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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung und
Aussendung von Ultraschallwellen.
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Eine
Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung wird für einen an oder in einem Fahrzeug
(Kraftfahrzeug), z. B. einem Automobil, befestigten Ultraschallsensor
verwendet. Der Sensor sendet Ultraschallwellen von der Vorrichtung
zu einem Objekt aus. Das Objekt reflektiert die Wellen, und ein
Empfangselement in dem Sensor empfängt die reflektierten Wellen.
Somit kann eine Position oder ein Abstand zu dem Objekt, das sich
in der Umgebung des Fahrzeugs befindet, gemessen werden. Ferner
kann eine zweidimensionale oder dreidimensionale Form des Objekts
gemessen werden. Das heißt,
der Ultraschallsensor wird für
ein sicheres Fahren durch Überwachen
der Umgebung des Fahrzeugs verwendet.
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Zum
Beispiel wird ein automatisches Parkunterstützungssystem, das einen Ultraschallsensor verwendet,
praktisch eingesetzt. In dem System wird ein Rückwärtssensor zur Erfassung eines
Menschen oder eines Hindernisses, der bzw. das sich hinter dem Fahrzeug
befindet, verwendet. Der Ultraschallsensor ist an einem hinteren
Teil des Fahrzeugs angebracht und empfängt die von dem Menschen bzw. dem
Hindernis reflektierten Ultraschallwellen. Somit können Kollisionen
mit dem Menschen bzw. dem Hindernis beim Rückwärtsfahren weitestgehend vermieden
werden.
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Die
JP 11-300274 A offenbart
eine Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung, die in einem Ultraschallsensor
verwendet wird. Die Vorrichtung ist dadurch gebildet, dass eine
Heizmembran, getrennt durch eine Wärmeisolierungsschicht, mit
Hilfe einer Mikro-Elektromechanik-System
(MEMS) – Technologie
auf einem Substrat angeordnet ist. Die Heizmembran wird elektrisch
angetrieben und erzeugt eine Temperaturänderung in Ab hängigkeit
von einer Periode einer Ultraschallwelle in einer Luftschicht über der
Membran. Somit kann die Vorrichtung thermisch Ultraschallwellen
erzeugen.
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Jedoch
können,
wenn die Vorrichtung an bzw. in einem Fahrzeug in einem exponierten
Zustand angebracht ist, Wassertropfen und Staubpartikel auf einer
Oberfläche
der Vorrichtung anhaften. In diesem Fall kann der Wirkungsgrad zur
Erzeugung von Ultraschallwellen herabgesetzt sein, oder es kann
sein, dass die Vorrichtung keine Ultraschallwellen erzeugt, so dass
der Abstand zu einem Objekt nicht korrekt gemessen wird. Ferner
kann die Vorrichtung durch eine von außen einwirkende Kraft beschädigt werden,
zum Beispiel durch ein Auftreffen eines Steines.
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Wenn
hingegen ein Schutzabschnitt zum Verringern der Beschädigungen
in einem Abstand – d.
h. mit einer zwischenliegenden Luftschicht – vor der Vorrichtung angeordnet
ist, kann es sein, dass Ultraschallwellen gedämpft werden, da eine Differenz zwischen
der Impedanz der Luftschicht und der des Schutzabschnitts groß ist. In
diesem Fall können
Ultraschallwellen unter Umständen
nicht zu einer weiter entfernten Position übertragen bzw. gesendet werden.
Somit sind die Möglichkeiten,
die Vorrichtung anzubringen, begrenzt.
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Eine
Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 ist in der
JP
2005-269745 A offenbart. Als Hintergrund zum besseren Verständnis der
vorliegenden Erfindung sei ferner auf die
DE 694 07 794 T2 verwiesen.
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Angesichts
der vorgenannten und weiterer Probleme ist es ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, eine verbesserte Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung
bereitzustellen. Gemäß der Vorrichtung
können
Ultraschallwellen wirksam ausgesendet werden, und ein Montagezustand
der Vorrichtung kann frei eingestellt bzw. gewählt werden. Diese Aufgabe wird durch
eine Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Entsprechend
einem Beispiel der vorliegenden Erfindung umfasst eine Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung
ein Substrat, eine Wärmeisolierungsschicht
auf dem Substrat, einen Membranerwärmungsabschnitt auf der Wärmeisolierungsschicht und
ein Membranoszillator auf dem Erwärmungsabschnitt. Der Erwärmungsabschnitt
mit einer vorbestimmten Periode angetrieben und erzeugt Wärme zur
thermischen Verlagerung einer Oberfläche des Oszillators. Der Oszillator
empfängt
eine Temperaturveränderung
mit der vorbestimmten Periode und oszilliert, um so Ultraschallwellen
zu erzeugen.
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Demzufolge
können
Ultraschallwellen wirksam von der Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung
ausgesendet werden, und ein Montagezustand der Vorrichtung kann
frei eingestellt werden.
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Die
obigen und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden
Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung,
die unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gemacht wurde,
deutlicher ersichtlich. In den Zeichnungen sind:
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1A eine
schematische Draufsicht, die eine Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und 1B eine
schematische Querschnittsansicht entlang der Linie IB-IB in 1A;
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2 eine
schematische Querschnittsansicht, die die an bzw. in ein Fahrzeug
eingebaute Vorrichtung zeigt;
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3 ein
Diagramm, das Positionen zum Anbringen mehrerer Vorrichtungen an
das bzw. in das Fahrzeug zeigt;
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4 eine
schematische Querschnittsansicht, die eine Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
zeigt;
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5 eine
schematische Querschnittsansicht, die einen Montagezustand der in 4 gezeigten
Vorrichtung zeigt;
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6A eine
schematische Draufsicht, die eine Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung
gemäß einem
weiteren Beispiel der zweiten Ausführungsform zeigt, und 6B eine
schematische Querschnittsansicht entlang der Linie VIB-VIB in 6A zeigt;
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7A eine
schematische Draufsicht, die eine Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung
gemäß einem
weiteren Beispiel der zweiten Ausführungsform zeigt, und 7B eine
schematische Querschnittsansicht entlang der Linie VIIB-VIIB in 7A;
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8 eine
schematische Querschnittsansicht, die eine Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung
gemäß einer
dritten Ausführungsform
zeigt; und
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9 eine
schematische Querschnittsansicht, die eine Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung
gemäß einem
modifizierten Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
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(Erste Ausführungsform)
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Eine
Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 ist an einem
Fahrzeug befestigt und wird in einem Hinderniserfassungssensor gemäß einer
ersten Ausführungsform
verwendet. Wie es in den 1A und 1B gezeigt
ist, umfasst die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 ein
viereckiges Substrat 11 aus Silizium. Eine viereckige Wärmeisolierungsschicht 12 aus
porösem
Silizium ist in dem Substrat 11 ausgebildet und bildet
einen Teil einer Substratfläche 11a des
Substrats 11. Die Wärmeisolierungsschicht 12 wird
durch elektromechanisches Ätzen
des Substrats 11 von der Substratfläche 11a aus gebildet.
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Eine
Membranerwärmungsabschnitt 13 ist auf
der Wärmeisolierungsschicht 12 durch
Aufbringen einer Membranschicht aus Wolfram gebildet. Wie es in 1A gezeigt
ist, ist der Membranerwärmungsabschnitt 13 in
Zickzackform auf einem viereckigen Bereich der Wärmeisolierungsschicht 12 durch
einen Membranprozess wie etwa Plating oder Sputtering gebildet.
Der Membranerwärmungsabschnitt 13 umfasst
eine Elektrodenkontaktfläche 13a, die
von einem Ende des Membranerwärmungsabschnitts 13 hervorragt,
wobei die Elektrodenkontaktfläche 13a mit
einer Stromquelle (PS) 21 zum Antreiben bzw. Betreiben
der Membranerwärmungsabschnitts 13 elektrisch
verbunden sind. Ein Membranoszillator 14 ist auf dem Membranerwärmungsabschnitt 13 mit
Ausnahme der Elektrodenkontaktfläche 13a angeordnet.
Der Membranoszillator 14 wird durch einen Membranprozess
wie etwa Plating oder Sputtering gebildet. Alternativ kann der Membranoszillator 14 durch
Befestigen eines Folienabschnitts, z. B. aus einer Aluminiumfolie,
auf dem Membranerwärmungsabschnitt 13 gebildet
werden. Ein oberer Teil von 2 repräsentiert
einen Bereich außerhalb
des Fahrzeugs. Wie es in 2 gezeigt ist, befindet sich der
Membranoszillator 14 in Kontakt mit einem Stoßfänger 52.
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Das
heißt,
die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 ist an einer
inneren Oberfläche 52b des
Stoßfängers 52 angeordnet,
und zwar derart, dass er dem Bereich außerhalb des Fahrzeugs nicht
ausgesetzt ist bzw. diesem nicht exponiert ist.
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Die
Stromquelle 21 versorgt den Membranerwärmungsabschnitt 13 mit
elektrischer Energie. Eine Periode der Spannung entspricht einer
Periode einer Ultraschallwelle; beide Frequenzen sind identisch.
Wenn der Membranerwärmungsabschnitt 13 angetrieben
wird, verändert
sich dadurch ein durch den Membranerwärmungsabschnitt 13 erzeugter Wärmewert
periodisch in Übereinstimmung
mit der Frequenz der elektrischen Spannung. Die von dem Membranerwärmungsabschnitt 13 erzeugte
periodische Wärme
wird zu dem Membranoszillator 14 übertragen, so dass sich die
Temperatur des Membranoszillators 14 periodisch ändert. Der
Membranoszillator 14 wiederholt periodisch eine thermische
Ausdehnung und Zusammenziehung in einer Dickenrichtung in Übereinstimmung
mit der Temperaturveränderung. Somit
oszilliert der Membranoszillator 14 mit einer Frequenz,
die der Frequenz der an den Membranerwärmungsabschnitt 13 angelegten
Spannung entspricht. Das heißt,
eine oszillierende Oberfläche
des Membranoszillators 14 oszilliert bzw. schwingt in Übereinstimmung
mit der Frequenz der angelegten Spannung, wobei von der oszillierenden
Oberfläche Ultraschallwellen
erzeugt werden.
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Die
Ultraschallwellen werden von der inneren Oberfläche 52b durch einen
Stoßfänger 52 zu
einer äußeren Oberfläche 52a übertragen,
da die oszillierende Oberfläche
in Kontakt mit der inneren Oberfläche 52b des Stoßfängers 52 ist.
Anschließend werden
Ultraschallwellen von der äußeren Oberfläche 52a nach
außen
gesendet. Die Ultraschallwellen werden von einem Hindernis, das
sich in der Umgebung des Fahrzeugs befindet, reflektiert, und die
reflektierten Ultraschallwellen werden von einem (nicht gezeigten)
Empfangselement in dem Hinderniserfassungssensor empfangen. Eine
elektrische Steuerungseinheit (ECU) in dem Fahrzeug führt eine
vorbestimmte Berechnung auf der Grundlage eines von dem Empfangselement
ausgegebenen Signals aus. Zum Beispiel werden eine Zeitdifferenz
und eine Phasendifferenz zwischen einer von der Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 ausgesendeten Ultraschallwelle
und einer von dem Empfangselement empfangenen Ultraschallwelle berechnet.
Somit kann der Hinderniserfassungssensor einen Abstand und eine
Position des Hindernisses auf der Grundlage der Differenzen messen.
Demzufolge kann die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 als
eine Quelle zur Aussendung von Ultraschallwellen in dem Hinderniserfassungssensor
verwendet werden.
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Eine
Wärmeübertragung
von dem Membranerwärmungsabschnitt 13 zu
dem Substrat 11 kann verringert werden, da die Wärmeisolierungsschicht 12 zwischen
dem Membranerwärmungsabschnitt 13 und
dem Substrat 11 angeordnet ist, wie es in 1B gezeigt
ist. Das heißt,
Wärme,
die von dem Membranerwärmungsabschnitt 13 erzeugt
wird, wird leicht zu dem Membranoszillator 14 übertragen.
Daher kann ein Ansprechen der Temperaturveränderung des Membranoszillators 14 auf
die Frequenz der elektrischen Spannung verbessert werden. Ferner kann
die Temperaturveränderung
des Membranoszillators 14 verstärkt werden, da ein Wärmeverlust
von dem Membranerwärmungsabschnitt 13 zu
dem Substrat 11 verringert ist. Demzufolge kann ein Schalldruck
einer Ultraschallwelle erhöht
werden, da die Amplitude des Membranoszillators 14 vergrößert ist.
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Ferner
kann der Membranoszillator 14, um eine größere Amplitude
zu haben, einen großen
Wärmeausdehnungskoeffizienten
haben, zum Beispiel gleich groß wie
oder größer als
10 ppm/K, und eine kleine Wärmekapazität. Ferner,
obwohl der verwendete Membranoszillator 14 erwärmt wird
und eine hohe Temperatur aufweist, ist die Temperatur des Membranoszillators 14 gleich
groß wie
oder niedriger als ein Schmelzpunkt oder ein Glasübergangspunkt. Daher
kann der Membranoszillator 14 aus Aluminium, Glas, Polyimid,
Silikongummi oder Polycarbonat hergestellt sein.
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Insbesondere
wenn der Membranoszillator 14 aus einer Metallmembran hergestellt
ist, die im Wesentlichen aus Aluminium gebildet ist, ist die Wärmeleitfähigkeit
durch den Membranoszillator 14 besser. Daher kann die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 stabil
Ultraschallwellen erzeugen, da das Ansprechen des Membranoszillators 14 auf
die von dem Membranerwärmungsabschnitt 13 erzeugte Wärme besser
ist. Ferner kann die Witterungsbeständigkeit des Membranoszillators 14 besser
sein. Selbst wenn Wassertropfen oder Staubpartikel auf dem Membranoszillator 14 anhaften,
wird der Membranoszillator 14 nicht durch Korrosion beeinträchtigt. Daher
kann die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 in
einem Fall verwendet werden, in dem eine bessere Witterungsbeständigkeit
erforderlich ist. Zum Beispiel kann die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 an
einem Kraftfahrzeug angebracht und in einem exponierten bzw. ausgesetzten Zustand
verwendet werden.
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Die
Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 umfasst zum
Beispiel das Substrat 11, das aus Silizium mit einer Dicke
von 400 nm gebildet ist, die Wärmeisolierungsschicht 12,
die aus porösem
Silizium gebildet ist und eine Dicke von 30 nm aufweist, den Membranerwärmungsabschnitt 13,
der aus einer Wolframmembran mit einer Dicke von 30 nm gebildet ist,
und den Membranoszillator 14, der aus einem quadratischen
Aluminium mit einer Seitenlänge
von 5 mm und einer Dicke von 0,5 mm gebildet ist. Wenn in diesem
Fall dem Membranerwärmungsabschnitt 13 eine
Leistung von 800 W zugeführt
wird, kann die oszillierende Oberfläche des Membranoszillators 14 eine
Amplitude von etwa 4 mm haben.
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Als
ein weiteres Beispiel der ersten Ausführungsform kann das Substrat 11 aus
einer Keramik oder aus Glas oder Metall wie etwa Aluminium statt aus
Silizium gebildet sein. Die Wärmeisolierungsschicht 12 kann
aus einem weiteren Material mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit gebildet sein. Zum Beispiel
kann ein poröses
Metall, zum Beispiel poröses
Aluminium, oder ein Polymer zur Bildung der Wärmeisolierungsschicht 12 verwendet
werden. Wenn die Wärmeisolierungsschicht 12 aus
einem Metall gebildet ist, muss die Wärmeisolierungsschicht 12 elektrisch
von dem Membranerwärmungsabschnitt 13 isoliert
sein. Zum Beispiel kann eine Oberfläche der Wärmeisolierungsschicht 12 oxidiert sein,
oder eine elektrisch isolierende Schicht kann auf einer Oberfläche der
Wärmeisolierungsschicht 12 angeordnet
sein. Der Membranerwärmungsabschnitt 13 kann
ein elektrischer Widerstand aus Aluminium sein, der eine Joule'sche Wärme erzeugt,
oder als Peltier-Element ausgebildet sein.
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Wie
es in 3 gezeigt ist, kann die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 an
einer Windschutzscheibe 61 oder an einer Heckscheibe 62 eines
Kraftfahrzeugs 60 angebracht sein. Das ist effektiv, wenn
die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 in einem
Ultraschallsensor zur Erfassung eines Hindernisses in einer Rückwärts-Vorwärts-Richtung
des Kraftfahrzeugs 60 verwendet wird. Ferner kann die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 an
einer Abdeckung bzw. einem Gehäuse
eines Lich taussendeabschnitts an einer äußeren Oberfläche des
Kraftfahrzeugs 60 angeordnet sein, je nach der Verwendung
eines Ultraschallsensors. Wenn zum Beispiel die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 in
einem Hinderniserfassungssensor an einer Seitenoberfläche des
Kraftfahrzeugs 60 angeordnet ist, kann die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 an
einer Abdeckung eines Fahrtrichtungsanzeigers 63 befestigt
sein. Ferner kann die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 an
einer Abdeckung eines Frontscheinwerfers 64, eines Rücklichts 65 oder
eines Rückwärtslichts 66 des
Kraftfahrzeugs 60 angeordnet sein.
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Gemäß der ersten
Ausführungsform überträgt der Membranerwärmungsabschnitt 13 eine
sich mit einer vorbestimmten Periode verändernde Temperatur an den Membranoszillator 14.
Dadurch oszilliert der Membranoszillator 14 durch ein wiederholtes sich
Ausdehnen und Zusammenziehen in Übereinstimmung
mit der Temperaturschwankung. Somit erzeugt die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 Ultraschallwellen
durch Oszillation eines festen Elements und sendet diese aus. Daher
ist selbst dann, wenn Wassertropfen oder Staubpartikel an der oszillierenden
Oberfläche
anhaften, der Wirkungsgrad für
die Erzeugung von Ultraschallwellen nicht herabgesetzt, da die Ultraschallwellen
durch Oszillationen der oszillierenden Oberfläche des Membranoszillators 14 und
nicht durch Oszillationen einer Luftschicht erzeugt werden. Demzufolge
kann die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 in
einem exponierten Zustand an einem Kraftfahrzeug 60 befestigt
sein und wirksam Ultraschallwellen aussenden und ist ferner sehr
flexibel hinsichtlich ihrer Montage.
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Die
Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 kann an dem
Stoßfänger 52 angebracht
sein. In diesem Fall kann die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 in
einem Ultraschallsensor zur Erfassung eines Hindernisses oder eines
Menschen in der Umgebung des Fahrzeugs verwendet werden. Ferner
ist es schwierig, den Membranoszillator 14 durch Auftreffen
eines kleinen Steines während
der Fahrt zu beschädigen,
da die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 nicht
dem Außenbereich ausgesetzt
ist. Ferner, wenn Regentropfen oder Staubpartikel an dem Fahrzeug
anhaften, haften die Regentropfen und Staubpartikel nicht an dem
Membranoszillator 14 an. Daher kann die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 exakt
arbeiten. Ferner wird das Ausse hen des Fahrzeugs nicht beeinträchtigt da
die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 nicht außen an dem
Fahrzeug 60 angebracht ist.
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(Zweite Ausführungsform)
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Wie
es in 4 gezeigt ist, umfasst eine Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 30 in
einer zweiten Ausführungsform
ein Gewicht 15 auf einem Membranoszillator 14.
Das Gewicht 15 schützt
den Membranoszillator 14 und verstärkt die Amplitude des Membranoszillators 14.
Das Gewicht 15 ist aus einer rostfreien Platte gebildet
und bedeckt eine oszillierende Oberfläche des Membranoszillators 14. Ein
Membranerwärmungsabschnitt 13 wird
durch eine elektrische Spannung von einer Stromquelle 21 angetrieben
(vgl. 1A), so dass eine Periode der elektrischen
Spannung in Übereinstimmung
mit einer Periode einer Ultraschallwelle variiert; das heißt die beiden
Frequenzen sind identisch. Anschließend oszilliert der Membranoszillator 14,
und das Gewicht 15 wird in Übereinstimmung mit der Frequenz
der Oszillation verlagert. Dadurch oszilliert eine Oberfläche des
Gewichts 15, um so Ultraschallwellen zu erzeugen. In diesem
Fall ist die Amplitude des Membranoszillators 14 im Vergleich
zu einem Fall, in dem das Gewicht 15 nicht auf dem Membranoszillator 14 angeordnet
ist, erhöht,
da das Gewicht 15 den Membranoszillator 14 mitzieht
und eine Verlagerung des Membranoszillators 14 aufgrund
einer erhöhten Trägheit der
Oszillation unterstützt.
Somit kann der Wirkungsgrad der Erzeugung von Ultraschallwellen erhöht werden,
durch die Verlagerung des Gewichts 15.
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Hier
ist eine ausreichende Trägheit
durch das Gewicht 15 zur Erhöhung der Amplitude des Membranoszillators 14 erforderlich.
Daher ist das Gewicht 15 aus einem Material hoher Dichte
mit einem vorbestimmten Gewicht gebildet. Wie unten beschrieben
ist, muss ferner der Membranoszillator 14 von der Wirkung
einer von außen
wirkenden Kraft geschützt
sein, wenn das Gewicht 15 dem Bereich außerhalb
des Fahrzeugs und somit der Luft ausgesetzt ist. Daher ist das Gewicht 15 aus
einem witterungsbeständigen
und robusten Material gebildet. Auf der Grundlage der oben genannten
Gründe
hat ein Material zur Bildung des Gewichts 15 eine hohe
Dichte, eine hohe Festigkeit und eine hohe Witterungsbeständigkeit.
Es können
zum Beispiel eine Keramik, ein Gummi oder ein Metall, z. B. eine
rostfreie Legierung oder Aluminiumlegierung zur Bildung des Gewichts 15 verwendet
werden.
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Die
Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 30 kann derart
in bzw. an ein Fahrzeug montiert sein, dass sich das Gewicht 15 in
Kontakt mit der inneren Oberfläche 52b des
Stoßfängers 52 befindet, ähnlich wie
in der ersten Ausführungsform.
Alternativ, wie es in 5 gezeigt ist, kann ein Öffnungsabschnitt 52c in
dem Stoßfänger 52 ausgebildet
sein, und die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 30 kann
in dem Öffnungsabschnitt 52c so
befestigt sein, dass das Gewicht 15 zur Außenseite
des Fahrzeugs 60 hin exponiert ist. In diesem Fall können Wassertropfen
oder Staubpartikel nur schwer an dem Membranoszillator 14 anhaften,
so dass der Membranoszillator 14 gut vor Beschädigungen
durch eine von außen
einwirkende Kraft, z. B. ein Aufprall eines kleinen Steins, geschützt ist,
da der Membranoszillator 14 von dem Gewicht 15 bedeckt
ist. Daher kann die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 30 frei
angebracht sein; da die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 30 mit
ihrer zu einer Außenseite
des Kraftfahrzeugs 60 exponierten Oberfläche verwendet werden
kann.
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Als
ein weiteres Beispiel der zweiten Ausführungsform kann der Membranoszillator 14 auf
einem Teil des Membranerwärmungsabschnitts 13 gebildet sein.
Wie es in den 6A und 6B gezeigt
ist, kann eine Mehrzahl bandförmiger
Membranoszillatoren 14 auf dem Membranerwärmungsabschnitt 13 mit
einem vorbestimmten Abstand in einer Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 31 angeordnet sein.
In diesem Fall kann Wärme
leicht von einem Teil des Membranerwärmungsabschnitts 13 abgestrahlt werden,
auf dem der Membranoszillator 14 nicht ausgebildet ist.
Daher können
Ultraschallwellen stabil erzeugt werden, da ein Ansprechen des Membranoszillators 14 auf
von dem Membranerwärmungsabschnitt 13 erzeugte
Wärme verbessert
ist.
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Wie
es in den 7A und 7B gezeigt ist,
kann in einer Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 32 der
Membranoszillator 14 zum Beispiel in einer viereckigen
Form gebildet sein, kleiner als der Membranerwärmungsabschnitt 13,
und an einem im Wesentlichen mittleren Teil des Membranerwärmungsabschnitts 13 angeordnet
sein. Das Gewicht 15 kann zum Beispiel viereckig ausgebildet
sein, kleiner als der Membranerwärmungsabschnitt 13 und
so angeordnet sein, dass es die gesamte oszillierende Oberfläche des
Membranoszillators 14 überdeckt.
In diesem Fall kann Wärme
leicht von einem Teil des Membranerwärmungsabschnitts 13 ausgesendet werden,
auf dem der Membranoszillator 14 nicht ausgebildet ist.
Daher können
Ultraschallwellen stabil erzeugt werden, da ein Ansprechen des Membranoszillators 14 auf
von dem Membran erwärmungsabschnitt 13 erzeugte
Wärme verbessert
ist. Ferner kann ein Oszillationsbereich zur Erzeugung von Ultraschallwellen
vergrößert sein,
da ein Bereich des Gewichts 15 größer als der der oszillierenden
Oberfläche
des Membranoszillators 14 ist. Demzufolge kann ein Schalldruck
einer Ultraschallwelle vergrößert sein.
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Gemäß der zweiten
Ausführungsform
kann die Amplitude des Membranoszillators 14 erhöht sein,
da die Trägheit
der Oszillation durch das Gewicht 15 erhöht ist.
Daher kann der Wirkungsgrad zur Erzeugung von Ultraschallwellen
im Vergleich zu einem Fall erhöht
werden, in dem das Gewicht 15 nicht auf dem Membranoszillator 14 angeordnet
ist. Ferner haften, wenn die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 30 dem
Bereich außerhalb
des Fahrzeugs 60 exponiert ist, Wassertropfen oder Staubpartikel nicht
leicht an dem Membranoszillator 14 an, so dass der Membranoszillator 14 vor
Beschädigung
durch eine von außen
einwirkende Kraft, z. B. das Auftreffen eines kleinen Steins, weitestgehend
geschützt ist.
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(Dritte Ausführungsform)
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Wie
es in 8 gezeigt ist, kann eine Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 40 in
einer dritten Ausführungsform
ferner einen elastischen Oszillationsverstärkungsabschnitt 16 zwischen
einem Membranoszillator 14 und einem Gewicht 15 umfassen.
Der Oszillationsverstärkungsabschnitt 16 ist zwischen
dem Membranoszillator 14 und dem Gewicht 15 angeordnet
und aus einem elastischen, weichen Material wie etwa Gummi oder
Harz gebildet. Ein Membranerwärmungsabschnitt 13 wird
von einer Stromquelle 21 angetrieben, und eine Periode
der angelegten Spannung variiert in Übereinstimmung mit einer Periode
einer Ultraschallwelle; die beiden Frequenzen sind folglich identisch.
Dann oszilliert der Membranoszillator 14 in Übereinstimmung
mit einer Frequenz der elektrischen Spannung, so dass das Gewicht 15 in
einer Dickenrichtung verlagert wird. In diesem Fall ist eine Verlagerung
einer Oberfläche des
Gewichts 15 im Vergleich zu einem Fall, in dem der Oszillationsverstärkungsabschnitt 16 nicht
auf dem Gewicht 15 angeordnet ist, erhöht, da der Oszillationsverstärkungsabschnitt 16 durch
eine erhöhte Trägheit der
Oszillation des Gewichts 15 verändert ist. Somit kann der Wirkungsgrad
zur Erzeugung von Ultraschallwellen erhöht werden, durch die des Gewichts 15.
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Hier
ist der Oszillationsverstärkungsabschnitt 16 aus
einem elastischen und leicht verformbaren Material gebildet, um
eine große
Verlagerung der Oberfläche
des Gewichts 15 zu erreichen. Zur Bildung des Oszillationsverstärkungsabschnitts 16 kann
zum Beispiel ein Gummi oder ein Polymer verwendet werden.
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Die
Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 40 kann so an oder
in einem Fahrzeug angebracht sein, dass das Gewicht 15 in
Kontakt mit der inneren Oberfläche 52b des
Stoßfängers 52 ist, ähnlich wie
in der zweiten Ausführungsform.
Alternativ kann ein Öffnungsabschnitt 52c in
dem Stoßfänger 52 ausgebildet
sein, und die Vorrichtung 40 kann in dem Öffnungsabschnitt 52c befestigt
sein, so dass das Gewicht 15 zum Außenbereich des Fahrzeugs exponiert
ist.
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Gemäß der dritten
Ausführungsform
werden Oszillationen des Membranoszillators 14 verstärkt, da
der Oszillationsverstärkungsabschnitt 16 durch die
Trägheit
der Oszillation des Gewichts 15 verändert ist. Demzufolge kann
der Wirkungsgrad zur Erzeugung von Ultraschallwellen weiter verbessert werden.
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(Weitere Ausführungsformen)
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Ein
Membranoszillator 14 kann unter Verwendung des gleichen
Materials einteilig mit einem Membranerwärmungsabschnitt 13 gebildet
sein. In diesem Fall kann der Wirkungsgrad zur Übertragung von von dem Membranerwärmungsabschnitt 13 erzeugter
Wärme zu
dem Membranoszillator 14 und ein Ansprechen des Membranoszillators 14 auf
Wärme verbessert
werden, da Wärme
direkt von dem Membranerwärmungsabschnitt 13 zu
dem Membranoszillator 14 übertragen wird. Ferner könne Prozessschritte
zur Ausbildung des Membranoszillators 14 entfallen, wenn
der Membranerwärmungsabschnitt 13 und
der Membranoszillator 14 mit dem gleichen Prozess hergestellt
werden. Hier kann ein von dem Erwärmungsabschnitt erzeugter Wärmewert durch
elektrische Verluste von dem Membranerwärmungsabschnitt 13 zu
dem Membranoszillator 14 verringert werden. In diesem Fall
können
der Membranerwärmungsabschnitt 13 und
der Membranoszillator 14 voneinander isoliert sein. Zum
Beispiel ist ein Oxidfilm auf einer Oberfläche des Membranerwärmungsabschnitts 13 derart
ausgebildet, dass eine elektrische Isolierungsschicht zwischen dem
Membranoszillator 14 und dem Membranerwärmungsabschnitt 13 angeordnet
ist.
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Ein
Abschnitt zur Befestigung der Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 kann
als ein Oszillator verwendet werden. Zum Beispiel ist der Membranerwärmungsabschnitt 13,
wie es in 9 gezeigt ist, in Kontakt mit
der inneren Oberfläche 52b des
Stoßfängers 52,
so dass er nicht zu dem Bereich außerhalb des Fahrzeugs 60 exponiert
ist. Somit kann der Stoßfänger 52 als
der Membranoszillator 14 der oben beschriebenen Ausführungsformen
verwendet werden. In diesem Fall ist kein Abschnitt, der Ultraschallwellen
dämpft,
auf einer oszillierenden Oberfläche
des Membranoszillators 14 vorhanden, da der Stoßfänger 52 als
der Membranoszillator 14 verwendet wird. Daher kann der
Wirkungsgrad zur Erzeugung von Ultraschallwellen verbessert werden. Ferner
wird das Aussehen des Kraftfahrzeugs 60 nicht beeinträchtigt,
da die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 nicht
von außen
sichtbar ist. Ferner kann ein Glasabschnitt, z. B. eine Windschutzscheibe
oder eine Heckscheibe, als Membranoszillator 14 verwendet
werden, und eine Abdeckung eines Frontscheinwerfers, eines Rücklichts,
eines Fahrtrichtungsanzeigers oder eines Rückwärtslichts kann als Membranoszillator 14 verwendet
werden.
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Eine
Empfangsvorrichtung zum Empfangen von Ultraschallwellen kann durch
eine Halbleitertechnologie zur Integration von Schaltkreisen auf
einem Substrat verwendet werden, auf dem die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 ausgebildet
ist. In diesem Fall können
ein Ultraschallsensor, der das Empfangselement enthält, und
die Ultraschallwellen-Erzeugungsvorrichtung 10 kompakt
und kostengünstig
hergestellt werden.
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Derartige Änderungen
und Modifikationen liegen innerhalb des Schutzumfangs, wie er in
den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist.