專利名稱：具切割口啞鈴形腔室的超音波換能器的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種超音波換能器，特別是一種用于檢測物體的存在及/或測量與
物體之間距離的超音波換能器，本發明更特別有關于其超音波傳輸涵蓋范圍經造形最佳化 的一種超音波換能器裝置。
背景技術：
超音波換能器可適用于必須偵測物體的各種應用用途之中。超音波換能器的典 型用途包括目標對象的偵測(detection)及測距(range finding)。，諸如照像機及攝影機 聚焦所需的測距，或利用超音波進行車輛后端近接處障礙物的偵測(obstacledetection)， 都是常見應用之例。在多種實例之中，超音波換能器是利用壓電組件(piezoelectric element)來產生超音波，以供執行此等功能。在大部份情況下，同一個超音波換能器常被利 用來作為超音波的發射器(ultrasound transmitter)以及接收器(ultrasound receiver) 的雙重功能裝置。換言的，同一超音波裝置須負責產生被使用作為掃描及/或測距用的超 音波，以及接收反射回來的超音波。 不論是處于發射或接收操作模態，一超音波換能器的發散及接收波場的形狀，時 常對其應用用途有其重要的影響。例如，在車輛后端外圍監測的用途之中，其發射及接收超 音波覆蓋場(ultrasound wave coverage field)兩者，通常需要予以造形(sh即ing)，以利 其達到最佳操作狀態。 一般而言，其兩種覆蓋場都需要在水平方向上相對寬廣而在其垂直 方向則相對較窄的場形造形。寬闊的水平發射覆蓋場形可以增加有效監測角度范圍，以避 免漏失了正進行倒車的車輛其后方的物體。另一方面，較低窄的垂直方向掃描角度，則可以 降低被地面反射回來超音波所干擾的可能性。 車輛后端監測系統的超音波換能器的接收操作模態下的覆蓋場形造形，基本上應 與其發射模態者相同或相似。在諸如攝影機測距的類的其它應用用途，也有類似的需求。
為了符合上述需求，習知的一種作法是藉由提高超音波換能器的工作頻率以圖縮 小超音波的垂直場形涵蓋范圍，但卻可能同時也縮小了超音波的水平場形涵蓋范圍。這會 加大水平方向的偵測盲區，因此這種作法并不能完全符合實際需求。 另一種習知作法是在超音波換能器的杯形殼體構形設計上進行變化調整，其形成 了各種不同形狀的內部開口，如長方形、橢圓形、梯形、淚滴形等的截面形狀，以試圖產生接 近理想的超音波的輻射覆蓋場形。然而，習知超音波換能器都無法在有效維持水平方向合 理涵蓋范圍的同時，又能有效地縮小垂直方向上的覆蓋范圍。 例如，圖1A顯示了第9-284896號日本公開專利所揭示的超音波換能器的結構截 面的平面圖，圖1B則顯示了該超音波換能器的場型涵蓋范圍。在圖IA中，超音波換能器I 的內部開口 10的截面狀類似大小交疊的兩個橢圓形，而其壓電組件14則位于杯形殼體12 的底部。雖然使用具有這種結構的杯形殼體12可讓超音波的發射和接收范圍在水平方向 上較寬，而垂直方向上則較窄，但其垂直方向的涵蓋場造形則仍不理想。
發明內容
本發明因此提供一種超音波換能器，其具有增進的超音波場形覆蓋特性而可以符
合特定用途的需求。該超音波換能器包含一杯形殼體，其包括一殼體側壁，該殼體側壁的內
表面于垂直于該換能器中心軸線的平面上的截面是顯現大致啞鈴形的周緣曲線，且殼體側
壁上相對于該啞鈴形周緣曲線的長軸兩端的至少其中一端開設有至少一切割口。 依據本發明的一種超音波換能器，其鵬鈴形周緣曲線的長軸兩端的至少其中一端
所開設的切割口包含相鄰接開設于平行于該杯形殼體底部的同一平面上的兩個切割口 ，與
開設在更遠離于該底部的另一平行平面上的另一切割口 。 依據本發明的一種超音波換能器，其鵬鈴形周緣曲線具有一對大致平行于該鵬鈴 長軸方向的對稱對置的直線延伸部份。 依據本發明的另一種超音波換能器，其鵬鈴形周緣曲線于其鵬鈴形長軸的兩端各 具有互相對置的，形成鵬鈴的脹大頭部的兩圓弧線段部份。 依據本發明的又一種超音波換能器，其鵬鈴形周緣曲線更包括有連結圓弧線段部 份與對應相鄰的直線部份的一弧形線段。 依據本發明的又一種超音波換能器，其杯形殼體更包括有一底部，其朝向該杯形 殼體的內部開口空間的內表面是鵬鈴形的一大致平坦平面。 依據本發明的又一種超音波換能器，其底部的鵬鈴形內表面于其兩脹大頭部部份 中的至少其中之一具有相對于該大致平坦平面的凹陷部份。
圖1A是習知超音波換能器的結構截面圖。
圖IB顯示圖1A超音波換能器的超音波場形涵蓋范圍。 圖2A至2D是依據本發明一實施例超音波換能器的不同視角外觀立體圖, 圖2E是圖2A的俯視圖。 圖2F是沿圖2E中2F-2F線的剖面圖。
圖3A是依據本發明另一實施例超音波換能器的外觀立體圖。 圖3B是圖3A的俯視圖。 圖3C是沿圖3B中3C-3C線的剖面圖。
圖4A是依據本發明又一實施例超音波換能器的外觀立體圖。 圖4B是圖4A的俯視圖。 圖4C是沿圖4B中4C-4C線的剖面圖。主要組件符號說明
1，2，3，4 10
12，20，30，40 14，22，32，42 200，300，400 2000，3000，4000 2002，3002，4002
超音波換能器
內部開口 杯形殼體 壓電組件
殼體側壁
平面結構
曲面結構
2002a，3002a，4002a
溝槽結構
3020,4020
202,302,402
204,304,404
底部 切割口 凹部
具體實施例方式
圖2A至2D是依據本發明一實施例的超音波換能器的不同視角的外觀立體圖。圖 2E是圖2A至2D中超音波換能器的俯視圖。圖2F是圖2E中沿線2E-2E所截取的剖面圖。 如圖2A至2F所示，超音波換能器2包含杯形殼體20及壓電組件22。作為超音波換能器2 的結構主體的杯形殼體20，大致具有圓柱體形的直筒杯形構造。 顧名思義，杯形殼體20的圓柱體形的直筒杯構形即形似一只茶杯，有其杯口及杯 底，且其杯壁則為實質上固定直徑的直圓筒狀。不過，如同習于本技藝者都可理解，杯形殼 體20的外壁也可為非純直筒形，其可以由其杯形底部向開口方向逐漸放大或縮小其直徑， 這在本發明的超音波換能器都屬可行。 杯形殼體20其圓柱形體的對稱中心軸線，大致是符合于其所發射及/或接收的超 音波的行進方向主軸，且其開口的方向是背向著超音波的發射方向。杯形殼體20在其杯形 體構造的杯底部份，是其平面大致垂直于殼體中心軸線的底部202。杯形殼體20環繞著中 心軸線的則為殼體側壁200。底部202以及殼體側壁200兩者接合形成了杯形殼體20的杯 形構造。 如圖2A-2D的立體圖及圖2E的俯視圖所顯示，環繞著杯形殼體20的開口空間的 殼體側壁200，其外表面除接近于開口側之處以外，是大致圓筒形的圓柱體外表面。另一方 面，殼體側壁200其圍繞著杯形殼體20開口空間的內表面，沿著中心軸線方向觀的則具有 大致啞鈴形的周緣曲線。 換言之，若沿垂直于中心軸線的平面而對杯形殼體20截取截面，則殼體側壁200 的內表面是顯現如圖所示的啞鈴形造形的封閉曲線。如圖2E所清楚顯示，若以超音波換能 器2的中心軸線為對稱中心，則殼體側壁200的這一啞鈴形內表面截面曲線具有一對大致 平行于鵬鈴長軸方向的對置直線延伸部份，此兩直線部份分別沿著平行于中心軸線的方向 前后延伸，即形成了殼體側壁200內表面的兩對置平面結構2000。 另外，殼體側壁200的啞鈴形內表面截面曲線于其啞鈴長軸兩端，則有大致平行 于殼體側壁200的圓形外表面曲線的，互相對置的，形成鵬鈴的脹大頭部的兩圓弧線段部 份。此兩圓弧線段部份分別沿著平行于中心軸線的方向前后延伸，即形成了殼體側壁200 內表面的兩對置曲面結構2002。 此外，殼體側壁200的鵬鈴形內表面截面曲線的每一圓弧線段部份，其兩端各以 一弧形線段而與其對應相鄰的直線部份互相連結。每一弧形線段沿著平行于中心軸線的方 向前后延伸，即形成了殼體側壁200內表面的溝槽結構部份2002a， 一共四個溝槽結構。
杯形殼體20的底部202的外表面，即相當于杯底平面，是呈大致圓形的平面，而其 朝向杯形殼體開口空間的內表面，如圖2E所清楚顯示，是呈前述啞鈴造形的平面。 一般而 言，壓電組件22是設置于底部202啞鈴形內表面上的大致中心位置。 圖2A至2E所顯示本發明超音波換能器的實施例，于其杯形殼體20的殼體側壁
5200上更開設有多個穿透的切割口 204。如圖2A至2D的各不同視角立體圖所顯示的，超音 波換能器2的這些切割口是穿透殼體側壁200的切割口， S卩，其是切割穿透換能器的超音波 筒壁的整個厚度，其并可依設計需求而選定其切割形狀及面積。 例如，在圖2A至2E的實施例中，這些切割口是長形切割口 ，其切割的長軸方向大 致是垂直于杯形殼體20的中心軸線，且其長軸方向的切割長度約占杯形殼體20的周圓的 六分之一至十分之一。 在圖2A至2E的此實施例中，超音波換能器2的杯形殼體20是在其殼體側壁200 上相對于其鵬鈴形周緣曲線的長軸兩端開設切割口。如圖所示，其是在鵬鈴長軸各端，接近 于杯形殼體20底部202的處各開設堆棧二層的各三個切割口 204。各端的三個切割口 204 之中，其中兩個是相鄰接開設于平行于底部202的同一平面上，而另一切割口則于更遠離 于底部202的另一平行平面上開設。 應予注意的是，圖中所顯示的雖然是切割穿透的切割口，但僅只將殼體側壁200 的厚度削薄而未穿透的筒壁凹陷口，于本發明中也可有相同的超音波覆蓋場形調整造形的 作用，故應視為與穿透切割口具相類似效應，因此本說明中所指切割口應包括穿透切割口 及未穿透的切割凹陷。 圖3A是依據本發明另一實施例的超音波換能器的外觀立體圖。圖3B是圖3A中 超音波換能器的俯視圖。圖3C則是圖3B中沿3C-3C線所截取的剖面圖。
如圖3A至3C所示，超音波換能器3包含杯形殼體30及壓電組件32。杯形殼體 30大致具有圓柱形的直筒杯形構造。 杯形殼體30在其杯形體構造的杯底部份，是其平面大致垂直于殼體中心軸線的 底部302。杯形殼體30環繞著中心軸線的則為殼體側壁300。 環繞著杯形殼體30的開口空間的殼體側壁300，其外表面是大致圓筒形的圓柱體 外表面。殼體側壁300的內表面，沿著中心軸線觀的則具有大致鵬鈴形的周緣曲線。
殼體側壁300的內表面是顯現啞鈴形造形的封閉曲線。這一啞鈴形內表面截面曲 線具有一對大致平行于鵬鈴長軸方向的對置直線延伸部份，該兩直線部份分別沿著平行于 中心軸線的方向延伸即形成了殼體側壁300內表面的兩對置平面結構3000。
啞鈴形內表面截面曲線于其啞鈴長軸兩端，則有大致平行于殼體側壁300的圓形 外表面曲線的，互相對置的，形成鵬鈴的脹大頭部的兩圓弧線段部份。該兩圓弧線段部份分 別沿著平行于中心軸線的方向延伸即形成了殼體側壁300內表面的兩對置曲面結構3002。
鵬鈴形內表面截面曲線的每一圓弧線段部份，其兩端各以一弧形線段而與其對應 相鄰的直線部份互相連結。每一弧形線段沿著平行于中心軸線的方向延伸即形成了殼體側 壁300內表面的四個溝槽結構部份3002a。 杯形殼體30的底部302的外表面是呈大致圓形的平面，而其朝向杯形殼體開口空 間的內表面，如圖3B所清楚顯示，是呈前述啞鈴造形的平面。壓電組件32—般是設置于底 部302啞鈴形內表面上的大致中心位置。 圖3A至3C所顯示本發明超音波換能器的第二實施例，同樣于其杯形殼體30的殼 體側壁300上開設有多個穿透的切割口 304。如圖3A至3C所顯示的，超音波換能器3的這 些切割口是穿透殼體側壁300的切割口 ，其切割穿透換能器的筒壁的整個厚度，并且其具 有選定的切割形狀及面積。
6
在圖3A至3C的此實施例中，超音波換能器3的杯形殼體30是在其殼體側壁300 上相對于其啞鈴形周緣曲線的長軸兩端開設切割口。其是在啞鈴長軸各端，接近于杯形殼 體30底部302的處各開設堆棧二層的各三個切割口 304。各端的三個切割口 304之中，其中 兩個是相鄰接開設于平行于底部302的同一平面上，而另一切割口則于更遠離于底部302 的另一平行平面上開設。 同樣的，圖中所顯示的雖然是切割穿透的切割口，但僅只將殼體側壁300的厚度 削薄而未穿透的筒壁凹陷口于本發明中也具相類似效果。 如上所述，本發明圖3A至3C的超音波換能器實施例，相較于圖2A至2F的實施 例，僅在其底部302的內表面構造上稍有不同。如圖3C的截面圖所示，此第二實施例的底 部302在其啞鈴形的兩脹大部份，相較于圖2A至2F的實施例是形成了各一凹部3020。此 兩凹陷部份是相對于底部302內表面中心部份的下凹，其實質上局部地加深了杯形殼體30 的內部開口空間。 圖4A-4C是圖3A-3C超音波換能器的變化實施例，其中圖4A是其外觀立體圖，圖 4B是圖4A的俯視圖，而圖4C則是沿圖4B中4C-4C線的剖面圖。圖4A-4C的此實施例與 前述兩實施例相較的下具有大致相同的構造，同樣僅在其底部402的內表面構造上稍有不 同。如圖4C的截面圖所示，此第三實施例的底部402只在其鵬鈴形的兩脹大部份的其中之 一形成了一凹部4020。此凹陷部份是相對于底部402內表面中心部份的下凹，其也實質上 局部地加深了杯形殼體40的內部開口空間。 茲進一步闡述本發明的特點及功效如后。本發明的特點在于，殼體側壁200、300、 400的接近底部202、302、402的部份可具有多個切割口 204、304、404，而且該些切割口 204、 304、404是以一適當間距排列成一堆棧圖案。堆棧圖案的設計在殼體側壁200、300、400上 構成出等效的彈簧結構，這種彈簧結構所帶來的功效在于，能夠減低外罩形成的邊界對于 超音波發射表面的束縛，然后達到本發明的目的。 前面的描述說明文字是針對本發明的特定數個實施例所進行的說明，在不脫離于 本發明的精神范疇的情況之下，其各種修改變化仍屬可能。因此，前列說明文字內容即不應 被拿來限定本發明，而本發明的范疇應以后附的權利要求書的文字內容來加以界定。
權利要求
一種超音波換能器，其特征在于，包含一杯形殼體，其包括一殼體側壁，該殼體側壁的內表面于垂直于該換能器中心軸線的平面上的截面是顯現大致啞鈴形的周緣曲線，且殼體側壁上相對于該啞鈴形周緣曲線的長軸兩端的至少其中一端開設有至少一切割口。
2. 如權利要求1所述的超音波換能器，其特征在于，其中該鵬鈴形周緣曲線的長軸兩 端的至少其中一端所開設的切割口包含相鄰接開設于平行于該杯形殼體底部的同一平面 上的兩個切割口 ，與開設在更遠離于該底部的另一平行平面上的另一切割口 。
3. 如權利要求1所述的超音波換能器，其特征在于，其中該鵬鈴形周緣曲線具有一對 大致平行于該鵬鈴長軸方向的對稱對置直線延伸部份。
4. 如權利要求1所述的超音波換能器，其特征在于，其中該鵬鈴形周緣曲線于其鵬鈴 形長軸的兩端各具有互相對置的，形成鵬鈴的脹大頭部的兩圓弧線段部份。
5. 如權利要求1所述的超音波換能器，其特征在于，其中該鵬鈴形周緣曲線包括有 一對大致平行于該鵬鈴長軸方向的對稱對置的直線延伸部份； 于其啞鈴形長軸的兩端，互相對置的，形成啞鈴的脹大頭部的圓弧線段部份；與 連結圓弧線段部份與對應相鄰的直線部份的一弧形線段。
6. 如權利要求1所述的超音波換能器，其特征在于，其杯形殼體更包括有一底部，其朝 向該杯形殼體的內部開口空間的內表面是啞鈴形的一大致平坦平面。
7. 如權利要求6所述的超音波換能器，其特征在于，其中該底部的鵬鈴形內表面于其 兩脹大頭部部份中的至少其中之一具有相對于該大致平坦平面的凹陷部份。
全文摘要
一種超音波換能器，包含有一杯形殼體，其包括一殼體側壁，該殼體側壁的內表面于垂直于該換能器中心軸線的平面上的截面是顯現大致啞鈴形的周緣曲線。啞鈴形周緣曲線可包括有一對大致平行于該啞鈴長軸方向的對稱對置的直線延伸部份，于其啞鈴形長軸的兩端，互相對置的，形成啞鈴的脹大頭部的圓弧線段部份，以及連結圓弧線段部份與其對應相鄰的直線部份的一弧形線段。其杯形殼體更可包括有一底部，其朝向該杯形殼體的內部開口空間的內表面是啞鈴形的一大致平坦平面，且其兩脹大頭部部份中的至少其中之一更可具有相對于該大致平坦平面的凹陷部份。其殼體側壁上相對于該啞鈴形周緣曲線的長軸兩端的至少其中一端更開設有至少一切割口。
文檔編號H04R17/00GK101740016SQ20081016737
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月12日 優先權日2008年11月12日
發明者吳文中, 李世光, 林嘉宇, 蕭文欣, 謝宗霖, 賀仁萱, 鄭志強, 陳俊杉 申請人:同致電子企業股份有限公司;李世光