche 12a weist
die Länge S1 auf.
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Nachstehend
wird eine Erläuterung bezüglich Richtcharakteristik
der Ultraschallwelle für einen Fall gegeben, in dem die
Ultraschallwelle von allen der Sensorelemente 13p bis 13s gesendet
wird. Wie es in den 5A und 5B gezeigt
ist, schwingen beim Senden der gleichphasigen Ultraschallwelle aus
dem Sensorelement 13p bis 13s die akustischen Anpassungsteile 12p bis 12s auf
eine integrierte Weise. Dies ist so, da das Schwingungsdämpfungselement 41,
das sich zwischen den Sensorelementen 13p bis 13s befindet,
eine niedrige Elastizität aufweist und da das Schwingungsdämpfungselement 41 Schwingungen
der akustischen Anpassungsteile 12p bis 12s nicht
einschränkt. Ein Schwingungszustand der Sende/Empfangsoberflächen
des Ultraschallsensors 10 in dem vorhergehenden Fall ist
im Wesentlichen äquivalent zu einem Zustand, in dem die
Ultraschallwelle von einer quadratischförmigen Sende/Empfangsoberfläche
gesendet wird, die eine Seite aufweist, die zweimal so groß wie
die Seite S1 ist. Es ist anzumerken, dass das vorher beschriebene „gleichphasig"
nicht nur „vollständig gleichphasig" beinhaltet,
sondern ebenso einen Phasenbereich beinhaltet, in dem die Sende/Empfangsoberflächen 12a der
akustischen Anpassungsteile 12p bis 12s auf eine
integrierte Weise schwingen.
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Ein
Effekt in dem vorhergehenden Fall ist im Wesentlichen identisch
zu dem in einem Fall, in dem jede Seite der Sende/Empfangsoberfläche 12a länger
wird. Deshalb ist der Erfassungsbereich D2 im Wesentlichen in der
V-Richtung und der H-Richtung isotop. Weiterhin ist die Richtcharakteristik θ2
kleiner als θ1 und ist der Erfassungsbereich L2 länger
als L1. Das heißt, gemäß dem vorhergehenden
Verfahren zum Senden der Ultraschallwelle ist es, obgleich der Erfassungsbereich
verschmälert ist, möglich, ein Hindernis zu erfassen,
das fern von dem Fahrzeug ist.
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Es
ist möglich, die Anzahl der Sensorelemente 13p bis 13s zu
wechseln, welche die Ultraschallwelle sendet. Dadurch ist es möglich,
die Ultraschallwelle zu senden, während die Richtcharakteristik
der Ultraschallwelle gewechselt wird. Die Ultraschallwelle, die
den Erfassungsbereich D1 (siehe die 4A und 4B)
aufweist, und die, die den Erfassungsbereich D2 (siehe die 5A und 5B)
aufweist, können abwechselnd in gegebenen Zeitintervallen
gesendet werden. Beim abwechselnden Senden ist es, wenn die Ultraschallwelle,
die den Erfassungsbereich D1 aufweist, gesendet wird, möglich, ein
Hindernis in einem breiten Bereich um das Fahrzeug zu erfassen.
Wenn die Ultraschallwelle, die den Erfassungsbereich D2 aufweist,
gesendet wird, ist es möglich, ein Hindernis zu erfassen,
das fern von dem Fahrzeug ist. Auf die vorhergehenden Weisen ist
es möglich, ein Hindernis in einem breiteren Bereich durch
Wechseln der Richtcharakteristik der Ultraschallwelle unter Verwendung
eines einzigen Ultraschallsensors 10 zu erfassen. Dadurch
ist es zum Beispiel möglich, einen toten Bereich des Hindernissensors
des Fahrzeugs zu verringern.
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Nachstehend
wird eine Erläuterung bezüglich der Richtcharakteristik
des Ultraschallsensors für einen Fall gegeben, in dem zwei
Sensorelemente 13p, 13r, die entlang der V-Richtung
angeordnet sind, ausgewählt werden, um die Ultraschallwelle
zu senden. Wenn die gleichphasige Ultraschallwelle von den Sensorelementen 13p, 13r gesendet
wird, weisen die Sende/Empfangsoberflächen des Ultraschallsensors 10 einen
Schwingungszustand auf, der im Wesentlichen äquivalent
zu den folgenden ist. Die Ultraschallwelle wird aus einer derartigen
rechteckförmigen Sende/Empfangsoberfläche gesendet, dass:
eine Seite der Sende/Empfangsoberfläche in der H-Richtung
eine Länge S1 aufweist; und eine andere Seite in der V-Richtung
eine Länge von ungefähr zweimal so groß wie
S1 aufweist.
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Wie
es in den 6A und 6B gezeigt ist,
ist der Erfassungsbereich D3 zwischen der V-Richtung und der H-Richtung
anisotrop. Demgemäß streut die Ultraschallwelle
unterschiedlich zwischen der V-Richtung und der H-Richtung. Da die Seite
in der V-Richtung effektiv länger wird, wird die Richtcharakteristik θ3
in der V-Richtung kleiner als die Richtcharakteristik θ1.
Da die Seite in der H-Richtung verglichen mit einem Fall kürzer
wird, in dem die Sensorelemente 13p bis 13s die
Ultraschallwelle senden, wird die Richtcharakteristik θ4
in der V-Richtung kleiner als die Richtcharakteristik θ2.
Da die Seite in der V-Richtung länger als die Seite in
der H-Richtung ist, ist die Richtcharakteristik θ3 größer als
die Richtcharakteristik θ4. Das heißt, die vorhergehenden
Richtcharakteristiken weisen eine Beziehung auf, die ausgedrückt
ist als: θ1 ≅ θ3 > θ4 ≅ θ2. Weiterhin
ist eine Fläche der äquivalenten Sende/Empfangsoberfläche
kleiner als die in einem Fall, in dem die Sensorelemente 13p bis 13s die
Ultraschallwelle senden. Der Erfassungsbereich 13 ist größer
als L1 und kleiner als L2. Das heißt, die Erfassungsbereiche
weisen eine Beziehung auf, die ausgedrückt ist als L2 > L3 > L1.
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Bezüglich
des Erfassungsbereichs D3 ist die Richtcharakteristik in der V-Richtung
(siehe 6B) verschmälert, während
die Richtcharakteristik in der H-Richtung (siehe 6A)
erhalten bleibt. Daher ist es, wenn ein Einfluss einer Reflexion
von dem Boden möglicherweise groß ist (zum Beispiel
in einem Fall, in dem das Fahrzeug auf einer unebenen Straße fährt),
möglich, den Einfluss einer Reflexion von dem Boden im
Wesentlichen auszuschließen.
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Die
Ultraschallwelle, die den Erfassungsbereich D1 aufweist (siehe die 4A, 4B),
und die, die den Erfassungsbereich D3 aufweist, werden abwechselnd
in vorbestimmten Zeitintervallen gesendet. Beim abwechselnden Senden
ist es, wenn die Ultraschallwelle, die den Erfassungsbereich D1 aufweist,
gesendet wird, möglich, ein Hindernis in einem breiten
Bereich um das Fahrzeug zu erfassen. Wenn die Ultraschallwelle,
die den Erfassungsbereich D3 aufweist, gesendet wird, ist es möglich,
ein Hindernis, das fern und außerhalb des Erfassungsbereichs
D1 ist, mit einer hohen Genauigkeit zu erfassen, während
der Einfluss einer Reflexion an dem Boden im Wesentlichen ausgeschlossen
wird.
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Ein
anderes Paar von zwei Sensorelementen 13p, 13q kann
ausgewählt werden, um die Ultraschallwelle zu senden. Das
andere Paar von zwei Sensorelementen 13p, 13q ist
in einer Linie angeordnet, die parallel zu dem Boden ist (das heißt
in der H-Richtung). Wie es in den 7A und 7B gezeigt
ist, ist die Richtcharakteristik der Ultraschallwelle gemäß dem
vorhergehenden Aufbau im Wesentlichen gleich zu einer um 90 Grad
gedrehten Richtcharakteristik des Erfassungsbereichs D3, der in
den 6A und 6B dargestellt
ist, wobei die Drehung um die Senderichtung der Ultraschallwelle durchgeführt
wird. Gemäß den vorhergehenden Weisen ist es möglich,
die Richtcharakteristik in der H-Richtung zu verschmälern.
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Die
Ultraschallwelle, die den Erfassungsbereich D2 (siehe die 5A, 5B)
aufweist, und die Ultraschallwelle, die in den 7A und 7B dargestellt
ist, können abwechselnd in vorbestimmten Zeitintervallen
gesendet werden. Bei einem abwechselnden Senden ist es, wenn die
Ultraschallwelle, die den Erfassungsbereich D2 aufweist, gesendet wird,
möglich, ein Hindernis zu erfassen, das entlang einer Fahrrichtung
des Fahrzeugs vorhanden ist. Wenn die gezeigte Ultraschallwelle,
wie sie in den 7A, 7B dargestellt
ist, gesendet wird, ist es möglich, ein Hindernis auf einer
Straße, wie zum Beispiel einen Rand und eine Rille, zu
erfassen, da die Ultraschallwelle, wie sie in den 7A und 7B dargestellt
ist, einen breiteren Erfassungsbereich in der V-Richtung aufweist.
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Zum
Senden einer Ultraschallwelle kann eine andere Kombination von Sensorelementen
aus den Sensorelementen 13p bis 13s derart ausgewählt werden,
dass die ausgewählten Sensorelemente asymmetrisch zwischen
der H-Richtung und der V-Richtung angeordnet sind. Zum Beispiel
weist, wie es in 8A gezeigt ist, wenn die Ultraschallwelle aus
den Sensorelementen 13q, 13r gesendet wird, die
gesendete Ultraschallwelle einen Erfassungsbereich D4 auf. Der Erfassungsbereich
D4 weist eine flache Form auf und ist um 45 Grad zu dem Boden geneigt.
Alternativ weist, wie es in 8B gezeigt
ist, wenn die Ultraschallwelle aus den Sensorelementen 13q, 13r, 13s gesendet
wird, die gesendete Ultraschallwelle einen Erfassungsbereich D5
auf, welcher eine grobe rechteckige Form aufweist. Wenn eine Umgebung
laut ist, ist es möglich, eine Robustheit durch Vergleichen
eines Empfangssignals für einen Fall bei einem Übertragen
der Ultraschallwelle, die die vorbeeinflussten Richtcharakteristiken
aufweist, und der für einen Fall bei einem Senden der Ultraschallwelle
(zum Beispiel D1, D2, D3) mit den anderen Richtcharakteristiken
zu verbessern.
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Es
ist möglich, die Ultraschallwelle zu senden, während
eine Kombination der ausgewählten Sensorelemente gewechselt
wird. Es ist dadurch möglich, eine Richtung zu einem Hindernis
zu bestimmen. Es ist beliebig, die Richtcharakteristiken gemäß einem
Zielobjekt und einem Erfassungszweck zu kombinieren.
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In
den vorhergehenden Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung wird das piezoelektrische Element als ein Sendeelement
zum Senden der Ultraschallwelle verwendet. Alternativ kann ein anderes
Element als das Sendeelement verwendet werden. Zum Beispiel kann
ein thermisch erregtes Sendeelement verwendet werden. Alternativ
kann ein anderes Sendeelement verwendet werden, welches eine Membran
beinhaltet, die durch ein MEMS-Verfahren in einem Halbleitersubstrat
ausgebildet ist.
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In
dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung ist jedes Sensorelement 13p bis 13s dazu
ausgelegt, imstande zu sein, die Ultraschallwelle zu senden und
zu empfangen. Alternativ kann jedes Sensorelement 13p bis 13s dazu
ausgelegt sein, lediglich die Ultraschallwelle zu senden, und kann
der Ultraschallsensor weiterhin ein Empfangselement zum Empfangen
der Ultraschallwelle beinhalten.
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Der
Ultraschallsensor kann die beliebige Anzahl von Sensorelementen
gemäß einer Anwendung beinhalten. Zum Beispiel
können zwei Sensorelemente für ein zweidimensionales
Erfassen vorbereitet sein. Alternativ können Sensorelemente
derart in einer Gruppe angeordnet sein, dass jede Reihe entlang
einer vorbestimmten Richtung die größere Anzahl
von Sensorelementen aufweist. Genauer gesagt können sechs
Sensorelemente derart in einer Gruppe angeordnet sein, dass jede
Reihe entlang einer Längsrichtung drei Sensorelemente aufweist
und jede Reihe entlang einer Seitenrichtung zwei Sensorelemente
aufweist.
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In
dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung wird der Ultraschallsensor 19 als ein Hinderniserfassungssensor,
der in ein Fahrzeug eingebaut ist, gemäß einer
beispielhaften Verwendung verwendet. Alternativ können
das Verfahren und die Vorrichtung gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung an zum Beispiel
einem Sensor für eine industrielle Verwendung, für
eine Pflegeverwendung, für eine Haushaltsverwendung oder
dergleichen angewendet werden.
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Gemäß dem
Verfahren und der Vorrichtung zum Senden der Ultraschallwelle, die
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung dargestellt sind, werden mindestens zwei angrenzende Sensorelemente
aus den Sensorelementen 13p bis 13s ausgewählt
oder kombiniert. Die Ultraschallwelle wird auf eine derartige Weise
gesendet, dass die Sende/Empfangsoberflächen 12a der kombinierten
Sensorelemente integral schwingen, um gleichphasige Schwingungen
aufzuweisen. Da die Sende/Empfangsoberflächen 12a der
ausgewählten oder kombinierten Sensorelemente integral schwingen,
um die gleichphasigen Schwingungen aufzuweisen, ist es möglich,
die ausgewählten Sensorelemente mit einem effektiven Schwingungszustand
zu versehen, in dem sich die Sende/Empfangsoberfläche 12a effektiv
erhöht. Daher ist es möglich, eine Vielfalt der
Ultraschallwelle zu senden, die in dem Erfassungsbereich (zum Beispiel
der Richtcharakteristik) zu der Ultraschallwelle unterschiedlich
ist, die von einem einzelnen Sensorelement gesendet wird. Deshalb
wird, wenn eine Kombination der Sensorelemente für ein
Senden der Ultraschallwelle gewechselt wird, der Erfassungsbereich
(zum Beispiel eine Richtcharakteristik) der Ultraschallwelle geändert.
Es ist möglich, ein Verfahren zum Senden der Ultraschallwelle
zu realisieren, wobei das Verfahren eine hohe Flexibilität
eines Erfassungsflächensteuerns (zum Beispiel eines Richtcharakteristiksteuerns) der
Ultraschallwelle schafft. Es ist möglich, die Erfassungsflächen
auch dann zu wechseln, wenn die Anzahl von Sensorelementen klein
ist. Es ist deshalb möglich, eine Abmessung des Ultraschallsensors 10 zu
verringern.
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Gemäß dem
vorhergehenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
sind die Sende/Empfangsoberflächen 12a der Sensorelemente 13p bis 13s in
einer Gruppe entlang der H-Richtung und der V-Richtung angeordnet.
Das Verfahren zum Senden der Ultraschallwelle gemäß dem
vorhergehenden Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
kann an einem Ultraschallsensor angewendet werden, der ein Sensorelement
aufweist, das auf eine ähnliche Weise zu der gemäß dem
Ultraschallsensor 10 angeordnet ist. In dem vorhergehenden Fall
ist es möglich, die Richtcharakteristik der Ultraschallwelle
in der H-Richtung und der V-Richtung zu steuern. Deshalb kann das
Verfahren zum Senden der Ultraschallwelle geeignet in einem Ultraschallsensor
verwendet werden, der in ein Fahrzeug eingebaut ist und der ein
Hindernis erfasst, das um das Fahrzeug vorhanden ist.
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In
dem Ultraschallsensor 10 ist es, da jedes Sensorelement 13p bis 13s die
akustischen Anpassungsteile 12p bis 12s aufweist,
möglich, die Ultraschallwelle zu senden und zu übertragen,
die von jedem piezoelektrischen Element 11p bis 11s zum Schwingen
gebracht wird. Weiterhin befindet sich das Schwingungsdämpfungsteil 41 zwischen
den Sensorelementen 13p bis 13s um die Sende/Empfangsoberfläche 12a von
jedem Sensorelement 13p bis 13s. Da das Schwingungsdämpfungsteil 41 eine niedrige
Elastizität aufweist, schränkt das Schwingungsdämpfungsteil 41 Schwingungen
der akustischen Anpassungsteile 12p bis 12s nicht
ein. Die Sende/Empfangsoberflächen 12a können
auf eine wirksame Weise integral schwingen.
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Die
zwei Sensorelemente 13p, 13r, welche entlang einer
Richtung senkrecht zu dem Boden angeordnet sind, können
aus den mehreren Sensorelementen 13p bis 13s ausgewählt
werden. Bei einem Senden Ultraschallwelle aus den vorhergehenden Elementen 13p, 13r ist
ein realisierter Schwingungszustand der Elemente 13p, 13r im
Wesentlichen äquivalent zu einem Zustand, in dem die Sende/Empfangsoberfläche 12a effektiv
eine längere Seite in der V-Richtung aufweist. Daher ist
es möglich, die Richtcharakteristik des Erfassungsbereichs D3
in der V-Richtung zu verschmälern, während die Richtcharakteristik
in der H-Richtung erhalten bleibt. Deshalb ist es, wenn der Ultraschallsensor 10 in
einer Umgebung arbeitet, in der der Einfluss einer Reflexion einer
Ultraschallwelle an dem Boden möglicherweise groß ist
(zum Beispiel fährt das Fahrzeug auf einer unebenen Straße),
möglich, wirksam den Einfluss auszuschließen.
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Ein
anderes Paar von Sensorelementen 13p, 13r, welche
entlang der horizontalen Richtung angeordnet sind, kann aus den
mehreren Sensorelementen 13p bis 13s ausgewählt
werden. Beim Senden der Ultraschallwelle aus den vorhergehenden Elementen 13p, 13r ist
ein realisierter Schwingungszustand im Wesentlichen äquivalent
zu einem derartigen Zustand, in dem die Sende/Empfangsoberfläche 12a effektiv
eine längere Seite in der H-Richtung aufweist. Daher ist
es möglich, die Richtcharakteristik in der H-Richtung zu
verschmälern, während die Richtcharakteristik
in der V-Richtung erhalten bleibt. Deshalb kann ein Senden einer
derartigen Ultraschallwelle bevorzugt sein, wenn ein Erfassen bezüglich
eines Hindernisses auf einer Straße, wie zum Beispiel eines
Rands und einer Rille, durchgeführt wird.
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Eine
Kombination von Sensorelementen, welche zwischen der horizontalen
und vertikalen Richtung asymmetrisch angeordnet sind, kann aus den
mehreren Sensorelementen 13p bis 13s ausgewählt
werden. Bei der vorhergehenden Anordnung ist es möglich,
die Ultraschallwelle mit einer vorbeeinflussten Richtcharakteristik
zu senden. Wenn eine Umgebung laut ist, ist es möglich,
eine Robustheit auf die folgenden Weisen zu verbessern. Die Ultraschallwellen
mit der vorbeeinflussten Richtcharakteristik und einer anderen Richtcharakteristik
werden gesendet und es wird ein Vergleich zwischen dem Empfangssignal
der Ultraschallwelle mit der vorbeeinflussten Richtcharakteristik
und dem mit der anderen Richtcharakteristik durchgeführt.
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Es
ist möglich, die Ultraschallwelle zu senden, während
die Richtcharakteristik davon auf die folgenden Weisen gewechselt
wird: die Anzahl von Sensorelementen, welche die Ultraschallwelle
senden, wird gewechselt; eine Kombination der ausgewählten
Sensorelemente, welche die Ultraschallwelle senden, wird gewechselt.
Gemäß den vorhergehenden Weisen ist es möglich,
ein Objekt zu erfassten, während die Richtcharakteristik
gewechselt wird, um einen toten Bereich zu verringern, der einem
Erfassungsbereich zugehörig ist. Gemäß den
vorhergehenden Weisen ist es möglich, einen Hinderniserfassungsvorgang
gemäß einem Typ eines Ziel-Erfassungsobjekts und
einer Stelle des Ziel-Erfassungsobjekts durchzuführen.
Zum Beispiel ist es möglich, abwechselnd die Ultraschallwelle,
die den ersten Erfassungsbereich D1 aufweist, aus dem Sensorelement 13p und
die, die den zweiten Erfassungsbereich D2 aufweist, aus den Sensorelementen 13p bis 13s in
gegebenen Zeitintervallen zu senden. Bei einem abwechselnden Senden
ist es, wenn die Ultraschallwelle, die den Erfassungsbereich D1
aufweist, gesendet wird, möglich, ein Hindernis in einem
breiten Bereich um das Fahrzeug zu suchen. Wenn die Ultraschallwelle,
die den Erfassungsbereich D2 aufweist, gesendet wird, ist es möglich,
ein Hindernis zu suchen, das sich fern von dem Fahrzeug befindet. Demgemäß lässt
das vorhergehende abwechselnde Senden zu, ein Hindernis in einem
größeren Bereich zu erfassen.
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Jedes
Sensorelement 13p bis 13s wirkt ebenso als ein
Empfangselement zum Empfangen der Ultraschallwelle. Das heißt,
das Sendeelement und das Empfangselement sind zusammen integriert.
Deshalb ist es möglich, den Ultraschallsensor 10 zu
verkleinern.
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Ausgestaltete Ausführungsbeispiele
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Erste Ausgestaltung
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Es
ist ebenso möglich, eine Richtung einer Hauptsonde durch
Phasenverschieben der zu sendenden Ultraschallwelle in einem Bereich
zu steuern, in dem die Sende/Empfangsoberflächen 12a der akustischen
Anpassungsteile 12p bis 12s integral schwingen.
Zum Beispiel ist es möglich, den Erfassungsbereich D3 auf
die folgenden Weisen nach oben zu neigen. Die zwei Sensorelemente 13p, 13s, die
in der V-Richtung angeordnet sind, werden aus den mehreren Sensorelementen 13p bis 13s ausgewählt.
Das Sensorelement 13r gibt die Ultraschallwelle mit einer
größeren Intensität aus, als es das Sensorelement 13p tut.
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Zweite Ausgestaltung
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Wenn
eine Kombination der Sensorelemente, welche die Ultraschallwelle
senden, gewechselt wird, ist es möglich, abwechselnd die
Ultraschallwelle zu senden, wobei die Richtcharakteristik davon
erhalten bleibt. Zum Beispiel ist es möglich, durch abwechselndes
Auswählen einer Kombination der Sensorelemente 13p, 13r und
einer Kombination der Sensorelemente 13q, 13s die
Ultraschallwellen abwechselnd zu senden. Gemäß den
vorhergehenden Weisen weist jedes Sensorelement eine Dauer auf, zu
der das Sensorelement nicht arbeitet. Daher ist es möglich,
ein Erhöhen der Temperatur des Sensorelements aufgrund
von Wärme einzuschränken, die durch einen Betrieb
des Sensorelements erzeugt wird. Es ist möglich, deshalb
Intervalle eines Sendens einer Ultraschallwelle zu verringern und
ein stabiles Senden zuzulassen. Weiterhin können die mehreren
Sensorelemente dazu ausgelegt sein, die Ultraschallwelle abwechselnd
lediglich zu senden, wenn ein Hindernis, das in einem großen
Abstand erfasst worden ist, sich nahe dem Fahrzeug annähert. Dadurch
ist es möglich, ein System, dem der Ultraschallsensor zugehörig
ist, hinsichtlich eines Ansprechverhaltens zu verbessern.
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Dritte Ausgestaltung
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Die
mehreren Sendeelemente zum Senden einer Ultraschallwelle können
dazu ausgelegt sein, die Ultraschallwelle nicht zu empfangen und
zu erfassen. Der Ultraschallsensor kann ein Empfangselement beinhalten,
das die Ultraschallwelle nicht sendet, sondern die Ultraschallwelle
empfängt und erfasst. Zum Beispiel empfangen, wenn die
Ultraschallwelle, die den Erfassungsbereich D3 aufweist, unter Verwendung
der Sensoren 13p und 13r gesendet wird, lediglich
die Sensorelemente 13q und 13s die Ultraschallwelle,
die von einem Hindernis reflektiert wird. Wenn die Ultraschallwelle
von dem gleichen Sensorelement in einem Fall gesendet und empfangen
wird, in dem sich ein Hindernis nahe dem Ultraschallsensor 10 befindet,
kann ein Nachhall in dem akustischen Anpassungsteil einen Fehler
verursachen. Jedoch ist gemäß den vorhergehenden
Weisen das Sensorelement, das die Ultraschallwelle sendet, dazu
ausgelegt, die Ultraschallwelle nicht zu empfangen. Deshalb ist
es möglich, ein nahes Hindernis mit einer hohen Genauigkeit
zu erfassen. Mehrere Sensorelemente können dazu ausgelegt sein,
die Ultraschallwelle abwechselnd lediglich zu senden, wenn sich
ein Hindernis, das in einem großen Abstand erfasst worden
ist, nahe dem Fahrzeug annähert. Dadurch ist es möglich,
ein System, dem der Ultraschallsensor zugehörig ist, hinsichtlich
eines Ansprechverhaltens zu verbessern.
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Vierte Ausgestaltung
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Angrenzende
Sende/Empfangsoberflächen der akustischen Anpassungsteile 12p bis 12s sind
in einer Linie angeordnet, die um ungefähr 45 Grad zu einer
Richtung geneigt ist, die im Wesentlichen senkrecht zu dem Boden
ist. Bei der vorhergehenden Anordnung weisen, wie es in 9 gezeigt
ist, die akustischen Anpassungsteile 12r und 12q,
die in der horizontalen Richtung angeordnet sind, einen Abstand „d"
dazwischen auf. Ebenso weisen die akustischen Anpassungsteile 12p und 12s,
die in der vertikalen Richtung angeordnet sind, den Abstand „d"
dazwischen auf. Die akustischen Anpassungsteile 12p bis 12s sind
derart angeordnet, dass der Abstand „d" ungefähr
gleich einer Hälfte der Wellenlänge der Ultraschallwelle
ist. In dem vorhergehenden Fall weisen die Mittelpunkte der Sende/Empfangsoberflächen 12a der
angrenzenden akustischen Anpassungsteile (zum Beispiel der akustischen
Anpassungsteile 12p und 12q) einen Abstand L dazwischen
auf. Der Abstand L ist ungefähr (1/2)√2-mal so groß wie die Wellenlänge
der Ultraschallwelle. Deshalb kann eine Fläche von jeder
Sende/Empfangsoberfläche 12a bei der vorhergehenden
Anordnung kleiner als die bei der Anordnung sein, die in 1 gezeigt ist. Das heißt, es
ist möglich, den Ultraschallsensor 10 zu verkleinern,
während ein Abstand zwischen den Sende/Empfangsoberflächen
in der vertikalen Richtung oder der horizontalen Richtung aufrechterhalten
wird. Es ist deshalb möglich, zum Beispiel eine Fläche,
die nach außerhalb des Ultraschallsensors 10 freiliegt, auf
einhalbmal so groß wie die bei der Anordnung zu verringern,
die in 1 gezeigt ist.
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Fünfte Ausgestaltung
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Es
ist möglich, ein Schwingungsrauschen durch Durchführen
eines aktiven Rauschsteuerns bzw. ANC zu verringern. Bei dem ANC
wird ein Sensorelement, das die Ultraschallwelle nicht sendet, in einer
entgegengesetzten Phase im Vergleich zu der zu sendenden Ultraschallwelle
zum Schwingen gebracht. Bei dem ANC ist es möglich, einen
Nachhall in dem Sensorelement zu verringern, welches sowohl als
das Sensorelement als auch als das Empfangselement wirkt.
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Sechste Ausgestaltung
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Zum
Steuern des Erfassungsbereichs durch Kombinieren von einigen Elementen
aus den mehreren Sensorelementen ist die Anzahl von Sensorelementen,
welche imstande sind, die Ultraschallwelle zu senden, in dem Ultraschallsensor
beliebig.
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Siebte Ausgestaltung
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Der
Ultraschallsensor kann durch Wechseln einer Kombination von Sendeelementen
einen toten Bereich verringern und einen Erfassungsbereich erhöhen.
Deshalb kann der Ultraschallsensor geeignet in einem System zum Überwachen
eines Bereichs um ein Fahrzeug, einem System zum Überwachen eines
Roboters oder dergleichen verwendet werden.
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Während
die vorliegende Erfindung bezüglich bevorzugter Ausführungsbeispiele
von ihr beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die vorliegende
Erfindung nicht auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele
und einen Aufbau beschränkt ist. Die vorliegende Erfindung
ist dazu gedacht, verschiedene ausgestaltete und äquivalente
Anordnungen abzudecken. Weiterhin sind, während die verschiedenen
Kombinationen und Ausgestaltungen, welche bevorzugt sind, beschrieben
worden sind, andere Kombinationen und Ausgestaltungen, die mehr,
weniger oder lediglich ein einziges Element beinhalten, ebenso innerhalb
des Umfangs der vorliegenden Erfindung.
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Vorhergehend
ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Senden
einer Ultraschallwelle offenbart worden. Das Verfahren beinhaltet
ein Auswählen einer ersten Kombination von Sendeelementen
aus mehreren Sendeelementen, wobei die erste Kombination von Sendeelementen
mindestens zwei Sendeelemente beinhaltet, die aneinander angrenzen, und
ein Schwingenlassen der Sendeoberflächen der ersten Kombination
von Sendeelementen in einer im Wesentlichen gleichen Phase, um die
Ultraschallwelle mit einer ersten Richtcharakteristik zu senden.
Die erste Richtcharakteristik ist zu einer zweiten Richtcharakteristik
der Ultraschallwelle unterschiedlich, die aus einem einzelnen Sendeelement
gesendet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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