DE112020004157T5

DE112020004157T5 - Ultraschallsensor

Info

Publication number: DE112020004157T5
Application number: DE112020004157.3T
Authority: DE
Inventors: Kensuke Kobayashi; Masayoshi Satake; Dai Kondou
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-09-03
Filing date: 2020-09-01
Publication date: 2022-05-19
Also published as: US20220191623A1; JP2021039006A; WO2021045049A1; JP7287198B2; CN114341670A

Abstract

Ein Ultraschallsensor enthält einen Anhaftungssensor (8), der eine Anhaftung einer fremden Substanz an einer ersten Oberfläche eines Bodens (3a) eines Mikrofongehäuses (3) erfasst. Der Anhaftungssensor weist auf: mehrere variable Kapazitäten (81a, 81b, 82a bis 82d und 83a bis 83d), die zwischen mehreren Sensorelektroden (8a bis 8p) definiert sind, die auf der ersten Oberfläche des Bodens angeordnet sind, wobei jede der mehreren variablen Kapazitäten einen Kapazitätswert aufweist, der sich im Ansprechen auf das Anhaften einer fremden Substanz an der ersten Oberfläche ändert; und eine Anhaftungserfassungseinheit (80), die konfiguriert ist, um einen individuellen Kapazitätswert, der ein Kapazitätswert jeder der mehreren variabler Kapazitäten ist, und einen Gesamtkapazitätswert, der eine Summe von Kapazitätswerten aller der mehreren variablen Kapazitäten ist, zu messen, um auf der Grundlage des individuellen Kapazitätswerts und des Gesamtkapazitätswerts zu bestimmen, ob eine fremde Substanz an der ersten Oberfläche anhaftet, und, wenn bestimmt wird, dass eine fremde Substanz anhaftet, einen Typ der fremden Substanz zu spezifizieren.

Description

[Querverweis auf in Beziehung stehende Anmeldung]
Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der am 3. September 2019 eingereichten früheren japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-160632 , auf deren Offenbarung hiermit vollinhaltlich Bezug genommen ist.
[Technisches Gebiet der Erfindung]
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Ultraschallsensor mit einem Mikrofongehäuse zum Ausführen von Ultraschallschwingung.
[Stand der Technik]
Ein Ultraschallsensor ist konfiguriert, um an einem Karosserieteil, wie z. B. einer Stoßstange eines Fahrzeugs, angebracht zu werden, und weist eine Konfiguration auf, bei der ein Mikrofon an einen Boden (im Folgenden als Schwingungsabschnitt bezeichnet) eines Mikrofongehäuses geklebt ist, das aus einem Element aufgebaut ist, das in Form eines Zylinders mit Boden ausgebildet ist. Der Ultraschallsensor erzeugt Ultraschallwellen, indem er den Schwingungsabschnitt in Ultraschallschwingung versetzt, wenn das Mikrofon mit Energie versorgt wird, und empfängt reflektierte Wellen der Ultraschallwellen, um so ein Hindernis in der Nähe des Fahrzeugs zu erfassen. Wenn eine anhaftende Substanz an einer Schwingungsoberfläche des Mikrofongehäuses des Ultraschallsensors haftet, ändern sich die Schwingungseigenschaften aufgrund der Anhaftung, was eine genaue Hinderniserfassung behindert. Insbesondere wenn Schnee auf einer gesamten Oberfläche des Schwingungsabschnitts anhaftet, werden die Ultraschallwellen von der anhaftenden Substanz absorbiert, was zu einem Fehler bei der Hinderniserfassung führt.
Patentdokument 1 offenbart eine Technik, bei der zwei ringförmige Elektroden konzentrisch auf einer Schwingungsoberfläche des Mikrofongehäuses angeordnet sind. Wenn sich eine Kapazität zwischen den beiden ringförmigen Elektroden aufgrund anhaftender Substanz ändert, wird die anhaftende Substanz auf der Grundlage der Kapazitätsänderung erfasst.
[Literaturverzeichnis]
[Patentliteratur]
[Patentdokument 1] US 8 675 449 B
[Kurzdarstellung der Erfindung]
Während jedoch Anhaften einer fremden Substanz an der gesamten Oberfläche des Schwingungsabschnitts einen großen Einfluss auf die Hinderniserfassung hat, hat ein teilweises Anhaften einer fremden Substanz wie Wasser an der Schwingungsoberfläche einen geringeren Einfluss. Obwohl es wünschenswert ist, bei Erfassung fremder Substanz zwischen teilweiser Anhaftung und vollständiger Anhaftung einer fremden Substanz zu unterscheiden, ist eine solche Unterscheidung schwierig. D. h., die Kapazität ändert sich mit der relativen Dielektrizitätskonstanten und der Anhaftungsfläche der anhaftenden Substanz. Da die relativen Dielektrizitätskonstanten von Schnee und Wasser 3 bzw. 80 betragen, ist ein Unterschied in der Kapazität zwischen der teilweisen Anhaftung von Wasser und der vollständigen Anhaftung von Schnee nicht eindeutig, und es ist schwer bestimmbar, ob es sich bei der Anhaftung um eine teilweise Anhaftung von Wasser oder um eine vollständige Anhaftung von Schnee handelt.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, einen Ultraschallsensor bereitzustellen, der in der Lage ist, zwischen einer vollständigen Anhaftung von Schnee, der Ultraschallwellen absorbiert, und einer teilweisen Anhaftung einer fremden Substanz geringeren Einflusses zu unterscheiden.
Ein Ultraschallsensor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist auf: ein Mikrofon, das aus einem piezoelektrisches Schwingungselement aufgebaut ist, das ein elektrisches Signal in eine Schwingung wandelt und eine Schwingung in ein elektrisches Signal wandelt; ein Mikrofongehäuse, das das Mikrofon beherbergt, wobei das Mikrofongehäuse in einer mit einem Boden versehenen röhrenförmigen Form mit einem Boden, der einen Schwingungsabschnitt bildet, an dem das Mikrofon befestigt ist, und einer Seitenwand ausgebildet ist; und einen Adhäsions- bzw. Anhaftungssensor, der eine Anhaftung einer fremden Substanz an einer ersten Oberfläche des Bodens erfasst, wobei der Anhaftungssensor aufweist: mehrere variable Kapazitäten, die zwischen mehreren Sensorelektroden definiert sind, die auf der ersten Oberfläche des Bodens angeordnet sind, wobei jede der mehreren variablen Kapazitäten einen Kapazitätswert aufweist, der sich im Ansprechen auf das Anhaften einer fremden Substanz an der ersten Oberfläche ändert; und eine Anhaftungserfassungseinheit, die konfiguriert ist, um einen individuellen Kapazitätswert, der ein Kapazitätswert jeder der mehreren variabler Kapazitäten ist, und einen Gesamtkapazitätswert, der eine Summe der Kapazitätswerte aller der mehreren variablen Kapazitäten ist, zu messen, um auf der Grundlage des individuellen Kapazitätswerts und des Gesamtkapazitätswerts zu bestimmen, ob eine fremde Substanz an der ersten Oberfläche anhaftet, und, wenn bestimmt wird, dass eine fremde Substanz anhaftet, einen Typ der fremden Substanz zu spezifizieren.
Wie oben beschrieben, sind mehrere Sensorelektroden auf der ersten Oberfläche des Bodens des Mikrofongehäuses angeordnet, um mehrere variable Kapazitäten in dem Anhaftungssensor zu bilden. So wird eine Kapazitätsänderung jeder variablen Kapazität gemessen. Daher kann der Anhaftungserfassungsbereich unterteilt werden, um die Position der anhaftenden Substanz zu spezifizieren. Ferner wird der Typ der anhaftenden Substanz aus der Beziehung zwischen dem Gesamtkapazitätswert der mehreren variablen Kapazitäten und den jeweiligen Kapazitätswerten unter Verwendung des Unterschieds in der relativen Dielektrizitätskonstanten entsprechend dem Typ der anhaftenden Substanz spezifiziert. Folglich kann spezifiziert werden, ob es sich bei der Anhaftung der fremden Substanz um eine teilweise Anhaftung oder eine vollständige Anhaftung handelt, und es können Position und Typ der anhaftenden Substanz spezifiziert werden. Daher ist es möglich, einen Ultraschallsensor bereitzustellen, der in der Lage ist, zwischen einer vollständigen Anhaftung einer fremden Substanz mit einem größeren Einfluss auf die Schwingungseigenschaften des Schwingungsabschnitts und einer teilweisen Anhaftung einer fremden Substanz mit einem geringeren Einfluss auf die Schwingungseigenschaften des Schwingungsabschnitts zu unterscheiden.
Die Bezugszeichen in Klammern, die den Komponenten beigefügt sind, geben eine beispielhafte Beziehung zwischen den Komponenten und spezifischen Komponenten, die in den nachfolgenden Ausführungsformen beschrieben sind.
Figurenliste

1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Ultraschallsensors gemäß einer erste Ausführungsform;
2 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung einer Struktur verschiedener Elektroden in einem Anhaftungssensor in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche eines Bodens eines Mikrofongehäuses betrachtet;
3 zeigt einen Schaltplan eines Anhaftungssensors;
4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Anhaftungserfassungsverfahrens;
5 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Gesamtkapazitätswerts und von Kapazitätswerten einer ersten und einer zweiten variablen Kapazität für den Fall ohne Anhaftung, den Fall mit vollständiger Anhaftung von Schnee und den Fall mit teilweiser Anhaftung von Wasser;
6 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Amplitudenverhältnisses der Amplitudenspannung für den Fall ohne Anhaftung und den Fall mit Anhaftung;
7 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung einer Struktur verschiedener Elektroden in einem Anhaftungssensor in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche eines Bodens eines Mikrofongehäuses eines Ultraschallsensors gemäß einer zweiten Ausführungsform betrachtet;
8 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Gesamtkapazitätswerts und von Kapazitätswerten einer ersten bis vierten variablen Kapazität für den Fall ohne Anhaftung, den Fall mit vollständiger Anhaftung von Schnee und den Fall mit teilweiser Anhaftung von Wasser;
9 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung einer Struktur verschiedener Elektroden in einem Anhaftungssensor in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche eines Bodens eines Mikrofongehäuses eines Ultraschallsensors gemäß einer dritten Ausführungsform betrachtet;
10 zeigt eine Querschnittsansicht von 9 entlang der sich in einer horizontalen Richtung in den Zeichnungen verlaufenden Linie;
11 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung einer Struktur verschiedener Elektroden in einem Anhaftungssensor in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche eines Bodens eines Mikrofongehäuses eines Ultraschallsensors gemäß einer vierten Ausführungsform betrachtet;
12 zeigt eine Querschnittsansicht von 11 entlang der sich in einer horizontalen Richtung in den Zeichnungen verlaufenden Linie;
13 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung einer Struktur verschiedener Elektroden in einem Anhaftungssensor in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche eines Bodens eines Mikrofongehäuses eines Ultraschallsensors gemäß einer fünften Ausführungsform betrachtet;
14 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung einer Struktur verschiedener Elektroden in einem Anhaftungssensor in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche eines Bodens eines Mikrofongehäuses eines Ultraschallsensors gemäß einer sechsten Ausführungsform betrachtet;
15 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung einer Struktur verschiedener Elektroden in einem Anhaftungssensor in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche eines Bodens eines Mikrofongehäuses eines Ultraschallsensors gemäß einer siebten Ausführungsform betrachtet;
16 zeigt eine Querschnittsansicht von 15 entlang der sich in einer horizontalen Richtung in den Zeichnungen verlaufenden Linie;
17 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung einer Struktur verschiedener Elektroden in einem Anhaftungssensor in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche eines Bodens eines Mikrofongehäuses eines Ultraschallsensors gemäß einer achten Ausführungsform betrachtet;
18 zeigt eine Ansicht zur Veranschaulichung einer Struktur verschiedener Elektroden in einem Anhaftungssensor in einer Richtung senkrecht zu einer Oberfläche eines Bodens eines Mikrofongehäuses eines Ultraschallsensors gemäß einer neunten Ausführungsform betrachtet;
19 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Anhaftungserfassungsverfahrens eines Ultraschallsensors gemäß einer zehnten Ausführungsform;
20 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Anhaftungserfassungsverfahrens eines Ultraschallsensors gemäß einer elften Ausführungsform; und
21 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Anhaftungserfassungsverfahrens eines Ultraschallsensors gemäß einer zwölften Ausführungsform.

[Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen]
Nachstehend sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung der folgenden Ausführungsformen sind gleiche oder äquivalente Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
(Erste Ausführungsform)
Nachstehend ist eine Struktur eines Ultraschallsensors 1 gemäß einer ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben. Der Ultraschallsensor 1 der vorliegenden Ausführungsform wird an einem Fahrzeug montiert. Wie in 1 dargestellt, kann der Ultraschallsensor 1 beispielsweise an einer Stoßstange B, die ein plattenförmiges Karosserieteil ist, montiert werden. Die Stoßstange B weist eine Stoßstangenaußenoberfläche B1, die die Außenoberfläche des Fahrzeugs bildet, und eine Stoßstangeninnenoberfläche B2, die eine Rückfläche hiervon ist, auf. Außerdem weist die Stoßstange B ein Montageloch B3 auf, das ein Durchgangsloch ist, über das der Ultraschallsensor 1 an der Stoßstange B montiert wird.
Wie in 1 dargestellt, weist der Ultraschallsensor 1 ein Mikrofon 2, ein Mikrofongehäuse 3, einen Dämpfer 4, eine Leiterplatte 5, ein Sensorgehäuse 6, einen Sensorverbinder 7, einen Anhaftungssensor 8, der in 3 gezeigt ist, und dergleichen auf. Der Ultraschallsensor 1 wird über eine Befestigungskomponente 11 an der Stoßstange B montiert.
Das Mikrofon 2 ist aus einem piezoelektrischen Schwingungselement aufgebaut und bildet einen Ultraschallwandler als eine Schallemissionseinheit und eine Schallsammeleinheit in dem Ultraschallsensor 1, indem es ein elektrisches Signal in eine Schwingung wandelt und eine Schwingung in ein elektrisches Signal wandelt. Das Mikrofon 2 enthält einen piezoelektrischen Film 2a aus Blei-Zirkonat-Titanat (im Folgenden PZT genannt), einen positiven Elektrodenanschluss 2b, der mit einer ersten Oberfläche des piezoelektrischen Films 2a verbunden ist, und einen negativen Elektrodenanschluss 2c, der mit einer zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Films 2a verbunden ist. Eine zweite Oberflächenseite des Mikrofons 2, auf der der negative Elektrodenanschluss 2c angeordnet ist, ist mit dem Mikrofongehäuse 3 verklebt bzw. verbunden.
Insbesondere ist eine erste Oberflächenseite des Mikrofons 2, auf der der positive Elektrodenanschluss 2b angeordnet ist, von der zweiten Oberflächenseite, die mit dem Mikrofongehäuse 3 verklebt ist, abgewandt. Ferner ist der negative Elektrodenanschluss 2c, der auf der zweiten Oberfläche des piezoelektrischen Films 2a angeordnet ist, über die Seitenoberfläche des piezoelektrischen Films 2a zurückgefaltet, um sich auf der ersten Oberflächenseite zu erstrecken. Dementsprechend ist der negative Elektrodenanschluss 2c ebenso auf der ersten Oberfläche angeordnet, die dieselbe Oberfläche ist wie die, auf der der positive Elektrodenanschluss 2b angeordnet ist, wobei sie von dem positiven Elektrodenanschluss 2b isoliert ist. Somit kann, auch wenn der negative Elektrodenanschluss 2c auf der zweiten Oberflächenseite des Mikrofons 2 mit dem Mikrofongehäuse 3 verklebt ist, eine elektrische Verbindung auf der ersten Oberflächenseite des Mikrofons 2 hergestellt werden. Ferner ist der positive Elektrodenanschluss 2b über eine positive Elektrodenverdrahtung 9a elektrisch mit einem positiven Elektrodenmuster (nicht dargestellt) auf der Leiterplatte 5 verbunden, und der negative Elektrodenanschluss 2c ist über eine negative Elektrodenverdrahtung 9b elektrisch mit einem negativen Elektrodenmuster (nicht dargestellt) auf der Leiterplatte 5 verbunden.
Gemäß dieser Konfiguration kann eine Spannung, die als ein Ansteuersignal dient, an das Mikrofon 2 angelegt werden, d. h. eine Rechteckspannung kann an den positiven Elektrodenanschluss 2b angelegt werden, um wiederholt eine Potenzialdifferenz zwischen dem positiven Elektrodenanschluss 2b und dem negativen Elektrodenanschluss 2c zu erzeugen, wodurch das Mikrofon 2 in Schwingung versetzt wird. Ferner kann, wenn das Mikrofon 2 durch externe Schwingung verschoben wird, eine der Verschiebung entsprechende elektromotorische Kraft als ein Ausgangssignal vom Mikrofon 2 erzeugt werden. Das Anlegen des Ansteuersignals an das Mikrofon 2 und die Ausgabe der elektromotorischen Kraft vom Mikrofon 2 erfolgen über die positive Elektrodenverdrahtung 9a und die negative Elektrodenverdrahtung 9b, die das Mikrofon 2 und die Leiterplatte 5 verbinden.
Darüber hinaus ist das Mikrofon 2 in der vorliegenden Ausführungsform mit dem Mikrofongehäuse 3, das aus einem Leiter aufgebaut ist, über einen leitfähigen Klebstoff oder dergleichen verklebt. Daher ist der negative Elektrodenanschluss 2c des Mikrofons 2 elektrisch mit dem Mikrofongehäuse 3 verbunden, und das Mikrofongehäuse 3 ist zusammen mit dem negativen Elektrodenanschluss 2c mit einem Massepotenzialpunkt der Leiterplatte 5 verbunden. Obwohl die vorliegende Ausführungsform eine Struktur aufweist, in der das Mikrofongehäuse 3 über den negativen Elektrodenanschluss 2c und die negative Elektrodenverdrahtung 9b mit dem Massepotenzialpunkt verbunden ist, muss das Mikrofongehäuse 3 nicht unbedingt mit dem negativen Elektrodenanschluss 2c elektrisch verbunden sein. Eine Masseverdrahtung kann auch direkt mit dem Mikrofongehäuse 3 verbunden sein, so dass das Mikrofongehäuse 3 über die Masseverdrahtung mit dem Massepotenzialpunkt verbunden ist.
Das Mikrofongehäuse 3 ist konfiguriert, um die vom Mikrofon 2 erzeugte Schwingung als Ultraschallwelle nach außen abzugeben und eine externe Schwingung auf das Mikrofon 2 zu übertragen. In der vorliegenden Ausführungsform, in der das Mikrofongehäuse 3 aus einem Leiter aufgebaut ist, dient das Mikrofongehäuse 3 ebenso als eine Abschirmung gegen Rauschen. Das Mikrofongehäuse 3 ist aus einem Element in Form eines Zylinders mit Boden, der einen Boden 3a und eine Seitenwand 3b aufweist, aufgebaut. Der Raum im Inneren des Mikrofongehäuses 3 bietet einen Unterbringungsraum, in dem das Mikrofon 2 beherbergt ist, während es mit einem zentralen Abschnitt des Bodens 3a verklebt ist. Das Mikrofongehäuse 3 ist mit dem Boden 3a zur Stoßstangenaußenoberfläche B1 und mit der Seite der Seitenwand 3b, also einer Öffnung des Mikrofongehäuses 3, zur Stoßstangeninnenoberfläche B2 gerichtet.
Wie durch die gestrichelte Linie in 2 angedeutet, weist der Unterbringungsraum des Mikrofongehäuses 3 in einer Richtung senkrecht zu einer ersten Oberfläche des Bodens 3a gesehen eine rechteckige Form mit abgerundeten Ecken auf. Ein Abschnitt der Seitenwand 3b des Mikrofongehäuses 3, der der kurzen Seite der durch den Unterbringungsraum gebildeten Rechteckform entspricht, ist ein dünner Wandabschnitt 3ba, und ein Abschnitt, der der langen Seite entspricht, ist ein dicker Wandabschnitt 3bb.
In dem Mikrofongehäuse 3 mit der obigen Konfiguration dient der Boden 3a als ein Schwingungsabschnitt, um dadurch Ultraschallwellen zu übertragen. Insbesondere, wenn das Mikrofon 2 durch eine an das Mikrofon 2 angelegte Spannung als ein Ansteuersignal in Schwingung versetzt wird, wird der Boden 3a entsprechend in Schwingung versetzt. Aufgrund dieser Verhaltensweisen wird der Boden 3a des Mikrofongehäuses 3 Ultraschallschwingung ausgesetzt. Die Ultraschallwelle wird mit einer Richtungsachse in einer Richtung senkrecht zur ersten Oberfläche des Bodens 3a übertragen, wobei die erste Oberfläche des Bodens 3a die freiliegende Oberfläche des Bodens 3a ist.
Wenn eine reflektierte Welle der gesendeten Ultraschallwelle zum Mikrofongehäuse 3 zurückkehrt, wird der Boden 3a entsprechend in Schwingung versetzt, und die Schwingung wird auf das Mikrofon 2 übertragen, das mit dem Bodenteil 3a verklebt ist. Da eine der übertragenen Schwingung entsprechende elektromotorische Kraft als ein Ausgangssignal vom Mikrofon 2 erzeugt wird, kann der Ultraschallsensor 1 den Empfang der reflektierten Welle anhand der elektromotorischen Kraft erfassen.
Wie oben beschrieben, ist das Mikrofongehäuse 3 der vorliegenden Ausführungsform aus einem Leiter aufgebaut. Beispiele für das Leitermaterial umfassen Aluminium, ein leitfähiges Polymer oder einen mit einem Harz verfestigten Metallfüllstoff und dergleichen. Das Mikrofongehäuse 3 ist über den negativen Elektrodenanschluss 2c und die negative Elektrodenverdrahtung 9b elektrisch mit einem GND-Muster (Massemuster; nicht dargestellt) verbunden, das einen Massepotenzialpunkt in der Leiterplatte 5 darstellt.
Obwohl nicht in der Abbildung dargestellt, ist das Mikrofongehäuse 3 mit einem schwingungsdämpfenden bzw. Anti-Schwingungs-Material wie z. B. Silikonkautschuk gefüllt.
Der Dämpfer 4 weist einen zylindrischen Abschnitt mit einem Hohlraum auf, in den das Mikrofongehäuse 3 eingepasst ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Dämpfer 4 in Form eines Zylinders mit Boden geformt. Der Hohlraum des Dämpfers 4 beherbergt das Mikrofongehäuse 3 zusammen mit dem Mikrofon 2 und dergleichen. Der Dämpfer 4 dient als ein Pufferelement aus einem elastischen Material, das eine Übertragung von Schwingung zwischen dem Mikrofongehäuse 3 und der Stoßstange B oder zwischen dem Mikrofongehäuse 3 und dem Sensorgehäuse 6 unterdrückt. Der Dämpfer 4 ist aus einem isolierenden, elastischen Material, z. B. Silikonkautschuk, aufgebaut. Der Boden des Dämpfers 4 weist ein Durchgangsloch 4a auf, durch das das Innere des Mikrofongehäuses 3 zur Leiterplatte 5 hin offen ist.
Die Leiterplatte 5 ist mit Komponenten bestückt, die eine Sensorschaltung des Ultraschallsensors 1 bilden. Darüber hinaus sind das Mikrofon 2 und das Mikrofongehäuse 3 über die Verdrahtung 9a und die Verdrahtung 9b mit der Leiterplatte 5 elektrisch verbunden, und auf der Leiterplatte 5 sind verschiedene elektronische Komponenten, die in 1 nicht gezeigt sind, angebracht, um eine Sensorschaltung zu bilden.
Insbesondere enthält die Sensorschaltung zusätzlich zu dem Mikrofon 2 eine Sendeeinheit, eine Empfangseinheit, eine Steuereinheit, eine Anhaftungserfassungseinheit 80, die in 3 gezeigt ist, und dergleichen. Auf der Leiterplatte 5 sind verschiedene elektronische Komponenten montiert, die die Sendeeinheit, die Empfangseinheit, die Steuereinheit und die Anhaftungserfassungseinheit 80 bilden. Diese Sensorschaltung erfasst ein Hindernis und ein Anhaften einer fremden Substanz am Schwingungsabschnitt des Mikrofongehäuses 3.
Die Sendeeinheit legt in im Ansprechen auf ein Steuersignal der Steuereinheit eine Spannung zur Ansteuerung von Ultraschallwellen als ein elektrisches Signal an das Mikrofon 2 an. Dadurch werden das Mikrofon 2 und der Boden 3a des Mikrofongehäuses 3 in Schwingung versetzt, wodurch eine Ultraschallwelle übertragen bzw. abgestrahlt wird. Die Empfangseinheit ist aus einem Verstärker oder dergleichen aufgebaut, der eine Differenzverstärkung durchführt, und wandelt zur Zeit des Empfangs eine über das Mikrofongehäuse 3 an das Mikrofon 2 übertragene Schwingung in ein elektrisches Signal. Die Steuereinheit steuert das Senden von Ultraschallwellen von der Sendeeinheit und den Empfang von reflektierten Wellen von der Empfangseinheit. Die Anhaftungserfassungseinheit 80 erfasst das Anhaften einer fremden Substanz und bildet den Anhaftungssensor 8, der als ein Teil der Sensorschaltung vorgesehen ist. Die Anhaftungserfassungseinheit 80 und die Anhaftungserfassung einer fremden Substanz sind insbesondere nachstehend noch näher beschrieben. Obwohl die Anhaftungserfassungseinheit 80 als eine Komponente beschrieben ist, die separat von der Steuereinheit bereitgestellt ist, kann die Anhaftungserfassungseinheit 80 auch in der Steuereinheit bereitgestellt sein.
Wenn eine Anwendung wie z. B. automatisches Fahren, die eine Hinderniserfassung erfordert, aktiviert wird, z. B. während das Fahrzeug fährt, empfängt die Sensorschaltung mit der obigen Konfiguration einen Befehl von der Anwendung und führt eine Hinderniserfassung durch. D. h., nach Empfang eines Befehls von der Anwendung steuert die Steuereinheit die Übertragungseinheit, um eine vorbestimmte Spannung an das Mikrofon 2 anzulegen und eine Ultraschallwelle zu senden. Ferner wird, wenn die Ultraschallwelle von einem Hindernis reflektiert wird und zum Mikrofon 2 zurückkehrt, die der reflektierten Welle entsprechende Schwingung durch das Mikrofon 2 in ein elektrisches Signal umgewandelt und dann von der Empfangseinheit empfangen. Folglich führt die Steuereinheit eine Hinderniserfassung durch, wie z. B. die Bestimmung eines Abstands zwischen dem Fahrzeug und dem Hindernis unter Verwendung eines Zeitintervalls zwischen dem Timing, zu dem die Ultraschallwelle von der Sendeeinheit gesendet wird, und dem Timing, zu dem die reflektierte Welle von der Empfangseinheit empfangen wird, und sendet das Erfassungsergebnis an die Anwendung.
Obwohl die Steuereinheit als in der Leiterplatte 5 enthalten beschrieben ist, kann die Steuereinheit auch außerhalb des Ultraschallsensors vorgesehen sein. Bei der Steuereinheit kann es sich beispielsweise um eine elektronische Steuereinheit (im Folgenden als ECU bezeichnet) handeln, die außerhalb des Ultraschallsensors vorgesehen ist, um eine Anwendung auszuführen, die eine Hinderniserfassung erfordert, oder um eine ECU, die den Ultraschallsensor entsprechend einem Befehl von der Anwendung steuert. Beispiele für die ECU, die den Ultraschallsensor steuert, umfassen z. B. eine Sonar-ECU. Wenn die Steuereinheit außerhalb des Ultraschallsensors vorgesehen ist, enthält die Leiterplatte 5 eine Schnittstelle (im Folgenden als I/F bezeichnet) für die Kommunikation mit der Steuereinheit. Wenn die Leiterplatte 5 ein Ansteuersignal von der Steuereinheit über die I/F empfängt, werden die Sendeeinheit, die Empfangseinheit und die Anhaftungserfassungseinheit 80 angesteuert. Anschließend werden das Empfangsergebnis von der Empfangseinheit und das Erfassungsergebnis von der Anhaftungserfassungseinheit 80 an die Steuereinheit übermittelt.
Das Sensorgehäuse 6 ist ein Hohlkörper, der ein Gehäuse des Ultraschallsensors 1 bildet, und einstückig aus einem harten, isolierenden Kunstharz wie Polybutylenterephthalat gebildet ist.
Insbesondere enthält das Sensorgehäuse 6 einen zylindrischen Abschnitt 6a, der einem rohrförmigen Abschnitt entspricht, einen im Wesentlichen rechteckigen Unterbringungsabschnitt 6b und ein Verbindergehäuse 6c. Die Innenseite des zylindrischen Abschnitts 6a steht mit einem hohlen Abschnitt des Unterbringungsabschnitts 6b in Verbindung. Das Mikrofongehäuse 3, an das das Mikrofon 2 geklebt ist, und der Dämpfer 4 sind an der Innenseite des zylindrischen Abschnitts 6a befestigt, während die Verdrahtung 9a und die Verdrahtung 9b durch das Durchgangsloch 4a des Dämpfers 4 in den Unterbringungsabschnitt 6b gezogen sind. Die Leiterplatte 5 ist in dem hohlen Abschnitt des Unterbringungsabschnitts 6b angeordnet, und ein erstes Ende des Sensorverbinders 7 ist herausgezogen. Die Leiterplatte 5 ist elektrisch mit der Verdrahtung 9a und der Verdrahtung 9b im Unterbringungsabschnitt 6b und ebenso elektrisch mit dem ersten Ende des Sensorverbinders 7 verbunden. Ein Ende des Unterbringungsabschnitts 6b auf einer Seite, die derjenigen gegenüberliegt, die mit dem zylindrischen Abschnitt 6a verbunden ist, ist offen, und der Unterbringungsabschnitt 6b ist mit einem feuchtigkeitsdichten Element 10 gefüllt, das durch die Öffnung vorgesehen ist.
Das Verbindergehäuse 6c ist an einem Ende des Sensorgehäuses 6 vorgesehen, und ein zweites Ende des Sensorverbinders 7 ist vom Verbindergehäuse 6c freiliegend.
Der Sensorverbinder 7 dient der elektrischen Verbindung des Ultraschallsensors 1 mit einer externen Komponente. Obwohl in der Abbildung nur eine Leitung dargestellt ist, sind mehrere Leitungen vorgesehen, z. B. Leitungen für die Spannungsanlegung, die GND-Verbindung, den Ausgang und dergleichen. Das erste Ende des Sensorverbinders 7 ist zur Verbindung mit der Leiterplatte 5 in den Unterbringungsabschnitt 6b des Sensorgehäuses 6 gezogen, während das zweite Ende vom Verbindergehäuse 6c exponiert ist. Wenn ein externer Verbinder (nicht dargestellt) mit dem Verbindergehäuse 6c verbunden wird, wird das zweite Ende des Sensorverbinders 7, das vom Verbindergehäuse 6c freiliegend ist, mit einem Anschluss des externen Verbinders verbunden, so dass der Ultraschallsensor 1 elektrisch mit der externen Komponente verbunden ist.
Der Anhaftungssensor 8 detektiert die Anhaftung einer fremden Substanz am Schwingungsabschnitt, wie beispielsweise die Anhaftung von Schnee. Der Anhaftungssensor 8 weist die in 3 gezeigte Schaltungskonfiguration auf und weist zusätzlich zu der Anhaftungserfassungseinheit 80 eine variable Kapazität 81 auf, die aus einer ersten variablen Kapazität 81a und einer zweiten variablen Kapazität 81b besteht.
Die erste variable Kapazität 81a und die zweite variable Kapazität 81b werden durch eine erste Sensorelektrode 8a, eine zweite Sensorelektrode 8b und eine dritte Sensorelektrode 8c gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform sind, wie in 2 dargestellt, die erste Sensorelektrode 8a, die zweite Sensorelektrode 8b und die dritte Sensorelektrode 8c in einer Richtung angeordnet.
Wenn das Mikrofongehäuse 3 wie in der vorliegenden Ausführungsform aus einem Leiter aufgebaut ist, sind die erste Sensorelektrode 8a, die zweite Sensorelektrode 8b und die dritte Sensorelektrode 8c auf einer Isolierschicht 3c angeordnet, die eine Oberfläche des Mikrofongehäuses 3 bedeckt. Die Isolierschicht 3c dient der elektrischen Isolierung der ersten Sensorelektrode 8a, der zweiten Sensorelektrode 8b und der dritten Sensorelektrode 8c vom Mikrofongehäuse 3. In der vorliegenden Ausführungsform bedeckt die Isolierschicht 3c eine gesamte Oberfläche des Bodens 3a des Mikrofongehäuses 3. Außerdem sind die Peripherien der ersten Sensorelektrode 8a, der zweiten Sensorelektrode 8b und der dritten Sensorelektrode 8c von einer Schutzschicht 3d umgeben und geschützt. Darüber hinaus sind, obgleich nicht in den Zeichnungen gezeigt, die erste Sensorelektrode 8a, die zweite Sensorelektrode 8b und die dritte Sensorelektrode 8c mit einem Verdrahtungsabschnitt verbunden, der beispielsweise an einer Außenwand des Mikrofongehäuses 3 vorgesehen ist, so dass ein gewünschtes Potenzial angelegt werden kann, wenn der Verdrahtungsabschnitt mit der Leiterplatte 5 verbunden wird.
Die erste Sensorelektrode 8a ist auf einer ersten Oberfläche des Bodens 3a des Mikrofongehäuses 3 angeordnet. Die Anordnungsposition und Form der ersten Sensorelektrode 8a ist nicht speziell beschränkt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Sensorelektrode 8a auf dem Schwingungsabschnitt angeordnet und ebenso wie der Schwingungsabschnitt rechteckig geformt. Die erste Sensorelektrode 8a befindet sich innerhalb des Umfangs des Bodens 3a, koaxial zur Mitte des Schwingungsabschnitts des Bodens 3a.
Die zweite Sensorelektrode 8b befindet sich ebenfalls auf der ersten Oberfläche des Bodens 3a des Mikrofongehäuses 3. Die Anordnungsposition und Form der zweiten Sensorelektrode 8b ist nicht speziell beschränkt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die zweite Sensorelektrode 8b in einem Bereich verschieden von dem Schwingungsabschnitt angeordnet, d. h. auf der Seite der Außenkante der ersten Oberfläche des Bodens 3a, und weist eine rechteckige Form auf. Die zweite Sensorelektrode 8b ist so angeordnet, dass ihre eine Seite einer Seite der ersten Sensorelektrode 8a zugewandt ist, außerhalb des Schwingungsabschnitts.
Die dritte Sensorelektrode 8c befindet sich ebenfalls auf der ersten Oberfläche des Bodens 3a des Mikrofongehäuses 3. Die Anordnungsposition und Form der dritten Sensorelektrode 8c ist nicht speziell beschränkt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die dritte Sensorelektrode 8c in einem Bereich angeordnet, der sich von dem Schwingungsabschnitt unterscheidet, d. h. auf der Außenkantenseite der ersten Oberfläche des Bodens 3a und an einer Position auf der gegenüberliegenden Seite der ersten Sensorelektrode 8a in Bezug auf die zweite Sensorelektrode 8b, und weist eine rechteckige Form auf. Die dritte Sensorelektrode 8c ist so angeordnet, dass ihre eine Seite einer Seite der ersten Sensorelektrode 8a zugewandt ist.
In dieser Struktur wird die erste variable Kapazität 81a durch die erste Sensorelektrode 8a, die zweite Sensorelektrode 8b und die Isolierschicht 3c gebildet, während die zweite variable Kapazität 81b durch die erste Sensorelektrode 8a, die dritte Sensorelektrode 8c und die Isolierschicht 3c gebildet wird. Wie in 3 dargestellt, sind die erste variable Kapazität 81a und die zweite variable Kapazität 81b, die parallel geschaltet sind, mit der Anhaftungserfassungseinheit 80 verbunden.
Die Anhaftungserfassungseinheit 80 ist auf der Leiterplatte 5 als ein Teil der Sensorschaltung vorgesehen. Bei der Anhaftungserfassung liefert die Anhaftungserfassungseinheit 80 ein Wechselstromsignal als einen Messstrom über den Strompfad nacheinander an die erste variable Kapazität 81a oder an die zweite variable Kapazität 81b, wie in 3 gezeigt. Anschließend berechnet die Anhaftungserfassungseinheit 80 die Kapazitätswerte der ersten variablen Kapazität 81a und der zweiten variablen Kapazität 81b, um zu erfassen, ob eine fremde Substanz anhaftet und wie sie anhaftet.
Insbesondere enthält die Anhaftungserfassungseinheit 80 eine Schaltsteuereinheit 80a, eine Stromversorgungseinheit 80b, eine Eigenschaftsmesseinheit 80c und eine Anhaftungsbestimmungseinheit 80d. Die Schaltsteuereinheit 80a enthält die Anzahl von Schaltern entsprechend der Anzahl von variablen Kapazitäten. In der vorliegenden Ausführungsform sind ein erster Schalter 80aa und ein zweiter Schalter 80ab vorgesehen. Die Schaltsteuereinheit 80a steuert das Ein- und Ausschalten jedes Schalters im Ansprechen auf ein Steuersignal von der Anhaftungsbestimmungseinheit 80d. Die Stromversorgungseinheit 80b legt bei Anhaftungserfassung eine vorbestimmte Spannung an, um dadurch ein Wechselstromsignal als Messstrom an die erste variable Kapazität 81a oder die zweite variable Kapazität 81b zu geben. Die Eigenschaftsmesseinheit 80c misst die Kapazitätswerte der ersten variablen Kapazität 81a und der zweiten variablen Kapazität 81b, wenn der Messstrom zugeführt wird. Die Anhaftungsbestimmungseinheit 80d erfasst anhand des Messergebnisses der Eigenschaftsmesseinheit 80c, ob und wie eine fremde Substanz anhaftet. Die Anhaftungsbestimmungseinheit 80d bestimmt den Typ der fremden Substanz, z. B. ob es sich um Wasser oder Schnee handelt, und ob die fremde Substanz teilweise oder vollständig anhaftet. Ferner bestimmt die Anhaftungsbestimmungseinheit 80d bei der Anhaftungserfassung die variable Kapazität, deren Kapazitätswert zu messen ist, und gibt ein entsprechendes Steuersignal an die Schaltsteuereinheit 80a aus. Dementsprechend wird der Schalter, der der variablen Kapazität entspricht, deren Kapazitätswert zu messen ist, nacheinander eingeschaltet. Folglich wird die variable Kapazität, der ein Messstrom zugeführt wird, so geschaltet, dass der Kapazitätswert einer gewünschten variablen Kapazität gemessen wird.
Die Befestigungskomponente 11 ist eine Komponente, die eine Halterung, mit der der Ultraschallsensor 1 fest an der Stoßstange B befestigt wird, und eine Blende als ein Design, das an der Stoßstangenaußenoberfläche B1 exponiert ist, bildet. Die Befestigungskomponente 11 ist aus einem Harz oder dergleichen aufgebaut. In der vorliegenden Ausführungsform weist die Befestigungskomponente 11 einen zylindrischen Abschnitt 11a, einen Flansch 11b und einen Anschlag bzw. Stopper 11c auf.
Der zylindrische Abschnitt 11a ist ein Abschnitt, in den der zylindrische Abschnitt 6a des Sensorgehäuses 6, das Mikrofongehäuse 3 und dergleichen eingepasst sind. Der zylindrische Abschnitt 6a, das Mikrofongehäuse 3 und dergleichen sind so in einen Hohlraum des zylindrischen Abschnitts 11a gefüllt, dass der Ultraschallsensor 1 von der Befestigungskomponente 11 gehalten wird. Der Flansch 11b ist ein Abschnitt, der an einem Ende des zylindrischen Abschnitts 11a angeordnet ist und sich vom zylindrischen Abschnitt 11a radial nach außen erstreckt. Eine Außenoberfläche des Flansches 11b bildet eine Blende als ein Design, das an der Stoßstangenaußenoberfläche B1 freiliegt. Der Stopper 11c ist an einer Seitenoberfläche des zylindrischen Abschnitts 11a an einer Position ausgebildet, die vom Flansch 11b um einen bestimmten Abstand getrennt ist. Ein Harzabschnitt der Stoßstange B ist so zwischen den Stopper 11c und eine Innenoberfläche des Flansches 11b eingepasst, dass die Befestigungskomponente 11 fest mit der Stoßstange B verbunden ist und somit der Ultraschallsensor 1 an der Stoßstange B montiert ist.
Wie oben beschrieben, wird der Ultraschallsensor 1 der vorliegenden Ausführungsform mit der obigen Konfiguration über die Befestigungskomponente 11 an der Stoßstange B montiert. Der Ultraschallsensor 1 mit der oben beschriebenen Konfiguration führt eine Hinderniserfassung aus. Wenn zum Beispiel, wie oben beschrieben, ein Befehl von einer Anwendung, die eine Hinderniserfassung erfordert, an die Leiterplatte 5 gegeben wird, steuert die Steuereinheit die Sendeeinheit, um eine Ultraschallwelle zu senden, und die Empfangseinheit, um eine reflektierte Welle der gesendeten Ultraschallwelle zu empfangen. Darüber hinaus führt der Anhaftungssensor 8 eine Anhaftungserfassung einer fremden Substanz durch, wenn beispielsweise ein Startschalter wie ein Zündschalter eines Fahrzeugs zu einem Timing eingeschaltet wird, zu dem der Ultraschallsensor 1 keine Hinderniserfassung durchführt, d. h. wenn das Mikrofon 2 keine Ultraschallschwingung bewirkt.
Nachstehend ist das Anhaftungserfassungsverfahren unter Bezugnahme auf das in 4 gezeigte Anhaftungserfassungsablaufdiagramm beschrieben. Das in 4 gezeigte Verfahren wird von der Anhaftungserfassungseinheit 80 in einem vorbestimmten Steuerzyklus ausgeführt, nachdem der Startschalter des Fahrzeugs eingeschaltet wurde.
Zunächst erfolgt in Schritt S100 eine Erfassungszustandseinstellung zu einem Anhaftungserfassungstiming. Bei der Erfassungszustandseinstellung wird ein zur Anhaftungserfassung geeigneter Zustand eingestellt. Insbesondere wird ein Zustand eingestellt, in dem keine Hinderniserfassung durchgeführt und ein Schwingungsabschnitt nicht in Schwingung versetzt wird, vorzugsweise ein Zustand, in dem sich ein Fahrzeug in Ruhe befindet und keiner Schwingung bzw. Vibration aufgrund der Fahrt des Fahrzeugs unterliegt. Ein Zustand unmittelbar nach dem Einschalten eines Startschalters des Fahrzeugs ist für die Anhaftungserfassung geeignet.
Anschließend wird in Schritt S105 ein individueller Kapazitätswert gemessen. Bei der individuellen Kapazitätsmessung werden ein Kapazitätswert der ersten variablen Kapazität 81a und ein Kapazitätswert der zweiten variablen Kapazität 81b einzeln als individuelle Kapazitätswerte gemessen. Zum Beispiel wird zunächst bei eingeschaltetem ersten Schalter 80aa und ausgeschaltetem zweiten Schalter 80ab ein Messstrom von der Stromversorgungseinheit 80b an die erste variable Kapazität 81a geliefert, und ein Kapazitätswert der ersten variablen Kapazität 81a wird von der Eigenschaftsmesseinheit 80c gemessen. Anschließend, wenn der erste Schalter 80aa ausgeschaltet und der zweite Schalter 80ab eingeschaltet ist, wird ein Messstrom von der Stromversorgungseinheit 80b an die zweite variable Kapazität 81b geliefert, und ein Kapazitätswert der zweiten variablen Kapazität 81b wird von der Eigenschaftsmesseinheit 80c gemessen. So werden die Kapazitätswerte der ersten variablen Kapazität 81a und der zweiten variablen Kapazität 81b gemessen.
Anschließend wird in Schritt S110 ein Gesamtkapazitätswert berechnet. Bei der Gesamtkapazitätsberechnung wird ein Kapazitätswert der gesamten Schaltung, in diesem Fall ein Gesamtkapazitätswert der ersten variablen Kapazität 81a und der zweiten variablen Kapazität 81b, berechnet. Beispielsweise werden der Kapazitätswert der ersten variablen Kapazität 81a und der Kapazitätswert der zweiten variablen Kapazität 81b, die in Schritt S105 einzeln gemessen werden, addiert, um einen Gesamtkapazitätswert zu erhalten. Alternativ wird, wenn sowohl der erste Schalter 80aa als auch der zweite Schalter 80ab eingeschaltet sind, ein Messstrom von der Stromversorgungseinheit 80b an die erste variable Kapazität 81a und die zweite variable Kapazität 81b geliefert. So kann auch eine Gesamtkapazität in einem Zustand, in dem die erste variable Kapazität 81a und die zweite variable Kapazität 81b parallel geschaltet sind, von der Eigenschaftsmesseinheit 80c berechnet werden.
In Schritt S115 wird bestimmt, ob eine anhaftende Substanz vorhanden ist. Wenn die Bestimmung positiv ausfällt, schreitet der Prozess zu Schritt S120 voran, um die Position und den Typ der anhaftenden Substanz zu spezifizieren. Die obige Bestimmung erfolgt auf der Grundlage der Ergebnisse der Schritte S105 und S110.
Wenn eine fremde Substanz anhaftet, ändert sich der Gesamtkapazitätswert aufgrund einer Änderung der Kapazitätswerte der ersten variablen Kapazität 81a und der zweiten variablen Kapazität 81b. So kann die Anhaftung einer fremden Substanz durch Überprüfung des Gesamtkapazitätswerts erfasst werden. Da jedoch, wie oben beschrieben, eine teilweise bzw. partielle Anhaftung von Wasser einen geringen Einfluss auf die Hinderniserfassung hat, ist es nicht wünschenswert, dass die Hinderniserfassung unterbrochen wird, wenn die Anhaftung einer fremden Substanz erfasst wird.
In Schritt S115 wird zunächst auf der Grundlage einer Änderung des Gesamtkapazitätswerts bestimmt, ob eine anhaftende Substanz vorhanden ist. Sowohl bei teilweiser als auch bei vollständiger Anhaftung ändert sich der Gesamtkapazitätswert im Ansprechen auf die anhaftende Substanz im Vergleich zu einem Fall ohne Anhaftung. Daher wird ein Schwellenwert zum Bestimmen anhaftender Substanz festgelegt, z. B. auf der Grundlage eines Bemessungswerts oder elektrischer Eigenschaften jedes Teils des Ultraschallsensors, eines Widerstands, einer elektrostatischen Kapazität, einer Impedanz oder dergleichen jedes Teils, der die Schaltung des Anhaftungssensors 8 bildet. Wenn der Gesamtkapazitätswert größer als der Schwellenwert ist, wird bestimmt, dass eine anhaftende Substanz vorhanden ist.
Wenn die Bestimmung in Schritt S115 positiv ausfällt, schreitet der Prozess zu Schritt S120 voran, um die Position und den Typ der anhaftenden Substanz auf der Grundlage des in Schritt S110 erhaltenen Messergebnisses der jeweiligen Kapazitätswerte der ersten variablen Kapazität 81a und der zweiten variablen Kapazität 81b zu spezifizieren.
Im Falle einer teilweisen Anhaftung und wenn die fremde Substanz an einer Position anhaftet, an der die erste variable Kapazität 81a angeordnet ist, ändert sich der Kapazitätswert der ersten variablen Kapazität 81a, während sich der Kapazitätswert der zweiten variablen Kapazität 81b nicht wesentlich ändert. Im Falle einer vollständigen Anhaftung, bei der die fremde Substanz an beiden Positionen anhaftet, an denen die erste variable Kapazität 81a und die zweite variable Kapazität 81b angeordnet sind, ändern sich die Kapazitätswerte der ersten variablen Kapazität 81a und der zweiten variablen Kapazität 81b in gleicher Weise. Daher ist es möglich, durch den Vergleich der Kapazitätswerte der ersten variablen Kapazität 81a und der zweiten variablen Kapazität 81b, z. B. durch die Bestimmung einer Differenz zwischen diesen Werten, zu spezifizieren, ob es sich um eine teilweise Anhaftung oder eine vollständige Anhaftung handelt.
Indessen unterscheidet sich, da die relative Dielektrizitätskonstante je nach Typ der anhaftenden Substanz unterschiedlich ist, der Gesamtkapazitätswert im Falle einer vollständigen Anhaftung zwischen Schnee- und Wasseranhaftung. Außerdem liegen die Gesamtkapazitätswerte im Falle vollständiger Anhaftung von Schnee mit einer niedrigen relativen Dielektrizitätskonstanten und im Falle teilweiser Anhaftung von Wasser mit einer hohen relativen Dielektrizitätskonstanten nahe beieinander.
Aus diesem Grund wird, nachdem durch den Vergleich der Kapazitätswerte der ersten variablen Kapazität 81a und der zweiten variablen Kapazität 81b spezifiziert wurde, ob es sich um eine teilweise Anhaftung oder eine vollständige Anhaftung handelt, der Typ der anhaftenden Substanz auf der Grundlage des Betrags des Gesamtkapazitätswerts spezifiziert. Im Falle vollständiger Anhaftung wird beispielsweise eine Wasseranhaftung spezifiziert, wenn die Gesamtkapazität einen großen Wert aufweist, und eine Schneeanhaftung spezifiziert, wenn die Gesamtkapazität einen geringen Wert aufweist. Im Falle der teilweisen Anhaftung wird eine Wasseranhaftung spezifiziert, wenn die Gesamtkapazität einen großen Wert aufweist. So kann der Typ der anhaftenden Substanz spezifiziert werden.
Da die Kapazitätswerte der ersten variablen Kapazität 81a und der zweiten variablen Kapazität 81b einzeln gemessen werden, kann auch direkt von Beginn an auf der Grundlage der Messergebnisse spezifiziert werden, ob eine anhaftende Substanz vorhanden ist, und die Position und der Typ der anhaftenden Substanz spezifiziert werden. Wenn jedoch die relative Dielektrizitätskonstante klein ist, wie im Fall von Schneeanhaftung, ist ein Unterschied zwischen den Kapazitätswerten der ersten variablen Kapazität 81a und der zweiten variablen Kapazität 81b gering, was zu einem Fehler bei der genauen Bestimmung führen kann, ob eine anhaftende Substanz vorhanden ist. Aus diesem Grund wird anhand des Gesamtkapazitätswerts bestimmt, ob eine anhaftende Substanz vorhanden ist, und wenn eine anhaftende Substanz ermittelt wird, werden die Position und der Typ der anhaftenden Substanz anhand der jeweiligen Kapazitätswerte der ersten variablen Kapazität 81a und der zweiten variablen Kapazität 81b spezifiziert.
Eine Simulation wurde für den Fall ohne Anhaftung, den Fall mit vollständiger Anhaftung von Schnee und den Fall mit teilweiser Anhaftung von Wasser durchgeführt, um einen Gesamtkapazitätswert und Kapazitätswerte der ersten variablen Kapazität 81a und der zweiten variablen Kapazität 81b zu messen. 5 zeigt das Ergebnis der Simulation. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, erhöht sich der Gesamtkapazitätswert in jedem der Fälle von vollständiger Anhaftung von Schnee und teilweiser Anhaftung von Wasser im Vergleich zu dem Fall ohne Anhaftung. Ferner erhöhen sich im Falle vollständiger Anhaftung von Schnee die jeweiligen Kapazitätswerte der ersten variablen Kapazität 81a und der zweiten variablen Kapazität 81b in ähnlicher Weise, aber der Betrag der Erhöhung der einzelnen Kapazitätswerte ist nicht signifikant groß. Im Fall teilweiser Anhaftung von Wasser erhöht sich der Kapazitätswert von entweder der ersten variablen Kapazität 81a oder der zweiten variablen Kapazität 81b, und zwar von derjenigen, an der Wasser anhaftet, signifikant, während sich der Kapazitätswert der anderen von beiden nicht wesentlich ändert.
Wie oben beschrieben, liegen die Gesamtkapazitätswerte zwischen den Fällen vollständiger Anhaftung von Schnee und teilweiser Anhaftung von Wasser zwar nahe beieinander, aber die jeweiligen Kapazitätswerte der ersten variablen Kapazität 81a und der zweiten variablen Kapazität 81b sind zwischen diesen Fällen unterschiedlich. Daher ist es möglich, anhand der jeweiligen Kapazitätswerte der ersten variablen Kapazität 81a und der zweiten variablen Kapazität 81b zu spezifizieren, ob es sich um eine teilweise Anhaftung oder eine vollständige Anhaftung handelt, und die Position und den Typ der anhaftenden Substanz zu spezifizieren.
Wie vorstehend beschrieben, sind im Ultraschallsensor der vorliegenden Ausführungsform mehrere Sensorelektroden auf der ersten Oberfläche des Bodens 3a des Mikrofongehäuses 3 angeordnet, um mehrere variable Kapazitäten im Anhaftungssensor 8 zu bilden. So wird eine Kapazitätsänderung jeder variablen Kapazität gemessen. Daher kann der Anhaftungserfassungsbereich unterteilt werden, um die Position der anhaftenden Substanz zu spezifizieren. Ferner wird der Typ der anhaftenden Substanz aus der Beziehung zwischen dem Gesamtkapazitätswert der mehreren variablen Kapazitäten und den jeweiligen Kapazitätswerten unter Verwendung des Unterschieds in der relativen Dielektrizitätskonstanten entsprechend dem Typ der anhaftenden Substanz spezifiziert. Folglich kann spezifiziert werden, ob es sich bei der Anhaftung der fremden Substanz um eine teilweise Anhaftung oder eine vollständige Anhaftung handelt, und es können Position und Typ der anhaftenden Substanz spezifiziert werden. Daher ist es möglich, einen Ultraschallsensor bereitzustellen, der in der Lage ist, zwischen einer vollständigen Anhaftung einer fremden Substanz mit einem großen Einfluss auf die Schwingungseigenschaften des Schwingungsabschnitts und einer teilweisen Anhaftung einer fremden Substanz mit einem geringen Einfluss auf die Schwingungseigenschaften des Schwingungsabschnitts zu unterscheiden.
Als Referenz wurde der Grad der Beeinflussung für den Fall ohne Anhaftung auf der Oberfläche des Mikrofongehäuses 3, für den Fall mit seitlicher Anhaftung, bei dem Schnee an einem Bereich der Hälfte des Bodens 3a anhaftet, für den Fall mit mittiger Anhaftung, bei dem Schnee nur am Schwingungsabschnitt anhaftet, und für den Fall mit vollständiger Anhaftung untersucht. Insbesondere wurde der Schwingungsabschnitt einer Ultraschallschwingung unterzogen, um eine Ultraschallwelle zu erzeugen. Bei Empfang einer reflektierten Welle von einem Hindernis, das sich in einem bestimmten Abstand vom Ultraschallsensor befindet, misst der Ultraschallsensor eine Amplitudenspannung auf der Grundlage der elektromotorischen Kraft. Dies führt dazu, dass, wie in 6 gezeigt, wenn eine maximale Amplitude im Fall ohne Anhaftung 1 betrug, die Amplitude im Fall teilweiser Anhaftung an einem halben Bereich auf 0,8 mal sank, die Amplitude im Fall teilweiser Anhaftung nur an dem Schwingungsabschnitt auf 0,7 mal sank, und die Amplitude im Fall vollständiger Anhaftung signifikant auf 0,4 mal sank. Da die Amplitudenspannung im Fall vollständiger Anhaftung von Schnee um 50 % oder mehr im Vergleich zum Fall ohne Anhaftung abnimmt, ist es besonders effektiv, die vollständige Anhaftung von Schnee zu erfassen.
Obwohl bei der Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform Schnee und Wasser als Beispiele für die anhaftende Substanz angeführt sind, ist zu beachten, dass selbiges auch für Schlamm oder Eis gilt. D. h., da die relative Dielektrizitätskonstante von Schlamm und Eis nahe an der von Schnee liegt, ist eine Unterscheidung zwischen vollständiger Anhaftung von Schlamm oder Eis und teilweiser Anhaftung von Wasser schwierig. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine solche Unterscheidung jedoch leicht vorgenommen werden. Ferner wurde bestätigt, dass eine Unterscheidung zwischen Schnee und Schlamm oder Eis durch eine Untersuchung der Nachhallfrequenz (reverberation frequency) erfolgen kann. Dementsprechend kann zusätzlich zur Technik der vorliegenden Ausführungsform eine Nachhallfrequenz zur Unterscheidung zwischen Schnee und Schlamm oder Eis verwendet werden. Insbesondere verursacht Schnee keine Änderung in der Nachhallfrequenz, während Schlamm oder Eis eine Änderung in der Nachhallfrequenz bewirken. So kann zwischen Schnee und Schlamm oder Eis unterschieden werden.
(Zweite Ausführungsform)
Nachstehend ist eine zweite Ausführungsform beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Konfiguration von mehreren variablen Kapazitäten von derjenigen der ersten Ausführungsform verschieden, sind die anderen Konfigurationen jedoch gleich denjenigen der ersten Ausführungsform. Nachstehend ist lediglich der Unterschied zur ersten Ausführungsform beschrieben.
Wie in 7 gezeigt, sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform vier variable Kapazitäten vorgesehen, die aus einer ersten variablen Kapazität 82a bis zu einer vierten variablen Kapazität 82d bestehen. Insbesondere ist die in der ersten Ausführungsform beschriebene zweite Sensorelektrode 8b in eine erste Elektrode 8b1 und eine zweite Elektrode 8b2 unterteilt, und die dritte Sensorelektrode 8c ist in eine erste Elektrode 8c1 und eine zweite Elektrode 8c2 unterteilt. D. h., die erste Sensorelektrode 8a, die erste Elektrode 8b1 und die erste Elektrode 8c1 sind in einer ersten Richtung angeordnet, und die erste Sensorelektrode 8a, die zweite Elektrode 8b2 und die zweite Elektrode 8c2 sind ebenfalls in der ersten Richtung und parallel zu der ersten Sensorelektrode 8a, der ersten Elektrode 8b1 und der ersten Elektrode 8c1 angeordnet. Die erste Elektrode 8b1 und die zweite Elektrode 8b2 sind in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung angeordnet, und die erste Elektrode 8c1 und die zweite Elektrode 8c2 sind ebenfalls in der zweiten Richtung und parallel zu der ersten Elektrode 8b1 und der zweiten Elektrode 8b2 angeordnet.
Dementsprechend wird eine erste variable Kapazität 82a zwischen der ersten Sensorelektrode 8a und der ersten Elektrode 8b1 gebildet, und eine zweite variable Kapazität 82b wird zwischen der ersten Sensorelektrode 8a und der zweiten Elektrode 8b2 gebildet. Darüber hinaus wird eine dritte variable Kapazität 82c zwischen der ersten Sensorelektrode 8a und der ersten Elektrode 8c1 gebildet, und eine vierte variable Kapazität 82d wird zwischen der ersten Sensorelektrode 8a und der zweiten Elektrode 8c2 gebildet.
Bei Erfassung einer Anhaftung von fremder Substanz mit der obigen Konfiguration kann die erste Sensorelektrode 8a beispielsweise auf ein Potenzial von 0 V eingestellt werden, während die erste Elektrode 8b1 und die zweite Elektrode 8b2 in der zweiten Sensorelektrode 8b sowie die erste Elektrode 8c1 und die zweite Elektrode 8c2 in der dritten Sensorelektrode 8c nacheinander auf ein vorbestimmtes Potenzial, beispielsweise 5 V, eingestellt werden können. Dementsprechend können die jeweiligen Kapazitätswerte von vier variablen Kapazitäten, bestehend aus der ersten variablen Kapazität 82a bis zur vierten variablen Kapazität 82d, nacheinander gemessen werden. Ferner kann ein Gesamtkapazitätswert aller variablen Kapazitäten gemessen werden, indem alle Kapazitätswerte der jeweiligen variablen Kapazitäten addiert werden, oder indem die Kapazitätswerte gemessen werden, wobei die erste Sensorelektrode 8a beispielsweise auf ein 0-V-Potenzial und die erste Elektrode 8b1, die zweite Elektrode 8b2, die erste Elektrode 8c1 und die zweite Elektrode 8c2 beispielsweise auf ein 5-V-Potenzial eingestellt sind.
Die Anzahl von variablen Kapazitäten ist nicht speziell beschränkt, und wie in der vorliegenden Ausführungsform können vier variable Kapazitäten vorgesehen sein. Auch mit dieser Konfiguration können die gleichen Effekte wie in der ersten Ausführungsform erzielt werden.
Als eine Referenz wurde eine Simulation für den Fall ohne Anhaftung, den Fall mit vollständiger Anhaftung von Schnee und den Fall mit teilweiser Anhaftung von Wasser durchgeführt, um einen Gesamtkapazitätswert und Kapazitätswerte der ersten bis vierten variablen Kapazität 82a bis 82d zu messen. Im Falle teilweiser Anhaftung von Wasser wurde angenommen, dass die Position der Anhaftung zwischen der zweiten Elektrode 8b2 der zweiten Sensorelektrode 8b und der zweiten Elektrode 8c2 der dritten Sensorelektrode 8c liegt. 8 zeigt das Ergebnis der Simulation. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, erhöht sich der Gesamtkapazitätswert in jedem der Fälle von vollständiger Anhaftung von Schnee und teilweiser Anhaftung von Wasser im Vergleich zu dem Fall ohne Anhaftung. Ferner erhöhen sich im Falle vollständiger Anhaftung von Schnee die jeweiligen Kapazitätswerte der ersten bis vierten variablen Kapazität 82a bis 82d in ähnlicher Weise, aber der Zunahmebetrag jedes Kapazitätswerte ist nicht signifikant groß. Im Falle teilweiser Anhaftung von Wasser steigen die Kapazitätswerte der zweiten variablen Kapazität 82b und der vierten variablen Kapazität 82d, an denen Wasser anhaftet, signifikant an, während sich die Kapazitätswerte der anderen variablen Kapazitäten, an denen kein Wasser anhaftet, nicht wesentlich ändern. Folglich ist in der Konfiguration mit vier variablen Kapazitäten eine Änderung des Kapazitätswerts ähnlich derjenigen in der ersten Ausführungsform. Dementsprechend kann die Anhaftung einer fremden Substanz auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform erfasst werden. Ferner kann mit zunehmender Anzahl variabler Kapazitäten der Anhaftungserfassungsbereich in mehr Bereiche unterteilt werden. Dementsprechend kann die Anhaftungsposition im Falle partieller Verklebung detaillierter spezifiziert werden.
(Dritte Ausführungsform)
Nachstehend ist eine dritte Ausführungsform beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Konfiguration von mehreren variablen Kapazitäten von derjenigen der ersten Ausführungsform verschieden, sind die anderen Konfigurationen jedoch gleich denjenigen der ersten Ausführungsform. Nachstehend ist lediglich der Unterschied zur ersten Ausführungsform beschrieben.
Wie in den 9 und 10 dargestellt, fungiert in der vorliegenden Ausführungsform das aus einem Leiter aufgebaute Mikrofongehäuse 3 als die erste Sensorelektrode 8a. Die zweite Sensorelektrode 8b und die dritte Sensorelektrode 8c sind auf dem Boden 3a angeordnet, wobei die Isolierschicht 3c zwischen jeder Sensorelektrode und dem Boden 3a angeordnet ist, so dass die erste variable Kapazität 81a und die zweite variable Kapazität 81b bereitgestellt werden. Die Konfiguration der zweiten Sensorelektrode 8b und der dritten Sensorelektrode 8c ist die gleiche wie in der ersten Ausführungsform.
In dieser Konfiguration können die erste variable Kapazität 81a und die zweite variable Kapazität 81b zwischen dem Mikrofongehäuse 3, das als erste Sensorelektrode 8a fungiert, und der zweiten Sensorelektrode 8b bzw. der dritten Sensorelektrode 8c gebildet werden, wobei sich ein Pfad von einer Oberfläche jeder Elektrode durch die Schutzschicht 3d und die Isolierschicht 3c erstreckt, wie in 10 gezeigt. Dementsprechend werden Kapazitätswerte der ersten variablen Kapazität 81a und der zweiten variablen Kapazität 81b, die zwischen dem Mikrofongehäuse 3, das ein Massepotenzial darstellt und als die erste Sensorelektrode 8a fungiert, und der zweiten Sensorelektrode 8b bzw. der dritten Sensorelektrode 8c gebildet werden, durch Zuführen eines Wechselstromsignals als Messstrom an die zweite Sensorelektrode 8b und die dritte Sensorelektrode 8c erfasst. Auf diese Weise kann eine Kapazitätsänderung der ersten variablen Kapazität 81a und der zweiten variablen Kapazität 81b aufgrund des Anhaftens von fremder Substanz gemessen werden, und es können die gleichen Effekte wie in der ersten Ausführungsform erzielt werden.
Darüber hinaus können gemäß der vorliegenden Ausführungsform sowohl die zweite Sensorelektrode 8b als auch die dritte Sensorelektrode 8c, die auf dem Boden 3a ausgebildet sind, außerhalb des Schwingungsabschnitts angeordnet sein. Dadurch kann der Einfluss auf die Schwingungseigenschaften weiter reduziert werden.
(Vierte Ausführungsform)
Nachstehend ist eine vierte Ausführungsform beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform kann eine Kapazitätsänderung in einer gegenüber der dritten Ausführungsform bevorzugten Weise erfasst werden, sind die anderen Konfigurationen jedoch gleich denjenigen der dritten Ausführungsform. Nachstehend ist lediglich der Unterschied zur dritten Ausführungsform beschrieben.
Mit der Konfiguration der dritten Ausführungsform kann eine Anhaftung von fremder Substanz erfasst werden. Da jedoch die zweite Sensorelektrode 8b und die dritte Sensorelektrode 8c unmittelbar über dem Mikrofongehäuse 3 angeordnet sind, das ein Massepotenzial darstellt, und die Isolierschicht 3c dazwischen liegt, bildet sich zwischen jeder Sensorelektrode und dem Mikrofongehäuse 3 eine parasitäre Kapazität, die die Anhaftungserfassung erheblich beeinflussen kann. D. h., da nur die Isolierschicht 3c zwischen sowohl der zweiten Sensorelektrode 8b als auch der dritten Sensorelektrode 8c und dem Mikrofongehäuse 3 vorhanden ist, wird ein Kapazitätswert der parasitären Kapazität groß. Dementsprechend wirkt sich eine Änderung des Kapazitätswerts der parasitären Kapazität auf die Messung einer Kapazitätsänderung der ersten variablen Kapazität 81a und der zweiten variablen Kapazität 81b aus.
Daher sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie in den 11 und 12 gezeigt, eine erste Schutzelektrode 100 und eine zweite Schutzelektrode 101 zwischen dem Mikrofongehäuse 3 und der zweiten Sensorelektrode 8b bzw. der dritten Sensorelektrode 8c vorgesehen. Insbesondere sind die erste Schutzelektrode 100 und die zweite Schutzelektrode 101 auf der Isolierschicht 3c angeordnet, die sich auf dem Mikrofongehäuse 3 befindet. Darüber hinaus ist auf der Isolierschicht 3c eine Schutzschicht 3d vorgesehen, die die Ränder der ersten Schutzelektrode 100 und der zweiten Schutzelektrode 101 umgibt. Außerdem ist auf der Schutzschicht 3d eine Isolierschicht 3e vorgesehen. Die zweite Sensorelektrode 8b und die dritte Sensorelektrode 8c sind auf der Isolierschicht 3e angeordnet. Außerdem sind die zweite Sensorelektrode 8b und die dritte Sensorelektrode 8c mit einer Schutzschicht 3f bedeckt.
Die erste Schutzelektrode 100 und die zweite Schutzelektrode 101 sind über einen Verdrahtungsabschnitt oder dergleichen (nicht dargestellt) elektrisch mit der Leiterplatte 5 verbunden, so dass ein gewünschtes Potenzial an sie angelegt werden kann.
Bei Erfassung von Anhaftung einer fremden Substanz mit der obigen Konfiguration werden die zweite Sensorelektrode 8b und die erste Schutzelektrode 100 auf das gleiche Potenzial gesetzt, während die dritte Sensorelektrode 8c und die zweite Schutzelektrode 101 auf das gleiche Potenzial gesetzt werden. Dementsprechend wird verhindert, dass die zweite Sensorelektrode 8b und die dritte Sensorelektrode 8c durch das Mikrofongehäuse 3, das sich unmittelbar unter der ersten Schutzelektrode 100 bzw. der zweiten Schutzelektrode 101 befindet, beeinflusst werden, und eine Kapazitätsänderung der ersten variablen Kapazität 81a und der zweiten variablen Kapazität 81b kann genau gemessen werden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit bei Erfassung von Anhaftung einer fremden Substanz weiter verbessert werden. Ferner wird, da nur eine Kapazitätsänderung der ersten variablen Kapazität 81a und der zweiten variablen Kapazität 81b gemessen werden kann, die Genauigkeit bei der Anhaftungserfassung weiter verbessert, und der Erfassungsbereich kann ebenfalls erweitert werden.
(Fünfte Ausführungsform)
Nachstehend ist eine fünfte Ausführungsform beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Konfiguration der variablen Kapazitäten von derjenigen der ersten Ausführungsform verschieden, sind die anderen Konfigurationen jedoch gleich denjenigen der ersten Ausführungsform. Folglich ist lediglich der Unterschied zur ersten Ausführungsform beschrieben.
Wie in 13 gezeigt, sind in der vorliegenden Ausführungsform die ersten Sensorelektroden 8d und die zweiten Sensorelektroden 8e, die sich jeweils linear radial nach außen erstrecken, abwechselnd entlang der Außenkante des Bodens 3a des Mikrofongehäuses 3 angeordnet. Die ersten Sensorelektroden 8d und die zweiten Sensorelektroden 8e sind abwechselnd in gleichem Winkelintervall in Umfangsrichtung in einem radialen Layout angeordnet. Die ersten Sensorelektroden 8d und die zweiten Sensorelektroden 8e sind mit einem Verdrahtungsabschnitt verbunden, der z. B. entlang einer Außenwand des Mikrofongehäuses 3 vorgesehen ist, so dass ein gewünschtes Potenzial individuell angelegt werden kann, wenn der Verdrahtungsabschnitt mit der Leiterplatte 5 verbunden ist. Obgleich das obige Beispiel unter Verwendung von vier ersten Sensorelektroden 8d und vier zweiten Sensorelektroden 8e beschrieben ist, die in einem Winkelintervall von 45° angeordnet sind, ist die Anzahl von Sensorelektroden nicht darauf beschränkt und kann größer oder kleiner als die in der obigen Beschreibung verwendete Anzahl sein. Zwei oder mehr variable Kapazitäten können durch Anordnen von mindestens drei Sensorelektroden, bestehend aus der ersten Sensorelektrode 8d und der zweiten Sensorelektrode 8e, gebildet werden, die abwechselnd in einem vorbestimmten Winkelintervall in einer Umfangsrichtung der ersten Oberfläche des Bodens 3a angeordnet sind.
Bei Erfassung von Anhaftung einer fremden Substanz werden die ersten Sensorelektroden 8d als eine erste Elektrodengruppe mit z. B. einem 0-V-Potenzial und die zweiten Sensorelektroden 8e als eine zweite Elektrodengruppe mit z. B. einem 5-V-Potenzial beaufschlagt. Zunächst wird ein Kapazitätswert einer variablen Kapazität gemessen, die durch ein erstes Paar gebildet wird, das aus der ersten Sensorelektrode 8d und der zweiten Sensorelektrode 8e besteht, die einander benachbart sind. Anschließend wird ein Kapazitätswert einer anderen variablen Kapazität gemessen, die durch ein zweites Paar gebildet wird, das aus einer des ersten Paares, z. B. der ersten Sensorelektrode 8d, und einer anderen zweiten Sensorelektrode 8e, die an die erste Sensorelektrode 8d des ersten Paares angrenzt, besteht. Dieser Vorgang wird für eine Runde in Umfangsrichtung des Bodens 3a des Mikrofongehäuses 3 wiederholt, so dass die Kapazitätswerte der jeweiligen variablen Kapazitäten gemessen werden können. Ferner kann ein Gesamtkapazitätswert aller variablen Kapazitäten gemessen werden, indem alle Kapazitätswerte der jeweiligen variablen Kapazitäten addiert werden, oder indem die Kapazitätswerte gemessen werden, wobei die ersten Sensorelektroden 8d als die erste Elektrodengruppe beispielsweise auf ein 0-V-Potenzial und die zweiten Sensorelektroden 8e als die zweite Elektrodengruppe beispielsweise auf ein 5-V-Potenzial gesetzt werden.
Wie vorstehend beschrieben, können in der Konfiguration, in der mehrere Sensorelektroden in der Umfangsrichtung des Bodens 3a angeordnet sind, die gleichen Effekte wie in der ersten Ausführungsform erzielt werden.
(Sechste Ausführungsform)
Nachstehend ist eine sechste Ausführungsform beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Konfiguration der variablen Kapazitäten von derjenigen der ersten Ausführungsform verschieden, sind die anderen Konfigurationen jedoch gleich denjenigen der ersten Ausführungsform. Folglich ist lediglich der Unterschied zur ersten Ausführungsform beschrieben.
Wie in 14 gezeigt, sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform die ersten Sensorelektroden 8f und die zweiten Sensorelektroden 8g, die jeweils eine gerade Form aufweisen, abwechselnd parallel zueinander in gleichem Abstand bzw. Intervall angeordnet. Die ersten Sensorelektroden 8f und die zweiten Sensorelektroden 8g sind in einem kammartigen Muster angeordnet, in dem ein Ende der ersten Sensorelektroden 8f den Rand des Bodens 3a auf einer Seite einer durch die Mittellinie des Bodens 3a verlaufenden Linie erreicht, d. h. in den Zeichnungen auf der oberen Seite, und ein Ende der zweiten Sensorelektroden 8g den Rand des Bodens 3a auf der anderen Seite der Linie erreicht, d.h. in den Zeichnungen auf der unteren Seite. Ferner sind die ersten Sensorelektroden 8f und die zweiten Sensorelektroden 8g mit einem Verdrahtungsabschnitt verbunden, der beispielsweise entlang einer Außenwand des Mikrofongehäuses 3 vorgesehen ist, so dass ein gewünschtes Potenzial individuell angelegt werden kann, wenn der Verdrahtungsabschnitt mit der Leiterplatte 5 verbunden ist. Obgleich das obige Beispiel unter Verwendung von vier ersten Sensorelektroden 8f und drei zweiten Sensorelektroden 8g beschrieben ist, ist die Anzahl von Sensorelektroden nicht darauf beschränkt und kann größer oder kleiner als die in der obigen Beschreibung verwendete Anzahl sein. Durch die Anordnung von mindestens drei Sensorelektroden, bestehend aus der ersten Sensorelektrode 8f und der zweiten Sensorelektrode 8g, die abwechselnd angeordnet und in einem kammartigen Muster ausgelegt sind, können zwei oder mehr variable Kapazitäten gebildet werden.
Bei Erfassung von Anhaftung einer fremden Substanz werden die ersten Sensorelektroden 8f als eine erste Elektrodengruppe mit z. B. einem 0-V-Potenzial und die zweiten Sensorelektroden 8g als eine zweite Elektrodengruppe mit z. B. einem 5-V-Potenzial beaufschlagt. Zunächst wird ein Kapazitätswert einer variablen Kapazität gemessen, die durch ein erstes Paar gebildet wird, das aus der ersten Sensorelektrode 8f und der zweiten Sensorelektrode 8g besteht, die einander benachbart sind. Anschließend wird ein Kapazitätswert einer anderen variablen Kapazität gemessen, die durch ein zweites Paar gebildet wird, das aus einer des ersten Paares, z. B. der ersten Sensorelektrode 8f, und einer anderen zweiten Sensorelektrode 8g, die an die erste Sensorelektrode 8f des ersten Paares angrenzt, besteht. Dieser Vorgang wird nacheinander in einer Richtung wiederholt, in der die ersten Sensorelektroden 8f und die zweiten Sensorelektroden 8g angeordnet sind, so dass die Kapazitätswerte der jeweiligen variablen Kapazitäten gemessen werden können. Ferner kann ein Gesamtkapazitätswert aller variablen Kapazitäten gemessen werden, indem alle Kapazitätswerte der jeweiligen variablen Kapazitäten addiert werden, oder indem die Kapazitätswerte gemessen werden, wobei die ersten Sensorelektroden 8d als die erste Elektrodengruppe beispielsweise auf ein 0-V-Potenzial und die zweiten Sensorelektroden 8e als die zweite Elektrodengruppe beispielsweise auf ein 5-V-Potenzial gesetzt werden.
Wie oben beschrieben, können in der Konfiguration, in der mehrere Sensorelektroden in einer kammartigen Form auf dem Boden 3a angeordnet sind, die gleichen Effekte wie in der ersten Ausführungsform erzielt werden.
(Siebte Ausführungsform)
Nachstehend ist eine siebte Ausführungsform beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Konfiguration der variablen Kapazitäten von derjenigen der ersten Ausführungsform verschieden, sind die anderen Konfigurationen jedoch gleich denjenigen der ersten Ausführungsform. Folglich ist lediglich der Unterschied zur ersten Ausführungsform beschrieben.
Wie in den 15 und 16 dargestellt, sind in der vorliegenden Ausführungsform erste Sensorelektroden 8h und zweite Sensorelektroden 8i in einem Gittermuster angeordnet. Insbesondere sind mehrere erste Sensorelektroden 8h, die jeweils eine Längsrichtung in einer Richtung aufweisen, in gleichem Intervall angeordnet, um ein Streifenmuster zu bilden. Mehrere zweite Sensorelektroden 8i, die jeweils eine Längsrichtung in einer Richtung aufweisen, die sich mit der Längsrichtung der ersten Sensorelektrode 8h schneidet, in diesem Fall eine Richtung senkrecht zur Längsrichtung der ersten Sensorelektrode 8h, sind in gleichem Abstand angeordnet, um ein Streifenmuster zu bilden. Ferner reichen ein Ende der ersten Sensorelektroden 8h und ein Ende der zweiten Sensorelektroden 8i bis zum Rand des Bodens 3a. Die ersten Sensorelektroden 8h und die zweiten Sensorelektroden 8i sind mit einem Verdrahtungsabschnitt verbunden, der z. B. an einer Außenwand des Mikrofongehäuses 3 vorgesehen ist, so dass ein gewünschtes Potenzial individuell angelegt werden kann, wenn der Verdrahtungsabschnitt mit der Leiterplatte 5 verbunden ist.
Ferner ist die Isolierschicht 3c auf dem Boden 3a des Mikrofongehäuses 3 vorgesehen. Die zweiten Sensorelektroden 8i sind auf der Isolierschicht 3c angeordnet und mit der Schutzschicht 3d und der Isolierschicht 3e bedeckt. Die ersten Sensorelektroden 8h sind auf der Isolierschicht 3e angeordnet und mit der Schutzschicht 3f bedeckt.
Obgleich das obige Beispiel unter Verwendung von fünf ersten Sensorelektroden 8h und fünf zweiten Sensorelektroden 8i beschrieben ist, ist die Anzahl von Sensorelektroden nicht darauf beschränkt und kann größer oder kleiner als die in der obigen Beschreibung verwendete Anzahl sein.
Bei Erfassung von Anhaftung einer fremden Substanz werden die ersten Sensorelektroden 8h als eine erste Elektrodengruppe mit z. B. einem 0-V-Potenzial und die zweiten Sensorelektroden 8i als eine zweite Elektrodengruppe mit z. B. einem 5-V-Potenzial beaufschlagt. Dann wird eine der ersten Sensorelektroden 8h und eine der zweiten Sensorelektroden 8i ausgewählt und mit einer Spannung beaufschlagt, und ein Kapazitätswert der variablen Kapazitäten, die an einem Schnittbereich zwischen der ausgewählten ersten Sensorelektrode 8h und der ausgewählten zweiten Sensorelektrode 8i gebildet werden, wird gemessen. Dieser Vorgang wird für alle Kombinationen der mehreren ersten Sensorelektroden 8h und der mehreren zweiten Sensorelektroden 8i durchgeführt, so dass die Kapazitätswerte der jeweiligen variablen Kapazitäten, die an allen Schnittbereichen bzw. Grenzflächen gebildet werden, nacheinander gemessen werden. Ferner kann ein Gesamtkapazitätswert aller variablen Kapazitäten gemessen werden, indem alle Kapazitätswerte der jeweiligen variablen Kapazitäten addiert werden, oder indem die Kapazitätswerte gemessen werden, wobei die ersten Sensorelektroden 8h als die erste Elektrodengruppe beispielsweise auf ein 0-V-Potenzial und die zweiten Sensorelektroden 8i als die zweite Elektrodengruppe beispielsweise auf ein 5-V-Potenzial gesetzt werden.
Wie oben beschrieben, können in der Konfiguration, in der mehrere Sensorelektroden in einer Maschenform auf dem Boden 3a angeordnet sind, die gleichen Effekte wie in der ersten Ausführungsform erzielt werden.
(Achte Ausführungsform)
Nachstehend ist eine achte Ausführungsform beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Konfiguration der variablen Kapazitäten von derjenigen der ersten Ausführungsform verschieden, sind die anderen Konfigurationen jedoch gleich denjenigen der ersten Ausführungsform. Folglich ist lediglich der Unterschied zur ersten Ausführungsform beschrieben.
Wie in 17 gezeigt, sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform mehrere erste Sensorelektroden 8j und mehrere zweite Sensorelektroden 8k, die jeweils eine Struktur aufweisen, bei der mehrere rautenförmige Elektroden über eine Leitung miteinander verbunden sind, orthogonal zueinander angeordnet, so dass die rautenförmigen Elektroden in einem Gittermuster angeordnet sind. Insbesondere enthält die erste Sensorelektrode 8j eine Leitung 8ja mit einer Längsrichtung in einer Richtung und rautenförmige Elektroden 8jb. Die rautenförmigen Elektroden 8jb sind in gleichem Abstand (Intervall) angeordnet, und ein Ende der Leitung 8ja reicht bis zum Rand des Bodens 3a. Ferner enthält die zweite Sensorelektrode 8k eine Leitung 8ka mit einer Längsrichtung in einer Richtung senkrecht zur Leitung 8ja der ersten Sensorelektrode 8j sowie rautenförmige Elektroden 8kb. Die rautenförmigen Elektroden 8kb sind in gleichem Abstand (Intervall) angeordnet, und ein Ende der Leitung 8ka reicht bis zum Rand des Bodens 3a. Die Leitungen 8ja und 8ka der ersten Sensorelektrode 8j bzw. der zweiten Sensorelektrode 8k sind mit einem Verdrahtungsabschnitt verbunden, der z. B. an einer Außenwand des Mikrofongehäuses 3 vorgesehen ist, so dass ein gewünschtes Potenzial individuell angelegt werden kann, wenn der Verdrahtungsabschnitt mit der Leiterplatte 5 verbunden ist.
Obgleich das obige Beispiel unter Verwendung von drei ersten Sensorelektroden 8j und drei zweiten Sensorelektroden 8k beschrieben ist, ist die Anzahl von Sensorelektroden nicht darauf beschränkt und kann größer oder kleiner als die in der obigen Beschreibung verwendete Anzahl sein.
In dieser Konfiguration sind benachbarte rautenförmige Elektroden 8jb und rautenförmige Elektroden 8kb einander zugewandt angeordnet, und zwischen ihnen werden variable Kapazitäten gebildet.
Bei Erfassung von Anhaftung einer fremden Substanz werden die ersten Sensorelektroden 8j als eine erste Elektrodengruppe mit z. B. einem 0-V-Potenzial und die zweiten Sensorelektroden 8k als eine zweite Elektrodengruppe mit z. B. einem 5-V-Potenzial beaufschlagt. Dann werden eine der ersten Sensorelektroden 8j und eine der zweiten Sensorelektroden 8k ausgewählt und mit einer Spannung beaufschlagt, und ein Kapazitätswert der variablen Kapazität, die zwischen den rautenförmigen Elektroden 8jb und den rautenförmigen Elektroden 8kb, die einander zugewandt sind, der ausgewählten ersten Sensorelektrode 8j und der ausgewählten zweiten Sensorelektrode 8k gebildet wird, wird gemessen. Wenn beispielsweise die erste Sensorelektrode 8j in einer Mitte der Zeichnungen und die zweite Sensorelektrode 8k auf der linken Seite in den Zeichnungen ausgewählt werden, wird ein Kapazitätswert der variablen Kapazität gemessen, die aus vier rautenförmigen Elektroden 8jb und 8kb besteht, die von der Strichpunktlinie in der Abbildung umgeben sind. Dieser Vorgang wird für alle Kombinationen der mehreren ersten Sensorelektroden 8j und der mehreren zweiten Sensorelektroden 8k durchgeführt, so dass die Kapazitätswerte der jeweiligen variablen Kapazitäten, die an allen der Positionen gebildet werden, nacheinander gemessen werden. Ferner kann ein Gesamtkapazitätswert aller variablen Kapazitäten gemessen werden, indem alle Kapazitätswerte der jeweiligen variablen Kapazitäten addiert werden, oder indem die Kapazitätswerte gemessen werden, wobei die ersten Sensorelektroden 8j als die erste Elektrodengruppe beispielsweise auf ein 0-V-Potenzial und die zweiten Sensorelektroden 8k als die zweite Elektrodengruppe beispielsweise auf ein 5-V-Potenzial gesetzt werden.
Wie oben beschrieben, können in der Konfiguration, in der die mehreren Sensorelektroden 8j mit den rautenförmigen Elektroden 8jb, die miteinander verbunden sind, und die mehreren Sensorelektroden 8k mit den rautenförmigen Elektroden 8kb, die miteinander verbunden sind, auf dem Boden 3a angeordnet sind, die gleichen Effekte wie in der ersten Ausführungsform erzielt werden.
(Neunte Ausführungsform)
Nachstehend ist eine neunte Ausführungsform beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Konfiguration der variablen Kapazitäten von derjenigen der ersten Ausführungsform verschieden, sind die anderen Konfigurationen jedoch gleich denjenigen der ersten Ausführungsform. Folglich ist lediglich der Unterschied zur ersten Ausführungsform beschrieben.
Wie in 18 gezeigt, sind gemäß der vorliegenden Ausführung eine erste bis vierte Sensorelektrode 8m bis 8p auf dem Boden 3a vorgesehen. Die erste bis vierte Sensorelektrode 8m bis 8p sind in einem rechteckigen Muster angeordnet, und in diesem Fall sind sie alle von ihnen außerhalb des Schwingungsabschnitts angeordnet, d. h. an Positionen, die dem dicken Wandbereich 3bb entsprechen. Gemäß dieser Konfiguration werden zwischen den benachbarten Sensorelektroden eine erste bis vierte variable Kapazität 83a bis 83d gebildet. Daher wird bei Erfassung von Fremdsubstanzanhaftung eine Spannung angelegt, um eine Potenzialdifferenz zwischen den benachbarten Sensorelektroden zu erzeugen, und die Kapazitätswerte der ersten bis vierten variablen Kapazität 83a bis 83d werden gemessen. Folglich kann eine Erfassung von Fremdsubstanzanhaftung auf die gleiche Weise wie in der zweiten Ausführungsform erfolgen.
Bei Erzeugung einer Potenzialdifferenz zwischen den benachbarten Sensorelektroden kann eine Potenzialdifferenz zwischen den Sensorelektroden erzeugt werden, die eine variable Kapazität bilden, deren Kapazitätswert unter bzw. von der ersten bis vierten variablen Kapazität 83a bis 83d zu messen ist. Zum Beispiel kann die erste Sensorelektrode 8m auf ein 5-V-Potenzial gesetzt werden, und die zweite Sensorelektrode 8n kann auf ein 0-V-Potenzial gesetzt werden. Die variablen Kapazitäten zwischen den Sensorelektroden, die sich auf beiden Seiten des Schwingungsabschnitts befinden, d. h. die dritte variable Kapazität 83c zwischen der ersten Sensorelektrode 8m und der dritten Sensorelektrode 80 und die vierte variable Kapazität 83d zwischen der zweiten Sensorelektrode 8n und der vierten Sensorelektrode 8p, weisen jedoch einen großen Abstand zwischen den Elektroden und einen kleinen Kapazitätswert auf. Dementsprechend können die dritte variable Kapazität 83c und die vierte variable Kapazität 83d als ein Kondensator betrachtet werden, und ein kombinierter Kapazitätswert davon kann gemessen werden, wobei die erste Sensorelektrode 8m und die zweite Sensorelektrode 8n auf ein 5-V-Potenzial und die dritte Sensorelektrode 80 und die vierte Sensorelektrode 8p auf ein 0-V-Potenzial gesetzt werden.
Wie oben beschrieben, können in der Konfiguration, in der die mehreren variablen Kapazitäten zwischen den mehreren auf dem Boden 3a angeordneten Sensorelektroden gebildet werden, die mehreren Sensorelektroden außerhalb des Schwingungsabschnitts angeordnet werden, um den Einfluss auf die Schwingungseigenschaften zu verringern.
(Zehnte Ausführungsform)
Nachstehend ist eine zehnte Ausführungsform beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform sind Schritte des Anhaftungserfassungsverfahrens von denjenigen der ersten bis neunten Ausführungsform verschieden, die anderen Konfigurationen jedoch gleich denjenigen der ersten bis neunten Ausführungsform. Folglich ist lediglich der Unterschied zur ersten bis neunten Ausführungsform beschrieben.
19 zeigt ein Ablaufdiagramm des Anhaftungserfassungsverfahrens im Ultraschallsensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Nachstehend ist das Anhaftungserfassungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 19 beschrieben.
Zunächst erfolgt in den Schritten S200 bis S210 die gleiche Verarbeitung wie in den Schritten S100 bis S110 von 4. Anschließend schreitet das Verfahren zu Schritt S215 voran, um zu bestimmen, ob der in Schritt S210 berechnete Gesamtkapazitätswert kleiner ist als ein Wasser-Schwellenwert, der einem ersten Schwellenwert entspricht. Der hier beschriebene Wasser-Schwellenwert wird auf der Grundlage eines Kapazitätswerts festgelegt, der für den Fall einer vollständigen Anhaftung von Wasser angenommen wird, und auf einen Wert festgelegt, der kleiner ist als der angenommene Kapazitätswert. Hier ist es wünschenswert, zu bestimmen, ob eine vollständige Anhaftung von Wasser vorliegt. Daher wird der Wasser-Schwellenwert auf einen Wert gesetzt, der größer ist als der Kapazitätswert, der im Fall von teilweiser Anhaftung von Wasser, vollständiger Anhaftung von Schnee oder dergleichen angenommen wird.
Wenn die Bestimmung in Schritt S215 negativ ausfällt, schreitet der Prozess zu Schritt S220 voran, in dem bestimmt wird, dass eine vollständige Anhaftung von Wasser vorliegt, woraufhin der Prozess endet. Wenn die Bestimmung positiv ausfällt, schreitet der Prozess zu Schritt S225 voran.
In Schritt S225 wird bestimmt, ob der in Schritt S210 berechnete Gesamtkapazitätswert größer ist als ein Schnee-Schwellenwert, der einem zweiten Schwellenwert entspricht. Der hier beschriebene Schnee-Schwellenwert wird auf der Grundlage eines Kapazitätswerts festgelegt, der im Falle einer vollständigen Anhaftung von Schnee angenommen wird, und auf einen Wert festgelegt, der kleiner als der angenommene Kapazitätswert und kleiner als der Wasser-Schwellenwert ist. Hier ist es wünschenswert, zu bestimmen, dass keine fremde Substanz anhaftet. Folglich kann, wenn ein Kapazitätswert vorliegt, der in der Situation angenommen wird, in der der Gesamtkapazitätswert kleiner ist als der Kapazitätswert in dem Fall von vollständiger Anhaftung von Schnee, der zweite Schwellenwert auch auf der Grundlage eines solchen Kapazitätswerts festgelegt werden.
Wenn die Bestimmung in Schritt S225 negativ ausfällt, schreitet der Prozess zu Schritt S230 voran, in dem bestimmt wird, dass keine Anhaftung einer fremden Substanz vorliegt, woraufhin der Prozess endet. Wenn die Bestimmung positiv ausfällt, schreitet der Prozess zu Schritt S235 voran.
In Schritt S235 wird bestimmt, ob die in Schritt S205 gemessenen Kapazitätswerte der jeweiligen variablen Kapazitäten voneinander abweichen. So werden beispielsweise alle der Differenzen zwischen den Kapazitätswerten der jeweiligen variablen Kapazitäten berechnet. Wenn die Differenzen größer als ein Abweichungsbestimmungsschwellenwert sind, wird bestimmt, dass die Kapazitätswerte der jeweiligen variablen Kapazitäten voneinander abweichen. Wenn die Bestimmung positiv ausfällt, schreitet der Prozess zu Schritt S245 voran, in dem bestimmt wird, dass eine teilweise Anhaftung von Schnee an der Sensorelektrode vorliegt, die die variable Kapazität mit einem höheren Kapazitätswert unter den Kapazitätswerten der jeweiligen variablen Kapazitäten bildet, zum Beispiel einem Kapazitätswert, der höher ist als der Mittelwert von allen der Kapazitätswerte. Anschließend endet der Prozess. Wenn die Bestimmung negativ ausfällt, schreitet der Prozess zu Schritt S240 voran, in dem bestimmt wird, dass eine vollständige Anhaftung von Schnee vorliegt, woraufhin der Prozess endet.
Wie oben beschrieben, kann zunächst anhand des Gesamtkapazitätswerts bestimmt werden, ob eine vollständige Anhaftung von Wasser oder keine Anhaftung einer fremden Substanz vorliegt, und dann spezifiziert werden, dass eine vollständige Anhaftung von Schnee vorliegt, oder der Typ und die Position der anhaftenden Substanz im Falle von teilweiser Anhaftung spezifiziert werden.
(Elfte Ausführungsform)
Nachstehend ist eine elfte Ausführungsform beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform sind Schritte des Anhaftungserfassungsverfahrens von denjenigen der ersten bis neunten Ausführungsform verschieden, die anderen Konfigurationen jedoch gleich denjenigen der ersten bis neunten Ausführungsform. Folglich ist lediglich der Unterschied zur ersten bis neunten Ausführungsform beschrieben.
20 zeigt ein Ablaufdiagramm des Anhaftungserfassungsverfahrens im Ultraschallsensor gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Nachstehend ist das Anhaftungserfassungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 20 beschrieben.
Zunächst wird in Schritt S300 die gleiche Verarbeitung wie in Schritt S100 von 4 durchgeführt. Dann wird in den Schritten S305 und S310 ein Gesamtkapazitätswert wie in Schritt S110 von 4 berechnet, indem ein Messstrom an alle der variablen Kapazitäten geliefert wird. In Schritt S315 wird wie in Schritt S115 von 4 bestimmt, ob eine anhaftende Substanz vorhanden ist. Wenn die Bestimmung positiv ausfällt, werden die Schritte ab Schritt S320 ausgeführt. Wenn die Bestimmung negativ ausfällt, endet der Prozess.
In Schritt S320 wird an jede Elektrode ein vorbestimmtes Potenzial angelegt und ein Messstrom, der durch eine Sensorelektrode fließt, die eine variable Kapazität N bildet, gemessen, um dadurch einen Kapazitätswert der variablen Kapazität N zu messen. Die hier beschriebene variable Kapazität N bezieht sich auf die Anzahl von variablen Kapazitäten, die im Anhaftungssensor 8 vorgesehen sind, oder auf eine Zahl, die jeder variablen Kapazität zugeordnet ist. N ist 1 bis 2 in der Konfiguration der ersten Ausführungsform und 1 bis 4 in der Konfiguration der zweiten Ausführungsform. Zum Beispiel wird in der Konfiguration der ersten Ausführungsform N zunächst auf 1 gesetzt, und ein Messstrom, der durch eine Sensorelektrode fließt, die die erste variable Kapazität 81a bildet, wird gemessen, um dadurch einen Kapazitätswert der ersten variablen Kapazität 81a zu messen. Insbesondere wird ein Messstrom, der durch die zweite Sensorelektrode 8b fließt, die die erste variable Kapazität 81a bildet, gemessen, wobei nur der erste Schalter 80aa eingeschaltet ist, während die erste Sensorelektrode 8a auf ein 0-V-Potenzial und die zweite Sensorelektrode 8b und die dritte Sensorelektrode 8c auf ein 5-V-Potenzial gesetzt sind.
Anschließend schreitet der Prozess zu Schritt S325 voran, in dem der Kapazitätswert der variablen Kapazität N auf der Grundlage des in Schritt S320 gemessenen Messstroms berechnet wird. Anschließend schreitet der Prozess zu Schritt S330 voran, in dem N um 1 inkrementiert wird, woraufhin der Prozess zu Schritt S335 voranschreitet. Dann wird in Schritt S335 bestimmt, ob N größer oder gleich Nmax ist, wobei Nmax ein Höchstwert der Anzahl der variablen Kapazitäten N ist, d. h. 2 in der Konfiguration der ersten Ausführungsform und 4 in der Konfiguration der zweiten Ausführungsform.
Wenn die Bestimmung in Schritt S335 negativ ist, schreitet der Prozess zu Schritt S320 voran, und ein Messstrom, der durch eine Sensorelektrode fließt, die die nächste variable Kapazität N bildet, wird gemessen, um dadurch einen Kapazitätswert der nächsten variablen Kapazität N zu messen. Da N in Schritt S330 um 1 inkrementiert wurde, entspricht diese variable Kapazität N der variablen Kapazität N+1, und ihr Kapazitätswert wird gemessen. In der Konfiguration der ersten Ausführungsform wird N zu 2 und ein Kapazitätswert der zweiten variablen Kapazität 81b wird gemessen. Insbesondere wird ein Messstrom, der durch die dritte Sensorelektrode 8c fließt, die die zweite variable Kapazität 81b bildet, gemessen, wobei nur der zweite Schalter 80ab eingeschaltet ist, während die erste Sensorelektrode 8a auf ein 0-V-Potenzial und die zweite Sensorelektrode 8b und die dritte Sensorelektrode 8c auf ein 5-V-Potenzial gesetzt sind. So wird der Kapazitätswert der zweiten variablen Kapazität 81b gemessen. Wenn die Kapazitätswerte von allen der variablen Kapazitäten N nacheinander gemessen sind, wird in Schritt S335 eine positive Bestimmung getroffen. Wenn die Bestimmung in Schritt S335 positiv ausfällt, schreitet der Prozess zu Schritt S340 voran, in dem die gleiche Verarbeitung wie in Schritt S120 von 4 durchgeführt wird, um die Position und den Typ der anhaftenden Substanz zu spezifizieren.
Wie oben beschrieben, wird zunächst auf der Grundlage des Gesamtkapazitätswerts aller variablen Kapazitäten N bestimmt, ob eine anhaftende Substanz vorhanden ist, und wenn eine anhaftende Substanz gefunden wird, werden der Typ und die Position der anhaftenden Substanz durch Messen der Kapazitätswerte der jeweiligen variablen Kapazitäten N spezifiziert. Gemäß dieser Konfiguration erfolgt die Spezifizierung des Typs und der Position der anhaftenden Substanz nur dann, wenn anhaftende Substanz gefunden wird. Daher kann das Anhaftungserfassungsverfahren vereinfacht werden.
Außerdem kann den jeweiligen variablen Kapazitäten N gleichzeitig oder jeder variablen Kapazität einzeln ein Messstrom zugeführt werden. Wird gleichzeitig ein Messstrom zugeführt, kann die Messung unter der gleichen Rauschbedingung durchgeführt werden. Allerdings sind mehrere Eigenschaftsmesseinheiten 80c mit einer den variablen Kapazitäten N entsprechenden Anzahl erforderlich, um die Kapazitätswerte der jeweiligen variablen Kapazitäten N zu messen. Andererseits ist es möglich, den Kapazitätswert mit einer einzigen Eigenschaftsmesseinheit 80c zu messen, wenn jeder variablen Kapazität, wie in der vorliegenden Ausführungsform, zur Messung der Kapazitätswerte der jeweiligen variablen Kapazitäten N individuell ein Messstrom zugeführt wird.
(Modifikation der elften Ausführungsform)
In der obigen elften Ausführungsform kann eine Sensorelektrode verschieden von der Sensorelektrode, die die variable Kapazität N bildet, ebenso auf ein 0-V-Potenzial zum Messen des Kapazitätswerts gesetzt werden.
In diesem Fall wird das in 21 gezeigte Ablaufdiagramm des Anhaftungserfassungsverfahrens ausgeführt. Insbesondere wird in den Schritten S400 bis S415 die gleiche Verarbeitung wie in den Schritten S300 bis S315 von 20 durchgeführt. Dann wird in Schritt S420 eine vorbestimmte Spannung an eine Elektrode angelegt, die die variable Kapazität N bildet, und die anderen Elektroden werden auf ein GND-Potenzial gesetzt. Dann wird ein Messstrom gemessen, der durch eine Sensorelektrode fließt, die die variable Kapazität N bildet, um dadurch einen Kapazitätswert der variablen Kapazität N zu messen. Die hier beschriebene variable Kapazität N bezieht sich auf die Anzahl der variablen Kapazitäten, die in dem Anhaftungssensor 8 vorgesehen sind, oder auf eine Zahl, die jeder variablen Kapazität zugeordnet ist. N ist 1 bis 2 in der Konfiguration der ersten Ausführungsform und 1 bis 4 in der Konfiguration der zweiten Ausführungsform. Zum Beispiel wird in der Konfiguration der ersten Ausführungsform N zunächst auf 1 gesetzt, und ein Messstrom, der durch eine Sensorelektrode fließt, die die erste variable Kapazität 81a bildet, wird gemessen, um dadurch einen Kapazitätswert der ersten variablen Kapazität 81a zu messen. Insbesondere wird ein Messstrom gemessen, der durch die zweite Sensorelektrode 8b fließt, die die erste variable Kapazität 81a bildet, während die erste Sensorelektrode 8a und die dritte Sensorelektrode 8c auf ein 0-V-Potenzial und die zweite Sensorelektrode 8b auf ein 5-V-Potenzial gesetzt werden.
Anschließend schreitet der Prozess zu Schritt S425 voran, in dem der Kapazitätswert der variablen Kapazität N wie in Schritt S325 von 20 berechnet wird. Dann wird in den Schritten S430 und S435 die gleiche Verarbeitung wie in den Schritten S330 und S335 von 20 durchgeführt. Wenn die Bestimmung in Schritt S435 negativ ausfällt, kehrt der Prozess zu Schritt S420 zurück, um das obige Verfahren zu wiederholen. So wird der Kapazitätswert jeder variablen Kapazität N gemessen.
Wie oben beschrieben, kann an eine Sensorelektrode, die die zu messende variable Kapazität N bildet, eine vorbestimmte Spannung angelegt werden, und die anderen Sensorelektroden können auf ein GND-Potenzial gesetzt werden. So kann die Anhaftungserfassungsfläche durch Änderung des angelegten Spannungswerts geändert werden.
(Weitere Ausführungsformen)
Die vorliegende Offenbarung ist vorstehend in Verbindung mit ihren Ausführungsformen beschrieben, ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Modifikationen und äquivalente Varianten sind ebenso umfasst. Darüber hinaus fallen verschiedene Kombinationen und Formen sowie andere Kombinationen und Formen, die nur ein einziges Element, eines oder mehrere Elemente oder eines oder weniger Elemente enthalten, ebenso in den Schutzumfang und Geist der vorliegenden Offenbarung.
So ist die Struktur der Komponenten, die den Ultraschallsensor bilden, wie z. B. das Mikrofon 2, das Mikrofongehäuse 3 und das Sensorgehäuse 6, lediglich ein Beispiel und kann entsprechend modifiziert werden.
Das Mikrofongehäuse 3 ist zum Beispiel aus einem Leiter aufgebaut, der die Form eines Zylinders mit Boden aufweist. Das Mikrofongehäuse 3 kann jedoch jede beliebige Form aufweisen, solange es eine röhrenförmige Form mit Boden hat, und muss nicht unbedingt aus einem Leiter aufgebaut sein, wenn das Mikrofongehäuse 3 nicht als ein Teil mehrerer Sensorelektroden verwendet wird, wie in der ersten Ausführungsform. Es ist zu beachten, dass das Mikrofongehäuse 3 als ein Teil von mehreren Sensorelektroden verwendet werden kann, in jeder Struktur, die in den obigen Ausführungsformen, einschließlich der ersten Ausführungsform, aufgezeigt ist. In diesem Fall kann, wie in der vierten Ausführungsform, eine Schutzelektrode zwischen dem Boden 3a und den anderen Sensorelektroden aus den mehreren auf dem Boden 3a angeordneten Sensorelektroden vorgesehen sein. Auf diese Weise können die gleichen Effekte wie in der vierten Ausführungsform erzielt werden.
Darüber hinaus sind die Positionen und die Anzahl von Sensorelektroden nicht speziell beschränkt, solange mehrere Sensorelektroden vorgesehen sind, um mehrere variable Kapazitäten zu bilden. In diesem Fall können die Sensorelektroden beispielsweise in einer Richtung angeordnet sein, wie in der ersten Ausführungsform, oder sie können in einer ersten Richtung und einer Richtung senkrecht zur ersten Richtung angeordnet sein, wie in der zweiten Ausführungsform.
Ferner wird bei der Messung des individuellen Kapazitätswerts an jede der Sensorelektroden, die die jeweiligen variablen Kapazitäten aus mehreren variablen Kapazitäten bilden, ein unterschiedliches Potenzial wie 0 V oder 5 V angelegt. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. In dem oben beschriebenen Beispiel werden die individuellen Kapazitätswerte unter Verwendung einer einzigen Eigenschaftsmesseinheit 80c gemessen. Es können jedoch auch mehrere Eigenschaftsmesseinheiten 80c vorgesehen werden, deren Anzahl den variablen Kapazitäten entspricht, so dass die individuellen Kapazitätswerte von den jeweiligen Eigenschaftsmesseinheiten 80c individuell gemessen werden.
Die obigen Ausführungsformen sind nicht notwendigerweise unabhängig voneinander und können in geeigneter Weise miteinander kombiniert werden, außer in Fällen, in denen die Kombination eindeutig unmöglich ist. Beispielsweise können die Sensorelektroden wie in der dritten Ausführungsform außerhalb des Schwingungsabschnitts angeordnet sein, während die Sensorelektroden wie in der sechsten Ausführungsform in einem kammartigen Muster, wie in der siebten Ausführungsform in einem Gittermuster oder wie in der achten Ausführungsform in einer Struktur mit rautenförmigen, miteinander verbundenen Elektroden angeordnet sind. Gemäß diesen Konfigurationen können die gleichen Effekte wie in der dritten Ausführungsform erzielt werden.
Ferner wird im obigen Beispiel die Stoßstange B als ein Beispiel für das Karosserieteil verwendet, an dem der Ultraschallsensor 1 montiert wird. Der Ultraschallsensor 1 kann jedoch ebenso an einem Karosserieteil verschieden von der Stoßstange B, wie beispielsweise an einer Kotflügelverkleidung, montiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019160632 [0001]
US 8675449 [0005]

Claims

Ultraschallsensor mit: - einem Mikrofon (2), das aus einem piezoelektrischen Schwingungselement aufgebaut ist, das ein elektrisches Signal in eine Schwingung wandelt und eine Schwingung in ein elektrisches Signal wandelt; - einem Mikrofongehäuse (3), das das Mikrofon beherbergt, wobei das Mikrofongehäuse (3) in einer mit einem Boden versehenen röhrenförmigen Form ausgebildet ist, die einen Boden (3a), der einen Schwingungsabschnitt bildet, an dem das Mikrofon befestigt ist, und eine Seitenwand (3b) aufweist; und - einem Anhaftungssensor (8), der Anhaftung einer fremden Substanz an einer ersten Oberfläche des Bodens erfasst, wobei - der Anhaftungssensor aufweist: - mehrere variable Kapazitäten (81a, 81b, 82a bis 82d und 83a bis 83d), die zwischen mehreren Sensorelektroden (8a bis 8p) definiert sind, die auf der ersten Oberfläche des Bodens angeordnet sind, wobei jede der mehreren variabler Kapazitäten einen Kapazitätswert aufweist, der sich im Ansprechen auf Anhaftung einer fremden Substanz an der ersten Oberfläche ändert; und - eine Anhaftungserfassungseinheit (80), die konfiguriert ist, um einen individuellen Kapazitätswert, der ein Kapazitätswert jeder der mehreren variablen Kapazitäten ist, und einen Gesamtkapazitätswert, der eine Summe der Kapazitätswerte aller der mehreren variablen Kapazitäten ist, zu messen, um auf der Grundlage des individuellen Kapazitätswerts und des Gesamtkapazitätswerts zu bestimmen, ob eine fremde Substanz an der ersten Oberfläche anhaftet, und, wenn bestimmt wird, dass eine fremde Substanz anhaftet, einen Typ der fremden Substanz zu spezifizieren.
Ultraschallsensor nach Anspruch 1, wobei die Anhaftungserfassungseinheit konfiguriert ist, um an jede der Sensorelektroden, die jede der mehreren variablen Kapazitäten bilden, ein anderes Potenzial anzulegen, um dadurch jeder der mehreren variablen Kapazitäten einen Messstrom zum Messen des individuellen Kapazitätswerts zuzuführen.
Ultraschallsensor nach Anspruch 1, wobei - die Anhaftungserfassungseinheit so konfiguriert ist, dass sie mehrere Eigenschaftsmesseinheiten (80c) mit einer den mehreren variablen Kapazitäten entsprechenden Anzahl aufweist; und - der Gesamtkapazitätswert durch gleichzeitiges Messen der individuellen Kapazitätswerte der mehreren variablen Kapazitäten durch die mehreren Eigenschaftsmesseinheiten gemessen wird.
Ultraschallsensor nach Anspruch 1, wobei - die Anhaftungserfassungseinheit so konfiguriert ist, dass sie nur eine Eigenschaftsmesseinheit (80c) aufweist; und - der Gesamtkapazitätswert gemessen wird, indem ein Kapazitätswert jeder der mehreren variablen Kapazitäten einer nach dem anderen durch die Eigenschaftsmesseinheit gemessen wird und alle der Kapazitätswerte der mehreren variablen Kapazitäten addiert werden.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mehreren Sensorelektroden in einer ersten Richtung auf der ersten Oberfläche angeordnet sind.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die mehreren Sensorelektroden in einer ersten Richtung auf der ersten Oberfläche und in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung auf der ersten Oberfläche angeordnet sind.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei - die mehreren Sensorelektroden eine erste Sensorelektrode (8f) und eine zweite Sensorelektrode (8g) umfassen, die jeweils eine gerade Form aufweisen; und - mindestens drei der Sensorelektroden, die aus der ersten Sensorelektrode und der zweiten Sensorelektrode bestehen, abwechselnd angeordnet und in einem kammartigen Muster ausgelegt sind.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei - die mehreren Sensorelektroden eine erste Sensorelektrode (8d) und eine zweite Sensorelektrode (8e) umfassen, die jeweils eine gerade Form aufweisen; und - die erste Sensorelektrode und die zweite Sensorelektrode abwechselnd in einem vorbestimmten Winkelintervall in einer Umfangsrichtung auf der ersten Oberfläche in einem radialen Layout angeordnet sind.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei - die mehreren Sensorelektroden umfassen: - mehrere erste Sensorelektroden (8h), die jeweils eine gerade Form aufweisen, wobei die ersten Sensorelektroden in einem gleichen Intervall angeordnet sind, um ein Streifenmuster zu bilden; und - mehrere zweite Sensorelektroden (8i), die jeweils eine gerade Form aufweisen, wobei die zweiten Sensorelektroden in einem gleichen Intervall angeordnet sind, um ein Streifenmuster in einer Richtung zu bilden, die sich mit den ersten Sensorelektroden schneidet, wobei - die ersten Sensorelektroden auf den zweiten Sensorelektroden mit einer dazwischen angeordneten Isolierschicht (3e) angeordnet sind, so dass die ersten Sensorelektroden und die zweiten Sensorelektroden in einem Gittermuster angeordnet sind.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei - die Seitenwand des Mikrofongehäuses einen dünnen Wandabschnitt (3ba) und einen dicken Wandabschnitt (3bb) mit einer größeren Dicke als die des dünnen Wandabschnitts aufweist; und - die mehreren Sensorelektroden nur an Positionen angeordnet sind, die dem dicken Wandabschnitt der Seitenwand entsprechen.
Ultraschallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei - das Mikrofongehäuse aus einem Leiter aufgebaut und mit einem Massepotenzialpunkt verbunden ist; und - das Mikrofongehäuse einen Teil der mehreren Sensorelektroden bildet.
Ultraschallsensor nach Anspruch 11, wobei eine Schutzelektrode (100, 101) zwischen dem Boden des Mikrofongehäuses und der am Boden angeordneten Sensorelektrode aus den mehreren Sensorelektroden angeordnet ist, wobei die Schutzelektrode auf das gleiche Potenzial gesetzt ist wie die am Boden angeordnete Sensorelektrode aus den mehreren Sensorelektroden.