[发明专利]哑铃形腔室的超音波换能器

说明书

技术领域

本发明是关于一种超音波换能器，特别是一种用于检测物体的存在及/或测量与物体的间距离的超音波换能器，本发明更特别有关于其超音波传输涵盖范围经造形最佳化的一种超音波换能器装置。

背景技术

超音波换能器可适用于必须侦测物体的各种应用用途之中。超音波换能器的典型用途包括目标对象的侦测(detection)及测距(range finding)。，诸如照像机及摄影机聚焦所需的测距，或利用超音波进行车辆后端近接处障碍物的侦测(obstacledetection)，都是常见应用的例子。在多种实例之中，超音波换能器是利用压电组件(piezoelectric element)来产生超音波，以供执行此等功能。在大部份的情况的下，同一个超音波换能器常被利用来作为超音波的发射器(ultrasound transmitter)以及接收器(ultrasound receiver)的双重功能装置。换言之，同一超音波装置须负责产生被使用作为扫描及/或测距用的超音波，以及接收反射回来的超音波。

不论是处于发射或接收操作模态，一超音波换能器的发散及接收波场的形状，时常对其应用用途有其重要的影响。例如，在车辆后端外围监测的用途之中，其发射及接收超音波覆盖场(ultrasound wave coverage field)两者，通常需要予以造形(shaping)，以利其达到最佳操作状态。一般而言，其两种覆盖场都需要在水平方向上相对宽广而在其垂直方向则相对较窄的场形造形。宽阔的水平发射覆盖场形可以增加有效监测角度范围，以避免漏失了正进行倒车的车辆其后方的物体。另一方面，较低窄的垂直方向扫描角度，则可以降低被地面反射回来超音波所干扰的可能性。

车辆后端监测系统的超音波换能器的接收操作模态下的覆盖场形造形，基本上应与其发射模态者相同或相似。在诸如摄影机测距的类的其它应用用途，也有类似的需求。

为了符合上述需求，习知的一种作法是通过提高超音波换能器的工作频率以图缩小超音波的垂直场形涵盖范围，但却可能同时也缩小了超音波的水平场形涵盖范围。此会加大水平方向的侦测盲区，因此这种作法并不能完全符合实际需求。

另一种习知作法是在超音波换能器的杯形壳体构形设计上进行变化调整，其形成了各种不同形状的内部开口，如长方形、椭圆形、梯形、泪滴形等的截面形状，以试图产生接近理想的超音波的辐射覆盖场形。然而，习知超音波换能器都无法在有效维持水平方向合理涵盖范围的同时，又能有效地缩小垂直方向上的覆盖范围。

例如，图1A显示了第9-284896号日本公开专利所揭示的超音波换能器的结构截面的平面图。在图1A中，超音波换能器1的内部开口10的截面状类似大小交叠的两个椭圆形，而其压电组件14则位于杯形壳体12的底部。虽然使用具有这种结构的杯形壳体12可让超音波的发射和接收范围在水平方向上较宽，而垂直方向上则较窄，但其垂直方向的涵盖场造形则仍不理想。请进一步参照图1B，其显示该超音波换能器的超音波场形涵盖范围，其超音波场形涵盖范围在-3dB处沿水平方向为54度，而沿垂直方向则为50。

发明内容

本发明因此提供一种超音波换能器，其具有增进的超音波场形覆盖特性而可以符合特定用途的需求。该超音波换能器包含一杯形壳体，其包括一壳体侧壁，该壳体侧壁的内表面于垂直于该换能器中心轴线的平面上的截面是显现大致哑铃形的周缘曲线。

依据本发明的一种超音波换能器，其哑铃形周缘曲线具有一对大致平行于该哑铃长轴方向的对称对置的直线延伸部份。

依据本发明的另一种超音波换能器，其哑铃形周缘曲线于其哑铃形长轴的两端各具有互相对置的，形成哑铃的胀大头部的两圆弧线段部份。

依据本发明的又一种超音波换能器，其哑铃形周缘曲线更包括有连结圆弧线段部份与对应相邻的直线部份的一弧形线段。

依据本发明的又一种超音波换能器，其杯形壳体更包括有一底部，其朝向该杯形壳体的内部开口空间的内表面是哑铃形的一大致平坦平面。

依据本发明的又一种超音波换能器，其底部的哑铃形内表面于其两胀大头部部份中的至少其中之一具有相对于该大致平坦平面的凹陷部份。

附图说明

图1A是习知超音波换能器的结构截面图。

图1B显示图1A超音波换能器的超音波场形涵盖范围。

图2A是依据本发明的一实施例超音波换能器的外观立体图。

图2B是图2A的俯视图。

图2C是沿图2B中2C-2C线的剖面图。

图2D显示图2A-2C的超音波换能器的超音波场形涵盖范围。