DE112020003802T5

DE112020003802T5 - Ultraschallsensor

Info

Publication number: DE112020003802T5
Application number: DE112020003802.5T
Authority: DE
Inventors: Kensuke Kobayashi; Masayoshi Satake; Dai Kondo
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-08-09
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2022-05-05
Also published as: CN114223217B; US20220155429A1; JP7196798B2; US12038541B2; WO2021029239A1; JP2021028606A; CN114223217A

Abstract

Ein Ultraschallsensor enthält einen Anhaftungssensor (8), der eine variable Kapazität (8a) und eine feste Kapazität (8b) enthält. Die variable Kapazität enthält eine Sensorelektrode (8aa), die auf einer ersten Oberfläche eines Bodens (3a) angeordnet ist, auf dem das Mikrofon (2) installiert ist, und deren Kapazitätswert ändert sich entsprechend einem Anhaften von Fremdmaterial auf der ersten Oberfläche. Die feste Kapazität enthält eine erste Elektrode (8ba), die mit der Sensorelektrode verbunden ist, und eine zweite Elektrode (8bb), die an einem zu einem Mikrofongehäuse unterschiedlichen Element (4, 6, 11) angeordnet ist und der ersten Elektrode zugewandt angeordnet ist. Der Anhaftungssensor enthält außerdem einen Anhaftungserfassungsabschnitt (8c), der über die feste Kapazität mit der Sensorelektrode verbunden ist und ein Anhaften von Fremdmaterial an der ersten Oberfläche durch Zuführen eines Wechselstromsignals zu der ersten Kapazität und der variablen Kapazität erfasst.

Description

Querverweis auf betreffende Anmeldung
Diese Anmeldung basiert auf der am 9. August 2019 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-147839 , deren Inhalte hiermit durch Bezugnahme darauf enthalten sind.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Ultraschallsensor, der ein Mikrofongehäuse enthält, das eine Ultraschallvibration durchführt.
Stand der Technik
Ein Ultraschallsensor wird in einer Karosseriekomponente wie einem Stoßfänger eines Fahrzeugs installiert und weist eine Konfiguration auf, gemäß der ein Mikrofon an einem Boden (im Folgenden als Vibrationsabschnitt bezeichnet) eines Mikrofongehäuses angebracht ist, das aus einem zylindrischen Element mit Boden ausgebildet ist. Der Ultraschallsensor erzeugt Ultraschallwellen durch Ultraschallvibration des Vibrationsabschnittes auf der Grundlage einer Anregung des Mikrofons und erfasst ein Hindernis, das in der Nähe eines Fahrzeugs vorhanden ist, durch Empfangen von reflektierten Wellen der Ultraschallwellen. Wenn anhaftendes Fremdmaterial auf einer Vibrationsfläche des Mikrofongehäuses vorhanden ist, ändern sich die Vibrationseigenschaften eines derartigen Ultraschallsensors aufgrund des anhaftenden Materials, und der Ultraschallsensor kann keine genaue Hinderniserfassung durchführen.
Daher schlägt die PTL 1 eine Technik zum konzentrischen Anordnen von zwei Ringelektroden auf einer Vibrationsfläche eines Mikrofongehäuses und zum Erfassen von anhaftendem Material bzw. Fremdmaterial auf der Grundlage einer Änderung einer elektrostatischen Kapazität zwischen den beiden Ringelektroden, die durch das anhaftende Material verursacht wird, vor.
Zitierungsliste
Patentliteratur
PTL 1: US 8 675 449 B
Zusammenfassung der Erfindung
Wenn zwei Ringelektroden auf einer Vibrationsfläche eines Mikrofongehäuses wie in der PTL 1 angeordnet sind, ist jede der Ringelektroden mit einer Leiterplatte eines Ultraschallsensors über eine Verdrahtungsleitung verbunden, und es wird somit eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Ringelektroden und der Leiterplatte durch die Verdrahtungsleitungen erzielt. Der Ultraschallsensor wird beispielsweise derart aufgebaut, dass ein Mikrofongehäuse, das eine zylindrische Gestalt mit Boden aufweist, von einem Polster umgeben wird und das Polster und das Mikrofongehäuse in einen Sensorbehälter eingebracht bzw. eingepasst werden, der eine Leiterplatte aufweist. Der Ultraschallsensor, der eine derartige Struktur aufweist, ist beispielsweise derart ausgebildet, dass die Verdrahtungsleitungen zwischen dem Mikrofongehäuse und dem Polster verlaufen, um eine direkte Verbindung zwischen den Ringelektroden und der Leiterplatte zu schaffen.
Die Konfiguration eines direkten Verbindens der beiden Ringelektroden mit der Leiterplatte durch die Verdrahtungsleitungen führt jedoch zu einer Änderung der Vibrationseigenschaften der Vibrationsfläche und kann somit eine genaue Hinderniserfassung behindern. Insbesondere wenn sich eine Vibration der Vibrationsfläche durch die Verdrahtungsleitungen fortpflanzt, wird die Änderung der Vibrationseigenschaften eines Mikrofons stärker beeinflusst, wenn die Masse eines Teils, mit dem die Verdrahtungsleitungen verbunden sind, größer ist. Wenn der Ultraschallsensor eine Konfiguration aufweist, gemäß der zwei Ringelektroden direkt mit einer Leiterplatte über die Verdrahtungsleitungen verbunden sind, sind daher die Verdrahtungsleitungen direkt mit der Leiterplatte, die eine große Masse aufweist, verbunden, was zu einer Änderung der Vibrationseigenschaften des Mikrofons führt und somit die Hinderniserfassung nachteilig beeinflusst.
Außerdem führt ein derartiger Ultraschallsensor zu dem Problem, dass sich die Haltbarkeit beispielsweise dadurch verringert, dass Brüche an einem Verbindungsabschnitt, das heißt einem Lötabschnitt, zwischen der Leiterplatte und den Verdrahtungsleitungen entstehen, da die Vibration des Mikrofongehäuses sich direkt über die Verdrahtungsleitungen zu der Leiterplatte fortpflanzt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ultraschallsensor zu schaffen, der in der Lage ist, eine Änderung von Vibrationseigenschaften einer Vibrationsfläche eines Mikrofongehäuses zu verhindern und die Haltbarkeit an einem Verbindungsabschnitt zwischen einer Verdrahtungsleitung und einer Leiterplatte zu verbessern.
Ein Ultraschallsensor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält: ein Mikrofon, das aus einem piezoelektrischen Vibrationselement ausgebildet ist, wobei das piezoelektrische Vibrationselement ein elektrisches Signal in eine Vibration umwandelt und eine Vibration in ein elektrisches Signal umwandelt; ein Mikrofongehäuse, das eine Röhrengestalt mit Boden, der eine erste Oberfläche und eine Seitenwand enthält, aufweist und in dem das Mikrofon untergebracht ist, wobei der Boden einen Vibrationsabschnitt, auf dem das Mikrofon installiert ist, bildet; und einen Anhaftungssensor, der ein Anhaften von Fremdmaterial an der ersten Oberfläche erfasst. Der Anhaftungssensor enthält: eine variable Kapazität, die eine Sensorelektrode enthält, die auf der ersten Oberfläche des Bodens angeordnet ist, und deren Kapazitätswert sich entsprechend dem Anhaften von Fremdmaterial an der ersten Oberfläche ändert; eine feste Kapazität, die eine erste Elektrode, die mit der Sensorelektrode verbunden ist, und eine zweite Elektrode enthält, die auf einem zu dem Mikrofongehäuse unterschiedlichen Element angeordnet ist und der ersten Elektrode zugewandt angeordnet ist; und einen Anhaftungserfassungsabschnitt, der mit der Sensorelektrode über die feste Kapazität verbunden ist und das Anhaften von Fremdmaterial an der ersten Oberfläche durch Zuführen eines Wechselstromsignals zu der festen Kapazität und der variablen Kapazität erfasst.
In einer Schaltungskonfiguration des Anhaftungssensors ist somit die erste Elektrode von der zweiten Elektrode isoliert. Daher ist eine Verdrahtung, die mit dem Anhaftungserfassungsabschnitt verbunden ist, von der ersten Elektrode getrennt. Wenn der Vibrationsabschnitt einer Ultraschallvibration ausgesetzt ist, pflanzt sich dementsprechend die Vibration zu der Verdrahtung nur über das zu dem Mikrofongehäuse unterschiedliche Element fort. Diese Konfiguration kann ein Phänomen verhindern, gemäß dem sich die Vibration direkt in der ersten Elektrode zu der Verdrahtung und dann zu dem Anhaftungserfassungsabschnitt fortpflanzt, und macht es möglich, eine Änderung der Vibrationseigenschaften des Mikrofons zu verhindern. Es ist somit möglich, eine ungenaue Hinderniserfassung, die durch eine Änderung der Vibrationseigenschaften des Mikrofons verursacht wird, zu verhindern.
Die Bezugszeichen in Klammern, die den Bestandteilen zugewiesen sind, repräsentieren nur Beispiele einer Entsprechungsbeziehung zwischen den Bestandteilen und speziellen Bestandteilen, die in den unten angegebenen Ausführungsformen beschrieben sind.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist ein Diagramm, das eine Elektrodenanordnung in einem Anhaftungssensor aus Sicht in einer Richtung normal zu einer Oberfläche eines Bodens eines Mikrofongehäuses darstellt.
3 ist ein Schaltungsdiagramm des Anhaftungssensors.
4 ist eine perspektivische Ansicht der Elektrodenanordnung und einer Verdrahtungsleitungsanordnung in dem Anhaftungssensor.
5 ist eine Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors mit einer Vergleichsstruktur.
6 ist eine Grafik, die ein Ergebnis einer Erfassung der Änderung einer elektrostatischen Kapazität des Ultraschallsensors gemäß der ersten Ausführungsform und des Ultraschallsensors mit der Vergleichsstruktur entsprechend dem Vorhandensein oder der Abwesenheit von anhaftendem Fremdmaterial und dem Typ des anhaftenden Fremdmaterials darstellt.
7 ist eine Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform.
8 ist eine Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einem modifizierten Beispiel der zweiten Ausführungsform.
9 ist eine Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einer dritten Ausführungsform.
10 ist eine Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einer vierten Ausführungsform.
11 ist ein Schaltungsdiagramm eines Anhaftungssensors in einem Ultraschallsensor gemäß einer fünften Ausführungsform.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage der Zeichnungen beschrieben. Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen weisen mit denselben Bezugszeichen bezeichnete Teile auf, die identisch oder äquivalent zueinander sind.
Erste Ausführungsform
Im Folgenden wird die Struktur eines Ultraschallsensors 1 gemäß einer ersten Ausführungsform mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben. Wie es in 1 dargestellt ist, wird der Ultraschallsensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch die Montage an einem Objekt an einem Fahrzeug installiert, beispielsweise einem Stoßfänger B, der eine plattenförmige Komponente einer Fahrzeugkarosserie ist. Der Stoßfänger B enthält eine Stoßfängeraußenfläche B1, die eine Außenvorderfläche des Fahrzeugs bildet, und eine Stoßfängerinnenfläche B2, die eine entsprechende hintere Fläche ist. Ein Installationsloch B3, das ein Durchgangsloch zur Montage des Ultraschallsensors 1 ist, ist in dem Stoßfänger B ausgebildet.
Der Ultraschallsensor 1 enthält ein Mikrofon 2, ein Mikrofongehäuse 3, ein Polster 4, eine Leiterplatte 5, einen Sensorbehälter 6, einen Sensorverbinder bzw. Sensorstecker 7, einen Anhaftungssensor 8 und Ähnliches und ist über eine Montagekomponente 11 an dem Stoßfänger B montiert.
Das Mikrofon 2 bildet einen Ultraschalltransducer, der als eine Schallsammeleinheit und eine Schallaussendeeinheit in dem Ultraschallsensor 1 durch Umwandeln eines elektrischen Signals in eine Vibration und Umwandeln einer Vibration in ein elektrisches Signal dient, und ist aus einem piezoelektrischen Vibrationselement ausgebildet. Das Mikrofon 2 enthält einen piezoelektrischen Film 2a aus beispielsweise Bleititanatzirkonat (im Folgenden als PZT bezeichnet), einen positiven Anschluss 2b, der mit einer ersten Oberfläche des piezoelektrischen Films 2a verbunden ist, und einen negativen Anschluss 2c, der mit einer zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Films 2a verbunden ist, wobei die Seite des negativen Anschlusses 2c mit dem Mikrofongehäuse 3 verbunden ist.
Insbesondere ist eine erste Oberfläche des Mikrofons 2, auf der der positive Anschluss 2b angeordnet ist, entgegengesetzt zu der Anbringungsfläche an dem Mikrofongehäuse 3. Der negative Anschluss 2c weist eine gefaltete Konfiguration als Ergebnis einer Ausbildung auf der zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Films 2a, während die erste Oberfläche von einer Seitenfläche des piezoelektrischen Films 2a aus erreicht wird, auf. Daher ist der negative Anschluss 2c separat konfiguriert und somit von dem positiven Anschluss 2b isoliert, während er außerdem auch auf der ersten Oberfläche ausgebildet ist, auf der auch der positive Anschluss 2b ausgebildet ist. Auch wenn der negative Anschluss 2c auf der zweiten Oberfläche des Mikrofons 2 an dem Mikrofongehäuse 3 befestigt ist, kann dementsprechend eine elektrische Verbindung auf der ersten Oberfläche des Mikrofons 2 errichtet werden. Außerdem ist der positive Anschluss 2b über eine positive Verdrahtungsleitung 9a mit einem positiven Elektrodenmuster (nicht dargestellt), das auf der Leiterplatte 5 angeordnet ist, elektrisch verbunden, und der negative Anschluss 2c ist über eine negative Verdrahtungsleitung 9b mit einem negativen Elektrodenmuster (nicht gezeigt), das auf der Leiterplatte 5 angeordnet ist, elektrisch verbunden.
Mit einer derartigen Konfiguration kann das Mikrofon 2 durch Anlegen einer Spannung, das als ein Ansteuersignal dient, das heißt durch Anlegen einer Rechteckwellenspannung an den positiven Anschluss 2b und somit wiederholtes Erzeugen einer Potentialdifferenz zwischen dem positiven Anschluss 2b und dem negativen Anschluss 2c, vibrieren. Wenn das Mikrofon aufgrund einer äußeren Vibration verlagert wird, kann dieses als Ausgang eine elektromotorische Kraft erzeugen, die der Verlagerung entspricht. Das Anlegen des Ansteuersignals an das Mikrofon 2 und das Ausgeben der elektromotorischen Kraft von dem Mikrofon 2 werden über die positive Verdrahtungsleitung 9a und die negative Verdrahtungsleitung 9b, die das Mikrofon 2 mit der Leiterplatte 5 verbinden, durchgeführt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Mikrofon 2 an dem Mikrofongehäuse 3 angebracht, das aus einem Leiter ausgebildet ist, wobei ein leitendes Klebematerial oder Ähnliches zwischen diesen angeordnet ist. Daher ist der negative Anschluss 2c des Mikrofons 2 mit dem Mikrofongehäuse 3 elektrisch verbunden, und das Mikrofongehäuse 3 ebenso wie der negative Anschluss 2c sind mit einem Massepotentialpunkt der Leiterplatte 5 verbunden. Hier ist das Mikrofongehäuse 3 mit dem Massepotentialpunkt über den negativen Anschluss 2c und die negative Verdrahtungsleitung 9b verbunden. Ohne die elektrische Verbindung zwischen dem Mikrofongehäuse 3 und dem negativen Anschluss 2c kann jedoch das Mikrofongehäuse 3 auch direkt mit einer Erdungsverdrahtungsleitung bzw. Masseverdrahtungsleitung verbunden und mit dem Massepotentialpunkt über die Masseverdrahtungsleitung verbunden sein.
Das Mikrofongehäuse 3 spielt eine Rolle zum Ausgeben von Vibrationen, die durch das Mikrofon 2 erzeugt werden, als Ultraschallwellen und zum Fortpflanzen einer Außenvibration zu dem Mikrofon 2. Wenn das Mikrofongehäuse 3 wie in der vorliegenden Ausführungsform aus einem Leiter ausgebildet ist, spielt dieses ebenfalls die Rolle einer Abschirmung gegenüber Rauschen. Das Mikrofongehäuse 3 ist aus einem zylindrischen Element mit Boden ausgebildet, das einen Boden 3a und eine Seitenwand 3b enthält, und beherbergt das Mikrofon 2, wobei ein Inneres des Mikrofongehäuses 3 als ein Unterbringungsraum dient und das Mikrofon 2 an einem mittleren Abschnitt des Bodens 3a angeordnet ist. Das Mikrofongehäuse 3 ist derart angeordnet, dass die Seite des Bodens 3a in Richtung der Stoßfängeraußenfläche B1 angeordnet ist und die Seite der Seitenwand 3b, mit anderen Worten eine Öffnungsseite, in Richtung der Stoßfängerinnenfläche B2 angeordnet ist.
Wie es durch die gestrichelte Linie in 2 dargestellt ist, weist der Unterbringungsraum des Mikrofongehäuses 3 eine rechteckige Gestalt mit vier abgerundeten Ecken auf, wenn dieses aus einer Richtung normal zu einer ersten Oberfläche des Bodens 3a betrachtet wird. Daher enthält die Seitenwand 3b des Mikrofongehäuses 3 einen dünnen Abschnitt 3ba an einem Ort, der einer kurzen Seite entspricht, und einen dicken Abschnitt 3bb an einem Ort, der einer langen Seite der rechteckigen Gestalt entspricht, die durch den Unterbringungsraum ausgebildet wird.
Das Mikrofongehäuse 3, das auf die oben genannte Weise ausgebildet ist, überträgt Ultraschallwellen dadurch, dass der Boden 3a als ein Vibrationsabschnitt dient. Wenn das Mikrofon 2 auf der Grundlage einer daran angelegten Spannung, die als ein Ansteuersignal dient, vibriert, vibriert dementsprechend auch der Boden 3a. Auf der Grundlage dieses Verhaltens vibriert der Boden 3a des Mikrofongehäuses 3 gemäß einer Ultraschallvibration und überträgt Ultraschallwellen entlang einer Richtung als Richtungsachse, die normal zu der ersten Oberfläche des Bodens 3a ist, wobei die erste Oberfläche des Bodens 3a die freiliegende Oberfläche des Bodens 3a ist.
Wenn reflektierte Wellen der Ultraschallwellen, die übertragen werden, zu dem Mikrofongehäuse 3 zurückkehren, vibriert der Boden 3a dementsprechend, und somit pflanzt sich die Vibration zu dem Mikrofon 2 fort, das an dem Boden 3a installiert ist. Die Fortpflanzung der Vibration bewirkt, dass das Mikrofon 2 eine elektromotorische Kraft, die der sich fortpflanzenden Vibration entspricht, ausgibt, und auf der Grundlage dieser elektromotorischen Kraft kann der Ultraschallsensor 1 den Empfang der reflektierten Wellen erfassen.
Wie es oben beschrieben ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform das Mikrofongehäuse 3 aus einem Leiter ausgebildet. Als ein Leitermaterial kann beispielsweise Aluminium, ein leitendes Polymer oder ein Material, das durch Verfestigen eines Metallfüllmaterials mit einem Harz erhalten wird, verwendet werden. Das Mikrofongehäuse 3 ist über den negativen Anschluss 2c und die negative Verdrahtungsleitung 9b mit einem GND-Muster (Erdungsmuster bzw. Massemuster, das nicht dargestellt ist) elektrisch verbunden, das als der Massepotentialpunkt der Leiterplatte 5 dient.
Auch wenn es hier nicht dargestellt ist, ist das Innere des Mikrofongehäuses 3 mit einem Vibrationsisoliermaterial wie beispielsweise Silikongummi gefüllt.
Das Polster 4 enthält einen zylindrischen Abschnitt, in dem ein Hohlraum ausgebildet ist, wobei das Mikrofongehäuse 3 in den Hohlraum eingebracht bzw. eingepasst ist. In der vorliegenden Ausführungsform weist das Polster 4 eine zylindrische Gestalt mit Boden auf. Das Mikrofongehäuse 3 zusammen mit dem Mikrofon 2 und Ähnliches sind in dem Hohlraum des Polsters 4 untergebracht. Das Polster 4 dient als ein Pufferelement, das aus einem elastischen Material besteht, und zum Unterdrücken einer Übertragung von Vibrationen zwischen dem Mikrofongehäuse 3 und dem Stoßfänger B oder dem Sensorbehälter 6. Das Polster 4 besteht aus einem isolierenden elastischen Material wie Silikongummi. Ein Durchgangsloch 4a ist an einem Boden des Polsters 4 ausgebildet, und das Innere des Mikrofongehäuses 3 ist durch das Durchgangsloch 4a zu der Seite der Leiterplatte 5 hin offen.
Die Leiterplatte 5 weist Komponenten auf, die eine Sensorschaltung in dem Ultraschallsensor 1 bilden. Die Sensorschaltung wird durch elektrisches Verbinden des Mikrofons 2 und des Mikrofongehäuses 3 mit der Leiterplatte 5 über die Verdrahtungsleitungen 9a und 9b und Montieren von elektronischen Komponenten (in 1 nicht dargestellt) auf der Leiterplatte 5 ausgebildet.
Insbesondere enthält die Sensorschaltung zusätzlich zu dem Mikrofon 2 einen Sendeabschnitt, einen Empfangsabschnitt, einen Steuerungsabschnitt, einen Anhaftungserfassungsabschnitt 8c, wie es in 3 dargestellt ist, und Ähnliches. Somit sind elektronischen Komponenten, die den Sendeabschnitt, dem Empfangsabschnitt, den Steuerungsabschnitt und den Anhaftungserfassungsabschnitt 8c bilden, auf der Leiterplatte 5 montiert. Diese Sensorschaltung führt eine Hinderniserfassung und Anhaftungserfassung von Fremdmaterial an dem Vibrationsabschnitt des Mikrofongehäuses 3 durch.
Der Sendeabschnitt legt eine Ultraschallwellenansteuerspannung als Eingang eines elektrischen Signals an das Mikrofon 2 auf der Grundlage eines Steuersignals von dem Steuerungsabschnitt an. Dieses Anlegen bewirkt, dass das Mikrofon 2 und der Boden 3a des Mikrofongehäuses 3 vibrieren, und somit werden Ultraschallwellen ausgesendet. Der Empfangsabschnitt ist beispielsweise aus einem Verstärker ausgebildet, der eine Differenzverstärkung durchführt, und wandelt ein elektrisches Signal in eine Vibration um, die sich während eines Empfangs durch das Mikrofongehäuse 3 zu dem Mikrofon 2 fortpflanzt. Der Steuerungsabschnitt steuert das Senden der Ultraschallwellen von dem Sendeabschnitt und das Empfangen der reflektierten Wellen durch den Empfangsabschnitt. Der Anhaftungserfassungsabschnitt 8c führt eine Anhaftungserfassung von Fremdmaterial durch und bildet einen Teil des Anhaftungssensors 8, der als ein Teil der Sensorschaltung angeordnet ist. Die Details des Anhaftungserfassungsabschnitts 8c und der Anhaftungserfassung von Fremdmaterial werden später beschrieben. Hier ist der Anhaftungserfassungsabschnitt 8c als von dem Steuerungsabschnitt separater Bestandteil als dargestellt, kann aber in dem Steuerungsabschnitt selbst enthalten sein.
Wenn eine Applikation bzw. Anwendung aktiviert wird, beispielsweise eine automatisierte Fahranwendung, die eine Hinderniserfassung während beispielsweise einer Fahrzeugfahrt benötigt, empfängt die Sensorschaltung, die auf die oben genannte Weise konfiguriert ist, einen Befehl von der Anwendung und führt eine Hinderniserfassung durch. Das heißt, wenn der Befehl von der Anwendung empfangen wird, steuert der Steuerungsabschnitt den Sendeabschnitt, so dass dieser eine vorbestimmte Spannung an das Mikrofon 2 anlegt und somit Ultraschallwellen aussendet. Wenn diese Ultraschallwellen von einem Hindernis reflektiert werden und die resultierenden reflektierten Wellen zurückkehren, wird eine Vibration, die auf den reflektierten Wellen basiert, durch das Mikrofon 2 in ein elektrisches Signal umgewandelt, und das elektrische Signal wird durch den Empfangsabschnitt empfangen. Daher führt der Steuerungsabschnitt eine Hinderniserfassung wie beispielsweise eine Herleitung des Abstands von dem Fahrzeug zu dem Hindernis auf der Grundlage eines Zeitintervalls zwischen den Zeitpunkten des Aussendens der Ultraschallwellen von dem Sendeabschnitt und den Zeitpunkten des Empfangens der reflektierten Wellen durch den Empfangsabschnitt durch und überträgt das Erfassungsergebnis an die Anwendung.
Hier ist beschrieben, dass der Steuerungsabschnitt auf der Leiterplatte 5 angeordnet ist, dieser kann aber auch außerhalb des Ultraschallsensors angeordnet sein. Der Steuerungsabschnitt kann beispielsweise eine elektronische Steuerungseinheit (im Folgenden als ECU bezeichnet) sein, die außerhalb des Ultraschallsensors angeordnet und ausgelegt ist, eine Anwendung auszuführen, die eine Hinderniserfassung benötigt, oder kann eine ECU sein, die den Ultraschallsensor auf der Grundlage eines Befehls von der Anwendung steuert. Beispiele der ECU, die den Ultraschallsensor steuert, enthalten eine Sonar-ECU. Wenn der Steuerungsabschnitt außerhalb des Ultraschallsensors angeordnet ist, weist die Leiterplatte 5 eine Schnittstelle (im Folgenden als I/F bezeichnet) zur Kommunikation mit dem Steuerungsabschnitt auf. Das Eingeben eines Ansteuersignals von dem Steuerungsabschnitt in die Leiterplatte 5 über die I/F steuert den Sendeabschnitt, den Empfangsabschnitt und den Anhaftungserfassungsabschnitt 8c an, und ein Empfangsergebnis des Empfangsabschnitts und ein Erfassungsergebnis des Anhaftungserfassungsabschnitts 8c werden an den Steuerungsabschnitt übertragen.
Der Sensorbehälter 6 ist ein hohles Element, das einen Behälter des Ultraschallsensors 1 bildet, und ist einstückig aus einem harten isolierenden synthetischen Harz wie Polybutylenterephthalat ausgebildet.
Insbesondere enthält der Sensorbehälter 6 einen zylindrischen Abschnitt 6a, der einem Röhrenabschnitt entspricht, einen Gehäuseabschnitt 6b mit einer im wesentlichen rechteckigen Paralellepipedgestalt, und einen Verbinderbehälter 6c. Ein inneres des Zylinderabschnitts 6a befindet sich in Kommunikation mit einem Hohlraum des Gehäuseabschnitts 6b, wobei das Mikrofongehäuse 3, an dem das Mikrofon 2 angebracht ist, und das Polster 4 in dem zylindrischen Abschnitt 6a fixiert bzw. befestigt sind, und wobei die Verdrahtungsleitungen 9a und 9b durch das Durchgangsloch 4a des Polsters 4 zu der Seite des Gehäuseabschnitts 6b herausgeführt sind. Die Leiterplatte 5 ist in dem Hohlraum des Gehäuseabschnitts 6b angeordnet, und ein erstes Ende des Sensorverbinders 7 ist in den Hohlraum eingeführt. Die Leiterplatte 5 ist mit den Verdrahtungsleitungen 9a und 9b in dem Gehäuseabschnitt 6b elektrisch verbunden und ist außerdem mit dem ersten Ende des Sensorverbinders 7 elektrisch verbunden. Die Oberfläche des Gehäuseabschnitts 6b entgegengesetzt zu dem zylindrischen Abschnitt 6a ist offen, und ein Feuchtigkeitsschutzelement 7 ist derart angeordnet, dass es den Hohlraum des Gehäuseabschnitts 6b von dem offenen Abschnitt aus füllt.
Der Verbinderbehälter 6c ist an einem Ende des Sensorbehälters 6 angeordnet, und ein zweites Ende des Sensorverbinders 7 liegt von dem Verbinderbehälter 6c frei.
Der Sensorverbinder 7 errichtet eine elektrische Verbindung zwischen dem Ultraschallsensor 1 und dem Äußeren. Auch wenn in der Zeichnung nur eine Leitung dargestellt ist, sind mehrere Leitungen beispielsweise zum Anlegen einer Spannung, zur Verbindung mit Masse und zur Ausgabe angeordnet. Das erste Ende des Sensorverbinders 7 ist in den Gehäuseabschnitt 6b des Sensorbehälters 6 eingeführt und mit der Leiterplatte 5 verbunden, und das zweite Ende liegt von bzw. in dem Verbinderbehälter 6c frei. Außerdem ist der Verbinderbehälter 6c mit einem Außenverbinder bzw. Außenstecker (nicht dargestellt) verbunden und ermöglicht daher, dass das zweite Ende des Sensorverbinders 7, das von oder in dem Verbinderbehälter 6c freiliegt, mit einem Anschluss verbunden wird, der in dem Außenverbinder angeordnet ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Ultraschallsensor 1 und dem Äußeren zu errichten.
Der Anhaftungssensor 8 erfasst ein Anhaften von Fremdmaterial wie Schnee an dem Vibrationsabschnitt. Der Anhaftungssensor 8 weist die in 3 dargestellte Schaltungskonfiguration auf und enthält eine variable Kapazität 8a, eine feste Kapazität 8b, den Anhaftungserfassungsabschnitt 8c, eine Verdrahtung 8d und Ähnliches.
Wenn das Mikrofongehäuse 3 aus einem Leiter wie in der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet ist, wird die variable Kapazität 8a aus einer Sensorelektrode 8aa, die in den 1, 2 und 4 dargestellt ist, einem nichtleitenden Film 8ab, wie es in 1 dargestellt ist, der eine Oberfläche des Mikrofongehäuses 3 bedeckt, und dem Mikrofongehäuse 3 ausgebildet. Die Sensorelektrode 8aa ist auf einer Oberfläche des nichtleitenden Films 8ab auf der ersten Oberfläche des Bodens 3a in dem Mikrofongehäuse 3 ausgebildet. Die Sensorelektrode 8aa kann eine beliebige Gestalt aufweisen. In der vorliegenden Ausführungsform weist die Sensorelektrode 8aa eine kreisförmige Gestalt auf und ist konzentrisch zu der Mitte des Bodens 3a in einem Innenumfangsabschnitt des Bodens 3a angeordnet. Der nichtleitende Film 8ab ist beispielsweise aus einem Isolierfilm oder einem dielektrischen Film ausgebildet. Der nichtleitende Film 8ab isoliert mindestens die Sensorelektrode 8aa elektrisch von dem Mikrofongehäuse 3, so dass eine Kapazität zwischen diesen ausgebildet wird. In der vorliegenden Ausführungsform bedeckt der nichtleitende Film 8ab die gesamten Außenflächen des Bodens und der Seitenwand 3b des Mikrofongehäuses 3. Die variable Kapazität 8a ändert einen elektrostatischen Kapazitätswert, wenn Fremdmaterial wie Schnee an der Sensorelektrode 8aa oder deren Umgebung anhaftet, im Vergleich zu Fällen, in denen kein Anhaften auftritt.
Hier wird die variable Kapazität 8a durch die Sensorelektrode 8aa und das Mikrofongehäuse 3 ausgebildet, kann aber auch zwei Sensorelektroden 8aa enthalten, wobei die andere der beiden Sensorelektroden 8aa auf einer Oberfläche des nichtleitenden Films 8ab ausgebildet ist.
Die feste Kapazität 8b enthält eine erste Elektrode 8ba und eine zweite Elektrode 8bb. Die erste Elektrode 8ba ist mit der Sensorelektrode 8aa verbunden, bildet eine der Elektroden in der festen Kapazität 8b und ist der zweiten Elektrode 8bb zugewandt angeordnet. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Elektrode 8ba auf der Seitenwand 3b des Mikrofongehäuses 3 angeordnet, wobei der nichtleitende Film 8ab zwischen diesen angeordnet ist, und ist kreisförmig entlang der Umfangswand der Seitenwand 3b angeordnet.
Wie es in 4 dargestellt ist, sind hier die beiden ersten Elektroden 8ba symmetrisch auf beiden Seiten der Sensorelektrode 8a, die die Mitte bildet, angeordnet. Diese Anordnung wird unter Berücksichtigung der Anbringung des Mikrofongehäuses 3 verwendet, und es muss nur eine der ersten Elektroden 8ba der zweiten Elektrode 8bb zugewandt angeordnet sein. Im Detail ist jede der ersten Elektroden 8ba an einem Ort angeordnet, der dem dicken Abschnitt 3bb der Seitenwand 3b entspricht, und ist nicht an einem Ort angeordnet, der dem dünnen Abschnitt 3ba entspricht. Der dünne Abschnitt 3ba des Mikrofongehäuses 3 bewirkt insbesondere eine Vibration des Vibrationsabschnitts, und eine Anordnung der ersten Elektrode 8ba an Orten mit Ausnahme des dünnen Abschnitts 3ba ermöglicht es, eine Änderung der Vibrationseigenschaften, die durch die Bereitstellung der ersten Elektroden 8ba verursacht wird, zu verhindern.
Die zweite Elektrode 8bb ist der ersten Elektroden 8ba in einem vorbestimmten Abstand zu der ersten Elektrode 8ba zugewandt angeordnet und kapazitiv mit der ersten Elektrode 8ba gekoppelt, um die feste Kapazität 8b auszubilden, und errichtet dadurch eine Schaltungsverbindung des Anhaftungssensors 8. Hier ist die zweite Elektrode 8bb zwischen dem Polster 4 und dem zylindrischen Abschnitt 6a des Sensorbehälters 6 angeordnet, und ist kreisförmig entlang der Umfangsrichtung einer Außenumfangsfläche des Polsters 4 angeordnet. Die zweite Elektrode 8bb ist vorzugsweise derart angeordnet, dass sie vollständig der ersten Elektrode 8ba zugewandt ist, kann aber auch nur teilweise der ersten Elektrode 8ba zugewandt angeordnet sein oder kann teilweise beiden ersten Elektroden 8ba, die auf beiden Seiten der Sensorelektrode 8a angeordnet sind, zugewandt angeordnet sein.
Der Anhaftungserfassungsabschnitt 8c ist auf der Leiterplatte 5 angeordnet und dient als ein Teil der Sensorschaltung. Wie es in 3 dargestellt ist, führt der Anhaftungserfassungsabschnitt 8c beim Durchführen einer Anhaftungserfassung ein Wechselstromsignal, das als ein Erfassungsstrom dient, einem Strompfad zu, der durch die feste Kapazität 8b und die variable Kapazität 8a verläuft, berechnet Kapazitätswerte der festen Kapazität 8b und der variablen Kapazität 8a und erfasst dadurch das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines Anhaftens von Fremdmaterial. Die feste Kapazität 8b, die zwischen der ersten Elektrode 8ba und der zweiten Elektrode 8bb ausgebildet ist, bildet eine elektrostatische kapazitive Kopplung und ermöglicht daher eine Übertragung des Wechselstromsignals oder von elektrischer Leistung.
Wie es in 3 dargestellt ist, ist, wenn der Kapazitätswert der festen Kapazität 8b als Ca definiert ist und der Kapazitätswert der variablen Kapazität 8a als Csen definiert ist, der Kapazitätswert Ca ein konstanter Wert, und der Kapazitätswert Csen ist ein variabler Wert entsprechend dem Zustand des Anhaftens von Fremdmaterial. Der Kapazitätswert Ca und der Kapazitätswert Csen in dem Zustand, in dem kein Fremdmaterial anhaftet, können durch Messen mit einem Messinstrument im Voraus nach der Produktion des Ultraschallsensors identifizier werden. Wenn ein Gesamtkapazitätswert Call der Schaltung, der der Erfassungsstrom zugeführt wird, gemessen wird, kann der Anhaftungserfassungsabschnitt 8c den Kapazitätswert Csen der variablen Kapazität 8a aus dem Gesamtkapazitätswert Call und dem Kapazitätswert Ca der festen Kapazität 8b auf der Grundlage der folgenden Formel berechnen. $1 / Call = (1 / Ca) + (1 / Csen)$
Der Kapazitätswert Csen, der oben berechnet wird, ist ein dem Zustand der Anhaftung von Fremdmaterial an den Vibrationsabschnitt entsprechender Wert, und daher ist es möglich, dass der Anhaftungserfassungsabschnitt 8c ein Anhaften von Fremdmaterial auf der Grundlage des Kapazitätswertes Csen erfasst. Sogar ohne Berechnung des Kapazitätswertes Csen kann der Anhaftungserfassungsabschnitt 8c ein Anhaften von Fremdmaterial auf der Grundlage des Gesamtkapazitätswertes Call, der mit einer Änderung des Kapazitätswertes Csen variiert, erfassen.
Die Verdrahtung 8d verbindet die zweite Elektrode 8bb elektrisch mit der Leiterplatte 5. In der vorliegenden Ausführungsform verläuft die Verdrahtung 8b zwischen dem Polster 4 und dem zylindrischen Abschnitt 6a und ist mit der Leiterplatte 5 verbunden. Die Verdrahtung 8d ist mit der zweiten Elektrode 8bb, aber nicht mit der ersten Elektrode 8ba elektrisch verbunden. Das heißt, die Verdrahtungsleitung, die zu der ersten Elektrode 8ba führt, ist nicht direkt mit der Leiterplatte 5 verbunden, die eine große Masse aufweist. Sogar wenn der Vibrationsabschnitt einer Ultraschallvibration ausgesetzt ist, pflanzt sich daher die Vibration zu der Verdrahtung 8d nur über das Polster 4 fort. Diese Konfiguration kann ein Phänomen verhindern, gemäß dem sich die Vibration direkt von der ersten Elektrode 8ba zu der Verdrahtung 8d und dann zu der Leiterplatte 5 fortpflanzt, und macht es möglich, eine Änderung der Vibrationseigenschaften des Mikrofons 2 zu verhindern. Es ist somit möglich, eine ungenaue Hinderniserfassung, die durch eine Änderung der Vibrationseigenschaften des Mikrofons 2 verursacht wird, zu verhindern.
Außerdem erlaubt diese Konfiguration keine direkte Fortpflanzung der Vibration zu der Leiterplatte 5 und verhindert dementsprechend Brüche an einem Verbindungsabschnitt, beispielsweise einem Lötabschnitt, zwischen der Leiterplatte 5 und der Verdrahtung 8d, und ermöglicht somit eine Verbesserung der Haltbarkeit.
Eine Konfiguration, bei der die Verdrahtung 8d zwischen dem Polster 4 und dem Mikrofongehäuse 3 angeordnet ist, ermöglicht die Erzeugung einer Beschränkungskraft zwischen dem Mikrofongehäuse 3 und dem Polster 4 aufgrund der Anordnung der Verdrahtung 8d dazwischen, wenn die Verdrahtung 8d dick ist oder bereits dazwischen angeordnet ist. Aufgrund des Einflusses der Beschränkungskraft können die Vibrationseigenschaften des Vibrationsabschnitts variiert werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch die Verdrahtung 8d an einem Äußeren des Polsters 4 angeordnet, und zwischen dem Polster 4 und dem Mikrofongehäuse 3 ist nur die zweite Elektrode 8bb angeordnet, die dünn ist. Daher ist es möglich, eine Änderung der Vibrationseigenschaften des Vibrationsabschnitts weiter zu verhindern.
Die Montagekomponente 11 bildet eine Halteeinrichtung, die den Ultraschallsensor 1 fest an dem Stoßfänger B fixiert, bildet eine Design-Einfassung, die auf der Stoßfängeraußenfläche B1 angeordnet ist, und besteht aus Harz oder Ähnlichem. In der vorliegenden Ausführungsform enthält die Montagekomponente 11 einen zylindrischen Abschnitt 11 a, einen Flansch 11b und einen Stopper 11 c.
Der zylindrische Abschnitt 11 a ist ein Teil, in den der zylindrische Abschnitt 6a des Sensorbehälters 6, das Mikrofongehäuse 3 und Ähnliches eingebracht bzw. eingepasst sind. Durch Einbringen des zylindrischen Abschnitts 6a, des Mikrofongehäuses 3 und Ähnlichem in einen Hohlraum des zylindrischen Abschnitts 11a wird der Ultraschallsensor 1 durch die Montagekomponente 11 gehalten. Der Flansch 11b ist an einem Ende des zylindrischen Abschnitts 11a angeordnet und erstreckt sich radial auswärts von dem zylindrischen Abschnitt 11a. Eine Außenfläche des Flansches 11b bildet die Design-Einfassung, die von der Stoßfängeraußenfläche B1 freiliegt. Der Stopper 11 c ist in einem vorbestimmten Abstand zu dem Flansch 11b auf einer Seitenfläche des zylindrischen Abschnitts 11a ausgebildet. Ein Harzabschnitt des Stoßfängers B ist zwischen dem Stopper 11c und einer Innenfläche des Flansches 11b angeordnet, so dass die Montagekomponente 11 fest an dem Stoßfänger B fixiert ist und der Ultraschallsensor 1 somit an dem Stoßfänger B montiert ist.
Der Ultraschallsensor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, der oben beschrieben ist, wird an dem Stoßfänger B über die Montagekomponente 11 montiert. Wenn beispielsweise ein Befehl von einer Anwendung, die eine Hinderniserfassung benötigt, in die Leiterplatte 5 eingegeben wird, führt der Ultraschallsensor 1, der auf die oben beschriebene Weise ausgebildet ist, eine Hinderniserfassung wie oben beschrieben dadurch aus, dass der Steuerungsabschnitt den Sendeabschnitt zum Aussenden von Ultraschallwellen und den Empfangsabschnitt zum Empfangen von reflektierten Wellen der Ultraschallwellen steuert. Außerdem führt der Anhaftungssensor 8 zu der Zeit, zu der keine Hinderniserfassung von dem Ultraschallsensor 1 durchgeführt wird, das heißt, wenn das Mikrofon 2 keine Ultraschallvibration durchführt, beispielsweise wenn ein Aktivierungsschalter wie ein Zündschalter eines Fahrzeugs eingeschaltet wird, eine Anhaftungserfassung von Fremdmaterial durch.
In diesem Fall weist der Anhaftungssensor 8 des Ultraschallsensors gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Schaltungskonfiguration auf, gemäß der die erste Elektrode 8ba von der zweiten Elektrode 8bb elektrisch isoliert ist und die Verdrahtung 8d, die die zweite Elektrode 8bb mit dem Anhaftungserfassungsabschnitt 8c verbindet, der auf der Leiterplatte 5 angeordnet ist, von der ersten Elektrode 8ba getrennt ist. Sogar wenn der Vibrationsabschnitt eine Ultraschallvibration durchführt, pflanzt sich daher die Vibration zu der Verdrahtung 8d nur über das Polster 4 fort. Diese Konfiguration kann ein Phänomen verhindern, gemäß dem sich die Vibration direkt von der ersten Elektrode 8ba zu der Verdrahtung 8d und dann zu der Leiterplatte 5 fortpflanzt, und macht es möglich, eine Änderung der Vibrationseigenschaften des Mikrofons 2 zu verhindern. Es ist somit möglich, eine ungenaue Hinderniserfassung, die durch eine Änderung der Vibrationseigenschaften des Mikrofons 2 verursacht wird, zu verhindern.
Als ein Beispiel zur Bestätigung wurden die Struktur der vorliegenden Ausführungsform und einer Vergleichsstruktur, die in 5 dargestellt ist, bei der eine Verdrahtung 8d zwischen einem Polster 4 und einem Mikrofongehäuse 3 angeordnet ist, hinsichtlich der Änderung eines Kapazitätswertes in dem Fall, in dem kein Fremdmaterial anhaftet, und in dem Fall, in dem Schnee als Fremdmaterial anhaftet, sowie in dem fall, in dem Wasser anhaftet, überprüft. 6 zeigt das Ergebnis der Überprüfung. Der Kapazitätswert, der hier genannt ist, entspricht dem Gesamtkapazitätswert Call, der von dem Anhaftungserfassungsabschnitt 8c gemessen wird, und in der Vergleichsstruktur, die in 5 dargestellt ist, entspricht der Kapazitätswert nur der variablen Kapazität 8a, die in der vorliegenden Ausführungsform genannt ist.
Wie es in dieser Grafik dargestellt ist, zeigen, wenn Fremdmaterial in der Umgebung der Sensorelektrode 8aa anhaftet, sowohl die Struktur der vorliegenden Ausführungsform als auch die Vergleichsstruktur, die in 5 dargestellt ist, eine Änderung der elektrostatischen Kapazität entsprechend dem Typ und dem Bereich des anhaftenden Materials. Insbesondere ist der Kapazitätswert in dem Fall eines Anhaftens von Fremdmaterial im Vergleich zu dem Fall keiner Anhaftung größer. Außerdem ist der Wert der Änderung der Kapazität in dem Fall eines Anhaftens von Schnee mit einem kleinen Anhaftungsbereich bzw. einer kleinen Anhaftungsfläche klein, wohingegen der Wert der Änderung der Kapazität in dem Fall einer Anhaftung von Wasser mit einem großen Anhaftungsbereich bzw. einer großen Anhaftungsfläche groß ist. Daher ist es auf der Grundlage des Gesamtkapazitätswertes Call oder auf der Grundlage des Kapazitätswertes Csen, der anhand des Gesamtkapazitätswertes Call berechnet werden kann, möglich, ein Anhaften von Fremdmaterial zu erfassen und außerdem den Typ des anhaftenden Materials auf der Grundlage des Absolutwertes oder der Größe der Änderung des Kapazitätswertes zu bestimmen.
Zweite Ausführungsform
Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Konfiguration und Ähnliches der festen Kapazität 8b im Vergleich zu der ersten Ausführungsform anders, aber die übrigen Merkmale sind dieselben wie in der ersten Ausführungsform. Daher werden nur die sich von der ersten Ausführungsform unterscheidenden Teile beschrieben.
Wie es in 7 dargestellt ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform eine feste Kapazität 8b aus zwei festen Kapazitäten, das heißt, einer ersten festen Kapazität 8b1 und einer zweiten festen Kapazität 8b2, derart ausgebildet, dass die erste feste Kapazität 8b1 und die zweite feste Kapazität 8b2 zwischen einer Sensorelektrode 8aa und einer Leiterplatte 5 angeordnet sind.
Insbesondere wird die erste feste Kapazität 8b1 durch eine erste Elektrode 8ba und eine zweite Elektrode 8bb ähnlich wie in der ersten Ausführungsform ausgebildet. Die zweite feste Kapazität 8b2 wird durch eine dritte Elektrode 8bc und eine vierte Elektrode 8bd ausgebildet. Die dritte Elektrode 8bc ist zwischen einem Boden eines Polsters 4 und einem Boden eines zylindrischen Abschnitts 6a in einem Sensorbehälter 6 angeordnet, und die zweite Elektrode 8bb ist mit der dritten Elektrode 8bc über eine Verdrahtung 8e verbunden. Die vierte Elektrode 8bd ist der dritten Elektrode 8bc auf einer Innenwandfläche eines Gehäuseabschnitts 6b des Sensorbehälters 6, in dem die Leiterplatte 5 angeordnet ist, zugewandt angeordnet. Die vierte Elektrode 8bd ist mit der Leiterplatte 5 über eine Verdrahtung 8d verbunden.
In dieser Konfiguration wird die feste Kapazität 8b aus der ersten festen Kapazität 8b1 und der zweiten festen Kapazität 8b2, also gleichermaßen aus der kombinierten Kapazität dieser Kapazitäten ausgebildet. Daher weist ein Anhaftungssensor 8 der vorliegenden Ausführungsform dieselbe Schaltungskonfiguration wie in 3 auf. Dementsprechend kann die Konfiguration der vorliegenden Ausführungsform dieselben Wirkungen wie in der ersten Ausführungsform erzielen.
Außerdem ermöglicht eine Konfiguration der festen Kapazität 8b aus den beiden festen Kapazitäten wie in der vorliegenden Ausführungsform die Gestalt und die Installationsstruktur für jeweils die erste feste Kapazität 8b1 und die zweite feste Kapazität 8b2 entsprechend zu entwerfen. Insbesondere wenn das Polster 4, der Sensorbehälter 6 oder Ähnliches eine komplizierte Gestalt aufweist, ist es daher möglich, einen Schritt zum Anbringen der festen Kapazität 8b oder die Gestalt der festen Kapazität 8b zu vereinfachen und somit die Kosten zu verringern.
Modifiziertes Beispiel der zweiten Ausführungsform
Wenn die feste Kapazität 8b aus der ersten festen Kapazität 8b1 und der zweiten festen Kapazität 8b2 wie in der zweiten Ausführungsform ausgebildet ist, können die Orte der Anordnung der ersten festen Kapazität 8b1 und der zweiten festen Kapazität 8b2 geeignet geändert werden.
Wie es beispielsweise in 8 dargestellt ist, ist die vierte Elektrode 8bd an einem Äußeren des zylindrischen Abschnitts 6a des Sensorbehälters 6 und der dritten Elektrode 8bc zugewandt angeordnet. Außerdem wird die Verdrahtung 8d entlang des zylindrischen Abschnitts 6a durch eine Wandfläche des Gehäuseabschnitts 6b des Sensorbehälters 6 geführt und mit der Leiterplatte 5 verbunden. Diese Konfiguration ermöglicht ebenfalls eine Ausbildung der festen Kapazität 8b aus der ersten festen Kapazität 8b1 und der zweiten festen Kapazität 8b2.
Die feste Kapazität 8b ist in der zweiten Ausführungsform au der ersten festen Kapazität 8b1 und der zweiten festen Kapazität 8b2 ausgebildet, kann aber auch aus mehreren festen Kapazitäten ausgebildet sein, d.h. kann aus mehr als zwei festen Kapazitäten ausgebildet sein.
Dritte Ausführungsform
Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform sind ebenfalls die Konfiguration und Ähnliches der festen Kapazität 8b anders als in der ersten Ausführungsform, aber die übrigen Merkmale sind dieselben wie in der ersten Ausführungsform. Daher werden nur die sich von der ersten Ausführungsform unterscheidenden Teile beschrieben.
Wie es in 9 dargestellt ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform eine erste Elektrode 8ba auf einer ersten Oberfläche eines Bodens 3a des Mikrofongehäuses 3 angeordnet, und eine Sensorelektrode 8aa ist auf der ersten Oberfläche des Bodens 3a angeordnet. Eine ferne Endfläche eines Polsters 4, das heißt eine Endfläche des Polsters 4 auf der Seite des Bodens 3a des Mikrofongehäuses 3, ist im Wesentlichen koplanar zu der ersten Oberfläche des Bodens 3a, und eine zweite Elektrode 8bb ist auf der fernen Endfläche des Polsters 4 angeordnet. Die erste Elektrode 8ba und die zweite Elektrode 8bb können eine beliebige Gestalt aufweisen, aber es ist vorteilhaft, wenn die erste Elektrode 8ba kreisförmig an der Außenkante auf der ersten Oberfläche des Bodens 3a des Mikrofongehäuses 3 ausgebildet ist und die zweite Elektrode 8bb kreisförmig auf der fernen Endfläche des Polsters 4 ausgebildet ist.
Auch auf diese Weise kann die feste Kapazität 8b ausgebildet werden, wobei die erste Elektrode 8ba im Wesentlichen koplanar zu der zweiten Elektrode 8bb dieser zugewandt angeordnet ist. Diese Konfiguration, bei der die erste Elektrode 8ba nicht zwischen dem Polster 4 und dem Mikrofongehäuse 3 angeordnet ist, erzeugt keine Beschränkungskraft zwischen dem Mikrofongehäuse 3 und dem Polster 4. Dementsprechend kann diese Konfiguration den Einfluss auf Vibrationseigenschaften eines Vibrationsabschnitts weiter verringern und ermöglicht eine noch genauere Hinderniserfassung. Auch in der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, eine Änderung der Vibrationseigenschaften dadurch zu verhindern, dass die erste Elektrode 8ba an einer Position ausgebildet wird, die einem dicken Abschnitt 3bb entspricht.
Vierte Ausführungsform
Im Folgenden wird eine vierte Ausführungsform beschrieben. Auch in der vorliegenden Ausführungsform sind die Konfiguration und Ähnliches der festen Kapazität 8b in Bezug auf die erste Ausführungsform anders, aber die übrigen Merkmale sind dieselben wie in der ersten Ausführungsform. Daher werden nur die sich von der ersten Ausführungsform unterscheidenden Teile beschrieben.
Wie es in 10 dargestellt ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform eine zweite Elektrode 8bb einer festen Kapazität 8b zwischen einem Polster 4 und einem Mikrofongehäuse 3 angeordnet, und eine Verdrahtung 8d erreicht von einer distalen Endfläche eine Seitenfläche des Polsters 4 und verläuft zwischen dem Polster 4 und einem zylindrischen Abschnitt 6a und ist mit der Leiterplatte 5 verbunden.
Eine erste Elektrode 8ba und die zweite Elektrode 8bb sind getrennt voneinander angeordnet, und somit ist eine Lücke zwischen der ersten Elektrode 8ba und der zweiten Elektrode 8bb ausgebildet, die eine Luftschicht ausbildet. Das Polster 4, das beispielweise aus einem weichen Material besteht, wird durch die zweite Elektrode 8bb und die Verdrahtung 8d verformt oder ist mit einer Vertiefung ausgebildet, so dass die Lücke zwischen der ersten Elektrode 8ba und der zweiten Elektrode 8bb ausgebildet werden kann. Alternativ ist ein nichtleitender Film wie beispielsweise ein Isolierfilm oder ein dielektrischer Film auf einer Oberfläche der ersten Elektrode 8ba und/oder der zweiten Elektrode 8bb ausgebildet, und die erste Elektrode 8ba und die zweite Elektrode 8bb werden dadurch separat voneinander angeordnet, wobei der nichtleitende Film zwischen diesen angeordnet ist.
Mit dieser Konfiguration kann die zweite Elektrode 8bb zwischen dem Polster 4 und dem Mikrofongehäuse 3 angeordnet werden. In diesem Fall kann ein Abstand d zwischen der ersten Elektrode 8ba und der zweiten Elektrode 8bb nahe bei null liegen, und somit kann ein Kapazitätswert Ca der festen Kapazität 8b erhöht werden und beispielsweise größer als der Kapazitätswert Csen der variablen Kapazität 8a sein. In einem Serienkondensator kann die Kapazität, die durch den Kapazitätswert Ca repräsentiert wird, dadurch ignoriert werden, dass der Kapazitätswert Ca viel größer als der Kapazitätswert Csen ist. Daher macht eine Elektrodenanordnung, die erzielt, dass der Kapazitätswert Ca viel größer als der Kapazitätswert Csen ist, eine Kalibrierung des Kapazitätswertes Ca unnötig, die ansonsten aufgrund eines Befestigungsfehlers während der Produktion notwendig wäre, und ermöglicht eine Verringerung der Herstellungskosten.
Fünfte Ausführungsform
Im Folgenden wird eine fünfte Ausführungsform beschrieben. Auch in der vorliegenden Ausführungsform sind die Konfiguration und Ähnliches der festen Kapazität 8b im Vergleich zu der ersten Ausführungsform anders, aber die übrigen Merkmale sind dieselben wie in der ersten Ausführungsform. Daher werden nur die sich von der ersten Ausführungsform unterscheidenden Teile beschrieben.
In der Konfiguration der ersten Ausführungsform ist die feste Kapazität 8b zwischen der variablen Kapazität 8a und dem Anhaftungserfassungsabschnitt 8c angeordnet, aber es kann auch eine Konfiguration verwendet werden, bei der zusätzlich zu der einen festen Kapazität 8b eine weitere feste Kapazität 8b zwischen der variablen Kapazität 8a und einem Massepotentialpunkt angeordnet ist. Eine Schaltungskonfiguration dieses Falls ist beispielsweise in 11 dargestellt. Wenn beispielsweise zwei Sensorelektroden 8aa auf einer Oberfläche des Bodens 3a einander gegenüberliegend angeordnet sind und eine variable Kapazität 8a dadurch ausgebildet wird, anstatt dass die variable Kapazität 8a zwischen der Sensorelektrode 8aa und dem Mikrofongehäuse 3 wie in der ersten Ausführungsform und Ähnlichem ausgebildet wird, wird die in 11 dargestellte Schaltungskonfiguration auf einfache Weise erzielt.
Wenn eine feste Kapazität 8b zwischen einer variablen Kapazität 8a und einem Massepotentialpunkt angeordnet ist, wird beispielsweise eine feste Kapazität 8b bereitgestellt, die dieselbe Konfiguration wie die feste Kapazität 8b hat, die in den ersten bis vierten Ausführungsformen beschrieben ist. Hinsichtlich der Verdrahtung, die mit der festen Kapazität verbunden ist, wird auch eine Verdrahtung, die dieselbe Konfiguration wie die Verdrahtung 8d aufweist, bereitgestellt, und diese wird mit einem Massepotentialpunkt einer Leiterplatte 5 oder Ähnlichem verbunden. Diese Konfiguration kann dieselben Wirkungen wie in den ersten bis vierten Ausführungsformen erzielen.
Weitere Ausführungsformen
Oben wurde die vorliegende Erfindung anhand ihrer Ausführungsformen beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, sondern beinhaltet verschiedene modifizierte Beispiele und Modifikationen innerhalb des Äquivalenzbereiches. Zusätzlich sind verschiedene weitere Kombinationen und Formen, die durch Hinzufügen von nur einem Element oder mehr oder weniger als einem Element erhalten werden, ebenfalls innerhalb des Bereiches der vorliegenden Erfindung möglich.
Die Konfigurationen von Komponenten wie des Mikrofons 2, des Mikrofongehäuses 3 und des Sensorbehälters 6, die den Ultraschallsensor bilden, sind nur als Beispiele beschrieben und können geeignet geändert werden. Das Mikrofongehäuse 3 weist beispielsweise eine zylindrische Gestalt mit Boden auf, muss aber nur eine Röhrengestalt mit Boden aufweisen. Außerdem weisen die oben beschriebenen Ausführungsformen keine Beziehung zueinander auf, können aber geeignet kombiniert werden, wenn dadurch kein Widerspruch entsteht. Wenn beispielsweise mehrere feste Kapazitäten 8b wie in der zweiten Ausführungsform bereitgestellt werden, kann eine der festen Kapazitäten 8b wie in der dritten oder vierten Ausführungsform ausgebildet sein.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen wurde eine zweite Elektrode 8bb, die an dem Polster 4 angeordnet ist, als Beispiel beschrieben, aber die zweite Elektrode 8bb muss nur an einem zu dem Mikrofongehäuse 3 unterschiedlichen Element angeordnet sein, so dass sich die Vibration von dem Vibrationsabschnitt nicht direkt fortpflanzt. Mit anderen Worten, es kann eine andere Konfiguration verwendet werden, bei der die zweite Elektrode 8bb der ersten Elektrode 8ba zugewandt angeordnet ist, wobei das Polster 4 zwischen diesen angeordnet ist. Die zweite Elektrode 8bb kann beispielsweise an dem Sensorbehälter 6 angeordnet sein, und insbesondere kann die zweite Elektrode 8bb an einer Innenumfangsfläche oder einer Außenumfangsfläche des zylindrischen Abschnitts 6a an einem Ort angeordnet sein, der der ersten Elektrode 8ba zugewandt ist. Alternativ kann die zweite Elektrode 8bb an der Montagekomponente 11 an einem Ort angeordnet sein, der der ersten Elektrode 8ba zugewandt ist. Somit ist es ebenfalls möglich, die zweite Elektrode 8bb an einer Hilfskomponente wie den Sensorbehälter 6 oder der Montagekomponente 11 bereitzustellen, die zur Installation des Mikrofons 2, des Mikrofongehäuses 3 und Ähnlichem an einem Objekt wie einem Stoßfänger B verwendet wird. Durch Bereitstellung der zweiten Elektrode 8bb an einer derartigen Hilfskomponente ist es nicht notwendig, die zweite Elektrode 8bb als eine individuelle Komponente bereitzustellen, und somit ist es möglich, die Anzahl der Schritte zur Anbringung zu verringern und auch die Kosten zu verringern. Da jedoch der Kapazitätswert Ca der festen Kapazität 8b erhöht werden kann, wenn die zweite Elektrode 8bb näher bei der ersten Elektrode 8ba liegt, ist die zweite Elektrode 8bb vorzugsweise an dem Polster 4 angeordnet.
Der Stoßfänger B wurde als ein Beispiel einer Karosseriekomponente beschrieben, die als ein Objekt dient, an dem der Ultraschallsensor 1 montiert ist, aber der Ultraschallsensor 1 kann auch an einer anderen Komponente als dem Stoßfänger B, beispielsweise einem Schutzblech, montiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019147839 [0001]
US 8675449 [0005]

Claims

Ultraschallsensor, der aufweist: ein Mikrofon (2), das aus einem piezoelektrischen Vibrationselement ausgebildet ist, wobei das piezoelektrische Vibrationselement ein elektrisches Signal in eine Vibration umwandelt und eine Vibration in ein elektrisches Signal umwandelt; ein Mikrofongehäuse (3), das eine Gestalt einer Röhre mit Boden aufweist und einen Boden (3a) einschließlich einer ersten Oberfläche und eine Seitenwand (3b) enthält, und in dem das Mikrofon untergebracht ist, wobei der Boden (3a) einen Vibrationsabschnitt bildet, an dem das Mikrofon installiert ist; und einen Anhaftungssensor (8), der ein Anhaften von Fremdmaterial an der ersten Oberfläche erfasst, wobei der Anhaftungssensor enthält: eine variable Kapazität (8a), die eine Sensorelektrode (8aa) enthält, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist und deren Kapazitätswert sich entsprechend einem Anhaften von Fremdmaterial an der ersten Oberfläche ändert; eine feste Kapazität (8b), die eine erste Elektrode (8ba), die mit der Sensorelektrode verbunden ist, und eine zweite Elektrode (8bb) enthält, die an einem zu dem Mikrofongehäuse unterschiedlichen Element (4, 6, 11) angeordnet ist und der ersten Elektrode zugewandt angeordnet ist; und einen Anhaftungserfassungsabschnitt (8c), der mit der Sensorelektrode über die feste Kapazität verbunden ist und ein Anhaften von Fremdmaterial an der ersten Oberfläche durch Zuführen eines Wechselstromsignals zu der ersten Kapazität und der variablen Kapazität erfasst.
Ultraschallsensor nach Anspruch 1, der außerdem aufweist: eine Leiterplatte (5), die mit dem Anhaftungserfassungsabschnitt ausgebildet ist; einen Sensorbehälter (6), der enthält: einen Röhrenabschnitt (6a), in dem das Mikrofongehäuse, in dem das Mikrofon installiert ist, untergebracht ist, und einen Gehäuseabschnitt (6b), der einen Hohlraum enthält, in dem die Leiterplatte untergebracht ist, wobei ein Inneres des Röhrenabschnitts mit dem Hohlraum des Gehäuseabschnitts kommuniziert; und ein Polster (4), das aus einem elastischen Material besteht und zwischen dem Mikrofongehäuse und dem Röhrenabschnitt angeordnet ist und als ein Pufferelement dient, das eine Übertragung der Vibration unterdrückt, wobei die erste Elektrode zwischen dem Mikrofongehäuse und dem Polster angeordnet ist, und die zweite Elektrode der ersten Elektrode zugewandt angeordnet ist, wobei das Polster zwischen diesen angeordnet ist.
Ultraschallsensor nach Anspruch 1, der außerdem aufweist: eine Leiterplatte (5), die mit dem Anhaftungserfassungsabschnitt ausgebildet ist; einen Sensorbehälter (6), der enthält: einen Röhrenabschnitt (6a), in dem das Mikrofongehäuse, in dem das Mikrofon installiert ist, untergebracht ist, und einen Gehäuseabschnitt (6b), der einen Hohlraum enthält, in dem die Leiterplatte untergebracht ist, wobei ein Inneres des Röhrenabschnitts mit dem Hohlraum des Gehäuseabschnitts kommuniziert; und ein Polster (4), das aus einem elastischen Material besteht und zwischen dem Mikrofongehäuse und dem Röhrenabschnitt angeordnet ist und als ein Pufferelement dient, das eine Übertragung der Vibration unterdrückt, wobei die erste Elektrode auf der ersten Oberfläche des Bodens angeordnet ist, und das Polster außerdem eine ferne Endfläche enthält, wobei die ferne Endfläche sich auf der Seite des Bodens des Mikrofongehäuses befindet und die zweite Elektrode auf der fernen Endfläche des Polsters angeordnet ist.
Ultraschallsensor nach Anspruch 1, der aufweist: eine Leiterplatte (5), die mit dem Anhaftungserfassungsabschnitt ausgebildet ist; einen Sensorbehälter (6), der enthält: einen Röhrenabschnitt (6a), in dem das Mikrofongehäuse, in dem das Mikrofon installiert ist, untergebracht ist, und einen Gehäuseabschnitt (6b), der einen Hohlraum enthält, in dem die Leiterplatte untergebracht ist, wobei ein Inneres des Röhrenabschnitts mit dem Hohlraum des Gehäuseabschnitts kommuniziert; und ein Polster (4), das aus einem elastischen Material besteht und zwischen dem Mikrofongehäuse und dem Röhrenabschnitt angeordnet ist und als ein Pufferelement dient, das eine Übertragung der Vibration unterdrückt, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode voneinander getrennt zwischen dem Mikrofongehäuse und dem Polster angeordnet sind.
Ultraschallsensor nach Anspruch 1, wobei die feste Kapazität zusätzlich zu einer ersten festen Kapazität (8b1), die durch die erste Elektrode ausgebildet wird, eine zweite feste Kapazität (8b2) enthält, die durch eine dritte Elektrode (8bc) und eine vierte Elektrode (8bd), die der dritten Elektrode zugewandt angeordnet ist, ausgebildet wird.
Ultraschallsensor nach Anspruch 1, der aufweist: eine Leiterplatte (5), die mit dem Anhaftungserfassungsabschnitt ausgebildet ist; einen Sensorbehälter (6), der enthält: einen Röhrenabschnitt (6a), in dem das Mikrofongehäuse, in dem das Mikrofon installiert ist, untergebracht ist, und einen Gehäuseabschnitt (6b), der einen Hohlraum enthält, in dem die Leiterplatte untergebracht ist, wobei ein Inneres des Röhrenabschnitts mit dem Hohlraum des Gehäuseabschnitts kommuniziert; und ein Polster (4), das aus einem elastischen Material besteht und zwischen dem Mikrofongehäuse und dem Röhrenabschnitt angeordnet ist und als ein Pufferelement dient, das eine Übertragung der Vibration unterdrückt, wobei die feste Kapazität zusätzlich zu einer ersten festen Kapazität (8b1), die durch die erste Elektrode und die zweite Elektrode ausgebildet wird, eine zweite feste Kapazität (8b2) enthält, die durch eine dritte Elektrode (8bc) und eine vierte Elektrode (8bd), die der dritten Elektrode zugewandt angeordnet ist, ausgebildet wird, die dritte Elektrode mit der zweiten Elektrode verbunden und zwischen dem Polster und dem Röhrenabschnitt angeordnet ist, und die vierte Elektrode an dem Sensorbehälter angeordnet ist.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Seitenwand des Mikrofongehäuses einen dünnen Abschnitt (3ba) und einen dicken Abschnitt (3bb) enthält, der dicker als der dünne Abschnitt ist, und die erste Elektrode an einer Position angeordnet ist, die dem dicken Abschnitt des Mikrofongehäuses entspricht.
Ultraschallsensor nach Anspruch 1, wobei die zweite Elektrode an einer Hilfskomponente (6, 11) zur Montage des Mikrofons und des Mikrofongehäuses an einem Objekt angeordnet ist.