JP2021039006A - 超音波センサ - Google Patents

Abstract

【課題】振動部の振動特性への影響が大きな異物の全面付着と影響が小さな異物の部分付着とを判別することが可能な超音波センサを提供する。【解決手段】付着センサ８に構成される可変容量が複数備えられるように分割したセンサ電極をマイク筐体３における底部３ａの一面側に配置する。そして、個々の可変容量の容量変化を測定する。これにより、付着検知エリアを細分化でき、付着物の場所を特定することができる。また、付着物の種別に応じた比誘電率の相違を利用して、複数の可変容量の合計容量値と個々の容量値との関係から付着物の種別を特定する。これにより、異物の付着が部分付着と全体付着のいずれであるかを特定できるのに加えて、付着物の場所および種別を特定できる。【選択図】図２

Description

本発明は、超音波振動を行うマイク筐体を有する超音波センサに関するものである。

超音波センサは、例えば車両のバンパーなどのボデー部品に取り付けられ、マイクが有底円筒状部材で構成されたマイク筐体の底部（以下、振動部という）に貼り付けられた構成とされる。そして、超音波センサは、マイクへの通電に基づいて振動部を超音波振動させることで超音波を発生させると共に、この超音波の反射波を受け取ることで車両の近傍に存在する障害物を検知する。このような超音波センサでは、マイク筐体の振動面に付着物が存在すると、それに起因して振動特性が変化し、的確な障害物検知が行えなくなる。具体的には、振動部の全面に雪が付着すると、付着物によって超音波が吸音されてしまい、障害物検知が行えなくなる。

このため、特許文献１において、マイク筐体の振動面に２つの環状電極を同心円状に配置し、２つの環状電極の間の静電容量が付着物によって変化することに基づき、付着物を検出する技術が提案されている。

米国特許第８６７５４４９号明細書

しかしながら、障害物検知に影響があるのは振動部の全面に異物が付着した場合であり、水が振動面に部分的に付着したような異物の部分付着などは影響が少ないため、異物の部分付着と全面付着とを判別して付着物を検出したいが、それらを判別することが難しい。すなわち、静電容量は、比誘電率の違いと付着物の付着面積により変化するが、比誘電率は雪が３、水が８０であるために、水の部分付着と雪の全面付着とで静電容量に差が明確に生じず、これらを判別することが困難である。

本発明は上記点に鑑みて、超音波を吸音してしまう雪の全面付着と影響が小さな異物の部分付着とを判別することが可能な超音波センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の超音波センサは、電気信号の振動への変換および振動の電気信号への変換を行う圧電振動素子にて構成されたマイク（２）と、マイクが取り付けられる振動部を構成する底部（３ａ）と側壁部（３ｂ）とを有する有底筒状とされ、マイクが収容されるマイク筐体（３）と、底部の一面側への異物の付着を検知する付着センサ（８）と、を有し、付着センサは、底部の一面側に備えられた複数のセンサ電極（８ａ〜８ｐ）を含み、前記一面側への異物の付着によって容量値が変化する複数の可変容量（８１ａ、８１ｂ、８２ａ〜８２ｄ、８３ａ〜８３ｄ）と、複数の可変容量における個々の可変容量の容量値である個別容量値と、該複数の可変容量の全体の合計容量値とを計測し、個別容量値と合計容量値とに基づいて前記一面への異物の付着を判定すると共に、異物の付着があったときに該異物の種別を特定する付着検知部（８０）と、を有している。

このように、付着センサに構成される可変容量が複数備えられるように分割したセンサ電極をマイク筐体における底部の一面側に配置している。そして、個々の可変容量の容量変化を測定している。このため、付着検知エリアを細分化でき、付着物の場所を特定することができる。また、付着物の種別に応じた比誘電率の相違を利用して、複数の可変容量の合計容量値と個々の容量値との関係から付着物の種別を特定している。これにより、異物の付着が部分付着と全体付着のいずれであるかを特定できるのに加えて、付着物の場所および種別を特定できる。よって、振動部の振動特性への影響が大きな異物の全面付着と影響が小さな異物の部分付着とを判別することが可能な超音波センサにできる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態にかかる超音波センサの断面図である。 マイク筐体の底面の一面に対する法線方向から見た付着センサに備えられる各種電極構造を示す図である。 付着センサの回路図である。 付着検知処理のフローチャートである。 付着物なしの場合と雪の全面付着および水の部分付着の場合それぞれでの全体容量と第１可変容量や第２可変容量の容量値を示す図である。 付着物なしの場合と付着物ありの場合の振幅電圧の振幅比を示した図である。 第２実施形態にかかる超音波センサのマイク筐体の底面の一面に対する法線方向から見た付着センサに備えられる各種電極構造を示す図である。 付着物なしの場合と雪の全面付着および水の部分付着の場合それぞれでの全体容量と第１可変容量から第４可変容量の容量値を示す図である。 第３実施形態にかかる超音波センサのマイク筐体の底面の一面に対する法線方向から見た付着センサに備えられる各種電極構造を示す図である。 図９を紙面左右方向に伸びる直線で切断した場合の断面図である。 第４実施形態にかかる超音波センサのマイク筐体の底面の一面に対する法線方向から見た付着センサに備えられる各種電極構造を示す図である。 図１１を紙面左右方向に伸びる直線で切断した場合の断面図である。 第５実施形態にかかる超音波センサのマイク筐体の底面の一面に対する法線方向から見た付着センサに備えられる各種電極構造を示す図である。 第６実施形態にかかる超音波センサのマイク筐体の底面の一面に対する法線方向から見た付着センサに備えられる各種電極構造を示す図である。 第７実施形態にかかる超音波センサのマイク筐体の底面の一面に対する法線方向から見た付着センサに備えられる各種電極構造を示す図である。 図１５を紙面左右方向に伸びる直線で切断した場合の断面図である。 第８実施形態にかかる超音波センサのマイク筐体の底面の一面に対する法線方向から見た付着センサに備えられる各種電極構造を示す図である。 第９実施形態にかかる超音波センサのマイク筐体の底面の一面に対する法線方向から見た付着センサに備えられる各種電極構造を示す図である。 第１０実施形態で説明する超音波センサの付着検知処理のフローチャートである。 第１１実施形態で説明する超音波センサの付着検知処理のフローチャートである。 第１２実施形態で説明する超音波センサの付着検知処理のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
図１〜図６を参照して、第１実施形態にかかる超音波センサ１の構造について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る超音波センサ１は、例えば、板状の車体部品であるバンパーＢを装着対象として装着されることで車両に取り付けられる。バンパーＢは、車両の外表面を構成するバンパー外面Ｂ１と、その裏面であるバンパー内面Ｂ２とを有している。また、バンパーＢには、超音波センサ１を装着するための貫通孔である取付孔Ｂ３が形成されている。

超音波センサ１は、マイク２、マイク筐体３、クッション４、回路基板５、センサケース６、センサコネクタ７および付着センサ８などを有し、装着部品１１を介してバンパーＢに装着されている。

マイク２は、電気信号を振動に変換したり、振動を電気信号に変換することによって超音波センサ１における集音部および放音部としての超音波トランスデューサを構成するものであり、圧電振動素子によって構成されている。マイク２は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴという）等の圧電膜２ａと、圧電膜２ａの一面側に接続された正極端子２ｂおよび圧電膜２ａの他面側に接続された負極端子２ｃとを有した構成とされ、負極端子２ｃ側がマイク筐体３に貼り付けられる。

具体的には、マイク２のうちの正極端子２ｂが配置された一面側がマイク筐体３への貼り付け面と反対側を向けられている。また、負極端子２ｃは、圧電膜２ａの他面側に形成されつつ、圧電膜２ａの側面から一面側に至るような折り返し構造とされている。このため、負極端子２ｃは、正極端子２ｂから離されて絶縁されつつも、正極端子２ｂと同じ一面側にも形成された構造となっている。したがって、マイク２の他面側において、負極端子２ｃがマイク筐体３に貼り付けられてもマイク２の一面側において電気的な接続が可能となっている。そして、正極端子２ｂが正極配線９ａを通じて回路基板５に備えられる図示しない正極パターンに電気的に接続され、負極端子２ｃが負極配線９ｂを通じて回路基板５に備えられる図示しない負極パターンに電気的に接続されている。

このような構成では、マイク２に対して駆動信号となる電圧を印加すること、つまり正極端子２ｂに対して矩形波状の電圧を印加し、正極端子２ｂと負極端子２ｃとの間に繰り返し電位差を発生させることにより、マイク２を振動させることができる。また、マイク２が外部振動に基づいて変位させられると、マイク２より、それに応じた起電力を出力として発生させることもできる。そして、マイク２への駆動信号の印加およびマイク２からの起電力の出力は、マイク２と回路基板５との間を繋ぐ正極配線９ａおよび負極配線９ｂを通じて行われるようになっている。

さらに、本実施形態の場合、マイク２は、導電性の接着剤などを介して、導体で構成されたマイク筐体３に対して貼り付けられている。このため、マイク２の負極端子２ｃとマイク筐体３とが電気的に接続され、マイク筐体３が負極端子２ｃと共に回路基板５の接地電位点に接続されている。なお、ここではマイク筐体３が負極端子２ｃおよび負極配線９ｂを介して接地電位点に接続される構造としたが、マイク筐体３と負極端子２ｃとを電気的に接続せず、マイク筐体３に接地配線を直接接続し、接地配線を通じて接地電位点に接続する構成でも良い。

マイク筐体３は、マイク２が発した振動を超音波として外部に出力したり、外部からの振動をマイク２に伝えたりする役割を果たすものであり、本実施形態のようにマイク筐体３を導体で構成する場合、ノイズに対するシールドとしての役割も果たす。マイク筐体３は、底部３ａおよび側壁部３ｂを有した有底円筒状部材で構成されており、マイク筐体３の内側を収容空間として、底部３ａの中央部にマイク２が貼り付けられることでマイク２を収容している。そして、マイク筐体３は、底部３ａ側がバンパー外面Ｂ１側に向けられ、側壁部３ｂ側、換言すれば開口部側がバンパー内面Ｂ２に向けられて配置されている。

図２中に破線で示したように、マイク筐体３の収容空間は、底部３ａの一面に対する法線方向から見て、四隅が丸められた長方形状とされている。このため、マイク筐体３の側壁部３ｂは、収容空間が構成する長方形状のうちの短辺と対応する部位が薄肉部３ｂａ、長辺と対応する部位が厚肉部３ｂｂとなっている。

このように構成されるマイク筐体３は、底部３ａが振動部となることで超音波の送信を行う。具体的には、マイク２への駆動信号となる電圧の印加に基づいてマイク２が振動させられると、それに伴って底部３ａも振動させられる。そして、このような動作に基づいてマイク筐体３の底部３ａが超音波振動させられ、底部３ａのうちの露出された一面の法線方向を指向軸として超音波が送信されるようになっている。

また、マイク筐体３は、送信した超音波の反射波が戻ってくると、それに伴って底部３ａが振動させられ、底部３ａに取り付けられたマイク２にその振動を伝える。これにより、マイク２の出力として、伝えられた振動に応じた起電力が発生させられることから、超音波センサ１は、この起電力に基づいて反射波の受信を検知することができる。

上記したように、本実施形態の場合、マイク筐体３を導体で構成しているが、導体材料としては、例えばアルミニウムや導電性ポリマーもしくは金属フィラーを樹脂で固めたもの等を用いることができる。そして、マイク筐体３は、負極端子２ｃおよび負極配線９ｂを通じて、回路基板５において接地電位点となる図示しないＧＮＤ（グランド）パターンに電気的に接続されている。

なお、ここでは図示していないが、マイク筐体３内は、シリコーンゴム等の防振材が充填される。

クッション４は、マイク筐体３が嵌め込まれる中空部が構成される円筒部を有し、本実施形態では、有底円筒状で構成されている。このクッション４の中空部内にマイク筐体３がマイク２等と共に収容されている。クッション４は、弾性材料で構成された緩衝部材となるものであり、マイク筐体３とバンパーＢもしくはセンサケース６との間における振動の伝達を抑制する。クッション４は、絶縁弾性材料によって構成され、例えばシリコーンゴム等によって構成されている。クッション４の底部には貫通孔４ａが形成されており、この貫通孔４ａを通じてマイク筐体３の内部が回路基板５側に向けて開口させられている。

回路基板５は、超音波センサ１におけるセンサ回路を構成する各部が備えられたものである。この回路基板５に対して、マイク２やマイク筐体３が各配線９ａ、９ｂを介して電気的に接続されると共に、図１中には示していない各種電子部品が実装されることでセンサ回路が構成されている。

具体的には、センサ回路は、マイク２に加えて、送信部、受信部、制御部、図３に示す付着検知部８０などを備えた構成とされている。そして、送信部、受信部、制御部および付着検知部８０を構成する各種電子部品が回路基板５に実装されている。このセンサ回路により、障害物検知やマイク筐体３の振動部への異物の付着検知を行っている。

送信部は、制御部からの制御信号に基づいて、マイク２への電気信号の入力として、超音波駆動用の電圧を印加する。これにより、マイク２およびマイク筐体３の底部３ａが振動させられ、超音波が送信される。受信部は、差動増幅を行うアンプ等によって構成されており、受信時にマイク筐体３を通じてマイク２に伝えられた振動を電気信号に変換する。制御部は、送信部からの超音波の送信に関する制御、受信部による反射波の受信に関する制御を行う。付着検知部８０は、異物の付着検知を行うためのものであり、センサ回路の一部として備えられる付着センサ８の一部を構成するものである。付着検知部８０の詳細および異物の付着検知については後で詳述する。ここでは付着検知部８０を制御部と別構成として示しているが、制御部内に付着検知部８０が備えられるようにしても良い。

このように構成されたセンサ回路は、例えば車両走行時などに障害物検知が要求される自動運転などのアプリケーションが起動された際に、当該アプリケーションから指令が届き、障害物検知を行う。すなわち、アプリケーションから指令が届くと、制御部が送信部を制御してマイク２に所定の電圧を印加させ、超音波を送信させる。また、この超音波が障害物で反射してその反射波が戻ってくると、その反射波に基づく振動がマイク２にて電気信号に変換されるため、それが受信部で受信される。このため、制御部は、送信部からの超音波の送信タイミングと受信部での反射波の受信タイミングとの時間間隔に基づいて、車両から障害物までの距離を求めるなどの障害物検知を行い、その検知結果をアプリケーションに伝えるようになっている。

なお、ここでは制御部を回路基板５に備えた構成として説明するが、制御部については超音波センサの外部に備えられた構成とされていても良い。例えば、超音波センサの外部に備えられた障害物検知が要求されるアプリケーションを実行するための電子制御装置（以下、ＥＣＵという）、もしくは、そのアプリケーションからの指令に基づいて超音波センサを制御するＥＣＵが制御部であっても良い。例えば、超音波センサを制御するＥＣＵとしては、ソナーＥＣＵが挙げられる。制御部が超音波センサの外部に備えられる場合、回路基板５に制御部との通信を行うためのインターフェイス（以下、Ｉ／Ｆという）を備えた構成とされる。そして、Ｉ／Ｆを通じて、制御部からの駆動信号が回路基板５に入力されることで、送信部と受信部および付着検知部８０が駆動され、受信部での受信結果や付着検知部８０での検知結果が制御部に伝えられる。

センサケース６は、超音波センサ１のケーシングを構成する中空状の部材であって、ポリブチレンテレフタレート等の硬質な絶縁性合成樹脂によって一体に形成されている。

具体的には、センサケース６は、筒状部に相当する円筒部６ａと略長方体状とされた収容部６ｂおよびコネクタケース６ｃとを有した構成とされている。円筒部６ａの内部と収容部６ｂの中空部は連通されており、円筒部６ａ内にマイク２を貼り付けたマイク筐体３およびクッション４が固定されると共に、クッション４の貫通孔４ａを通じて各種配線９ａ、９ｂが収容部６ｂ側に引き出されている。収容部６ｂの中空部内には回路基板５が配置されており、センサコネクタ７の一端も引き出されている。回路基板５は、収容部６ｂの内部において各種配線９ａ、９ｂと電気的に接続されており、センサコネクタ７の一端とも電気的に接続されている。また、収容部６ｂのうち円筒部６ａと反対側の一面は開口させられており、この開口させられた部分から収容部６ｂの中空部内を充填するように防湿性部材１０が備えられている。

コネクタケース６ｃは、センサケース６の一端に備えられており、コネクタケース６ｃからセンサコネクタ７の他端が露出させられている。

センサコネクタ７は、超音波センサ１と外部との電気的接続を行うためのものである。図中には１本しか示していないが、例えば電圧印加用、ＧＮＤ接続用、出力用などの複数本が備えられている。センサコネクタ７は、一端がセンサケース６における収容部６ｂ内に引き出され、回路基板５に接続されていると共に、他端がコネクタケース６ｃから露出させられている。そして、コネクタケース６ｃに対して図示しない外部コネクタが接続されることで、コネクタケース６ｃから露出されたセンサコネクタ７の他端が外部コネクタに備えられた端子に接続され、超音波センサ１と外部との電気的接続が行われるようになっている。

付着センサ８は、振動部への異物の付着、例えば雪の付着などを検知するためのものである。付着センサ８は、図３に示す回路構成とされ、付着検知部８０に加えて、可変容量８１として、第１可変容量８１ａ、第２可変容量８１ｂを備えた構成とされている。

第１可変容量８１ａおよび第２可変容量８１ｂは、第１センサ電極８ａ、第２センサ電極８ｂおよび第３センサ電極８ｃによって構成されている。本実施形態の場合、図２に示すように第１センサ電極８ａ、第２センサ電極８ｂおよび第３センサ電極８ｃは、一方向に沿って並べられて配置されている。

第１センサ電極８ａ、第２センサ電極８ｂおよび第３センサ電極８ｃは、本実施形態のようにマイク筐体３を導体で構成する場合には、マイク筐体３の表面を覆うように絶縁層３ｃを形成した上に形成される。絶縁層３ｃは、第１センサ電極８ａ、第２センサ電極８ｂおよび第３センサ電極８ｃとマイク筐体３との間を電気的に分離するために形成され、本実施形態ではマイク筐体３の底部３ａを全面覆うように形成されている。なお、第１センサ電極８ａ、第２センサ電極８ｂおよび第３センサ電極８ｃの周囲は保護層３ｄで覆われることで保護されている。また、図示していないが、第１センサ電極８ａ、第２センサ電極８ｂおよび第３センサ電極８ｃは、例えばマイク筐体３の外壁面に沿って形成された配線部に接続され、配線部が回路基板５に接続されることで所望電位が印加できる構成とされている。

第１センサ電極８ａは、マイク筐体３の底部３ａの一面側に形成されている。第１センサ電極８ａの配置場所や形状については任意であるが、本実施形態の場合は第１センサ電極８ａを振動部に配置すると共に振動部と同様の長方形状とし、底部３ａの内周部において底部３ａにおける振動部の中心と同軸的に配置している。

第２センサ電極８ｂも、マイク筐体３の底部３ａの一面側に形成されている。第２センサ電極８ｂの配置場所や形状については任意であるが、本実施形態の場合は第２センサ電極８ｂを振動部と異なる部分、つまり外縁側に配置し、長方形状としている。第２センサ電極８ｂは、その一辺が第１センサ電極８ａの一辺と対向するように配置されている。

第３センサ電極８ｃも、マイク筐体３の底部３ａの一面側に形成されている。第３センサ電極８ｃの配置場所や形状については任意であるが、本実施形態の場合は第３センサ電極８ｃを振動部と異なる部分、つまり第１センサ電極８ａを挟んで第２センサ電極８ｂと反対側の位置の外縁側に配置し、長方形状としている。第３センサ電極８ｃは、その一辺が第１センサ電極８ａの一辺と対向するように配置されている。

このような構造において、第１センサ電極８ａと第２センサ電極８ｂおよび絶縁層３ｃによって第１可変容量８１ａが構成され、第１センサ電極８ａと第３センサ電極８ｃおよび絶縁層３ｃによって第２可変容量８１ｂが構成されている。図３に示すように、第１可変容量８１ａおよび第２可変容量８１ｂは互いに並列的に付着検知部８０に接続されている。

付着検知部８０は、回路基板５にセンサ回路の一部として備えられたものである。付着検知部８０は、付着検知を行う際に、図３に示すように第１可変容量８１ａもしくは第２可変容量８１ｂを通じる電流経路にセンシング電流となる交流信号を順番に流す。そして、第１可変容量８１ａおよび第２可変容量８１ｂの容量値を算出することで異物の付着の有無や付着の状態を検知する。

具体的には、付着検知部８０は、スイッチ制御部８０ａと電流供給部８０ｂと特性測定部８０ｃおよび付着判定部８０ｄを有した構成とされている。スイッチ制御部８０ａは、可変容量数に応じた数のスイッチが備えられ、本実施形態では第１スイッチ８０ａａおよび第２スイッチ８０ａｂを有した構成とされている。スイッチ制御部８０ａは、付着判定部８０ｄからの制御信号に基づいて各スイッチのオンオフを制御する。電流供給部８０ｂは、付着検知の際に所定の電圧を印加することで交流信号のセンシング電流を第１可変容量８１ａや第２可変容量８１ｂに対して流すものである。特性測定部８０ｃは、センシング電流を流したときの第１可変容量８１ａや第２可変容量８１ｂの容量値の測定を行う。付着判定部８０ｄは、特性測定部８０ｃの測定結果に基づいて異物の付着やその状態を検知する。例えば、付着判定部８０ｄは、異物が水と雪のいずれであるかという異物の種別の判定や異物が部分付着なのか全面付着なのかを判定している。また、付着判定部８０ｄは、付着検知の際に、どの可変容量の容量値を測定するのかを決め、スイッチ制御部８０ａにそれに対応する制御信号を出力する。これにより、容量値の測定を行いたい可変容量と対応するスイッチが順番にオンされ、センシング電流が流される可変容量を切り変えられて、所望の可変容量の容量値が測定される。

装着部品１１は、バンパーＢに対して超音波センサ１を強固に固定するリテーナおよびバンパー外面Ｂ１に露出させられる意匠としてのベゼルを構成する部品であり、樹脂などによって構成されている。本実施形態の場合、装着部品１１は、円筒部１１ａとフランジ部１１ｂおよびストッパー部１１ｃを有した構成とされている。

円筒部１１ａは、センサケース６の円筒部６ａやマイク筐体３等が嵌め込まれる部分である。この円筒部１１ａの中空部内に円筒部６ａやマイク筐体３等が嵌め込まれることで、超音波センサ１が装着部品１１に保持される。フランジ部１１ｂは、円筒部１１ａの一端に配置され、円筒部１１ａから径方向外側に延設された部分である。このフランジ部１１ｂの外側の一面がバンパー外面Ｂ１から露出させられる意匠としてのベゼルを構成している。ストッパー部１１ｃは、フランジ部１１ｂから所定距離離れた位置において円筒部１１ａの側面に形成されている。このストッパー部１１ｃとフランジ部１１ｂの内側の一面との間にバンパーＢにおける樹脂部が挟み込まれることで、装着部品１１がバンパーＢに強固に固定され、超音波センサ１がバンパーＢに装着される。

以上のようにして、本実施形態にかかる超音波センサ１が構成されており、装着部品１１を介してバンパーＢに装着されている。このように構成される超音波センサ１は、上記したように、例えば、障害物検知が要求されるアプリケーションからの指令が回路基板５に入力されると、制御部が送信部を制御して超音波を送信させると共に、受信部でその反射波を受信することで障害物検知を行う。また、超音波センサ１による障害物検知が行われていないタイミング、つまりマイク２による超音波振動が行われていないときに、例えば車両のイグニッションスイッチなどの起動スイッチがオンされたときに、付着センサ８にて異物の付着検知を行う。

この付着検知について、図４に示す付着検知処理のフローチャートを参照して説明する。なお、図４に示す処理は、車両の起動スイッチがオンになると付着検知部８０において所定の制御周期毎に実行されるようになっている。

まず、付着検知のタイミングになると、ステップＳ１００において、検出状態のセット処理を行う。検出状態のセット処理では、付着検知に適切な状態をセットする。具体的には、障害物検知が行われていなくて振動部が振動させられていない状態、好ましくは停車中で走行による振動の影響も無くせる状態とする。車両の起動スイッチがオンされて直ぐの状態であれば、付着検知に適切な状態であるとしている。

次に、ステップＳ１０５において、個別容量値測定を行う。個別容量値測定では、個別容量値として、第１可変容量８１ａや第２可変容量８１ｂの容量値を個々に測定する。例えば、まずは第１スイッチ８０ａａをオン、第２スイッチ８０ａｂをオフにした状態として電流供給部８０ｂより第１可変容量８１ａにセンシング電流を流し、特性測定部８０ｃで第１可変容量８１ａの容量値を測定する。次に、第１スイッチ８０ａａをオフ、第２スイッチ８０ａｂをオンにした状態として電流供給部８０ｂより第２可変容量８１ｂにセンシング電流を流し、特性測定部８０ｃで第２可変容量８１ｂの容量値を測定する。このようにして、第１可変容量８１ａや第２可変容量８１ｂの容量値を測定している。

続いて、ステップＳ１１０において、全体容量値算出を行う。全体容量算出では、回路全体の容量、ここでは第１可変容量８１ａと第２可変容量８１ｂの合計容量値を算出する。例えば、ステップＳ１０５で個々に測定した第１可変容量８１ａや第２可変容量８１ｂの容量値を足し合わせることで合計容量値を算出できる。また、第１スイッチ８０ａａと第２スイッチ８０ａｂを共にオンした状態として電流供給部８０ｂより第１可変容量８１ａと第２可変容量８１ｂにセンシング電流を流し、特性測定部８０ｃで第１可変容量８１ａと第２可変容量８１ｂとが並列接続された状態での全体容量を算出しても良い。

そして、ステップＳ１１５において付着物があるか否かの判定を行い、ここで肯定判定されるとステップＳ１２０に進んで付着物の場所と種別を特定する処理を行う。これらの処理は、ステップＳ１０５、Ｓ１１０の結果に基づいて行われる。

異物が付着した場合、第１可変容量８１ａや第２可変容量８１ｂの容量値が変化することで全体容量値が変化するため、全体容量値を確認することで異物の付着を検出することができる。しかしながら、上記したように、水の部分付着などは障害物検知に与える影響が少ないため、異物が付着したことを検知したとしても、それによって障害物検知が行われないようにすることは好ましくない。

このため、まずはステップＳ１１５で全体容量値の変化に基づいて付着物があるか否かを判定する。部分付着の場合でも全体付着の場合でも、いずれの場合も付着物があった場合には、無かった場合と比較して合計容量値が変化する。したがって、例えば、超音波センサの各部の設計値、電気的特性、付着センサ８の回路を構成する各部の抵抗値や静電容量、インピーダンスなどに基づいて付着物の有無を判別するための閾値を設定し、合計容量値が閾値を超えると付着物ありと判定している。

そして、ステップＳ１１５で肯定判定されるとステップＳ１２０に進み、ステップＳ１１０での第１可変容量８１ａと第２可変容量８１ｂの個々の容量値の測定結果に基づいて付着物の場所と種別を特定する。

部分付着の場合、異物が第１可変容量８１ａの配置場所に付着したのであれば第１可変容量８１ａの容量値が変化するが、第２可変容量８１ｂの容量値についてはほぼ変化しない。全体付着の場合、異物が第１可変容量８１ａの配置場所と第２可変容量８１ｂの配置場所の両方に付着することになるため、第１可変容量８１ａと第２可変容量８１ｂの容量値が同様に変化する。このことに基づき、第１可変容量８１ａと第２可変容量８１ｂの容量値を比較すること、例えば両者の差の大きさを確認することで、部分付着と全体付着のいずれであるかを特定できる。

一方、付着物の種別に応じて比誘電率が異なっていることから、全体付着の場合であっても、雪と水とでは合計容量値が異なった値になる。また、比誘電率の低い雪が全体付着していた場合と、比誘電率が高い水が部分付着した場合とで、合計容量値が近い値になる。

このため、第１可変容量８１ａと第２可変容量８１ｂの容量値を比較することで部分付着と全体付着かを特定すると、さらに合計容量値の大小に基づいて、付着物の種別を特定する。例えば、全体付着で合計容量値が大きい値であれば水の付着、全体付着で合計容量値が小さい値であれば雪の付着、部分付着で合計容量値が部分付着の割に大きい値であれば水の値などのように、付着物の種別を特定できる。

なお、第１可変容量８１ａと第２可変容量８１ｂの容量値を個別に測定していることから、はじめからこれらの測定結果に基づいて、付着物の有無やその場所および種別を特定することも考えられる。しかしながら、付着物が雪であった場合のように、比誘電率が小さいと、第１可変容量８１ａと第２可変容量８１ｂの容量値の変化量が小さく、的確に付着物の有無の判定を行えない可能性がある。このため、付着物の有無については合計容量値によって判定し、付着物があった場合に、第１可変容量８１ａと第２可変容量８１ｂの個々の容量値も用いて付着物の場所や種別を特定するようにしている。

シミュレーションにより、付着物なしの場合と雪の全面付着および水の部分付着があった場合それぞれについて、全体容量と第１可変容量８１ａや第２可変容量８１ｂの容量値を調べた。図５は、その結果を示している。この図に示されるように、付着なしの場合と比較して、雪の全面付着の場合と水の部分付着の場合、いずれの場合にも合計容量値が増加している。また、雪の全面付着の場合には第１可変容量８１ａと第２可変容量８１ｂの個々の容量値が同様に増加しているが、１つ１つの容量値の増加量はあまり大きくない。水の部分付着の場合には第１可変容量８１ａと第２可変容量８１ｂのうち水が付着した側の容量値が大きく増加しており、水が付着していない側の容量値についてはほとんど変化がない。

このように、雪の全面付着と水の部分付着の場合とで、合計容量値は近い値になっているものの、第１可変容量８１ａと第２可変容量８１ｂの個々の容量値については相違が生じる。したがって、第１可変容量８１ａと第２可変容量８１ｂの個々の容量値に基づいて、部分付着と全面付着のいずれであるかを特定できると共に付着物の場所や種別についても特定することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態の超音波センサでは、付着センサ８に構成される可変容量が複数備えられるように分割したセンサ電極をマイク筐体３における底部３ａの一面側に配置している。そして、個々の可変容量の容量変化を測定している。このため、付着検知エリアを細分化でき、付着物の場所を特定することができる。また、付着物の種別に応じた比誘電率の相違を利用して、複数の可変容量の合計容量値と個々の容量値との関係から付着物の種別を特定している。これにより、異物の付着が部分付着と全体付着のいずれであるかを特定できるのに加えて、付着物の場所および種別を特定できる。よって、振動部の振動特性への影響が大きな異物の全面付着と影響が小さな異物の部分付着とを判別することが可能な超音波センサにできる。

参考として、マイク筐体３の表面に付着物なしの場合、雪を底部３ａの半分の領域に部分的に付着させたサイド付着の場合、振動部のみ付着させた中央付着の場合、全面付着させた場合、それぞれについて影響度を調べた。具体的には、振動部を超音波振動させて超音波を発生させ、超音波センサから所定距離の位置に配置した障害物からの反射波を受信して、そのときの起電力に基づく振幅電圧を測定した。その結果、図６に示すように、付着物なしの場合の最大振幅を１とした場合に対して、半分の部分付着があった場合には０．８倍、振動部のみ部分付着があった場合には０．７倍まで低下し、さらに全面付着があった場合には０．４倍まで大幅に低下していた。このように、雪の全面付着が生じた場合には付着がない場合と比較して振幅電圧を５０％以上低下させることから、特に雪の全面付着を検知できることは有効である。

なお、本実施形態では、付着物として雪と水を例に挙げて説明しているが、これら以外にも泥や氷についても同様のことが言える。すなわち、泥や氷についても比誘電率が雪に近く、水の部分付着との判別が付きにくいが、本実施形態のようにすれば、水の部分付着と泥や氷の全面付着とを判別できる。また、雪と泥もしくは氷とは、残響周波数を調べることによって判別することができることが確認されており、本実施形態の手法に加えて残響周波数を利用することで、雪と泥や氷を判別することができる。具体的には、残響周波数については、雪は変化が生じないが、泥や氷は変化が生じる。このことに基づき、雪と泥や氷とを判別することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して複数の可変容量の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図７に示すように、本実施形態では、第１可変容量８２ａ〜第４可変容量８２ｄの４つの可変容量が構成されるようにしている。具体的には、第１実施形態で説明した第２センサ電極８ｂを第１電極８ｂ１と第２電極８ｂ２の２つに分けると共に、第３センサ電極８ｃを第１電極８ｃ１と第２電極８ｃ２の２つに分けた構成としている。つまり、第１センサ電極８ａ、第１電極８ｂ１、第１電極８ｃ１を一方向に沿って並べると共に、それと平行に第１センサ電極８ａ、第２電極８ｂ２、第２電極８ｃ２が並べられた構成とされている。そして、その一方向に対して垂直な方向に沿って、第１電極８ｂ１と第２電極８ｂ２が並べて配置され、それと平行に第１電極８ｃ１と第２電極８ｃ２が並べて配置されている。

これにより、第１センサ電極８ａと第１電極８ｂ１との間に第１可変容量８２ａが構成され、第１センサ電極８ａと第２電極８ｂ２との間に第２可変容量８２ｂが構成される。また、第１センサ電極８ａと第１電極８ｃ１との間に第３可変容量８２ｃが構成され、第１センサ電極８ａと第２電極８ｃ２との間に第４可変容量８７が構成される。

このような構成とし、異物の付着検知の際に、第１センサ電極８ａを例えば０Ｖ電位とし、第２センサ電極８ｂの第１電極８ｂ１、第２電極８ｂ２、第３センサ電極８ｃの第１電極８ｃ１、第２電極８ｃ２を順に所定の電位、例えば５Ｖ電位とする。これにより、第１可変容量８２ａ〜第４可変容量８２ｄの４つの可変容量の個々の容量値を順に測定できる。そして、すべての可変容量の合計容量値を測定する際には、個々の可変容量の容量値を足し算して算出するか、第１センサ電極８ａを例えば０Ｖ電位、第１電極８ｂ１、第２電極８ｂ２および第１電極８ｃ１、第２電極８ｃ２を例えば５Ｖ電位として測定する。

このように、可変容量の数については任意であり、本実施形態のように４つ備えた構成とすることもできる。このような構成としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

参考として、シミュレーションにより、付着物なしの場合と雪の全面付着および水の部分付着があった場合それぞれについて、全体容量と第１〜第４可変容量８２ａ〜８２ｄの容量値を調べた。水については、第２センサ電極８ｂの第２電極８ｂ２と第３センサ電極８ｃの第２電極８ｃ２との間に部分付着した場合を想定した。図８は、その結果を示している。この図に示されるように、付着なしの場合と比較して、雪の全面付着の場合と水の部分付着の場合、いずれの場合にも合計容量値が増加している。また、雪の全面付着の場合には第１〜第４可変容量８２ａ〜８２ｄの個々の容量値が同様に増加しているが、１つ１つの容量値の増加量はあまり大きくない。水の部分付着の場合には付着があった第２可変容量８２ｂと第４可変容量８２ｄの容量値が大きく増加しており、水が付着していない側の容量値についてはほとんど変化がない。このように、４つの可変容量を備えても、その容量値の変化については第１実施形態と同様となるため、同様の手法によって異物の付着検知を行うことができる。そして、可変容量の数を多くするほど、より細分化が図れ、部分付着があった場合の付着場所をより詳細に特定することが可能となる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して複数の可変容量の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図９および図１０に示すように、本実施形態では、導体で構成されたマイク筐体３を第１センサ電極８ａとして機能させ、底部３ａ上に絶縁層３ｃを介して第２センサ電極８ｂと第３センサ電極８ｃとを備えることで第１可変容量８１ａと第２可変容量８１ｂを構成している。第２センサ電極８ｂと第３センサ電極８ｃの構成については第１実施形態と同様である。

このような構成では、第２センサ電極８ｂと第３センサ電極８ｃと第１センサ電極８ａとして機能させるマイク筐体３との間に、図１０中に示したように、各電極表面から保護層３ｄおよび絶縁層３ｃを通じる経路の第１可変容量８１ａと第２可変容量８１ｂを形成できる。このため、第２センサ電極８ｂや第３センサ電極８ｃに対してセンシング電流となる交流信号を流すことで、接地電位とされ第１センサ電極８ａとして機能させられるマイク筐体３との間に構成される第１可変容量８１ａや第２可変容量８１ｂの容量値を検出する。これにより、異物の付着に基づく第１可変容量８１ａや第２可変容量８１ｂの容量変化を測定でき、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、底部３ａの上に形成する第２センサ電極８ｂや第３センサ電極８ｃを共に振動部よりも外側に配置した構造にできる。これにより、より振動特性への影響を軽減することが可能となる。

（第４実施形態）
第４施形態について説明する。本実施形態は、第３実施形態に対してより容量変化を好適に検出できるようにするものであり、その他については第３実施形態と同様であるため、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

上記した第２実施形態の構成にて異物の付着検知を行える。しかしながら、第２センサ電極８ｂや第３センサ電極８ｃが絶縁層３ｃを介して接地電位とされるマイク筐体３の直上に形成されているため、これらの間に寄生容量が形成され、これらが大きく影響し得る。つまり、第２センサ電極８ｂや第３センサ電極８ｃとマイク筐体３との間に絶縁層３ｃしか無いので寄生容量の容量値が大きく、これらの容量値の変化が影響して第１可変容量８１ａや第２可変容量８１ｂの変化の測定が難しくなる。

このため、本実施形態では、図１１および図１２に示すように、第２センサ電極８ｂや第３センサ電極８ｃとマイク筐体３との間に、それぞれ、第１ガード電極１００と第２ガード電極１０１を備えている。具体的には、マイク筐体３上の絶縁層３ｃの上に第１ガード電極１００と第２ガード電極１０１を形成し、これらの周囲などに保護層３ｄを配置してから更に絶縁層３ｅを備え、この絶縁層３ｅの上に第２センサ電極８ｂや第３センサ電極８ｃを形成している。そして、第２センサ電極８ｂや第３センサ電極８ｃを保護層３ｆで覆っている。

さらに、図示していないが、第１ガード電極１００や第２ガード電極１０１が配線部などを通じて回路基板５に電気的に接続され、これらに所望電位が印加できるようになっている。

このような構成とし、異物の付着検知の際に、第２センサ電極８ｂと第１ガード電極１００とが同電位となるようにすると共に、第３センサ電極８ｃと第２ガード電極１０１とが同電位となるようにする。このようにすれば、第２センサ電極８ｂや第３センサ電極８ｃは第１ガード電極１００や第２ガード電極１０１によって直下のマイク筐体３の影響を受けなくなるため、第１可変容量８１ａや第２可変容量８１ｂの容量変化を的確に測定できる。これにより、より精度良く異物の付着検知を行うことが可能になる。また、第１可変容量８１ａや第２可変容量８１ｂの容量変化のみを測定できることから、より付着検知の精度が高くなり、検知範囲を拡大することも可能となる。

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して可変容量の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１３に示すように、本実施形態では、マイク筐体３の底部３ａの外縁に沿って径方向に直線状に伸びた第１センサ電極８ｄと第２センサ電極８ｅとを交互に配置している。これら第１センサ電極８ｄと第２センサ電極８ｅは、周方向に等角度間隔で配置されており、放射状にイアウトされている。第１センサ電極８ｄと第２センサ電極８ｅは、例えばマイク筐体３の外壁面に沿って形成された配線部に接続され、配線部が回路基板５に接続されることで個々に所望電位が印加できる構成とされている。なお、ここでは、第１センサ電極８ｄと第２センサ電極８ｅとがそれぞれ４つずつ配置され、これらが４５°の角度間隔で配置される例を示しているが、これらの数に限定されず、ここで示した数より多くても少なくても構わない。少なくとも、第１センサ電極８ｄと第２センサ電極８ｅとが合計数３つ以上とされ、底部３ａの一面に対して周方向に沿って交互に所定の角度間隔で並べられたレイアウトされていれば二つ以上の可変容量を構成できる。

異物の付着検知の際には、第１センサ電極８ｄは第１電極群として例えば０Ｖ電位が印加され、第２センサ電極８ｅは第２電極群として例えば５Ｖ電位が印加される。そして、隣り合う１組の第１センサ電極８ｄと第２センサ電極８ｅとによって構成される可変容量の容量値を測定したら、今度はそのうちの一方、例えば第１センサ電極８ｄともう一つの隣り合う第２センサ電極８ｅとによって構成される可変容量の容量値を測定する。これを順番にマイク筐体３の底部３ａの周方向に１周行うことで、各可変容量の容量値を測定できる。そして、すべての可変容量の合計容量値を測定する際には、個々の可変容量の容量値を足し算して算出するか、第１電極群となる第１センサ電極８ｄを例えば０Ｖ電位、第２電極群となる第２センサ電極８ｅを例えば５Ｖ電位として測定する。

このように、底部３ａの周方向に複数のセンサ電極を配置した構成としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第６実施形態）
第６実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対して可変容量の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１４に示すように、本実施形態では、直線状の第１センサ電極８ｆと第２センサ電極８ｇとを交互に平行に等間隔に並べている。そして、底部３ａの中心線を通る線を挟んだ一方側、つまり紙面上側の端部に至るように第１センサ電極８ｆを形成し、他方側、つまり紙面下側の端部に至るように第２センサ電極８ｇを形成して櫛歯状のレイアウトとしている。また、第１センサ電極８ｆと第２センサ電極８ｇは、例えばマイク筐体３の外壁面に沿って形成された配線部に接続され、配線部が回路基板５に接続されることで個々に所望電位が印加できる構成とされている。なお、ここでは、第１センサ電極８ｆを４つ、第２センサ電極８ｇを３つ配置した例を示しているが、これらの数に限定されず、ここで示した数より多くても少なくても構わない。少なくとも、第１センサ電極８ｆと第２センサ電極８ｇとが合計数３つ以上とされ、交互に並べられて櫛歯状にレイアウトされていれば二つ以上の可変容量を構成できる。

異物の付着検知の際には、第１センサ電極８ｆは第１電極群として例えば０Ｖ電位が印加され、第２センサ電極８ｇは第２電極群として例えば５Ｖ電位が印加される。そして、隣り合う１組の第１センサ電極８ｆと第２センサ電極８ｇとによって構成される可変容量の容量値を測定したら、今度はそのうちの一方、例えば第１センサ電極８ｆともう一つの隣り合う第２センサ電極８ｇとによって構成される可変容量の容量値を測定する。これを順番に第１センサ電極８ｆと第２センサ電極８ｇの並ぶ方向に沿って行うことで、各可変容量の容量値を測定できる。そして、すべての可変容量の合計容量値を測定する際には、個々の可変容量の容量値を足し算して算出するか、第１電極群となる第１センサ電極８ｄを例えば０Ｖ電位、第２電極群となる第２センサ電極８ｅを例えば５Ｖ電位として測定する。

このように、底部３ａに複数のセンサ電極を櫛歯状に配置した構成としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第７実施形態）
第７実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対して可変容量の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１５および図１６に示すように、本実施形態では、第１センサ電極８ｈと第２センサ電極８ｉを編目状に並べている。具体的には、第１センサ電極８ｈについては、一方向を長手方向として複数本を等間隔に並べることでストライプ状に配置してある。第２センサ電極８ｉについては、第１センサ電極８ｈの長手方向と交差する方向、ここでは垂直な方向を長手方向として複数本を等間隔に並べることでストライプ状に配置してある。また、第１センサ電極８ｈと第２センサ電極８ｉは、それぞれ一方の端部が底部３ａの端部に至るように形成されている。そして、第１センサ電極８ｈと第２センサ電極８ｉは、例えばマイク筐体３の外壁面に沿って形成された配線部に接続され、配線部が回路基板５に接続されることで個々に所望電位が印加できる構成とされている。

また、マイク筐体３の底部３ａの上に絶縁層３ｃが形成され、その上に第２センサ電極８ｉが形成され、さらに第２センサ電極８ｉが保護層３ｄおよび絶縁層３ｅによって覆われている。そして、絶縁層３ｅの上に第１センサ電極８ｈが形成され、さらに第１センサ電極８ｈが保護層３ｆで覆われている。

なお、ここでは、第１センサ電極８ｈと第２センサ電極８ｉをそれぞれ５つずつ配置した例を示しているが、これらの数に限定されず、ここで示した数より多くても少なくても構わない。

異物の付着検知の際には、第１センサ電極８ｈは第１電極群として例えば０Ｖ電位が印加され、第２センサ電極８ｉは第２電極群として例えば５Ｖ電位が印加される。そして、第１センサ電極８ｈのうちの１本と第２センサ電極８ｉのうちの１本を選択して電圧印加を行い、選択された第１センサ電極８ｈと第２センサ電極８ｉとの交点にて構成される可変容量の容量値を測定する。これを複数の第１センサ電極８ｈと複数の第２センサ電極８ｉのすべての組み合わせについて行うことで、すべての交点にて構成される個々の可変容量の容量値を順に測定する。そして、すべての可変容量の合計容量値を測定する際には、個々の可変容量の容量値を足し算して算出するか、第１電極群となる第１センサ電極８ｈを例えば０Ｖ電位、第２電極群となる第２センサ電極８ｉを例えば５Ｖ電位として測定する。

このように、底部３ａに複数のセンサ電極を編目状に配置した構成としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第８実施形態）
第８実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対して可変容量の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１７に示すように、本実施形態では、第１センサ電極８ｊと第２センサ電極８ｋを複数の菱形電極をつなげた構造とし、それぞれ副数本ずつ直交させて並べ、各菱形電極が格子状に配置されるようにしている。具体的には、第１センサ電極８ｊについては、一方向を長手方向としたライン部８ｊａと菱形電極８ｊｂとを有した構成とされ、菱形電極８ｊｂが等間隔に配置されていてライン部８ｊａの一端が底部３ａの端部に至るように形成されている。また、第２センサ電極８ｋについて、第１センサ電極８ｊのライン部８ｊａと直交する方向を長手方向としたライン部８ｋａと菱形電極８ｋｂとを有した構成とされている。そして、菱形電極８ｋｂが等間隔に配置されていてライン部８ｋａの一端が底部３ａの端部に至るように形成されている。そして、第１センサ電極８ｊと第２センサ電極８ｋの各ライン部８ｊａ、８ｋａは、例えばマイク筐体３の外壁面に沿って形成された配線部に接続され、配線部が回路基板５に接続されることで個々に所望電位が印加できる構成とされている。

なお、ここでは、第１センサ電極８ｊと第２センサ電極８ｋをそれぞれ３つずつ配置した例を示しているが、これらの数に限定されず、ここで示した数より多くても少なくても構わない。

このような構成においては、隣り合う菱形電極８ｊｂと菱形電極８ｋｂとが対向して配置された状態となり、それらの間に可変容量が構成されるようにできる。

異物の付着検知の際には、第１センサ電極８ｊは第１電極群として例えば０Ｖ電位が印加され、第２センサ電極８ｋは第２電極群として例えば５Ｖ電位が印加される。そして、第１センサ電極８ｊのうちの１本と第２センサ電極８ｋのうちの１本を選択して電圧印加を行い、選択された第１センサ電極８ｊと第２センサ電極８ｋとの対向する菱形電極８ｊｂと菱形電極８ｋｂとの間に構成される可変容量の容量値を測定する。例えば、紙面中央の第１センサ電極８ｊと紙面左側の第２センサ電極８ｋが選択された場合、図中一点鎖線で囲んだ合計４つの菱形電極８ｊｂと菱形電極８ｋｂとによって構成される可変容量の容量値を測定することになる。これを複数の第１センサ電極８ｊと複数の第２センサ電極８ｋのすべての組み合わせについて行うことで、すべての位置に構成される個々の可変容量の容量値を順に測定する。そして、すべての可変容量の合計容量値を測定する際には、個々の可変容量の容量値を足し算して算出するか、第１電極群となる第１センサ電極８ｊを例えば０Ｖ電位、第２電極群となる第２センサ電極８ｋを例えば５Ｖ電位として測定する。

このように、底部３ａに複数のセンサ電極８ｊ、８ｋを菱形電極８ｊｂ、８ｋｂがつなぎ合わせた構造としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第９実施形態）
第９実施形態について説明する。本実施形態も、第１実施形態に対して可変容量の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１８に示すように、本実施形態では、第１センサ電極８ｍ〜第４センサ電極８ｐを底部３ａ上に備えている。第１センサ電極８ｍ〜第４センサ電極８ｐは、四角形状に配置され、ここではすべて振動部よりも外周側、つまり厚肉部３ｂｂと対応する位置に形成されている。このように配置すると、隣り合うもの同士の間に第１〜第４可変容量８３ａ〜８３ｄが形成される。したがって、異物の付着検知の際には、隣り合うもの同士に電位差が発生するような電圧印加を行って第１可変容量８３ａ〜第４可変容量８３ｄの容量値を測定することで、第２実施形態と同様の手法で異物の付着検知が行える。

隣り合うもの同士に電位差を発生させる際には、例えば第１センサ電極８ｍを５Ｖ電位、第２センサ電極８ｎを０Ｖ電位というように、第１可変容量８３ａ〜第４可変容量８３ｄのうちの容量値の測定対象を構成するもの同士に電位差を発生させれば良い。ただし、振動部を挟んだ両側に位置するもの同士、つまり第１センサ電極８ｍと第３センサ電極８ｏとの間の第３可変容量８３ｃや第２センサ電極８ｎと第４センサ電極８ｐとの間の第４可変容量８３ｄについては電極間の距離が長く、容量値が少なくなる。このため、第３可変容量８３ｃと第４可変容量８３ｄについては１つの容量として扱い、第１センサ電極８ｍと第２センサ電極８ｎを５Ｖ電位、第３センサ電極８ｏと第４センサ電極８ｐを０Ｖ電位として、これらの合成容量値を測定するようにしても良い。

このように、底部３ａの上に形成した複数のセンサ電極の間に複数の可変容量が構成されるようにする場合に、複数のセンサ電極が振動部よりも外側に配置されるようにでき、振動特性への影響を軽減することが可能となる。

（第１０実施形態）
第１０実施形態について説明する。本実施形態は、第１〜第９実施形態に対して付着検知処理の方法を変更したものであり、その他については第１〜第９実施形態と同様であるため、第１〜第９実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１９に、本実施形態にかかる超音波センサの付着検知処理のフローチャートを示し、この図を参照して本実施形態の付着検知処理について説明する。

まず、ステップＳ２００〜Ｓ２１０において、図４のステップＳ１００〜Ｓ１１０と同様の処理を行う。そして、ステップＳ２１５に進み、ステップＳ２１０で算出した合計容量値が第１閾値に相当する水閾値よりも小さいかか否かを判定する。ここでいう水閾値は、水の全面付着が生じたときに想定される容量値に基づいて設定され、その想定される容量値よりも低い値に設定される。ただし、ここでは水の全面付着を判別したいため、水の部分付着や雪の全面付着などが発生したときに想定される容量値よりも水閾値が大きい値となるようにしている。

ここで否定判定されるとステップＳ２２０に進み、水の全面付着であることを判定して処理を終了する。そして、ここで否定判定されるとステップＳ２２５に進む。

ステップＳ２２５では、ステップＳ２１０で算出した合計容量値が第２閾値に相当する雪閾値よりも大きいか否かを判定する。ここでいう雪閾値は、雪の全面付着が生じたときに想定される容量値に基づいて設定され、その想定される容量値や水閾値よりも低い値に設定される。ここでは何も異物が付着していないことを判別したいため、雪の全面付着よりも合計容量値が小さくなる状況で想定される容量値があれば、それに基づいて第２閾値を設定しても良い。

ここで否定判定されるとステップＳ２３０に進み、異物の付着なしと判定して処理を終了する。そして、ここで肯定判定されるとステップＳ２３５に進む。

ステップＳ２３５では、ステップＳ１０５で測定した個々の可変容量の容量値に偏りが有るか否かを判定する。例えば、個々の可変容量の容量値の差をすべて算出し、その差が偏り判定閾値よりも大きければ、個々の可変容量の容量値に偏りが有ると判定する。ここで肯定判定された場合には、ステップＳ２４０に進み、個々の可変容量の容量値の中でもより高い容量値、例えば全容量値の平均値より高い容量値の可変容量を構成するセンサ電極に水が部分付着していると判定して処理を終了する。また、否定判定された場合には、ステップＳ２４５に進み、雪が全面付着していると判定して処理を終了する。

このように、合計容量値に基づいて水の全面付着や異物の付着が無い場合について予め判定しておき、その後に、雪の全面付着が発生していることの特定や、部分付着している付着物の種別や場所の特定を行うことができる。

（第１１実施形態）
第１１実施形態について説明する。本実施形態も、第１〜第９実施形態に対して付着検知処理の方法を変更したものであり、その他については第１〜第９実施形態と同様であるため、第１〜第９実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図２０に、本実施形態にかかる超音波センサの付着検知処理のフローチャートを示し、この図を参照して本実施形態の付着検知処理について説明する。

まず、ステップＳ３００において、図４のステップＳ１００と同様の処理を行う。そして、ステップＳ３０５、Ｓ３１０において、図４のステップＳ１１０のようにすべての可変容量に対してセンシング電流を流すことでの合計容量値を算出する。そして、ステップＳ３１５において、図４のステップＳ１１５と同様に付着物があるか否かの判定を行い、肯定判定された場合にステップＳ３２０以降の処理を実行し、否定判定された場合には処理を終了する。

ステップＳ３２０では、各電極に所定の電位を印加し、可変容量Ｎの容量値を測定するために、可変容量Ｎを構成するセンサ電極に流れるセンシング電流を測定する。ここでいう可変容量Ｎは、付着センサ８に備えられている可変容量の数もしくは可変容量の番号のことを意味しており、第１実施形態の構成であれば１〜２、第２実施形態の構成であれば１〜４となる。例えば第１実施形態の構成の場合、まずはＮ＝１として、第１可変容量８１ａの容量値を測定するために、第１可変容量８１ａを構成するセンサ電極に流れるセンシング電流を測定する。具体的には、第１センサ電極８ａを０Ｖ電位とし、第２センサ電極８ｂおよび第３センサ電極８ｃを５Ｖ電位とした状態で、第１スイッチ８０ａａのみをオンして第１可変容量８１ａを構成する第２センサ電極８ｂに流れるセンシング電流を測定する。

この後、ステップＳ３２５に進み、ステップＳ３２０で測定したセンシング電流に基づいて可変容量Ｎの容量値を算出したのち、ステップＳ３３０に進んでＮを１つインクリメントしてステップＳ３３５に進む。そして、ステップＳ３３５でＮが可変容量Ｎの数の最大値Ｎｍａｘ、つまり第１実施形態の構成であれば２、第２実施形態の構成であれば４以上になったか否かを判定する。

ここで否定判定されるとステップＳ３２０に進み、次の可変容量Ｎを構成するセンサ電極に流れるセンシング電流を測定することで、次の可変容量Ｎの容量値を測定する。このときの可変容量Ｎについては、ステップＳ３３０でＮが１つインクリメントされていることから、可変容量Ｎ＋１の容量値が測定されることになる。第１実施形態の構成の場合、Ｎ＝２となり、第２可変容量８１ｂの容量値が測定される。具体的には、第１センサ電極８ａを０Ｖ電位とし、第２センサ電極８ｂおよび第３センサ電極８ｃを５Ｖ電位とした状態で、第２スイッチ８０ａｂのみをオンして第２可変容量８１ｂを構成する第３センサ電極８ｃに流れるセンシング電流を測定する。そして、第２可変容量８１ｂの容量値を測定する。このようにして、すべての可変容量Ｎの容量値が順に測定されると、ステップＳ３３５で肯定判定されることになる。そして、ステップＳ３３５で肯定判定されると、ステップＳ３４０に進み、図４のステップＳ１２０と同様の処理を行って、付着物の種別や場所を特定する。

このように、まずはすべての可変容量Ｎの合計容量値に基づいて付着物があるか否かを判定し、付着物があった場合に、個々の可変容量Ｎの容量値の測定に切り替えて、付着物の種別や場所を特定している。このようにすれば、付着物があった場合にのみ、その種別や場所の特定を行えば良いため、付着検知処理の簡素化を図ることが可能となる。

なお、各可変容量Ｎに対してセンシング電流を流すことについては同時に行っても良いし、可変容量毎に流すようにしても良い。同時に行う場合、同一のノイズ条件での計測を行うことができるが、個々の可変容量Ｎの容量値を測定するためにその数分の複数の特性測定部８０ｃが必要になる。これに対して、本実施形態のように可変容量毎にセンシング電流を流して個々の可変容量Ｎの容量値を測定すれば、１つの特性測定部８０ｃによって容量値の測定を行うことも可能となる。

（第１１実施形態の変形例）
上記第１１実施形態において、容量値の測定を行う際に、可変容量Ｎを構成するセンサ電極以外のセンサ電極について、０Ｖ電位とすることもできる。

この場合、図２１に示す付着検知処理のフローチャートを実行する。具体的には、ステップＳ４００〜Ｓ４１５において、図２０のステップＳ３００〜Ｓ３１５と同様の処理を行い、その後、ステップＳ４２０において、可変容量Ｎを構成する電極については所定の電圧を印加し、それ以外の電極についてはＧＮＤ電位とする。そして、可変容量Ｎの容量値を測定するために、可変容量Ｎを構成するセンサ電極に流れるセンシング電流を測定する。ここでいう可変容量Ｎも、付着センサ８に備えられている可変容量の数もしくは可変容量の番号のことを意味しており、第１実施形態の構成であれば１〜２、第２実施形態の構成であれば１〜４となる。例えば第１実施形態の構成の場合、まずはＮ＝１として、第１可変容量８１ａの容量値を測定するために、第１可変容量８１ａを構成するセンサ電極に流れるセンシング電流を測定する。具体的には、第１センサ電極８ａおよび第３センサ電極８ｃを０Ｖ電位とし、第２センサ電極８ｂを５Ｖ電位とした状態で、第１可変容量８１ａを構成する第２センサ電極８ｂに流れるセンシング電流を測定する。

この後、ステップＳ４２５に進み、図２０のステップＳ３２５と同様にして可変容量Ｎの容量値を算出したのち、ステップＳ４３０、Ｓ４３５において図２０のステップＳ３３０、Ｓ３３５と同様の処理を行う。そして、ステップＳ４３５で否定判定されると、再びステップＳ４２０に戻って上記処理を繰り返すことで、各可変容量Ｎの容量値を測定する。

このように、測定対象とする可変容量Ｎを構成するセンサ電極について所定の電圧が印加されるようにし、それ以外のセンサ電極についてはＧＮＤ電位となるようにしても良い。このように印加する電圧値を変えることにより、付着検知の検知エリアを変えることができる。

（他の実施形態）
本開示は、上記した実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

例えば、超音波センサを構成するマイク２、マイク筐体３およびセンサケース６等の各部品の構造については、一例を挙げたに過ぎず、適宜変更可能である。

一例を挙げると、マイク筐体３を有底円筒状の導体で構成しているが、有底筒状であれば良いし、第１実施形態などようにマイク筐体３を複数のセンサ電極の一部として用いない場合には導体でなくても良い。勿論、第１実施形態などいずれの実施形態に示した構造においても、マイク筐体３を複数のセンサ電極の一部として構成することも可能である。また、その場合には、底部３ａの上に配置される複数のセンサ電極の残りのセンサ電極と底部３ａとの間に第４実施形態のようなガード電極を備えることで、第４実施形態と同様の効果が得られる。

また、センサ電極の配置場所や数については任意であり、複数の可変容量を構成するように分割してセンサ電極が備えられていれば良い。その場合も、例えば第１実施形態のように、各センサ電極が一方向に沿って並べられて配置された構成としたり、第２実施形態のように、一方向およびその垂直方向に沿って並べられて配置された構成としたりすることができる。

さらに、個別容量値の測定の際に複数の可変容量における個々の可変容量を構成するそれぞれのセンサ電極に対して異なる電位を印加しており、その一例として０Ｖ、５Ｖを例に挙げたが、これも一例を挙げたに過ぎない。また、個別容量値の測定を１つの特性測定部８０ｃで測定する場合について説明したが可変容量の数分の特性測定部８０ｃを備え、それぞれの特性測定部８０ｃで別々に個別容量値を測定するようにしても良い。

また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。例えば、センサ電極のレイアウトについて、第６実施形態のように櫛歯状にしたり、第７実施形態のように編目状にしたり、第８実施形態のように菱形電極をつなげた構造とする場合においても、第３実施形態のように振動部よりも外側にのみセンサ電極を配置できる。そのようにしても、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、超音波センサ１が装着される装着対象となるボデー部品の一例として、バンパーＢを例に挙げて説明したが、バンパーＢ以外のボデー部品、例えばフェンダーパネル等に超音波センサ１を装着することもできる。

１…超音波センサ、２…マイク、３…マイク筐体、３ａ…底部、３ｂ…側壁部、３ｂａ…薄肉部、３ｂｂ…厚肉部、４…クッション、５…回路基板、８…付着センサ、８ａ〜８ｐ…センサ電極、８０…付着検知部、８０ｃ…特性測定部、８１ａ、８１ｂ…第１、第２可変容量、８２ａ〜８２ｄ…第１〜第４可変容量、８３ａ〜８３ｄ…第１〜第４可変容量

Claims (12)

1. 超音波センサであって、
   電気信号の振動への変換および振動の電気信号への変換を行う圧電振動素子にて構成されたマイク（２）と、
   前記マイクが取り付けられる振動部を構成する底部（３ａ）と側壁部（３ｂ）とを有する有底筒状とされ、前記マイクが収容されるマイク筐体（３）と、
   前記底部の一面への異物の付着を検知する付着センサ（８）と、を有し、
   前記付着センサは、
   前記底部の一面側に備えられた複数のセンサ電極（８ａ〜８ｐ）を含み、前記一面への異物の付着によって容量値が変化する複数の可変容量（８１ａ、８１ｂ、８２ａ〜８２ｄ、８３ａ〜８３ｄ）と、
   前記複数の可変容量における個々の可変容量の容量値である個別容量値と、該複数の可変容量の全体の合計容量値とを計測し、前記個別容量値と前記合計容量値とに基づいて前記一面への異物の付着を判定すると共に、異物の付着があったときに該異物の種別を特定する付着検知部（８０）と、を有している超音波センサ。
2. 前記付着検知部は、前記個別容量値を測定する際には、前記複数の可変容量の個々の可変容量を構成するそれぞれの前記センサ電極に対して異なる電位を印加することで前記個々の可変容量に対してセンシング電流を供給する、請求項１に記載の超音波センサ。
3. 前記付着検知部は、前記複数の可変容量それぞれに対応する数とされた複数の特性測定部（８０ｃ）を有し、該複数の特性測定部にて、前記複数の可変容量における個々の可変容量の前記個別容量値を同時に計測することで前記合計容量値を計測する、請求項１に記載の超音波センサ。
4. 前記付着検知部は、１つのみの特性測定部（８０ｃ）を有し、該特性測定部にて、前記複数の可変容量における個々の可変容量の容量値を１つずつ測定し、該個々の可変容量の容量値を足し合わせることにより前記合計容量値を計測する、請求項１に記載の超音波センサ。
5. 前記複数のセンサ電極は、前記一面における一方向に沿って並べて配置されている、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
6. 前記複数のセンサ電極は、前記一面における一方向に沿って並べて配置されていると共に、前記一方向に対する垂直方向に沿っても並べられて配置されている、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
7. 前記複数のセンサ電極は、直線状の第１センサ電極（８ｆ）と第２センサ電極（８ｇ）とを有し、前記第１センサ電極と前記第２センサ電極が合計数３つ以上、交互に並べられて櫛歯状にレイアウトされている、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
8. 前記複数のセンサ電極は、直線状の第１センサ電極（８ｄ）と第２センサ電極（８ｅ）とを有し、前記第１センサ電極と前記第２センサ電極とが前記一面に対して周方向に沿って交互に所定の角度間隔で並べられて放射状にレイアウトされている、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
9. 前記複数のセンサ電極は、
   直線状で複数本が等間隔に並べられることでストライプ状に配置された第１センサ電極（８ｈ）と、
   前記第１センサ電極に対して交差する方向において直線状で複数本が等間隔に並べられることでストライプ状に配置された第２センサ電極（８ｉ）と、を有し、
   前記第２センサ電極の上に絶縁層（３ｅ）を介して前記第１センサ電極が配置されることで編目状に並べられている、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
10. 前記マイク筐体における側壁部は、薄肉部（３ｂａ）と該薄肉部よりも厚い厚肉部（３ｂｂ）とを有し、
    前記複数のセンサ電極は、前記側壁部のうちの前記厚肉部と対応した位置にのみ配置されている、請求項１ないし９のいずれか１つに記載の超音波センサ。
11. 前記マイク筐体は導体とされていると共に接地電位点に接続されており、
    該マイク筐体が前記複数のセンサ電極のうちの一部を構成している、請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の超音波センサ。
12. 前記マイク筐体の底部と前記複数のセンサ電極のうち前記底部の上に形成されるものそれぞれとの間には、該複数のセンサ電極のうち前記底部の上に形成されるものと同電位とされるガード電極（１０１、１０２）が備えられている、請求項１１に記載の超音波センサ。

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