PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102007008560A1 20.09.2007
Titel Ultraschallsensor mit einer an einem Substrat angebrachten Vibrationseinrichtung
Anmelder Denso Corp., Kariya, Aichi, JP
Erfinder Watanabe, Kazuaki, Kariya, Aichi, JP;
Yoshida, Takahiko, Kariya, Aichi, JP;
Sugiura, Makiko, Kariya, Aichi, JP;
Endoh, Noboru, Kariya, Aichi, JP;
Okuda, Yasuyuki, Kariya, Aichi, JP
Vertreter WINTER, BRANDL, FÜRNISS, HÜBNER, RÖSS, KAISER, POLTE, Partnerschaft, 85354 Freising
DE-Anmeldedatum 21.02.2007
DE-Aktenzeichen 102007008560
Offenlegungstag 20.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.09.2007
IPC-Hauptklasse H04R 17/00(2006.01)A, F, I, 20070221, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01S 15/93(2006.01)A, L, I, 20070221, B, H, DE   G01S 7/521(2006.01)A, L, I, 20070221, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein Ultraschallsensor (10), der aus einem Substrat (12) und einer an dem Substrat (12) angebrachten piezoelektrischen Vibrationseinrichtung (11) besteht, wird vorteilhafterweise als Sensor verwendet, um einen Abstand zu einem Objekt zu erfassen, das sich vor einem Kraftfahrzeug befindet. Ultraschallwellen, die von dem Sensor (10) übertragen werden, werden von dem Objekt reflektiert, und die reflektierten Wellen werden von dem Sensor aufgenommen. Auf der Grundlage der reflektierten Wellen wird der Abstand von dem Fahrzeug zu dem Objekt berechnet. Um die Starrheit zu verringern und dadurch eine Resonanzfrequenz des Substrats (12) auf ein Sollniveau abzusenken, sind in dem Substrat (12) Ausnehmungen (14) ausgeformt. Eine Dicke des Substrats (12) wird nicht verringert, um seine mechanische Festigkeit hinsichtlich einer Stoßkraft aufrechtzuerhalten. Auf diese Art und Weise wird ohne Vergrößern des Ultraschallsensors (10) eine Resonanzfrequenz erzielt, die wünschenswert ist, um eine ausreichend hohe Richtfähigkeit und Empfindlichkeit zu realisieren.

Beschreibung[de]

Die gegenwärtige Erfindung bezieht sich auf einen Ultraschallsensor mit einer an einem Substrat angebrachten Ultraschallvibrationseinrichtung.

Ein Ultraschallsensor, der eine piezoelektrische Vibrationseinrichtung aufweist, die an einem Substrat angebracht ist, das aus einem Metallmaterial oder einem Harzmaterial hergestellt ist, ist bisher bekannt. Der Ultraschallsensor ist an einem Kraftfahrzeug angebracht, und es werden von ihm Ultraschallwellen zu Objekten vor dem Fahrzeug oder um dieses herum ausgesendet. Die Objekte werden auf der Grundlage der Ultraschallwellen erfasst, die von den Objekten reflektiert und von dem Ultraschallsensor aufgenommen werden. Auf diese Art werden ein Abstand zu den Objekten und zweidimensionale oder dreidimensionale Formen der Objekte erfasst.

Ein Beispiel für diese Art von Ultraschallsensor ist in der JP-A-2002-58097 offenbart. Ein relevanter Abschnitt dieses Ultraschallsensors ist in der beigefügten 8 gezeigt. Ein zylindrisches Aluminiumgehäuse 119 ist mit einem Fahrzeugkörperteil 120 verbunden, und von dem zylindrischen Aluminiumgehäuse 119 wird ein Ultraschallsensor 110 gehalten, der eine Ultraschallvibrationseinrichtung 111 aufweist, die aus einem piezoelektrischen Element hergestellt ist, das an einem Substrat 112 angebracht ist. Die Vibrationseinrichtung 111 ist an einer ersten Fläche des Substrates 112 angebracht, und eine zweite Fläche, die zu der ersten Fläche des Substrates 112 gegenüberliegend angeordnet ist, ist einer Vorderseite des Fahrzeugs zugewandt, zu der die Ultraschallwellen übertragen werden. Ultraschallwellen, die von einem Objekt reflektiert werden, das sich vor dem Fahrzeug befindet, werden von dem Substrat 112 aufgenommen und durch die Vibrationseinrichtung 111 in elektrische Signale umgewandelt.

Weil der Ultraschallsensor an einem Fahrzeug an einer von außen sichtbaren Position angebracht ist, ist es notwendig, ihn so klein wie möglich zu machen, um nicht das Design des Fahrzeugs zu ruinieren. Es ist jedoch das Problem vorhanden, dass die Resonanzfrequenz des Substrats 112 höher wird, wenn seine Größe schrumpft. Dies führt zu einem Anstieg der Abschwächung der Ultraschallwellen und zu einer Verschlechterung der Richtfähigkeit bzw. der Richtwirkung. Die Resonanzfrequenz kann dadurch verringert werden, dass die Starrheit des Substrats verringert wird. Daher ist es denkbar, das Substrat dünner zu machen oder ein Material zu verwenden, das ein niedrigeres Elastizitätsmodul aufweist. Die Festigkeit des Substrats gegenüber einer Aufprallkraft wird jedoch beträchtlich dadurch verringert, dass die Starrheit des Substrats verringert wird.

Es ist Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung, einen kompakten Ultraschallsensor bereitzustellen, bei dem die Resonanzfrequenz verringert ist, während eine mechanische Festigkeit hinsichtlich einer Aufprallkraft beibehalten wird.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale von Anspruch 1 und 11. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der erfindungsgemäß Ultraschallsensor weist ein Substrat, das aus einem Material, wie zum Beispiel Harz, hergestellt ist, und eine Vibrationseinrichtung, die aus einem piezoelektrischen Element besteht, das an dem Substrat angebracht ist, auf. Der Ultraschallsensor kann an einem Kraftfahrzeug angebracht sein, um Objekte zu erfassen, die sich vor dem Fahrzeug oder um dieses herum befinden. Die Vibrationseinrichtung wird durch ihr zugeführte elektrische Signale in Schwingung versetzt, und die Schwingungen der Vibrationseinrichtung werden zu dem Substrat übertragen, das Ultraschallwellen zu Objekten überträgt, welche sich vor dem Fahrzeug oder um dieses herum befinden. Ultraschallwellen, die von den Objekten reflektiert werden, werden von dem Substrat aufgenommen und durch die Vibrationseinrichtung in elektrische Signale umgewandelt. Beispielsweise wird ein Abstand zu einem Objekt von dem Fahrzeug auf der Grundlage der reflektierten Ultraschallwellen erfasst.

Die Vibrationseinrichtung ist mit einer ersten Fläche des Substrats mit einem Klebstoff verbunden, und in dem Substrat sind Ausnehmungen bzw. Hohlräume, die zu einer zweiten Fläche offen sind, ausgeformt, um die Starrheit des Substrates zu verringern. Durch Verringern der Starrheit des Substrates wird seine Resonanzfrequenz auf ein Niveau verringert, das wünschenswert ist, um eine hohe Richtfähigkeit und Empfindlichkeit zu erzielen, ohne dass die Dicke des Substrats verringert oder sein Oberflächenbereich vergrößert werden. Weil die Dicke des Substrats nicht verringert wird, wird auch die mechanische Festigkeit des Substrats gegenüber einer Aufprallkraft nicht verringert.

Anstelle der Ausnehmungen oder zusätzlich zu diesen können Sackgassendurchgangsausnehmungen ausgeformt sein. Die Ausnehmungen können an der ersten Fläche ausgeformt sein, an der die Vibrationseinrichtung angebracht ist. In diesem Fall ist es bevorzugt, die Ausnehmungen nicht in einem Bereich auszuformen, an dem die Vibrationseinrichtung verbunden ist, um die Verbindungskraft der Vibrationseinrichtung mit dem Substrat zu erhöhen. Die Ausnehmungen können an beiden Flächen ausgeformt sein. Die Ausnehmungen können in einer Gitteranordnung ausgeformt sein, so dass die mechanische Festigkeit des Substrats in jeder Richtung gleichförmig wird. Anstelle der Ausnehmungen oder zusätzlich zu diesen können in dem Substrat Durchgangsausnehmungen ausgeformt sein. Entlang Seitenflächen des Substrats können außerdem herausgeschnittene Abschnitte bzw. Aussparungsabschnitte ausgeformt sein, um die Starrheit des Substrates weiter zu verringern. Die Ausnehmungen können mit einem Füllstoff gefüllt sein, der eine geringere Starrheit aufweist als das Substrat, um zu verhindern, dass Fremdpartikel in die Ausnehmungen eindringen.

Erfindungsgemäß kann die Resonanzfrequenz des Substrates auf ein gewünschtes Niveau verringert werden, ohne dass auf die mechanische Festigkeit des Substrats verzichtet wird, und ohne dass ein Oberflächenbereich des Substrats vergrößert wird. Andere Aufgaben und Merkmale der gegenwärtigen Erfindung sind aus einem besseren Verständnis der bevorzugten Ausführungsform schneller ersichtlich, die unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Folgenden beschrieben wird.

1A ist eine Draufsicht, die einen erfindungsgemäßen Ultraschallsensor zeigt, der von einer ersten Fläche eines Substrats aus betrachtet wird, an der eine Vibrationseinrichtung angebracht ist;

1B ist eine Querschnittsansicht, die den Ultraschallsensor entlang der Linie IB-IB, die in 1A gezeigt ist, darstellt;

2A ist eine Draufsicht, die eine modifizierte Form des Ultraschallsensors zeigt, der von einer ersten Fläche eines Substrates aus betrachtet wird, an der eine Vibrationseinrichtung angebracht ist;

2B ist eine Querschnittsansicht, welche die modifizierte Form des Ultraschallsensors entlang einer Linie IIB-IIB, die in 2A dargestellt ist, zeigt;

3A bis 3D zeigen verschieden modifizierte Formen des in 1A gezeigten Ultraschallsensors;

4A bis 4B zeigen Variation 1 der erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der in dem Substrat Durchgangsausnehmungen ausgeformt sind;

5A bis 5B zeigen Variation 2 der erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der entlang Seitenflächen des Substrats herausgeschnittene Abschnitte bzw. Aussparungsabschnitte ausgeformt sind;

6 zeigt Variation 3 der erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der Ausnehmungen, die in dem Substrat ausgeformt sind, mit Füllmaterial gefüllt sind;

7A bis 7D zeigen Variation 4 der erfindungsgemäßen Ausführungsform, bei der an der zweiten Fläche des Substrats Ausnehmungen ausgeformt sind; und

8 ist eine Querschnittsansicht, die einen herkömmlichen Ultraschallsensor zeigt, der an einem Fahrzeugkörperelement angebracht ist.

Unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung wird eine bevorzugte Ausführungsform der gegenwärtigen Erfindung beschrieben. Wie in den 1A und 1B dargestellt ist, weist ein Ultraschallsensor 10 eine Ultraschallvibrationseinrichtung 11, die Ultraschallwellen erzeugt und erfasst, und ein Substrat 12 auf. Die Ultraschallvibrationseinrichtung 11 ist aus einem piezoelektrischen Element hergestellt, wie zum Beispiel einem Blei-Zirkonat-Titanat (PZT). Das piezoelektrische Element ist zwischen einem Paar von Elektroden angeordnet, das die Ultraschallvibrationseinrichtung 11 bildet, welche eine Dicke von 0,1 mm und einem Ebenenbereich von 1 mm × 1 mm aufweist. Weil das PZT einen hohen piezoelektrischen Koeffizienten aufweist, können einerseits Ultraschallwellen auf einem hohen Niveau erzeugt und andererseits Ultraschallwellen auf einem niedrigen Niveau empfangen werden.

Das Substrat 12 ist aus einem Harzmaterial, wie zum Beispiel technischem Kunststoff, hergestellt und in einer quadratischen Platte ausgeformt, die eine Dicke von 0,5 mm und einen Ebenenbereich von 3 mm × 3 mm aufweist. Das Harzmaterial kann durch Gießen oder durch maschinelle Bearbeitung bei geringen Kosten leicht als Substrat 12 ausgeformt werden. Die Ultraschallvibrationseinrichtung 11 ist mittels eines Klebstoffs 13 mit einem mittigen Abschnitt einer ersten Fläche bzw. Oberfläche 12a des Substrates 12 verbunden. Der Ultraschallsensor 10 ist an einem Fahrzeugkörperelement 20 an einer bestimmten Position derart angebracht, dass die erste Fläche 12a des Substrates 12 der Innenseite des Fahrzeugs und die zweite Fläche 12b der Außenseite des Fahrzeugs zugewandt sind. Das Substrat 12 kann aus einem anderen Material als Harz, wie zum Beispiel einem Halbleitermaterial oder Glas, hergestellt sein. In dem Fall, wo das Halbleitermaterial verwendet wird, können an dem Substrat andere elektronische Elemente ausgebildet sein, wobei ein bekanntes Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters verwendet wird.

Das Substrat 12 wird durch die Vibrationseinrichtung 11 in Schwindung versetzt, und es werden von dem Substrat 12 Ultraschallwellen zu erfassenden Objekten übertragen. Von dem Substrat 12 werden Ultraschallwellen aufgenommen, die von den Objekten reflektiert werden. Die Objekte vor dem Fahrzeug oder um dieses herum werden auf der Grundlage der reflektierten Ultraschallwellen erfasst. Das Substrat 12 schwingt bei einer bestimmten Resonanzfrequenz, wenn die Ultraschallwellen, die von den Objekten reflektiert werden, aufgenommen werden. Die Schwingungen des Substrates 12 werden durch die Vibrationseinrichtung 11 in elektrische Signale umgewandelt. Die elektrischen Signale werden einem elektronischen Bauteil (nicht dargestellt) zugeführt, das mit der Vibrationseinrichtung 11 verbunden ist, und sie werden anschließend zu einer außenseitigen elektronischen Steuereinheit (ECU) gesendet. Es wird beispielsweise ein Abstand von dem Fahrzeug zu einem Objekt, das sich vor dem Fahrzeug befindet, auf der Grundlage einer Zeitdifferenz oder einer Phasendifferenz zwischen den übertragenen Wellen und den reflektierten Wellen berechnet.

Wenn das Substrat 12 aus einer Harzplatte hergestellt ist, die eine Dicke von 0,5 mm aufweist, welche notwendig ist, um gegenüber einem Stoß eine ausreichende mechanische Festigkeit zu sichern, ist ein Ebenenbereich von ungefähr 5 mm × 5 mm notwendig, um eine Resonanzfrequenz von ungefähr einigen zehn kHz zu erzielen. Es ist im Allgemeinen schwierig, die Resonanzfrequenz zu verringern, ohne dass die Dicke des Substrats 12 verringert oder sein Oberflächenbereich vergrößert werden. Es ist jedoch möglich, die Resonanzfrequenz dadurch zu verringern, dass die Starrheit des Substrats 12 verringert wird, weil die Resonanzfrequenz proportional zu einer Quadratwurzel der Starrheit ist. Bei der gegenwärtigen Erfindung wird die Starrheit des Substrates ohne Änderung seiner Dicke und Ebenengröße wie folgt verringert.

Wie in den 1A und 1B dargestellt ist, sind an der ersten Fläche 12a des Substrates 12 Ausnehmungen bzw. Hohlräume 14 in einer Gitteranordnung ausgeformt. Die Breite der Ausnehmung 14 liegt bei 0,1 mm, ihre Tiefe liegt bei 0,25 mm (die Hälfte der Dicke) und ein Abstand zwischen benachbarten Ausnehmungen liegt bei 0,1 mm. Die Starrheit des Substrates 12 kann so beträchtlich verringert werden, ohne dass sich seine Dicke ändert, und demgemäß wird die Resonanzfrequenz von 120 kHz auf 60 kHz verringert. Ein Querschnitt der Ausnehmung 14 ist nicht auf eine rechtwinklige Form begrenzt, sondern er kann auch halbkreisförmig oder keilförmig sein.

Weil die Ausnehmungen 14 in einer Gitteranordnung hergestellt sind, um eine gesamte erste Fläche 12a des Substrates 12 gleichförmig zu bedecken, kann die mechanische Festigkeit gegenüber einem Stoß in jeder Richtung gleichförmig gemacht werden. Die Schwingungen der Vibrationseinrichtung 11 werden größer, weil die Ausnehmungen 14 auch unter der Vibrationseinrichtung 11 ausgeformt sind. Weil an der zweiten Fläche 12b keine Ausnehmungen ausgeformt sind, werden von dieser Ultraschallwellen gleichmäßig übertragen und aufgenommen, ohne dass eine Abschwächung verursacht wird.

Die in den 1A und 1B dargestellte Ausführungsform kann in eine Form abgewandelt werden, die in den 2A und 2B dargestellt ist. In dieser modifizierten Form sind an der ersten Fläche 12a an einer Position, an der die Vibrationseinrichtung 11 verbunden ist, keine Ausnehmungen 14 ausgeformt. Die Vibrationseinrichtung 11 ist mit der ersten Fläche 12a fester verbunden, und eine Abschwächung von Ultraschallwellen an einer Grenze zwischen der Vibrationseinrichtung 11 und der ersten Fläche 12a kann geringer gemacht werden.

Ferner kann die Ausführungsform, die in den 1A und 1B gezeigt ist, so abgewandelt werden, wie es in den 3A bis 3D dargestellt ist. In der in 3A abgewandelten Form sind die Ausnehmungen 14 um die Mitte des Substrates 12 herum quadratförmig ausgeformt. In der in 3B dargestellten modifizierten Form sind die Ausnehmungen 14 um die Mitte des Substrates 12 herum kreisförmig ausgeformt. In der in 3C gezeigten modifizierten Form ist ein Paar von Ausnehmungen 14 derart ausgeformt, dass sie einander an der Mitte des Substrates 12 kreuzen. In der in 3D gezeigten modifizierten Form sind anstelle der Ausnehmungen 14 mehrere Durchgangsausnehmungen 15 ausgeformt, die zu der ersten Fläche 12a hin offen sind. Jede Durchgangsausnehmung weist einen Ebenenbereich von 0,1 mm × 0,1 mm und eine Tiefe von 0,25 mm (die Hälfte der Dicke des Substrates 12) auf. Weil die Durchgangsausnehmungen 15 gleichförmig verteilt sind, ist die mechanische Festigkeit gegenüber einem Stoß in jeder Richtung gleichmäßig. Anstelle der quadratischen Durchgangsausnehmungen 15 können runde Durchgangsausnehmungen ausgestaltet sein. Die Querschnittsform der Ausnehmung 14 (die in den 3A bis 3C dargestellt ist) in der Dickenrichtung des Substrates 12 kann willkürlich ausgewählt sein, das heißt es kann eine Halbkreis- oder Keilform sein. Die Abstände zwischen den Ausnehmungen 14 und die Tiefe der Ausnehmungen 14 oder der Durchgangsausnehmungen 15 können willkürlich ausgewählt sein. Ferner können die Ausnehmungen 14 und die Durchgangsausnehmungen 15 in Kombination ausgeformt sein. Es ist auch möglich, die Ausnehmungen 14 oder die Durchgangsausnehmungen 15 an einer Position wegzulassen, an der die Vibrationseinrichtung 11 verbunden ist.

In dem oben beschriebenen Ultraschallsensor 10 wird die Resonanzfrequenz des Substrates 12 dadurch verringert, dass Ausnehmungen 14 oder Durchgangsausnehmungen 15 ausgeformt sind, wodurch die Starrheit verringert wird. Demgemäß wird eine Sollresonanzfrequenz, beispielsweise 60 kHz, erzielt, ohne dass die Größe des Ultraschallsensors 10 erhöht wird, während die mechanische Festigkeit hinsichtlich eines Stoßes beibehalten wird (d. h. ohne Verringerung der Dicke). Daher kann der Ultraschallsensor 10 kompakt bei geringen Kosten hergestellt werden. Außerdem ist die Form des Substrates 12 nicht auf die Quadratform beschränkt, sondern diese kann beispielsweise auch rund sein.

In den 4A bis 7D sind einige Variationen der oben beschriebenen Ausführungsform gezeigt. Variation 1 ist in den 4A und 4B gezeigt. In 4A sind durch das Substrat 12 Durchgangsausnehmungen 17 ausgeformt, die sich zueinander parallel erstrecken. Die Durchgangsausnehmungen 17 können in einer Gitteranordnung derart ausgeformt sein, dass sie einander kreuzen. In 4B sind Ausnehmungen 14 und Durchgangsausnehmungen 17 in Kombination ausgebildet. Durch derartiges Herstellen der Durchgangsausnehmungen 17 und/oder der Ausnehmungen 14 kann die Starrheit des Substrates 12 verringert werden, um dadurch die Resonanzfrequenz abzusenken.

Variation 2 ist in den 5A und 5B gezeigt. In 5A sind entlang einer Seitenfläche 12c des Substrates 12 zusätzlich zu den Ausnehmungen 14, die an der ersten Fläche 12a ausgeformt sind, L-förmige herausgeschnittene Abschnitte bzw. Aussparungsabschnitte 16 ausgeformt. In 5B sind zusätzlich zu den Ausnehmungen 14 an der Seitenfläche 12c U-förmige herausgeschnittene Abschnitte bzw. Aussparungsabschnitte 16 ausgeformt. Die herausgeschnittenen Abschnitte 16 können nur an oder entlang einem Paar der Seitenflächen 12c oder an oder entlang allen Seitenflächen 12c ausgeformt sein. Die Starrheit des Substrates 12 wird auf diese Art und Weise auch verringert.

Variation 3 ist in 6 gezeigt. In dem in 6 gezeigten Ultraschallsensor 10 ist jede Ausnehmung 14 mit einem Füllmaterial 18 gefüllt, das aus einem Material hergestellt ist, welches eine geringere Starrheit hat als das Substrat 12. Fremdpartikel werden daran gehindert, in die Ausnehmungen 14 einzudringen, und dadurch wird eine Abschwächung der Ultraschallwellen aufgrund der Fremdpartikel vermieden. Weil die Starrheit des Füllmaterials 18 geringer ist als die des Substrats 12, wird die Gesamtstarrheit des Substrates 12 durch das Füllmaterial 18 nur gering beeinträchtigt.

Variation 4 ist in den 7A bis 7D gezeigt. In dem in 7A gezeigten Ultraschallsensor 10 sind die Ausnehmungen 14 an der zweiten Fläche 12b ausgeformt. In Größe und Form entsprechen die Ausnehmungen 14 zwar den in 1B gezeigten, aber sie sind anstatt an der ersten Fläche 12a an der zweiten Fläche 12b ausgeformt. In dem in 7B gezeigten Ultraschallsensor 10 sind die Ausnehmungen 14 nicht in einem Bereich ausgeformt, welcher der Vibrationseinrichtung 11 entspricht. In dem in 7C gezeigten Ultraschallsensor 10 sind die Ausnehmungen 14 zwar an beiden Flächen 12a, 12b de Substrats 12 ausgeformt, aber sie sind etwas flacher als die, die nur an der zweiten Fläche 12b ausgeformt sind (siehe 7A und 7B). In den in 7D gezeigten Ultraschallsensor 10 sind die Ausnehmungen 14 an beiden Flächen 12a, 12b ausgeformt wie in den Ultraschallsensor, der in 7C gezeigt ist. Die Ausnehmungen 14 an der zweiten Fläche 12b sind jedoch in Bezug auf die Ausnehmungen 14 in der ersten Fläche 12a in einem Zickzackverhältnis angeordnet. Die Starrheit des Substrats 12 wird ähnlich wie in der vorhergehenden Ausführungsform oder in ihren Variationen verringert, und demgemäß wird die Resonanzfrequenz verringert.

Im Folgenden sind Vorteile zusammengefasst, die durch die gegenwärtige Erfindung erzielt werden. Die Starrheit des Substrats 12 kann dadurch verringert werden, dass in diesem die Ausnehmungen 14 oder die Durchgangsausnehmungen 15 ausgebildet sind, ohne dass die Dicke des Substrats 12 verringert wird. Daher kann die Resonanzfrequenz des Substrats 12 auf ein Sollniveau abgesenkt werden, ohne dass seine Ebenengröße erhöht wird, während die mechanische Festigkeit des Substrats 12 hinsichtlich einer Stoßkraft aufrechterhalten bleibt. Die Ausnehmungen 14 und/oder die Durchgangsausnehmungen 15 sind an dem Substrat 12 mühelos ausgebildet, und die Resonanzfrequenz wird ohne Verwendung weiterer Komponenten abgesenkt.

Die Starrheit des Substrats 12 kann durch Ausformen der Ausnehmungen 14 in einer Gitteranordnung in allen Richtungen gleichförmig gemacht werden. Die Starrheit des Substrats 12 kann dadurch weiter verringert werden, dass zusätzlich zu den Ausnehmungen 14 herausgeschnittene Abschnitte 16 ausgeformt sind (wie es in den 5A und 5B gezeigt ist). In dem Fall, wo in einem Bereich, der die Vibrationseinrichtung 11 kontaktiert, keine Ausnehmungen 14 ausgeformt sind (wie in den 2A und 2B gezeigt ist), ist die Vibrationseinrichtung 11 mit einem Klebstoff 13 an dem Substrat 12 stabiler verbunden, weil ein Kontaktbereich zwischen dem Substrat 12 und der Vibrationseinrichtung 11 vergrößert ist. Eine Abschwächung der Ultraschallwellen an der Grenze zwischen der Vibrationseinrichtung 11 und dem Substrat 12 wird gleichzeitig unterdrückt. Wenn die Vibrationseinrichtung 11 mit der ersten Fläche 12a verbunden ist und die Ausnehmungen 14 an der zweiten Fläche 12b ausgeformt sind (wie es in den 7A und 7B gezeigt ist), kann die Vibrationseinrichtung 11 mit dem Substrat 12 leicht und haltbarer verbunden sein. Die Abschwächung der Ultraschallwellen an der Grenze wird ebenso unterdrückt.

In dem Fall, wo die Ausnehmungen 14 mit dem Füllmaterial 18 gefüllt sind, das eine geringe Starrheit aufweist (wie es in 6 gezeigt ist), werden Fremdpartikel daran gehindert, in die Ausnehmungen 14 einzudringen, und eine Verringerung der Empfindlichkeit des Ultraschallsensors aufgrund der Fremdpartikel wird vermieden. Weil die Starrheit des Füllmaterials 18 geringer ist als die des Substrats 12, wird eine Gesamtstarrheit des Substrats 12 durch das Füllmaterial 18 kaum beeinträchtigt.

Die gegenwärtige Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform und die Variationen begrenzt, die oben beschrieben wurden, sondern sie kann auf andere Arten modifiziert werden. Beispielsweise können zusätzlich zu den Ausnehmungen und Durchgangsausnehmungen, die in dem Substrat 12 ausgeformt sind, die Ausnehmungen und Durchgangsausnehmungen in der Vibrationseinrichtung 11 ausgeformt sein. Die Resonanzfrequenz des Ultraschallsensors 10 kann auf diese Art und Weise weiter abgesenkt werden, und die Ausgabe der Vibrationseinrichtung 11 kann dadurch erhöht werden, dass die Starrheit der Vibrationseinrichtung 11 auf diese Art und Weise verringert wird.

Erfindungsgemäß wird ein Ultraschallsensor 10, der aus einem Substrat 12 und einer an dem Substrat 12 angebrachten piezoelektrischen Vibrationseinrichtung 11 besteht, vorteilhafterweise als Sensor verwendet, um einen Abstand zu einem Objekt zu erfassen, das sich vor einem Kraftfahrzeug befindet. Ultraschallwellen, die von dem Sensor 10 übertragen werden, werden von dem Objekt reflektiert, und die reflektierten Wellen werden von dem Sensor aufgenommen. Auf der Grundlage der reflektierten Wellen wird der Abstand von dem Fahrzeug zu dem Objekt berechnet. Um die Starrheit zu verringern und dadurch eine Resonanzfrequenz des Substrats 12 auf ein Sollniveau abzusenken, sind in dem Substrat 12 Ausnehmungen 14 ausgeformt. Eine Dicke des Substrats 12 wird nicht verringert, um seine mechanische Festigkeit hinsichtlich einer Stoßkraft aufrechtzuerhalten. Auf diese Art und Weise wird ohne Vergrößern des Ultraschallsensors 10 eine Resonanzfrequenz erzielt, die wünschenswert ist, um eine ausreichend hohe Richtfähigkeit und Empfindlichkeit zu realisieren.


Anspruch[de]
Ultraschallsensor (10), mit:

einem Substrat (12) zum Übertragen und Aufnehmen von Ultraschallwellen; und

einer Vibrationseinrichtung (11), die an dem Substrat (12) angebracht ist, um einerseits elektronische Signale in die zu übertragenden Ultraschallwellen und andererseits die aufgenommenen Ultraschallwellen in elektrische Signale umzuwandeln, worin

die Vibrationseinrichtung (11) an einer ersten Fläche (12a) des Substrats (12) angebracht ist; und

Hohlräume (14), die zu einer zweiten Fläche (12b) offen sind, welche sich zur ersten Fläche (12a) gegenüberliegend befindet, in dem Substrat (12) ausgeformt sind, wodurch die Starrheit des Substrats (12) verringert wird.
Ultraschallsensor nach Anspruch 1, worin die Hohlräume Ausnehmungen (14) sind, die an der zweiten Fläche (12b) ausgeformt sind. Ultraschallsensor nach Anspruch 2, worin die Ausnehmungen (14) in einer Gitteranordnung ausgeformt sind. Ultraschallsensor nach Anspruch 1, worin die Hohlräume Durchgangsausnehmungen (15) sind, die an der zweiten Fläche (12b) ausgeformt sind. Ultraschallsensor nach Anspruch 1, worin entlang Seitenflächen (12c) des Substrats (12), die senkrecht zu der zweiten Fläche (12b) stehen, herausgeschnittene Abschnitte (16) ausgeformt sind. Ultraschallsensor nach Anspruch 1, worin die Hohlräume (14, 15) mit einem Füllmaterial (18) gefüllt sind, welches eine geringere Starrheit hat als das Substrat (12). Ultraschallsensor nach Anspruch 1, worin die Vibrationseinrichtung (11) ein piezoelektrisches Element ist, das aus Blei-Zirkonat-Titanat hergestellt ist. Ultraschallsensor nach Anspruch 1, worin das Substrat (12) aus einem Harzmaterial hergestellt ist. Ultraschallsensor nach Anspruch 1, worin das Substrat (12) aus einem Halbleitermaterial hergestellt ist. Ultraschallsensor nach Anspruch 1, worin das Substrat (12) aus Glas hergestellt ist. Ultraschallsensor (10), mit:

einem Substrat (12) zum Übertragen und Empfangen von Ultraschallwellen, wobei das Substrat (12) eine erste Fläche (12a) und eine zu der ersten Fläche entgegengesetzt liegende zweite Fläche (12b) aufweist; und

einer Vibrationseinrichtung (11), die an dem Substrat (12) angebracht ist, um einerseits elektrische Signale in zu übertragende Ultraschallwellen und andererseits die empfangenen Ultraschallwellen in elektrische Signale umzuwandeln, worin

Ausnehmungen (14), die zu der ersten Fläche (12a) offen sind, in dem Substrat (12) ausgeformt sind, wodurch die Starrheit des Substrats (12) verringert wird; und

die Vibrationseinrichtung (11) an der ersten Fläche (12) des Substrats (12) an einer Position angebracht ist, an der die Ausnehmungen (14) nicht ausgeformt sind.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com