DE102008054533A1

DE102008054533A1 - Ultraschallsensor

Info

Publication number: DE102008054533A1
Application number: DE102008054533A
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Okuda; Kiyonari Kojima; Teruo Oda; Akitoshi Yamanaka; Takaaki Kawai; Makiko Sugiura; Takayuki Ishikawa
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2007-12-26
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2028-12-12
Also published as: DE102008054533B8; US8009518B2; US20110261651A1; US8164982B2; DE102008054533B4; DE102008054533A8; US20090168603A1

Abstract

Ein Ultraschallsensor beinhaltet eine Sendevorrichtung, Empfangsvorrichtungen, die in einer Gruppe angeordnet sind, und eine Schaltungsvorrichtung. Eine Empfangsvorrichtung ist als eine Referenzempfangsvorrichtung ausgelegt. Die Schaltungsvorrichtung beinhaltet einen Referenzsignalgenerator und erste und zweite synchrone Erfassungseinrichtungen. Der Referenzsignalgenerator erzeugt ein Referenzsignal unter Verwendung eines Empfangssignals der Referenzempfangsvorrichtung. Die erste synchrone Erfassungseinrichtung führt ein synchrones Erfassen eines Empfangssignals von einer der Empfangsvorrichtungen auf der Grundlage des Referenzsignals durch, um einen Abstand zu einem Objekt zu erfassen. Die zweite synchrone Erfassungseinrichtung führt ein synchrones Erfassen von Empfangssignalen der Empfangsvorrichtungen, ausgenommen der Referenzempfangsvorrichtung, auf der Grundlage des Referenzsignals durch, um eine Richtung des Objekts zu erfassen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor, der mit mehreren Sensorvorrichtungen aufgebaut ist, die in einer Gruppe angeordnet sind.
Es ist ein Ultraschallsensor vorgeschlagen worden, der mehrere Sensorvorrichtungen beinhaltet, die in einer Gruppe angeordnet sind. Zum Beispiel erfasst ein derartiger Ultraschallsensor eine Position (das heißt einen Abstand und eine Richtung) eines Objekts durch Berechnen eines Zeitintervalls zwischen einem Senden einer Ultraschallwelle und einem Empfangen der Ultraschallwelle (das heißt eines Echos), die von dem Objekt reflektiert wird, und durch Berechnen einer Phasendifferenz zwischen den Ultraschallwellen, die von Empfangsvorrichtungen empfangen werden.
In einem Ultraschallsensor, der in der JP-A-2007-170975 offenbart ist, wird ein synchrones Erfassen eines empfangenen Signals bezüglich jedes Empfangselements durchgeführt, um eine Phasendifferenz zwischen Ultraschallwellen zu erfassen, die von den Empfangsvorrichtungen empfangen werden. Bei einem derartigen Ansatz kann der Doppler-Effekt verringert werden. Jedoch muss der Ultraschallsensor, da das synchrone Erfassen bezüglich jedes Empfangselements durchgeführt wird, viele Verarbeitungsvorrichtungen aufweisen. Demgemäß ist eine Abmessung des Ultraschallsensors erhöht.
In einem Ultraschallsensor kann ein Erfassungsfehler durch eine direkte Welle verursacht werden, die direkt von einer Empfangsvorrichtung empfangen wird, ohne von dem Objekt reflektiert zu werden. Die JP-A-2007-170975 offenbart ein Verfahren zum Verringern des Erfassungsfehlers, der von der direkten Welle verursacht wird. Gemäß dem Verfahren wird ein elektrisches Signal, das eine entgegen gesetzte Phase zu einer Ultraschallwelle aufweist, die von einer Sendevorrichtung gesendet wird, einer Erfassungsschaltung zugeführt, welche ein Objekt auf der Grundlage der Ultraschallwelle erfasst, die von einer Empfangsvorrichtung empfangen wird. Das Verfahren kann lediglich dann wirksam sein, wenn die Sendevorrichtung und die Empfangsvorrichtung physikalisch voneinander getrennt sind.
In einem Ultraschallsensor, der in der JP-A-2000-253496 offenbart ist, sind mehrere Sensorvorrichtungen derart in einer Gruppe angeordnet, dass eine Sendevorrichtung und eine Empfangsvorrichtung durch ein Haftmittel physikalisch miteinander verbunden sind. Eine Erfassungsempfindlichkeit des Ultraschallsensors kann durch Bewirken verbessert werden, dass die Sendevorrichtung stark schwingt, um einen Druck der Ultraschallwelle zu erhöhen, die von der Sendevorrichtung gesendet wird. Wenn jedoch die Sendevorrichtung stark schwingt, um die Ultraschallwelle eines hohen Drucks zu senden, ist es wahrscheinlich, dass sich das Schwingen der Sendevorrichtung durch das Haftmittel zu der Empfangsvorrichtung ausbreitet. Das Ausbreiten eines Schwingens von der Sendevorrichtung zu der Empfangsvorrichtung kann einen Erfassungsfehler verursachen. Das Verfahren, das in der JP-A-2007-170975 offenbart ist, ist zum Verringern des Erfassungsfehlers nicht wirksam, der durch das Ausbreiten eines Schwingens verursacht wird.
Im Hinblick auf das Vorhergehende ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ultraschallsensor zu schaffen, der mit mehreren Sensorvorrichtungen aufgebaut ist, die in einer Gruppe angeordnet sind, und dazu ausgelegt ist, mindestens einen eines Doppler-Effekts, eines Ausbreitens eines Schwingens und einer Abmessung zu verringern.
Diese Aufgabe wird mit den in Anspruch 1, 12, 19 und 20 angegebenen Maßnahmen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Ultraschallsensor zum Erfassen eines Objekts eine Sendevorrichtung, mehrere Empfangsvorrichtungen und eine Schaltungsvorrichtung auf. Die Sendevorrichtung sendet eine Ultraschallwelle zu dem Objekt. Die Empfangsvorrichtung empfängt die Ultraschallwelle, die von dem Objekt reflektiert wird, und gibt ein Empfangssignals aus, das der empfangenen Ultraschallwelle entspricht. Die Empfangsvorrichtungen weisen eine Referenzempfangsvorrichtung und mindestens eine Nichtreferenzempfangsvorrichtung auf. Die Schaltungsvorrichtung ist elektrisch mit den Empfangsvorrichtungen gekoppelt und verarbeitet die Empfangssignale der Empfangsvorrichtungen. Die Schaltungsvorrichtung beinhaltet einen Referenzsignalgenerator, eine erste synchrone Erfassungseinrichtung und eine zweite synchrone Erfassungseinrichtung. Der Referenzsignalgenerator erzeugt ein Referenzsignal unter Verwendung des Empfangssignals der Referenzempfangsvorrichtung. Die erste synchrone Erfassungseinrichtung führt ein synchrones Erfassen des Empfangssignals an einer der Referenzempfangsvorrichtung und der Nichtreferenzempfangsvorrichtung auf der Grundlage des Referenzsignals durch, um ein Zeitintervall zwischen einem Senden und einem Empfangen der Ultraschallwelle zu erfassen. Die erste synchrone Erfassungseinrichtung berechnet einen Abstand zu dem Objekt auf der Grundlage des erfassten Zeitintervalls. Die zweite synchrone Erfassungseinrichtung führt ein synchrones Erfassen des Empfangssignals der Nichtreferenzempfangsvorrichtung auf der Grundlage des Referenzsignals durch, um eine Phasendifferenz zwischen den Empfangssignalen der Referenzempfangsvorrichtung und der Nichtreferenzempfangsvorrichtung zu erfassen. Die zweite synchrone Erfassungseinrichtung berechnet eine Richtung des Objekts auf der Grundlage der Phasendifferenz.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Ultraschallsensor zum Erfassen eines Objekts mehrere Erfassungsvorrichtungen, die in einer Gruppe angeordnet sind, und eine Schaltungsvorrichtung auf. Jede Erfassungsvorrichtung beinhaltet ein piezoelektrisches Element und ein akustisches Anpassungsteil, das eine erste Oberfläche, die zu einem Raum freiliegt, in dem das Objekt vorhanden ist, und eine zweite Oberfläche aufweist, die mit dem piezoelektrischen Element verbunden ist. Die Schaltungsvorrichtung ist elektrisch mit dem piezoelektrischen Element gekoppelt. Eine der Erfassungsvorrichtungen ist als eine Sendevorrichtung ausgelegt, die eine Ultraschallwelle nach einem Empfangen eines Sendesignals sendet, das aus der Schaltungsvorrichtung ausgegeben wird. Mindestens eine der Erfassungsvorrichtungen ist als eine Empfangsvorrichtung ausgelegt, die die Ultraschallwelle empfängt, die von dem Objekt reflektiert wird, und ein Empfangssignal, das der empfangenen Ultraschallwelle entspricht, zu der Schaltungsvorrichtung ausgibt. Die Schaltungsvorrichtung beinhaltet einen Ansteuersignalgenerator, der ein Ansteuersignal auf der Grundlage des Sendesignals zu der Empfangsvorrichtung ausgibt. Das Ansteuersignal bewirkt, dass das piezoelektrische Element der Empfangsvorrichtung derart schwingt, dass ein Schwingen ausgelöscht wird, das sich von der Sendevorrichtung zu der Empfangsvorrichtung ausbreitet.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Ultraschallsensor zum Erfassen eines Objekts mehrere Erfassungsvorrichtungen, die in einer Gruppe angeordnet sind, und eine Schaltungsvorrichtung auf. Jede Erfassungsvorrichtung beinhaltet ein piezoelektrisches Element und ein akustisches Anpassungsteil, das eine erste Oberfläche, die zu einem Raum freiliegt, in dem das Objekt vorhanden ist, und eine zweite Oberfläche aufweist, die mit dem piezoelektrischen Element verbunden ist. Die Schaltungsvorrichtung ist elektrisch mit dem piezoelektrischen Element gekoppelt. Eine erste der Erfassungsvorrichtungen ist als eine Sendevorrichtung ausgelegt, die eine Ultraschallwelle nach einem Empfangen eines Sendesignals sendet, das aus der Schaltungsvorrichtung ausgegeben wird. Eine zweite der Erfassungsvorrichtungen ist als eine Pseudovorrichtung ausgelegt, die lediglich ein Schwingungssignal erfasst, das einem Ausbreiten eines Schwingens von der Sendevorrichtung zu der Pseudovorrichtung entspricht. Mindestens eine andere der Erfassungsvorrichtungen ist als eine Empfangsvorrichtung ausgelegt, die die Ultraschallwelle empfängt, die von dem Objekt reflektiert wird, und ein Empfangssignal, das der empfangenen Ultraschallwelle entspricht, zu der Schaltungsvorrichtung ausgibt. Die Schaltungsvorrichtung subtrahiert das Schwingungssignal von dem Empfangssignal der Empfangsvorrichtung, um ein Schwingen auszulöschen, das sich von der Sendevorrichtung zu der Empfangsvorrichtung ausbreitet.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein Ultraschallsensor zum Erfassen eines ersten Objekts eine Sendevorrichtung, eine Empfangsvorrichtung, ein Gehäuse, einen Schwingungsdämpfer und einen Schwingungsisolator auf. Die Sendevorrichtung sendet eine Ultraschallwelle zu dem ersten Objekt. Die Sendevorrichtung beinhaltet ein erstes piezoelektrisches Element zum Abgeben der Ultraschallwelle und ein erstes akustisches Anpassungsteil, das eine Sendeoberfläche aufweist. Die abgegebene Ultraschallwelle breitet sich durch das erste akustische Anpassungsteil aus und wird durch die Sendeoberfläche zu dem ersten Objekt gesendet. Das erste piezoelektrische Element ist als ein mehrschichtiges piezoelektrisches Element ausgelegt, das mehrere piezoelektrische Schichten und mehrere Elektrodenschichten aufweist, die mit den piezoelektrischen Schichten verschachtelt sind. Die Empfangsvorrichtung ist in einer Gruppe mit der Sendevorrichtung angeordnet und empfängt die Ultraschallwelle, die von dem ersten Objekt reflektiert wird. Die Empfangsvorrichtung beinhaltet ein zweites piezoelektrisches Element zum Erfassen der reflektierten Ultraschallwelle und ein zweites akustisches Anpassungsteil, das eine Empfangsoberfläche aufweist. Die reflektierte Ultraschallwelle wird durch die Empfangsoberfläche empfangen und breitet sich durch das zweite akustische Anpassungsteil zu dem zweiten piezoelektrischen Element aus. Das Gehäuse weist einen Innenraum zum Unterbringen der Sendevorrichtung und der Empfangsvorrichtung auf. Das Gehäuse weist einen Boden und einen Öffnungsabschnitt auf. Das Gehäuse ist an dem Öffnungsabschnitt an einem zweiten Objekt anbringbar. Der Schwingungsdämpfer befindet sich zwischen dem Öffnungsabschnitt des Gehäuses und jedem der ersten und zweiten akustischen Anpassungsteile, um die ersten und zweiten akustischen Anpassungsteile an dem Gehäuse zu befestigen. Weiterhin befindet sich der Schwingungsdämpfer zwischen den ersten und zweiten akustischen Anpassungsteilen, um ein Ausbreiten der Ultraschallwelle zwischen den ersten und zweiten akustischen Anpassungsteilen zu verringern. Der Schwingungsisolator teilt den Innenraum des Gehäuses und befindet sich zwischen der Sendevorrichtung und der Empfangsvorrichtung, um das Ausbreiten der Ultraschallwelle zwischen der Sendevorrichtung und der Empfangsvorrichtung zu verringern.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:
1A eine Darstellung einer Draufsicht eines Ultraschallsensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
1B eine Darstellung einer Querschnittsansicht, die entlang einer Linie IB-IB von 1A genommen ist;
2 ein Blockschaltbild einer Schaltungsvorrichtung des Ultraschallsensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3A eine Darstellung einer Draufsicht eines Ultraschallsensors gemäß einer Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
3B eine Darstellung einer Hauptschaltung einer Schaltungsvorrichtung des Ultraschallsensors von 3A;
4 eine Darstellung einer Draufsicht eines Ultraschallsensors gemäß einer weiteren Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
5A ein Teilblockschaltbild einer Schaltungsvorrichtung eines Ultraschallsensors gemäß einer weiteren Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
5B ein Teilblockschaltbild einer Schaltungsvorrichtung eines Ultraschallsensors gemäß einer weiteren Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
6A eine Darstellung einer Draufsicht eines Ultraschallsensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6B eine Darstellung einer Querschnittsansicht, die entlang einer Linie VIB-VIB von 6A genommen ist;
7 ein Blockschaltbild einer Schaltungsvorrichtung des Ultraschallsensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
8 eine Darstellung einer Beziehung zwischen einer Rauschänderungsrate und einer Phasendifferenz zwischen einem Ansteuersignal, das an eine Empfangsvorrichtung angelegt ist, und einem Schwingungsrauschen, das sich von einer Sendevorrichtung zu der Empfangsvorrichtung des Ultraschallsensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausbreitet;
9A eine Darstellung eines Sendesignals, eines Schwingungsrauschens und eines Ansteuersignals des Ultraschallsensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
9B eine Darstellung einer Beziehung zwischen der Schwingungsrauschänderungsrate und der Wellenanzahl des Ansteuersignals, das der Empfangsvorrichtung zugeführt wird, vor einem Start eines Ausbreitens des Schwingungsrauschens zu der Empfangsvorrichtung;
9C eine Darstellung einer Beziehung zwischen der Schwingungsrauschänderungsrate und der Wellenanzahl des Ansteuersignals, das der Empfangsvorrichtung zugeführt wird, nach einem Ende des Ausbreitens des Schwingungsrauschens zu der Empfangsvorrichtung;
10A eine Darstellung von Amplituden des Sendesignals, des Schwingungsrauschens und des Ansteuersignals;
10B eine Darstellung einer Beziehung zwischen der Schwingungsrauschänderungsrate und einem Verhältnis der Amplitude des Ansteuersignals zu der Amplitude des Schwingungsrauschens;
11 ein Teilblockschaltbild einer Schaltungsvorrichtung eines Ultraschallsensors gemäß einer Ausgestaltung des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
12A eine Darstellung einer Draufsicht eines Ultraschallsensors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
12B eine Darstellung einer Querschnittsansicht, die entlang einer Linie XIIB-XIIB von 12A genommen ist;
13 ein Blockschaltbild einer Schaltungsvorrichtung des Ultraschallsensors gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
14A eine Darstellung einer Draufsicht eines Ultraschallsensors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
14B eine Darstellung einer Querschnittsansicht, die entlang einer Linie XIVB-XIVB von 14A genommen ist;
15 eine Darstellung einer Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einer Ausgestaltung des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
16 eine Darstellung einer Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einer weiteren Ausgestaltung des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
17 eine Darstellung einer Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einer weiteren Ausgestaltung des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
18 eine Darstellung einer Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
19 eine Darstellung einer Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einer Ausgestaltung des fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
20 eine Darstellung einer Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einer weiteren Ausgestaltung des fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
21A eine Darstellung einer Draufsicht eines Ultraschallsensors gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
21B eine Darstellung einer Draufsicht eines Ultraschallsensors gemäß einer Ausgestaltung des sechsten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
22 eine Darstellung einer Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
23 eine Darstellung einer Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einer Ausgestaltung des siebten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
24 eine Darstellung einer Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einer weiteren Ausgestaltung des siebten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
25 eine Darstellung einer Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
26 eine Darstellung einer Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
27A eine Darstellung einer Draufsicht eines Ultraschallsensors gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
27B eine Darstellung einer Querschnittsansicht, die entlang einer Linie XXVIIB-XXVIIB von 27A genommen ist;
28A eine Darstellung einer Draufsicht eines Ultraschallsensors gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
28B eine Darstellung einer Querschnittsansicht, die entlang einer Linie XXVIIIB-XXVIIIB von 28A genommen ist;
29A eine Darstellung einer Draufsicht eines Ultraschallsensors gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
29B eine Darstellung einer Querschnittsansicht, die entlang einer Linie XXIXB-XXIXB von 29A genommen ist;
30A eine Darstellung einer Draufsicht eines Ultraschallsensors gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
30B eine Darstellung einer Querschnittsansicht, die entlang einer Linie XXXB-XXXB von 30A genommen ist;
31 eine Darstellung einer Draufsicht eines Ultraschallsensors gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
32 eine Darstellung einer Draufsicht eines Ultraschallsensors gemäß einer Ausgestaltung des vierzehnten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
33 eine Darstellung einer Draufsicht eines Ultraschallsensors gemäß einer weiteren Ausgestaltung des vierzehnten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Erstes Ausführungsbeispiel
Ein Ultraschallsensor 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 1A, 1B und 2 beschrieben. Zum Beispiel kann der Ultraschallsensor 10 als ein Hindernissensor verwendet werden, der in ein Fahrzeug eingebaut ist. Eine obere Richtung von 1B stellt ein Äußeres des Fahrzeugs dar.
Wie es in 1A und 1B gezeigt ist, beinhaltet der Ultraschallsensor 10 vier Sensorvorrichtungen 13p–13s, die in einer Gruppe von zwei Reihen und zwei Spalten angeordnet sind, eine Schaltungsvorrichtung 18, die elektrisch mit den Sensorvorrichtungen 13p–13s gekoppelt ist, und ein Gehäuse 31 zum Unterbringen der Sensorvorrichtungen 13p–13s und der Schaltungsvorrichtung 18.
Die Sensorvorrichtung 13r dient als eine Sendevorrichtung zum Senden einer Ultraschallwelle. Die Sensorvorrichtung 13q ist diagonal zu der Sendevorrichtung 13r angeordnet und dient als eine Referenzempfangsvorrichtung. Die Sensorvorrichtung 13p ist neben der Referenzempfangsvorrichtung 13q in einer horizontalen Richtung angeordnet und dient als eine Empfangsvorrichtung (das heißt eine Nichtreferenzempfangsvorrichtung). Die Sensorvorrichtung 13r ist neben der Referenzempfangsvorrichtung 13q in einer vertikalen Richtung angeordnet und dient als eine Empfangsvorrichtung (das heißt eine Nichtreferenzempfangsvorrichtung).
Der Ultraschallsensor 10 ist in eine Stoßstange 51 des Fahrzeugs eingebaut und dazu ausgelegt, eine dreidimensionale Position eines Hindernisses zu messen.
Die Sendevorrichtung 13r, die Referenzempfangsvorrichtung 13q und die Empfangsvorrichtungen 13p, 13r weisen eine identische Struktur auf. Hier wird die Struktur der Empfangsvorrichtung 13p beschrieben. Die Empfangsvorrichtung 13p beinhaltet ein piezoelektrisches Element 11p und ein akustisches Anpassungsteil 12p, das mit dem piezoelektrischen Element 11p verbunden ist. Das piezoelektrische Element 11p kann ein Ultraschallwelle sowohl abgeben als auch erfassen. Das akustische Anpassungsteil 12p empfängt eine Ultraschallwelle, die von dem Hindernis reflektiert wird, und lässt zu, dass sich die empfangene Ultraschallwelle zu dem piezoelektrischen Element 11p ausbreitet.
Das piezoelektrische Element 11p kann zum Beispiel piezoelektrisches Zirkonat-Titanat bzw. PZT sein. Das piezoelektrische Element 11p beinhaltet einen piezoelektrischen Körper und ein Paar von Elektroden 14p, 15p. Der piezoelektrische Körper weist eine rechteckige zylindrische Form auf und weist einen identischen Querschnitt zu dem akustischen Anpassungsteil 12p auf. Die Elektroden 14p, 15p sind jeweils auf gegenüber liegenden Oberflächen des piezoelektrischen Körpers in einer Ultraschallausbreitungsrichtung angeordnet. Das heißt, der piezoelektrische Körper ist zwischen den Elektroden 14p, 15p beidseitig umfasst. Genauer gesagt ist die Elektrode 14p auf der Oberfläche ausgebildet, die dem akustischen Anpassungsteil 12p gegenüber liegt. Zum Beispiel können die Elektroden 14p, 15p durch Plattieren oder Zerstäuben von Platin bzw. Pt, Kupfer bzw. Cu oder Silber bzw. Ag oder durch Backen einer leitfähigen Paste ausgebildet sein.
Ein Verdrahtungsabschnitt 11a ist auf einer Seitenoberfläche des piezoelektrischen Elements 11p ausgebildet. Der Verdrahtungsabschnitt 11a ist elektrisch mit der Elektrode 14p gekoppelt. Weiterhin ist der Verdrahtungsabschnitt 11a durch einen Draht 19 elektrisch mit der Schaltungsvorrichtung 18 gekoppelt. Daher ist die Elektrode 14p des piezoelektrischen Elements 11p durch den Verdrahtungsabschnitt 11a und den Draht 19 elektrisch mit der Schaltungsvorrichtung 18 gekoppelt. Die Elektrode 15p des piezoelektrischen Elements 11p ist durch einen anderen Draht 19 elektrisch mit der Schaltungsvorrichtung 18 gekoppelt.
Das akustische Anpassungsteil 12p besteht aus einem Material, das eine Schallimpedanz aufweist, die größer als eine Schallimpedanz von Luft und kleiner als eine Schallimpedanz des piezoelektrischen Elements 11p ist. Zum Beispiel kann das akustische Anpassungsteil 12p aus einem Harzmaterial einer hohen Beständigkeit, wie zum Beispiel einem Polykarbonatharz, bestehen.
Die akustischen Anpassungsteile 12p–12s sind derart angeordnet, dass ein Abstand d zwischen Mittelpunkten von nebeneinander liegenden akustischen Anpassungsteilen im Wesentlichen gleich einer Hälfte der Wellenlänge der Ultraschallwelle ist. Ein Schwingungsdämpfer 41 befindet sich zwischen einer Innenwand des Gehäuses 31 und einer Seitenoberfläche von jedem der akustischen Anpassungsteile 12p–12s an einer Position in der Nähe einer frei liegenden Oberfläche 12a von jedem der akustischen Anpassungsteile 12p–12s. Weiterhin befindet sich der Schwingungsdämpfer 41 zwischen nebeneinander liegenden akustischen Anpassungsteilen 12p–12s. Auf diese Weise sind die akustischen Anpassungsteile 12p–12s durch den Schwingungsdämpfer 41 in der Nähe einer Öffnung des Gehäuses 31 an dem Gehäuse 31 befestigt. Der Schwingungsdämpfer 41 dämpft (das heißt verringert oder beseitigt) ein unerwünschtes Schwingen, das sich von der Stoßstange 51 zu den akustischen Anpassungsteilen 12p–12s ausbreitet.
Eine Breite w des Querschnitts des akustischen Anpassungsteils 12p ist im Wesentlichen gleich oder kleiner als eine Hälfte der Wellenlänge der Ultraschallwelle in Luft. Eine Dicke t des akustischen Anpassungsteils 12p ist im Wesentlichen gleich einem Viertel der Wellenlänge der Ultraschallwelle in dem akustischen Anpassungsteil 12p. Bei einem derartigen Ansatz wird eine Stehwelle in dem akustischen Anpassungsteil 12p erzeugt. Daher können eine Interferenz und ein Auslöschen zwischen einer Ultraschallwelle, die das akustische Anpassungsteil 12p erreicht, und einer Ultraschallwelle, die an einer Grenzfläche zwischen dem piezoelektrischen Element 11p und dem akustischen Anpassungsteil 12p reflektiert wird, verringert werden. Als Ergebnis kann sich die Ultraschallwelle, die das akustische Anpassungsteil 12p erreicht, wirksam zu dem piezoelektrischen Element 11p ausbreiten.
Die Schaltungsvorrichtung 18 ist elektrisch mit einer elektronischen Steuereinheit bzw. ECU des Fahrzeugs gekoppelt. Die ECU ist in der Darstellung nicht gezeigt. Wenn der Ultraschallsensor 10 die Ultraschallwelle sendet, empfängt die Schaltungsvorrichtung 18 von der ECU ein Steuersignal, das einen Druck und eine Phase der zu sendenden Ultraschallwelle steuert. Die Schaltungsvorrichtung 18 gibt gemäß dem Steuersignal ein Spannungssignal zu dem piezoelektrischen Element 11r der Sendevorrichtung 13r aus. Wenn der Ultraschallsensor 10 die Ultraschallwelle empfängt, die von dem Hindernis reflektiert wird, empfängt die Schaltungsvorrichtung 18 von zum Beispiel dem piezoelektrischen Element 11p der Empfangsvorrichtung 13p ein Spannungssignal, das dem Druck und der Phase der empfangenen Ultraschallwelle entspricht. Die Schaltungsvorrichtung 18 erzeugt ein Schwingungssignal gemäß dem Spannungssignal und gibt das Schwingungssignal zu der ECU aus.
Ein Blockschaltbild der Schaltungsvorrichtung 18 ist in 2 dargestellt. Die Schaltungsvorrichtung 18 beinhaltet Verstärker bzw. AMP 21q, 21p, 21s, eine Phasenregelschleife bzw. PLL 22, eine synchrone Abstandsinformations-Erfassungseinrichtung 23, synchrone Phaseninformations-Erfassungsvorrichtungen 24, 25 und einen Ultraschallsensor 26a. Die Verstärker 21q, 21p, 21s verstärken Empfangssignale der Referenzempfangsvorrichtung 13q, der Empfangsvorrichtung 13p bzw. der Empfangsvorrichtung 13s.
Die Phasenregelschleife 22 beinhaltet ein Bandpassfilter bzw. BPF 22a, eine Phasen-Erfassungseinrichtung bzw. PD 22b, ein Tiefpassfilter bzw. LPF 22c und einen spannungsgesteuerten Oszillator bzw. VCO 22d. Der spannungsgesteuerte Oszillator 22d steuert eine Frequenz einer Ausgangsspannung gemäß seiner Eingangsspannung.
Die synchrone Abstandsinformations-Erfassungseinrichtung 23 führt ein synchrones Erfassen des Empfangssignals der Referenzempfangsvorrichtung 13q durch. Die synchrone Abstandsinformations-Erfassungseinrichtung 23 beinhaltet eine phasenempfindliche Erfassungseinrichtung bzw. PSD 23a, ein Tiefpassfilter bzw. LPF 23b und eine Abstands-Berechnungsschaltung 23c. Die phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 23a weist einen Schalter auf. Die Abstands-Berechnungsschaltung 23c beinhaltet einen Verstärker 23d, einen Komparator bzw. corp 23e, einen Zeitzähler bzw. TC 23f und eine Abstands-Berechnungseinrichtung bzw. DC 23g. Der Komparator 23e vergleicht ein Ausgangssignal des Verstärkers 23d mit einer Referenzspannung Vref als einen Schwellwert. Die Abstands-Berechnungseinrichtung 23g berechnet einen Abstand des Hindernisses auf der Grundlage einer Taktinformation, die von dem Zeitzähler 23f ausgegeben wird. Die Taktinformation stellt die Anzahl von Taktsignalen CLK dar, die von dem Zeitzähler 23f gezählt wird.
Die synchrone Phaseninformations-Erfassungseinrichtung 24 führt ein synchrones Erfassen des Empfangssignals der Empfangsvorrichtung 13p durch. Die synchrone Phaseninformations-Erfassungseinrichtung 24 beinhaltet ein Bandpassfilter bzw. BPF 27p, eine erste phasenempfindliche Erfassungseinrichtung bzw. PSD 24a, eine zweite phasenempfindliche Erfassungseinrichtung bzw. PSD 24b, ein erstes Tiefpassfilter bzw. LPF 24c, ein zweites Tiefpassfilter bzw. LPF 24d und eine Winkel-Berechnungseinrichtung 24e. Das erste Tiefpassfilter 24c verarbeitet ein Ausgangssignal der ersten phasenempfindlichen Erfassungseinrichtung 24a. Die zweite Tiefpassfilter 24d verarbeitet ein Ausgangssignal der zweiten phasenempfindlichen Erfassungseinrichtung 24b. Die erste phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 24a empfängt ein frequenzstarres Signal von der Phasenregelschleife 22 und verwendet das frequenzstarre Signal als ein Referenzsignal, um das synchrone Erfassen durchzuführen. Die zweite phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 24b führt das synchrone Erfassen unter Verwendung eines Referenzsignals durch, das um π/2 von dem frequenzstarren Signal phasenverschoben ist.
Die synchrone Phaseninformations-Erfassungseinrichtung 25 führt ein synchrones Erfassen des Empfangssignals der Empfangsvorrichtung 13s durch. Die synchrone Phaseninformations-Erfassungseinrichtung 25 beinhaltet ein Bandpassfilter bzw. BPF 27s, eine erste phasenempfindliche Erfassungseinrichtung bzw. PSD 25a, eine zweite phasenempfindliche Erfassungseinrichtung bzw. PSD 25b, ein erstes Tiefpassfilter bzw. LPF 25c, ein zweites Tiefpassfilter bzw. LPF 25d und eine Winkel-Berechnungseinrichtung 25e. Das erste Tiefpassfilter 25c verarbeitet ein Ausgangssignal der ersten phasenempfindlichen Erfassungseinrichtung 25a. Das zweite Tiefpassfilter 25d verarbeitet ein Ausgangssignal der zweiten phasenempfindlichen Erfassungseinrichtung 25b. Die erste phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 25a empfängt das frequenzstarre Signal von der Phasenregelschleife 22 und verwendet das frequenzstarre Signal als ein Referenzsignal, um das synchrone Erfassen durchzuführen. Die zweite phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 25b führt das synchrone Erfassen unter Verwendung eines Referenzsignals durch, das um π/2 von dem frequenzstarren Signal phasenverschoben ist.
Der Ultraschallsender 26a gibt ein Sendesignal St zu der Sendevorrichtung 13r aus. Nach einem Empfangen des Sendesignals St von dem Ultraschallsender 26a sendet die Empfangsvorrichtung 13r eine Ultraschallwelle. Gleichzeitig gibt der Ultraschallsender 26a das Sendesignal St zu dem Zeitzähler 23f aus.
Der Ultraschallsensor 10 erfasst das Hindernis wie folgt. Das Erfassen der Position des Hindernisses erfordert sowohl eine Abstandsinformation Dd als auch eine Phasendifferenzinformation Dp. Die Abstandsinformation Dd entspricht einem Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 10 und dem Hindernis und die Phasendifferenzinformation Dp entspricht einer Richtung (das heißt einem Winkel) des Hindernis bezüglich des Ultraschallsensors 10. Die Phasendifferenzinformation Dp besteht aus einer Horizontalphasendifferenzinformation Dph und einer Vertikalphasendifferenzinformation Dpv.
Zuerst empfängt die Schaltungsvorrichtung 18 von der ECU das Steuersignal, das einen Druck und eine Phase einer zu sendenden Ultraschallwelle steuert. In der Schaltungsvorrichtung 18 gibt der Ultraschallsender 26a das Sendesignal St zu dem piezoelektrischen Element 11r der Sendevorrichtung 13r gemäß dem Steuersignal aus. Das piezoelektrische Element 11r schwingt gemäß dem Sendesignal St und gibt daher die Ultraschallwelle ab, die den gesteuerten Druck und die gesteuerte Phase aufweist. Die abgegebene Ultraschallwelle breitet sich durch das akustische Anpassungsteil 12r aus und wird durch die Sendeoberfläche 12a des akustischen Anpassungsteils 12r nach außerhalb des Fahrzeugs gesendet.
Die Ultraschallwelle, die durch die Sendeoberfläche 12a des akustischen Anpassungsteils 12r gesendet wird, wird von dem Hindernis reflektiert. Die reflektierte Ultraschallwelle wird durch die Empfangsoberflächen 12a der akustischen Anpassungsteile 12q, 12p bzw. 12s empfangen. Die empfangenen Ultraschallwellen breiten sich durch die akustischen Anpassungsteile 12q, 12p bzw. 12s zu den piezoelektrischen Elementen 11q, 11p und 11s aus. Dann werden die Ultraschallwellen durch die piezoelektrischen Elemente 11q, 11p bzw. 11s zu den Empfangssignalen (das heißt Spannungssignalen) gewandelt.
Die Empfangssignale der Empfangsvorrichtungen 13q, 13p und 13s weisen unterschiedliche Phasen auf. Hier wird es angenommen, dass das Empfangssignal der Referenzempfangsvorrichtung 13q durch sin(ωt+α) gegeben ist, das Empfangssignal der Empfangsvorrichtung 13p durch sin(ωt+β) gegeben ist und das Empfangssignal der Empfangsvorrichtung 13r durch sin(ωt+γ) gegeben ist. Wie es zuvor angegeben worden ist, ist die Empfangsvorrichtung 13p neben der Referenzempfangsvorrichtung 13q in der horizontalen Richtung angeordnet und ist die Empfangsvorrichtung 13r neben der Referenzempfangsvorrichtung 13q in der vertikalen Richtung angeordnet.
Das Empfangssignal der Referenzempfangsvorrichtung 13q wird von dem Verstärker 21p verstärkt und dann in die Phasenregelschleife 22 eingegeben. In der Phasenregelschleife 22 beseitigt das Bandpassfilter 22a unerwünschte Frequenzkomponenten aus dem Empfangssignal der Referenzempfangsvorrichtung 13q. Ein Ausgangssignal des Bandpassfilters 22a wird von dem Tiefpassfilter 22c tiefpassgefiltert und dann in den spannungsgesteuerten Oszillator 22d eingegeben. Die Phasen-Erfassungseinrichtung 22b erfasst eine Phasendifferenz zwischen dem Empfangssignal der Referenzempfangsvorrichtung 13q und einem Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 22d. Die Phasendifferenz ist eine Rückkopplung zu dem spannungsgesteuerten Oszillator 22d. Daher ist das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 22d zu dem Empfangssignal der Referenzempfangsvorrichtung 13q synchronisiert, das heißt zu dessen Frequenz verriegelt.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Erzielen der Abstandsinformation Dd beschrieben. In der synchronen Abstandsinformations-Erfassungseinrichtung 23 wird das Empfangssignal der Referenzempfangsvorrichtung 13q in die phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 23a eingegeben. Die phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 23a wird zwischen einem Verstärken (x1) und einem Invertieren (x-1) synchron zu dem frequenzstarren Signal geschaltet, das von der Phasenregelschleife 22 empfangen wird. Auf diese Weise führt die phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 23a das synchrone Erfassen unter Verwendung des frequenzstarren Signals als ein Referenzsignal durch. Als Ergebnis des synchronen Erfassens wird eine Frequenzkomponente des Empfangssignals, die gleich einer Frequenz des Referenzsignals ist, zu einer Gleichgrößenkomponente gewandelt und geht durch das Tiefpassfilter 23b. Die anderen Komponenten des Empfangssignals werden zu Wechselgrößenkomponenten gewandelt und daher von dem Tiefpassfilter 23b beseitigt.
In der Abstands-Berechnungsschaltung 23c wird ein Ausgangssignal des Tiefpassfilters 23b von dem Verstärker 23d verstärkt und dann in den Komparator 23e eingegeben. Der Komparator 23e vergleicht das Eingangssignal mit der Referenzspannung Vref. Wenn ein Spannungspegel des Eingangssignals die Referenzspannung Vref überschreitet, gibt der Komparator 23e ein Empfangssignal zu dem Zeitzähler 23f aus. Der Zeitzähler 23f zählt Taktsignale CLK von da an, wenn das Sendesignal St empfangen wird, bis dahin, wenn das Empfangssignal empfangen wird. Daher kann der Zeitzähler 23f eine Zeit, die von da an, wenn die Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 13r gesendet wird, bis dahin verstrichen ist, wenn die Ultraschallwelle von der Referenzempfangsvorrichtung 13q empfangen wird, genau messen. Der Zeitzähler 23f gibt die Taktinformation, die die Anzahl von Taktsignalen CLK darstellt, die von dem Zeitzähler 23f gezählt wird, zu der Abstands-Berechnungseinrichtung 23g aus. Die Abstands-Berechnungseinrichtung 23g berechnet den Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 10 und dem Hindernis auf der Grundlage der Taktinformation und gibt die Abstandsinformation Dd aus, die dem berechneten Abstand entspricht.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Erzielen der Horizontalphasendifferenzinformation Dph beschrieben. Das Empfangssignal der Empfangsvorrichtung 13p, welche sich neben der Referenzempfangsvorrichtung 13q in der horizontalen Richtung befindet, wird von dem Verstärker 23d verstärkt und dann über das Bandpassfilter 27p in die synchrone Phaseninformations-Erfassungseinrichtung 24 eingegeben. Wenn ein Signal/Rausch- bzw. S/N-Verhältnis des Empfangssignals der Empfangsvorrichtung 13p gut ist, kann das Bandpassfilter 27p beseitigt werden.
In der synchronen Phaseninformations-Erfassungseinrichtung 24 wird das Empfangssignal der Referenzempfangsvorrichtung 13p in die erste phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 24a eingegeben. Die erste phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 24a wird zwischen einem Verstärken (x1) und einem Invertieren (x-1) synchron zu dem frequenzstarren Signal geschaltet, das von der Phasenregelschleife 22 empfangen wird. Auf diese Weise führt die erste phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 24a das synchrone Erfassen unter Verwendung des frequenzstarren Signals als ein Referenzsignal durch.
Weiterhin wird in der synchronen Phaseninformations-Erfassungseinrichtung 24 das Empfangssignal der Referenzempfangsvorrichtung 13p in die zweite phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 24b eingegeben. Die zweite phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 24b wird zwischen einem Verstärken (x1) und einem Invertieren (x-1) synchron zu einem um π/2 phasenverschobenen Signal geschaltet, das um π/2 von dem frequenzstarren Signal phasenverschoben ist. Auf diese Weise führt die zweite phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 24b das synchrone Erfassen unter Verwendung des um π/2 phasenverschobenen Signals als ein Referenzsignal durch.
Das synchrone Erfassen, das von der ersten phasenempfindlichen Erfassungseinrichtung 24a durchgeführt wird, wird nachstehend im Detail beschrieben. In der ersten phasenempfindlichen Erfassungseinrichtung 24a ist das Empfangssignal durch sin(ωt+β) gegeben und ist das Referenzsignal durch sin(ωt+α) gegeben. Die folgende Gleichung wird durch Multiplizieren des Empfangssignals von sin(ωt+β) mit dem Referenzsignal von sin(ωt+α) erzielt. sin(ωt+β)sin(ωt+α) = –1/2cos(2ωt+α+β)+1/2cos(β-α) (1)
In der vorhergehenden Gleichung (1) wird eine Frequenzkomponente des Empfangssignals, die gleich einer Frequenz des Referenzsignals ist, zu einer Gleichgrößenkomponente gewandelt und geht durch das Tiefpassfilter 24c. Die anderen Komponenten des Empfangssignals werden zu Wechselgrößenkomponenten gewandelt und von dem Tiefpassfilter 24c beseitigt. Das heißt, das erste Tiefpassfilter 24c beseitigt den ersten Ausdruck „–1/2cos(2ωt+α+β)" der Gleichung (1) und lässt den zweiten Ausdruck „1/2cos(β-α)" durch.
Als Nächstes wird das synchrone Erfassen, das von der zweiten phasenempfindlichen Erfassungseinrichtung 24b durchgeführt wird, nachstehend im Detail beschrieben. Die zweite phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 24b führt das synchrone Erfassen unter Verwendung des um π/2 phasenverschobenen Signals als ein Referenzsignal durch.
In der zweiten phasenempfindlichen Erfassungseinrichtung 24b ist das Empfangssignal durch sin(ωt+β) gegeben und ist das Referenzsignal durch cos(ωt+α) gegeben. Die folgende Gleichung wird durch Multiplizieren des Empfangssignals von sin(ωt+β) mit dem Referenzsignal von cos(ωt+α) erzielt. sin(ωt+β)cos(ωt+α) = 1/2sin(2ωt+α+β)+1/2sin(β-α) (2)
Deshalb beseitigt das Tiefpassfilter 24d den ersten Ausdruck „1/2sin(2ωt+α+β)" der Gleichung (2) und lässt den zweiten Ausdruck „1/2sin(β-α)" durch.
Jedes der Ausgangssignale der Tiefpassfilter 24c, 24d hängt von einer Phasendifferenz „β-α" zwischen dem Empfangssignal der Referenzempfangsvorrichtung 13q und dem Empfangssignal der Empfangsvorrichtung 13p ab. Die Ausgangssignale der Tiefpassfilter 24c, 24d werden in die Winkel-Berechnungseinrichtung 24e eingegeben. Die Winkel-Berechnungseinrichtung 24e berechnet tan(β-α) unter Verwendung der Ausgangssignale der Tiefpassfilter 24c, 24d. Bei einem derartigen Ansatz kann die Phasendifferenz „β-α" zwischen den Empfangssignalen der Referenzempfangsvorrichtung 13q und der Empfangsvorrichtung 13p ohne Einfluss von Amplituden der Empfangssignale auf die Phasendifferenz „β-α" berechnet werden. Der tan(β-α) wird als die Horizontalphasendifferenzinformation Dph ausgegeben.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Erzielen der Vertikalphasendifferenzinformation Dpv beschrieben. Das Empfangssignal der Empfangsvorrichtung 13s, welches sich neben der Referenzempfangsvorrichtung 13q in der vertikalen Richtung befindet, wird von der synchronen Phaseninformations-Erfassungseinrichtung 25 auf die gleiche Weise verarbeitet, wie das Empfangssignal der Empfangsvorrichtung 13p von der synchronen Phaseninformations-Erfassungseinrichtung 24 verarbeitet wird. Daher wird eine Phasendifferenz „γ-α" zwischen den Empfangssignalen der Referenzempfangsvorrichtung 13q und der Empfangsvorrichtung 13s derart berechnet, dass die Winkel-Berechnungseinrichtung 25e tan(γ-α) als die Vertikalphasendifferenzinformation Dpv ausgeben kann.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, wird das Empfangssignal der Referenzempfangsvorrichtung 13q als ein Referenzsignal verwendet, um die synchronen Erfassungsvorgänge der Empfangssignale der Empfangsvorrichtungen 13p, 13s durchzuführen. Die Abstandsinformation Dd, die Horizontalphasendifferenzinformation Dph und die Vertikalphasendifferenzinformation Dpv werden von der synchronen Abstandsinformations-Erfassungseinrichtung 23 und der synchronen Phaseninformations-Erfassungseinrichtung 24, 25 erzielt. Die Position des Hindernisses wird auf der Grundlage der erzielten Information Dd, Dph und Dpv und Abständen zwischen den Empfangsvorrichtungen 13q, 13p und 13s gemessen. Da sich jede der Empfangsvorrichtungen 13p, 13s in einer Richtung senkrecht zu der Referenzempfangsvorrichtung 13q befindet, kann der Ultraschallsensor 10 die Horizontal- und Vertikalphasendifferenzen, die der Position des Hindernisses entsprechen, über einen breiten Flächenbereich genau messen.
Die Verwendung der Referenzempfangsvorrichtung 13q verringert einen Einfluss eines Doppler-Effekts auf die Phasendifferenzen. Deshalb können die Phasendifferenzen einfach und genau erfasst werden.
Da eine der Empfangsvorrichtungen als eine Referenz verwendet wird, um das synchrone Erfassen durchzuführen, ist eine besondere (bestimmte) Referenzvorrichtung für das synchrone Erfassen nicht erforderlich. Deshalb kann die Schaltungsvorrichtung 18 eine einfache Struktur und eine verringerte Abmessung aufweisen.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, kann gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Ultraschallsensor 10 die folgenden Vorteile aufweisen.

(1) Die Phasenregelschleife 22 erzeugt ein Referenzsignal, das zu der Frequenz des Empfangssignals der Referenzempfangsvorrichtung 13q verriegelt ist. Die Empfangssignale der Empfangsvorrichtungen 13p, 13s werden unter Verwendung des Referenzsignals synchron erfasst. Die Abstandsinformation Dd, die Horizontalphasendifferenzinformation Dph und die Vertikalphasendifferenzinformation Dpv werden von der synchronen Abstandsinformations-Erfassungseinrichtung 23 und den synchronen Phaseninformations-Erfassungseinrichtungen 24, 25 erzielt. Die Position des Hindernisses wird auf der Grundlage der erzielten Information Dd, Dph und Dpv und Abständen zwischen den Empfangsvorrichtungen 13q, 13p und 13s gemessen. Da sich jede der Empfangsvorrichtungen 13p, 13s in der Richtung senkrecht zu der Referenzempfangsvorrichtung 13q befindet, kann der Ultraschallsensor 10 genau die Horizontal- und Vertikalphasendifferenzen, die der Position des Hindernisses entsprechen, über einen breiten Flächenbereich erfassen. Da der Einfluss eines Doppler-Effekts auf die Phasendifferenzen unter Verwendung der Referenzempfangsvorrichtung 13q verringert ist, können die Phasendifferenzen einfach und genau erfasst werden. Da eine der Empfangsvorrichtungen als eine Referenz verwendet wird, um das synchrone Erfassen durchzuführen, kann die Schaltungsvorrichtung 18 eine vereinfachte Struktur und eine verringerte Abmessung aufweisen.
(2) Das Referenzsignal für das synchrone Erfassen wird von der Phasenregelschleife 22 erzeugt. Bei einem derartigen Ansatz kann das Referenzsignal auch dann genau erfasst werden, wenn das Empfangssignal der Referenzempfangsvorrichtung 13q schwach ist.
(3) Die Zeit, die von da an, wenn die Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 13r gesendet wird, bis dahin verstrichen ist, wenn die Ultraschallwelle von der Referenzempfangsvorrichtung 13q empfangen wird, wird auf der Grundlage des Sendesignals St gemessen, das aus dem Ultraschallsender 26a ausgegeben wird. Der Abstand zu dem Hindernis wird auf der Grundlage der verstrichenen Zeit berechnet. Bei einem derartigen Ansatz kann der Abstand genau gemessen werden.

Ausgestaltung des ersten Ausführungsbeispiels
Das zuvor beschriebene erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel wie folgt ausgestaltet sein.
In dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird das Referenzsignal für das synchrone Erfassen unter Verwendung der Phasenregelschleife 22 erzeugt. Alternativ kann das Referenzsignal unter Verwendung einer anderen Vorrichtung, wie zum Beispiel eines Komparators, der mit einem Operationsverstärker aufgebaut ist, erfasst werden.
In dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der Abstand zu dem Hindernis durch die Abstands-Berechnungsschaltung 23c auf der Grundlage des Sendesignals St berechnet, das von dem Ultraschallsender 26a ausgegeben wird. Alternativ kann der Abstand auf der Grundlage der Empfangssignale der Empfangsvorrichtungen 13p, 13s ohne Verwenden des Sendesignals St berechnet werden.
In dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Sendevorrichtung 13r zusammen mit den Empfangsvorrichtungen 13q, 13p und 13s in einer Gruppe angeordnet. Alternativ kann die Sendevorrichtung 13r getrennt von den Empfangsvorrichtungen 13q, 13p und 13s angeordnet sein. Zum Beispiel kann die Sendevorrichtung 13r als ein getrenntes Teil von den Empfangsvorrichtungen 13q, 13p und 13s ausgebildet sein und außerhalb des Gehäuses 31 angeordnet sein.
In dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung befindet sich die Sendevorrichtung 13r diagonal zu der Referenzempfangsvorrichtung 13q und sind die Empfangsvorrichtungen 13p, 13s in der Richtung senkrecht zu der Referenzempfangsvorrichtung 13q angeordnet. Diese Anordnung kann sich abhängig von einer beabsichtigten Verwendung des Ultraschallsensors 10 ändern. Zum Beispiel können die Referenzempfangsvorrichtung 13q und die Empfangsvorrichtung 13s derart ausgetauscht sein, dass sich die Referenzempfangsvorrichtung 13q neben der Sendevorrichtung 13r in der horizontalen Richtung befindet.
Der Ultraschallsensor 10 kann mehrere Sendevorrichtungen aufweisen. Zum Beispiel kann zusätzlich zu der Sendevorrichtung 13r die Empfangsvorrichtung 13p als eine Sendevorrichtung verwendet werden. In diesem Fall kann ein Druck einer Ultraschallwelle, die von dem Ultraschallsensor 10 gesendet wird, durch gleichzeitiges Ansteuern der Sendevorrichtungen 13r, 13p erhöht werden. Weiterhin kann das Ultraschallsendeintervall durch abwechselndes Ansteuern der Sendevorrichtungen 13r, 13p verringert werden. Weiterhin kann auch dann, wenn eine der Sendevorrichtungen 13r, 13p ausfällt, die Ultraschallwelle unter Verwendung der anderen der Sendevorrichtungen 13r, 13p gesendet werden. Daher kann der Ultraschallsensor 10 auf eine redundante Weise ausgelegt sein.
Die Anzahl und Anordnung der Empfangsvorrichtungen kann sich abhängig von der beabsichtigten Verwendung ändern. In einem Beispiel, das in 3A gezeigt ist, sind eine Referenzempfangsvorrichtung 61, Empfangsvorrichtungen 62–64 und eine Sendevorrichtung 65 in der horizontalen Richtung aufgereiht. Bei einem derartigen Ansatz kann die Horizontalphasendifferenzinformation Dph genau erzielt werden. In diesem Fall kann, wie es in 3B gezeigt ist, eine Phasendifferenzinformation 62a–64a, die jeweils aus den Empfangsvorrichtungen 62–64 erzielt wird, in eine Hauptschaltung eingegeben werden. Bei einem derartigen Ansatz kann auch dann, wenn es eine Änderung der Phasendifferenzinformation 62a–64a gibt, die Änderung verringert werden. Weiterhin kann, wenn die Änderung aufgrund eines Fehlverhaltens von irgendeiner der Empfangsvorrichtungen 62–64 verursacht wird, die sich fehlerhaft verhaltende Empfangsvorrichtung identifiziert werden.
In einem weiteren Beispiel, das in 4 gezeigt ist, sind mehrere Empfangsvorrichtungen 72 und eine Sendevorrichtung 73 kreisförmig um eine Referenzempfangsvorrichtung 71 angeordnet. In diesem Fall erfasst eine Empfangsvorrichtung 72, die sich in einer Richtung zu dem Hindernis befindet, eine Phasendifferenz, die kleiner als diejenige ist, die von irgendwelchen anderen Empfangsvorrichtungen 72 erfasst wird. Deshalb kann die Richtung des Hindernisses genau erfasst werden
Die synchrone Abstandsinformations-Erfassungseinrichtung 23 kann die Abstandsinformation Dd auf der Grundlage des Empfangssignals einer anderen Empfangsvorrichtung als der Referenzempfangsvorrichtung 13q erzielen. Zum Beispiel kann das Ausgangssignal des Tiefpassfilters 24c der synchronen Phaseninformations-Erfassungseinrichtung 24 derart in die Abstands-Berechnungsschaltung 23c eingegeben werden, dass die synchrone Abstandsinformations-Erfassungseinrichtung 23 die Abstandsinformation Dd auf der Grundlage des Empfangssignals der Empfangsvorrichtung 13p erzielen kann.
Das Referenzsignal für das synchrone Erfassen kann auf der Grundlage von Sensorsignalen korrigiert werden, die aus Sensoren ausgegeben werden, die in das Fahrzeug eingebaut sind. Zum Beispiel kann, wie es in 5A gezeigt ist, die Schaltungsvorrichtung 18 eine Geschwindigkeits-Korrekturschaltung 82 beinhalten. Die Geschwindigkeits-Korrekturschaltung 82 stellt die Frequenz des Sendesignals St auf der Grundlage einer Fahrzeuggeschwindigkeit ein, die von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 81 erfasst wird, welcher in das Fahrzeug eingebaut ist. Bei einem derartigen Ansatz kann ein Einfluss eines Doppler-Effekts auf Grund der Fahrzeuggeschwindigkeit bezüglich des Referenzsignals derart beseitigt werden, dass das Referenzsignal genau erzeugt werden kann. In einem anderen Beispiel, das in 5B gezeigt ist, beinhaltet die Schaltungsvorrichtung 18 eine Temperatur-Korrekturschaltung 84. Die Temperatur-Korrekturschaltung 84 stellt die Frequenz des Sendesignals St auf der Grundlage einer Temperatur außerhalb des Fahrzeugs ein, die von einem Temperatursensor 83 erfasst wird, welcher in das Fahrzeug eingebaut ist. Bei einem derartigen Ansatz kann ein Einfluss einer Schallgeschwindigkeitsänderung aufgrund einer Temperaturänderung auf das Referenzsignal derart beseitigt werden, dass das Referenzsignal genau erzeugt werden kann.
Zweites Ausführungsbeispiel
Ein Ultraschallsensor 20 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 6A, 6B und 7 beschrieben. Unterschiede zwischen dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind wie folgt.
Wie es in 6A und 6B gezeigt ist, beinhaltet der Ultraschallsensor 20 vier Sensorvorrichtungen 13p–13s, die in einer Gruppe von zwei Reihen und zwei Spalten angeordnet sind, eine Schaltungsvorrichtung 28, die elektrisch mit den Sensorvorrichtungen 13p–13s gekoppelt ist, und ein Gehäuse 31 zum Unterbringen der Sensorvorrichtungen 13p–13s und der Schaltungsvorrichtung 28.
Die Sensorvorrichtung 13r dient als eine Sendevorrichtung zum Senden einer Ultraschallwelle. Jede der anderen Sensorvorrichtungen 13p, 13q, 13s dient als eine Empfangsvorrichtung zum Empfangen der Ultraschallwelle, die von dem Hindernis reflektiert wird. Es ist anzumerken, dass, obgleich die Sensorvorrichtung 13q des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als eine Referenzempfangsvorrichtung dient, die Sensorvorrichtung 13q des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung als lediglich eine Empfangsvorrichtung dient.
Die Schaltungsvorrichtung 28 ist elektrisch mit der ECU (nicht gezeigt) des Fahrzeugs gekoppelt. Wenn der Ultraschallsensor 20 die Ultraschallwelle sendet, empfängt die Schaltungsvorrichtung 28 das Steuersignal, das einen Druck und eine Phase der zu sendenden Ultraschallwelle steuert, von der ECU. Die Schaltungsvorrichtung 28 gibt das Spannungssignal gemäß dem Steuersignal zu dem piezoelektrischen Element 11r der Sendevorrichtung 13r aus. Wenn der Ultraschallsensor 20 die Ultraschallwelle empfängt, die von dem Hindernis reflektiert wird, empfängt die Sendevorrichtung 28 von zum Beispiel dem piezoelektrisch Element 11q der Empfangsvorrichtung 13q das Spannungssignal, das dem Druck und der Phase der empfangenen Ultraschallwelle entspricht. Die Schaltungsvorrichtung 28 erzeugt das Schwingungssignal gemäß dem Spannungssignal und gibt das Schwingungssignal zu der ECU aus.
Die Empfangssignale der Empfangsvorrichtung 13p, 13q, 13s werden von der Schaltungsvorrichtung 28 auf die gleiche Weise zueinander verarbeitet. Als ein Beispiel wird das Empfangssignal der Empfangsvorrichtung 13q wie folgt von der Schaltungsvorrichtung 28 verarbeitet. Ein Blockschaltbild der Schaltungsvorrichtung 28, das einem Bereich zum Verarbeiten des Empfangssignals der Empfangsvorrichtung 13q entspricht, ist in 7 dargestellt. Ähnlich der Schaltungsvorrichtung 18 des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Schaltungsvorrichtung 28 den Verstärker 21q, die Phasenregelschleife 22, die synchrone Abstandsinformations-Erfassungseinrichtung 23 und die synchrone Phaseninformations-Erfassungseinrichtung 24.
Es ist anzumerken, dass die Schaltungsvorrichtung 28 weiterhin einen Ansteuersignalgenerator 26 aufweist. Der Ansteuersignalgenerator 26 beinhaltet den Ultraschallsender bzw. UT 26a, einen Phaseninverter bzw. PI 26b und eine Empfangs-Steuereinrichtung bzw. RC 26c. Der Ultraschallsender 26a gibt das Sendesignal St zu der Sendevorrichtung 13r aus und die Sendevorrichtung 13r sendet eine Ultraschallwelle auf ein Empfangen des Sendesignals St. Gleichzeitig gibt ein Ultraschallsender 26a das Sendesignal St zu dem Zeitzähler 23f aus. Der Phaseninverter 26b gibt ein Signal, das eine entgegen gesetzte Phase zu dem Sendesignal St aufweist, zu der Empfangs-Steuereinrichtung 26c aus. Die Empfangs-Steuereinrichtung 26c gibt ein Ansteuersignal Sd auf der Grundlage des Ausgangssignals des Phaseninverters 26b zu der Empfangsvorrichtung 13q aus. Als Reaktion auf das Ansteuersignal Sd werden die piezoelektrischen Element 11q derart angesteuert, das heißt zum Schwingen gebracht, dass ein Schwingen, das sich von der Sendevorrichtung 13r zu der Empfangsvorrichtung 13q ausbreitet, ausgelöscht, das heißt beseitigt, werden kann. Weiterhin gibt die Empfangs-Steuereinrichtung 26c während einer Zeitdauer, zu der das Ansteuersignal Sd ausgegeben wird, ein Sperrsignal Sc zu dem Verstärker 21q aus. Während das Sperrsignal Sc empfangen wird, unterbricht der Verstärker 21q das Empfangssignal der Empfangsvorrichtung 13q zu einer nachfolgenden Stufe, das heißt der Phasenregelschleife 22 und der synchronen Phaseninformations-Erfassungseinrichtung 24, der Schaltungsvorrichtung 28.
Der Ultraschallsensor 20 erfasst das Hindernis wie folgt. Das Erfassen der Position des Hindernisses erfordert sowohl eine Abstandsinformation Dd als auch eine Phasendifferenzinformation Dp.
Die Schaltungsvorrichtung 28 empfängt das Steuersignal, das einen Druck und eine Phase einer zu sendenden Ultraschallwelle steuert, von der ECU. In der Schaltungsvorrichtung 28 gibt der Ultraschallsender 26a das Sendesignal St gemäß dem Steuersignal zu dem piezoelektrischen Element 11r der Sendevorrichtung 13r aus. Das piezoelektrische Element 11r schwingt gemäß dem Sendesignal St und gibt daher die Ultraschallwelle ab, die den gesteuerten Druck und die gesteuerte Phase aufweist. Die abgegebene Ultraschallwelle breitet sich durch das akustische Anpassungsteil 12r aus und wird durch die Sendeoberfläche 12a nach außerhalb des Fahrzeugs gesendet.
In dem Ansteuersignalgenerator 26 wird das Sendesignal St durch den Phaseninverter 26b phaseninvertiert. Das phaseninvertierte Signal, das eine entgegen gesetzte Phase zu dem Sendesignal St aufweist, wird in die Empfangs-Steuereinrichtung 26c eingegeben. Dann gibt die Empfangs-Steuereinrichtung 26c das Ansteuersignal Sd zu der Empfangsvorrichtung 13q aus. Als Reaktion auf das Ansteuersignal Sd wird das piezoelektrische Element 11q derart angesteuert, dass das Schwingen ausgelöscht werden kann, das sich von der Sendevorrichtung 13r zu der Empfangsvorrichtung 13q ausbreitet. Genauer gesagt bewirkt das Ansteuersignal Sd, dass das piezoelektrische Element 11q an einer entgegen gesetzten Phase zu einem Schwingen schwingt, das sich von der Sendevorrichtung 13r durch den Schwingungsdämpfer 41 zu der Empfangsvorrichtung 13q ausbreitet. Das Ansteuersignal Sd wird später detaillierter beschrieben.
Die Ultraschallwelle, die durch die Sendeoberfläche 12a des akustischen Anpassungsteils 12r gesendet wird, wird von dem Hindernis reflektiert. Die reflektierte Ultraschallwelle wird durch die Empfangsoberflächen 12a des akustischen Anpassungsteils 12q empfangen. Die empfangene Ultraschallwelle breitet sich durch die akustischen Anpassungsteile 12q zu dem piezoelektrischen Element 11q aus. Dann wird die Ultraschallwelle durch die piezoelektrischen Elemente 11q zu dem Empfangssignal (Spannungssignal) gewandelt. Hier wird es angenommen, dass das Empfangssignal der Referenzempfangsvorrichtung 13q durch sin(ωt+α) gegeben ist.
Das Empfangssignal der Referenzempfangsvorrichtung 13q wird von dem Verstärker 21q verstärkt und dann in die Phasenregelschleife 22 eingegeben. In der Phasenregelschleife 22 beseitigt das Bandpassfilter 22a unerwünschte Frequenzkomponenten aus dem Empfangssignal. Ein Ausgangssignal des Bandpassfilters 22a wird von dem Tiefpassfilter 22c tiefpassgefiltert und dann in den spannungsgesteuerten Oszillator 22d eingegeben. Die Phasen-Erfassungseinrichtung 22b erfasst eine Phasendifferenz zwischen dem Empfangssignal und einem Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 22d. Die Phasendifferenz wird zu spannungsgesteuerten Oszillator 22d zurückgekoppelt. Daher ist das Ausgangssignal des spannungsgesteuerten Oszillators 22d zu dem Empfangssignal synchronisiert, das heißt zu dessen Frequenz verriegelt.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Erzielen der Abstandsinformation Dd beschrieben. In der synchronen Abstandsinformations-Erfassungseinrichtung 23 wird das Empfangssignal der Referenz-Empfangsvorrichtung 13q in die phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 23a eingegeben. Die phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 23a wird zwischen einem Verstärken (x1) und einem Invertieren (x-1) synchron zu dem frequenzstarren Signal geschaltet, das von der Phasenregelschleife 22 empfangen wird. Auf diese Weise führt die phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 23a das synchrone Erfassen unter Verwendung des frequenzstarren Signals als ein Referenzsignal durch. Als Ergebnis des synchronen Erfassens wird eine Frequenzkomponente des Empfangssignals, die gleich einer Frequenz des Referenzsignals ist, zu einer Gleichgrößenkomponente gewandelt und geht durch das Tiefpassfilter 23b. Die anderen Komponenten des Empfangssignals werden zu Wechselgrößenkomponenten gewandelt und von dem Tiefpassfilter 23b beseitigt.
In der Abstands-Berechnungsschaltung 23c wird ein Ausgangssignal des Tiefpassfilters 23b von dem Verstärker 23d verstärkt und dann in den Komparator 23e eingegeben. Der Komparator 23e vergleicht das eingegebene Signal mit der Referenzspannung Vref. Wenn der Spannungspegel des eingegebenen Signals die Referenzspannung Vref überschreitet, gibt der Komparator 23e das Empfangssignal zu dem Zeitzähler 23f aus. Der Zeitzähler 23f zählt Taktsignale CLK von da an, wenn das Sendesignal St empfangen wird, bis dahin, wenn das Empfangssignal empfangen wird. Daher kann der Zeitzähler 23f genau die Zeit, die von da an, wenn die Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 13r gesendet wird, bis dahin verstrichen ist, wenn die Ultraschallwelle von der Referenzempfangsvorrichtung 13q empfangen wird, messen. Der Zeitzähler 23f gibt die Taktinformation, die die Anzahl von Taktsignalen CLK darstellt, die von dem Zeitzähler 23f gezählt wird, zu der Abstands-Berechnungseinrichtung 23g aus. Die Abstands-Berechnungseinrichtung 23g berechnet den Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 20 und dem Hindernis auf der Grundlage der Taktinformation und gibt die Abstandsinformation Dd aus, die dem berechneten Abstand entspricht.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Erzielen der Phasendifferenzinformation Dp beschrieben. Das Empfangssignal der Empfangsvorrichtung 13q wird von dem Verstärker 21p verstärkt und dann in die synchrone Phaseninformations-Erfassungseinrichtung 24 eingegeben. In der synchronen Phaseninformations-Erfassungseinrichtung 24 wird das Empfangssignal in die erste phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 24a eingegeben. Die erste phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 24a schaltet zwischen einem Verstärken (x1) und einem Invertieren (x-1) synchron zu dem frequenzstarren Signal. Auf diese Weise führt die erste phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 24a das synchrone Erfassen unter Verwendung des frequenzstarren Signals als ein Referenzsignal durch.
Weiterhin wird in der synchronen Phaseninformations-Erfassungseinrichtung 24 das Empfangssignal in die zweite phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 24b eingegeben. Die zweite phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 24b wird zwischen einem Verstärken (x1) und einem Invertieren (x-1) synchron zu einem um π/2 phasenverschobenen Signal geschaltet, das von dem frequenzstarren Signal um π/2 phasenverschoben ist. Auf diese Weise führt die zweite phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 24b das synchrone Erfassen unter Verwendung des um π/2 phasenverschobenen Signals als ein Referenzsignal durch.
Das synchrone Erfassen, das von der ersten phasenempfindlichen Erfassungseinrichtung 24a durchgeführt wird, wird nachstehend im Detail beschrieben. Hier wird es angenommen, dass das frequenzstarre Signal, das aus der Phasenregelschleife 22 ausgegeben wird, durch sin(ωt+α) gegeben ist. In der ersten phasenempfindlichen Erfassungseinrichtung 24a ist das Empfangssignal durch sin(ωt+β) gegeben und ist das Referenzsignal durch sin(ωt+α) gegeben. Die folgende Gleichung wird durch Multiplizieren des Empfangssignals von sin(ωt+β) mit dem Referenzsignal von sin(ωt+α) erzielt. sin(ωt+β)sin(ωt+α) = –1/2cos(2ωt+α+β)+1/2cos(β-α) (3)
Daher beseitigt das erste Tiefpassfilter 24c den ersten Ausdruck „-1/2cos(2ωt+α+β)" der Gleichung (3) und lässt den zweiten Ausdruck „1/2cos(β-α)" der Gleichung (3) durch.
Als Nächstes wird das synchrone Erfassen, das von der zweiten phasenempfindlichen Erfassungseinrichtung 24b durchgeführt wird, nachstehend im Detail beschrieben. Die zweite phasenempfindliche Erfassungseinrichtung 24b führt das synchrone Erfassen unter Verwendung des um π/2 phasenverschobenen Signals als ein Referenzsignal durch.
In der zweiten phasenempfindlichen Erfassungseinrichtung 24b ist das Empfangssignal durch sin(ωt+β) gegeben und ist das Referenzsignal durch cos(ωt+α) gegeben. Die folgende Gleichung wird durch Multiplizieren des Empfangssignals von sin(ωt+β) mit dem Referenzsignal von cos(ωt+α) erzielt. sin(ωt+β)cos(ωt+α) = 1/2sin(2ωt+α+β)+1/2sin(β-α) (4)
Deshalb beseitigt das Tiefpassfilter 24d den ersten Ausdruck „1/2sin(2ωt+α+β)" der Gleichung (4) und lässt den zweiten Ausdruck „1/2sin(β-α)" der Gleichung (4) durch.
Jedes der Ausgangssignale der Tiefpassfilter 24c, 24d hängt von einer Phase „α" ab. Die Ausgangssignale der Tiefpassfilter 24c, 24d werden in die Winkel-Berechnungseinrichtung 24e eingegeben. Die Winkel-Berechnungseinrichtung 24e berechnet tan(β-α) unter Verwendung der Ausgangssignale der Tiefpassfilter 24c, 24d. Bei einem derartigen Ansatz kann die Phasendifferenz „β-α" ohne Einfluss der Amplitude des Empfangssignals auf die Phasendifferenz „β-α" berechnet werden. Der tan(β-α) wird als die Phasendifferenzinformation Dp ausgegeben.
Auf diese Weise wird das Empfangssignal der Empfangsvorrichtung 13q von der Schaltungsvorrichtung 28 verarbeitet, um die Abstandsinformation Dd und die Phasendifferenzinformation Dp zu erzielen. Die Empfangssignale der Empfangsvorrichtungen 13p, 13s werden von der Schaltungsvorrichtung 28 auf die gleiche Weise wie das Empfangssignal der Empfangsvorrichtung 13q verarbeitet, so dass die Abstandsinformation Dd und die Phasendifferenzinformation Dp erzielt werden können. Daher kann die Position des Hindernisses auf der Grundlage der erzielten Information Dd, Dp und der Abstände zwischen den Empfangsvorrichtungen 13q, 13p, 13s gemessen werden. Da die Empfangsvorrichtungen 13p, 13q, 13s in einer Gruppe angeordnet sind, kann der Ultraschallsensor 20 genau die Phasendifferenzen, die der Position des Hindernisses entsprechen, über einen breiten Flächenbereich erfassen.
Nachfolgend wird das Ansteuersignal Sd, das von dem Ansteuersignalgenerator 26 ausgegeben wird, im Detail unter Bezugnahme auf die 8 bis 10B beschrieben.
8 zeigt eine Beziehung zwischen einer Rauschänderungsrate und einer Phasendifferenz zwischen dem Ansteuersignal Sd, das der Empfangsvorrichtung 13q zugeführt wird, und einem Schwingungsrauschen Sn, das sich von der Sendevorrichtung 13r zu der Empfangsvorrichtung 13p ausbreitet. Wie es aus 8 zu sehen ist, ist, wenn das Ansteuersignal Sd eine entgegen gesetzte Phase zu dem Schwingungsrauschen Sn aufweist, das Schwingungsrauschen Sn an einem Minimum. Weiterhin zeigt 8, dass dann, wenn die Phasendifferenz zwischen dem Ansteuersignal Sd und dem Schwingungsrauschen Sn von ungefähr 110 Grad bis ungefähr 250 Grad reicht, das Schwingungsrauschen Sn von dem Ansteuersignal Sd verringert ist. Deshalb ist es bevorzugt, dass das Ansteuersignal Sd derart gesteuert wird, dass die Phasendifferenz zwischen dem Ansteuersignal Sd und dem Schwingungsrauschen Sn von ungefähr 110° bis ungefähr 250° reicht.
Wie es in 9A gezeigt ist, weist das Schwingungsrauschen Sn die gleiche Anzahl von ungedämpften Wellen wie das Sendesignal St auf. Das Ansteuersignal Sd kann auch, bevor sich das Schwingungsrauschen Sn zu der Empfangsvorrichtung 13p ausbreitet, der Empfangsvorrichtung 13p zugeführt werden. Weiterhin kann das Zuführen des Ansteuersignals Sd zu der Empfangsvorrichtung 13p für eine vorbestimmte Zeitdauer fortfahren, nachdem das Ausbreiten des Schwingungsrauschens Sn zu der Empfangsvorrichtung 13p beendet ist.
9B zeigt eine Beziehung zwischen der Schwingungsrauschänderungsrate und der Wellenanzahl des Ansteuersignals Sd, das der Empfangsvorrichtung 13q zugeführt wird, bevor sich das Schwingungsrauschen Sn zu der Empfangsvorrichtung 13q ausbreitet. Wie es aus 9B zu sehen ist, wird, wenn höchstens zwei Wellen des Ansteuersignals Sd der Empfangsvorrichtung 13q vor dem Start des Ausbreitens des Schwingungsrauschens Sn zu der Empfangsvorrichtung 13q zugeführt werden, das Schwingungsrauschen Sn wirksam von dem Ansteuersignal Sd verringert. Deshalb ist es bevorzugt, dass höchstens zwei Wellen des Ansteuersignals Sd vor dem Start des Ausbreitens des Schwingungsrauschens Sn zu der Empfangsvorrichtung 13q der Empfangsvorrichtung 13q zugeführt werden.
9C zeigt eine Beziehung zwischen der Schwingungsrauschänderungsrate und der Wellenanzahl des Ansteuersignals Sd, das der Empfangsvorrichtung 13q zugeführt wird, nachdem das Ausbreiten des Schwingungsrauschens Sn zu der Empfangsvorrichtung 13q beendet ist. Wie es aus 9C zu sehen ist, wird, wenn höchstens zwei Wellen des Ansteuersignals Sd der Empfangsvorrichtung 13q nach dem Ende des Ausbreitens des Schwingungsrauschens Sn zu der Empfangsvorrichtung 13q der Empfangsvorrichtung 13q zugeführt werden, das Schwingungsrauschen Sn wirksam von dem Ansteuersignal Sd verringert. Deshalb ist es bevorzugt, dass höchstens zwei Wellen des Ansteuersignals Sd nach dem Ende des Ausbreitens des Schwingungsrauschens Sn zu der Empfangsvorrichtung 13q der Empfangsvorrichtung 13q zugeführt werden.
Weiterhin zeigt 9C, dass auch dann, wenn das Zuführen des Ansteuersignals Sd zu der Empfangsvorrichtung 13q zu einer Zeit beendet ist, zu der sich die letzte Welle des Schwingungsrauschens Sn zu der Empfangsvorrichtung 13q ausbreitet, das Schwingungsrauschen Sn nicht erhöht ist. Anders ausgedrückt kann die letzte Welle des Ansteuersignals Sd der Empfangsvorrichtung 13q zugeführt werden, wenn sich die zweitletzte Welle des Schwingungsrauschens Sn zu der Empfangsvorrichtung 13q ausbreitet.
10A stellt Amplituden des Sendesignals St, des Schwingungsrauschens Sn und des Ansteuersignals Sd dar. Wie es in 10A gezeigt ist, ist eine Amplitude Sn1 des Schwingungsrauschens Sn kleiner als eine Amplitude St1 des Sendesignals St.
10B stellt eine Beziehung zwischen der Schwingungsrauschänderungsrate und einem Verhältnis einer Amplitude Sd1 des Ansteuersignals Sd zu der Amplitude Sn1 des Schwingungsrauschens Sn dar. Wie es aus 10B zu sehen ist, wird, wenn das Verhältnis der Amplitude Sd1 zu der Amplitude Sn1 von 50 Prozent bis 100 Prozent reicht, das Schwingungsrauschen Sn von dem Ansteuersignal Sd verringert. Deshalb ist es bevorzugt, dass das Verhältnis der Amplitude Sd1 zu der Amplitude Sn1 von 50 Prozent bis 100 Prozent reicht.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, kann gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Ultraschallsensor 20 die folgenden Vorteile aufweisen.

(1) Der Ultraschallsensor 20 beinhaltet die Schaltungsvorrichtung 28, die den Ansteuersignalgenerator 26 aufweist. Der Ansteuersignalgenerator 26 gibt das Ansteuersignal Sd auf der Grundlage des Sendesignals St, das aus der Sendevorrichtung 13r ausgegeben wird, zu den piezoelektrischen Elementen 11q, 11p, 11s der Empfangsvorrichtungen 13q, 13p, 13s aus. Das Ansteuersignal Sd bewirkt, dass die piezoelektrischen Elemente 11q, 11p, 11s an entgegen gesetzten Phasen zu dem Schwingen schwingen, das sich von der Sendevorrichtung 13r durch den Schwingungsdämpfer 41 zu den Empfangsvorrichtungen 13q, 13p, 13s ausbreitet. Daher kann ein Ausbreiten eines Schwingens von der Sendevorrichtung 13r zu den Empfangsvorrichtungen 13q, 13p, 13s beseitigt werden.
(2) Es ist bevorzugt, dass das Ansteuersignal Sd derart gesteuert wird, dass die Phasendifferenz zwischen dem Ansteuersignal Sd und dem Schwingungsrauschen Sn von ungefähr 110 Grad bis ungefähr 250 Grad reicht. Bei einem derartigen Ansatz kann das Schwingungsrauschen Sn wirksam von dem Ansteuersignal Sd verringert werden.

Es ist bevorzugt, dass höchstens zwei Wellen des Ansteuersignals Sd vor dem Start des Ausbreitens des Schwingungsrauschens Sn zu den Empfangsvorrichtungen 13p, 13q, 13r den Empfangsvorrichtungen 13p, 13q, 13r zugeführt werden. Bei einem derartigen Ansatz kann das Schwingungsrauschen Sn wirksam von dem Ansteuersignal Sd verringert werden.
Es ist bevorzugt, dass höchstens zwei Wellen des Ansteuersignals Sd nach dem Ende des Ausbreitens des Schwingungsrauschens Sn zu der Empfangsvorrichtung 13q den Empfangsvorrichtungen 13p, 13q, 13r zugeführt werden. Weiterhin ist es zulässig, dass die letzte Welle des Ansteuersignals Sd der Empfangsvorrichtung 13p, 13q, 13r zugeführt wird, wenn sich die zweitletzte Welle des Schwingungsrauschens Sn zu der Empfangsvorrichtung 13q ausbreitet.
Es ist bevorzugt, dass das Verhältnis der Amplitude Sd2 des Ansteuersignals Sd zu der Amplitude Sn1 des Schwingungsrauschens Sn von 50 Prozent bis 100 Prozent reicht. Bei einem derartigen Ansatz kann das Schwingungsrauschen Sn wirksam von dem Ansteuersignal Sd verringert werden.
Ausgestaltung des zweiten Ausführungsbeispiels
Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das zuvor beschrieben worden ist, kann zum Beispiel wie folgt ausgestaltet sein.

(1) Zum Beispiel schwingt, wenn die Empfangsvorrichtung 13q die Ultraschallwelle empfängt, die von dem Hindernis reflektiert wird, das akustische Anpassungsteil 12q demgemäß. Die piezoelektrischen Elemente 12q können nicht nur ein erstes Schwingen des akustischen Anpassungsteils 12q, das der empfangenen Ultraschallwelle entspricht, sondern ebenso ein zweites Schwingen des akustischen Anpassungsteils 12q erfassen, das durch das Echo des ersten Schwingens verursacht wird. Das zweite Schwingen, das von den piezoelektrischen Elementen 11q erfasst wird, kann zu einem Fehler führen. Der Ansteuersignalgenerator 26 kann dazu ausgelegt sein, dieses Problem zu verhindern. Genauer gesagt wird das zweite Schwingen durch den Verstärker 21q in den Ansteuersignalgenerator 26 eingegeben und erzeugt der Ansteuersignalgenerator 26 das Ansteuersignal Sd auf der Grundlage des zweiten Schwingens.
(2) Wie es in 11 gezeigt ist, kann der Ultraschallsensor 20 einen Satz eines Verstärkers 21m und eine Pseudovorrichtung 13m an Stelle des Ansteuersignalgenerators 26 beinhalten. Die Pseudovorrichtung 13m erfasst lediglich ein Schwingen, das sich von der Sendevorrichtung 13r ausbreitet. Das Schwingen, das von der Pseudovorrichtung 13m erfasst wird, wird von dem Verstärker 21m verstärkt, und der Verstärker 21m gibt ein Pseudoschwingungssignal aus. In der Schaltungsvorrichtung 28 wird das Pseudoschwingungssignal von dem Empfangssignal der Empfangsvorrichtung 13q subtrahiert, um ein Schwingen auszulöschen, das sich von der Sendevorrichtung 13r zu der Empfangsvorrichtung 13q ausbreitet. Daher arbeiten ähnlich dem Ansteuersignalgenerator 26 der Verstärker 21m und die Pseudovorrichtung 13m in Verbindung miteinander, um das Schwingungsrauschen auszulöschen.

Zum Beispiel kann die Pseudovorrichtung 13m durch Bedecken der Empfangsoberfläche 12a von einer Empfangsvorrichtung mit einem Bedeckungsmaterial, zum Beispiel Gummi, ausgebildet sind, das die Ultraschallwelle unterbrechen kann. Alternativ kann die Pseudovorrichtung 13m durch Anordnen von einer Empfangsvorrichtung innerhalb des Schwingungsdämpfers 41 in der Nähe der Empfangsvorrichtung 13q ausgebildet sein. Im Übrigen kann auch dann, wenn die Empfangsvorrichtung 13q und die Pseudovorrichtung 13m unterschiedliche Empfindlichkeiten aufweisen, die Differenz der Empfindlichkeiten zwischen der Empfangsvorrichtung 13q und der Pseudovorrichtung 13m durch Einstellen der Verstärker 21q, 21m korrigiert werden.
Drittes Ausführungsbeispiel
Ein Ultraschallsensor 30 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 12A, 12B und 13 beschrieben.
Wie es in 12A und 12B gezeigt ist, beinhaltet der Ultraschallsensor 30 die Sensorvorrichtungen 13p–13s, die in einer Gruppe von zwei Reihen und zwei Spalten angeordnet sind, eine Schaltungsvorrichtung 38, die mit den Sensorvorrichtungen 12p–13s elektrisch gekoppelt ist, und ein Gehäuse 31 zum Unterbringen der Sensorvorrichtungen 13p–13s und der Schaltungsvorrichtung 38.
Die Sensorvorrichtung 13r dient als eine Sendevorrichtung zum Senden einer Ultraschallwelle. Die Sensorvorrichtung 13q ist diagonal zu der Sendevorrichtung 13r angeordnet und dient als eine Referenzempfangsvorrichtung. Die Sensorvorrichtung 13p ist neben der Referenzempfangsvorrichtung 13q in einer horizontalen Richtung angeordnet und dient als eine Empfangsvorrichtung, das heißt eine Nichtreferenzempfangsvorrichtung. Die Sensorvorrichtung 13r ist neben der Referenzempfangsvorrichtung 13q in einer vertikalen Richtung angeordnet und dient als eine Empfangsvorrichtung, das heißt eine Nichtreferenzempfangsvorrichtung. Das heißt, ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der Ultraschallsensor 30 ein Referenzempfangselement auf.
Weiterhin weist ähnlich dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Schaltungsvorrichtung 38 des Ultraschallsensors 30 den Ansteuersignalgenerator 26 auf, der das Ansteuersignal Sd und das Sperrsignal Sc ausgibt.
Zusammenfassend entspricht das dritte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einer Kombination der ersten und zweiten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Deshalb kann in dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Ultraschallsensor 30 die Vorteile aufweisen, die in dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben sind.
Viertes Ausführungsbeispiel
Ein Ultraschallsensor 110 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 14A und 14B beschrieben. Ähnlich den Ultraschallsensoren 10–30, die in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, kann der Ultraschallsensor 110 zum Beispiel als ein Hindernissensor verwendet werden, der in ein Fahrzeug eingebaut ist.
Der Ultraschallsensor 110 beinhaltet eine Sendevorrichtung 111, eine Empfangsvorrichtung 112p, 112q, 112r, einen Schwingungsdämpfer 118, einen ersten Absorber 119, einen Schwingungsisolator 190 und ein Gehäuse 131. Die Sendevorrichtung 111 sendet eine Ultraschallwelle. Die Empfangsvorrichtungen 112p, 112q, 112r erfassen die Ultraschallwelle, die von dem Hindernis reflektiert wird. Der Schwingungsdämpfer 118 verhindert ein Ausbreiten, das heißt ein Schwingungsrauschen, der Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu den Empfangsvorrichtungen 112p, 112q, 112r. Der erste Absorber 119 schützt die Sendevorrichtung 111 und die Erfassungsvorrichtungen 112p, 112q, 112r vor einer externen Kraft (einem Stoß), die auf den Ultraschallsensor 110 ausgeübt wird. Der Schwingungsisolator 190 isoliert die Sendevorrichtung 111 von den Empfangsvorrichtungen 112p, 112q, 112r, um ein Ausbreiten der Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu den Empfangsvorrichtungen 112p, 112q, 112r zu verhindern. Das Gehäuse 131 ist ähnlich einem Kasten geformt, der eine Öffnung aufweist. Die Sendevorrichtung 111, die Empfangsvorrichtungen 112p, 112q, 112r, der Schwingungsdämpfer 118, der erste Absorber 119 und der Schwingungsisolator 190 sind in dem Gehäuse 131 untergebracht.
Die Empfangsvorrichtungen 112p, 112q, 112r weisen eine identische Struktur auf. In einem nachstehenden Beispiel wird die Struktur der Empfangsvorrichtung 112p beschrieben. Die Empfangsvorrichtung 112p beinhaltet ein akustisches Anpassungsteil 113p und ein piezoelektrisches Element 114p, das mit dem akustischen Anpassungsteil 113p verbunden ist. Das akustische Anpassungsteil 113p empfängt die Ultraschallwelle, die von dem Hindernis reflektiert wird, und lässt zu, dass sich die Ultraschallwelle zu dem piezoelektrischen Element 114p ausbreitet. Daher erfasst das piezoelektrische Element 114p die Ultraschallwelle.
Das piezoelektrische Element 114p kann aus zum Beispiel piezoelektrischem Zirkonat-Titanat bzw. PZT bestehen. Das piezoelektrische Element 114p beinhaltet einen piezoelektrischen Körper und ein Paar von Elektroden 115p. Der piezoelektrische Körper weist eine rechteckige zylindrische Form auf und weist einen zu dem akustischen Anpassungsteil 113p identischen Querschnitt auf. Die Elektroden 115p sind jeweils auf gegenüber liegenden Oberflächen des piezoelektrischen Körpers in einer Ultraschallausbreitungsrichtung ausgebildet. Das heißt, der piezoelektrische Körper ist zwischen den Elektroden 115p beidseitig umfasst. Zum Beispiel können die Elektroden 115p durch Plattieren oder Zerstäuben von Platin bzw. Pt, Kupfer bzw. Cu oder Silber bzw. Ag oder durch Backen einer leitfähigen Paste ausgebildet sein.
Das akustische Anpassungsteil 113p besteht aus einem Material, das eine Schallimpedanz aufweist, die größer als eine Schallimpedanz von Luft und kleiner als eine Schallimpedanz des piezoelektrischen Elements 114p ist. Zum Beispiel kann das akustische Anpassungsteil 113p aus einem Harzmaterial einer hohen Beständigkeit, wie zum Beispiel einem Polykarbonatharz, bestehen.
Eine Dicke t des akustischen Anpassungsteils 113p ist im Wesentlichen gleich einem Viertel der Wellenlänge der Ultraschallwelle in dem akustischen Anpassungsteil 113p. Bei einem derartigen Ansatz wird eine Stehwelle in dem akustischen Anpassungsteil 113p erzeugt. Deshalb können eine Interferenz und ein Auslöschen zwischen der Ultraschallwelle, die das akustische Anpassungsteil 113p erreicht, und der Ultraschallwelle verringert werden, die an einer Grenzfläche zwischen dem piezoelektrischen Element 114p und dem akustischen Anpassungsteil 113p reflektiert wird. Als Ergebnis kann sich die Ultraschallwelle, die das akustische Anpassungsteil 113p erreicht, wirksam zu dem piezoelektrischen Element 114p ausbreiten. Es ist bevorzugt, dass eine Breite w des akustischen Anpassungsteils 113p im Wesentlichen gleich oder kleiner einer Hälfte der Wellenlänge der Ultraschallwelle in Luft ist.
Die Sendevorrichtung 111 beinhaltet ein akustisches Anpassungsteil 113 und ein mehrschichtiges piezoelektrisches Element 116, das mit dem akustischen Anpassungsteil 113 verbunden ist. Das akustische Anpassungsteil 113 weist die gleiche Struktur wie das akustische Anpassungsteil 113p auf.
Das mehrschichtige piezoelektrische Element 116 kann aus zum Beispiel piezoelektrischem Zirkonat-Titanat bzw. PZT bestehen. Das mehrschichtige piezoelektrische Element 116 beinhaltet einen piezoelektrischen Körper und ein Paar von Kammelektroden 117. Der piezoelektrische Körper weist eine rechteckige zylindrische Form auf und weist einen zu dem akustischen Anpassungsteil 113 identischen Querschnitt auf. Die Kammelektroden 117 sind derart an dem piezoelektrischen Körper ausgebildet, dass piezoelektrische Schichten mit Elektrodenschichten verschachtelt sind. Die Anzahl von Schichten kann sich gemäß einem Druck der zu sendenden Ultraschallwelle ändern. Wenn sich die Anzahl von Schichten erhöht, erhöht sich ein Druck der Ultraschallwelle, die von dem mehrschichtigen piezoelektrischen Element 116 gesendet wird.
Die Elektroden 115p des piezoelektrischen Elements 114p sind durch Drähte 114a elektrisch mit einer Schaltungsvorrichtung gekoppelt. Die Kammelektroden 117 des mehrschichtigen piezoelektrischen Elements 116 sind durch Drähte 117a elektrisch mit der Schaltungsvorrichtung gekoppelt. Die Schaltungsvorrichtung ist mit der ECU (nicht gezeigt) des Fahrzeugs gekoppelt. Obgleich die Schaltungsvorrichtung in der Zeichnung nicht gezeigt ist, kann der Ultraschallsensor 110 zum Beispiel eine der Schaltungsvorrichtungen 18, 28, 38 beinhalten, die in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung beschrieben sind.
Die akustischen Anpassungsteile 113, 113p–113r sind durch den Schwingungsdämpfer 118 in einer Gruppe angeordnet. Es ist bevorzugt, dass ein Abstand d zwischen Mittelpunkten von nebeneinander liegenden akustischen Anpassungsteilen im Wesentlichen gleich einer Hälfte der Wellenlänge der Ultraschallwelle ist.
Der Schwingungsdämpfer 118 ist an der Öffnung des Gehäuses 131 befestigt, um Empfangsoberflächen 113j der akustischen Anpassungsteile 113p–113r und eine Sendeoberfläche 113s des akustischen Anpassungsteils 113 zu bedecken. Das heißt, die Empfangsoberflächen 113j und die Sendeoberfläche 113s liegen nicht nach außerhalb des Gehäuses 131 frei. Der Schwingungsdämpfer 118 verhindert, dass Fremdmaterialien, wie zum Beispiel Wasser und Staub, nach innerhalb des Gehäuses 131 gelangen. Deshalb kann eine Zuverlässigkeit des Ultraschallsensors 110 verbessert werden. Das Gehäuse 131 ist derart in das Fahrzeug eingebaut, dass die akustischen Anpassungsteile 113, 113p–113r einem Äußeren des Fahrzeugs gegenüber liegen können. Zum Beispiel ist das Gehäuse 131 in die Stoßstange 51 des Fahrzeugs eingebaut.
Der Schwingungsdämpfer 118 besteht aus einem Material, das eine Dämpfungskonstante aufweist, die höher als eine Dämpfungskonstante von jedem der akustischen Anpassungsteile 113, 113p–113r ist, und das eine Schallimpedanz aufweist, die kleiner als eine Schallimpedanz von jedem der akustischen Anpassungsteile 113, 113p–113r ist. Zum Beispiel kann der Schwingungsdämpfer 118 aus Silikongummi bestehen. Ebenso kann der Schwingungsdämpfer 118 aus einem Material bestehen, das einen niedrigen Elastizitätsmodul bzw. Young'schen Modul und eine niedrige Dichte aufweist. Zum Beispiel kann ein Schaummaterial, wie zum Beispiel Harzschaum, Schaumgummi oder Moosgummi, geeignet als ein Material für den Schwingungsdämpfer 118 verwendet werden. Da sich der Schwingungsdämpfer 118, der aus einem derartigen Material besteht, zwischen den akustischen Anpassungsteilen 113, 113p–113r befindet, kann das Ausbreiten der Ultraschallwelle zwischen den akustischen Anpassungsteilen 113, 113p–113r verhindert werden. Demgemäß kann verhindert werden, dass ein Schwingungsrauschen aus dem Ausbreiten entsteht.
In dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist der Schwingungsdämpfer 118 die Dicke von einem Millimeter, das heißt 1 mm, oder kleiner an einem Abschnitt auf, der die Empfangsoberflächen 113j und die Sendeoberfläche 113s bedeckt. Bei einem derartigen Ansatz kann die Ultraschallwelle durch den Schwingungsdämpfer 118 geeignet gesendet und empfangen werden.
Der erste Absorber 119 besteht aus einem Material, das einen Elastizitätsmodul aufweist, das kleiner als ein Elastizitätsmodul von jedem des piezoelektrischen Elements 114p und des mehrschichtigen piezoelektrischen Elements 116 ist. Zum Beispiel kann der erste Absorber 119 aus einem hochpolymeren Material bestehen. Genauer gesagt kann der erste Absorber 119 aus Weichharz, wie zum Beispiel Urethan, oder einem Gussmaterial, wie zum Beispiel Gummi oder Silikon, oder dergleichen, bestehen. Der erste Absorber 119 befindet sich zwischen dem Gehäuse 131 und jedem des mehrschichtigen piezoelektrischen Elements 116 der Sendevorrichtung 111, des piezoelektrischen Elements 114p der Empfangsvorrichtung 112p und der piezoelektrischen Elemente (nicht gezeigt) der Empfangsvorrichtungen 112q, 112r. Jedes piezoelektrische Element ist von dem ersten Absorber 119 umgeben.
Auch dann, wenn eine Stoßkraft auf die Sendevorrichtung 111 und die Empfangsvorrichtungen 112p–112r zum Beispiel durch einen kleinen Stein ausgeübt wird, der während eines Fahrens des Fahrzeugs gegen den Schwingungsdämpfer 118 schlägt, absorbiert der erste Absorber 119 die Stoßkraft. Weiterhin hilft der erste Absorber 119, zu verhindern, dass die Sendevorrichtung 111 und die Empfangsvorrichtungen 112p–112r zu einem Boden 131a des Gehäuses 131 verschoben werden. Auf diese Weist schützt der erste Absorber 119 die Sendevorrichtung 111 und die Empfangsvorrichtungen 112p–112r vor der Stoßkraft. Weiterhin kann, da jedes piezoelektrische Element von dem ersten Absorber 119 umgeben ist, jedes piezoelektrische Element sicher vor Umgebungsfaktoren, wie zum Beispiel Wasser und Staub, geschützt werden. Demgemäß kann die Zuverlässigkeit des Ultraschallsensors 110 verbessert werden.
Der Schwingungsisolator 190 ist ähnlich einer Platte geformt und besteht aus einem Material, das einen höheren Elastizitätsmodul und eine höhere Schallimpedanz als der erste Absorber 119 aufweist. Der Schwingungsisolator 190 befindet sich zwischen der Sendevorrichtung 111 und jeder der Empfangsvorrichtungen 112p, 112r, welche sich neben der Sendevorrichtung 111 befinden. Der Schwingungsisolator 190 steht auf dem Boden 131a des Gehäuses 131, um einen Innenraum des Gehäuses 131 zu teilen. Wie es in 14A gezeigt ist, ist die Sendevorrichtung 111 mit dem Schwingungsisolator 190 und einer Seitenwand des Gehäuses 131 umgeben. Daher ist die Sendevorrichtung 111 durch den Schwingungsisolator 190 von den Empfangsvorrichtungen 112p–112r isoliert. Der Schwingungsisolator 190 ist an einem Ende an dem Schwingungsdämpfer 118 befestigt und ist an dem anderen Ende an dem ersten Absorber 119 befestigt. Die Dicke des Schwingungsisolators 190 ist bestimmt, um geeignet das Ausbreiten der Ultraschallwelle von dem mehrschichtigen piezoelektrischen Element 116 zu den akustischen Anpassungsteilen 113p–113r zu verringern. Weiterhin ist die Dicke des Schwingungsisolators 190 bestimmt, um geeignet eine Interferenz des Schwingungsisolators 190 mit den akustischen Anpassungsteilen 113p–113r an dem Schwingungsdämpfer 118 zu verringern.
Der Ultraschallsensor 110 erfasst das Hindernis wie folgt. Zuerst empfängt die Schaltungsvorrichtung des Ultraschallsensors 110 von der ECU des Fahrzeugs ein Steuersignal zum Steuern eines Drucks und einer Phase einer zu sendenden Ultraschallwelle. Die Schaltungsvorrichtung gibt ein Spannungssignal gemäß dem Steuersignal zu dem mehrschichtigen piezoelektrischen Element 115 aus. Das mehrschichtige piezoelektrische Element 116 schwingt gemäß dem Steuersignal, um die Ultraschallwelle abzugeben, die den gesteuerten Druck und die gesteuerte Phase aufweist.
In dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das mehrschichtige piezoelektrische Element 116 eine fünfschichtige Struktur auf. Deshalb kann ein Druck der Ultraschallwelle, die von dem mehrschichtigen piezoelektrischen Element 116 abgegeben wird, fünfmal größer als der der Ultraschallwelle sein, die von einem einschichtigen piezoelektrischen Element abgegeben wird. Daher kann das mehrschichtige piezoelektrische Element 116 die Ultraschallwelle eines hohen Drucks abgeben.
Der Schwingungsisolator 190, welcher die Sendevorrichtung 111 von den Empfangsvorrichtungen 112p–112r isoliert, weist den höheren Elastizitätsmodul und die höhere Schallimpedanz als der erste Absorber 119 auf. Deshalb wird die Ultraschallwelle, die von dem mehrschichtigen piezoelektrischen Element 116 abgegeben wird, an einer Grenzfläche zwischen dem ersten Absorber 119 und dem Schwingungsisolator 190 reflektiert. Auf diese Weise kann, obgleich ein Druck der Ultraschallwelle hoch ist, die von dem mehrschichtigen piezoelektrischen Element 116 abgegeben wird, der Schwingungsisolator 190 geeignet das Ausbreiten der Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu den Empfangsvorrichtungen 112p–112r verringern. Demgemäß kann das Schwingungsrauschen verringert werden, das aus dem Ausbreiten entsteht.
Die Ultraschallwelle, die von dem mehrschichtigen piezoelektrischen Element 116 abgegeben wird, breitet sich durch das akustische Anpassungsteil 113 aus und wird dann durch die Sendeoberfläche 113s gesendet. Die gesendete Ultraschallwelle wird von dem Hindernis reflektiert und durch die Empfangsoberflächen 113j der akustischen Anpassungsteile 113p–113r empfangen. Zum Beispiel breitet sich die Ultraschallwelle, die durch die Empfangsoberfläche 113j des akustischen Anpassungsteils 113p empfangen wird, durch das akustische Anpassungsteil 113p zu dem piezoelektrischen Element 114p aus und wird von dem piezoelektrischen Element 114p zu einem Spannungssignal gewandelt. Das piezoelektrische Element 114p gibt das Spannungssignal zu der Schaltungsvorrichtung aus. Die Schaltungsvorrichtung verarbeitet das Spannungssignal und gibt das verarbeitete Signal zu der ECU aus.
Zum Beispiel kann der Abstand zwischen dem Ultraschallsensor 110 und dem Hindernis auf der Grundlage einer Zeit von da an, wenn die Ultraschallwelle gesendet wird, bis dahin, wenn die Ultraschallwelle empfangen wird, gemessen werden. Weiterhin kann, da die Empfangsvorrichtungen 112p–112r in einer Gruppe angeordnet sind, die Position des Hindernisses auf der Grundlage einer Zeitdifferenz und einer Phasendifferenz zwischen den Ultraschallwellen erfasst werden, die von den Empfangsvorrichtungen 112p–112r empfangen werden.
Der Schwingungsdämpfer 118 befindet sich zwischen den akustischen Anpassungsteilen 113p–113r. Die Ultraschallwelle wird durch die akustischen Anpassungsteile 113p–113r geteilt. Die geteilten Ultraschallwellen breiten sich durch die akustischen Anpassungsteile 113p–113r zu den jeweiligen Empfangsvorrichtungen 112p–112r aus. Deshalb werden gute Übersprechcharakteristiken erzielt, so dass der Ultraschallsensor 110 die Ultraschallwelle genau erfassen kann.
Ausgestaltung des vierten Ausführungsbeispiels
Das vierte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel wie folgt ausgestaltet sein. Die akustischen Anpassungsteile 113, 113p–113r können durch den Schwingungsdämpfer 118 an Seitenoberfächen neben den Empfangsoberflächen 113j und der Sendeoberfläche 113s derart an dem Gehäuse 131 befestigt sein, dass die Empfangsoberflächen 113j und die Sendeoberfläche 113s nach außen freiliegen. In diesem Fall kann ein Bedecken oder dergleichen an den freiliegenden Empfangsoberflächen 113j und der freiliegenden Sendeoberfläche 113s angewendet werden.
Der Schwingungsisolator 190 kann integral mit dem Gehäuse 131 ausgebildet sein. Das heißt, das Gehäuse 131 und der Schwingungsisolator 190 können als ein einziges Stück ausgebildet sein. Bei einem derartigen Ansatz kann die Anzahl von Teilen des Ultraschallsensors 110 verringert werden und kann der Schwingungsisolator 190 genau in dem Gehäuse 131 angeordnet werden.
Wie es in 15 gezeigt ist, können der Schwingungsdämpfer 118, das Gehäuse 131 und der Schwingungsisolator 190 durch ein Verbindungsstück 118a verbunden sein. Bei einem derartigen Ansatz können die Sendevorrichtung 111 und die Empfangsvorrichtungen 112p–112r genau bezüglich des Gehäuses 131 und des Schwingungsisolators 190 angeordnet werden. Zum Beispiel kann das Verbindungsstück 118a durch ein Zwei-Farben- bzw. Zwei-Material-Giessverfahren, ein Wärmekompressions-Verbindungsverfahren, ein Laserschweißverfahren, ein Vulkanisierungsverbindungsverfahren, ein Haftmittel oder dergleichen ausgebildet sein.
Der Schwingungsisolator 190 kann eine kleinere Dicke auf der Seite des akustischen Anpassungsteils als auf der Seite des piezoelektrischen Elements aufweisen. Zum Beispiel kann, wie es in 16 gezeigt ist, der Schwingungsisolator 190 einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Bei einem derartigen Ansatz kann die Interferenz des Schwingungsisolators 190 an den akustischen Anpassungsteilen 113p–113r an dem Schwingungsdämpfer 118 verringert werden und kann eine Festigkeit des Schwingungsisolators 190 erhöht werden. Für ein anderes Beispiel kann der Schwingungsisolator 190 mit zwei Platten ausgebildet sein, die derart miteinander verbunden sind, dass der Schwingungsisolator 190 einen stufenförmigen Querschnitt aufweist.
Der Schwingungsisolator 190 kann eine Schichtstruktur aufweisen, in welcher ein weiches Material zwischen festen Materialien beidseitig umfasst ist. Zum Beispiel kann, wie es in 17 gezeigt ist, der Schwingungsisolator 190 mit Metallplatten 190b und einer Harzschicht 190a aufgebaut sein, die zwischen den Metallplatten 190b beidseitig umfasst ist. Bei einem derartigen Ansatz dämpft die Harzschicht 190a auch dann, wenn die Ultraschallwelle nicht von den Metallplatten 190b reflektiert wird, die Ultraschallwelle, die durch die Metallplatten 190b geht. Daher kann das Schwingungsrauschen verringert werden, das aus dem Ausbreiten der Ultraschallwelle aus der Sendevorrichtung 111 zu den Empfangsvorrichtungen 112p–112r entsteht.
Die Form des ersten Absorbers 119 kann sich abhängig von der beabsichtigten Verwendung ändern. Zum Beispiel kann der erste Absorber 119 lediglich zwischen dem Boden 131a des Gehäuses 131 und jedem der piezoelektrischen Elemente der Sendevorrichtung 111 und der Empfangsvorrichtungen 112p–112r ausgebildet sein. Alternativ kann der Innenraum des Gehäuses 131 mit dem ersten Absorber 119 gefüllt sein.
Das akustische Anpassungsteil 113, 113p–113r kann eine andere Form als ein rechteckiger Zylinder mit einem quadratischen Querschnitt aufweisen. Zum Beispiel können die akustischen Anpassungsteile 113, 113p–113r einen kreisförmigen Zylinder mit einem kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Bei einem derartigen Ansatz kann ein unerwünschtes Schwingen in den akustischen Anpassungsteilen 113, 113p–113r geeignet verringert werden.
Die Anzahl und die Anordnung der Sendevorrichtung und der Empfangsvorrichtungen können sich abhängig von der beabsichtigten Verwendung ändern. Zum Beispiel muss, wenn der Ultraschallsensor 110 aufgebaut ist, um den Abstand zu messen, der Ultraschallsensor 110 mindestens eine Sendevorrichtung und eine Empfangsvorrichtung aufweisen. Für ein anderes Beispiel muss, wenn der Ultraschallsensor 110 aufgebaut ist, um die Richtung zu messen, der Ultraschallsensor 110 mindestens eine Sendevorrichtung und zwei Empfangsvorrichtungen aufweisen.
Ähnlich der Sendevorrichtung 111 können die Empfangsvorrichtungen 112p–112r eine mehrschichtige Struktur aufweisen.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, kann gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Ultraschallsensor 110 die folgenden Vorteile aufweisen.

(1) Die Sendevorrichtung 111 verwendet das mehrschichtige piezoelektrische Element 116. Deshalb kann die Sendevorrichtung 111 die Ultraschallwelle eines hohen Drucks senden. Da die Sendevorrichtung 111 durch den Schwingungsisolator 190 von den Empfangsvorrichtungen 112p–112r isoliert ist, kann das Schwingungsrauschen verringert werden, das aus dem Ausbreiten der Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu den Empfangsvorrichtungen 112p–112r entsteht. Daher kann der Ultraschallsensor 110 sowohl eine Ultraschallwelle eines hohen Drucks als auch ein niedriges Schwingungsrauschen erzielen.
(2) Der erste Absorber 119 schützt die Sendevorrichtung 111 und die Empfangsvorrichtungen 112p–112r vor der externen Kraft, die auf den Ultraschallsensor 110 ausgeübt wird. Da der Schwingungsisolator 190 die höhere Schallimpedanz als der erste Absorber 119 aufweist, wird die Ultraschallwelle, die von dem mehrschichtigen piezoelektrischen Element 116 abgegeben wird, an der Grenzfläche zwischen dem ersten Absorber 119 und dem Schwingungsisolator 190 reflektiert. Daher kann auch dann, wenn die abgegebene Ultraschallwelle einen hohen Druck aufweist, der Schwingungsisolator 190 geeignet das Ausbreiten der Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu den Empfangsvorrichtungen 112p–112r verringern. Demgemäß kann das Schwingungsrauschen verringert werden, das aus dem Ausbreiten entsteht.
(3) Der Schwingungsisolator 190 kann integral mit dem Gehäuse 131 ausgebildet sein. Bei einem derartigen Ansatz kann die Anzahl von Teilen des Ultraschallsensors 110 verringert sein und kann der Schwingungsisolator 190 genau in dem Gehäuse 131 angeordnet sein.
(4) Der Schwingungsisolator 190 kann eine kleinere Dicke auf der Seite des akustischen Anpassungsteils als auf der Seite des piezoelektrischen Elements aufweisen. Bei einem derartigen Ansatz kann die Interferenz des Schwingungsisolators 190 zu den akustischen Anpassungsteilen 113p–113r an dem Schwingungsdämpfer 118 verringert sein und kann die Festigkeit des Schwingungsisolators 190 erhöht sein.
(5) Der Schwingungsisolator 190 kann eine Schichtstruktur aufweisen, in welcher ein weiches Material zwischen festen Materialien beidseitig umfasst ist. Bei einem derartigen Ansatz dämpft auch dann, wenn die Ultraschallwelle, die von der Sendevorrichtung 111 abgegeben wird, nicht von den festen Materialien reflektiert wird, das weiche Material die Ultraschallwelle, die durch die festen Materialien geht. Daher kann das Schwingungsrauschen verringert sein, das aus dem Ausbreiten der Ultraschallwelle entsteht.
(6) Die Sendeoberfläche 113s und die Empfangsoberflächen 113j sind mit dem Schwingungsdämpfer 118 bedeckt. Bei einem derartigen Ansatz können die Sendevorrichtung 111 und die Empfangsvorrichtungen 112p–112r sicher vor Umgebungsfaktoren, wie zum Beispiel Wasser und Staub, geschützt werden. Demgemäß kann die Zuverlässigkeit des Ultraschallsensors 110 verbessert sein.

Fünftes Ausführungsbeispiel
Ein Ultraschallsensor 120 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 18 beschrieben.
Unterschiede zwischen dem vierten und fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind wie folgt.
Wie es in 18 gezeigt ist, weist der Ultraschallsensor 120 einen zweiten Absorber 121 zusätzlich zu dem ersten Absorber 119 auf. Der zweite Absorber 121 besteht aus einem Material, das einen niedrigeren Elastizitätsmodul und eine niedrigere Schallimpedanz als der erste Absorber 119 aufweist. Zum Beispiel kann der zweite Absorber 121 aus Gel bestehen. Der erste Absorber 119 wird zwischen dem Boden 131a des Gehäuses 131 und jedem der piezoelektrischen Elemente der Sendevorrichtung 111 und der Empfangsvorrichtungen 112p–112r angeordnet. Der zweite Absorber 121 ist auf dem ersten Absorber 119 angeordnet, um die piezoelektrischen Elemente der Sendevorrichtung 111 und der Empfangsvorrichtungen 112p–112r zu umgeben.
Auch dann, wenn die externe Kraft durch den Schwingungsdämpfer 118 auf die Sendevorrichtung 111 und die Empfangsvorrichtungen 112p–112r ausgeübt wird, absorbiert der erste Absorber 119 die externe Kraft. Da jedes piezoelektrische Element von dem zweiten Absorber 121 umgeben ist, kann jedes piezoelektrische Element sicher vor Umgebungsfaktoren, wie zum Beispiel Wasser und Staub, geschützt sein. Demgemäß kann die Zuverlässigkeit des Ultraschallsensors 110 verbessert sein. Weiterhin kann, da der zweite Absorber 121, der in der Nähe der akustischen Anpassungsteile 113, 113p–113r angeordnet ist, den niedrigeren Elastizitätsmodul als der erste Absorber 119 aufweist, das Dämpfen der Ultraschallwelle in den akustischen Anpassungsteilen 113, 113p–113r verringert sein.
Ausgestaltung des fünften Ausführungsbeispiels
Das fünfte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel wie folgt ausgestaltet sein. Ein Absorber, der zwischen dem Boden 131a des Gehäuses 131 und jedem der Empfangsvorrichtungen 112p–112r angeordnet ist, kann einen Elastizitätsmodul aufweisen, der sich von dem eines Absorbers unterscheidet, der zwischen dem Boden 131a und der Sendevorrichtung 111 angeordnet ist. Genauer gesagt kann, wie es in 19 gezeigt ist, ein dritter Absorber 122 zwischen dem mehrschichtigen piezoelektrischen Element 116 und dem Boden 131a angeordnet sein. Der dritte Absorber 122 weist einen höheren Elastizitätsmodul als der erste Absorber 119 auf. Bei einem derartigen Ansatz kann das mehrschichtige piezoelektrische Element 116 wirksam die Ultraschallwelle abgeben.
Weiterhin kann, wie es in 20 gezeigt ist, der dritte Absorber 122 eine größere Höhe gemessen von dem Boden 131a als der erste Absorber 119 aufweisen. Bei einem derartigen Ansatz wird ein Querschwingen des mehrschichtigen piezoelektrischen Elements 116 derart eingeschränkt, dass das mehrschichtige piezoelektrische Element 116 wirksam die Ultraschallwelle abgeben kann.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, kann gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Ultraschallsensor 120 die folgenden Vorteile aufweisen.

(1) Der Ultraschallsensor 120 weist den zweiten Absorber 121 zusätzlich zu dem ersten Absorber 119 auf. Der zweite Absorber 121 weist den niedrigeren Elastizitätsmodul als der erste Absorber 119 auf. Der erste Absorber 119 ist zwischen dem Boden 131a des Gehäuses 131 und jedem der piezoelektrischen Elemente der Sendevorrichtung 111 und der Empfangsvorrichtungen 112p–112r angeordnet. Der zweite Absorber 121 ist auf dem ersten Absorber 119 angeordnet, um die piezoelektrischen Elemente der Sendevorrichtung 111 und der Empfangsvorrichtungen 112p–112r zu umgeben. Die externe Kraft, die durch den Schwingungsdämpfer 118 auf die Sendevorrichtung 111 und die Empfangsvorrichtungen 112p–112r ausgeübt wird, kann von dem ersten Absorber 119 absorbiert werden. Die piezoelektrischen Elemente sind von dem zweiten Absorber 121 umgeben, so dass die piezoelektrischen Elemente vor Umgebungsfaktoren, wie zum Beispiel Wasser und Staub, geschützt sein können. Da der zweite Absorber 121 den niedrigeren Elastizitätsmodul als der erste Absorber 119 aufweist, kann das Dämpfen der Ultraschallwelle in den akustischen Anpassungsteilen 113, 113p–113r verringert werden.
(2) Der dritte Absorber 122 kann zwischen dem mehrschichtigen piezoelektrischen Element 116 und dem Boden 131a angeordnet sein. Da der dritte Absorber 122 den höheren Elastizitätsmodul als der erste Absorber 119 aufweist, kann das mehrschichtige piezoelektrische Element 116 wirksam die Ultraschallwelle abgeben.
(3) Der dritte Absorber 122 kann die Höhe aufweisen, die größer als die des ersten Absorbers 119 ist. Bei einem derartigen Ansatz wird das Querschwingen des mehrschichtigen piezoelektrischen Elements 116 derart eingeschränkt, dass das mehrschichtige piezoelektrische Element 116 die Ultraschallwelle wirksam abgeben kann.

Sechstes Ausführungsbeispiel
Ein Ultraschallsensor 130 gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 21A beschrieben. Unterschiede zwischen dem vierten und sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind wie folgt.
Wie es in 21A gezeigt ist, beinhaltet der Ultraschallsensor 130 zwei Sendevorrichtungen 111a, 111b und zwei Empfangsvorrichtungen 112q, 112r. Die Empfangsvorrichtungen 112q, 112r sind Seite an Seite in der horizontalen Richtung angeordnet. Die Sendevorrichtungen 111a, 111b befinden sich unter den Empfangsvorrichtungen 112q, 112r und sind Seite an Seite in der horizontalen Richtung angeordnet. Die Sendevorrichtungen 111a, 111b sind durch den Schwingungsisolator 190 derart von den Empfangsvorrichtungen 112q, 112r isoliert, dass das Ausbreiten der Ultraschallwelle von den Sendevorrichtungen 111a, 111b zu den Empfangsvorrichtungen 112q, 112r verringert werden kann.
Ein akustisches Anpassungsteil 113a der Sendevorrichtung 111a weist einen rechteckigen Querschnitt auf, der eine Länge, das heißt eine lange Seite, in der horizontalen Richtung, und eine Breite, das heißt eine kurze Seite, in einer vertikalen Richtung aufweist. Deshalb weist die Sendevorrichtung 111a eine größere Richtwirkung in der vertikalen Richtung auf.
Andererseits weist ein akustisches Anpassungsteil 113b der Sendevorrichtung 111b einen rechteckigen Querschnitt auf, der eine Länge in der vertikalen Richtung und eine Breite in der horizontalen Richtung aufweist. Deshalb weist die Sendevorrichtung 111b eine höhere Richtwirkung in der horizontalen Richtung auf.
Zusammengefasst weisen die Sendevorrichtungen 111a, 111b unterschiedliche Richtwirkungen auf. Der Ultraschallsensor 130 kann zwischen den Sendevorrichtungen 111a, 111b zum Beispiel gemäß Straßenzuständen schalten. In dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung senden die Sendevorrichtungen 111a, 111b abwechselnd die Ultraschallwelle. Wenn die Sendevorrichtung 111a die Ultraschallwelle sendet, kann der Ultraschallsensor 130 das Hindernis in der Nähe des Bodens, das heißt der Straßenoberfläche, erfassen. Wenn die Sendevorrichtung 111b die Ultraschallwelle sendet, kann der Ultraschallsensor 130 das Hindernis über einen breiten horizontalen Flächenbereich erfassen.
Wenn die Straßenbedingungen schlecht sind, ist die Ultraschallwelle groß, die von der Straßenoberfläche reflektiert wird. Deshalb kann, wenn die Straßenbedingungen schlecht sind, der Ultraschallsensor 130 das Hindernis nicht auf der Grundlage der Ultraschallwelle erfassen, die von der Sendevorrichtung 111a gesendet wird, welche die vertikale Richtwirkung aufweist. In einem derartigen Fall kann der Ultraschallsensor 130 das Hindernis auf der Grundlage der Ultraschallwelle erfassen, die von der Sendevorrichtung 111b gesendet wird, welche die horizontale Richtwirkung aufweist. Umgekehrt kann der Ultraschallsensor 130 das Hindernis auf der Grundlage der Ultraschallwelle erfassen, die von der Sendevorrichtung 111a gesendet wird, wenn der Ultraschallsensor 130 das Hindernis nicht auf der Grundlage der Ultraschallwelle erfassen kann, die von der Sendevorrichtung 111b gesendet wird. Auf diese Weise arbeiten die Sendevorrichtungen 111a, 111b komplementär zueinander, so dass der Ultraschallsensor 130 das Hindernis mit einer höheren Empfindlichkeit über einen breiten Flächenbereich erfassen kann.
Ausgestaltung des sechsten Ausführungsbeispiels
Das sechste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel wie folgt ausgestaltet sein. Wie es in 21B gezeigt ist, können die Empfangsvorrichtungen 112q, 112r unterschiedliche Richtwirkungen aufweisen. Ein akustisches Anpassungsteil 113q der Empfangsvorrichtung 112q weist einen rechteckigen Querschnitt auf, der eine Länge in der horizontalen Richtung und eine Breite in der vertikalen Richtung aufweist. Deshalb weist die Empfangsvorrichtung 112q eine größere Richtwirkung in der vertikalen Richtung auf. Andererseits weist ein akustisches Anpassungsteil 113r der Empfangsvorrichtung 112r einen rechteckigen Querschnitt auf, der eine Länge in der vertikalen Richtung und eine Breite in der horizontalen Richtung aufweist. Deshalb weist die Empfangsvorrichtung 112r eine größere Richtwirkung in der horizontalen Richtung auf. Der Ultraschallsensor 130 kann zwischen den Empfangsvorrichtungen 112q, 112r gemäß zum Beispiel Straßenbedingungen schalten.
Die Anzahl und die Anordnung der Sendevorrichtungen und der Empfangsvorrichtungen können sich abhängig von der beabsichtigten Verwendung ändern.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, weist gemäß dem Ultraschallsensor 130 des sechsten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung ein Satz von Sendevorrichtungen oder ein Satz von Empfangsvorrichtungen unterschiedliche Richtwirkungen auf. Deshalb kann der Ultraschallsensor 130 das Hindernis mit einer hohen Genauigkeit über einen breiten Bereich durch Ändern der Richtwirkungen gemäß Bedingungen, wie zum Beispiel Straßenbedingungen, erfassen.
Siebtes Ausführungsbeispiel
Ein Ultraschallsensor 140 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 22 beschrieben. Unterschiede zwischen dem vierten und siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind wie folgt.
Wie es in 22 gezeigt ist, weist der Ultraschallsensor 140 einen Schwingungsisolator 191 an Stelle des Schwingungsisolators 190 auf. Der Schwingungsisolator 191 beinhaltet eine erste Platte 191a, eine zweite Platte 191b und eine Kernschicht 191c, die zwischen den ersten und zweiten Platten 191a, 191b beidseitig umfasst ist. Jede der ersten und zweiten Platten 191a, 191b weist eine höhere Schallimpedanz als die Kernschicht 191c auf.
Deshalb ist eine Schallimpedanzdifferenz an einer Grenzfläche zwischen der ersten Platte 191a und der Kernschicht 191c und an einer Grenzfläche zwischen der zweiten Platte 191b und der Kernschicht 191c groß. Daher wird die Ultraschallwelle aus der Sendevorrichtung 111 einfach an jeder Grenzfläche reflektiert, so dass das Ausbreiten der Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu den Empfangsvorrichtungen 112p–112r verringert werden kann.
Ausgestaltung des siebten Ausführungsbeispiels
Das siebte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel wie folgt ausgestaltet sein. Wie es in 23 gezeigt ist, kann der Ultraschallsensor 140 einen Schwingungsisolator 192 an Stelle des Schwingungsisolators 191 aufweisen. Der Schwingungsisolator 192 beinhaltet eine erste Platte 192a und eine zweite Platte 192b. Die erste Platte 192a und die zweite Platte 192b sind derart miteinander verbunden, dass ein abgedichteter Raum 192c zwischen der ersten Platte 192a und der zweiten Platte 192b vorgesehen sein kann. Der abgedichtete Raum 192c ist mit einem Abdichtelement 192d gefüllt. Jede der ersten und zweiten Platten 192a, 192b weist eine höhere Schallimpedanz als das Abdichtelement 192d auf. Zum Beispiel weist, wie es in 23 ist, die erste Platte 192a Vorsprünge auf, die in Kontakt mit der zweiten Platte 192b sind, um den abgedichteten Raum 192c vorzusehen.
Bei einem derartigen Ansatz kann eine Schallimpedanzdifferenz an einer Grenzfläche zwischen der ersten Platte 192a und dem Abdichtelement 192d und an einer Grenzfläche zwischen der zweiten Platten 19b und dem Abdichtelement 192d groß sein. Daher wird die Ultraschallwelle aus der Sendevorrichtung 111 einfach an jeder Grenzfläche reflektiert, so dass das Ausbreiten der Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu den Empfangsvorrichtungen 112p–112r verringert werden kann. Zum Beispiel kann das Abdichtelement 192d Gel oder Gas, wie zum Beispiel Luft, sein. Gas weist eine hohe Komprimierbarkeit auf und Gel weist eine große Dämpfungskonstante auf. Deshalb kann das Abdichtelement 192d geeignet das Ausbreiten der Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu den Empfangsvorrichtungen 112p–112r absorbieren.
Der Schwingungsisolator 192 kann weiterhin ein Wabenstrukturelement (nicht gezeigt) beinhalten, das in dem abgedichteten Raum 192c angeordnet ist, um den abgedichteten Raum 192c zu teilen. Bei einem derartigen Ansatz kann das Ausbreiten der Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu den Empfangsvorrichtungen 112p–112r wirksam verringert sein. Weiterhin kann die Festigkeit des Schwingungsisolators 192 erhöht sein.
Alternativ kann, wie es in 24 gezeigt ist, der Ultraschallsensor 140 einen Schwingungsisolator 193 an Stelle des Schwingungsisolators 191 aufweisen. Der Schwingungsisolator 193 weist eine eingeschlossene Gasblase 193a auf. Eine Schallimpedanzdifferenz in dem Schwingungsisolator 193 kann an der eingeschlossenen Gasblase 193a groß sein. Deshalb wird die Ultraschallwelle aus der Sendevorrichtung 111 einfach an der eingeschlossenen Gasblase 193a reflektiert, so dass das Ausbreiten der Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu den Empfangsvorrichtungen 112p–112r verringert sein kann. Der Schwingungsisolator 193 kann verglichen mit den anderen Schwingungsisolatoren einfach hergestellt sein. Deshalb können Herstellungskostendes Ultraschallsensors 140 verringert sein.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, kann gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Ultraschallsensor 140 die folgenden Vorteile aufweisen.

(1) Der Schwingungsisolator 191 beinhaltet die erste Platte 191a, die zweite Platte 191b und die Kernschicht 191c, die zwischen den ersten und zweiten Platten 191a, 191b beidseitig umfasst ist. Jede der ersten und zweiten Platten 191a, 191b weist die höhere Schallimpedanz als die Kernschicht 191c auf. Deshalb ist die Schallimpedanzdifferenz in dem Schwingungsisolator 191 an der Grenzfläche zwischen der ersten Platte 191a und der Kernschicht 191c und an der Grenzfläche zwischen der zweiten Platte 191b und der Kernschicht 191c groß. Daher wird die Ultraschallwelle aus der Sendevorrichtung 111 einfach an jeder Grenzfläche reflektiert, so dass das Ausbreiten der Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu den Empfangsvorrichtungen 112p–112r verringert sein kann.
(2) Der Ultraschallsensor 140 kann den Schwingungsisolator 192 an Stelle des Schwingungsisolators 191 aufweisen. Der Schwingungsisolator 192 beinhaltet die erste Platte 192a, die zweite Platte 192b und den abgedichteten Raum 192c, der mit Abdichtelement 192d gefüllt ist. Jede der ersten und zweiten Platten 192a, 192b weist die höhere Schallimpedanz als das Abdichtelement 192d auf. Die Schallimpedanzdifferenz in dem Schwingungsisolator 192 kann an der Grenzfläche zwischen der ersten Platte 192a und dem Abdichtelement 192d und an der Grenzfläche zwischen der zweiten Platte 192b und dem Abdichtelement 192d groß sein. Daher wird die Ultraschallwelle aus der Sendevorrichtung 111 einfach an jeder Grenzfläche reflektiert, so dass das Ausbreiten der Ultraschallwelle aus der Sendevorrichtung 111 zu den Empfangsvorrichtungen 112p–112r verringert sein kann. Das Abdichtelement 192d kann Gel oder Gas, wie zum Beispiel Luft, sein. Gas weist eine hohe Komprimierbarkeit auf und Gel weist eine große Dämpfungskonstante auf. Deshalb kann das Abdichtelement 192d geeignet das Ausbreiten der Ultraschallwelle absorbieren.
(3) Der Schwingungsisolator 192 kann weiterhin die Wabenstrukturschicht (nicht gezeigt) beinhalten, die in dem abgedichteten Raum 192c angeordnet ist, um den abgedichteten Raum 192c zu teilen. Bei einem derartigen Ansatz kann das Ausbreiten der Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu den Empfangsvorrichtungen 112p-112r wirksam verringert sein und kann die Festigkeit des Schwingungsisolators 192 erhöht sein.
(4) Der Ultraschallsensor 140 kann den Schwingungsisolator 193 an Stelle des Schwingungsisolators 191 aufweisen. Der Schwingungsisolator 193 weist die eingeschlossene Gasblase 193a auf. Die Schallimpedanzdifferenz in dem Schwingungsisolator 193 kann an der eingeschlossenen Gasblase 193a groß sein. Deshalb wird die Ultraschallwelle aus der Sendevorrichtung 111 einfach an der eingeschlossenen Gasblase 193a reflektiert, so dass das Ausbreiten der Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu den Empfangsvorrichtungen 112p–112r verringert sein kann. Der Schwingungsisolator 193 kann einfach hergestellt werden, so dass die Herstellungskosten des Ultraschallsensors 140 verringert sein können.

Achtes Ausführungsbeispiel
Ein Ultraschallsensor 150 gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 25 beschrieben. Unterschiede zwischen dem vierten und achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind wie folgt.
Wie es in 25 gezeigt ist, beinhaltet der Ultraschallsensor 150 ein Gehäuse 131b an Stelle des Gehäuses 131 und einen Schwingungsisolator 194 an Stelle des Schwingungsisolators 190. Das Gehäuse 131b weist ein Durchgangsloch 131c an einem Boden 131a auf. Der Schwingungsisolator 194 weist eine Verlängerung 194a auf, die durch das Durchgangsloch 131c nach außerhalb des Gehäuses 131b frei liegt. Ein elastisches Element 151 ist an der Verlängerung 194a angebracht, um ein Schwingen der Verlängerung 194a zu verringern. Zum Beispiel kann das elastische Element 151 aus Gummi, Gel oder dergleichen bestehen.
Bei einem derartigen Ansatz kann eine Resonanzfrequenz des Schwingungsisolators 194 verringert sein. Weiterhin ist, da das Schwingen der Verlängerung 194a durch das elastische Element 151 verringert ist, die Schwingen des gesamten Schwingungsisolators 194 demgemäß verringert. Daher kann das Ausbreiten der Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu den Empfangsvorrichtungen 112p–112r verringert sein.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, kann gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Ultraschallsensor 150 die folgenden Vorteile aufweisen.

(1) Der Schwingungsisolator 194 weist die Verlängerung 194a auf, die durch das Durchgangsloch 131c nach außerhalb des Gehäuses 131b frei liegt. Daher kann die Resonanzfrequenz des Schwingungsisolators 194 verringert sein. Weiterhin kann, da die Verlängerung 194a nach außerhalb des Gehäuses 131b frei liegt, das Schwingen des Schwingungsisolators 194 wirksam an der Verlängerung 194a verringert sein. Daher kann das Ausbreiten der Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu den Empfangsvorrichtungen 112p–112r verringert sein.
(2) Das elastische Element 151 ist an der Verlängerung 194a des Schwingungsisolators 194 angebracht. Daher ist das Schwingen der Verlängerung 194a durch das elastische Element 151 verringert. Das Schwingen des gesamten Schwingungsisolators 194 ist demgemäß verringert.

Neuntes Ausführungsbeispiel
Ein Ultraschallsensor 160 gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 26 beschrieben. Unterschiede zwischen dem vierten und neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind wie folgt.
Wie es in 26 gezeigt ist, beinhaltet der Ultraschallsensor 160 einen Aktor 161, der als eine Rausch-Beseitigungseinrichtung dient. Der Aktor 161 ist zwischen dem Schwingungsisolator 190 und dem Boden 131a des Gehäuses 131 angeordnet. Der Aktor 161 ist durch einen Draht 161a elektrisch mit der Schaltungsvorrichtung (nicht gezeigt) gekoppelt. Der Aktor 161 erfasst das Schwingen des Schwingungsisolators 190 und legt ein Schwingen, das eine entgegen gesetzte Phase zu dem erfassten Schwingen aufweist, an den Schwingungsisolator 190 an, um dadurch das Schwingen des Schwingungsisolators 190 zu dämpfen. Alternativ kann das Schwingen, das von dem Aktor 161 auf den Schwingungsisolator 190 ausgeübt wird, gemäß einem Druck der Ultraschallwelle eingestellt werden, die von der Sendevorrichtung 111 abgegeben wird.
Der Aktor 161 kann zwischen dem Boden 131a und jeder der Empfangsvorrichtungen 112p–112r angeordnet sein. In diesem Fall erfasst der Aktor 161 Schwingungen der Empfangsvorrichtungen 112p–112r und übt Schwingungen, die eine entgegen gesetzte Phase zu den erfassten Schwingungen aufweisen, an die Empfangsvorrichtungen 112p–112r aus, um dadurch die Schwingungen der Empfangsvorrichtungen 112p–112r zu dämpfen.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, beinhaltet gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Ultraschallsensor 160 den Aktor 161, der zwischen dem Schwingungsisolator 190 und dem Boden 131a des Gehäuses 131 angeordnet ist. Der Aktor 161 erfasst das Schwingen des Schwingungsisolators 190 und übt das Schwingen, das eine entgegen gesetzte Phase zu dem erfassten Schwingen aufweist, an den Schwingungsisolator 190 aus, um dadurch das Schwingen des Schwingungsisolators 190 zu dämpfen. Daher kann das Ausbreiten der Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu den Empfangsvorrichtungen 112p–112r verringert sein.
Zehntes Ausführungsbeispiel
Ein Ultraschallsensor 170 gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 27A und 27B beschrieben. Unterschiede zwischen dem vierten und zehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind wie folgt. Der Ultraschallsensor 170 weist eine Sendevorrichtung 11 und eine Empfangsvorrichtung 112p auf. Alternativ kann der Ultraschallsensor 170 ähnlich dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung drei Empfangsvorrichtungen 112p–112r aufweisen.
Wie es in 27A und 27B gezeigt ist, weist der Ultraschallsensor 170 einen Schwingungsisolator 195 an Stelle des Schwingungsisolators 190 auf. Der Schwingungsisolator 195 weist unebene Seitenoberflächen mit Vertiefungen und Vorsprüngen auf.
Eine Resonanzfrequenz des Schwingungsisolators 195 hängt von der Form der unebenen Seitenoberflächen ab. Deshalb kann eine Resonanz des Schwingungsisolators 195 durch Einstellen der Form der unebenen Seitenoberflächen verringert sein.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, weist gemäß dem Ultraschallsensor 170 des zehnten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung der Schwingungsisolator 195 die unebenen Seitenoberflächen auf. Da die Resonanzfrequenz des Schwingungsisolators 195 von der Form der unebenen Seitenoberflächen abhängt, kann die Resonanz des Schwingungsisolators 195 durch Einstellen der Form der unebenen Seitenoberflächen verringert sein.
Elftes Ausführungsbeispiel
Ein Ultraschallsensor 180 gemäß dem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 28A und 28B beschrieben. Unterschiede zwischen dem vierten und elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind wie folgt. Der Ultraschallsensor 180 weist eine Sendevorrichtung 111 und eine Empfangsvorrichtung 112p auf. Alternativ kann der Ultraschallsensor 180 ähnlich dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung drei Empfangsvorrichtungen 112p–112r aufweisen.
Wie es in 28A und 28B gezeigt ist, weist der Ultraschallsensor 180 einen Schwingungsisolator 196 an Stelle des Schwingungsisolators 190 auf. Der Schwingungsisolator 196 weist einen Randabschnitt 196a auf, der von dem Gehäuse 131 gehalten wird. Die Dicke des Randabschnitts 196a ist kleiner als die eines Mittenabschnitts 196b des Schwingungsisolators 196. Das heißt, der Schwingungsisolator 196 wird von dem Gehäuse 131 an seinem Rand gehalten und ist an seinem Rand dünner als an seiner Mitte.
Wenn sich die Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu dem Schwingungsisolator 196 ausbreitet, ist es verglichen mit dem Randabschnitt 196a weniger wahrscheinlich, dass der Mittenabschnitt 196b schwingt. Deshalb kann das Ausbreiten der Ultraschallwelle zu der Empfangsvorrichtung 112p verringert sein.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, ist gemäß dem Ultraschallsensor 180 des elften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung der Schwingungsisolator 196 an dem Randabschnitt 196a, der von dem Gehäuse 131 gehalten wird, dünner als an dem Mittenabschnitt 196b. Wenn sich die Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu dem Schwingungsisolator 196 ausbreitet, ist es verglichen mit dem Randabschnitt 196a weniger wahrscheinlich, dass der Mittenabschnitt 196b schwingt. Deshalb kann das Ausbreiten der Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu der Empfangsvorrichtung 112p verringert sein.
Zwölftes Ausführungsbeispiel
Ein Ultraschallsensor 180a gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 29A und 29B beschrieben. Unterschiede zwischen dem vierten und zwölften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind wie folgt. Der Ultraschallsensor 180a weist eine Sendevorrichtung 111 und eine Empfangsvorrichtung 112p auf. Alternativ kann der Ultraschallsensor 180a ähnlich dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung drei Empfangsvorrichtungen 112p–112r aufweisen.
Wie es in 29A und 29B gezeigt ist, weist der Schwingungsisolator 190 des Ultraschallsensors 180a Verstärkungen 197 auf einer ersten Seitenoberfläche auf, die der Erfassungsvorrichtung 112p gegenüber liegt. Zum Beispiel sind die Verstärkungen 197 gleichmäßig voneinander beabstandet. Der Schwingungsisolator 190 ist durch die Verstärkungen 197 verstärkt, so dass der Schwingungsisolator 190 eine hohe Festigkeit aufweisen kann. Alternativ kann der Schwingungsisolator 190 die Verstärkungen 197 auf einer zweiten Seite aufweisen, die der Sendevorrichtung 111 gegenüber liegt.
Die Verstärkungen 197 können in einer Wabenstruktur angeordnet sein. Bei einem derartigen Ansatz kann die Festigkeit des Schwingungsisolators 190 durch die Verstärkungen 197 stark erhöht sein.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, ist gemäß dem Ultraschallsensor 180a des zwölften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung der Schwingungsisolator 190 durch die Verstärkungen 197 verstärkt, so dass die Festigkeit des Schwingungsisolators 190 erhöht sein kann.
Die Festigkeit des Schwingungsisolators 190 kann durch Anordnen der Verstärkungen 197 in einer Wabenstruktur stark erhöht sein.
Dreizehntes Ausführungsbeispiel
Ein Ultraschallsensor 180b gemäß dem dreizehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 30A und 30B beschrieben. Unterschiede zwischen dem vierten und dreizehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind wie folgt.
Wie es in 30A und 30B gezeigt ist, weist der Schwingungsdämpfer 118 des Ultraschallsensors 118b einen Schlitz 118b auf, der auf jeder Seite des Schwingungsisolators 190 entlang des Schwingungsisolators 190 ausgebildet ist. Ein Schlitz 118b ist zwischen dem Schwingungsisolator 190 und dem akustischen Anpassungsteil 113 der Sendevorrichtung 111 angeordnet. Der andere Schlitz 118b ist zwischen dem Schwingungsisolator 190 und den akustischen Anpassungsteilen 113p–113r der Empfangsvorrichtungen 112p–112r angeordnet.
Das Schwingen von dem akustischen Anpassungsteil 113 der Sendevorrichtung 111 wird an dem Schlitz 118b geteilt. Daher verringert der Schlitz 118b das Ausbreiten der Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu den Empfangsvorrichtungen 112p–112r. In 30A und 30B ist der Schlitz 118b auf jeder Seite des Schwingungsisolators 190 ausgebildet. Alternativ kann der Schlitz 119b auf lediglich einer Seite des Schwingungsisolators 190 ausgebildet sein. Mehrere Schlitze 118b können auf jeder Seite oder einer Seite des Schwingungsisolators 190 ausgebildet sein. In 30A und 30B ist der Schlitz 118b kontinuierlich entlang des Schwingungsisolators 190 ausgebildet. Alternativ kann der Schlitz 118b unterbrochen entlang des Schwingungsisolators 190 ausgebildet sein.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, weist gemäß dem Ultraschallsensor 180b des dreizehnten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung der Schwingungsdämpfer 118 den Schlitz 118b auf. Der Schlitz 118b ist zwischen dem akustischen Anpassungsteil 113 der Sendevorrichtung 111 und jedem der akustischen Anpassungsteile der Empfangsvorrichtungen 112p–112r angeordnet. Daher wird das Ausbreiten der Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 an dem Schlitz 118b geteilt, so dass das Ausbreiten der Ultraschallwelle zu den Empfangsvorrichtungen 112p–112r verringert sein kann.
Vierzehntes Ausführungsbeispiel
Ein Ultraschallsensor 180c gemäß dem vierzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 31 beschrieben. Unterschiede zwischen dem vierten und vierzehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind wie folgt.
Wie es in 31 gezeigt ist, beinhaltet der Ultraschallsensor 180c eine Sendevorrichtung 111 und zwei Empfangsvorrichtungen 112p–112q. Die Empfangsvorrichtungen 112p, 112q sind derart angeordnet, dass ein Abstand von der Empfangsvorrichtung 112p zu dem Schwingungsisolator 190 gleich einem Abstand von der Empfangsvorrichtung 112q zu dem Schwingungsisolator 190 ist. Weiterhin sind die Empfangsvorrichtungen 112p, 112q derart angeordnet, dass ein Abstand von der Empfangsvorrichtung 112p zu der Sendevorrichtung 111 gleich einem Abstand von der Empfangsvorrichtung 112q zu der Sendevorrichtung 111 ist.
Bei einem derartigen Ansatz tritt das Ausbreiten der Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu den Empfangsvorrichtungen 112p–112q gleichzeitig auf.
Deshalb kann ein Einfluss des Ausbreitens auf die Empfangsvorrichtungen 112p–112q einfach durch eine Signalverarbeitung verringert sein.
Der Ultraschallsensor 180c beinhaltet drei oder mehr Empfangsvorrichtungen. Zum Beispiel kann, wie es in 32 gezeigt ist, der Ultraschallsensor 180c vier Empfangsvorrichtungen 112p–112s beinhalten, die derart angeordnet sind, dass ein Abstand von jeder der Empfangsvorrichtungen 112p–112s zu dem Schwingungsisolator 190 gleich ist und dass ein Abstand von jeder der Empfangsvorrichtungen 112p–112s zu der Sendevorrichtung 111 gleich ist.
Weiterhin kann, wie es in 33 gezeigt ist, der Ultraschallsensor 180c einen Schwingungsisolator 198 an Stelle des Schwingungsisolators 190 aufweisen. Der Schwingungsisolator 198 weist eine Wabenstruktur auf, um den Innenraum des Gehäuses 131 in mehrere Räume 198a–198g zu teilen. Der Raum 198a ist neben jedem der anderen Räume 198b–198g angeordnet, so dass der Raum 198a in der Mitte der Räume 198a–198g angeordnet sein kann. Die Sendevorrichtung 111 ist in dem Mittenraum 198a angeordnet. Empfänger 112 sind jeweils in den anderen Räumen 198b–198g derart angeordnet, dass ein Abstand von jeder Empfangsvorrichtung 112 zu der Sendevorrichtung 111 gleich ist. Da der Schwingungsisolator 198 eine Wabenstruktur aufweist, weist der Schwingungsisolator 198 eine hohe Festigkeit auf.
Wie es zuvor beschrieben worden ist, können gemäß dem Ultraschallsensor 180c des vierzehnten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile erzielt werden.

(1) Die Empfangsvorrichtungen sind derart angeordnet, dass der Abstand von jeder Empfangsvorrichtung zu dem Schwingungsisolator 190 gleich ist und dass der Abstand von jeder Empfangsvorrichtung zu der Sendevorrichtung 111 gleich ist. Bei einem derartigen Ansatz tritt das Ausbreiten der Ultraschallwelle von der Sendevorrichtung 111 zu den Empfangsvorrichtungen gleichzeitig auf. Deshalb kann ein Einfluss des Ausbreitens auf die Empfangsvorrichtungen einfach durch eine Signalverarbeitung verringert sein.

Der Ultraschallsensor 180c kann den Schwingungsisolator 198 an Stelle des Schwingungsisolators 190 aufweisen. Der Schwingungsisolator 198 weist eine Wabenstruktur auf, um den Innenraum des Gehäuses 131 in mehrere Räume 198a–198g zu teilen. Die Sendevorrichtung 111 ist in dem Mittenraum 198a angeordnet und die Empfangsvorrichtungen sind jeweils in den anderen Räumen 198b–198g auf eine derartige Weise angeordnet, dass ein Abstand von jeder Empfangsvorrichtung zu der Sendevorrichtung 111 gleich ist. Da der Schwingungsisolator 198 eine Wabenstruktur aufweist, weist der Schwingungsisolator 198 eine hohe Festigkeit auf.
Ausgestaltungen der Ausführungsbeispiele
Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung können auf verschiedene Weisen ausgestaltet sein. Zum Beispiel können die Ultraschallsensoren 10–30, 110–180c in einen anderen Abschnitt als die Stoßstange 51 des Fahrzeugs eingebaut sein. Die Ultraschallsensoren 10–30, 110–180c können als ein Hindernissensor verwendet werden, der in einen Roboter eingebaut ist.
Derartige Änderungen und Ausgestaltungen verstehen sich als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung, wie er durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist.
Ein zuvor beschriebener erfindungsgemäßer Ultraschallsensor beinhaltet eine Sendevorrichtung, Empfangsvorrichtungen, die in einer Gruppe angeordnet sind, und eine Schaltungsvorrichtung. Eine Empfangsvorrichtung ist als eine Referenzempfangsvorrichtung ausgelegt. Die Schaltungsvorrichtung beinhaltet einen Referenzsignalgenerator und erste und zweite synchrone Erfassungseinrichtungen. Der Referenzsignalgenerator erzeugt ein Referenzsignal unter Verwendung eines Empfangssignals der Referenzempfangsvorrichtung. Die erste synchrone Erfassungseinrichtung führt ein synchrones Erfassen eines Empfangssignals von einer der Empfangsvorrichtungen auf der Grundlage des Referenzsignals durch, um einen Abstand zu einem Objekt zu erfassen. Die zweite synchrone Erfassungseinrichtung führt ein synchrones Erfassen von Empfangssignalen der Empfangsvorrichtungen ausgenommen der Referenzempfangsvorrichtung auf der Grundlage des Referenzsignals durch, um eine Richtung des Objekts zu erfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2007-170975 A [0003, 0004, 0005]
- JP 2000-253496 A [0005]

Claims

Ultraschallsensor zum Erfassen eines Objekts, der aufweist: eine Sendevorrichtung (13r) zum Senden einer Ultraschallwelle zu dem Objekt; eine Mehrzahl von Empfangsvorrichtungen (13p, 13q, 13s), von denen jede die Ultraschallwelle empfängt, die von dem Objekt reflektiert wird, und ein Empfangssignal ausgibt, das der empfangenen Ultraschallwelle entspricht, wobei die Mehrzahl von Empfangsvorrichtungen (13p, 13q, 13s) eine Referenzempfangsvorrichtung (13q) und mindestens eine Nichtreferenzempfangsvorrichtung (13p, 13s) beinhaltet; und eine Schaltungsvorrichtung (18, 38), die mit der Mehrzahl von Empfangsvorrichtungen (13p, 13q, 13s) elektrisch gekoppelt ist und die Empfangssignale verarbeitet, die aus der Mehrzahl von Empfangsvorrichtungen (13p, 13q, 13s) ausgegeben werden, wobei die Schaltungsvorrichtung (18, 38) einen Referenzsignalgenerator (22), eine erste synchrone Erfassungseinrichtung (23) und eine zweite synchrone Erfassungseinrichtung (24, 25) beinhaltet, wobei der Referenzsignalgenerator (22) ein Referenzsignal unter Verwendung des Empfangssignals der Referenzempfangsvorrichtung (13q) erzeugt, die erste synchrone Erfassungseinrichtung (23) ein synchrones Erfassen des Empfangssignals von einer der Referenzempfangsvorrichtung (13q) und der Nichtreferenzempfangsvorrichtung (13p, 13s) auf der Grundlage des Referenzsignals durchführt, um ein Zeitintervall zwischen einem Senden und Empfangen der Ultraschallwelle zu erfassen, wobei die erste synchrone Erfassungseinrichtung (23) einen Abstand zu dem Objekt auf der Grundlage des erfassten Zeitintervalls berechnet, und die zweite synchrone Erfassungseinrichtung (24, 25) ein synchrones Erfassen des Empfangssignals der Nichtreferenzempfangsvorrichtung (13p, 13s) auf der Grundlage des Referenzsignals durchführt, um eine Phasendifferenz zwischen den Empfangssignalen der Referenzempfangsvorrichtung (13q) und der Nichtreferenzempfangsvorrichtung (13p, 13s) zu erfassen, wobei die zweite synchrone Erfassungseinrichtung (24, 25) eine Richtung des Objekts auf der Grundlage der Phasendifferenz berechnet.
Ultraschallsensor nach Anspruch 1, wobei der Referenzsignalgenerator (22) eine Phasenregelschleife (22) beinhaltet.
Ultraschallsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Sendevorrichtung (13r) die Ultraschallwelle auf ein Empfangen eines Sendesignals sendet, das aus der Schaltungsvorrichtung (18, 38) ausgegeben wird, und die erste synchrone Erfassungseinrichtung (23) das Zeitintervall auf der Grundlage des Sendesignals erfasst.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Nichtreferenzempfangsvorrichtung (13p, 13s) mindestens zwei Nichtreferenzempfangsvorrichtungen (13p, 13s) aufweist, die mit der Referenzempfangsvorrichtung (13q) in einer Gruppe angeordnet sind. eine erste (13p) der Nichtreferenzempfangsvorrichtungen (13p, 13s) in einer ersten Richtung bezüglich der Referenzempfangsvorrichtung (13q) angeordnet ist, und eine zweite (13s) der Nichtreferenzempfangsvorrichtungen (13p, 13s) in einer zweiten Richtung bezüglich der Referenzempfangsvorrichtung (13q) angeordnet ist, wobei die zweite Richtung senkrecht zu der ersten Richtung ist.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Nichtreferenzempfangsvorrichtung (72) mindestens zwei Nichtreferenzempfangsvorrichtungen (72) aufweist, die mit der Referenzempfangsvorrichtung (71) in einer Gruppe angeordnet sind, und die Nichtreferenzempfangsvorrichtungen (72) kreisförmig um die Referenzempfangsvorrichtung (71) angeordnet sind.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Sendevorrichtung (13r), die Referenzempfangsvorrichtung (13q) und die Nichtreferenzempfangsvorrichtung (13p, 13s) in einer Gruppe angeordnet sind.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schaltungsvorrichtung (18) weiterhin eine Hauptschaltung beinhaltet, die Nichtreferenzempfangsvorrichtung mindestens drei Nichtreferenzempfangsvorrichtungen (62–64) aufweist, die in einer Linie angeordnet sind, und die Empfangssignale der Nichtreferenzempfangsvorrichtungen (62–64) in die Hauptschaltung eingegeben werden.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Sendevorrichtung (13r) eine Mehrzahl von Sendevorrichtungen (13r) aufweist.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Ultraschallsensor in ein Fahrzeug mit einem Geschwindigkeitssensor (81) einbaubar ist, der eine Fahrzeuggeschwindigkeit erfasst, und die Schaltungsvorrichtung (18) weiterhin eine Geschwindigkeits-Korrekturschaltung (82) beinhaltet, die das Referenzsignal auf der Grundlage der erfassten Fahrzeuggeschwindigkeit korrigiert.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Ultraschallsensor in ein Fahrzeug mit einem Temperatursensor (83) einbaubar ist, der eine Temperatur außerhalb des Fahrzeugs erfasst, und die Schaltungsvorrichtung (18) weiterhin eine Temperatur-Korrekturschaltung (84) beinhaltet, die das Referenzsignal auf der Grundlage der erfassten Temperatur korrigiert.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Sendevorrichtung (13r) die Ultraschallwelle auf ein Empfangen eines Sendesignals sendet, das aus der Schaltungsvorrichtung (18, 38) ausgegeben wird, die Schaltungsvorrichtung (18, 38) einen Ansteuersignalgenerator (26) beinhaltet, der ein Ansteuersignal auf der Grundlage des Sendesignals zu der Mehrzahl von Empfangsvorrichtungen (13p, 13q, 13s) ausgibt, und das Ansteuersignal bewirkt, dass die Mehrzahl von Empfangsvorrichtungen (13p, 13q, 13s) ein erster Schwingen erzeugt, das ein zweites Schwingen auslöscht, das sich von der Sendevorrichtung (13r) zu der Mehrzahl von Empfangsvorrichtungen (13p, 13q, 13s) ausbreitet.
Ultraschallsensor zum Erfassen eines Objekts, der aufweist: eine Mehrzahl von Erfassungsvorrichtungen (13p–13s), die in einer Gruppe angeordnet sind, wobei jede von diesen ein piezoelektrisches Element (11p, 11q) und ein akustisches Anpassungsteil (12p, 12q) aufweist, das eine erste Oberfläche (12a), die zu einem Raum freiliegt, in dem das Objekt vorhanden ist, und eine zweite Oberfläche aufweist, die mit dem piezoelektrischen Element (11p, 11q) verbunden ist; und eine Schaltungsvorrichtung (28), die elektrisch mit dem piezoelektrischen Element (11p, 11q) gekoppelt ist, wobei eine der Mehrzahl von Erfassungsvorrichtungen (13p–13s) als eine Sendevorrichtung (13r) ausgelegt ist, die eine Ultraschallwelle nach einem Empfangen eines Sendesignals sendet, das aus der Schaltungsvorrichtung (28) ausgegeben wird, und mindestens eine andere der Mehrzahl von Erfassungsvorrichtungen (13p–13s) als eine Empfangsvorrichtung (13p, 13q, 13s) ausgelegt ist, die die Ultraschallwelle empfängt, die von dem Objekt reflektiert wird, und ein Empfangssignal, das der empfangenen Ultraschallwelle entspricht, zu der Schaltungsvorrichtung (28) ausgibt, die Schaltungsvorrichtung (28) einen Ansteuersignalgenerator (26) beinhaltet, der ein Ansteuersignal auf der Grundlage des Sendesignals zu der Empfangsvorrichtung (13p, 13q, 13s) ausgibt, und das Ansteuersignal bewirkt, dass das piezoelektrische Element (11pk, 11q) der Empfangsvorrichtung (13p, 13q, 13s) derart schwingt, dass ein Schwingungssignal ausgelöscht wird, das sich von der Sendevorrichtung (13r) zu der Empfangsvorrichtung (13p, 13q, 13s) ausbreitet.
Ultraschallsensor nach Anspruch 12, wobei eine Phasendifferenz zwischen dem Ansteuersignal und dem Schwingungssignal von 110 Grad bis 250 Grad reicht.
Ultraschallsensor nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Ansteuersignal eine Mehrzahl von ungedämpften Wellen aufweist, das Schwingungssignal eine Mehrzahl von ungedämpften Wellen aufweist, und höchstens anfängliche zwei der Mehrzahl von ungedämpften Wellen des Ansteuersignals in die Empfangsvorrichtung (13p, 13q, 13s) eingegeben werden, bevor sich eine anfängliche der Mehrzahl von ungedämpften Wellen des Schwingungssignals zu der Empfangsvorrichtung (13p, 13q, 13s) ausbreitet.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Ansteuersignal eine Mehrzahl von ungedämpften Wellen aufweist, das Schwingungssignal eine Mehrzahl von ungedämpften Wellen aufweist, und höchstens letzte zwei der Mehrzahl von ungedämpften Wellen des Ansteuersignals in die Empfangsvorrichtung (13p, 13q, 13s) eingegeben werden, nachdem sich eine letzte der Mehrzahl von ungedämpften Wellen des Schwingungssignals zu der Empfangsvorrichtung (13p, 13q, 13s) ausgebreitet hat.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Ansteuersignal eine Mehrzahl von ungedämpften Wellen aufweist, das Schwingungssignal eine Mehrzahl von ungedämpften Wellen aufweist, und mindestens eine der Mehrzahl von ungedämpften Wellen des Ansteuersignals in die Empfangsvorrichtung (13p, 13q, 13s) eingegeben wird, wenn sich eine zweitletzte der Mehrzahl von ungedämpften Wellen des Schwingungssignals zu der Empfangsvorrichtung (13p, 13q, 13s) ausbreitet.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei ein Verhältnis einer Amplitude des Ansteuersignals zu einer Amplitude des Schwingungssignals von 50 Prozent bis 100 Prozent reicht.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei das Ansteuersignal bewirkt, dass das piezoelektrische Element (11p, 11q) der Empfangsvorrichtung (13p, 13q, 13s) derart schwingt, dass eine Echoschwingung des akustischen Anpassungsteils (12p, 12q) ausgelöscht wird, die sich zu dem piezoelektrischen Element (11p, 11q) der Empfangsvorrichtung (13p, 13q, 13s) ausbreitet, und das Ausbreiten der Echoschwingung zu dem piezoelektrischen Element (11p, 11q) der Empfangsvorrichtung (13p, 13q, 13s) einem Ausbreiten der empfangenen Ultraschallwelle zu dem piezoelektrischen Element (11p, 11q) der Empfangsvorrichtung (13p, 13q, 13s) folgt.
Ultraschallsensor zum Erfassen eines Objekts, der aufweist: eine Mehrzahl von Erfassungsvorrichtungen (12m, 13p–13s), die in einer Gruppe angeordnet sind, wobei jede von diesen ein piezoelektrisches Element (11p, 11q) und ein akustisches Anpassungsteil (12p, 12q) aufweist, das eine erste Oberfläche (12a), die zu einem Raum freiliegt, in dem das Objekt vorhanden ist, und eine zweite Oberfläche aufweist, die mit dem piezoelektrischen Element (11p, 11q) verbunden ist; und eine Schaltungsvorrichtung (28), die elektrisch mit dem piezoelektrischen Element (11p, 11q) gekoppelt ist, wobei eine erste der Mehrzahl von Erfassungsvorrichtungen (13m, 13p–13s) als eine Sendevorrichtung (13r) ausgelegt ist, die eine Ultraschallwelle auf ein Empfangen eines Sendesignals sendet, das von der Schaltungsvorrichtung (28) ausgegeben wird, und eine zweite der Mehrzahl von Erfassungsvorrichtungen (13m, 13p–13s) als eine Pseudovorrichtung (13m) ausgelegt ist, die lediglich ein Schwingungssignal erfasst, das einem Schwingen entspricht, das sich von der Sendevorrichtung (13r) zu der Pseudovorrichtung (13m) ausbreitet, mindestens eine andere der Mehrzahl von Erfassungsvorrichtungen (13m, 13p–13s) als eine Empfangsvorrichtung (13p, 13q, 13s) ausgelegt ist, die die Ultraschallwelle empfängt, die von dem Objekt reflektiert wird, und ein Empfangssignal, das der empfangenen Ultraschallwelle entspricht, zu der Schaltungsvorrichtung (18, 28, 38) ausgibt, und die Schaltungsvorrichtung (28) das Schwingungssignal von dem Empfangssignal der Empfangsvorrichtung (13p, 13q, 13s) subtrahiert, um ein Schwingen auszulöschen, das sich von der Sendevorrichtung (13r) zu der Empfangsvorrichtung (13p, 13q, 13s) ausbreitet.
Ultraschallsensor zum Erfassen eines ersten Objekts, der aufweist: eine Sendevorrichtung (111) zum Senden einer Ultraschallwelle zu dem ersten Objekt, wobei die Sendevorrichtung (111) ein erstes piezoelektrisches Element (116) zum Abgeben der Ultraschallwelle und ein erstes akustisches Anpassungsteil (113) aufweist, das eine Sendeoberfläche (113s) aufweist, wobei sich die abgegebene Ultraschallwelle durch das erste akustische Anpassungsteil (113) ausbreitet und durch die Sendeoberfläche (113s) zu dem ersten Objekt gesendet wird, wobei das erste piezoelektrische Element (116) als ein mehrschichtiges piezoelektrisches Element ausgelegt ist, das eine Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten und eine Mehrzahl von Elektrodenschichten (117) beinhaltet, die mit der Mehrzahl von piezoelektrischen Schichten verschachtelt ist; eine Empfangsvorrichtung (112p, 112q, 112r), die in einer Gruppe mit der Sendevorrichtung (111) angeordnet ist, zum Empfangen der Ultraschallwelle, die von dem ersten Objekt reflektiert wird, wobei die Empfangsvorrichtung (112p, 112q, 112r) ein zweites piezoelektrisches Element (114p) zum Erfassen der reflektierten Ultraschallwelle und ein zweites akustisches Anpassungsteil (113p) beinhaltet, das eine Empfangsoberfläche (113j) aufweist, wobei die reflektierte Ultraschallwelle durch die Empfangsoberfläche (113j) empfangen wird und sich durch das zweite akustische Anpassungsteil (113p) zu dem zweiten piezoelektrischen Element (114p) ausbreitet; ein Gehäuse (131), das einen Innenraum zum Unterbringen der Sendevorrichtung (111) und der Empfangsvorrichtung (112p, 112q, 112r) aufweist, wobei das Gehäuse (131) einen Boden und einen Öffnungsabschnitt aufweist, wobei das Gehäuse (131) in ein zweites Objekt an dem Öffnungsabschnitt einbaubar ist; einen Schwingungsdämpfer (118), der sich zwischen dem Öffnungsabschnitt des Gehäuses (131) und jedem der ersten und zweiten akustischen Anpassungsteile (113, 113p) befindet, um die ersten und zweiten akustischen Anpassungsteile (113, 113p) an dem Gehäuse (131) zu befestigen, wobei sich der Schwingungsdämpfer (118) zwischen den ersten und zweiten akustischen Anpassungsteilen (113p) befindet, um ein Ausbreiten der Ultraschallwelle zwischen den ersten und zweiten akustischen Anpassungsteilen (113, 113p) zu verringern; und einen Schwingungsisolator (190–196, 198) zum Teilen des Innenraums des Gehäuses (131), der sich zwischen der Sendevorrichtung (111) und der Empfangsvorrichtung (112p, 112q, 112r) befindet, um das Ausbreiten der Ultraschallwelle zwischen der Sendevorrichtung (111) und der Empfangsvorrichtung (112p, 112q, 112r) zu verringern.
Ultraschallsensor nach Anspruch 20, der weiterhin aufweist: einen ersten Absorber (119), der sich zwischen dem Boden des Gehäuses (131) und jedem der ersten und zweiten piezoelektrischen Elemente (116, 114p) und zwischen einer inneren Seitenwand des Gehäuses (131) und jedem der ersten und zweiten piezoelektrischen Elemente (116, 114b) befindet, um die Sendevorrichtung (111) und die Empfangsvorrichtung (112p, 112q, 112r) vor einer externen Kraft zu schützen, wobei der Schwingungsisolator (190) eine höhere Schallanpassungsimpedanz als der erste Absorber (119) aufweist.
Ultraschallsensor nach Anspruch 20 oder 21, wobei der Schwingungsisolator (190) integral mit dem Gehäuse (131) ausgebildet ist.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei der Schwingungsisolator (190) eine erste Dicke auf der Seite der ersten und zweiten akustischen Anpassungsteile (113, 113p) und eine zweite Dicke auf der Seite der ersten und zweiten piezoelektrischen Elemente (116, 114p) aufweist, und die erste Dicke kleiner als die zweite Dicke ist.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei der Schwingungsisolator (190) erste und zweite Teile (190b) und ein Kernteil (190a) beinhaltet, die derart zusammengeschichtet sind, dass das Kernteil (190a) zwischen den ersten und zweiten Teilen (190b) beidseitig umfasst ist, und jedes der ersten und zweiten Teile (190b) einen höheren Elastizitätsmodul als das Kernteil (190a) aufweist.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei der Schwingungsisolator (191) erste und zweite Teile (191a, 191b) und ein Kernteil (191c) beinhaltet, die derart zusammengeschichtet sind, dass das Kernteil (191c) zwischen den ersten und zweiten Teilen (191a, 191b) beidseitig umfasst ist, und jedes der ersten und zweiten Teile (191a, 191b) eine höhere Schallimpedanz als das Kernteil (191c) aufweist.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei der Schwingungsisolator (192) erste und zweite Teile (192a, 192b) beinhaltet, die miteinander verbunden sind, um einen abgedichteten Raum (192c) dazwischen vorzusehen, und der abgedichtete Raum (192c) mit einem Material (192d) gefüllt ist, das eine niedrigere Schallimpedanz als diejenige von jedem der ersten und zweiten Teile (192a, 192b) aufweist.
Ultraschallsensor nach Anspruch 26, wobei der Schwingungsisolator (192) einen Wabenstrukturkörper beinhaltet, der in dem abgedichteten Raum (192c) angeordnet ist, um den abgedichteten Raum (192c) in eine Mehrzahl von Räumen zu teilen.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei der Schwingungsisolator (193) eine Mehrzahl von Gasblasen (193a) aufweist, die darin eingeschlossen sind.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 20 bis 28, der weiterhin aufweist: einen zweiten Absorber (121), der auf dem ersten Absorber (119) angeordnet ist, um die ersten und zweiten piezoelektrischen Elemente (116, 114p) zu umgeben, wobei der zweite Absorber (121) einen niedrigeren Elastizitätsmodul als der erste Absorber (119) aufweist.
Ultraschallsensor nach Anspruch 29, wobei der erste Absorber (119) einen ersten Abschnitt (122), der auf der Seite des ersten piezoelektrischen Elements (116) angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt (119) aufweist, der auf der Seite des zweiten piezoelektrischen Elements (114p) angeordnet ist, und der erste Abschnitt (122) des ersten Absorbers (119) einen höheren Elastizitätsmodul als der zweite Abschnitt (119) des ersten Absorbers (119) aufweist.
Ultraschallsensor nach Anspruch 30, wobei der erste Abschnitt (122) des ersten Absorbers (119) eine größere Höhe gemessen von dem Boden (131a) des Gehäuses (131) als der zweite Abschnitt (119) des ersten Absorbers (119) aufweist.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 20 bis 31, wobei die Sendeoberfläche (113s) der Sendevorrichtung (111) und die Empfangsoberfläche (113j) der Empfangsvorrichtung (112p, 112q, 112r) mit dem Schwingungsdämpfer (118) bedeckt sind.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 20 bis 32, wobei die Sendevorrichtung (111) oder die Empfangsvorrichtung (112p, 112q, 112r) eine Mehrzahl von Vorrichtungen (111a, 111b) aufweist, die unterschiedliche Richtwirkungen aufweisen.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 20 bis 33, wobei der Boden (131a) des Gehäuses (131) ein Durchgangsloch (131c) aufweist, und der Schwingungsisolator (194) einen Abschnitt (194a) aufweist, der durch das Durchgangsloch (131c) nach außerhalb des Gehäuses (131) frei liegt.
Ultraschallsensor nach Anspruch 34, wobei der Schwingungsisolator (194) einen Schwingungsunterdrücker (151) aufweist, der an dem frei liegenden Abschnitt (194a) des Schwingungsisolators (194) angebracht ist, um zu unterdrücken, dass der frei liegende Abschnitt (194a) schwingt.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 20 bis 35, der weiterhin aufweist: eine Schwingungs-Dämpfungsschaltung (161), die dazu ausgelegt ist, an den Schwingungsisolator (190) eine Schwingung anzulegen, die eine entgegen gesetzte Phase zu einer Schwingung des Schwingungsisolators (190) aufweist, um die Schwingung des Schwingungsisolators (190) zu dämpfen.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 20 bis 36, wobei der Schwingungsisolator (195) eine unebene Seitenoberfläche aufweist.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 20 bis 36, wobei der Schwingungsisolator (196) an einem Randabschnitt (196a) von dem Gehäuse (131) gehalten wird, und der Schwingungsisolator (190) an dem Randabschnitt (196) dünner als an einem Mittenabschnitt (196b) ist.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 20 bis 36, wobei der Schwingungsisolator (190) mit einem Verstärkungsteil (197) verstärkt ist, das auf einer Seitenoberfläche angeordnet ist.
Ultraschallsensor nach Anspruch 39, wobei das Verstärkungsteil (197) eine Wabenstruktur aufweist.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 20 bis 40, wobei der Schwingungsdämpfer (118) einen Schlitz (118b) aufweist, der zwischen den ersten und zweiten akustischen Anpassungsteilen (113, 113p) angeordnet ist.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 20 bis 41, wobei die Empfangsvorrichtung (112p, 112q, 112r) eine Mehrzahl von Empfangsvorrichtungen (112p, 112q, 112r, 112s) aufweist, ein Abstand von jeder Empfangsvorrichtung (112p, 112q, 112r, 112s) zu der Sendevorrichtung (111) gleich ist, und ein Abstand von jeder Empfangsvorrichtung (112p, 112q, 112r, 112s) zu dem Schwingungsisolator (190) gleich ist.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 20 bis 42, wobei die Empfangsvorrichtung (112p, 112q, 112r) eine Mehrzahl von Empfangsvorrichtungen (112) aufweist, der Schwingungsisolator (198) eine Wabenstruktur aufweist, um den Innenraum des Gehäuses (131) in eine Mehrzahl von Räumen (198a–198g) zu teilen, die Sendevorrichtung (111) in einem mittleren (198a) der Mehrzahl von Räumen (198a–198g) angeordnet ist, jede Empfangsvorrichtung (112) in einem anderen entsprechenden Raum (198b–198g) als dem mittleren (198a) angeordnet ist, und ein Abstand von jeder Empfangsvorrichtung (112) zu der Sendevorrichtung (111) gleich ist.