JP7211220B2 - 超音波センサ - Google Patents

Description

本発明は、超音波センサに関する。

特許文献１に記載の超音波センサは、ケースと圧電素子とを備えている。ケースは、底部と側壁部とを有する有底筒状に形成されている。圧電素子は、ケースの底部に貼り付けられている。

特開２０１１－２５０３２７号公報

上記のような構成を有する超音波センサにおいて、圧電素子等の超音波素子を収容するケースは、検知対象が存在する外部空間に露出される。具体的には、例えば、超音波センサは、車両に搭載する場合、車載状態にて、車両におけるバンパー等の外板部材に装着される。このため、ケースに小石等の固い異物が衝突する場合がある。

この場合、従来の超音波センサにおいては、ケースに貼り付けられた超音波素子にクラックが発生したり、超音波素子がケースから剥離したりする懸念があった。特に、ＭＥＭＳ型の素子を用いた場合、かかる素子をケースの底部に貼り付けると、素子が破損しやすくなる。ＭＥＭＳはMicro Electro Mechanical Systemの略である。

本発明は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、例えば、超音波素子を良好に保護することが可能な構成を提供する。

請求項１に記載の超音波センサ（１）は、
指向軸（ＤＡ）に沿った厚さ方向を有する振動板であるケース側ダイアフラム（４３ａ）を有する、素子収容ケース（４）と、
前記素子収容ケースの内側に収容されつつ、前記ケース側ダイアフラムから離隔して配置された、超音波素子（５０）と、
を備え、
前記超音波素子は、前記指向軸に沿った厚さ方向を有する半導体基板（５１）における薄肉部として形成されていて前記指向軸に沿った膜厚方向を有する振動膜である素子側ダイアフラム（５４）を有し、
前記半導体基板は、前記ケース側ダイアフラムと前記素子側ダイアフラムとの間に共鳴空間である閉鎖空間（ＳＣ）が形成されるように配置されつつ、前記素子収容ケースに固定的に支持され、
前記超音波素子における共振周波数である第一共振周波数と、前記閉鎖空間における共振周波数である第二共振周波数と、前記ケース側ダイアフラムにおける共振周波数である第三共振周波数とが、一致するように構成されている。
請求項４に記載の超音波センサ（１）は、
指向軸（ＤＡ）に沿った厚さ方向を有する振動板であるケース側ダイアフラム（４３ａ）を有する、素子収容ケース（４）と、
前記素子収容ケースの内側に収容されつつ、前記ケース側ダイアフラムから離隔して配置された、超音波素子（５０）と、
を備え、
前記超音波素子は、前記指向軸に沿った厚さ方向を有する半導体基板（５１）における薄肉部として形成されていて前記指向軸に沿った膜厚方向を有する振動膜である素子側ダイアフラム（５４）を有し、
前記半導体基板は、前記ケース側ダイアフラムと前記素子側ダイアフラムとの間に共鳴空間である閉鎖空間（ＳＣ）が形成されるように配置されつつ、前記素子収容ケースに固定的に支持され、
前記素子収容ケースは、前記指向軸を囲む筒状に形成された側板部（４１）と、前記側板部の一端側を液密的に閉塞する外側底板部（４３）とを有し、
前記ケース側ダイアフラムは、前記指向軸と交差する面内方向における前記外側底板部の中央部に設けられた薄肉部として形成され、
前記半導体基板は、前記ケース側ダイアフラムの周囲に形成された前記外側底板部における厚肉部であるケース側厚肉部（４３ｂ）に固定的に支持されている。

上記構成において、前記超音波素子は、前記素子収容ケースの内側に収容されつつ、前記素子収容ケースに設けられた前記ケース側ダイアフラムから離隔して配置されている。このため、前記ケース側ダイアフラムに小石等の固い異物が衝突しても、かかる衝突による衝撃は、前記超音波素子には直接的には作用しない。したがって、前記超音波素子は、前記素子収容ケースによって良好に保護される。

また、前記超音波素子における前記素子側ダイアフラムは、前記素子収容ケースに固定的に支持された前記半導体基板における前記薄肉部である。この素子側ダイアフラムと、前記ケース側ダイアフラムとの間には、共鳴空間である前記閉鎖空間が設けられている。このため、前記超音波素子と前記ケース側ダイアフラムとのうちの一方における超音波振動は、連成共振により、他方に伝播する。したがって、前記超音波素子と前記ケース側ダイアフラムとの間の超音波振動の伝播効率が良好となる。

このように、上記構成によれば、前記超音波素子を良好に保護しつつ、前記超音波センサの外部空間と前記超音波素子との間の超音波振動の伝播を良好に実現することが可能となる。

なお、出願書類中の各欄において、各要素に括弧付きの参照符号が付されている場合がある。この場合、参照符号は、同要素と後述する実施形態に記載の具体的構成との対応関係の単なる一例を示すものである。よって、本発明は、参照符号の記載によって、何ら限定されるものではない。

実施形態に係る超音波センサを搭載した車両の外観を示す斜視図である。 図１に示された超音波センサの周囲を拡大して示す部分断面図である。 図２に示された超音波マイクロフォンの概略構成を示す断面図である。 第二実施形態に係る超音波マイクロフォンの概略構成を示す断面図である。 第三実施形態に係る超音波マイクロフォンの概略構成を示す断面図である。 第四実施形態に係る超音波マイクロフォンの概略構成を示す断面図である。 第五実施形態に係る超音波マイクロフォンの概略構成を示す断面図である。 第六実施形態に係る超音波マイクロフォンの概略構成を示す断面図である。 第七実施形態に係る超音波マイクロフォンの概略構成を示す断面図である。 第八実施形態に係る超音波マイクロフォンの概略構成を示す断面図である。 第九実施形態に係る超音波マイクロフォンの概略構成を示す断面図である。 第十実施形態に係る超音波マイクロフォンの概略構成を示す断面図である。 第十一実施形態に係る超音波マイクロフォンの概略構成を示す断面図である。 第十二実施形態に係る超音波マイクロフォンの概略構成を示す断面図である。 第十三実施形態に係る超音波マイクロフォンの概略構成を示す断面図である。 第十四実施形態に係る超音波マイクロフォンの概略構成を示す断面図である。 第十五実施形態に係る超音波マイクロフォンの概略構成を示す断面図である。 第十六実施形態に係る超音波マイクロフォンの概略構成を示す断面図である。 第十七実施形態に係る超音波マイクロフォンの概略構成を示す断面図である。 第十八実施形態に係る超音波マイクロフォンの概略構成を示す断面図である。 第十九実施形態に係る超音波マイクロフォンの概略構成を示す断面図である。 第二十実施形態に係る超音波マイクロフォンの概略構成を示す断面図である。

（実施形態）
以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、一つの実施形態に対して適用可能な各種の変形例については、当該実施形態に関する一連の説明の途中に挿入されると、当該実施形態の理解が妨げられるおそれがある。このため、変形例については、当該実施形態に関する一連の説明の途中には挿入せず、その後にまとめて説明する。

（車載構成）
図１を参照すると、本実施形態においては、超音波センサ１は、車両Ｖを装着対象とする車載型のクリアランスソナーとしての構成を有している。すなわち、超音波センサ１は、車両Ｖに搭載されることで、当該車両Ｖの周囲に存在する物体を検知可能に構成されている。

車両Ｖは、いわゆる四輪自動車であって、箱状の車体Ｖ１を備えている。車体Ｖ１には、外板を構成する車体部品である、車体パネルＶ２、フロントバンパーＶ３、およびリアバンパーＶ４が装着されている。フロントバンパーＶ３は、車体Ｖ１の前端部に設けられている。リアバンパーＶ４は、車体Ｖ１の後端部に設けられている。

超音波センサ１は、フロントバンパーＶ３およびリアバンパーＶ４に装着されることで、車両Ｖの前方および後方に存在する物体を検知するようになっている。超音波センサ１が、車両Ｖにおける車体Ｖ１に設けられたフロントバンパーＶ３およびリアバンパーＶ４に装着された状態を、以下「車載状態」と称する。

具体的には、車載状態にて、フロントバンパーＶ３には、複数（例えば４個）の超音波センサ１が装着されている。フロントバンパーＶ３に装着された複数の超音波センサ１は、それぞれ、車幅方向における異なる位置に配置されている。同様に、リアバンパーＶ４にも、複数（例えば４個）の超音波センサ１が装着されている。フロントバンパーＶ３およびリアバンパーＶ４には、超音波センサ１を装着するための貫通孔である装着孔Ｖ５が設けられている。

（第一実施形態）
図２は、フロントバンパーＶ３に取り付けられた複数の超音波センサ１のうちの１個を、車載状態にて示している。以下、図２および図３を参照しつつ、第一実施形態に係る超音波センサ１の構成について説明する。

図２を参照すると、フロントバンパーＶ３は、バンパー外面Ｖ３１とバンパー裏面Ｖ３２とを有している。バンパー外面Ｖ３１は、フロントバンパーＶ３の外表面であって、車両Ｖの外側の空間である外部空間ＳＤに面するように設けられている。バンパー裏面Ｖ３２は、バンパー外面Ｖ３１の裏側の面であって、車両ＶすなわちフロントバンパーＶ３の内側の空間である車体内空間ＳＮに面するように設けられている。装着孔Ｖ５は、バンパー外面Ｖ３１およびバンパー裏面Ｖ３２にて開口することで、フロントバンパーＶ３を厚さ方向に貫通するように設けられている。

超音波センサ１は、超音波を送受信可能に構成されている。すなわち、超音波センサ１は、超音波である探査波を指向軸ＤＡに沿って外部空間ＳＤに向けて送信するように構成されている。「指向軸」とは、超音波センサ１から超音波の送受信方向に沿って延びる仮想直線であって、指向角の基準となるものである。「指向軸」は指向中心軸あるいは検出軸とも称され得る。また、超音波センサ１は、周囲に存在する物体による探査波の反射波を含む受信波を外部空間ＳＤから受信して、受信結果に基づく検知信号を発生および出力するように構成されている。

説明の便宜上、図示の通りに、Ｚ軸が指向軸ＤＡと平行となるように右手系ＸＹＺ直交座標系を設定する。このとき、指向軸ＤＡと平行な方向を「指向軸方向」と称する。「指向軸方向における先端側」は、探査波の送信方向側であり、図２および図３における上側すなわちＺ軸正方向側に対応する。これに対し、「指向軸方向における基端側」は、図２および図３における下側すなわちＺ軸負方向側に対応する。

或る構成要素の指向軸方向における基端側の端部を「基端部」と称し、指向軸方向における先端側の端部を「先端部」と称する。また、指向軸方向と直交する任意の方向を「面内方向」と称する。「面内方向」は、図２および図３における、ＸＹ平面と平行な方向である。「面内方向」は、場合によっては、「径方向」とも称され得る。「径方向」は、指向軸ＤＡと直交する仮想平面と指向軸ＤＡとの交点を起点として当該仮想平面内に半直線を描いた場合に、当該半直線が延びる方向である。すなわち、「径方向」は、指向軸ＤＡと直交する仮想平面と指向軸ＤＡとの交点を中心として当該仮想平面内に円を描いた場合の、当該円の半径方向である。

超音波センサ１は、センサケース２と超音波マイクロフォン３とを備えている。センサケース２は、超音波センサ１の筐体を構成する部品あるいは部品群であって、絶縁性合成樹脂によって形成されている。具体的には、センサケース２は、ケース本体部２ａと、センサ側コネクタ２ｂと、マイクロフォン収容部２ｃとを有している。

ケース本体部２ａは、箱状に形成されている。ケース本体部２ａの内側には、不図示の制御回路基板等が収容されている。センサ側コネクタ２ｂは、ケース本体部２ａから指向軸ＤＡと交差する方向に延設されている。センサ側コネクタ２ｂは、ＥＣＵ等の外部装置に対する電気接続用ワイヤハーネスに設けられた不図示のワイヤ側コネクタと着脱可能に構成されている。ＥＣＵはElectronic Control Unitの略である。

マイクロフォン収容部２ｃは、指向軸ＤＡを囲む略円筒状の部分であって、ケース本体部２ａから指向軸方向における先端側に向かって突設されている。車載状態にて、マイクロフォン収容部２ｃの先端部は、装着孔Ｖ５の内壁面と密着するように、装着孔Ｖ５内に収容されている。

（超音波マイクロフォン）
マイクロフォン収容部２ｃ内には、超音波マイクロフォン３が収容されている。超音波マイクロフォン３は、略円柱状の外形形状を有するように構成されている。

超音波マイクロフォン３の外表面は、側方外壁面３ａと、露出面３ｂと、外側底面３ｃとを有している。側方外壁面３ａは、指向軸方向に沿った円柱面状に形成されている。

マイクロフォン収容部２ｃの内壁面と、超音波マイクロフォン３の側方外壁面３ａとの間には、不図示のスリーブ部材が設けられている。かかるスリーブ部材は、絶縁性且つゴム弾性を有するシリコーンゴム等によって形成されている。すなわち、マイクロフォン収容部２ｃの内壁面と側方外壁面３ａとの間の隙間は、上記のスリーブ部材によって、水が浸入困難にシールされている。

露出面３ｂは、指向軸ＤＡと交差する外表面であって、平坦な円形の平面状に形成されている。具体的には、本実施形態においては、露出面３ｂは、指向軸ＤＡと直交するように設けられている。超音波マイクロフォン３は、車載状態にて、露出面３ｂが装着孔Ｖ５から外部空間ＳＤに露出するように、マイクロフォン収容部２ｃに収容されている。露出面３ｂは、探査波が外部空間ＳＤに放射される表面であり、且つ、受信波が当たる表面でもある。このため、露出面３ｂは、「送受信面」とも称される。

外側底面３ｃは、指向軸ＤＡと交差する外表面であって、平坦な円形の平面状に形成されている。具体的には、本実施形態においては、外側底面３ｃは、指向軸ＤＡと直交するように設けられている。すなわち、外側底面３ｃは、露出面３ｂと平行な平面として形成されている。外側底面３ｃを含む、超音波マイクロフォン３の指向軸方向における基端部は、組立状態にて、センサケース２および上記のスリーブ部材によって液密的に覆われるようになっている。「組立状態」は、超音波マイクロフォン３をセンサケース２に装着した状態である。

図３は、図２に示された超音波センサ１から、超音波マイクロフォン３を取り出した状態を示している。図３を参照すると、超音波マイクロフォン３は、素子収容ケース４と、トランスデューサユニット５と、支持基板６とを有している。以下、超音波マイクロフォン３を構成する各部について説明する。なお、図示および説明の簡略化のため、超音波マイクロフォン３の内部における配線等の電気接続構造については、図示および説明を省略する。同様に、超音波マイクロフォン３とセンサケース２側の制御回路基板等との電気接続のための、端子、配線等の電気接続構造についても、図示および説明を省略する。これらの電気接続構造については、いうまでもなく、本願の出願時点の技術常識に基づき、適宜形成することが可能である。

素子収容ケース４は、超音波マイクロフォン３における外側筐体を構成する部分であって、略円柱状の外形形状を有する箱状に形成されている。素子収容ケース４は、その内部の空間である基板背面空間ＳＫ内にトランスデューサユニット５および支持基板６を収容するように構成されている。本実施形態においては、素子収容ケース４は、アルミニウム等の金属材料によって形成されている。なお、後述するように、素子収容ケース４を構成する材料は、アルミニウム等の金属材料に限定されない。

素子収容ケース４は、指向軸ＤＡを囲む筒状に形成された側板部４１を有している。本実施形態においては、側板部４１は、指向軸ＤＡと略平行な中心軸線を有する円筒状に形成されている。側板部４１は、ケース側方空間ＳＳに面する側方外壁面３ａと、基板背面空間ＳＫに面する側方内壁面４１ａとを有している。側方内壁面４１ａは、側板部４１の内壁面であって、指向軸ＤＡを囲む円筒内面状に形成されている。

素子収容ケース４は、また、内側底板部４２を有している。内側底板部４２は、指向軸ＤＡに沿った厚さ方向を有する板状に形成されている。内側底板部４２は、側板部４１の一端側すなわち指向軸方向における基端側を閉塞するように設けられている。内側底板部４２は、ケース背面空間ＳＢに面する主面である外側底面３ｃと、基板背面空間ＳＫに面する主面である内側底面４２ａとを有している。「主面」とは、板状部における厚さ方向と直交する表面をいう。ケース背面空間ＳＢは、素子収容ケース４よりも指向軸方向における基端側に位置する、素子収容ケース４の外側の空間である。すなわち、ケース背面空間ＳＢは、組立状態にてマイクロフォン収容部２ｃおよび上記のスリーブ部材によって占められるようになっている。内側底面４２ａは、指向軸ＤＡと交差する平坦な円形の平面状に形成されている。具体的には、本実施形態においては、内側底面４２ａは、指向軸ＤＡと直交するように設けられている。

素子収容ケース４は、さらに、外側底板部４３を有している。外側底板部４３は、指向軸ＤＡに沿った厚さ方向を有する板状に形成されている。外側底板部４３は、後述する閉鎖空間ＳＣ内に水等の液体が浸入しないように、側板部４１の他端側すなわち指向軸方向における先端側を液密的に閉塞するように設けられている。外側底板部４３は、天板部とも称され得る。

外側底板部４３は、指向軸ＤＡに沿った厚さ方向を有する振動板であるケース側ダイアフラム４３ａを有している。ケース側ダイアフラム４３ａは、トランスデューサユニット５による超音波の送信または受信の際に、撓みながら超音波振動するように設けられている。すなわち、ケース側ダイアフラム４３ａは、面内方向における中心部が指向軸方向に移動する態様で超音波振動するように形成されている。本実施形態においては、ケース側ダイアフラム４３ａは、面内方向における形状、すなわち、指向軸ＤＡと直交する面内における形状が、略円形に形成されている。

ケース側ダイアフラム４３ａは、外側底板部４３の面内方向における中央部に設けられた薄肉部として形成されている。すなわち、外側底板部４３は、ケース側ダイアフラム４３ａとケース側厚肉部４３ｂとを有している。ケース側厚肉部４３ｂは、外側底板部４３における厚肉部であって、ケース側ダイアフラム４３ａよりも径方向における外側に配置されている。ケース側厚肉部４３ｂは、ケース側ダイアフラム４３ａの周囲を囲むように設けられている。ケース側厚肉部４３ｂは、ケース側ダイアフラム４３ａの径方向における外縁部を固定的に支持するように設けられている。

外側底板部４３は、厚さ方向と直交する主面である露出面３ｂを有している。すなわち、露出面３ｂの面内方向における中央部は、ケース側ダイアフラム４３ａにおける外部空間ＳＤに面する外表面を構成するように設けられている。

また、外側底板部４３は、ダイアフラム裏面４３ｃとギャップ内壁面４３ｄとを有している。ダイアフラム裏面４３ｃは、ケース側ダイアフラム４３ａにおける内表面であって、露出面３ｂの裏側にて指向軸ＤＡと交差するように設けられている。具体的には、本実施形態においては、ダイアフラム裏面４３ｃは、指向軸ＤＡと直交する平坦な円形の平面状に形成されている。すなわち、ダイアフラム裏面４３ｃは、後述する閉鎖空間ＳＣの天井面を構成する内壁面であって、指向軸方向における基端側を向くように設けられている。ギャップ内壁面４３ｄは、ケース側厚肉部４３ｂにおける、閉鎖空間ＳＣに面する内側の側壁面であって、指向軸ＤＡを囲む円筒内面状に形成されている。

超音波センサ１が車載用であることを考慮して、側板部４１および外側底板部４３は、厚さが０．５ｍｍ以上に形成されている。すなわち、ケース側ダイアフラム４３ａは、０．５ｍｍ以上の一定厚さを有する平板状に形成されている。本実施形態においては、外側底板部４３は、外側表面すなわち指向軸方向における先端側の表面である露出面３ｂが平面状となるように形成されている。換言すれば、ケース側ダイアフラム４３ａとケース側厚肉部４３ｂとは、互いの外側表面が面一となるように設けられている。また、ケース側ダイアフラム４３ａは、外側底板部４３の厚さ方向における一端側に設けられている。

具体的には、本実施形態においては、外側底板部４３は、ダイアフラム形成部４４とダイアフラム支持部４５とを接合した構造を有している。ダイアフラム形成部４４は、ケース側ダイアフラム４３ａの厚さに対応する均一厚さを有する薄板状に形成されている。ダイアフラム支持部４５は、ダイアフラム形成部４４よりも厚い板状に形成されている。ダイアフラム支持部４５には、ギャップ内壁面４３ｄに対応する貫通孔であるギャップ形成孔４６が設けられている。すなわち、ギャップ内壁面４３ｄは、ギャップ形成孔４６の内壁面として形成されている。

トランスデューサユニット５は、電気信号と超音波振動との変換機能を有する超音波素子５０を有している。超音波素子５０は、素子収容ケース４の内側に収容されつつ、ケース側ダイアフラム４３ａから離隔して配置されている。本実施形態においては、トランスデューサユニット５は、ＭＥＭＳ型の圧電トランスデューサとしての構成を有している。すなわち、超音波素子５０は、半導体基板５１に設けられたＭＥＭＳ型素子である。

半導体基板５１は、指向軸ＤＡに沿った厚さ方向を有するＳＯＩ基板であって、ケース側厚肉部４３ｂに固定的に支持されている。ＳＯＩはSilicon On Insulatorの略である。具体的には、半導体基板５１は、ケース側厚肉部４３ｂに固定された支持基板６と接合されつつ、支持基板６に固定されている。すなわち、半導体基板５１は、支持基板６を介してケース側厚肉部４３ｂと固定的に接合されている。

半導体基板５１は、一対の主面である基板底面５２および素子支持面５３を有している。基板底面５２は、平坦な平面状に形成されている。基板底面５２が不図示の接着層により支持基板６と接合されることで、半導体基板５１が支持基板６に固定されている。素子支持面５３は、超音波素子５０を担持する主面であって、平面状に形成されている。素子支持面５３は、基板背面空間ＳＫに面するように設けられている。

半導体基板５１には、素子側ダイアフラム５４が設けられている。素子側ダイアフラム５４は、指向軸ＤＡに沿った膜厚方向を有する振動膜であって、半導体基板５１における薄肉部として形成されている。素子支持面５３は、素子側ダイアフラム５４の外表面として設けられている。すなわち、素子側ダイアフラム５４は、素子支持面５３を平面状に形成するように、半導体基板５１の厚さ方向における一端側に設けられている。素子側ダイアフラム５４は、トランスデューサユニット５による超音波の送信または受信の際に、撓みながら超音波振動するように設けられている。すなわち、素子側ダイアフラム５４は、面内方向における中心部が指向軸方向に移動する態様で、ケース側ダイアフラム４３ａと同一方向に超音波振動するように形成されている。

超音波素子５０は、素子側ダイアフラム５４と素子部５５とを有している。素子部５５は、素子側ダイアフラム５４に設けられている。本実施形態においては、素子部５５は、圧電膜と薄膜電極とを積層した圧電素子であって、素子支持面５３上に固定されている。すなわち、超音波素子５０は、ＰＭＵＴとしての構成を有している。ＰＭＵＴはPiezoelectric Micro-machined Ultrasonic Transducersの略である。

超音波素子５０は、素子部５５に印加された交流電圧である駆動電圧に基づいて、素子側ダイアフラム５４が超音波振動するように構成されている。また、超音波素子５０は、素子側ダイアフラム５４の振動状態に基づいて、素子部５５にて出力電圧が発生するように構成されている。

素子側ダイアフラム５４は、面内方向に対向する素子側厚肉部５６の間を架け渡すように設けられている。すなわち、素子側厚肉部５６は、面内方向について素子側ダイアフラム５４に隣接する厚肉部であって、素子側ダイアフラム５４よりも厚い所定厚さを有している。

半導体基板５１は、素子側凹部５７を有している。素子側凹部５７は、面内方向における素子側ダイアフラム５４に対応する位置に設けられた凹部であって、指向軸方向に沿って開口するように形成されている。すなわち、素子側凹部５７は、素子側厚肉部５６に囲まれるように設けられている。

本実施形態においては、素子側凹部５７は、支持基板６に向かって開口するように設けられている。すなわち、素子側凹部５７の内側の空間である素子側空洞部５８は、素子側ダイアフラム５４および素子側厚肉部５６によって、基板背面空間ＳＫから遮断されている。

支持基板６は、超音波素子５０を有するトランスデューサユニット５を固定的に支持する部材であって、指向軸ＤＡに沿った厚さ方向を有する板状に形成されている。支持基板６は、外側底板部４３と半導体基板５１との間に配置されている。支持基板６は、一対の主面である実装面６１およびケース固定面６２を有している。

実装面６１は、基板背面空間ＳＫに面するように設けられている。実装面６１上には、半導体基板５１が固定されている。実装面６１における半導体基板５１の周囲に設けられた不図示の電極パッドと、トランスデューサユニット５に設けられた不図示の電極パッドとは、ボンディングワイヤ等の配線を介して電気接続されている。

支持基板６は、外側底板部４３におけるケース側厚肉部４３ｂと接合されつつ、素子収容ケース４に固定されている。具体的には、ケース固定面６２は、不図示の接着層により、外側底板部４３におけるケース側厚肉部４３ｂに固定されている。ケース固定面６２とケース側ダイアフラム４３ａとの間には、ギャップＧが設けられている。すなわち、ギャップＧは、ケース側ダイアフラム４３ａと支持基板６との間の空隙である。

支持基板６は、連通孔６３を有している。連通孔６３は、支持基板６を厚さ方向に貫通する貫通孔であって、実装面６１およびケース固定面６２にて開口するように設けられている。連通孔６３は、指向軸ＤＡを囲む丸孔状に形成されている。すなわち、連通孔６３は、円筒内面状の内壁面である基板内壁面６４を有している。

本実施形態においては、支持基板６は、連通孔６３が素子側凹部５７と隣接しつつ連通するように、半導体基板５１と接合されている。すなわち、連通孔６３は、半導体基板５１に設けられた素子側空洞部５８と連通するように設けられている。また、連通孔６３は、ギャップＧとも連通するように設けられている。すなわち、連通孔６３は、ギャップＧと素子側空洞部５８との間にて、両者を連通させるように設けられている。そして、素子側空洞部５８と、ギャップＧと、連通孔６３とによって、閉鎖空間ＳＣが形成されている。

閉鎖空間ＳＣは、外側底板部４３と半導体基板５１と支持基板６との接合体の内部に形成されている。すなわち、閉鎖空間ＳＣは、ダイアフラム裏面４３ｃとギャップ内壁面４３ｄと基板内壁面６４と素子側凹部５７とによって囲まれている。閉鎖空間ＳＣは、ケース側ダイアフラム４３ａと素子側ダイアフラム５４との間に設けられている。閉鎖空間ＳＣは、半導体基板５１を挟んで基板背面空間ＳＫとは反対側に設けられている。「閉鎖空間」は、外部との連通孔を有しない、閉じられた空間を意味する。本実施形態においては、閉鎖空間ＳＣは、気密且つ液密に密閉された空間として形成されている。

上記の通り、半導体基板５１は、ケース側ダイアフラム４３ａと素子側ダイアフラム５４との間に閉鎖空間ＳＣが形成されるように配置されつつ、素子収容ケース４に固定的に支持されている。閉鎖空間ＳＣは、素子収容ケース４内に設けられた共鳴空間としての機能を有している。すなわち、閉鎖空間ＳＣは、ケース側ダイアフラム４３ａと素子側ダイアフラム５４との間で超音波振動が連成共振により伝播するように設けられている。

本実施形態においては、閉鎖空間ＳＣは、空間断面積が指向軸方向について変化するように形成されている。「空間断面積」は、閉鎖空間ＳＣにおける、指向軸ＤＡと直交する平面による断面積である。具体的には、閉鎖空間ＳＣは、素子側空洞部５８にて最も空間断面積が小さく、ギャップＧにて最も空間断面積が大きくなるように形成されている。連通孔６３は、その空間断面積が素子側空洞部５８以上且つギャップＧ未満となるように形成されている。すなわち、連通孔６３は、その内壁面である基板内壁面６４が径方向について素子側凹部５７の内側に位置しないように形成されている。

超音波マイクロフォン３は、超音波素子５０、閉鎖空間ＳＣ、およびケース側ダイアフラム４３ａにおける共振周波数が、３０ｋＨｚ～１００ｋＨｚとなるように構成されている。また、超音波マイクロフォン３は、第一共振周波数と第二共振周波数と第三共振周波数とが一致するように構成されている。第一共振周波数は、超音波素子５０における、共振周波数すなわち構造共振周波数である。第二共振周波数は、閉鎖空間ＳＣにおける、共振周波数すなわち共鳴周波数である。第三共振周波数は、ケース側ダイアフラム４３ａにおける、共振周波数すなわち構造共振周波数である。

具体的には、超音波マイクロフォン３は、Δｆｒ≦ＢＷとなるように構成されている。Δｆｒは、第一共振周波数と第二共振周波数の差、第二共振周波数と第三共振周波数との差、および、第一共振周波数と第三共振周波数との差のうちの、最大値である。すなわち、Δｆｒは、ケース側ダイアフラム４３ａ、超音波素子５０、および閉鎖空間ＳＣの間の、共振周波数のズレ量の最大値である。ＢＷは、超音波素子５０と閉鎖空間ＳＣとケース側ダイアフラム４３ａとのうちの最も共振帯が広いものにおける、当該共振帯の帯域幅である。

「共振帯」とは、共振周波数をピークとする出力曲線あるいは特性曲線において、ピーク値から３ｄＢ低下する二つの周波数ｆａ，ｆｂ間の周波数帯域である。「ピーク値から３ｄＢ低下」は、「ピーク値の１／√２倍」とも言い換えられ得る。「共振帯」は、「構造体共振の共振帯」、あるいは、「共振ピークの３ｄＢ帯」とも称され得る。帯域幅は、「－３ｄＢ帯域幅」、「３ｄＢ帯域幅」、あるいは単に「周波数帯域幅」とも称され得る。

（効果）
以下、本実施形態の構成による動作概要を、同構成により奏される効果とともに、各図面を参照しつつ説明する。

超音波センサ１の車載状態にて、素子収容ケース４における外側底板部４３の外表面である露出面３ｂは、外部空間ＳＤに露出される。このため、車両Ｖの走行中等において、露出面３ｂに、小石等の固い異物が衝突する場合がある。

この点、上記構成においては、超音波素子５０は、素子収容ケース４の内側に収容されつつ、素子収容ケース４に設けられたケース側ダイアフラム４３ａから離隔して配置されている。すなわち、超音波素子５０は、車載状態にて外部空間ＳＤに露出する外側底板部４３には貼り付けられていない。このため、ケース側ダイアフラム４３ａに小石等の固い異物が衝突しても、かかる衝突による衝撃は、超音波素子５０には直接的には作用しない。したがって、超音波素子５０におけるクラック等の発生が、良好に防止され得る。特に、外側底板部４３を厚く形成しなくても、超音波素子５０におけるクラック等の不具合の発生が、良好に回避され得る。したがって、超音波センサ１の体格の大型化を回避しつつ、超音波素子５０を良好に保護することが可能となる。

また、超音波マイクロフォン３の指向軸方向における先端部、すなわち、側板部４１の指向軸方向における先端側は、外側底板部４３により液密的に閉塞されている。このため、露出面３ｂ側すなわち外部空間ＳＤ側からの、素子収容ケース４内への水等の液体の浸入が、良好に抑制される。

さらに、超音波マイクロフォン３の指向軸方向における基端部は、組立状態にて、センサケース２および上記のスリーブ部材によって液密的に覆われている。具体的には、ケース側方空間ＳＳおよびケース背面空間ＳＢは、マイクロフォン収容部２ｃおよび上記のスリーブ部材によって占められている。このため、車体内空間ＳＮ側からの、素子収容ケース４内への水等の液体の浸入が、良好に抑制される。

このように、上記構成によれば、超音波素子５０および閉鎖空間ＳＣは、水等の浸入から良好に保護される。したがって、水等の浸入による、超音波素子５０における故障あるいは閉鎖空間ＳＣにおける共鳴周波数の変動等の、不具合の発生が、良好に抑制される。

また、超音波素子５０が設けられた素子側ダイアフラム５４は、閉鎖空間ＳＣを隔ててケース側ダイアフラム４３ａと対向配置されている。すなわち、半導体基板５１における薄肉部である素子側ダイアフラム５４と、外側底板部４３における薄肉部であるケース側ダイアフラム４３ａとの間には、共鳴空間である閉鎖空間ＳＣが設けられている。閉鎖空間ＳＣは、液密的且つ気密的な空間として形成されている。このため、超音波振動は、閉鎖空間ＳＣ内の媒体（例えば空気）を介して、素子側ダイアフラム５４すなわち超音波素子５０とケース側ダイアフラム４３ａとの間を良好に伝播する。

具体的には、探査波の送信時においては、駆動電圧の印加により超音波素子５０にて発生した超音波振動が、閉鎖空間ＳＣ内の媒体に伝播する。閉鎖空間ＳＣ内の媒体に伝播した超音波振動は、ケース側ダイアフラム４３ａに伝播する。ケース側ダイアフラム４３ａに伝播した超音波振動により、外部空間ＳＤに向けて探査波が送信される。逆に、受信時においては、外部空間ＳＤからの受信波により励振されたケース側ダイアフラム４３ａの振動が、閉鎖空間ＳＣ内の媒体に伝播する。閉鎖空間ＳＣ内の媒体に伝播した振動は、素子側ダイアフラム５４に伝播する。これにより、素子部５５にて出力電圧が発生する。

このように、超音波素子５０とケース側ダイアフラム４３ａとのうちの一方における超音波振動は、ギャップＧ内の媒体を介した連成共振により、他方に伝播する。したがって、超音波素子５０とケース側ダイアフラム４３ａとの間の超音波振動の伝播効率が良好となる。

ここで、超音波センサ１は、第一共振周波数と第二共振周波数と第三共振周波数とが一致するように構成されている。第一共振周波数は、超音波素子５０における、共振周波数すなわち構造共振周波数である。第二共振周波数は、閉鎖空間ＳＣにおける、共振周波数すなわち共鳴周波数である。第三共振周波数は、ケース側ダイアフラム４３ａにおける、共振周波数すなわち構造共振周波数である。したがって、超音波素子５０とケース側ダイアフラム４３ａとの間の超音波振動の伝播効率が良好となる。

このように、上記構成によれば、超音波素子５０を良好に保護しつつ、超音波センサ１の外部空間ＳＤと超音波素子５０との間の超音波振動の伝播を良好に実現することが可能となる。特に、超音波素子５０として、バルク型よりも大出力が得られにくいＭＥＭＳ型の構成を用いても、振動が連成共振により効率的に伝播することで、良好な送受信性能が実現され得る。また、車載用の超音波センサ１として、素子収容ケース４の強度確保のために外側底板部４３を厚さが０．５ｍｍ以上となるように厚めに形成しても、良好な送受信性能が実現され得る。

但し、製造上、第一共振周波数と第二共振周波数と第三共振周波数とを完全に一致させることは困難である。そこで、第一共振周波数と第二共振周波数と第三共振周波数とが実質的に一致しているものとするために、これらの差をどの程度に収めるかが問題となる。

この点、本発明の筆頭発明者を含む共同発明者は、鋭意検討の結果、第一共振周波数と第二共振周波数と第三共振周波数とが実質的に一致しているものと評価できる条件を見出した。その条件とは、Δｆｒ≦ＢＷである。Δｆｒは、第一共振周波数と第二共振周波数の差、第二共振周波数と第三共振周波数との差、および、第一共振周波数と第三共振周波数との差のうちの、最大値である。ＢＷは、超音波素子５０と閉鎖空間ＳＣとケース側ダイアフラム４３ａとのうちの最も共振帯が広いものにおける、当該共振帯の帯域幅である。これにより、良好な送受信特性が得られる。

上記構成においては、素子収容ケース４は、閉鎖空間ＳＣを気密且つ液密に密閉するように形成されている。このため、ケース側ダイアフラム４３ａと超音波素子５０との間の、閉鎖空間ＳＣ内の媒体（例えば空気）は、超音波振動を伝播する流体バネとして良好に機能する。すなわち、閉鎖空間ＳＣを気密的に形成することで、超音波素子５０とケース側ダイアフラム４３ａとの間の疎密波の強度を高めることができる。したがって、かかる構成によれば、良好な送受信特性が得られる。

ところで、超音波マイクロフォン３の指向性は、駆動周波数と、ケース側ダイアフラム４３ａの振動範囲とによって変化する。すなわち、指向角は、駆動周波数と振動範囲との積が小さくなるほど大きくなる。

この点、上記構成においては、素子側凹部５７の内側の空間である素子側空洞部５８と、ギャップＧと、連通孔６３とによって、閉鎖空間ＳＣが形成されている。また、閉鎖空間ＳＣは、空間断面積が指向軸方向について変化するように形成されている。具体的には、素子側空洞部５８における空間断面積が最も小さく、ギャップＧにおける空間断面積が最も大きい。連通孔６３における空間断面積は、素子側空洞部５８における空間断面積以上である。これにより、所望の駆動周波数と指向角とを実現するための設計自由度が向上する。

すなわち、例えば、駆動周波数に関しては、超音波素子５０における構造共振周波数を所望の周波数に設定することが可能である。超音波素子５０における構造共振周波数は、素子側ダイアフラム５４と素子部５５との積層体における寸法等の設計パラメータを調整することで設定可能である。具体的には、例えば、素子側ダイアフラム５４の、材料、厚さ、面内方向におけるサイズ、等を調整することで、超音波素子５０における構造共振周波数を任意の値に設定することが可能である。

また、ケース側ダイアフラム４３ａにおける指向角および構造共振周波数は、ケース側ダイアフラム４３ａにおける寸法等の設計パラメータを調整することで設定可能である。具体的には、例えば、ケース側ダイアフラム４３ａの、材料、厚さ、面内方向におけるサイズ、等が調整可能である。すなわち、上記構成においては、指向角およびケース側ダイアフラム４３ａにおける構造共振周波数を、超音波素子５０および閉鎖空間ＳＣにおける共振周波数とは独立に調整することが可能である。

さらに、閉鎖空間ＳＣにおける共鳴周波数は、閉鎖空間ＳＣを構成する各部の寸法調整することで設定可能である。具体的には、例えば、ギャップＧ、連通孔６３、および素子側空洞部５８の、指向軸方向寸法および面内方向寸法が調整可能である。ここで、共鳴周波数の設定に際しては、ケース側ダイアフラム４３ａおよび素子側ダイアフラム５４の、厚さおよび面内方向におけるサイズが変わらないようにすることが好適である。具体的には、例えば、ケース側厚肉部４３ｂの厚さ、半導体基板５１の厚さ、支持基板６の厚さ、連通孔６３の内径、等を調整することが好適である。これにより、共鳴周波数を、素子側ダイアフラム５４および超音波素子５０における構造共振周波数とは独立に調整することが可能である。

上記構成においては、超音波素子５０は、ＭＥＭＳ型の半導体素子として、半導体基板５１に形成されている。かかる構成によれば、超音波素子５０における送受信性能を維持しつつ、超音波素子５０を良好に小型化することが可能となる。したがって、超音波センサ１の体格を大型化させることなく、後述の実施形態のように超音波素子５０を面内方向に複数配列形成して超音波センサ１を高機能化することが可能となる。

上記構成においては、素子収容ケース４は、指向軸ＤＡを囲む筒状に形成された側板部４１と、側板部４１の一端側を液密的に閉塞する外側底板部４３とを有している。また、ケース側ダイアフラム４３ａは、面内方向における外側底板部４３の中央部に設けられた薄肉部として形成されている。さらに、超音波素子５０を有する半導体基板５１は、ケース側ダイアフラム４３ａの周囲に形成された外側底板部４３における厚肉部であるケース側厚肉部４３ｂに固定的に支持されている。かかる構成によれば、ケース側ダイアフラム４３ａと素子側ダイアフラム５４との間に設けられた共鳴空間である閉鎖空間ＳＣを所望の特性を有するように形成することが、簡略な製造工程によって実現され得る。

（第二実施形態）
以下、第二実施形態について、図４を参照しつつ説明する。なお、以下の第二実施形態の説明においては、主として、第一実施形態と異なる部分について説明する。また、第一実施形態と第二実施形態とにおいて、互いに同一または均等である部分には、同一符号が付されている。したがって、以下の第二実施形態の説明において、第一実施形態と同一の符号を有する構成要素に関しては、技術的矛盾または特段の追加説明なき限り、上記の第一実施形態における説明が適宜援用され得る。

図４に示されているように、超音波マイクロフォン３には、容積調整部４０１が設けられている。容積調整部４０１は、ダイアフラム裏面４３ｃとは異なる位置にて、閉鎖空間ＳＣに面するように設けられている。

本実施形態においては、容積調整部４０１は、閉鎖空間ＳＣに向かって面内方向すなわち径方向に沿って突設された突起として形成されている。具体的には、図４の例においては、突起としての容積調整部４０１は、ギャップ内壁面４３ｄに設けられている。

閉鎖空間ＳＣに向かって突設された突起としての容積調整部４０１を設けて、閉鎖空間ＳＣの容積を調整することで、閉鎖空間ＳＣにおける共鳴周波数を調整することが可能となる。この点、ダイアフラム裏面４３ｃに容積調整部４０１を設けることも一応可能である。しかしながら、ダイアフラム裏面４３ｃは、ケース側ダイアフラム４３ａにおける、閉鎖空間ＳＣに面する内表面である。ダイアフラム裏面４３ｃに突起を設けると、かかる突起は、振動的には、ケース側ダイアフラム４３ａに対する付着物と等価となる。このため、ダイアフラム裏面４３ｃに容積調整部４０１を設けると、閉鎖空間ＳＣにおける共鳴周波数のみならず、ケース側ダイアフラム４３ａにおける共振周波数も変化してしまう。

そこで、本実施形態においては、閉鎖空間ＳＣの容積を調整する容積調整部４０１は、ダイアフラム裏面４３ｃとは異なる位置に設けられている。かかる構成によれば、容積調整部４０１を用いた閉鎖空間ＳＣにおける共鳴周波数の調整を、素子側ダイアフラム５４および超音波素子５０における構造共振周波数とは独立に調整することが可能となる。したがって、所望の駆動周波数と指向角とを実現するための設計自由度が向上する。

なお、突起としての容積調整部４０１は、ギャップ内壁面４３ｄに代えて、あるいはこれとともに、連通孔６３に設けられ得る。同様に、突起としての容積調整部４０１は、素子側凹部５７における、素子側ダイアフラム５４の裏面以外の、円筒内面状の部分に設けられ得る。

（第三実施形態）
以下、第三実施形態について、図５を参照しつつ説明する。なお、以下の第三実施形態の説明においては、主として、第二実施形態と異なる部分について説明する。また、第二実施形態と第三実施形態とにおいて、互いに同一または均等である部分には、同一符号が付されている。したがって、以下の第三実施形態の説明において、先に説明した他の実施形態と同一の符号を有する構成要素に関しては、技術的矛盾または特段の追加説明なき限り、当該他の実施形態における説明が適宜援用され得る。後述の第四実施形態以降の他の実施形態についても同様である。

図５に示されているように、本実施形態においては、容積調整部４０１は、閉鎖空間ＳＣに向かって開口する凹部として形成されている。具体的には、図５の例においては、凹部としての容積調整部４０１は、ギャップ内壁面４３ｄにて、面内方向すなわち径方向に沿って開口するように設けられている。

かかる構成によれば、上記第二実施形態と同様の効果が奏される。なお、凹部としての容積調整部４０１は、ギャップ内壁面４３ｄに代えて、あるいはこれとともに、連通孔６３に設けられ得る。同様に、凹部としての容積調整部４０１は、素子側凹部５７における、素子側ダイアフラム５４の裏面以外の、円筒内面状の部分に設けられ得る。

（第四実施形態）
以下、第四実施形態について、図６を参照しつつ説明する。本実施形態においては、容積調整部４０１は、外側底板部４３に設けられたテーパ部であって、ギャップ形成孔４６の内径が指向軸方向における位置に応じて変化するように形成されている。すなわち、ギャップ内壁面４３ｄは、円錐台状に形成されたギャップ形成孔４６の内壁面であって、テーパ面状の形状を有している。

かかる構成によれば、上記第二実施形態および第三実施形態と同様の効果が奏される。なお、テーパ部としての容積調整部４０１は、外側底板部４３におけるギャップ形成孔４６に代えて、あるいはこれとともに、連通孔６３に設けられ得る。同様に、テーパ部としての容積調整部４０１は、素子側凹部５７に設けられ得る。

（第五実施形態）
以下、第五実施形態について、図７を参照しつつ説明する。本実施形態においては、素子収容ケース４には、スリット４０２が形成されている。スリット４０２は、素子収容ケース４の指向軸方向における先端部、すなわち、ケース側ダイアフラム４３ａが設けられた側の一端部に設けられている。

図７に示されているように、本実施形態においては、スリット４０２は、側板部４１の上端部に形成されている。具体的には、スリット４０２は、側板部４１を径方向に貫通することで、外側底板部４３におけるケース側厚肉部４３ｂに達するように設けられている。

スリット４０２は、封止材４０３によって気密的且つ液密的に封止されている。封止材４０３は、例えば、合成樹脂等によって形成されている。また、素子収容ケース４内には、吸湿材４０４が収容されている。吸湿材４０４は、閉鎖空間ＳＣ内に設けられている。また、吸湿材４０４は、基板背面空間ＳＫ内に設けられている。

かかる構成においては、スリット４０２を設けることで、ケース側ダイアフラム４３ａが振動しやすくなる。これにより、超音波センサ１における指向性を高めることが可能となる。また、スリット４０２を封止材４０３によって気密的且つ液密的に封止することで、露出面３ｂ側すなわち外部空間ＳＤ側からの、素子収容ケース４内への水等の液体の浸入が、良好に抑制される。また、閉鎖空間ＳＣにおける気密性が、良好に確保され得る。

また、閉鎖空間ＳＣ内に吸湿材４０４を設けることで、閉鎖空間ＳＣにおける共鳴周波数の変動が、良好に抑制される。さらに、基板背面空間ＳＫ内に吸湿材４０４を設けることで、配線部における腐食等の、超音波素子５０における劣化あるいは故障の発生が、良好に抑制される。

（第六実施形態）
以下、第六実施形態について、図８を参照しつつ説明する。本実施形態においては、スリット４０２は、ケース側ダイアフラム４３ａに形成されている。具体的には、図８の例においては、スリット４０２は、ケース側ダイアフラム４３ａを厚さ方向に貫通するように設けられている。また、スリット４０２は、ケース側ダイアフラム４３ａの径方向における外縁部に設けられている。

かかる構成によれば、上記第五実施形態と同様の効果が奏される。なお、本実施形態においても、上記第五実施形態と同様に、閉鎖空間ＳＣ内に吸湿材４０４を設けることで、閉鎖空間ＳＣにおける共鳴周波数の変動が、良好に抑制される。また、基板背面空間ＳＫ内に吸湿材４０４を設けることで、超音波素子５０における劣化あるいは故障の発生が、良好に抑制される。

（第七実施形態）
以下、第七実施形態について、図９を参照しつつ説明する。本実施形態においては、閉鎖空間ＳＣ内には、制振材４０５が収容されている。制振材４０５は、ケース側ダイアフラム４３ａにおける振動に対するダンパー効果を奏するように設けられている。具体的には、図９の例においては、制振材４０５は、合成ゴム等の合成樹脂によって形成された板状部材であって、ダイアフラム裏面４３ｃに貼り付けられている。

かかる構成によれば、超音波センサ１における残響の発生が、良好に低減される。これにより、残響時間が短縮され、以て超音波センサ１における近距離検知性能が向上する。

（第八実施形態）
以下、第八実施形態について、図１０を参照しつつ説明する。本実施形態においては、超音波マイクロフォン３は、温度センサ４０６と周波数変更部４０７とを備えている。

温度センサ４０６は、超音波センサ１の動作環境温度に対応する出力を発生するように設けられている。図１０の例においては、温度センサ４０６は、基板背面空間ＳＫ内に収容されている。すなわち、温度センサ４０６は、超音波素子５０における素子部５５に対向する空間である、素子収容ケース４の内側の基板背面空間ＳＫ内の温度に対応する出力を発生するようになっている。具体的には、温度センサ４０６は、内側底板部４２における内側底面４２ａ上に固定されている。

周波数変更部４０７は、超音波センサ１の動作環境温度に応じて、ケース側ダイアフラム４３ａにおける振動周波数を変更するように設けられている。具体的には、周波数変更部４０７は、温度センサ４０６の出力に基づいて、ケース側ダイアフラム４３ａにおける構造共振周波数を変更するように構成されている。周波数変更部４０７は、図２に示されたケース本体部２ａの内側に収容された不図示の制御回路基板に実装された制御ＩＣによって、動作が制御されるようになっている。

本実施形態においては、周波数変更部４０７は、バルクＰＺＴ等のバルク圧電セラミックからなる圧電素子であって、電圧印加により歪を発生するように形成されている。ＰＺＴはチタン酸ジルコン酸鉛の略称である。すなわち、周波数変更部４０７は、電圧印加時の歪によりケース側ダイアフラム４３ａにおける内部応力すなわち張力を調整するように、素子収容ケース４におけるケース側ダイアフラム４３ａまたはその近傍位置に貼り付けられている。図１０の例においては、周波数変更部４０７は、外側底板部４３におけるケース側ダイアフラム４３ａまたはその近傍にて、露出面３ｂに固定されている。

超音波センサ１の動作環境温度が変化すると、ケース側ダイアフラム４３ａにおける共振周波数がシフトする。ケース側ダイアフラム４３ａにおける共振周波数がシフトすると、ケース側ダイアフラム４３ａにおける共振周波数と超音波素子５０における共振周波数との差が大きくなる。すると、超音波素子５０とケース側ダイアフラム４３ａとの間の振動伝播効率が低下する。そこで、本実施形態においては、温度センサ４０６と周波数変更部４０７とが設けられている。

かかる構成においては、温度センサ４０６は、超音波センサ１の動作環境温度に対応する出力を発生する。これにより、超音波センサ１の動作環境温度が検出可能となる。周波数変更部４０７は、検出された動作環境温度に応じて、ケース側ダイアフラム４３ａにおける共振周波数を変更する。具体的には、検出された動作環境温度に応じて、周波数変更部４０７に制御電圧が印加される。周波数変更部４０７は、印加された制御電圧に応じて歪を発生することで、ケース側ダイアフラム４３ａにおける内部応力すなわち張力を調整する。

かかる構成によれば、動作環境温度の変化による共振条件のズレが、良好に補償され得る。また、ケース側ダイアフラム４３ａにおける共振周波数を、閉鎖空間ＳＣにおける共鳴周波数および超音波素子５０における共振周波数とは独立に制御することが可能となる。

（第九実施形態）
以下、第九実施形態について、図１１を参照しつつ説明する。本実施形態においては、温度センサ４０６は、半導体基板５１に設けられている。具体的には、図１１の例においては、温度センサ４０６は、素子支持面５３上に固定されている。

かかる構成によれば、上記第八実施形態と同様の効果が奏される。なお、温度センサ４０６を半導体基板５１に設ける場合、温度センサ４０６の設置位置は、素子支持面５３上に限定されない。すなわち、例えば、温度センサ４０６は、半導体基板５１の端面に設けられてもよい。あるいは、例えば、温度センサ４０６は、半導体基板５１の内部に設けられてもよい。また、温度センサ４０６は、ＭＥＭＳ技術によって半導体基板５１に設けられてもよい。

（第十実施形態）
以下、第十実施形態について、図１２を参照しつつ説明する。本実施形態においては、周波数変更部４０７は、超音波素子５０における振動周波数を変更するように設けられている。具体的には、周波数変更部４０７は、温度センサ４０６の出力に基づいて、超音波素子５０における構造共振周波数を変更するように構成されている。

本実施形態においては、周波数変更部４０７は、ＭＥＭＳ型の圧電素子であって、電圧印加により歪を発生するように形成されている。すなわち、周波数変更部４０７は、電圧印加時の歪により素子側ダイアフラム５４における内部応力すなわち張力を調整するように、半導体基板５１における素子側ダイアフラム５４またはその近傍位置に設けられている。

超音波センサ１の動作環境温度が変化すると、ケース側ダイアフラム４３ａにおける共振周波数がシフトする。ケース側ダイアフラム４３ａにおける共振周波数がシフトすると、超音波素子５０とケース側ダイアフラム４３ａとの間の振動伝播効率が低下する。そこで、本実施形態においては、温度センサ４０６と周波数変更部４０７とが設けられている。

かかる構成においては、温度センサ４０６は、超音波センサ１の動作環境温度に対応する出力を発生する。これにより、超音波センサ１の動作環境温度が検出可能となる。周波数変更部４０７は、検出された動作環境温度に応じて、超音波素子５０における共振周波数を変更する。具体的には、検出された動作環境温度に応じて、周波数変更部４０７に制御電圧が印加される。周波数変更部４０７は、印加された制御電圧に応じて歪を発生することで、素子側ダイアフラム５４における内部応力すなわち張力を調整する。

かかる構成によれば、動作環境温度の変化による共振条件のズレが、良好に補償され得る。また、超音波素子５０における共振周波数を、閉鎖空間ＳＣにおける共鳴周波数およびケース側ダイアフラム４３ａにおける共振周波数とは独立に制御することが可能となる。

（第十一実施形態）
以下、第十一実施形態について、図１３を参照しつつ説明する。本実施形態においては、周波数変更部４０７は、閉鎖空間ＳＣにおける振動周波数を変更するように設けられている。具体的には、周波数変更部４０７は、温度センサ４０６の出力に基づいて、閉鎖空間ＳＣにおける共鳴周波数を変更するように構成されている。

本実施形態においては、周波数変更部４０７は、バルクＰＺＴ等のバルク圧電セラミックからなる圧電素子であって、電圧印加により変形するように形成されている。図１３の例においては、周波数変更部４０７は、ケース側厚肉部４３ｂに設けられている。具体的には、周波数変更部４０７は、ダイアフラム形成部４４と支持基板６との間に配置されている。周波数変更部４０７とダイアフラム形成部４４との間、および、周波数変更部４０７と支持基板６との間には、弾性接合層４０８が設けられている。弾性接合層４０８は、弾性接着剤層によって形成されている。

かかる構成においては、温度センサ４０６は、超音波センサ１の動作環境温度に対応する出力を発生する。これにより、超音波センサ１の動作環境温度が検出可能となる。周波数変更部４０７は、検出された動作環境温度に応じて、閉鎖空間ＳＣにおける共鳴周波数を変更する。具体的には、検出された動作環境温度に応じて、周波数変更部４０７に制御電圧が印加される。周波数変更部４０７は、印加された制御電圧に応じて、指向軸方向および面内方向に伸縮する。

周波数変更部４０７の指向軸方向における伸縮は、弾性接合層４０８によって吸収される。このため、周波数変更部４０７の指向軸方向における伸縮による、ケース側ダイアフラム４３ａおよび超音波素子５０における共振周波数の変動が、良好に抑制され得る。

一方、周波数変更部４０７の面内方向における伸縮により、ギャップＧの面内方向すなわち径方向における寸法が変化する。すると、閉鎖空間ＳＣの体積が変化する。これにより、閉鎖空間ＳＣにおける共鳴周波数が変化する。このように、かかる構成によれば、閉鎖空間ＳＣにおける共鳴周波数を、ケース側ダイアフラム４３ａおよび超音波素子５０における共振周波数とは独立に制御することが可能となる。

（第十二実施形態）
以下、第十二実施形態について、図１４を参照しつつ説明する。本実施形態においては、素子収容ケース４は、通気口４２１を有している。

通気口４２１は、素子収容ケース４の内側の基板背面空間ＳＫと、素子収容ケース４の外側のケース背面空間ＳＢとを連通させるように設けられている。具体的には、通気口４２１は、内側底板部４２を厚さ方向に貫通する貫通孔であって、外側底面３ｃおよび内側底面４２ａにて開口するように形成されている。

通気口４２１は、空気が通過可能な一方で液体の通過が抑制されるように、液密的に封止されている。具体的には、図１４の例においては、通気口４２１には、通気口シール材４２２が装着されている。通気口シール材４２２は、空気が通過可能な一方で液体の通過が困難な多孔質材料によって形成されている。また、素子収容ケース４内には、吸湿材４０４が収容されている。

かかる構成においては、素子収容ケース４の内側の基板背面空間ＳＫと、素子収容ケース４の外側のケース背面空間ＳＢとの間の気体の授受が可能となる。これにより、接着剤の揮発成分等を素子収容ケース４の外側に排出することが可能となる。また、素子側ダイアフラム５４を挟んで閉鎖空間ＳＣの反対側に位置する基板背面空間ＳＫを外気と連通させることで、素子側ダイアフラム５４の変形の際の抵抗が低減し、受信感度が向上する。さらに、通気口シール材４２２を設けることで、通気口４２１にて水等の液体が素子収容ケース４の内部に浸入することを良好に抑制することができる。

（第十三実施形態）
以下、第十三実施形態について、図１５を参照しつつ説明する。本実施形態においては、ケース側ダイアフラム４３ａ、超音波素子５０、および閉鎖空間ＳＣが、面内方向に複数配列形成されている。

具体的には、外側底板部４３には、ケース側隔壁部４３１が設けられている。ケース側隔壁部４３１は、外側底板部４３における厚肉部であって、ケース側厚肉部４３ｂとは異なる位置に設けられている。すなわち、ケース側隔壁部４３１は、面内方向について、隣接する２つのケース側ダイアフラム４３ａの間に配置されている。換言すれば、ケース側隔壁部４３１は、複数のケース側ダイアフラム４３ａを面内方向について区分するように設けられている。

ケース側隔壁部４３１は、指向軸方向における基端部が支持基板６と当接することで、支持基板６により支持されている。また、ケース側隔壁部４３１は、ダイアフラム支持部４５の一部を構成する部分であって、指向軸方向における基端側からダイアフラム形成部４４を支持するように設けられている。すなわち、ケース側隔壁部４３１は、ケース側厚肉部４３ｂと同一の、指向軸方向における寸法を有している。

本実施形態においては、ケース側隔壁部４３１によって区分された複数のギャップＧが、面内方向に複数配列形成されている。複数のギャップＧの各々は、面内方向について、複数のケース側ダイアフラム４３ａの各々に対応する位置に配置されている。

半導体基板５１には、複数の超音波素子５０が設けられている。複数の超音波素子５０の各々は、面内方向について、複数のケース側ダイアフラム４３ａの各々に対応する位置に配置されている。すなわち、一対一に対応する、超音波素子５０とケース側ダイアフラム４３ａとの対が、複数対設けられている。

半導体基板５１には、複数の素子側凹部５７が設けられている。複数の素子側凹部５７の各々は、面内方向について、複数のケース側ダイアフラム４３ａの各々に対応する位置に配置されている。すなわち、一対一に対応する、素子側凹部５７とケース側ダイアフラム４３ａとの対が、複数対設けられている。

支持基板６には、複数の連通孔６３が形成されている。複数の連通孔６３の各々は、面内方向について、複数のケース側ダイアフラム４３ａの各々に対応する位置に配置されている。すなわち、一対一に対応する、連通孔６３とケース側ダイアフラム４３ａとの対が、複数対設けられている。また、一対一に対応する、連通孔６３とギャップＧとの対が、複数対設けられている。さらに、一対一に対応する、連通孔６３と素子側空洞部５８との対が、複数対設けられている。

超音波マイクロフォン３には、複数の閉鎖空間ＳＣが形成されている。複数の閉鎖空間ＳＣの各々は、面内方向について、複数のケース側ダイアフラム４３ａの各々に対応する位置に配置されている。すなわち、一対一に対応する、閉鎖空間ＳＣとケース側ダイアフラム４３ａとの対が、複数対設けられている。複数の閉鎖空間ＳＣの各々は、１つのギャップＧと、これに対応する連通孔６３および素子側空洞部５８とによって形成されている。

かかる構成によれば、複数の超音波素子５０の各々を良好に保護しつつ、これらを用いたセンサアレイとしての機能（例えば角度検知機能等）を良好に実現することが可能となる。また、超音波素子５０と閉鎖空間ＳＣとケース側ダイアフラム４３ａとの組が複数設けられる。このため、各組における周波数特性を個別設計することで、広帯域化等の高機能化が実現され得る。

すなわち、ケース側ダイアフラム４３ａが面内方向に複数配列形成されている場合、複数のケース側ダイアフラム４３ａの各々は、互いに異なる共振周波数を有していてもよい。また、超音波素子５０が面内方向に複数配列形成されている場合、複数の超音波素子５０の各々は、互いに異なる共振周波数を有していてもよい。また、閉鎖空間ＳＣが面内方向に複数配列形成されている場合、複数の閉鎖空間ＳＣの各々は、互いに異なる共鳴周波数を有していてもよい。

（第十四実施形態）
以下、第十四実施形態について、図１６を参照しつつ説明する。本実施形態においても、上記第十三実施形態と同様に、ケース側ダイアフラム４３ａ、超音波素子５０、および閉鎖空間ＳＣが、面内方向に複数配列形成されている。以下の第十四実施形態の説明においては、主として、上記第十三実施形態と異なる部分について説明する。

本実施形態においては、図１５に示されたケース側隔壁部４３１に代えて、ダイアフラム分離材４３２が設けられている。ダイアフラム分離材４３２は、面内方向について、隣接する２つのケース側ダイアフラム４３ａの間に介在して設けられている。

ダイアフラム分離材４３２は、図１５に示されたケース側隔壁部４３１と同様に、複数のケース側ダイアフラム４３ａを面内方向について区分するように設けられている。同様に、ダイアフラム分離材４３２は、複数のギャップＧを面内方向について区分するように設けられている。すなわち、ダイアフラム分離材４３２は、面内方向について、隣接する２つのギャップＧの間に介在して設けられている。

さらに、ダイアフラム分離材４３２は、ケース側ダイアフラム４３ａが面内方向に複数配列形成されている場合における、隣接するケース側ダイアフラム４３ａ同士の振動伝達を抑制するように構成されている。具体的には、ダイアフラム分離材４３２は、合成ゴム等の合成樹脂によって形成されていて、制振機能を有している。

本実施形態においては、ダイアフラム形成部４４における、ダイアフラム分離材４３２に対応する位置には、分離材挿通孔４３３が設けられている。分離材挿通孔４３３は、ダイアフラム形成部４４を厚さ方向に貫通する貫通孔である。ダイアフラム分離材４３２は、指向軸方向における基端部が支持基板６と当接することで、支持基板６により支持されている。また、ダイアフラム分離材４３２は、指向軸方向における先端部が分離材挿通孔４３３に挿通されている。ダイアフラム分離材４３２の指向軸方向における先端部が分離材挿通孔４３３に挿通されている部分は、気密的且つ液密的にシールされている。

かかる構成においては、面内方向に隣接するケース側ダイアフラム４３ａ同士の振動伝達が、良好に抑制され得る。また、面内方向に隣接するギャップＧ同士の振動伝達が、良好に抑制され得る。したがって、超音波素子５０と閉鎖空間ＳＣとケース側ダイアフラム４３ａとの組が複数設けられた場合における、各組同士の混信が、良好に抑制される。

（第十五実施形態）
以下、第十五実施形態について、図１７を参照しつつ説明する。以下の第十五実施形態の説明においても、主として、上記第十三実施形態と異なる部分について説明する。

本実施形態においても、上記第十三実施形態と同様に、ケース側ダイアフラム４３ａおよび超音波素子５０が、面内方向に複数配列形成されている。すなわち、ギャップＧおよび素子側空洞部５８が、面内方向に複数配列形成されている。

一方、本実施形態においては、連通孔６３が、複数のギャップＧに跨るように設けられている。また、連通孔６３が、複数の素子側空洞部５８に跨るように設けられている。すなわち、面内方向に隣接する複数の閉鎖空間ＳＣが、連通孔６３によって連通するように形成されている。あるいは、面内方向について、１つの閉鎖空間ＳＣが、連通孔６３から、複数のギャップＧおよび素子側空洞部５８に向かって分岐するように形成されている。

かかる構成によれば、混信抑制機能については上記第十四実施形態には若干劣るものの、上記第十三実施形態と同様の効果が奏され得る。

（第十六実施形態）
以下、第十六実施形態について、図１８を参照しつつ説明する。本実施形態においても、上記第十三実施形態と同様に、超音波素子５０が、面内方向に複数配列形成されている。すなわち、素子側空洞部５８が、面内方向に複数配列形成されている。また、連通孔６３が、面内方向に複数配列形成されている。複数の連通孔６３の各々は、対応する素子側凹部５７すなわち素子側空洞部５８と連通するように設けられている。

一方、本実施形態においては、ギャップＧが、複数の超音波素子５０に跨るように設けられている。同様に、ギャップＧが、複数の連通孔６３に跨るように設けられている。すなわち、面内方向について、１つの閉鎖空間ＳＣが、ギャップＧから複数の連通孔６３に向かって分岐するように形成されている。あるいは、面内方向に隣接する複数の閉鎖空間ＳＣが、ギャップＧによって連通するように形成されている。

かかる構成によれば、混信抑制機能については上記第十四実施形態には若干劣るものの、上記第十三実施形態と同様の効果が奏され得る。

（第十七実施形態）
以下、第十七実施形態について、図１９を参照しつつ説明する。本実施形態においても、上記第十三実施形態と同様に、超音波素子５０が、面内方向に複数配列形成されている。すなわち、素子側空洞部５８が、面内方向に複数配列形成されている。

一方、本実施形態においては、ギャップＧおよび連通孔６３が、複数の超音波素子５０に跨るように設けられている。すなわち、面内方向について、１つの閉鎖空間ＳＣが、連通孔６３から複数の素子側空洞部５８に向かって分岐するように形成されている。

かかる構成によれば、混信抑制機能については上記第十四実施形態には若干劣るものの、上記第十三実施形態と同様の効果が奏され得る。

（第十八実施形態）
以下、第十八実施形態について、図２０を参照しつつ説明する。本実施形態においては、面内方向に隣接する２つの連通孔６３が、基板側隔壁部６５０によって分割されている。すなわち、面内方向に隣接する複数の閉鎖空間ＳＣが、ギャップＧおよび素子側空洞部５８によって連通するように形成されている。あるいは、面内方向について、１つの閉鎖空間ＳＣが、支持基板６にて２つの連通孔６３に分岐するように形成されている。

かかる構成によれば、連通孔６３および基板側隔壁部６５０における寸法等の設計パラメータを調整することで、閉鎖空間ＳＣにおける共鳴周波数を調整することが可能である。したがって、閉鎖空間ＳＣにおける共鳴周波数を、素子側ダイアフラム５４および超音波素子５０における構造共振周波数とは独立に調整することが可能となる。

（第十九実施形態）
以下、第十九実施形態について、図２１を参照しつつ説明する。本実施形態は、図３に示された第一実施形態における支持基板６を省略した構成に相当する。すなわち、本実施形態においては、半導体基板５１は、素子収容ケース４に直接的に固定されている。

具体的には、図２１を参照すると、半導体基板５１は、素子側凹部５７がギャップＧと隣接しつつ連通するように外側底板部４３におけるケース側厚肉部４３ｂと接合されている。半導体基板５１は、不図示の接着層によりケース側厚肉部４３ｂに接着されることで、素子収容ケース４に固定されている。また、素子側凹部５７の内側の空間である素子側空洞部５８と、ギャップＧとによって、閉鎖空間ＳＣが形成されている。

本実施形態によれば、上記第一実施形態と同様の効果が、よりいっそう簡略な装置構成により達成され得る。

（第二十実施形態）
以下、第二十実施形態について、図２２を参照しつつ説明する。本実施形態は、図３に示された第一実施形態における半導体基板５１の装着姿勢を変更した構成に相当する。

すなわち、本実施形態においては、半導体基板５１は、素子支持面５３にて、不図示の接着層により支持基板６と接合されている。また、素子側凹部５７は、基板背面空間ＳＫに向かって開口することで、素子側空洞部５８が連通孔６３ではなく基板背面空間ＳＫと連通するように設けられている。

図２２に示されているように、閉鎖空間ＳＣは、素子側空洞部５８を含まなくてもよい。すなわち、ギャップＧと連通孔６３とによって、閉鎖空間ＳＣが形成されていてもよい。

（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。故に、上記実施形態に対しては、適宜変更が可能である。以下、代表的な変形例について説明する。以下の変形例の説明においては、上記実施形態との相違点を主として説明する。また、上記実施形態と変形例とにおいて、互いに同一または均等である部分には、同一符号が付されている。したがって、以下の変形例の説明において、上記実施形態と同一の符号を有する構成要素に関しては、技術的矛盾または特段の追加説明なき限り、上記実施形態における説明が適宜援用され得る。

超音波センサ１の装着対象は、フロントバンパーＶ３およびリアバンパーＶ４に限定されない。具体的には、例えば、超音波センサ１は、車体パネルＶ２にも装着され得る。すなわち、装着孔Ｖ５は、車体パネルＶ２にも設けられ得る。また、超音波センサ１は、車載用に限定されない。また、超音波センサ１は、クリアランスソナーに限定されない。すなわち、超音波センサ１は、他の用途にも用いられ得る。

超音波センサ１は、超音波を送受信可能な構成に限定されない。すなわち、例えば、超音波センサ１は、超音波の発信のみが可能な構成を有していてもよい。あるいは、超音波センサ１は、他の超音波発信器から発信された超音波である探査波の、周囲に存在する物体による反射波を受信する機能のみを有するものであってもよい。

超音波センサ１における各部の構成も、上記具体例に限定されない。具体的には、例えば、超音波マイクロフォン３すなわち素子収容ケース４の外形形状は、略円柱状に限定されず、略正六角柱状、略正八角柱状、等であってもよい。

素子収容ケース４を構成する材料は、アルミニウム等の金属材料に限定されない。すなわち、例えば、素子収容ケース４は、ポリカーボネート、ポリスチレン、等の合成樹脂材料によっても形成され得る。あるいは、素子収容ケース４は、炭素繊維、炭素繊維含有樹脂、等によっても形成され得る。あるいは、素子収容ケース４のうちの少なくとも一部、例えば、ケース側ダイアフラム４３ａは、形状記憶機能あるいは超弾性機能を有する材料によって形成され得る。これにより、温度変化、外力、等による変形に起因する共振周波数変化が、良好に抑制され得る。

素子収容ケース４の構造についても、技術的な不都合が生じない限り、特段の限定はない。具体的には、例えば、側板部４１と外側底板部４３とは、同一材料によって継ぎ目なく一体に形成されていてもよい。あるいは、側板部４１と外側底板部４３とは、異なる材料によって形成されていてもよい。

ケース側ダイアフラム４３ａの面内方向における形状も、上記具体例のような略円形に限定されない。すなわち、ケース側ダイアフラム４３ａの面内方向における形状としては、例えば、略矩形、略楕円形、略正六角形、略正八角形、等の任意の形状が採用可能である。同様に、ケース側ダイアフラム４３ａの断面形状も、平板状に限定されない。具体的には、例えば、ケース側ダイアフラム４３ａは、外部空間ＳＤに向かって突出する曲板状に形成されていてもよい。

図３等において、ケース側厚肉部４３ｂは、省略され得る。すなわち、ケース側ダイアフラム４３ａは、外側底板部４３の面内方向におけるほぼ全部を占めるように設けられていてもよい。かかる構成によれば、所定の共振周波数を実現するための、ケース側ダイアフラム４３ａにおける厚さを、図３の場合よりも厚くすることができる。したがって、素子収容ケース４の強度が向上する。具体的には、例えば、素子収容ケース４を合成樹脂等の軽量の材料で形成した場合における、素子収容ケース４の強度を、良好に向上することが可能となる。

ケース側ダイアフラム４３ａとケース側厚肉部４３ｂとは、異なる材料によって形成されていてもよい。同様に、ダイアフラム形成部４４とダイアフラム支持部４５とは、異なる材料によって形成されていてもよい。

ダイアフラム形成部４４とダイアフラム支持部４５とは、継ぎ目なく一体に形成されていてもよい。

吸湿材４０４は、図３～図６、図９～図１３、図１５～図２２においても設けられ得る。吸湿材４０４は、閉鎖空間ＳＣと基板背面空間ＳＫとのうちの一方に設けられていてもよい。

超音波センサ１の動作環境温度は、超音波センサ１の外部から入手可能である。具体的には、動作環境温度は、車両Ｖに搭載された別の温度検出部によって検出され得る。よって、動作環境温度は、ＥＣＵから受信することも可能である。このため、温度センサ４０６は、省略され得る。

周波数変更部４０７の構造および設置位置についても、特段の限定はない。すなわち、例えば、図１０に示された、ケース側ダイアフラム４３ａにおける構造共振周波数を変更するための周波数変更部４０７は、露出面３ｂ以外の位置に設けられ得る。具体的には、かかる周波数変更部４０７は、例えば、側方外壁面３ａの指向軸方向における先端部に設けられ得る。あるいは、かかる周波数変更部４０７は、例えば、ケース側厚肉部４３ｂにおけるダイアフラム形成部４４とダイアフラム支持部４５との接合部に設けられ得る。

超音波素子５０における構造共振周波数を変更するための周波数変更部４０７についても、上記の具体例に限定されない。すなわち、例えば、かかる周波数変更部４０７は、ヒータであってもよい。

閉鎖空間ＳＣにおける共鳴周波数を変更するための周波数変更部４０７についても、上記の具体例に限定されない。すなわち、例えば、かかる周波数変更部４０７は、電圧印加により変形する圧電素子に限定されない。また、周波数変更部４０７は、ギャップＧの指向軸方向における寸法を変化させるように構成されていてもよい。

超音波素子５０の種類についても、特段の限定はない。すなわち、例えば、超音波素子５０は、ＰＭＵＴに限定されない。超音波素子５０は、ＣＭＵＴとしての構成を有していてもよい。ＣＭＵＴはCapacitive Micro-machined Ultrasound Transducerの略である。

支持基板６の素子収容ケース４に対する固定は、側板部４１にて行われ得る。

支持基板６は、回路基板であってもよい。すなわち、信号処理のための各種回路部品が実装面６１上に実装されていてもよい。

支持基板６は、回路基板ではなくてもよい。すなわち、信号処理のための各種回路部品は、半導体基板５１上に実装されていてもよい。あるいは、かかる回路部品は、ケース本体部２ａの内側に設けられた不図示の制御回路基板上に実装されていてもよい。

図１０に示された第八実施形態と、図１２に示された第十実施形態と、図１３に示された第十一実施形態とのうちの、２つあるいは全部は、互いに組み合わせることが可能である。

図４～図１４に示された構成は、図１５～図２０に示されたアレイ型の構成に適用され得る。

上記の各実施形態においては、閉鎖空間ＳＣは、気密且つ液密に密閉された空間として形成されている。しかしながら、本発明は、かかる態様に限定されない。すなわち、超音波素子５０とケース側ダイアフラム４３ａとの間の、超音波振動の伝播性能が良好に得られていれば、閉鎖空間ＳＣにおける厳密な気密性は要求されない。但し、閉鎖空間ＳＣ内に水等の液体が浸入すると、閉鎖空間ＳＣの体積が減少し、これにより共鳴周波数が変動する。また、浸入した水等の液体により、劣化が発生し得る。このため、閉鎖空間ＳＣは、少なくとも液密に密閉された空間として形成されていることが好適である。

図３等において、閉鎖空間ＳＣは、その空間断面積が指向軸方向について変化するように形成されている。しかしながら、本発明は、かかる態様に限定されない。すなわち、ケース側ダイアフラム４３ａと素子側ダイアフラム５４との間で超音波振動が連成共振により伝播することができれば、指向軸方向における閉鎖空間ＳＣの空間断面積の分布態様について、特段の限定はない。但し、閉鎖空間ＳＣの空間断面積を指向軸方向における位置によらず一定にしようとすれば、設計自由度が小さくなる。これに対し、指向軸方向における閉鎖空間ＳＣの空間断面積の分布態様を調整可能とすることで、所望の駆動周波数と指向角とを実現するための設計自由度が向上する。

複数のケース側ダイアフラム４３ａのうちの一部における共振周波数が一致するように、ケース側ダイアフラム４３ａが面内方向に複数配列形成されていてもよい。この場合の「一致」も、上記と同様に、実質的な一致が含まれる。すなわち、複数のケース側ダイアフラム４３ａは、そのうちの少なくとも一部が互いに異なる共振周波数を有するように設けられ得る。同様に、複数の超音波素子５０は、そのうちの少なくとも一部が互いに異なる共振周波数を有するように設けられ得る。また、複数の閉鎖空間ＳＣは、そのうちの少なくとも一部が互いに異なる共鳴周波数を有するように設けられ得る。

上記の説明において、互いに継ぎ目無く一体に形成されていた複数の構成要素は、互いに別体の部材を貼り合わせることによって形成されてもよい。同様に、互いに別体の部材を貼り合わせることによって形成されていた複数の構成要素は、互いに継ぎ目無く一体に形成されてもよい。

上記の説明において、互いに同一の材料によって形成されていた複数の構成要素は、互いに異なる材料によって形成されてもよい。同様に、互いに異なる材料によって形成されていた複数の構成要素は、互いに同一の材料によって形成されてもよい。

上記実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に本発明が限定されることはない。同様に、構成要素等の形状、方向、位置関係等が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に特定の形状、方向、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、方向、位置関係等に本発明が限定されることはない。

変形例も、上記の例示に限定されない。すなわち、例えば、上記に例示した以外で、複数の実施形態同士が、技術的に矛盾しない限り、互いに組み合わされ得る。同様に、複数の変形例が、技術的に矛盾しない限り、互いに組み合わされ得る。

１ 超音波センサ
４ 素子収容ケース
４１ 側板部
４２ 外側底板部
４３ａ ケース側ダイアフラム
５０ 超音波素子
５１ 半導体基板
５４ 素子側ダイアフラム
ＤＡ 指向軸
ＳＣ 閉鎖空間

Claims (20)

1. 超音波センサ（１）であって、
   指向軸（ＤＡ）に沿った厚さ方向を有する振動板であるケース側ダイアフラム（４３ａ）を有する、素子収容ケース（４）と、
   前記素子収容ケースの内側に収容されつつ、前記ケース側ダイアフラムから離隔して配置された、超音波素子（５０）と、
   を備え、
   前記超音波素子は、前記指向軸に沿った厚さ方向を有する半導体基板（５１）における薄肉部として形成されていて前記指向軸に沿った膜厚方向を有する振動膜である素子側ダイアフラム（５４）を有し、
   前記半導体基板は、前記ケース側ダイアフラムと前記素子側ダイアフラムとの間に共鳴空間である閉鎖空間（ＳＣ）が形成されるように配置されつつ、前記素子収容ケースに固定的に支持され、
   前記超音波素子における共振周波数である第一共振周波数と、前記閉鎖空間における共振周波数である第二共振周波数と、前記ケース側ダイアフラムにおける共振周波数である第三共振周波数とが、一致するように構成された、
   超音波センサ。
2. 前記第一共振周波数と前記第二共振周波数の差、前記第二共振周波数と前記第三共振周波数との差、および、前記第一共振周波数と前記第三共振周波数との差のうちの、最大値をΔｆｒとし、
   前記超音波素子と前記閉鎖空間と前記ケース側ダイアフラムとのうちの最も共振帯が広いものにおける、当該共振帯の帯域幅をＢＷとすると、
   Δｆｒ≦ＢＷとなるように構成された、
   請求項１に記載の超音波センサ。
3. 前記素子収容ケースは、前記指向軸を囲む筒状に形成された側板部（４１）と、前記側板部の一端側を液密的に閉塞する外側底板部（４３）とを有し、
   前記ケース側ダイアフラムは、前記指向軸と交差する面内方向における前記外側底板部の中央部に設けられた薄肉部として形成され、
   前記半導体基板は、前記ケース側ダイアフラムの周囲に形成された前記外側底板部における厚肉部であるケース側厚肉部（４３ｂ）に固定的に支持された、
   請求項１または２に記載の超音波センサ。
4. 超音波センサ（１）であって、
   指向軸（ＤＡ）に沿った厚さ方向を有する振動板であるケース側ダイアフラム（４３ａ）を有する、素子収容ケース（４）と、
   前記素子収容ケースの内側に収容されつつ、前記ケース側ダイアフラムから離隔して配置された、超音波素子（５０）と、
   を備え、
   前記超音波素子は、前記指向軸に沿った厚さ方向を有する半導体基板（５１）における薄肉部として形成されていて前記指向軸に沿った膜厚方向を有する振動膜である素子側ダイアフラム（５４）を有し、
   前記半導体基板は、前記ケース側ダイアフラムと前記素子側ダイアフラムとの間に共鳴空間である閉鎖空間（ＳＣ）が形成されるように配置されつつ、前記素子収容ケースに固定的に支持され、
   前記素子収容ケースは、前記指向軸を囲む筒状に形成された側板部（４１）と、前記側板部の一端側を液密的に閉塞する外側底板部（４３）とを有し、
   前記ケース側ダイアフラムは、前記指向軸と交差する面内方向における前記外側底板部の中央部に設けられた薄肉部として形成され、
   前記半導体基板は、前記ケース側ダイアフラムの周囲に形成された前記外側底板部における厚肉部であるケース側厚肉部（４３ｂ）に固定的に支持された、
   超音波センサ。
5. 前記指向軸に沿った厚さ方向を有し、前記外側底板部と前記半導体基板との間に配置された、支持基板（６）をさらに備え、
   前記支持基板は、前記外側底板部における前記ケース側厚肉部と接合されつつ、前記素子収容ケースに固定され、
   前記半導体基板は、前記支持基板と接合されつつ、前記支持基板に固定され、
   前記支持基板は、前記ケース側ダイアフラムと前記支持基板との間のギャップ（Ｇ）と連通するように当該支持基板を貫通する貫通孔である連通孔（６３）を有し、
   前記ギャップと前記連通孔とによって、前記閉鎖空間が形成された、
   請求項４に記載の超音波センサ。
6. 前記半導体基板は、前記面内方向について前記素子側ダイアフラムに隣接する厚肉部である素子側厚肉部（５６）に囲まれるように、前記面内方向における前記素子側ダイアフラムに対応する位置に設けられた凹部である、素子側凹部（５７）を有し、
   前記半導体基板は、前記素子側凹部が前記連通孔と隣接しつつ連通するように前記支持基板と接合され、
   前記素子側凹部の内側の空間である素子側空洞部（５８）と、前記ギャップと、前記連通孔とによって、前記閉鎖空間が形成された、
   請求項５に記載の超音波センサ。
7. 前記半導体基板は、前記面内方向について前記素子側ダイアフラムに隣接する厚肉部である素子側厚肉部（５６）に囲まれるように、前記面内方向における前記素子側ダイアフラムに対応する位置に設けられた凹部である、素子側凹部（５７）を有し、
   前記半導体基板は、前記素子側凹部が前記ギャップと隣接しつつ連通するように前記外側底板部における前記ケース側厚肉部と接合されつつ、前記素子収容ケースに固定され、
   前記素子側凹部の内側の空間である素子側空洞部（５８）と、前記ギャップとによって、前記閉鎖空間が形成された、
   請求項５に記載の超音波センサ。
8. 前記閉鎖空間は、前記指向軸と直交する断面による断面積が、前記指向軸と平行な指向軸方向について変化するように形成された、
   請求項１～７のいずれか１つに記載の超音波センサ。
9. 前記閉鎖空間内に収容された制振材（４０５）をさらに備えた、
   請求項１～８のいずれか１つに記載の超音波センサ。
10. 前記ケース側ダイアフラム、前記超音波素子、または前記閉鎖空間が、前記指向軸と交差する面内方向に複数配列形成された、
    請求項１～９のいずれか１つに記載の超音波センサ。
11. 前記ケース側ダイアフラムが前記面内方向に複数配列形成されている場合における、隣接する前記ケース側ダイアフラム同士の振動伝達を抑制するように、隣接する前記ケース側ダイアフラムの間に介在して設けられた、ダイアフラム分離材（４３２）をさらに備えた、
    請求項１０に記載の超音波センサ。
12. 前記ケース側ダイアフラムが前記面内方向に複数配列形成されている場合、複数の前記ケース側ダイアフラムの各々が、互いに異なる共振周波数を有し、
    前記超音波素子が前記面内方向に複数配列形成されている場合、複数の前記超音波素子の各々が、互いに異なる共振周波数を有し、
    前記閉鎖空間が前記面内方向に複数配列形成されている場合、複数の前記閉鎖空間の各々が、互いに異なる共振周波数を有する、
    請求項１０または１１に記載の超音波センサ。
13. 前記ケース側ダイアフラムにおける前記閉鎖空間に面する内表面であるダイアフラム裏面（４３ｃ）とは異なる位置にて前記閉鎖空間に面するように設けられた、突起、テーパ部、または凹部であって、前記閉鎖空間の容積を調整するように形成された、容積調整部（４０１）をさらに備えた、
    請求項１～１２のいずれか１つに記載の超音波センサ。
14. 前記指向軸と平行な指向軸方向における、前記ケース側ダイアフラムが設けられた側の前記素子収容ケースの一端部には、スリット（４０２）が形成された、
    請求項１～１３のいずれか１つに記載の超音波センサ。
15. 前記スリットは、封止材（４０３）によって気密的且つ液密的に封止された、
    請求項１４に記載の超音波センサ。
16. 前記素子収容ケース内には、吸湿材（４０４）が収容された、
    請求項１～１５のいずれか１つに記載の超音波センサ。
17. 前記素子収容ケースは、
    前記半導体基板を挟んで前記閉鎖空間とは反対側に設けられた基板背面空間（ＳＫ）と、
    前記基板背面空間と前記素子収容ケースの外側のケース背面空間（ＳＢ）とを連通させるように設けられた通気口（４２１）と、
    を有し、
    前記通気口は、空気が通過可能な一方で液体の通過が抑制されるように液密的に封止された、
    請求項１～１６のいずれか１つに記載の超音波センサ。
18. 当該超音波センサの動作環境温度に応じて、前記超音波素子、前記閉鎖空間、または前記ケース側ダイアフラムにおける振動周波数を変更するように設けられた、周波数変更部（４０７）をさらに備えた、
    請求項１～１７のいずれか１つに記載の超音波センサ。
19. 前記超音波素子、前記閉鎖空間、および前記ケース側ダイアフラムにおける共振周波数が、３０ｋＨｚ～１００ｋＨｚとなるように構成された、
    請求項１～１８のいずれか１つに記載の超音波センサ。
20. 車両（Ｖ）における車体（Ｖ１）に装着された車載状態にて、前記ケース側ダイアフラムにおける前記指向軸と交差する外表面である露出面（３ｂ）が前記車体の外板（Ｖ３）に設けられた貫通孔（Ｖ５）から外部空間（ＳＤ）に露出するように構成され、
    前記ケース側ダイアフラムは、厚さが０．５ｍｍ以上に形成された、
    請求項１～１９のいずれか１つに記載の超音波センサ。

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