近年来，已经发展出为了安全驾驶而监视车辆的附近区域的 技术。根据该技术，一超声波传感器被安装在可包括汽车的车辆 内。该超声波传感器接收从该超声波传感器发射出并对人体无害 的超声波的发射波，从而测量出现在汽车附近区域内的物体的位 置或距离、该物体的二维形状或三维形状等。
例如，以下的汽车停泊系统已经投入实际使用。超声波传感 器安装在汽车的后部内。一种通常被称为“倒车雷达”的装置在 汽车倒进泊车区时被使用以避免与某一物体碰撞。该“倒车雷达” 是用来检测出现在所述汽车后面的、包括人和其他障碍物的物体。
作为被用于前述的用法的超声波传感器，通过使用微机电系 统(MEMS)技术而生产的压电或电容(电容器)超声波传感器 是公知的。
例如，并置多个超声波传感器元件的技术已经被公开为利用 MEMS技术的压电超声波传感器。每个所述超声波传感器元件包 括一压电传感器，其包括夹置在一对电极之间的铁电元件。所述 压电传感器具有一预定的共振频率以检测超声波。日本专利公开 文献No.2003-284182公开了此种器件。
上述日本专利公开文献中所公开的超声波传感器包括用作为 压电传感器的压电元件，其形成在具有“绝缘体硅片”(SOI)结 构的半导体芯片上。该压电元件包括由夹置在两个薄电极层之间 的、与铁电材料相对应的PZT(锆钛酸铅)陶瓷制成的薄膜，所 述两个薄电极层包括上电极层和下电极层。
因而，每个电极层和所述PZT陶瓷薄膜具有低机械强度。结 果，产生出一问题，即每个电极层或该PZT陶瓷薄膜在外力施加 到下电极层的情况下易于受到损害以使所述压电元件有可能被破 坏。
另一方面，利用MEMS技术的电容超声波传感器包括：形成 在半导体芯片上的固定电极层；以及间隔一空隙设置在所述固定 电极层上的薄可移动的电极层。所述固定电极层和所述可移动的 电极层形成了一电容元件。
对于上述结构，所述可移动的电极层具有低机械强度。因而， 这产生出一问题，即所述可移动的电极层在外力施加到其的情况 下易于受到损害以使电容电极有可能被破坏。
如以上所说明，利用MEMS技术而生产的传统压电或电容超 声波传感器在外力作用下易于受到损害。因而，很难将传统超声 波传感器作为外部设备安装在汽车上。
发明内容 
本发明旨在解决上述的和其他的问题，并旨在提出一种可经 受住外力施加的坚固的超声波传感器。
根据本发明第一方面的超声波传感器包括多个转换装置和一 保护装置。所述多个转换装置是用来进行下列转换之一：即将一 所接收到的超声波转换为一电信号，以及将其他电信号转换为将 被发射的超声波。所述多个转换装置被并置设置。所述保护装置 用来保护每个所述转换装置。
根据本发明第二方面的超声波传感器，其特征在于，所述保 护装置包括保护膜，所述保护膜设置在所述多个转换装置的每个 的前方；并且第一空隙设置在所述保护膜与所述转换装置之间。
根据本发明第三方面的超声波传感器，其特征在于，所述第 一空隙被选自液体、溶胶、凝胶的填充物充满。
根据本发明第四方面的超声波传感器，其特征在于，所述超 声波传感器包括用来使所述第一空隙与外部空间彼此相通的通气 孔。
根据本发明第五方面的超声波传感器，包括隔离装置；对于 各所述转换装置，所述隔离装置将所述转换装置、位于所述转换 装置前方的所述第一空隙以及所述保护膜隔开。
根据本发明第六方面的超声波传感器包括壳体元件、第二空 隙以及通气孔；所述壳体元件容纳所述多个转换装置的每个在其 中，所述第二空隙被所述壳体元件和所述转换装置包围，所述通 气孔用来使所述第二空隙与外部空间彼此相通。
根据本发明第七方面的超声波传感器，其特征在于，所述转 换装置是用来将电信号转换成将被发射的超声波的发射元件。
根据本发明第八方面的超声波传感器包括壳体元件和第二空 隙；所述壳体元件是用来容纳所述多个转换装置的每个在其中， 所述第二空隙与被所述壳体元件和所述转换装置包围的密封空间 相对应。
根据本发明第九方面的超声波传感器，其特征在于，所述第 二空隙被选自液体、溶胶、凝胶的填充物充满。
根据本发明第十方面的超声波传感器，其特征在于，每个所 述转换装置是用来将所接收的超声波转换成电信号的接收元件。
根据本发明第十一方面的超声波传感器，包括传递元件，对 于各所述转换装置，所述传递元件使每个所述转换装置与所述保 护膜彼此相互独立地连接。
根据本发明第十二方面的超声波传感器包括附着并固定到所 述多个转换装置的每个的前方的保护元件；所述保护元件是为了 每个所述转换装置而设置；一间隙设置在所述各保护元件之间； 并且所述间隙为对于各所述转换装置将所述各保护元件彼此相互 隔开。
根据本发明第十三方面的超声波传感器包括设置在所述多个 转换装置的每个的前方的声喇叭，其中所述声喇叭是为了每个所 述转换装置而设置，从而其具有从设置在每个所述转换装置前方 的喉部朝开口逐渐增加的横截面。
根据本发明第十四方面的超声波传感器，其特征在于，每个 所述转换装置形成在一半导体基板的表面上，所述半导体基板的 表面侧被认为是每个所述转换装置的前侧，从而用作为超声波的 接收面和发射面的任何一个；一接合引线被连接到所述半导体基 板的表面侧；并且每个所述转换装置经过所述接合引线通过引线 接合方法被表面安装到一传感器基片上。
根据本发明第十五方面的超声波传感器，其特征在于，每个 所述转换装置形成在一半导体基板的表面上；所述半导体基板的 底侧被认为是每个所述转换装置的前侧，从而用作为超声波的接 收面和发射面的任何一个；一突点被连接到所述半导体基板的表 面侧；并且每个所述转换装置经过所述突点通过倒装芯片连接被 表面安装到一传感器基片上。
根据本发明第十六方面的超声波传感器，其特征在于，每个 所述转换装置是压电转换型和电容转换型中的任何一种。
根据本发明第一方面，所述转换装置包括用来将所接收的信 号转换成电信号或将电信号转换成超声波从而将其发射的接收元 件。所述多个转换装置被并置设置。
而且，根据本发明第一方面，设置了用来保护每个所述转换 装置的保护装置。因而，即使每个所述转换元件具有低机械强度， 也可以防止所述转换装置受到损害从而无法被破坏。结果，可获 得坚固的超声波传感器。
根据本发明第二方面，所述保护膜设置在所述多个转换装置 的前方，并且所述第一空隙设置在所述保护膜与所述转换装置之 间。因而，即使一外力施加到所述超声波传感器上，该外力也仅 被施加到所述保护膜上而并不被直接施加到每个所述转换装置 上。
因而，根据本发明第二方面，即使每个所述转换装置具有低 机械强度，也可以防止所述转换装置受到损害以使所述所述转换 装置无法被破坏，而获得坚固的超声波传感器。
因而，根据本发明第二方面的超声波传感器可作为外部设备 无需任何修改地安装到汽车上。如果所述超声波传感器作为汽车 的外部设备将被安装到汽车上，则对于所述保护膜有必要使用高 抗气候侵蚀性材料。此种材料的示例包括各种不同的金属(如铝 合金)、各种不同的合成树脂、玻璃、橡胶等。
根据本发明第三方面，选自液体、溶胶、凝胶的并用来充满 所述第一空隙的填充物的声阻抗被使得接近于所述保护膜的声阻 抗。结果，在每个所述转换装置被用作为接收元件的情况下，可 确保所述保护膜的振动经过所述填充物传播到相应的所述转换装 置，从而提高接收灵敏度。
材料的声阻抗与所述材料的密度同传播的声速的乘积相对 应。然后，随着各材料之间声阻抗的差异变大，声波的传播特性 也降低。特别地，随着所述第一空隙内的填充物与所述保护膜之 间声阻抗的差异变得更大，超声波被所述保护膜反射从而不可能 传播到所述填充物。
因而，如果使用合成树脂膜作为保护膜，则可使用通过在液 体内离散合成树脂的细微颗粒而得到的溶胶或由合成树脂制成的 聚合物凝胶作为填充物。而且，所述填充物必须不影响所述转换 装置。适合此种要求的所述填充物的示例包括硅胶、氟胶等。
作为一示例，如果所述第一空隙被一种不同的气体(空气、 惰性气体等)充满，则所述保护膜的振动并不令人满意地传播到 每个所述转换装置，这是因为该气体具有非常小于所述保护膜的 声阻抗。因此，存在一种可能性，即当每个所述转换装置被用作 为接收元件时接收灵敏度被降低。
如果在所述第一空隙内残留有空气，则所述保护膜的振动不 可能传播到每个所述转换装置。因而，期望从所述第一空隙中完 全将空气去除从而用所述填充物充满所述第一空隙。
如果每个所述转换装置被用作为发射元件，则选自液体、溶 胶、凝胶的并充满所述第一空隙的填充物的声阻抗被使得接近于 所述保护膜的声阻抗。结果，可以确保所述发射元件的振动经过 所述填充物传播到所述保护膜，而提高发射元件的发射输出量。
而且，如果所述第一空隙被一种不同的气体充满，则所述发 射元件的振动无法令人满意地传播到所述保护膜，这是因为该气 体的声阻抗非常小于所述保护膜的声阻抗。结果，存在一种可能 性，即所述发射元件的发射输出量变低。
而且，如果所述第一空隙被诸如液体、溶胶、凝胶的填充物 充满，则期望从所述第一空隙中完全去除空气从而用所述填充物 充满所述第一空隙，这是因为如果空气残留在所述第一空隙内则 所述发射元件的振动不可能令人满意地传播到所述保护膜。
根据本发明第四方面，当在所述第一空隙内的所述填充物包 含空气气泡时，可以经过所述通气孔将该空气气泡从所述第一空 隙排出到外部空间。
特别地，如果在所述第一空隙内的所述填充物包含空气气泡， 则该空气气泡使得所述保护膜的振动无法传播到每个所述转换装 置。
另一方面，根据本发明第四方面，由于所述空气气泡经过所 述通气孔被排出，因此可用所述填充物完全充满所述第一空隙。 因而，如果每个所述转换装置被用作为接收元件，则接收灵敏度 可防止被降低，这种降低是由于包含在所述第一空隙内的填充物 中的空气气泡的存在。
如果每个所述转换装置被用作为发射元件，则可以用所述填 充物完全充满所述第一空隙，这是因为包含在所述第一空隙内的 填充物中的空气气泡经过所述通气孔被排出。如此，可确保所述 发射元件的振动经过所述填充物传播到所述保护膜以防止所述发 射元件的发射输出量被降低。
根据本发明第五方面，被所述隔离装置所隔离的单一保护膜 的振动仅传播到经过所述第一空隙位于所述保护膜下方的转换装 置，而并不传播到其他转换装置。
因而，根据本发明第五方面，超声波至每个所述转换装置的 传播可以完全隔离的方式而实现。因而，每个所述转换装置的串 音特征可防止被降低。可选地，多个邻近的转换装置可被组成一 组。隔离装置可为了每组转换装置而设置从而将相应的组与组之 间隔开。
所述隔离装置必须可靠地阻滞所述保护膜、所述第一空隙和 所述转换置的振动，其中所述保护膜、所述第一空隙和所述接收 元件被竖直设置从而被组成一组，以使该振动不能传播到其他相 邻组的各元件。
为此，具有高振动阻滞特性的材料必须被用于所述隔离装置。 该材料的示例包括橡胶。
根据本发明第六方面，由于每个所述转换装置的振动并不被 阻止，因此在每个所述转换装置被用作为接收元件时，接收灵敏 度可防止被降低。
特别地，如果不为第二空隙设置通气孔，则所述第二空隙形 成一密封的空间。充满该密封的空间的空气作用为一弹簧从而将 由于空气的阻尼力施加到每个所述转换装置的背面侧上。结果， 每个所述转换装置的自由振动被阻止。
另一方面，根据本发明第六方面，空气流经所述通气孔。因 此，没有由于空气的阻尼力被施加到每个所述转换装置的背面侧。 结果，每个所述转换装置可自由振动。
如果每个所述转换装置被用作为发射元件，则空气流经所述 第二空隙的通气孔。因而，没有由于空气的阻尼力被施加到用来 发射元件的发射超声波的发射面的背面侧上。结果，所述发射面 可并不阻止振动地自由振动。因而，所述发射元件的发射输出量 可被增加。
为了获得上述令人满意的功能和效果，所述通气孔的数量、 位置、形状和尺寸可利用试算法在实验中来找出它们的最优值的 方式来设定。
当空气流经所述第二空隙的通气孔时，没有由于空气的阻尼 力被施加到所述发射元件的背面侧上，从而并不阻止所述发射面 的自由振动。因此，所述发射元件(转换装置的隔膜)的共振值Q 被增加。
所述发射元件的共振值和所述发射输出量彼此相互正向相 关。因而，随着所述共振值Q增加，所述发射输出量变得更大。
包括利用MEMS技术生产的压电元件或电容元件的所述发射 元件由于其的小超声波发射输出量而并不适合作为发射元件。因 而，此种发射元件必须尽可能多地增加其发射输出量。
因而，尤其当本发明第七方面被作为利用MEMS技术而生产 的发射元件实施时，所述本发明第七方面可展示出第六方面的功 能和效果。
根据本发明第八方面，充满与所述密封的空间相对应的所述 第二空隙的空气作用为一弹簧从而将由于空气的阻尼力施加到每 个所述转换装置的背面侧。结果，由于每个所述转换装置的自由 振动被阻止，因此所述转换装置的隔膜的共振值Q被减小。
而且，根据本发明第六方面，如果每个所述转换装置被用作 为接收元件，则由于每个所述转换装置的振动被阻止因此接收灵 敏度被降低。
根据本发明第九方面，通过用抑制所述转换装置的隔膜的振 动的材料(如液体、溶胶、凝胶等)充满所述第二空隙，所述转 换装置的隔膜可防止过度振动而被破坏。
所述接收元件的共振值Q和所述接收灵敏度彼此相互正向相 关。因而，随所述共振值Q增加，所述接收灵敏度变得更大。
在此，由于生产过程原因，多个接收元件的主共振频率具有 波动(差异)。
如果所述接收元件的共振值Q被增加，则接收灵敏度被增加。 然而，由于所述接收灵敏度相对于频率的变化呈现出急剧的特征， 因此，所述接收灵敏度在偏离主共振频率的频率处突然下降，即 使该偏离很微小。
与之相反，如果所述接收元件的共振值Q被设得较小，则所 述接收灵敏度相应变得较低。然而，由于所述接收灵敏度相对于 频率的变化呈现出平缓的特征，因此所述接收灵敏度即使在远离 主共振频率的频率处也不显著下降。
包括利用MEMS技术生产的压电元件或电容元件的所述接收 元件由于其的高超声波接收灵敏度而适合作为接收元件。因而， 必须在一尽可能宽的频率范围内增加接收灵敏度而不是在主共振 频率处增加接收灵敏度。
因而，尤其当本发明第十方面被作为利用MEMS技术而生产 的接收元件实施时，所述本发明第十方面可展示出第八方面的功 能和效果。
根据本发明第十方面，通过用抑制所述转换装置的隔膜的振 动的材料充满所述第二空隙，所述转换装置的隔膜的共振值Q与 所述第二空隙被空气充满的情况相比可被降低。
因此，如果所述第二空隙内的所述填充物被适当选择，则可 获得期望的共振特征而无需改变所述接收元件的结构。
根据本发明第十一方面，当超声波振动所述保护膜时，所述 保护膜的振动经过每个所述传递元件传播到相应的所述转换装 置。
在此，由于所述传递元件是为了每个所述转换装置而设置， 因此任一个传递元件的振动从不传播到其他传递元件。结果，由 于对于每个转换装置超声波的接收或发射可以隔离的方式而完 成，因此每个所述转换装置的串音特征可防止被降低。
而且，每个所述传递元件的声阻抗被使得接近于所述保护膜 的声阻抗。结果，在每个所述转换装置被用作为接收元件的情况 下，可确保所述保护膜的振动传播到相应的所述转换装置，而提 高接收灵敏度。
此外，每个所述传递元件的声阻抗被使得接近于所述转换装 置的声阻抗。结果，在每个所述转换装置被用作为接收元件的情 况下，可确保每个所述传递元件的振动传播到相应的所述转换装 置，而提高接收灵敏度。
因而，期望所述传递元件由与所述保护膜或所述转换装置相 同的材料制成。
如果每个所述转换装置被用作为发射元件，则通过使得所述 传递元件的声阻抗接近于所述保护膜的声阻抗可确保所述传递元 件的振动传播到所述保护膜。结果，所述发射元件的发射输出量 可被增加。
而且，如果每个所述转换装置被用作为发射元件，则通过使 得所述传递元件的声阻抗接近于所述发射元件的声阻抗可确保所 述发射元件的振动传播到所述传递元件。结果，所述发射元件的 发射输出量可被增加。
根据本发明第十二方面，如果每个所述转换装置被用作为接 收元件，则当超声波振动保护膜时所述保护膜的振动传播到所述 接收元件，这是因为所述保护膜被附着并固定到所述接收元件的 前方。
另一方面，根据本发明第十二方面，如果每个所述转换装置 被用作为发射元件，则当所述发射元件振动时所述发射元件的振 动传播到所述保护膜，这是因为所述保护膜被附着并固定到所述 发射元件的前方。结果，所述保护膜振动以发射超声波。
在此，由于每个所述转换装置被所述保护膜加固，因此即使 外力被施加到所述超声波传感器上，每个所述转换装置可防止受 到损害而不被破坏。结果，可获得坚固的超声波传感器。
因而，根据本发明第十二方面的超声波传感器可无任何修改 地作为汽车的外部设备被安装。如果所述超声波传感器被安装作 为汽车的外部设备，则对于所述保护膜有必要使用高抗气候侵蚀 性材料。该材料的示例包括各种不同的金属(如铝合金)、各种不 同的合成树脂、玻璃、橡胶等。
对于将所述保护膜附着并固定到每个所述转换装置的方法， 可使用任何方法(如热焊接、超声焊接、用胶粘剂的粘结等)。
根据本发明第十三方面，为每个所述转换装置设置了声喇叭。 结果，每个所述转换装置可被赋予超声波接收方向或发射方向方 面的指向性。
特别地，每个所述声喇叭在其喇叭轴线上具有灵敏的指向性。 因而，通过将所述声喇叭形成具有相同的尺寸和形状，如果所述 各声喇叭的喇叭轴线被设置成相同的方向则每个所述转换装置的 指向性可相同。而且，在通过改变每个所述声喇叭的尺寸和形状 而将所述各声喇叭的喇叭轴线设置成任意不同的方向的情况下， 相应的所述声喇叭的指向性同样可被设置成任意方向。
每个所述声喇叭的喇叭壁件必须由具有足够强度的材料形成 以无法造成被超声波的振动。该材料的示例包括各种不同的金属、 各种不同的合成树脂等。
根据本发明第十四方面，可获得通过利用接合引线法将每个 所述转换装置表面安装到一传感器基片上而形成的超声波传感 器。
根据本发明第十五方面，每个所述转换装置和所述传感器基 片经过一突点彼此相互连接并固定。因而，由于可确保保持每个 所述转换装置与所述传感器基片之间的电连接，因此可提高所述 超声波传感器的可靠性同时延长其的使用寿命。
而且，通过使用倒装芯片连接，用来将每个所述转换装置表 面安装到所述传感器基片上的生产成本与使用接合引线法的情况 相比可被降低。
在每个所述转换装置被用作为接收元件的情况下，接合引线 并不设置在超声波的接收面的上方，并且因而没有障碍物出现在 所述接收面的前方。因而，超声波未被阻止到达所述接收面，所 以提高了接收元件的接收灵敏度。而且，由于接合引线并不设置 在所述接收元件的接收面上方，因此所述接合引线不被由所述接 收元件所接收的超声波切断。
而且，在每个所述转换装置被用作为发射元件的情况下，接 合引线并不设置在发射元件的发射面上方，并且因而没有障碍物 出现在所述发射面的前方。因而，超声波未被阻止从所述发射面 发射，所以提高了所述发射元件的发射输出量。而且，由于接合 引线并不设置在所述发射元件的发射面的上方，因此所述接合引 线不被从发射元件发射的超声波切断。
此外，由于所述突点的电感与所述接合引线相比被降低，因 此在每个所述转换装置内的电信号的传输率可被增加。
而且，不再有必要设置所述接合引线被连接至的电极极片。 由于所述传感器基片被由于所述电极极片所占据的面积减小，因 此所述超声波传感器可在尺寸和重量上被减小。
另外，根据本发明第十五方面，如果通过在一半导体基板的 底面侧上形成一凹部来减小每个所述转换装置的隔膜的厚度从而 有利于相应的所述转换装置的振动，则可容易获得本发明第十三 方面的功能和效果而不必将所述声喇叭设置为一独立元件。
而且，由于所述声喇叭不必被设置成一独立元件，因此可降 低生产成本。与此同时，所述超声波传感器可在尺寸和重量上被 减小。
根据本发明第十六方面，可获得压电或电容超声波传感器。
附图说明
通过阅读以下形成本申请一部分的详细说明、权利要求书和 附图，将理解本发明的其他特征和优点、以及运作方法和相关部 分的功能。在附图中：
图1是根据本发明第一实施例的超声波传感器的接收部的侧 向剖视图；
图2是图1所示的接收部的压电接收元件的侧向剖视图；
图3是根据本发明原理的第一超声波传感器的透视图；
图4是根据本发明第二实施例的超声波传感器的接收部的侧 向剖视图；
图5是根据本发明第三实施例的超声波传感器的接收部的侧 向剖视图；
图6是根据本发明第四实施例的超声波传感器的接收部的侧 向剖视图；
图7是根据本发明第五实施例的超声波传感器的接收部的侧 向剖视图；
图8是根据本发明第六实施例的超声波传感器的接收部的侧 向剖视图；
图9A和9B是根据本发明第七实施例的超声波传感器的接收 部的侧向剖视图；
图10是根据本发明第八实施例的超声波传感器的接收部的侧 向剖视图；
图11是电容接收元件的放大侧向剖视图，其适用于使用在根 据本发明第一至第八实施例的任一接收部中；
图12是根据本发明原理的第二超声波传感器的透视图；
图13是图4的接收部和图12的超声波传感器的发射部的侧 向剖视图；
图14是图5的接收部和图12的超声波传感器的发射部的侧 向剖视图；
图15是图8的接收部和图12的超声波传感器的发射部的侧 向剖视图；
图16A和16B是图9A和9B中的接收部和图12中的超声波 传感器的发射部的侧向剖视图；
图17是图10中的接收部和图12的超声波传感器的发射部的 侧向剖视图；
图18是根据本发明第九实施例的超声波传感器的接收部的侧 向剖视图；
图19是图18中的接收部的压电接收元件的放大侧向剖视图；
图20是根据本发明原理的第三超声波传感器的透视图；
图21是根据本发明第十实施例的接收部的侧向剖视图，其适 于使用在图20中的超声波传感器内；
图22是根据本发明第十一实施例的接收部的侧向剖视图，其 适于使用在图20中的超声波传感器内；
图23是根据本发明原理的第四超声波传感器的透视图；
图24A和24B是示出了根据本发明原理的、同隔膜的共振值 与频率之间关系相对应的共振特征的曲线；
图25是根据本发明第十二实施例的接收部的侧向剖视图，其 适于使用在图20中的超声波传感器内；
图26是根据本发明第十二实施例的第一可选接收部的侧向剖 视图；
图27是根据本发明第十二实施例的第二可选接收部和发射部 的侧向剖视图；
图28是根据本发明第十三实施例的接收部的侧向剖视图，其 适于使用在图20中的超声波传感器内；
图29是第十三实施例的第一可选接收部的侧向剖视图；
图30是根据第十三实施例的第二可选接收部和适于使用在图 23中的超声波传感器内的发射部的侧向剖视图；
图31是根据本发明第十四实施例的接收部的侧向剖视图，其 适于使用在图20中的超声波传感器内；
图32是根据本发明第十四实施例的第一可选接收部的侧向剖 视图，其适于使用在图20中的超声波传感器内；
图33是根据本发明第十四实施例的第二可选接收部和适于使 用在图23中的超声波传感器内的发射部的侧向剖视图；
图34是一电容接收元件的放大侧向剖视图，其适于使用在所 述第九到第十四实施例中并包括这些实施例的可选实施例中的任 一接收部内；
图35是第九实施例的发射部和接收部的侧向剖视图，适于使 用在图23中的超声波传感器内；
图36是第十二实施例的发射部和接收部的侧向剖视图，适于 使用在图23中的超声波传感器内；
图37是第十三实施例的发射部和接收部的侧向剖视图，所述 实施例适用于图23的超声波传感器；
图38是第十四实施例的发射部和接收部的侧向剖视图，所述 实施例适用于在图23的超声波传感器。

自此，参看附图将说明本发明所包含的实施例。在各实施例 内，相同的部件由相同的附图标记表示，并且相同内容的说明在 此将省略。
实施例1
图1是侧向剖视图，其示出了根据实施例1的超声波传感器 M内的接收部10。
该接收部10包括以布置成一阵列形式的多个压电接收元件 11。在图1所示的示例中，示出了三个接收元件11的侧向剖视图。
每个接收元件11被形成在具有SOI结构的单晶硅基板(单晶 硅芯片)12上。
基板12被容纳在一壳体元件(收容元件)13内，该壳体元件 13为长方体盒形并带有一上开口端。而且，基板12的外周端部通 过一适当的方法(如热焊接、超声焊接、用胶粘剂的粘结等)被 连接并固定到壳体元件13的内壁，从而气密性密封基板12的外 周端部与壳体元件13之间的连接部。
每个接收元件11被安置成用来接收超声波的接收面11a被指 朝向所述壳体元件13的开口13a。
用来关闭所述开口13a的保护膜14附着在所述壳体13的开 口13a上。特别地，保护膜14设置在接收元件11的前方。
通过上述合适的方法，保护膜14的外周端部被附着并固定到 壳体元件13的开口13a的内周端部，从而气密性密封保护膜14 的外周端部与壳体元件13之间的连接部。
保护膜14是一薄膜，其由可被超声波振动(oscillate)的材 料形成。尽管保护膜14的材料可无折射地透过超声波，但其不能 透过空气、尘埃、水等。
空隙S设置在保护膜14与基板12之间。该空隙S由气体、 液体、溶胶、凝胶等充满。
被基板12的背面侧(底面侧)和壳体元件13所围绕的空隙R 被空气充满。
图2是示出了一压电接收元件11的放大侧向剖视图。
一穿过基板12的通孔12a形成在基板12内。
在基板12的一表面上，绝缘层21、活性硅层22、绝缘层23 被依次形成。每个层22和23被形成为关闭所述通孔12a的上开 口。
在位于所述通孔12a上方(前方)的绝缘层23的一表面上， 下电极层24、由铁电材料(如PZT等)制成的薄膜层25、上电极 层26被依次形成。
绝缘层27围绕所述层24至26而形成。绝缘层27和上电极 层26的各表面(器件表面)被均匀化。
一接合引线(导线)28被连接到下电极层24，而一接合引线 29被连接到上电极层26。
以上面所述的方式，形成了具有一种结构的压电元件(压电 传感器)E，在该结构中铁电薄膜层25夹在两个薄电极层24和 26之间。接收元件11包括利用MEMS技术而生产的所述压电元 件E。
而且，通过所述上电极层26的表面形成了接收元件11的接 收面11a。
当所述薄膜层25被超声波振动时，由于压电效应而产生一电 信号。所产生的电信号经过接合引线28和29从每个电极24和26 输出。
通孔12a被设置成用来有助于包括所述层22至26的隔膜的 振动。
图3是示出了超声波传感器M的透视图。
该超声波传感器M由一个混合IC(集成电路)构成，该混合 IC包括接收部10、发射部31、传感器基片32、电极片33。
所述传感器基片32是一印刷电路板。多个电极片33形成在 由一绝缘板材料所形成的传感器基片32的表面上，同时与各芯片 部相对应的接收部10和发射部31被连接并固定到所述电极片33 上。
从在接收部10内的每个接收元件11引出的相应的接合引线 28和29的末端被连接到相应的电极片33。
在图3所示的示例中，接收部10由排列成3×3阵列形式的 九个接收元件11构成。
发射部31具有与接收部10相同的结构。发射部31包括单一 压电发射元件，其具有与所述接收元件11相同的结构。由铁电材 料制成的薄膜层25由于压电效应而振动以产生出与输入信号相对 应的超声波，所述输入信号从电极层24和26被施加到所述薄膜 层25。在这种情况下，接收元件11的接收面11a用作为用来从发 射元件发射超声波的发射面。
特别地，发射部31的发射元件将电信号转换成超声波从而将 其发射。
然后，发射部31发射与来自外部的输入信号相对应的超声波。 由被检测物体所反射的超声波所产生的反射声信号被接收部10内 的每个接收元件11接收。
特别地，在接收部10内的每个接收元件11将所接收到的超 声波转换为电信号。
从发射部31所发射的超声波与被在接收部10内的每个接收 元件11所接收到的超声波被彼此相互进行比较从而获得它们之间 的声压差异、时间差异和相位差异。结果，基于所获得的差异， 可以测量出被检测物体的位置、超声波传感器M与被检测物体之 间的距离、被检测物体的二维或三维形状。
实施例1的功能和效果
根据实施例1，可以获得以下的功能和效果。
[1-1]
保护膜14设置在基板12的前方，所述各接收元件11形成在 所述基板12上。空隙S设置在保护膜14和基板12之间。
因而，即使外力施加到超声波传感器M的接收部10上，外 力也仅施加到所述保护膜14上而并不直接施加到形成在基板12 上的每个薄层22至26上。
因而，根据实施例1，即使每个薄层22至26具有低机械强度， 每个所述层22至26也可被防止受到损害从而不可能破坏所述接 收部10。结果，可获得坚固的接收部10。
而且，由于发射部31的发射元件具有与接收元件11相同的 结构，因此每个所述层22至26可被防止受到损害以使发射部31 无法被破坏。结果，可获得坚固的发射部31。
因而，包括接收部10和发射部31的超声波传感器M可无需 修改地作为汽车的外部设备被安装。如果超声波传感器M将被安 装作为汽车的外部设备，则有必要对于保护膜14使用高抗气候侵 蚀性材料。该材料的示例包括各种不同的金属(如铝合金)、各种 不同的树脂、玻璃、橡胶等。
[1-2]
在保护膜14与基板12之间的空隙S被选自液体、溶胶、凝 胶的填充物所充满的情况下，所述填充物的声阻抗被使得接近于 所述保护膜14的声阻抗，以使可以经所述填充物将所述保护膜14 的振动传播到每个接收元件11。结果，可以提高每个接收元件11 的接收敏感度。
材料的声阻抗是材料密度与传播的声速的乘积。然后，随着 各材料间的声阻抗差异变大，声波的传播特性被降低。特别地， 随着空隙S内的填充物与保护膜14之间的声阻抗差异变大，超声 波被保护膜14反射从而不可能传播到所述填充物。
因而，如果使用合成树脂膜作为保护膜14，则可使用溶胶或 聚合物凝胶作为填充物，该溶胶通过在液体内离散合成树脂的细 微颗粒而得到，该聚合物凝胶由合成树脂制成。而且，所述填充 物必须不影响各接收元件11。适合此要求的填充物的示例包括硅 胶、氟胶等。
为了用所述填充物充满空隙S，在将保护膜14连接到壳体元 件13上之后，所述填充物被注射入所述空隙S同时将空气从所述 空隙S排除。
可选地，在基板12被容纳进壳体元件13并且接着填充物经 过壳体元件13的上开口被浇注在所述基板12上之后，保护摸14 可被连接到所述壳体元件13上。
还可选地，在填充物被滴注到基板12上之后，通过旋涂该基 板12被旋转从而在基板12的表面上形成了一由所述填充物构成 的薄膜。随后，该基板12可被容纳在壳体元件13内。
作为一示例，如果空隙S由各种不同的气体之一(空气，惰 性气体等)来充满，则由于空气同保护膜14相比具有极小的声阻 抗而导致保护膜14的振动无法令人满意地传播到各接收元件11。 因而，存在一种可能性，即每个所述接收元件11的接收敏感度被 降低。
在所述空隙S被诸如液体、溶胶、凝胶的填充物所充满的情 况下，如果空隙S内残留有空气，则保护膜14的振动不可能传播 到接收元件11。因而，期望从空隙S中完全去除空气从而用所述 填充物充满所述空隙S。
如果保护膜14与基板12之间的空隙S被选自液体、溶胶、 凝胶的填充物所充满，则通过使得所述填充物的声阻抗接近于所 述保护膜14的声阻抗可以确保发射元件的振动经过所述填充物传 播到保护膜14，这是因为在发射部31内的发射元件具有与接收元 件11相同的结构。结果，可提高发射元件的发射输出量(能力)。
而且，如果所述空隙S被各种不同的气体之一所充满，则由 于气体的声阻抗极小于保护膜14的声阻抗而导致发射元件的振动 不能令人满意地传播到所述保护膜14。因而，存在一种可能性， 即发射元件的发射输出量变小。
而且，在所述空隙S由诸如液体、溶胶、凝胶的填充物所充 满的情况下，期望从所述空隙S完全去除空气从而用所述填充物 充满所述空隙S，这是因为如果在所述空隙S内残留有空气则发 射元件的振动不可能传播到保护膜14。
[1-3]
在图3所示的示例中，超声波传感器包括接收部10，其包括 九个接收元件11(压电元件E)。然而，构成所述接收部10的接 收元件11的数量影响对被检测物体的测量值(位置、距离、形状 的测量值)的准确度；随着接收元件11的数量被增加，这种准确 度可被提高。
各接收元件11之间的间距必须被设置成小于从发射部31所 发射出的超声波的波长。各接收元件11之间的间距同样影响测量 值的准确度。
因而，接收元件11的数量和它们之间的间距可利用试算法在 实验中来找出与所需测量准确度相对应的它们的最优值的方式来 设定。
例如，如果仅仅要去测量被检测物体相对于超声波传感器M 的方位，则几个接收元件11是令人满意的。然而，如果测量被检 测物体的精确二维形状，则有必要设置几十到几百个接收元件11。 而且，如果测量被检测物体的精确三维形状，则接收元件11的所 需的数量要远超过对二维形状测量所需的数量。
[1-4]
在图3所示的示例中，构成发射部31的各发射元件的排布方 式被适当确定从而调整超声波发射方向方面的指向性。
因而，构成发射部31的各发射元件的数量和排布方式可利用 试算法在实验中来找出与所需发射输出量和指向性相对应的它们 的最优值的方式来设定。
实施例2
图4是示出了根据实施例2的超声波传感器M内的接收部40 的侧向剖视图。
根据实施例2的接收部40与实施例1的接收部10的不同之 处仅在于，所述保护膜14被一薄板形保护元件41所代替，该薄 板形保护元件41被附着并固定到每个接收元件11的表面11a上。
特别地，在所述接收部40内，保护元件41被连接到每个接 收元件11的前侧上。间隙K设置在各相应的接收元件11的保护 元件41之间。对于每个接收元件11，所述间隙K将各保护元件 41隔开。
通过用接收部40替换根据实施例1的如图3所示的超声波传 感器M内的接收部10来获得根据实施例2的超声波传感器M的 结构。
实施例2的功能和效果
根据实施例2，除了上述实施例1中[1-3]和[1-4]所说明的相同 的功能和效果以外，还可获得以下功能和效果。
[2-1]
薄板形保护元件41被附着并固定到每个接收元件11的接收 面11a上。因而，当保护元件41被超声波振动时，保护元件41 的振动传播到接收面11a上的每个所述层22至26上(未在图4 中示出；见图2)。结果，由铁电材料所形成的薄膜层25振动以产 生出由于压电效应的电信号。
在此，由于通过保护元件41将接收面11a上的所述层22至 26加强，因此每个所述薄层22至26可被防止受到损害从而即使 外力施加到超声波传感器M的接收部40上也不能破坏接收部40。 结果，可获得坚固的接收部40。
而且，在发射部31被制造成具有与接收部40相同的结构以 使薄板形保护元件41被附着并固定到发射元件的发射面上的情况 下，当所述薄膜层25由于压电效应而振动时所述薄膜层25的振 动传播到所述保护元件41。然后，所述保护元件41反过来被振动 以发射超声波。
在这种情况下，由于在发射元件的发射面上的所述层22至26 被所述保护元件41加强，因此每个所述薄层22至26可被防止受 到损害从而即使外力施加到超声波传感器M的发射部31上也不 能破坏发射部31。结果，可获得坚固的发射部31。
[2-2]
由于接收部40和发射部31是坚固的，因此包括接收部40和 发射部31的超声波传感器M可无任何修改地作为汽车的外部设 备被安装。如果所述超声波传感器M将被安装作为汽车的外部设 备，则有必要使用高抗气候侵蚀性材料作为保护元件41的材料。 该材料的示例包括各种不同的金属(如铝合金)、各种不同的树脂、 玻璃、橡胶等。
对于将所述保护元件41附着并固定到每个所述接收元件11 的接收面11a(发射元件的发射面)上的方法，可使用任何方法(如 热焊接、超声焊接、用胶粘剂的粘结等)。
[2-3]
所述间隙K设置在各相应的接收元件11的保护元件41之间。 所述间隙K用作为对于每个所述接收元件11隔开所述保护元件 41。因而，一保护元件41的振动仅仅传播到该保护元件41所附 着并固定到的接收元件11上而不经过与其相邻的保护元件41传 播到其他接收元件11上。
因而，根据实施例2，由于可通过每个接收元件11以完全隔 离方式来接收超声波，每个接收元件11的串音(crosstalk)特征 可防止被降低。
实施例3
图5是示出了根据实施例3的超声波传感器M内的接收部50 的侧向剖视图。
根据实施例3的接收部50与根据实施例1的接收部10的不 同之处仅在于，设置了隔离元件51和隔离槽52。
每个隔离元件51的下端部在各接收元件11之间被嵌入到形 成在所述基板12内的相应的隔离槽52内。另一方面，对于各接 收元件，每个隔离元件51的上端部将空隙S和保护膜14隔开。
特别地，在图5所示的示例中，每个隔离元件51的下端部在 三个接收元件11A至11C之间被嵌入到形成在基板12内的相应的 隔离槽52中。结果，通过各隔离元件51和各隔离槽52将所述接 收元件11A至11C彼此相互隔开。
对于每个接收元件11A至11C，位于相应接收元件11A至11C 上方(前方)的空隙SA至SC和保护膜14A至14C通过各隔离元 件51也被彼此相互隔开。
通过用接收部50代替根据实施例1的如图3所示的超声波传 感器M的接收部10而获得根据实施例3的超声波传感器M的结 构。
实施例3的功能和效果
根据实施例3，除了根据实施例1的上述功能和效果以外，还 可获得以下功能和效果。
[3-1]
对于每个接收元件11，接收元件11、以及位于相应接收元件 11上方(前方)的空隙S和保护膜14被各隔离元件51和各隔离 槽52隔开。因而，由所述隔离所得到的一保护膜14A的振动仅传 播到经过空隙SA位于保护膜14A下方的接收元件11A而不传播 到其他接收元件11B和11C。
因而，根据实施例3，可通过每个接收元件11A至11C以完 全隔离方式来接收超声波。因此，每个接收元件11A至11C的串 音特征可被防止降低。
可选地，多个彼此相互邻近的接收元件11可被组成一组。隔 离元件51和隔离槽52可针对每个组来设置从而将组与组彼此隔 开。
[3-2]
每个隔离元件51必须可靠地阻滞竖直布置着以组成一组的保 护膜14A、空隙SA和接收元件11A的振动，以使该振动不能传 播到其他相邻组的各元件(保护膜14B和14C、空隙SB和SC、 以及接收元件11B和11C)。
为此，需要将具有高防振动特性的材料应用于每个隔离元件 51。该材料的示例包括橡胶。
实施例4
图6是示出了根据实施例4的超声波传感器M内的接收部60 的侧向剖视图。
根据实施例4的接收部60与根据实施例3的接收部50的不 同之处仅在于，通气孔61在每个接收元件11下方形成在壳体元 件13的底面上；所述通气孔是用来使得空隙R与壳体元件13的 外部空间彼此相通。
通过用接收部60来代替根据实施例1的如图3所示的超声波 传感器M的接收部10而获得根据实施例4的超声波传感器M的 结构。
然而，有必要在所述接收部60与所述传感器基片32之间设 置一间隙，以使当所述接收部60被连接并固定到所述传感器基片 32上时每个所述通气孔61不被关闭。特别地，可在接收部60与 传感器基片32之间设置一垫块，或者在传感器基片32内与每个 通气孔61相对应的位置上设置一槽或一通气孔。
实施例4的功能和效果
根据实施例4，除了根据实施例3的上述功能和效果以外，每 个接收元件11的接收灵敏度可防止降低，这是因为在每个接收元 件11的接收面11a上的每个层22至26(未在图6中示出；见图 2)的振动不被阻止。
特别地，在不为壳体元件13设置通气孔61的情况下，被基 板12和壳体元件13所包围的空隙R成为一密封空间。如此，充 满所述密封空间的空气作用为一弹簧从而将由于空气的阻尼力施 加到每个接收元件11的接收面11a的背面侧。因而，存在一种可 能性，即在接收面11a上的每个层22至26的自由振动被禁止， 从而降低了每个接收元件11的接收灵敏度。
另一方面，在实施例4中，空气流经各通气孔61。因而，由 于空气的阻尼力并不施加到每个接收元件11的接收面11a的背面 侧。结果，在接收面11a上的每个层22至26可自由振动。
通气孔61的数量、排布方式、尺寸和形状可利用试算法在实 验中来找出它们的最优值的方式来确定，从而如以上所述得到令 人满意的功能和效果。
在发射部31被制成具有与接收部60相同的结构和为发射部 31的壳体元件13设置有通气孔61的情况下，空气流经各通气孔 61。因而，由于空气的阻尼力并不施加到发射元件的发射面的背 面侧上。结果，由于振动不被阻止以使在发射面上的每个层22至 26可自由振动，因此可提高发射元件的发射输出量。
实施例5
图7是示出了根据实施例5的超声波传感器M内的接收部70 的侧向剖视图。
根据实施例5的接收部70与根据实施例1的接收部10的不 同之处仅在于，一通气孔71穿过壳体元件13的一侧壁而设置， 该通气孔用来使得空隙S与壳体元件13的外部空间之间彼此相 通。
通过用接收部70代替根据实施例1的如图3所示的超声波传 感器M的接收部10来获得根据实施例5的超声波传感器M的结 构。
然而，有必要将壳体元件13的与带有通气孔71的侧壁相对 的一侧壁连接并固定到传感器基片32上，以使当所述接收部70 被连接并固定到传感器基片32上时所述通气孔71的开口指向上。
实施例5的功能和效果
根据实施例5，除了实施例1的上述功能和效果以外，如果当 空隙S被诸如液体、溶胶、凝胶的填充物充满时所述填充物还包 含空气气泡，则这些空气气泡可经过所述通气孔71排出到空隙S 的外部空间。
特别地，如果充满所述空隙S的填充物包含空气气泡，则这 些空气气泡使得所述保护膜14的振动很难传播到接收元件11。
另一方面，根据实施例5，这些空气气泡经过所述通气孔71 被排除。因而，所述空隙S可被所述填充物完全充满，从而防止 每个接收元件11的接收灵敏度由于包含在充满所述空隙S的填充 物内的空气气泡而被降低。
在发射部31被制成具有与接收部70相同的结构和为发射部 31的壳体元件13设置有通气孔71的情况下，包含在所述空隙S 的填充物内的空气气泡经过所述通气孔71被排除。结果，空隙S 可以被填充物完全充满。如此，允许发射元件的振动经过所述填 充物可靠地传播到保护膜13，从而防止发射元件的输出量被降低。
实施例6
图8是示出了根据实施例6的超声波传感器M内的接收部80 的侧向剖视图。
根据实施例6的接收部80与根据实施例1的接收部10的不 同之处仅在于，在空隙S内对于每个接收元件11设置了柱形传递 (transfer member)元件81，这些柱形传递元件81用来使相应的 接收元件11的各接收面11a与保护膜14彼此相互独立连接。
通过用接收部80代替根据实施例1的如图3所示的超声波传 感器M的接收部10来获得根据实施例6的超声波传感器M的结 构。
实施例6的功能和效果
根据实施例6，除了根据实施例1的上述功能和效果[1-1]、[1-3] 和[1-4]以外，还可获得以下功能和效果。
[6-1]
当保护膜14被超声波振动时，所述保护膜14的振动经过每 个传递元件81传播到相应的接收元件11。
在这种情况下，由于为每个接收元件11设置了传递元件81， 因此任意一个传递元件81的振动不会传播到其他传递元件81。因 而，可通过每个接收元件11以相互隔离的方式来接收超声波。结 果，每个接收元件11的串音特征可防止被降低。
而且，每个传递元件81的声阻抗被使得接近于保护膜14的 声阻抗，从而使保护膜14的振动可靠地传播到相应的传递元件 81。结果，每个接收元件11的接收灵敏度可被提高。
此外，通过使得每个传递元件81的声阻抗接近于上电极层26 (未在图8中示出；见图2)的声阻抗，可以使相应的传递元件 81的振动可靠地传播到所述上电极层26从而增加每个接收元件 11的接收灵敏度。
因而，期望用与所述保护膜14或所述上电极层26的材料相 同的材料来形成传递元件81。
在发射部31被制造成具有与接收部80相同的结构和传递元 件81被设置用来使发射元件的发射面和保护膜14彼此相互连接 的情况下，通过使得所述传递元件81的声阻抗接近于所述保护膜 14的声阻抗，可以使所述传递元件81的振动可靠地传播到所述保 护膜14。结果，可增加发射元件的发射输出量。
而且，通过使得传递元件81的声阻抗接近于发射元件的上电 极层26的声阻抗，可以使所述发射元件的上电极层26的振动可 靠地传播到所述传递元件81。结果，可增加发射元件的发射输出 量。
[6-2]
为了防止每个接收元件11的串音特征被降低，有必要防止任 何一个传递元件81的振动经过空隙S内的填充物传播到其他传递 元件81。
因而，在实施例6中最期望的是使所述空隙S处于真空状态。
在实施例6中，在所述空隙S被填充物所充满的情况下，具 有小声阻抗的气体或者高吸振材料(例如，具有高粘度的凝胶等) 被作为填充物使用。
实施例7
图9A和9B是侧向剖视图，它们每个示出了根据实施例7的 超声波传感器M内的接收部90。
根据实施例7的接收部90与根据实施例3的接收部50的不 同之处仅在于，声喇叭(acoustic horn)91被设置在保护膜14的 外侧。
每个声喇叭91被形成为具有从喉部91a朝开口91b逐渐增加 的横截面。
所述声喇叭91是为每个接收元件11而设置。
每个声喇叭91的喉部91被布置在位于相应的接收元件11的 上方(前方)的保护膜14上。特别地，每个声喇叭91的喉部91a 被设置在相应的接收元件11的前方。
在每个声喇叭91内，在所述喉部91a的外周上的一喇叭壁件 91c被连接并固定到相应的隔离元件51的上端部。
特别地，在图9A和9B所示的示例中，为三个接收元件11A 至11C分别设置了声喇叭91A至91C。所述相应的声喇叭91A至 91C的喉部91a被分别设置在位于所述接收元件11A至11C上方 (前方)的保护膜14A至14C上。
通过用接收部90代替根据实施例1的如图3所示的超声波传 感器M内的接收部10来获得实施例7中的超声波传感器M。
实施例7的功能和效果
根据实施例7，除了实施例3的上述功能和效果以外，还可获 得以下功能和效果。
[7-1]
通过为每个接收元件11设置声喇叭91，可为每个接收元件 11提供超声波的接收方向方面的指向性。
特别地，所述声喇叭91A至91C分别在它们各自的喇叭轴线 α至γ上具有灵敏的指向性。
因而，声喇叭91A至91C被形成为具有与图9A所示相同的 尺寸和形状，以使如果相应的声喇叭91A至91C的喇叭轴线α至 γ被设置成相同的方向，则接收元件11A至11C的指向性可被设 置成相同的方向。
而且，如图9B所示，如果通过改变每个声喇叭91A至91C 的尺寸和形状而将相应的声喇叭91A至91C的喇叭轴线α至γ设 置成任意各种不同的方向，则每个接收元件11A至11C的指向性 可被设置成任意方向。
如果发射部31被设置成具有与接收元件90相同的结构并且 所述各声喇叭91被设置在所述保护膜14的外侧，则发射元件具 有超声波的发射方向方面的指向性。
[7-2]
在每个声喇叭91内，在喉部91a的外周上的喇叭壁件91c被 连接并固定到每个相应的隔离元件51的上端部。
因而，即使设置了声喇叭91，每个保护膜14A至14C的振动 也不被阻止，每个接收元件11的接收灵敏度可防止被降低。
所述声喇叭91的喇叭壁件91c必须由具有足够强度的材料来 形成以不被超声波振动。该材料的示例包括各种不同的金属、各 种不同的合成树脂等。
如果发射部31被制造成具有与接收部90相同的结构并且声 喇叭91被设置在保护膜14的外侧，则即使设置了所述声喇叭91， 所述保护膜14的振动也不被阻止；这是因为在所述喉部91a的外 周上的喇叭壁件91c被连接并固定到每个隔离元件51的上端部。 因此，发射元件的发射输出量可防止被降低。
实施例8
图10是示出了根据实施例8的超声波传感器M内的接收部 100的侧向剖视图。
根据实施例8的接收部100与根据实施例6的接收部80的不 同之处仅在于，像根据实施例7的接收部90一样，声喇叭91设 置在保护膜14的外侧上。
然而，在实施例8中，在每个声喇叭91内的喉部91a的外周 表面上的喇叭壁件91c被连接并固定到所述保护膜14上。
通过用接收部100代替根据实施例1的如图3所示的超声波 传感器M的接收部10来获得根据实施例8的超声波传感器M的 结构。
因而，根据实施例8，除了可获得实施例6的上述功能和效果 以外，还可获得实施例7中的上述在[7-1]中的功能和效果。
实施例1至8的示范性改型
实施例1至8可进行如下改变。即使这样，也可获得等于或 优于上述每个实施例的功能和效果。
[1]
在实施例1至8中的每个接收部10至100包括多个压电接收 元件11。
然而，所述压电接收元件11可被电容接收元件111来代替， 以使多个电容接收元件111构成所述接收部10至100中的每个接 收部。
图11是示出了一个电容接收元件111的放大侧向剖视图。
一绝缘层112形成在基板12的表面上。一固定的电极层113 形成在所述绝缘层112的一表面上。一可移动的电极层114经过 一间隙P形成在固定的电极层113的一表面上。
一绝缘层115围绕所述电极层113和114而形成。绝缘层115 和可移动的电极层114的各表面(器件表面)被均匀化。
接合引线28和29被分别连接到所述电极层113和114。
如此，电容元件F被形成为具有一结构，在该结构内两个电 极113和114被设置为彼此经过间隙P相对。接收元件111包括 利用MEMS技术而生产的电容元件F。
所述可移动的电极层114的表面形成为接收元件111的接收 面111a。
当所述可移动的电极层114被超声波振动时，电极层113和 114之间的距离改变从而改变电容。因而，一与所述接合引线28 和29连接的转换电路(未示出)被使用从而将电极层113与114 之间的电容变化转换成一电信号。
如以上所述，即使每个所述接收部10至100被形成为包括多 个电容接收元件11，则尽管所述薄可移动的电极层114具有低机 械强度但所述可移动的电极层114也可被防止受到损害，就像每 个接收部10至100由压电接收元件11而形成的情况那样。结果， 可获得坚固的接收部10至100。
[2]
在实施例1至8中的发射部31是由具有与压电接收元件11 相同结构的压电发射元件形成。
然而，所述发射部31还可由具有与如图10所示的电容接收 元件111相同结构的电容发射元件形成。在这种情况下，在所述 电极层113与114之间产生了静电引力，其与施加到所述电极层 113和114上的输入信号相对应。所述静电引力使所述可移动的电 极层114振动以产生超声波。
在这种情况下，所述接收元件111的接收面111a作用为用来 发射超声波的发射元件的发射面。
[3]
在实施例1至8中，被基板12和壳体元件13所围绕的空隙R 被空气充满。
然而，如果所述空隙R充满了一种用来抑制所述层22至26 的过度振动的材料(如液体、溶胶、凝胶等)，则所述层22至26 的每一层可防止被过度振动而受到损害。
[4]
根据实施例1至8的超声波传感器M由一混合IC构成；在 该混合IC内，与各芯片部相对应的所述接收部10至100的任一 个和所述发射部31被连接并固定到由绝缘板材制成的传感器基片 32上。
可选地，超声波传感器M还可由一单片IC组成，在该单片 IC内，接收部10至100的任一个和发射部31被形成在单一基板 12上。如此，所述超声波传感器M可在尺寸和重量上进一步减小。
在这种情况下，布置在所述基板12上的任何一个或多个接收 元件11可被制造成用作为所述发射部31的一个(或多个)发射 元件。
图12是示出了一超声波传感器T的示意透视图。
所述超声波传感器T包括：一单片IC、所述各接合引线28 和29、所述传感器基片32；以及电极片33；在所述单片IC内， 接收部10、40、50、80、90或100和发射部U被形成在单一基板 12上(图12未示出；见图13至17)。
利用这种结构，所述超声波传感器T与所述超声波传感器M 相比在尺寸和重量方面可进一步减小。
所述发射部U包括一单一发射元件W。所述发射元件W具有 与构成所述接收部10、40、50、80、90或100的每个接收元件11 相同的结构。
从所述发射元件M引出的每个接合引线28和29的末端被连 接到相应的电极片33上，就像所述接收元件11的情况那样。
而且，具有与接收元件11相同结构的发射元件W从与所述 接收元件11的接收面11a(未在图12中示出；见图13至17)相 应的发射面Wa(未示出)发射超声波。
在图12所示的示例中，在具有相同结构并且以3×3阵列形 式布置在所述基板12(未示出)上的九个元件之中，一位于角部 (corner)处的元件被制造成用作为发射元件W，而其他八个元件 被制造成用作为接收元件11。
然而，在多个具有相同结构并且布置在所述基板12上的元件 之中，多个任意元件可被制造成用作为接收元件W。
图13是说明了实施例2被应用到所述超声波传感器T的一示 例的侧向剖视图；其示出了所述超声波传感器T的接收部40和发 射部U。
图14是说明了实施例3被应用到所述超声波传感器T的一示 例的侧向剖视图；其示出了所述超声波传感器T的接收部50和发 射部U。
图15是说明了实施例6被应用到所述超声波传感器T的一示 例的侧向剖视图；其示出了所述超声波传感器T的接收部80和发 射部U。
图16A和B是说明了实施例7被应用到所述超声波传感器T 的一示例的侧向剖视图；其示出了所述超声波传感器T的接收部 90和发射部U。
图17是说明了实施例8被应用到所述超声波传感器T的一示 例的侧向剖视图；其示出了所述超声波传感器T的接收部100和 发射部U。
实施例9
图18是示出了根据实施例9的超声波传感器N内的接收部 200的侧向剖视图。
所述接收部200包括布置成一阵列形式的多个压电接收元件 201。图18所示的示例示出了三个接收元件201的侧向剖视图。
所述接收元件201被形成在一具有SOI结构的单晶硅基板202 (单晶硅芯片)上。
所述基板202被设置在所述传感器基片32上。所述基板202 被一矩形构架件203包围。通过一适当的方法(例如热焊接、超 声焊接、用胶粘剂的粘结等)，所述基板202的外周被连接并固定 到所述构架件203的内壁，从而气密性密封所述基板202的外周 与所述构架件203之间的连接部。
通过上述适当的方法，所述构架件203的下端部被连接并固 定到所述传感器基片32上，从而气密性密封所述构架件203的下 端部与所述传感器基片32之间的连接部。
所述构架件203和所述传感器基片32形成了一壳体元件(收 容元件)204，该壳体元件204具有长方体箱形并带有一上开口端。
特别地，基板202被容纳在所述具有长方体箱形并带有一上 开口端的壳体元件204内。
每一个接收元件201被布置成使得用来接收超声波的接收面 201a被指朝向所述壳体元件204的开口204a。而且，所述相应的 接收元件201的接收面201a被布置成彼此相互平齐(共面)。
用来关闭开口204a的保护膜14附着在壳体元件204的开口 204a上。特别地，所述保护膜14被设置在所述接收元件201的前 方。
所述保护膜14的外周被附着并固定到所述构架件203的内周 (壳体元件204的开口204a的内周)，从而气密性密封保护膜14 的外周与构架件203之间的连接部。
设置在保护膜14与基板202之间的空隙S被气体、液体、溶 胶、凝胶等充满。
被基板202的背面侧(底面侧)与壳体元件204(构架件203 和传感器基片32)所围绕的空隙R被空气充满。
图19是示出了一压电接收元件201的放大侧向剖视图。
穿透所述基板202的通孔202a被形成在所述基板202内。
在基板202的背面侧上，绝缘层21、活性硅层22以及绝缘层 23依次形成在所述基板202的表面上。所述层22和23被形成为 关闭所述通孔202a的下端。
在所述背面侧，下电极层24、由铁电材料(例如，PZT等) 制成的薄膜层25、以及上电极层26被依次形成在位于所述通孔 202a下方(后方)的所述绝缘层23的表面上。
所述传感器基片32是一印刷电路板。布线层205和206被形 成在所述传感器基片32的一表面上。
下电极层24和布线层205经过一突点(bump)207被彼此相 互连接在一起，而上电极层26和布线层206经过一突点208被彼 此相互连接在一起。
所述突点207和208可由一适当方法(如电镀、密布法等) 并使用各种不同的导电材料(诸如钎料、金、铜和镍的金属，以 及导电粘合剂等)而形成。
如此，压电元件(压电传感器)E被形成为具有一结构，在 该结构内，由铁电材料制成的薄膜层25被夹在两个薄电极层24 与26之间。利用MEMS技术而生产出的压电元件E构成了接收 元件201。
活性硅层22的暴露经过通孔202a的表面形成了接收元件201 的接收面201a。
当薄膜层25被超声波振动时，由压电效应而产生一电信号。 该所产生的电信号分别经过突点207和208以及布线层205和206 从电极层24和26输出。
所述通孔202a被形成为以使包括所述层22和26的隔膜更加 可能被振动。
图20是示出了超声波传感器N的示意透视图。
所述超声波传感器N由一个混合IC构成，该混合IC包含接 收部200、发射部209和传感器基片32。
与各芯片部相对应的接收部200和发射部209被连接并固定 到传感器基片32的表面上。
在图20所示的示例中，接收部200包括布置成3×3阵列形 式的九个接收元件201。
发射部209具有与接收部10至100和接收部200中的任一个 相同的结构。发射部209包括一个具有与接收元件11或201相同 结构的压电发射元件。薄膜层25由于与输入信号相对应的压电效 应而振动，因而产生超声波；所述输入信号是从电极层24和26 被施加到由铁电材料制成的薄膜25上。
在发射部209的发射元件被制造成具有与接收元件201相同 结构的情况下，接收元件201的接收面201a用作为用来发射超声 波的发射面。
特别地，发射部209的发射面将一电信号转换为超声波从而 将其发射。
然后，发射部209发射与一来自外部的输入信号相对应的超 声波。由被检测物体所反射的超声波所产生的反射声波被接收部 200的每个接收元件201所接收。
特别地，接收部200的每个接收元件201将所接收到的超声 波转换为电信号。
然后，从发射部209发射出的超声波与被接收部200的每个 接收元件201所接收的超声波被彼此相互进行比较，从而获得它 们之间的声压差异、时间差和相位差。结果，基于这些所获得的 级差，可测得被检测物体的位置、超声波传感器N与被检测物体 之间的距离、被检测物体的二维形状或三维形状等。
实施例9的功能和效果
根据实施例9，除了与在实施例1中上述的[1-1]至[1-4]相同的 功能和效果之外，还可获得以下的功能和效果。
[9-1]
在实施例1中如图1至3所示的每个接收元件11内，上电极 层26的表面用作为接收面11a。
另一方面，在实施例9中的每个接收元件201内，活性硅层 22的暴露经过通孔202a的底面的表面用作为接收面201a。
特别地，根据实施例9的接收元件201是与根据实施例1的 接收元件11相反的型式相对应地使用的。
而且，在实施例1中，所述带封装的接收部10被连接并固定 到所述传感器基片32上；该接收部10包括容纳在壳体元件13内 的基板12。然后，构成接收部10的每个接收元件11的电极层24 和26以及每个电极片33经过接合引线28和29分别被彼此相互 连接在一起。
特别地，由于在实施例1中通过使用引线接合方法将接收部 10(每个接收元件11)表面安装在传感器基片32上，因此根据实 施例1的超声波传感器具有以下问题[A]至[E]。
[A]存在一种可能性，即每个接合引线28和29被振动切断。 尤其在超声波传感器M将被安装到汽车上的情况中，由于发动机 的振动或从地面传来的振动被施加到所述超声波传感器M上因此 每个接合引线28和29更加有可能被切断。
[B]将接收部10表面安装到传感器基片32上的生产成本很 高。
如果发射部209的发射元件被制造成具有与接收元件11相同 的结构，则将所述发射部209表面安装到传感器基片32上的生产 成本很高。
[C]由于接合引线28和29设置在每个接收元件11的接收面 11a的上方，因此存在一种可能性，即接合引线28和29成为一障 碍物以阻止超声波到达接收面11a，同时导致了每个接收元件11 的低接收灵敏度。
由于接合引线28和29设置在每个接收元件11的接收面11a 的上方，因此接合引线28和29有可能被由相应的接收元件11所 接收的超声波切断。
而且，如果发射部209的发射元件被制造成具有与接收元件 11相同的结构，则接合引线28和29成为一障碍物以阻止超声波 从发射元件的发射面发射。结果，存在一种可能性，即发射输出 量被降低。
而且，由于接合引线28和29设置在发射元件的发射面上方， 接合引线28和29有可能被从发射元件发射出的超声波切断。
[D]由于在接收部10内的信号引线的电感随每个接合引线28 和29的长度而增加，因此从接收部10所产生的电信号的传输率 被降低。
而且，如果发射部209的发射元件被制造成具有与接收元件 11相同的结构，则在发射部209内的信号引线的电感随每个接合 引线28和29的长度而增加。因而，输入信号至发射部209的传 输率被降低以进一步降低发射部209的操作速度。
[E]由于通过被形成在传感器基片32上的电极片33所占据的 面积(平面面积)而造成传感器基片32在尺寸上的增加，因此超 声波传感器M在尺寸上不利地被增加。
另一方面，在每个根据实施例9的接收元件201内，与裸芯 片(裸晶)相对应的未封装基板202被直接面朝下安装在传感器 基片32上。形成在基板202上的每个接收元件201的电极层24 和26以及在传感器基片32上的布线层205和206经过突点207 和208分别被连接。
特别地，由于在实施例9中接收元件201利用倒装芯片连接 而被表面安装在传感器基片32上，因此上述问题[A]至[E]可被解 决以获得以下效果[F]至[J]。
[F]由于接收部200(接收元件201)和传感器基片32经过突 点207和208被彼此相互连接并固定起来，因此可以确保每个接 收元件11与基片32之间的电连接被保持。结果，超声波传感器N 的可靠性可被提高一延长的使用期。
而且，如果发射部209的发射元件被制造成具有与接收元件 201相同的结构，则可确保发射元件与传感器基片32之间的电连 接被保 。
[G]将接收部200表面安装到传感器基片32上的生产成本可 被降低。
而且，如果发射部209的发射元件被制造成具有与接收元件 201相同的结构，则将发射部209表面安装到传感器基片32上的 生产成本可被降低。
[H]由于接合引线不设置在每个接收元件201的接收面201a 上方并因而没有障碍物出现在接收面201a的前方，因此超声波不 被阻止到达接收面201a。因而，每个接收元件11的接收灵敏度可 被增加。
而且，由于接合引线不再设置在每个接收元件11的接收面11a 的上方，因此接合引线不被由相应的接收元件11所接收的超声波 切断。
而且，如果发射部209的发射元件被制造成具有与接收元件 201相同的结构，则超声波从发射面的发射不被阻止；这是因为接 合引线不设置在发射元件的发射面的上方并且因而没有障碍物出 现在发射面的前方。结果，发射元件的发射输出量可被提高。
而且，由于接合引线不设置在发射元件的发射面上方，因此 接合引线不被从发射元件发射出的超声波切断。
[I]由于每个突点207和208的电感小于相应的接合引线28 和29的电感，因此接收部200的信号引线的电感被减小到允许产 生自接收部200的电信号的传输率被增加。
而且，如果发射部209的发射元件被制造成具有与接收元件 201相同的结构，则发射部209的信号引线的电感变得更小。因此， 输入信号至发射部209的传输率变得更高以增加发射部209的操 作速度。
[J]不再有必要将电极片33设置在传感器基片32上。结果， 由于传感器基片32可在尺寸上减少由于所述电极片33所不占据 的那些区域，因此超声波传感器N可在尺寸上和重量上减小。 [9-2]
如果通孔202a在基板202内被形成为所述通孔202a的横截 面从所述通孔202a的被硅活性层22所封闭的底部朝所述开口逐 渐增加，则所述通孔202a可被制造成用作为与实施例7中的声喇 叭91一样的声喇叭。在这种情况下，所述通孔202a的底部与所 述声喇叭91的喉部91a相对应。
如此，由通孔202a所形成的声喇叭可为了每个接收元件201 而设置。结果，每个接收元件201可被设置成具有超声波的接收 方向方面的指向性，就像实施例7中所述[7-1]那样。
而且，如果发射部209的发射元件被制造成具有与接收元件 201相同的结构，则发射元件可被设置成具有超声波的发射方向方 面的指向性。
而且，根据实施例9，所述通孔202a可被制造成用作为声喇 叭，这仅仅是通过适当地成形所述通孔202a而实现。由于不再需 要像在实施例7中那样将声喇叭91设置为一独立元件，因此相比 较于实施例7中的接收部90和发射部31而言接收部200和发射 部209的生产成本可被更加降低。与此同时，接收部200和发射 部209在尺寸上和重量上可被减小。
实施例10
图21是示出了根据实施例10的超声波传感器N内的接收部 220的侧向剖视图。
根据实施例10的接收部220与根据实施例9的接收部200的 不同之处仅在于，至少一个通气孔221(在图示的示例中为三个) 在每个接收元件201下方被形成在所述传感器基片32的位置上； 所述通气孔被用来使得空隙R与壳体元件204的外部空间彼此相 通。
通过利用接收部220代替根据实施例9的如图20所示的超声 波传感器N内的接收部200来获得根据实施例子10的超声波传感 器N的结构。
实施例10的功能和效果
根据实施例10，除了实施例9的上述功能和效果以外，每个 接收元件201的接收灵敏度可防止被降低，这是因为在相应的接 收元件201的接收面201a上的所述层22至26的振动不被阻止。
特别地，在通气孔221不设置在传感器基片32内的情况下， 被基板202和壳体元件204(构架件203和传感器基片32)所围 绕的空隙R形成了一密封的空间。充满该密封的空间的空气作用 为一弹簧从而将由于空气的阻尼力施加到每个接收元件201的接 收面201a的背面侧上。结果，存在一种可能性，即在接收面201a 上的所述层22至26的自由振动被阻止以更加降低每个接收元件 201的接收灵敏度。
另一方面，在实施例10中，由于空气流经所述通气孔221， 因此由于空气的阻尼力不施加到每个接收元件201的接收面201a 的背面侧。结果，在接收面201a上的每个所述层22至26可以自 由振动。
所述通气孔221的数量、排列位置以及尺寸和形状可利用试 算法通过实验来找出它们的最优值的方式来设定，从而如上所述 获得令人满意的功能和效果。
而且，并不抑制所述通气孔221的透气性的过滤器材料(例 如，网式过滤器等)可被连接并固定。
如果发射部209被制造成具有与接收部220相同的结构并且 在发射部9中所述通气孔221在每个发射元件下方被设置在所述 传感器基片32的位置上，则由于空气的阻尼力并不施加到发射元 件的发射面的背面侧，这是因为空气流经所述通气孔221。因此， 在发射面上的所述层22至26可以自由振动从而并不抑制该振动， 因而增加了发射元件的发射输出量。
实施例11
图22是示出了根据实施例11的超声波传感器L中的接收部 分230和发射部231的侧向剖视图。
图23是示出了所述超声波传感器L的示意透视图。
根据实施例11的超声波传感器L与根据实施例9的超声波传 感器N的不同之处仅在于以下几点。
[a]
超声波传感器L由单片IC构成，该单片IC包括形成在单一 基板202上的接收部200和发射部231，从而与所述传感器N相 比进一步减小了尺寸和重量。
发射部231包括一个发射元件232。所述发射元件232具有与 构成接收部200的每个接收元件201相同的结构。
具有与接收元件201相同结构的发射元件232从与接收元件 201的接收面201a相对应的发射面232a发射超声波。
在图23所示的示例中，在具有同样布置成3×3阵列结构的 九个元件中，一布置在角部的元件被制造成用作为发射元件232， 而其他八个元件被制造成用作为接收元件201。
然而，在具有被布置在基板12上的相同结构的多个元件之中， 任意数量的元件可被制造成用作为发射元件232。
[b]
分隔元件233设置在空隙R内，该空隙R被基板202和壳体 元件204(构架件203和传感器基片32)围绕。
每个分隔元件233的下端部通过一适当的方法(如热焊接、 超声焊接、用胶粘剂的粘结等)被连接并固定到传感器基片32的 上表面，从而气密性密封每个分隔元件233的下端部与传感器基 片32之间的连接部。每个分隔元件233的上端部通过上述适当的 方法被连接并固定到基板202上的绝缘层23的下表面，从而气密 性密封每个分隔元件233的上端部与基板202之间的连接部。
对于每个元件201和232，所述分隔元件233以气密性方式隔 开所述空隙R。
[c]
至少一个(在图示的示例中为三个)通气孔221在每个发射 元件232下方被形成在所述传感器基片32的位置上，所述通气孔 用来使得空隙R与所述壳体元件204的外部空间彼此相互进行交 流。
所述通气孔221并不形成在位于每个接收元件201下方所述 传感器基片32的位置上。
实施例11的功能和效果
根据实施例11，除了实施例9的上述功能和效果以外，还可 获得以下功能和效果。
[11-1]
当被基板202和壳体元件204(构架件203和传感器基片32) 所围绕的空隙R形成为一密封的空间时，充满所述密封的空间的 空气作用为一弹簧从而将由于空气的阻尼力施加到相应元件201 和232的每个面(接收面和发射面)201a和232a的背面侧。由于 在每个面201a和232a上的所述层22至26的自由振动被阻止， 因此包括所述层22至26的隔膜的共振值(resonance value)Q被 降低。
另一方面，在通气孔221设置在所述传感器基片32内的情况 下，空气流经所述通气孔221。因而，由于空气的阻尼力并未施加 在相应元件201和232的每个面201a和232a的背面侧上，因此 在每个面201a和232a上的所述层22至26的自由振动不被阻止。 因此，包括所述层22至26的隔膜的共振值Q变大。
图24A和24B是特征视图，每个视图示出了同所述隔膜的共 振值Q与频率f之间的关系相对应的共振特征。
如图24A所示，关于主要在主(一次)共振频率fa和fb处的 所述隔膜的共振值Q的峰值Qa，如果所述峰值Qa比较大，则所 述共振值Q相对于频率f的变化呈现出急剧的变化。
如图24B所示，关于主要在主共振频率fa和fb下的所述隔膜 的共振值Q的峰值Qb，如果所述峰值Qb比较大，则所述共振值 Q相对于频率f的变化呈现出平缓的变化。
所述隔膜的共振值Q与所述发射元件232的发射输出量彼此 相互正向相关；随着所述共振值Q的变大，所述发射输出量也变 大。
利用MEMS技术所生产的压电元件或电容元件并不适合作为 发射元件，这是因为其具有较小的超声波输出量。
因而，利用MEMS技术所生产的压电发射元件必须尽可能多 地增加其发射输出量，从而具有如图24A所示的共振特征。
所以，根据实施例子11，由于空气流经形成在所述传感器基 片32内的通气孔221，因此由于空气的阻尼力并不施加到每个发 射元件232的发射面232a的背面侧。结果，由于在发射面232a 上的所述层24至26可自由振动而并不阻止振动，因此每个发射 元件232可被设置具有如图24A所示的共振特征从而增加发射输 出量。
[11-2]
所述隔膜的共振值Q与所述接收元件201的接收灵敏度彼此 相互正向相关；随着所述共振值Q的变大，所述接收灵敏度也变 高。
在此，由于生产过程原因，每个接收元件201的主共振频率 具有波动(差异)。
例如，如果两个接收元件201具有如图24A所示的共振特征 以使一个接收元件201具有主共振频率fa而另一个接收元件201 具有主共振频率fb，则在频率fa和fb处的接收灵敏度变得非常高。 然而，在位于频率fa与fb之间频率fc处的接收灵敏度变得非常 低。
另一方面，如果两个接收元件201具有如图24B所示的共振 特征以使一个接收元件201具有主共振频率fa而另一个接收元件 201具有主共振频率fb，则在频率fa和fb处的接收灵敏度低于图 24A中的接收灵敏度。然而，在频率fc处的接收灵敏度高于图24A 中的接收灵敏度。
特别地，如果接收元件201的共振值Q被增加，则尽管接收 灵敏度变高但所述接收灵敏度相对于频率的变化呈现出急剧变化 的特征。因而，在偏离主共振频率的频率处的接收灵敏度突然降 低，即使这种偏离是微小的。
与此相反，如果接收元件201的共振值Q被减小，则尽管接 收灵敏度降低但所述接收灵敏度相对于频率的变化呈现出平缓变 化的特征。因而，在偏离主共振频率的频率处的接收灵敏度不被 很大地降低。
由于利用MEMS技术生产的压电元件或电容元件具有超声波 的高接收灵敏度，因此其适合作为接收元件。
因而，利用MEMS技术生产的压电接收元件201必须具有在 尽可能宽的频率范围内的高接收灵敏度，而不是具有在主共振频 率处的高接收灵敏度。因而，所述压电接收元件201必须具有如 图24B所示的共振特征。
如此，根据实施例11，由于通气孔221并不形成在每个接收 元件201下方所述传感器基片32的位置上，因此由于空气的阻尼 力被施加到每个接收元件201的接收面201a的背面侧。结果，在 接收面201a上的所述层24至26的振动被阻止。因此，每个接收 元件201被设置具有如图24B所示的共振特征以在尽可能宽的频 率范围内增加接收灵敏度。
[11-3]
如果位于每个接收元件201下方的空隙R被用来抑制所述层 22至26振动的材料(如液体、溶胶，凝胶等)充满，则与由空气 充满所述空隙R的情况相比，构成所述层22至26的隔膜的共振 值Q可被减小。
因而，如果正确选择用来填充位于每个接收元件201下方的 所述空隙R的材料，则可获得预期的共振特征而同时不改变相应 的接收元件201的结构。
而且，如果所述空隙R充满了一种用来防止所述层22至26 过度振动的材料，所述层22至26可防止被过度振动而受到破坏。
对于位于每个接收元件201下方的空隙R内的填充物，可利 用试算法在实验中找出一最佳的材料从而获得如[11-2]中所述的 令人满意的功能和效果。
甚至在实施例1、3和5至8中，可获得期望的共振特征，而 同时不改变每个接收元件11的结构。
实施例12
图25是示出了根据实施例12的超声波传感器N内的接收部 240的侧向剖视图。
根据实施例12的接收部240与根据实施例9的接收部200的 不同之处仅在于，设置了隔离元件241。
通过一适当的方法(如热焊接、超声焊接、用胶粘剂的粘结 等)，每个隔离元件241的下端部在各接收元件201之间被连接并 固定到所述基板202，从而气密性密封每个隔离元件241的下端部 与所述基板202之间的连接部。
对于各接收元件，每个隔离241的上端部隔离所述空隙S和 所述保护膜14。
特别地，在如图25所示的示例中，所述隔离元件241的下端 部在接收元件201A与202B之间和202B与202C之间分别被连接 并固定到所述基板202。
然后，对于接收元件201A至201C，位于所述接收元件201A 至201C上方(前方)的空隙SA至SC和保护膜14A至14C分别 被所述隔离元件241隔离。
通过利用接收部240代替根据实施例9的如图20所示的超声 波传感器N的接收部200来获得根据实施例12的超声波传感器N 的结构。
实施例12的功能和特征
根据实施例12，除了实施例9的上述功能和特征以外，还可 获得以下的功能和特征。
[12-1]
对于每个接收元件201A至201C，位于所述接收元件201A至 201C上方(前方)的空隙SA至SC和保护膜14A至14C分别被 所述隔离元件241隔离。因而，通过所述隔离得到的单一保护膜 14A的振动仅传播到经过所述空隙SA位于所述保护膜14A下方 的接收元件201A，而并不传播到其他接收元件201B和201C。
因而，根据实施例12，超声波可被每个接收元件201A至201C 以隔离的方式接收。因此，每个接收元件201A至201C的串音特 征可被防止降低。
可选地，多个邻近的接收元件201可组成一组。所述隔离元 件241可为每个组设置从而将组与组隔开。
[12-2]
所述隔离元件241必须可靠地阻滞被竖直布置成一组的所述 保护膜14A和所述空隙SA的振动，以使所述振动并不传播到其 他邻近组的各元件(保护膜14B和14C以及空隙SB和SC)。
为此，具有高阻滞振动特性的材料必须用于所述隔离元件 241。该材料的示例包括橡胶。
[12-3]
图26是示出了根据实施例12的第一改型的超声波传感器N 内的接收部240的侧向剖视图。
如图26所示的第一改型与如图25所示的实施例12的不同之 处仅在于，用来使得空隙R与壳体元件204的外部空间彼此相通 的通气孔221在每个接收元件201下方形成在所述传感器基片32 的位置上。
特别地，实施例12的第一改型与实施例12和10的组合相对 应。因此，除了实施例12的功能和效果以外，还可获得实施例10 的功能和效果。
[12-4]
图27是示出了示出了根据实施例12的第二改型的超声波传 感器L内的接收部240和发射部231的侧向剖视图。
如图27所示的第二改型与如图25所示的实施例12的不同之 处仅在于，与实施例12的所述[a]至[c]相同的点。
特别地，实施例12的第二改型与实施例12和11的组合相对 应。因而，除了实施例12的上述功能和效果以外，还可获得实施 例11的功能和效果。
实施例13
图28是示出了根据实施例13的超声波传感器N内的接收部 250的侧向剖视图。
实施例13的接收部250与实施例9的接收部200的不同之处 仅在于，设置了隔离元件251。
通过一适当的方法(如热焊接、超声焊接、用胶粘剂的粘结 等)，每个隔离元件251的下端部被连接并固定到传感器基片32 的上表面，从而气密性密封每个隔离元件251的下端部与所述传 感器基片32之间的连接部。
对于每个接收元件201，每个隔离元件251的上端部隔开所述 空隙S和所述保护膜14。
特别地，在如图28所示的示例中，所述隔离元件251的下端 部在接收元件201A与201B之间和201B与201C之间分别被连接 并固定到所述传感器基片32的上表面，而所述各隔离元件251将 所述各接收元件201A至201C彼此相互隔开。
对于每个接收元件201A至201C，位于所述接收元件201A至 201C下方的空隙SA至SC和保护膜14A至14C被所述隔离元件 251分别隔开。
特别地，根据实施例9的接收部200由一单片IC构成，该单 片IC包括形成在单一基板202上的接收部230的接收元件201。
另一方面，实施13的接收部250由一混合IC构成，该混合 IC包括与各芯片部相对应的、被连接并固定到传感器基片32上的 接收元件201。
通过利用接收部250代替根据实施例9的如图20所示的超声 波传感器N内的接收部200来获得根据实施例13的超声波传感器 N的结构。
实施例13的功能和效果
根据实施例13，除了实施例9的功能和效果以外，还可获得 以下功能和效果。
[13-1]
对于各接收元件201，接收元件201A至201C、以及位于所 述接收元件201A至201C上方(前方)的空隙SA至SC和保护膜 14A至14C被隔离元件251隔开。因而，通过所述隔离而获得的 一个保护膜14A的振动仅传播到经过空隙SA位于所述保护膜14A 下方的所述接收元件201A，而根本不传播到其他接收元件201B 和201C。
因而，根据实施例13，超声波可被每个接收元件201A至201C 以完全隔离的方式接收，以使每个接收元件201A至201C的串音 特征可被防止降低。
多个邻近的接收元件201可被组成一组。可为每组设置隔离 元件251，从而将组与组隔开。
[13-2]
所述隔离元件251必须可靠地阻滞被竖直被布置成一组的所 述保护膜14A、所述空隙SA和所述接收元件201A的振动，以使 所述振动并不传播到其他邻近组的各部分(保护膜14B和14C、 空隙SB和SC以及接收元件201B和201C)。
为此，具有高阻滞振动特性的材料必须被用于隔离元件251。 该材料的示例包括橡胶。
[13-3]
图29是示出了根据实施例13的第一改型的超声波传感器N 内的接收部250的侧向剖视图。
如图29所示的第一改型与如图28所示的实施例13不同之处 仅在于，用来使得空隙R与壳体元件204的外部空间彼此相通的 通气孔221在每个接收元件201下方形成在所述传感器基片32的 位置上。
特别地，实施例13的第一改型与实施例13和10的组合相对 应。因而，除了实施例13的功能和效果以外，还可获得实施例10 的功能和效果。
[13-4]
图30是示出了根据实施例13的第二改型的超声波传感器L 内的接收部250和发射部231的侧向剖视图。
如图30所示的第二改型与如图28所示的实施例13的不同之 处仅在于，构成接收部250的各接收元件201中的一个(接收元 件201A)被制造成用作为如在超声波传感器L中构成发射部231 的发射元件232，以及与实施例11中上述的[b]和[c]相同的点。隔 离元件251具有如实施例11的分隔元件233的功能。
特别地，实施例13的第二改型与实施例13和11的组合相对 应。因而，除了实施例13的功能和效果以外，还可获得实施例11 的功能和效果。
实施例14
图31是示出了实施例14的超声波传感器N内的接收部260 的侧向剖视图。
实施例14的接收部260与实施例9的接收部200的不同之处 仅在于，在空隙S内对于每个接收元件201设置了柱形传递元件 261，所述柱形传递元件261是用来将每个接收元件201的接收面 201a和保护膜14彼此相互独立地连接起来。
通过利用接收部260代替根据实施例9的如图20所示的超声 波传感器N的接收部200来获得根据实施例14的超声波传感器N 的结构。
实施例14的功能和效果
根据实施例14，除了在实施例9的[9-1]内所述的功能和效果 以外，还可获得以下的功能和效果。
[14-1]
当保护膜14被超声波振动时，所述保护膜14的振动经过每 个传递元件261传播到相应的接收元件201。
在此，由于所述传递元件261是为了每个接收元件201而设 置，因此所述传递元件261中的任一个的振动并不传播到其他各 传递元件261。因而，超声波可被每个接收元件201以隔离的方式 接收，从而防止每个接收元件201的串音特征被降低。
通过使得每个传递元件261的声阻抗接近于保护膜14的声阻 抗可以确保保护膜14的振动传播到相应的传递元件261。结果， 每个接收元件201的接收灵敏度可被提高。
而且，通过使得每个传递元件261的声阻抗接近相应的接收 元件201的活性硅层22的声阻抗可以确保每个传递元件261的振 动传播到所述活性硅层22。结果，每个接收元件201的接收灵敏 度可被提高。
因而，期望用与保护膜14或活性硅层22相同的材料来形成 所述传递元件261。
如果发射部209被制造成具有与所述接收部260相同的结构 并且设置了用来使得发射部的发射面与保护膜14彼此相通的传递 元件261，则通过使得所述传递元件261的声阻抗接近所述保护膜 14的声阻抗可确保所述传递元件261的振动传播到所述保护膜 14。结果，发射元件的发射输出量可被提高。
而且，通过使得传递元件261的声阻抗接近发射元件的活性 硅膜(层)22的声阻抗可以确保所述活性硅层22的振动传播到所 述传递元件261。结果，发射元件的发射输出量可被提高。
更具体讲，根据实施例14，可以获得与上述实施例6的[6-1] 相同的功能和效果。
[14-2]
为了防止每个接收元件201的串音特征被降低，在所述空隙S 内有必要防止任何一个传递元件261的振动经过填充物传播到其 他各传递元件261。
因而，在实施例14中，最期望的是所述空隙S处于真空状态。
如果在实施例14中所述空隙S被一填充物充满，则具有小声 阻抗的气体或具有高吸振性的材料(例如，高粘性凝胶等)被用 作为所述填充物。
特别地，根据实施例14，可获得与上述实施例6的[6-2]相同 的功能和效果。
[14-3]
图32是示出了根据实施例14的第一改型的超声波传感器N 内的接收部260的侧向剖视图。
如图32所示的第一改型与如图31所示的实施例14的不同之 处仅在于，用来使得空隙R与壳体元件204的外部空间彼此相通 的通气孔221在每个接收元件201下方形成在所述传感器基片32 的位置上。
特别地，实施例14的第一改型与实施例14和实施例10的组 合相对应。因而，除了实施例14的上述功能和效果以外，还可获 得实施例10的功能和效果。
[14-4]
图33是示出了根据实施例14的第二改型的超声波传感器N 内的接收部260和发射部231的侧向剖视图。
如图33所示的第二改型与如图31所示的实施例14的不同之 处仅在于，与上述实施例11的[a]和[c]相同的点。
特别地，实施例14的第二改型与实施例14和实施例11的组 合相对应。因而，除了实施例14的上述功能和效果以外，还可获 得实施例11的功能和效果。
实施例9至14的示意性改型
根据实施例9至14的每个接收部200至260是由多个压电接 收元件201构成。
然而，可用电容接收元件271代替每个压电接收元件201，以 使每个接收部200至260是由多个电容接收元件271构成。
图34是示出了一个电容接收元件271的放大侧向剖视图。
穿透所述基板202的通孔202a被形成在所述基板202内。
在所述基板202的背面侧上，绝缘层272形成在所述基板202 的表面上从而关闭所述通孔202a的下端部。
在所述基板202的背面侧上，固定电极层273形成在位于所 述通孔202a下方(后方)的所述绝缘层272的表面上。在固定电 极层273的一表面上，一可移动的电极层274以隔着一间隙P的 形式形成在所述固定电极层273的表面上。垫块275在所述电极 层273和274的周边区域内设置在它们之间。所述电极层273和 274经过所述垫块275被彼此相互连接并固定。
布线层205和206形成在传感器基片32的表面上。
所述固定电极层273和所述布线层205经过所述突点207被 彼此相互连接，而所述可移动的电极层204和所述布线层206经 过所述突点208被彼此相互连接。
如此，形成了一电容元件F；该电容元件F具有一结构，在 该结构内，所述电极273和274经过所述间隙P彼此相对。接收 元件271包括利用MEMS技术而生产的电容元件F。
绝缘层272暴露经过所述通孔202a底部的表面形成了所述接 收元件271的接收面271a。
当所述可移动的电极层274被超声波振动时，所述电极层273 与274之间的距离改变从而改变电容。然后，一连接到所述布线 层205和206的转换电路(未示出)被使用以将电极层273与274 之间的电容变化转换成一电信号。
如上所述，即使多个电容接收元件271构成了每个接收部200 至260，则即使所述薄电极层274具有低机械强度其也被防止受到 损害从而不可能破坏每个接收部200至260，就像包括压电接收元 件201的每个接收部200至260的情况那样。结果，可获得坚固 的接收部200至260。
[2]
根据实施例9至14的每个发射部209和231包括具有与所述 压电接收元件201相同结构的压电发射元件。
然而，每个发射部209和231可包括具有与如图34所示的电 容接收元件271相同结构的电容发射元件。在这种情况下，在电 极层273与274之间产生了静电引力，其与施加到每个电极层273 和274上的输入信号相对应。所述静电引力使得所述可移动的电 极层274振动以产生超声波。
在这种情况下，接收元件271的接收面271a用作为用来发射 超声波的发射元件的发射面。
[3]
在实施例14中，所述保护膜14可被省略，同时所述传递元 件261可被与实施例2中的保护元件41相同的保护元件代替。
如此，可获得与实施例2相同的功能和特征。
[4]
根据实施例9、10、12和14以及实施例12和14的第一改型 的超声波传感器N由一混合IC构成；在该混合IC内，与各芯片 部相应的接收部200、220、240或260以及发射部209被连接并 固定到由绝缘板材料制成的传感器基片32上。
然而，根据实施例9、10、12和14以及实施例12和14的第 一改型的超声波传感器N可由一单片IC构成；在该单片IC内， 接收部200、220、240或260以及发射部231被形成在单一基板 202上，就像如图23所示的超声波传感器L的情况那样。
像在根据实施例13的第二改型的超声波传感器L的情况中那 样，在根据实施例13和实施例13的第一改型的超声波传感器N 中，构成接收部250的各接收元件201的至少任一个被制造成用 作为构成发射部231的发射元件232。
图35是示出了实施例9被应用到超声波传感器L的示例的侧 向剖视图，其示出了超声波传感器L的接收部200和发射部231。
该示例与实施例9的不同之处仅在于实施例11中的上述点 [a]。
图36是示出了实施例12被应用到超声波传感器L的示例的 侧向剖视图，其示出了超声波传感器L的接收部240和发射部231。
该示例与实施例12的不同之处仅在于实施例11中的上述点 [a]。
图37是示出了实施例13被应用到超声波传感器L的示例的 侧向剖视图，其示出了超声波传感器L的接收部250和发射部231。
该示例与实施例13的不同之处仅在于，构成接收部250的各 接收元件201的一个(接收元件201A)被制造成用作为构成发射 部231的发射元件232。
图38是示出了实施例14被应用到超声波传感器L的示例的 侧向剖视图，其示出了超声波传感器L的接收部260和发射部231。
该示例与实施例14的不同之处仅在于实施例11中的上述点 [a]。
(其他实施例)
本发明并不限于上述各实施例，还可按如下被实施。在该情 况下，可获得与上述每个实施例相同或更高的功能和效果。
[1]
对于每个所述发射部31、209、231，可使用已存在的小超声 波传感器。
尽管利用MEMS技术所生产的压电元件或电容元件由于其的 高超声波接收灵敏度适合用于接收元件，但由于其的小超声波发 射输出量而并不适合用于发射元件。
因而，发射部31、291、231中的优选的一个可被选择使用， 这与超声波传感器M使用的领域相对应。
[2]
上述各实施例可以适当组合的方式实现。在该情况中，通过 该组合的协作效果每个上述实施例的效果可被进一步提高。