WO2019087966A1 - 超音波センサ - Google Patents

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WO2019087966A1
WO2019087966A1 PCT/JP2018/039895 JP2018039895W WO2019087966A1 WO 2019087966 A1 WO2019087966 A1 WO 2019087966A1 JP 2018039895 W JP2018039895 W JP 2018039895W WO 2019087966 A1 WO2019087966 A1 WO 2019087966A1
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ultrasonic sensor
diaphragm
ultrasonic
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優 小山
青山　哲也
卓也 野村
覚 野呂
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株式会社デンソー
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Definitions

  • the present disclosure relates to an ultrasonic sensor.
  • ultrasonic sensor that detects an object by transmission and reception of ultrasonic waves. Specifically, this type of ultrasonic sensor excites the diaphragm by a vibrating element such as a piezoelectric element to transmit ultrasonic waves. In addition, this type of ultrasonic sensor detects an object by converting the vibration of the diaphragm unit accompanying the reception of the reflected wave of the transmitted ultrasonic wave from the object into an electrical signal.
  • Ultrasonic sensors are widely used for driving assistance of vehicles, such as parking assistance.
  • ultrasonic sensors are expected to be utilized for automatic driving of vehicles and the like.
  • ultrasonic sensors are expected to be used for applications other than vehicles.
  • an ultrasonic sensor may be used in unmanned operation or automation in a transport machine provided in a factory or the like, agricultural equipment (for example, a cultivator), a small aircraft, or the like.
  • the adhesion of the deposit to the ultrasonic sensor causes a decrease in detection performance in the ultrasonic sensor. For this reason, it is important to improve the detection accuracy of the deposit to the ultrasonic sensor in various applications in the ultrasonic sensor.
  • the present disclosure has been made in view of the circumstances and the like exemplified above.
  • an ultrasonic sensor is A first electrode provided on an ultrasonic microphone provided with a vibrating element having a conversion function between mechanical vibration and an electrical signal; A second electrode provided at a position different from the first electrode in an in-plane direction intersecting the directional axis of the ultrasonic microphone; A detection unit provided to detect the presence or absence of a deposit on the ultrasonic sensor based on a change in capacitance between the first electrode and the second electrode; Equipped with
  • a capacitance is formed between the first electrode and the second electrode.
  • the capacitance changes in accordance with the presence or absence of the attached matter to the ultrasonic sensor. For this reason, it is possible to accurately detect the presence or absence of the attached matter based on the change in capacitance between the first electrode and the second electrode.
  • FIG. 7 is a view showing a specific example of a circuit configuration of a control circuit element when the element support portion shown in FIGS. 5 and 6 is used.
  • FIG. 16 is a side cross sectional view showing a schematic configuration of still another modified example of the element support portion shown in FIG. 1.
  • FIG. 16 is a side cross sectional view showing a schematic configuration of still another modified example of the element support portion shown in FIG. 1.
  • FIG. 16 is a side cross sectional view showing a schematic configuration of still another modified example of the element support portion shown in FIG. 1. It is a sectional side view which shows schematic structure of one modification of the 2nd electrode shown by FIG. It is a sectional side view which shows schematic structure of the other modification of the 2nd electrode shown by FIG.
  • FIG. 13 is a diagram showing a modification of the circuit configuration of the control circuit element shown in FIG. 2; It is a figure which shows one modification of the circuit structure of the control circuit element shown by FIG. 7A or 7B.
  • FIG. 13 is a view showing another modified example of the circuit configuration of the control circuit element shown in FIG. 2; It is a figure which shows another modification of the circuit structure of the control circuit element shown by FIG. 7A or 7B. It is a figure which shows another modification of the circuit structure of the control circuit element shown by FIG.
  • FIG. 7A or 7B It is a figure which shows another modification of the circuit structure of the control circuit element shown by FIG. 7A or 7B. It is a figure which shows another modification of the circuit structure of the control circuit element shown by FIG. It is a figure which shows another modification of the circuit structure of the control circuit element shown by FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration in the case where the mounting target of the ultrasonic sensor 1 according to the present embodiment is a vehicle.
  • the downward direction in FIG. 1 will be referred to as a “first direction” for the sake of simplification of the description.
  • the first direction is indicated by the arrow D1 in FIG.
  • the upward direction in FIG. 1 is referred to as a “second direction”.
  • the second direction is opposite to the first direction and is indicated by the arrow D2 in FIG.
  • viewing an object with a line of sight parallel to the first direction is referred to as "plan view”.
  • an end on the first direction side of the component may be referred to as a “proximal end”, and an end on the second direction side may be referred to as a “distal end”.
  • the ultrasonic sensor 1 is configured to detect an object around the vehicle by being attached to the vehicle. That is, the ultrasonic sensor 1 which concerns on this embodiment is comprised so that it may mount
  • the "in-vehicle state” may also be referred to as a "mounted state” attached to the bumper B which is a body part.
  • Bumper B has bumper outer surface B1 which comprises the outer surface of a vehicle, and bumper inner surface B2 which is the back. Further, the bumper B has a mounting hole B3 which is a through hole for mounting the ultrasonic sensor 1. The mounting hole B3 is formed to penetrate the bumper B in the vertical direction in the drawing.
  • the ultrasonic sensor 1 includes an ultrasonic microphone 1a.
  • the ultrasonic microphone 1 a has an element support 2 and a vibrating element 3.
  • the element support portion 2 is configured to support the vibration element 3 having a conversion function between mechanical vibration and an electrical signal.
  • the ultrasonic sensor 1 further includes an elastic support member 4, a sensor case 5, an attachment member 6, an outer electrode 7, a wiring portion 8, and a circuit board 9. The specific configuration of each part which is a component of the ultrasonic sensor 1 will be described below.
  • the element support 2 has a diaphragm support 21 and a diaphragm 22.
  • the diaphragm support portion 21 is formed in a substantially cylindrical shape having an axial direction parallel to the first direction. That is, the ultrasonic sensor 1 is formed in a substantially cylindrical shape having a central axis parallel to the vertical direction in the drawing.
  • the vertical direction in the drawing is simply referred to as “axial direction”.
  • the proximal end of the diaphragm support 21 is provided with an opening that opens in the first direction.
  • the tip of the diaphragm support 21 is closed by the diaphragm 22. That is, the element support portion 2 is formed in a bottomed cylindrical shape in which one end portion in the axial direction is closed by the diaphragm portion 22. Further, a substantially cylindrical space is formed inside the element support portion 2. In this space, a vibration-proof material such as silicone rubber is filled.
  • the diaphragm portion 22 is a substantially disc-shaped portion provided so as to close the distal end portion of the diaphragm support portion 21.
  • the diaphragm portion 22 is formed so as to be able to vibrate along the axial direction with the outer edge portion in the radial direction as a fixed end. There is.
  • the “radial direction” is a direction orthogonal to the axial direction, and is a direction extending radially from the central axis of the diaphragm support 21.
  • the diaphragm portion 22 is provided as a diaphragm portion that vibrates in such a manner that the central portion in the radial direction moves along the axial direction by the outer edge portion in the radial direction being supported by the diaphragm support portion 21 .
  • the element supporting portion 2 is provided so that the diaphragm portion 22 is inserted into the mounting hole B3 in the vehicle mounted state, and the diaphragm supporting portion 21 extends from the mounting hole B3 in the first direction.
  • the diaphragm portion 22 has an inner surface 23 which is a main surface on the first direction side and an outer surface 24 which is a main surface on the second direction side.
  • Primary surface refers to a surface of a plate-like member or a plate-like portion orthogonal to the thickness direction. That is, the diaphragm part 22 is formed as a plate-like part which has a thickness direction in the axial direction.
  • the inner surface 23 and the outer surface 24 are provided in parallel with each other so as to constitute front and back surfaces of the diaphragm portion 22.
  • the inner surface 23 is provided to face a substantially cylindrical space formed inside the element support portion 2.
  • the outer surface 24 is provided with an insulating film 25 including a base coating film for preventing corrosion and a coating film of the same color as the bumper outer surface B1.
  • An engagement groove 26 is formed on the side surface of the diaphragm support 21, that is, on the outer peripheral surface in the form of a cylindrical surface.
  • the engagement groove 26 is an angular groove used when supporting the element support portion 2 on the sensor case 5 via the elastic support member 4, and is provided over the entire circumferential direction of the diaphragm support portion 21.
  • the “circumferential direction” is a circumferential direction of a circle in the imaginary plane centered on the intersection of the imaginary plane orthogonal to the axial direction and the central axis of the diaphragm support 21.
  • the element support portion 2 is formed as a metal member made of aluminum. That is, the element support portion 2 is integrally and integrally formed of aluminum. Specifically, the diaphragm support portion 21 made of aluminum and the diaphragm portion 22 made of aluminum are jointed with each other at the outer edge portion of the diaphragm portion 22 in the radial direction and at the end portion on the second direction side of the diaphragm support portion 21. Not combined.
  • the vibrating element 3 is fixedly supported by the diaphragm portion 22 on the inner surface 23 side.
  • the vibrating element 3 is attached to the inner surface 23 of the diaphragm portion 22 by a conductive adhesive.
  • the vibrating element 3 has a configuration as a so-called piezoelectric element.
  • the vibration element 3 includes a piezoelectric body 30, a drive electrode 31, and a reference electrode 32.
  • the piezoelectric body 30 is a plate-like or film-like member having a thickness direction in the axial direction, and is formed of a piezoelectric material such as a piezoelectric ceramic.
  • the drive electrode 31 and the reference electrode 32 are formed of a conductive metal film.
  • the drive electrode 31 is provided on one main surface of the piezoelectric body 30, that is, on the lower main surface in the drawing.
  • the reference electrode 32 is provided on the other main surface of the piezoelectric body 30, that is, the upper main surface in the figure. That is, the vibration element 3 is formed by laminating the drive electrode 31, the piezoelectric body 30, and the reference electrode 32 in this order.
  • the reference electrode 32 is electrically connected to the diaphragm portion 22 so as to have substantially the same potential as the diaphragm portion 22.
  • the reference electrode 32 is bonded to the diaphragm portion 22 via a conductive adhesive. That is, the reference electrode 32 is grounded by being electrically connected to the diaphragm portion 22 constituting a part of the element support portion 2 grounded via the conductive adhesive.
  • the element supporting portion 2 provided in the ultrasonic microphone 1a and constituting the first electrode is electrically connected to the reference electrode 32 which is an electrode layer which constitutes the vibrating element 3 and is fixedly supported by the diaphragm portion 22. It is connected to the.
  • the vibrating element 3 deforms the diaphragm portion 22 in the axial direction by deforming the piezoelectric body 30 according to the voltage between the drive electrode 31 and the reference electrode 32, ie, the diaphragm portion 22, and the axial direction received by the diaphragm portion 22. Is transmitted to the vibration element 3 so that a voltage is generated between the drive electrode 31 and the reference electrode 32, that is, the diaphragm portion 22 according to the stress.
  • the ultrasonic microphone 1a is configured to have a directional axis parallel to the axial direction.
  • the drive electrode 31 and the reference electrode 32 which form a pair of electrodes in the vibration element 3 are provided to ultrasonically vibrate the piezoelectric body 30 when a drive signal is applied.
  • the drive signal is an electric signal for driving the vibration element 3, and more specifically, is a sinusoidal voltage signal obtained by boosting a rectangular wave voltage signal by a transformer, that is, a booster.
  • the drive electrode 31 and the reference electrode 32 are provided to output an output signal which is a voltage signal generated in the vibration element 3 by the vibration of the diaphragm portion 22. That is, in the present embodiment, the ultrasonic sensor 1 has a so-called transmission and reception configuration.
  • the elastic support member 4 elastically supporting the element support portion 2 suppresses vibration propagation between the element support portion 2 and the bumper B and vibration propagation between the element support portion 2 and the sensor case 5. It is provided.
  • the elastic support member 4 is a substantially cylindrical member having rubber elasticity and non-conductivity, and is integrally and seamlessly formed of silicone rubber or the like.
  • the elastic support member 4 is provided to have a central axis along the axial direction.
  • the elastic support member 4 has a support cylindrical portion 41 and a base portion 42.
  • the support cylindrical portion 41 is a portion on the tip end side of the elastic support member 4, that is, the second direction side, and is configured to elastically support the element support portion 2 while accommodating the element support portion 2.
  • the base 42 is a portion on the proximal end side, that is, the first direction side, of the elastic support member 4 and is fixed to the sensor case 5.
  • the tip end portion of the support cylindrical portion 41 is interposed between the inner peripheral surface of the mounting hole B3 in the bumper B and the side surface of the element supporting portion 2 while being inserted into the mounting hole B3 in the vehicle mounted state.
  • an engagement protrusion 43 that protrudes inward in the radial direction is provided.
  • the engagement protrusion 43 is formed to engage with the engagement groove 26.
  • a fixing projection 44 projecting outward in the radial direction is provided at the proximal end portion of the outer peripheral surface of the base portion 42. Further, a fixing groove 45 is provided at a position adjacent to the fixing protrusion 44 in the axial direction on the outer peripheral surface of the base 42. The fixing protrusion 44 and the fixing groove 45 are extended in the circumferential direction.
  • the sensor case 5 holding the elastic support member 4 is a member constituting the casing of the ultrasonic sensor 1 and is integrally formed of a hard insulating synthetic resin such as polybutylene terephthalate.
  • the case main body portion 51 which constitutes the main part of the sensor case 5 has a substrate accommodating portion 52 and a projecting portion 53.
  • the substrate accommodating portion 52 and the projecting portion 53 are integrally formed seamlessly.
  • the substrate accommodation portion 52 is formed in a bathtub shape opening in the first direction.
  • the protruding portion 53 is a substantially cylindrical portion having a central axis parallel to the axial direction, and is protruded from the substrate accommodation portion 52 in the axial direction.
  • the case main body portion 51 is formed such that the space inside the substrate accommodation portion 52 and the space inside the protrusion 53 communicate with each other.
  • the protrusion 53 is configured to hold the elastic support member 4 at the tip end. Specifically, at the tip of the inner peripheral surface of the protrusion 53, a support groove 54 engaged with the fixing projection 44 of the elastic support member 4 and a support projection 55 engaged with the fixing groove 45 of the elastic support member 4 And are provided.
  • the mounting member 6 is configured to be fixed to the bumper B and the sensor case 5 in an on-vehicle state, thereby holding the ultrasonic sensor 1 on the bumper B.
  • the mounting member 6 has a holding portion 61 and a flange portion 62.
  • the holding portion 61 is formed in a substantially cylindrical shape surrounding the protruding portion 53 of the sensor case 5 and the elastic support member 4.
  • the flange portion 62 is extended outward in the radial direction from the tip end portion of the holding portion 61.
  • the flange portion 62 is fixed to the bumper inner surface B2 at an outer portion in the radial direction by an adhesive layer (not shown) such as double-sided tape.
  • the outer electrode 7 constituting the second electrode is provided at a position different from the element support portion 2 constituting the first electrode in the in-plane direction intersecting the directional axis of the ultrasonic microphone 1 a.
  • the “in-plane direction” is typically approximately the same as the above radial direction. That is, the outer electrode 7 is provided on the outer side in the radial direction of the element support portion 2 constituting the first electrode in the present embodiment in a plan view. In addition, the outer electrode 7 is provided in the vicinity of the element support portion 2.
  • the outer electrode 7 has a creeping surface electrode portion 71 provided along the bumper B in the vehicle mounted state, and a cylindrical surface electrode portion 72 provided along the side surface of the element support 2 in the vehicle mounted state.
  • the creeping electrode portion 71 and the cylindrical surface electrode portion 72 are formed of a conductor film, specifically, a metal thin film.
  • the creeping electrode portion 71 is provided along the inner surface B2 of the bumper B, which is the surface on the first direction side. Specifically, the creeping electrode portion 71 is fixed to the surface of the flange portion 62 facing the bumper inner surface B2. The creeping electrode portion 71 is provided to correspond to the radially inner portion of the flange portion 62. In the present embodiment, the creeping electrode portion 71 is formed in a substantially ring shape in plan view.
  • the cylindrical surface electrode portion 72 extends in the axial direction along the diaphragm support portion 21.
  • the cylindrical surface electrode portion 72 is fixed to the cylindrical inner peripheral surface of the holding portion 61.
  • the cylindrical surface electrode portion 72 is provided corresponding to the tip end portion of the holding portion 61.
  • the cylindrical surface electrode portion 72 is formed in a cylindrical shape.
  • the outer electrode 7 is provided on the attachment member 6. Specifically, the outer electrode 7 is provided on the inner surface side of the mounting member 6. Further, in the present embodiment, the tip end portion of the cylindrical surface electrode portion 72 is coupled to the inner edge portion in the radial direction of the surface electrode portion 71. That is, the creeping electrode portion 71 and the cylindrical surface electrode portion 72 are integrally formed without a joint.
  • the wiring portion 8 is provided to electrically connect the ultrasonic microphone 1 a and the outer electrode 7 to the circuit board 9.
  • the portion on the circuit board 9 side in the wiring portion 8 is accommodated inside the case main body portion 51.
  • silicone rubber is highly insulative, low in dielectric constant, chemically stable, and weather resistant. Etc. is filled with the sealing resin R.
  • the wiring portion 8 includes a drive electrode line 81, a reference electrode line 82, and a second electrode line 83.
  • One end of the drive electrode line 81 is electrically connected to the drive electrode 31 in the vibrating element 3.
  • the other end of the drive electrode line 81 is electrically connected to the circuit board 9 through the connector 84.
  • One end of the reference electrode line 82 is electrically connected to the element support 2, specifically to the diaphragm support 21.
  • the other end of the reference electrode line 82 is electrically connected to the circuit board 9 through the connector 84.
  • One end of the second electrode wire 83 is electrically connected to the outer electrode 7.
  • the other end of the second electrode wire 83 is electrically connected to the circuit board 9 through the connector 84.
  • the circuit board 9 is housed in the board housing portion 52.
  • a plurality of circuit elements including a temperature sensor 91 and a control circuit element 92 are mounted on the circuit board 9.
  • the temperature sensor 91 is provided to generate an output corresponding to the environmental temperature.
  • the “environmental temperature” is a temperature corresponding to the ambient temperature around the ultrasonic sensor 1.
  • the control circuit element 92 is an ASIC or a CPU, and is provided to control the operation of the ultrasonic sensor 1.
  • ASIC is an abbreviation of Application Specific Integrated Circuit.
  • CPU is an abbreviation of Central Processing Unit.
  • a capacitance C ⁇ b> 1 is formed by the element support portion 2 constituting the first electrode and the outer electrode 7.
  • the capacitance C1 is provided in parallel with the vibrating element 3.
  • the control circuit element 92 constituting the detection unit has a signal transfer unit 92a, an impedance acquisition unit 92b, and a control unit 92c as a functional configuration realized on the ASIC or CPU.
  • the signal transfer unit 92 a is electrically connected to the drive electrode 31 and the reference electrode 32 so as to transfer an electrical signal including a drive signal and an output signal to and from the vibrating element 3. That is, the signal transfer unit 92 a is provided to input a drive signal to the vibrating element 3 and to receive an output signal from the vibrating element 3.
  • the impedance acquisition unit 92 b is provided to acquire the impedance between the element support 2 and the outer electrode 7.
  • the controller 92 c is electrically connected to the temperature sensor 91. Further, the control unit 92c is provided so as to be able to exchange signals with the signal exchange unit 92a and the impedance acquisition unit 92b. That is, the control unit 92c controls the transmission and reception operation of ultrasonic waves in the ultrasonic microphone 1a by controlling the operation of the signal transfer unit 92a. Further, the control unit 92c detects the presence or absence of the attached substance S attached to the ultrasonic sensor 1 from the outer surface 24 side based on the change of the capacitance C1 accompanying the impedance change acquired by the impedance acquisition unit 92b. Provided in Specifically, the control unit 92c is configured to detect the presence or absence of the attached substance S based on the output of the temperature sensor 91 and the change of the capacitance C1.
  • the control unit 92 c is configured to execute an object detection operation of detecting an object around the ultrasonic sensor 1 when a predetermined object detection condition is satisfied.
  • the object detection conditions include, for example, that the shift position in a vehicle equipped with the ultrasonic sensor 1 is a drivable position, that the vehicle speed of the vehicle is less than a predetermined value, and the like.
  • the control unit 92c is configured to execute the detection of the presence or absence of the attached matter S by the impedance acquisition unit 92b at the timing when the object detection operation is not performed.
  • control unit 92 c is configured to detect the presence or absence of the extraneous substance S in consideration of the environmental temperature acquired by the output of the temperature sensor 91. Specifically, the control unit 92c sets an output frequency f in the driver circuit 97. Further, the control unit 92c corrects the capacitance change based on reference data at a predetermined reference temperature, for example, 18 degrees Celsius, and the environmental temperature acquired by the output of the temperature sensor 91. Furthermore, the control unit 92c is configured to determine the adhesion of the attached matter S when the capacitance change ⁇ C after the correction exceeds the threshold value ⁇ Cth (f).
  • the threshold value ⁇ Cth (f) is a value that varies according to the output frequency f, and a look-up table or map that prescribes the relationship between the output frequency f and the threshold value ⁇ Cth (f) is stored in advance.
  • the signal transfer unit 92 a includes an ultrasonic wave transmission circuit 95 and a reflected wave reception circuit 96.
  • the impedance acquisition unit 92 b includes a driver circuit 97 and a receiver circuit 98.
  • the ultrasonic wave transmission circuit 95 is configured to cause the vibration element 3 to execute an operation of transmitting a probe wave in an ultrasonic band by inputting a drive signal to the vibration element 3.
  • the reflected wave reception circuit 96 receives an output signal generated in the vibration element 3 by exciting the diaphragm portion 22 by a reflection wave of a search wave by an object present around the ultrasonic sensor 1, and performs amplification etc. It is configured to perform processing.
  • the specific circuit configurations of the ultrasonic wave transmission circuit 95 and the reflected wave reception circuit 96 are well known, and thus further description is omitted in this specification.
  • the driver circuit 97 and the receiver circuit 98 are electrically connected to the outer electrode 7.
  • the driver circuit 97 is provided to output an AC power supply voltage for acquiring an impedance between the element support 2 including the deposit S and the outer electrode 7.
  • the driver circuit 97 is configured to vary the output frequency of the AC power supply voltage.
  • the receiver circuit 98 includes a well-known integration circuit or the like, and is configured to generate an output corresponding to the impedance between the element support 2 and the outer electrode 7. The principle of obtaining or measuring impedance, and the specific circuit configurations of the driver circuit 97 and the receiver circuit 98 are well known, and thus further description is omitted herein.
  • FIG. 3 is a time chart corresponding to an exemplary operation example of the ultrasonic sensor 1.
  • the transmission of the probe wave from ultrasonic sensor 1 is also performed until the object detection condition is satisfied at time t1.
  • the reception of the reflected wave by 1 is also not performed.
  • the transmission of the probe wave from the ultrasonic sensor 1 and the reception of the reflected wave by the ultrasonic sensor 1 are alternately performed.
  • the transmission of the search wave and the reception of the reflected wave are stopped.
  • the transmission of the exploration wave and the reception of the reflected wave are resumed.
  • the attached matter detection operation that is, the operation of detecting the presence or absence of the attached matter S with respect to the ultrasonic sensor 1 is time t1 to t2 at which the object detection condition is satisfied and the object detection operation is performed. It does not take place for a while. Similarly, the attached matter detection operation is not performed after time t3 until the object detection condition is not satisfied again.
  • the attached matter detection operation is a timing when an object detection operation is not performed, that is, a timing when neither a transmission mode nor a reception mode, time ta between time t0 and t1 and / or time between t2 and t3. It takes place at tb.
  • the “transmission mode” is an operation mode in which a drive signal for driving the vibrating element 3 is input to the vibrating element 3.
  • the “reception mode” is an operation mode for performing an object detection operation around the ultrasonic sensor 1 based on an output signal from the vibration element 3. That is, in the present embodiment, the attached matter detection operation is performed at timing when transmission of the search wave is not performed and reception of the reception group is not performed. As a result, it is possible to perform the deposit detection while maintaining good object detection accuracy.
  • the ultrasonic sensor 1 is attached to the bumper B such that the first direction D1 and the second direction D2 are substantially orthogonal to the vehicle height direction. For this reason, a component parallel to the vibration direction of the diaphragm portion 22 hardly occurs in the gravity acting on the deposit S adhering to the ultrasonic sensor 1 from the outer surface 24 side of the element support portion 2. Therefore, the impedance of the equivalent circuit of the mechanical vibration in the microphone constituted by the element support 2 and the vibrating element 3 hardly changes depending on the presence or absence of the deposit S. Furthermore, even when the attached matter S is a lightweight object such as snow or water, the impedance of the equivalent circuit of the mechanical vibration hardly changes depending on the presence or absence of the attached matter S.
  • a capacitance C1 is formed between the element support portion 2 and the outer electrode 7.
  • the capacitance C1 changes in accordance with the presence or absence of the attached matter S to the ultrasonic sensor 1 from the outer surface 24 side of the element support portion 2. Therefore, the control unit 92c can detect the presence or absence of the attached matter S based on the change in the capacitance C1 between the element support unit 2 and the outer electrode 7.
  • the presence or absence of the attached matter S can be obtained even if the component of gravity acting on the attached matter S attached to the outer surface of the element support portion 2 is hardly generated in parallel with the vibration direction of the diaphragm portion 22. It becomes possible to detect accurately. Moreover, according to this configuration, even when the attached matter S is a lightweight object such as snow or water, it is possible to accurately detect the presence or absence of the attached matter S.
  • an insulating film 25 is generally formed on the surface of the ultrasonic microphone 1a for the purpose of corrosion prevention and the like.
  • control unit 92c detects the presence or absence of the attached matter S based on the change in the capacitance C1 between the element support unit 2 and the outer electrode 7. Therefore, according to such a configuration, even in the case where the insulating coating 25 is formed on the surface of the ultrasonic microphone 1a, it is possible to accurately detect the presence or absence of the attached matter S.
  • control unit 92c detects the presence or absence of the attached substance S in consideration of the environmental temperature acquired by the output of the temperature sensor 91. Therefore, according to such a configuration, it is possible to accurately detect the presence or absence of the attachment S regardless of the climate change.
  • the element support portion 2 constituting the first electrode is formed as a metal member in which the diaphragm support portion 21 and the diaphragm portion 22 are integrally formed. Further, the element support portion 2 is electrically connected to the reference electrode 32 in the vibration element 3. Therefore, according to such a configuration, detection of the deposit S with high sensitivity can be realized by a structure as simple as possible.
  • the outer electrode 7 is provided on the attachment member 6 which is a component of the ultrasonic sensor 1. For this reason, the special work process for installing the outside electrode 7 is unnecessary. Therefore, according to such a configuration, the configuration for detecting the extraneous substance S is realized by the sensor mounting process similar to that of the conventional ultrasonic sensor.
  • the outer electrode 7 has a creeping electrode portion 71 and a cylindrical surface electrode portion 72.
  • the cylindrical surface electrode portion 72 is disposed along the diaphragm support portion 21.
  • the diaphragm support portion 21 and the support cylindrical portion 41 face each other between the diaphragm support portion 21 in the element support portion 2 constituting the first electrode and the cylindrical surface electrode portion 72 constituting the second electrode.
  • a portion where the support cylindrical portion 41 and the holding portion 61 face each other. Therefore, according to such a configuration, the deposit S is a fluid such as water and does not exist on the outer surface 24 and is held between the diaphragm support portion 21 and the support cylindrical portion 41 or held with the support cylindrical portion 41. Even in the case of invading with the portion 61, it is possible to detect the deposit S properly.
  • FIGS. 4A and 4B show the change in impedance between the element support 2 and the outer electrode 7 when the output frequency f in the driver circuit 97 is changed.
  • a broken line shows the impedance measurement result before adhesion of the deposit
  • a continuous line shows the impedance measurement result when water adheres as the deposit
  • the change in impedance due to the adhesion of the attached matter S is small, so the attached matter detection accuracy is low.
  • the initial impedance is low, it is not susceptible to noise.
  • the impedance change due to the adhesion of the deposit S is large in the low frequency region, specifically, in the frequency region below 100 kHz. Moreover, in such a frequency range, the inductance component in the deposit S can be ignored. For this reason, in such a frequency range, the attached matter detection accuracy is high. However, in such a frequency region, since the initial impedance is high, it is susceptible to noise.
  • the first impedance change due to the first frequency included in the high frequency range specifically the frequency range of 100 kHz or higher
  • the second impedance change due to the second frequency included in the low frequency range specifically the frequency range less than 100 kHz
  • the capacitance change ⁇ C (f1) exceeds the threshold ⁇ Cth (f1) at the first frequency f1
  • the capacitance change ⁇ C (f2) at the second frequency f2 is the threshold ⁇ Cth
  • adhesion of the deposit S can be determined.
  • the presence or absence of the attached matter S can be detected more accurately.
  • the mounting target of the ultrasonic sensor 1 is not limited to the bumper B. That is, for example, the ultrasonic sensor 1 can be mounted on a body panel of a vehicle. In this case, the creeping electrode portion 71 may be provided along the body panel.
  • the mounting target of the ultrasonic sensor 1 is not limited to the vehicle. That is, for example, the ultrasonic sensor 1 can also be attached to a transport machine provided in a factory or the like, agricultural equipment (for example, a cultivator), a small aircraft, or the like.
  • the ultrasonic sensor 1 is not limited to the so-called transmission / reception configuration. That is, the ultrasonic sensor 1 dedicated to the transmission of the search wave and the ultrasonic sensor 1 dedicated to the reception of the reflected wave can be separately mounted on the vehicle. The present disclosure can be well applied even in such a case.
  • the entire element support portion 2 is integrally formed as a metal member.
  • the present disclosure is not limited to such a configuration.
  • the element support portion 2 may be integrally formed of a conductive synthetic resin.
  • the entire element support portion 2 functions as the first electrode.
  • the entire element support portion 2 is configured to function as a first electrode.
  • the diaphragm support 21 may be formed of an insulating synthetic resin. That is, the diaphragm portion 22 which is a metal plate member functioning as a first electrode may be attached to the tip end portion of the synthetic resin diaphragm support portion 21.
  • the diaphragm portion 22 may be formed of an insulating synthetic resin. That is, the diaphragm portion 22 which is a plate-like member made of insulating synthetic resin may be attached to the tip end portion of the metal diaphragm support portion 21 functioning as the first electrode.
  • the whole of the element support portion 2 may be integrally formed as an insulating synthetic resin member.
  • the reference electrode 32 may be provided so as to be partially exposed on the main surface of the piezoelectric body 30 on which the drive electrode 31 is provided.
  • the drive electrode 31 and the reference electrode 32 are exposed in the first direction on the same principal surface side of the piezoelectric body 30. Therefore, the electrical connection portion between the drive electrode 31 and the drive electrode line 81 and the electrical connection portion between the reference electrode 32 and the reference electrode line 82 can be provided on the same principal surface side of the piezoelectric body 30. Therefore, according to such a configuration, the electrical connection of the wiring to the vibrating element 3 can be made well.
  • the element support portion 2 includes the inner electrode 201 constituting the first electrode. May be provided.
  • the inner electrode 201 can be formed of, for example, metal or conductive synthetic resin.
  • the inner electrode 201 may be provided on the diaphragm support 21 or the diaphragm 22. Specifically, for example, as shown in FIG. 5, the inner electrode 201 may be a ring-shaped electrode provided at the upper end of the diaphragm support 21 or the outer edge of the diaphragm 22. The ring-like electrode may be embedded in the inside of the element support 2 or may be provided so as to be exposed to the outside of the element support 2.
  • the inner electrode 201 may be a cylindrical electrode provided on the diaphragm support 21.
  • the cylindrical electrode may be embedded inside the element support 2 or may be provided so as to be exposed to the outside of the element support 2.
  • the inner electrode 201 may be a conductor film provided on at least the outer edge of the inner surface 23 of the diaphragm portion 22.
  • the conductor film shown in FIG. 6 is typically formed of a conductor metal film.
  • the element support portion 2 constituting the first electrode is integrated with the reference electrode 32 in terms of both the device configuration and the circuit configuration.
  • the inner electrode 201 is separated from the reference electrode 32 in terms of both the device configuration and the circuit configuration. In this case, even if the inner electrode 201 is grounded, the reference electrode 32 is not necessarily indirectly grounded.
  • FIG. 7A it is possible to ground the inner electrode 201 and to ground the reference electrode 32 as well.
  • a circuit configuration similar to that of FIG. 2 is realized. 7A, illustration of the signal transfer unit 92a and the like in FIG. 2 is omitted for simplification of the illustration. The same applies to FIG. 7B described later.
  • the inner electrode 201 can be grounded while being electrically insulated from the reference electrode 32 which is an electrode layer which constitutes the vibration element 3 and is fixedly supported by the diaphragm portion 22.
  • the ultrasonic wave transmission circuit 95 and the reflected wave reception circuit 96 by completely differentiating the ultrasonic wave transmission circuit 95 and the reflected wave reception circuit 96, the decrease in S / N ratio due to amplification of noise such as common mode noise by the amplifier can be favorably achieved. It can be suppressed.
  • an electromagnetic shield can be provided on the element support portion 2 which forms the casing of the ultrasonic microphone 1a, and the robustness to the noise of the ultrasonic sensor 1 is improved. Specifically, it is possible to well suppress the reduction in EMC resistance and ESD resistance.
  • EMC is an abbreviation of Electromagnetic Compatibility.
  • ESD is an abbreviation of Electrostatic Discharge. That is, according to such a configuration, it is possible to more accurately detect the presence or absence of the attached matter S while realizing a good S / N ratio, an EMC resistance, and an ESD resistance in the object detection operation.
  • the reference electrode 32 provided on the inner surface of the diaphragm portion 22 can be used as a first electrode.
  • a configuration in which a reference electrode 32 is used as a first electrode instead of the inner electrode 201 shown in FIGS. 5 and 6 is shown in FIGS.
  • FIG. 8 corresponds to the configuration shown in FIGS. 5 and 6 with the inner electrode 201 omitted.
  • FIG. 9 corresponds to a configuration in which the reference electrode 32 is not exposed on the main surface of the piezoelectric body 30 on which the drive electrode 31 is provided, but is provided on the inner surface 23 of the diaphragm portion 22 in a larger area than the piezoelectric body 30. Do. In the configuration shown in FIG. 9, the drive electrode 31 and the reference electrode 32 can be provided as wide as possible. Therefore, according to such a configuration, the object detection sensitivity and the attached matter detection sensitivity in the ultrasonic sensor 1 can be improved as much as possible.
  • the diaphragm portion 22 may be a metal plate, and the reference electrode 32 may be provided on both surfaces of the piezoelectric body 30.
  • an insulating layer 303 is provided between the diaphragm portion 22 and the reference electrode 32.
  • the insulating layer 303 can typically be formed by an insulating adhesive layer.
  • the element support portion 2 constituting the first electrode and the reference electrode 32 can be electrically insulated well. Therefore, according to such a configuration, the effect of the circuit configuration of FIG. 7B can be obtained. That is, according to such a configuration, it is possible to more accurately detect the presence or absence of the attached matter S while realizing a good S / N ratio, an EMC resistance, and an ESD resistance in the object detection operation.
  • the present disclosure is not limited to the configuration in which the outer electrode 7 is provided on the inner surface side of the mounting member 6.
  • the outer electrode 7 may be provided on the outer surface side of the mounting member 6.
  • the outer electrode 7 may be integrated with the mounting member 6 as a part of the mounting member 6. That is, the outer electrode 7 may be the attachment member 6 itself or a part of the attachment member 6 formed of a conductive synthetic resin.
  • the outer electrode 7 may be embedded inside the mounting member 6.
  • the outer electrode 7 may be provided on the elastic support member 4. Also in this configuration, a special operation process for installing the outer electrode 7 is not necessary. Specifically, for example, as shown in FIG. 11, a ring-shaped or cylindrical outer electrode 7 having a central axis along the axial direction is embedded in an elastic support member 4 made of insulating synthetic resin. It may be
  • the elastic support member 4 can be used as the second electrode by forming the elastic support member 4 with a conductive rubber.
  • the outer electrode 7 in FIG. 1 can be omitted.
  • the outer electrode 7 may be provided on the bumper inner surface B2.
  • the outer electrode 7 may be embedded around the mounting hole B3 in the bumper B.
  • the outer electrode 7 may be part of the bumper B formed by adding a conductive filler to the portion of the bumper B facing the mounting hole B3.
  • the creeping electrode portion 71 and the cylindrical surface electrode portion 72 may be separately configured so as not to conduct each other.
  • the creeping electrode portion 71 and the cylindrical surface electrode portion 72 may be provided so as to function as separate outer electrodes 7.
  • the control unit 92 c is based on the change in capacitance between the element support 2 and the creeping electrode portion 71 and the change in capacitance between the element support 2 and the cylindrical surface electrode 72. It is possible to detect the presence or absence and the position of the deposit S.
  • a plurality of creeping electrode portions 71 may be arranged in the circumferential direction so as not to conduct each other.
  • the control unit 92c can detect the presence or absence and the adhesion position of the attached matter S based on the capacitance change between each of the plurality of creeping electrode units 71 and the element support unit 2.
  • the plurality of cylindrical surface electrode portions 72 may be arranged in the circumferential direction and provided so as not to conduct each other.
  • the control unit 92c can detect the presence or absence and the adhesion position of the deposit S based on the capacitance change between each of the plurality of cylindrical surface electrode units 72 and the element support unit 2. .
  • the circuit configuration is also not limited to the above specific example. Specifically, in the above specific example, as shown in FIG. 2, FIG. 7A and FIG. 7B, the element support portion 2 as the first electrode or the inner electrode 201 is grounded. However, the present disclosure is not limited to such a circuit configuration.
  • FIG. 15A shows the case where the first electrode is configured by the element support 2 as in FIG.
  • FIG. 15B shows the case where the inner electrode 201 is provided similarly to FIG. The same applies to FIGS. 16A and 16B described later.
  • the outer electrode 7 may be grounded.
  • the driver circuit 97 and the receiver circuit 98 are electrically connected to the element support 2 or the inner electrode 201 as the first electrode. Further, the driver circuit 97 and the receiver circuit 98 are electrically connected to the element support portion 2 functioning as an electrode used as a pair with the drive electrode 31 in the vibration element 3 or the reference electrode 32.
  • the potential of the outer electrode 7 positioned outside the vibrating element 3 is always the ground potential. Therefore, according to such a configuration, the robustness to the noise of the ultrasonic sensor 1 is improved.
  • the output voltage of the driver circuit 97 can be applied to the vibration element 3. That is, the driver circuit 97 can be provided with the function of the ultrasonic wave transmission circuit 95 shown in FIG. Therefore, according to such a configuration, it is possible to perform the attached matter detection while suppressing the complication of the circuit configuration in the ultrasonic sensor 1 as much as possible.
  • the driver circuit 97 is electrically connected to the element support 2 or the inner electrode 201 as the first electrode
  • the receiver circuit 98 is electrically connected to the outer electrode 7. It may be connected to Conversely, as shown in FIGS. 17A and 17B, while the receiver circuit 98 is electrically connected to the element support portion 2 or the inner electrode 201 as the first electrode, the driver circuit 97 is connected to the outer electrode 7. May be electrically connected.
  • FIG. 18 is a modification of a part of the circuit configuration of FIG. 16A.
  • FIG. 19 is a modification of part of the circuit configuration of FIG. 17A.
  • a switch 991 may be provided between the element support 2 as the first electrode and the ground end. That is, the first electrode provided on the element support 2 side may be grounded via the switch 991 when the switch 991 is ON.
  • the switch 991 is turned on when the impedance measurement is not performed under the control of the control unit 92c illustrated in FIG. 2, and is turned off at the time of the impedance measurement.
  • the impedance measurement is not performed, typically, the first electrode provided on the element support 2 side is grounded during the transmission process of the search wave and the reception process of the reflected wave. Therefore, according to such a configuration, the robustness to the noise of the ultrasonic sensor 1 is improved.
  • the piezoelectric body 30 can be attached to the inner surface 23 of the diaphragm portion 22 by a conductive adhesive.
  • diaphragm part 22 itself can constitute a pair of electrodes which constitute a piezoelectric element. That is, in this case, the reference electrode 32 may be omitted.
  • the vibrating element 3 is not limited to the piezoelectric element. That is, for example, the ultrasonic microphone 1a may have a configuration of a capacitive microphone.
  • the temperature sensor 91 may be electrically connected to the control circuit element 92 via an on-vehicle communication network.
  • the in-vehicle communication network is configured in compliance with an in-vehicle LAN standard such as CAN (international registered trademark).
  • CAN international registered trademark
  • CAN is an abbreviation for Controller Area Network.
  • LAN is an abbreviation of Local Area Network.
  • the temperature sensor 91 may be incorporated in the control circuit element 92.
  • the present disclosure is not limited to the specific operation example described above. That is, for example, the reception mode may be always performed while the object detection condition is satisfied. Further, the attached matter detection operation is not limited to the timing at which the transmission of the search wave is not performed and the reception group is not also received. Specifically, for example, the attached matter detection operation can be performed even during the attached matter detection operation as long as the transmission of the search wave is not performed.
  • the attached matter detection operation may be performed by the impedance acquisition unit 92b.
  • the plurality of components which are integrally formed integrally without each other may be formed by bonding members separate from each other.
  • a plurality of components formed by bonding separate members may be integrally formed seamlessly.
  • the plurality of components formed of the same material may be formed of different materials.
  • a plurality of components that have been formed of different materials may be formed of the same material.
  • the modified example is also not limited to the above example. Also, multiple variants may be combined with one another. Furthermore, all or part of the above-described embodiment and all or part of any variation may be combined with each other.

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Abstract

超音波センサ（１）は、機械的振動と電気信号との間の変換機能を有する振動素子（３）を備えた超音波マイクロフォン（１ａ）に設けられた第一電極（２；２０１）と、前記超音波マイクロフォンの指向軸と交差する面内方向について前記第一電極とは異なる位置に設けられた第二電極（７）と、前記第一電極と前記第二電極との間の静電容量変化に基づいて当該超音波センサに対する付着物（Ｓ）の有無を検知するように設けられた検知部（９２）と、を備える。

Description

超音波センサ 関連出願への相互参照
　本出願は、２０１７年１１月２日に出願された日本特許出願番号２０１７－２１２６９６号に基づくもので、ここにその記載内容が参照により組み入れられる。
　本開示は、超音波センサに関する。
　超音波の送受信により物体を検知する超音波センサが知られている。具体的には、この種の超音波センサは、圧電素子等の振動素子によってダイアフラム部を励振して超音波を送信する。また、この種の超音波センサは、送信した超音波の物体からの反射波の受信に伴う、ダイアフラム部の振動を、電気信号に変換することで、物体を検知する。
　この種の超音波センサにおいて、ダイアフラム部に水、泥、雪等が付着すると、超音波の送信および受信が阻害され、物体の検知性能が低下するという課題がある。このため、超音波センサに付着物が付着したことを検知可能な構成が、従来種々提案されている。例えば、特開昭６０－１５５７７号公報には、付着物により超音波振動子のインピーダンスが変化するため、この変化を検出することによって付着物の検知が可能である旨記載されている。
特開昭６０－１５５７７号公報
　超音波センサは、車両の運転支援、例えば駐車支援等に、広く用いられている。また、超音波センサは、車両の自動運転等への活用が期待されている。さらに、超音波センサは、車両以外の用途についても活用が期待されている。具体的には、例えば、工場等に設けられる搬送機、農業機器（例えば耕耘機等）、小型航空機、等における、無人化あるいは自動化の際に、超音波センサが活用され得る。
　上記の通り、超音波センサに対する付着物の付着は、超音波センサにおける検知性能の低下を引き起こす。このため、超音波センサに対する付着物の検知精度を向上することは、超音波センサにおける各種の用途において重要である。本開示は、上記に例示した事情等に鑑みてなされたものである。
　本開示の１つの観点によれば、超音波センサは、
　機械的振動と電気信号との間の変換機能を有する振動素子を備えた超音波マイクロフォンに設けられた、第一電極と、
　前記超音波マイクロフォンの指向軸と交差する面内方向について前記第一電極とは異なる位置に設けられた、第二電極と、
　前記第一電極と前記第二電極との間の静電容量変化に基づいて、当該超音波センサに対する付着物の有無を検知するように設けられた、検知部と、
　を備える。
　上記構成においては、前記第一電極と前記第二電極との間に、静電容量が形成される。この静電容量は、前記超音波センサに対する前記付着物の付着の有無に応じて変化する。このため、前記第一電極と前記第二電極との間の静電容量変化に基づいて、前記付着物の付着の有無を、精度よく検知することが可能となる。
　なお、出願書類において、各手段に付された括弧付きの参照符号は、同手段と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。よって、本開示は、上記の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の概略構成を示す側断面図である。 図１に示された制御回路素子の回路構成の一具体例を示す図である。 図２に示された制御回路素子の動作例を示すタイムチャートである。 周波数とインピーダンス変化の関係を示すグラフである。 周波数とインピーダンス変化の関係を示すグラフである。 図１に示された素子支持部の一変形例の概略構成を示す側断面図である。 図１に示された素子支持部の他の一変形例の概略構成を示す側断面図である。 図５および図６に示された素子支持部を用いた場合の制御回路素子の回路構成の一具体例を示す図である。 図５および図６に示された素子支持部を用いた場合の制御回路素子の回路構成の一具体例を示す図である。 図１に示された素子支持部のさらに他の一変形例の概略構成を示す側断面図である。 図１に示された素子支持部のさらに他の一変形例の概略構成を示す側断面図である。 図１に示された素子支持部のさらに他の一変形例の概略構成を示す側断面図である。 図１に示された第二電極の一変形例の概略構成を示す側断面図である。 図１に示された第二電極の他の一変形例の概略構成を示す側断面図である。 図１に示された第二電極のさらに他の一変形例の概略構成を示す側断面図である。 図１に示された第二電極のさらに他の一変形例の概略構成を示す側断面図である。 図２に示された制御回路素子の回路構成の一変形例を示す図である。 図７Ａまたは図７Ｂに示された制御回路素子の回路構成の一変形例を示す図である。 図２に示された制御回路素子の回路構成の他の一変形例を示す図である。 図７Ａまたは図７Ｂに示された制御回路素子の回路構成の他の一変形例を示す図である。 図２に示された制御回路素子の回路構成のさらに他の一変形例を示す図である。 図７Ａまたは図７Ｂに示された制御回路素子の回路構成のさらに他の一変形例を示す図である。 図２に示された制御回路素子の回路構成のさらに他の一変形例を示す図である。 図２に示された制御回路素子の回路構成のさらに他の一変形例を示す図である。
　（実施形態）
　以下、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ため、当該実施形態の説明の後にまとめて記載する。
　（構成）
　図１は、本実施形態に係る超音波センサ１の装着対象が、車両である場合の概略構成を示す。以下、説明の簡略化のため、図１における下方向を「第一方向」と称する。第一方向は、図１にて矢印Ｄ１で示されている。また、図１における上方向を、「第二方向」と称する。第二方向は、第一方向とは反対方向であって、図１にて矢印Ｄ２で示されている。また、対象物を第一方向と平行な視線で見ることを「平面視」と称する。さらに、構成要素における第一方向側の端部を「基端部」と称し、第二方向側の端部を「先端部」と称することがある。
　図１を参照すると、本実施形態に係る超音波センサ１は、車両に装着されることで、当該車両の周囲の物体を検知するように構成されている。すなわち、本実施形態に係る超音波センサ１は、車載状態にて、板状の車体部品であるバンパーＢに装着されるように構成されている。「車載状態」は、ボデー部品であるバンパーＢに装着された「装着状態」とも称され得る。
　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を有している。取付孔Ｂ３は、バンパーＢを図中上下方向に貫通するように形成されている。
　超音波センサ１は、超音波マイクロフォン１ａを備えている。超音波マイクロフォン１ａは、素子支持部２と振動素子３とを有している。素子支持部２は、機械的振動と電気信号との間の変換機能を有する振動素子３を支持するように構成されている。また、超音波センサ１は、弾性支持部材４と、センサケース５と、取付部材６と、外側電極７と、配線部８と、回路基板９とを備えている。以下、超音波センサ１の構成要素である各部の具体的構成について説明する。
　素子支持部２は、ダイアフラム支持部２１とダイアフラム部２２とを有している。ダイアフラム支持部２１は、第一方向と平行な軸方向を有する略円筒形状に形成されている。すなわち、超音波センサ１は、図中上下方向と平行な中心軸を有する略円柱形状に形成されている。以下、説明の簡略化のため、図中上下方向を単に「軸方向」と称する。
　ダイアフラム支持部２１における基端部には、第一方向に向かって開口する開口部が設けられている。一方、ダイアフラム支持部２１における先端部は、ダイアフラム部２２によって閉塞されている。すなわち、素子支持部２は、軸方向における一端部がダイアフラム部２２によって閉塞された有底筒状に形成されている。また、素子支持部２の内側には、略円柱状の空間が形成されている。この空間内には、シリコーンゴム等の防振材が充填されている。
　ダイアフラム部２２は、ダイアフラム支持部２１における先端部を閉塞するように設けられた略円板状の部分であって、径方向における外縁部を固定端として軸方向に沿って振動可能に形成されている。「径方向」とは、軸方向と直交する方向であって、ダイアフラム支持部２１の中心軸から放射状に延びる方向である。すなわち、ダイアフラム部２２は、径方向における外縁部がダイアフラム支持部２１によって支持されることで、径方向における中央部が軸方向に沿って移動する態様で振動する、振動板部として設けられている。素子支持部２は、車載状態にて、取付孔Ｂ３にダイアフラム部２２が挿入されるとともに、ダイアフラム支持部２１が取付孔Ｂ３から第一方向に延出するように設けられている。
　ダイアフラム部２２は、第一方向側の主面である内表面２３と、第二方向側の主面である外表面２４とを有している。「主面」とは、板状部材または板状部分における、厚さ方向と直交する表面をいう。すなわち、ダイアフラム部２２は、軸方向に厚さ方向を有する板状部として形成されている。内表面２３と外表面２４とは、ダイアフラム部２２における表裏面を構成するように、互いに平行に設けられている。内表面２３は、素子支持部２の内側に形成された略円柱状の空間に面するように設けられている。外表面２４には、腐食防止のための下地塗装膜と、バンパー外面Ｂ１と同色の塗装膜とを含む、絶縁性の被膜２５が設けられている。
　ダイアフラム支持部２１における側面すなわち円柱面状の外周面には、係合溝２６が形成されている。係合溝２６は、弾性支持部材４を介して素子支持部２をセンサケース５に支持する際に用いられる角溝であって、ダイアフラム支持部２１における周方向の全体にわたって設けられている。「周方向」とは、軸方向と直交する仮想平面とダイアフラム支持部２１の中心軸との交点を中心とした、当該仮想平面内の円の、円周方向である。
　本実施形態においては、素子支持部２は、アルミニウム製の金属部材として形成されている。すなわち、素子支持部２は、アルミニウムによって継ぎ目なく一体に構成されている。具体的には、アルミニウム製のダイアフラム支持部２１と、アルミニウム製のダイアフラム部２２とは、ダイアフラム部２２の径方向における外縁部およびダイアフラム支持部２１の第二方向側の端部にて、互いに継ぎ目なく結合されている。
　振動素子３は、内表面２３側にて、ダイアフラム部２２に固定的に支持されている。本実施形態においては、振動素子３は、ダイアフラム部２２における内表面２３に対して、導電性接着剤により貼着されている。本実施形態においては、振動素子３は、いわゆる圧電素子としての構成を有している。具体的には、振動素子３は、圧電体３０と、駆動電極３１と、基準電極３２とを備えている。
　圧電体３０は、軸方向に厚さ方向を有する板状あるいは膜状の部材であって、圧電セラミック等の圧電材料によって形成されている。駆動電極３１および基準電極３２は、導体金属膜によって形成されている。駆動電極３１は、圧電体３０における一方の主面すなわち図中下側の主面に設けられている。基準電極３２は、圧電体３０における他方の主面すなわち図中上側の主面に設けられている。すなわち、振動素子３は、駆動電極３１と、圧電体３０と、基準電極３２とを、この順に積層することによって形成されている。
　基準電極３２は、ダイアフラム部２２とほぼ同電位となるように、ダイアフラム部２２と電気的に接続されている。具体的には、本実施形態においては、基準電極３２は、導電性接着剤を介してダイアフラム部２２に接合されている。すなわち、基準電極３２は、接地された素子支持部２の一部分を構成するダイアフラム部２２と導電性接着剤を介して電気的に接続されることで、接地されるようになっている。このように、超音波マイクロフォン１ａに設けられ第一電極を構成する素子支持部２は、振動素子３を構成するとともにダイアフラム部２２に固定的に支持された電極層である基準電極３２と電気的に接続されている。
　振動素子３は、駆動電極３１と基準電極３２すなわちダイアフラム部２２との間の電圧に応じて圧電体３０が変形することでダイアフラム部２２を軸方向に変形させ、ダイアフラム部２２が受けた軸方向の応力が振動素子３に伝わることでその応力に応じて駆動電極３１と基準電極３２すなわちダイアフラム部２２との間に電圧が発生するように構成されている。また、超音波マイクロフォン１ａは、軸方向と平行な指向軸を有するように構成されている。
　すなわち、振動素子３における一対の電極をなす駆動電極３１および基準電極３２は、駆動信号が印加されることで圧電体３０を超音波振動させるように設けられている。駆動信号は、振動素子３を駆動するための電気信号であって、具体的には矩形波状の電圧信号をトランスフォーマすなわち昇圧器によって昇圧した、正弦波状の電圧信号であるである。また、駆動電極３１および基準電極３２は、ダイアフラム部２２の振動によって振動素子３にて発生した電圧信号である出力信号を出力するように設けられている。すなわち、本実施形態においては、超音波センサ１は、いわゆる送受信兼用の構成を有している。
　素子支持部２を弾性的に支持する弾性支持部材４は、素子支持部２とバンパーＢとの間の振動伝播、および素子支持部２とセンサケース５との間の振動伝播を抑制するように設けられている。具体的には、弾性支持部材４は、ゴム弾性および非導電性を有する略円筒状の部材であって、シリコーンゴム等によって継ぎ目なく一体に形成されている。弾性支持部材４は、軸方向に沿った中心軸を有するように設けられている。
　弾性支持部材４は、支持筒部４１と基部４２とを有している。支持筒部４１は、弾性支持部材４の先端側すなわち第二方向側の部分であって、素子支持部２を収容しつつ弾性的に支持するように構成されている。基部４２は、弾性支持部材４の基端側すなわち第一方向側の部分であって、センサケース５に固定されている。
　支持筒部４１の先端部は、車載状態にて、取付孔Ｂ３に挿入されつつ、バンパーＢにおける取付孔Ｂ３の内周面と素子支持部２の側面との間に挟持されている。支持筒部４１の内周面における基端側には、径方向における内側に向かって突出する係合突起４３が設けられている。係合突起４３は、係合溝２６と係合するように形成されている。
　基部４２の外周面における基端部には、径方向における外側に突出する固定突起４４が設けられている。また、基部４２の外周面における、軸方向について固定突起４４に隣接する位置には、固定溝４５が設けられている。固定突起４４および固定溝４５は、周方向に延設されている。
　弾性支持部材４を保持するセンサケース５は、超音波センサ１のケーシングを構成する部材であって、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５の主要部分をなすケース本体部５１は、基板収容部５２と突出部５３とを有している。基板収容部５２と突出部５３とは、継ぎ目なく一体に形成されている。
　基板収容部５２は、第一方向に向かって開口するバスタブ状に形成されている。突出部５３は、軸方向と平行な中心軸を有する略円筒状の部分であって、基板収容部５２から軸方向に沿って突設されている。ケース本体部５１は、基板収容部５２の内側の空間と突出部５３の内側の空間とが互いに連通するように形成されている。
　突出部５３は、先端部にて弾性支持部材４を保持するように構成されている。具体的には、突出部５３の内周面における先端部には、弾性支持部材４における固定突起４４と係合する支持溝５４と、弾性支持部材４における固定溝４５と係合する支持突起５５とが設けられている。
　取付部材６は、車載状態にてバンパーＢおよびセンサケース５に固定されることで、超音波センサ１をバンパーＢに保持するように構成されている。具体的には、取付部材６は、保持部６１とフランジ部６２とを有している。
　保持部６１は、センサケース５における突出部５３と弾性支持部材４とを囲む略円筒形状に形成されている。フランジ部６２は、保持部６１の先端部から、径方向における外側に向かって延設されている。フランジ部６２は、径方向における外側の部分にて、両面テープ等の不図示の粘着層によりバンパー内面Ｂ２に固定されるようになっている。
　第二電極を構成する外側電極７は、超音波マイクロフォン１ａの指向軸と交差する面内方向について、第一電極を構成する素子支持部２とは異なる位置に設けられている。「面内方向」は、典型的には、上記の径方向とほぼ同義である。すなわち、外側電極７は、平面視にて、本実施形態において第一電極を構成する素子支持部２の、径方向における外側に設けられている。また、外側電極７は、素子支持部２の近傍に設けられている。
　外側電極７は、車載状態にてバンパーＢに沿って設けられた沿面電極部７１と、車載状態にて素子支持部２の側面に沿って設けられた筒面電極部７２とを有している。沿面電極部７１および筒面電極部７２は、導体膜、具体的には金属薄膜によって形成されている。
　沿面電極部７１は、バンパーＢにおける第一方向側の表面であるバンパー内面Ｂ２に沿って設けられている。具体的には、沿面電極部７１は、フランジ部６２における、バンパー内面Ｂ２と対向する表面に固定されている。沿面電極部７１は、フランジ部６２における径方向における内側の部分に対応して設けられている。本実施形態においては、沿面電極部７１は、平面視にて略リング状に形成されている。
　筒面電極部７２は、ダイアフラム支持部２１に沿って、軸方向に延設されている。筒面電極部７２は、保持部６１における円筒面状の内周面に固定されている。筒面電極部７２は、保持部６１の先端部に対応して設けられている。本実施形態においては、筒面電極部７２は、円筒状に形成されている。
　上記の通り、本実施形態においては、外側電極７は、取付部材６に設けられている。具体的には、外側電極７は、取付部材６の内面側に設けられている。また、本実施形態においては、筒面電極部７２の先端部は、沿面電極部７１の径方向における内縁部と結合されている。すなわち、沿面電極部７１と筒面電極部７２とは、継ぎ目なく一体に形成されている。
　配線部８は、超音波マイクロフォン１ａおよび外側電極７と、回路基板９とを電気的に接続するように設けられている。配線部８における回路基板９側の部分は、ケース本体部５１の内側に収容されている。なお、ケース本体部５１の内側の、配線部８と回路基板９とを収容した空間には、絶縁性が高く、低誘電率であり、化学的に安定であり、耐候性を有する、シリコーンゴム等の封止樹脂Ｒが充填されている。
　具体的には、配線部８は、駆動電極線８１と、基準電極線８２と、第二電極線８３とを有している。駆動電極線８１の一端は、振動素子３における駆動電極３１と電気的に接続されている。駆動電極線８１の他端は、コネクタ８４を介して、回路基板９と電気的に接続されている。基準電極線８２の一端は、素子支持部２、具体的にはダイアフラム支持部２１と電気的に接続されている。基準電極線８２の他端は、コネクタ８４を介して、回路基板９と電気的に接続されている。第二電極線８３の一端は、外側電極７と電気的に接続されている。第二電極線８３の他端は、コネクタ８４を介して、回路基板９と電気的に接続されている。
　回路基板９は、基板収容部５２に収容されている。回路基板９には、温度センサ９１と制御回路素子９２とを含む、複数の回路要素が実装されている。温度センサ９１は、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。「環境温度」とは、超音波センサ１の周囲の外気温に対応する温度である。
　制御回路素子９２は、ＡＳＩＣまたはＣＰＵであって、超音波センサ１の動作を制御するように設けられている。ＡＳＩＣはApplication　Specific　Integrated　Circuitの略である。ＣＰＵはCentral　Processing　Unitの略である。
　図２を参照すると、第一電極を構成する素子支持部２と、外側電極７とによって、静電容量Ｃ１が形成されている。この静電容量Ｃ１は、振動素子３と並列に設けられている。
　検知部を構成する制御回路素子９２は、ＡＳＩＣまたはＣＰＵ上にて実現される機能上の構成として、信号授受部９２ａと、インピーダンス取得部９２ｂと、制御部９２ｃとを有している。
　信号授受部９２ａは、駆動信号および出力信号を含む電気信号を振動素子３との間で授受するように、駆動電極３１および基準電極３２と電気的に接続されている。すなわち、信号授受部９２ａは、駆動信号を振動素子３に入力するとともに、振動素子３からの出力信号を受信するように設けられている。インピーダンス取得部９２ｂは、素子支持部２と外側電極７との間のインピーダンスを取得するように設けられている。
　制御部９２ｃは、温度センサ９１と電気的に接続されている。また、制御部９２ｃは、信号授受部９２ａおよびインピーダンス取得部９２ｂとの間で信号授受可能に設けられている。すなわち、制御部９２ｃは、信号授受部９２ａの動作を制御することで、超音波マイクロフォン１ａにおける超音波の送受信動作を制御するようになっている。また、制御部９２ｃは、インピーダンス取得部９２ｂにて取得したインピーダンス変化に伴う静電容量Ｃ１の変化に基づいて、外表面２４側から超音波センサ１に付着した付着物Ｓの有無を検知するように設けられている。具体的には、制御部９２ｃは、温度センサ９１の出力と静電容量Ｃ１の変化とに基づいて、付着物Ｓの有無を検知するように構成されている。
　制御部９２ｃは、所定の物体検知条件が成立した場合に、超音波センサ１の周囲の物体を検知する物体検知動作を実行するようになっている。物体検知条件には、例えば、超音波センサ１を搭載した車両におけるシフトポジションが走行可能ポジションであること、同車両の車速が所定値未満であること、等が含まれる。また、制御部９２ｃは、物体検知動作が行われていないタイミングで、インピーダンス取得部９２ｂによる付着物Ｓの有無の検知を実行するようになっている。
　さらに、制御部９２ｃは、温度センサ９１の出力によって取得された環境温度を考慮して、付着物Ｓの有無を検知するように構成されている。具体的には、制御部９２ｃは、ドライバ回路９７における出力周波数ｆを設定するようになっている。また、制御部９２ｃは、所定の基準温度例えば摂氏１８度におけるリファレンスデータと、温度センサ９１の出力によって取得された環境温度とに基づいて、静電容量変化を補正するようになっている。さらに、制御部９２ｃは、補正後の静電容量変化ΔＣが閾値ΔＣth（ｆ）を超えた場合に、付着物Ｓの付着を判定するようになっている。閾値ΔＣth（ｆ）は、出力周波数ｆに応じて異なる値であって、出力周波数ｆと閾値ΔＣth（ｆ）との関係を規定するルックアップテーブルまたはマップが予め格納されている。
　信号授受部９２ａは、超音波送信回路９５と、反射波受信回路９６とを有している。インピーダンス取得部９２ｂは、ドライバ回路９７とレシーバ回路９８とを有している。
　超音波送信回路９５は、振動素子３に駆動信号を入力することで、振動素子３にて超音波帯域の探査波の発信動作を実行させるように構成されている。反射波受信回路９６は、超音波センサ１の周囲に存在する物体による探査波の反射波によってダイアフラム部２２が励振されることによって振動素子３にて発生する出力信号を受信して、増幅等の処理を実行するように構成されている。超音波送信回路９５および反射波受信回路９６の具体的な回路構成は周知であるので、本明細書においては、これ以上の説明は省略する。
　ドライバ回路９７およびレシーバ回路９８は、外側電極７と電気的に接続されている。ドライバ回路９７は、付着物Ｓを含む素子支持部２と外側電極７との間のインピーダンス取得のための交流電源電圧を出力するように設けられている。また、ドライバ回路９７は、交流電源電圧の出力周波数を可変に構成されている。レシーバ回路９８は、周知の積分回路等を有していて、素子支持部２と外側電極７との間のインピーダンスに対応する出力を発生するように構成されている。インピーダンスの取得すなわち測定の原理、並びにドライバ回路９７およびレシーバ回路９８の具体的な回路構成は周知であるので、本明細書においては、これ以上の説明は省略する。
　（動作概要）
　以下、本実施形態の構成による動作の概要について、同構成による効果とともに、各図面を参照しつつ説明する。図３は、超音波センサ１の例示的な一動作例に対応するタイムチャートである。
　図３を参照すると、時刻ｔ０にて車両のイグニッションスイッチがＯＮされた後、時刻ｔ１にて物体検知条件が成立するまでの間は、超音波センサ１からの探査波の発信も、超音波センサ１による反射波の受信も行われない。時刻ｔ１にて物体検知条件が成立すると、超音波センサ１からの探査波の発信と、超音波センサ１による反射波の受信とが、交互に行われる。その後、車速が上昇することで、時刻ｔ２にて物体検知条件が成立しなくなると、探査波の発信および反射波の受信が停止される。さらにその後、停車のために車速が低下することで、時刻ｔ３にて物体検知条件が成立すると、探査波の発信および反射波の受信が再開される。
　本実施形態においては、付着物検知動作、すなわち、超音波センサ１に対する付着物Ｓの有無の検知動作は、物体検知条件が成立して物体検知動作が行われているタイミングである時刻ｔ１～ｔ２間は行われない。同様に、付着物検知動作は、時刻ｔ３以降は、物体検知条件が再度不成立となるまで行われない。
　一方、付着物検知動作は、物体検知動作が行われていないタイミング、すなわち、発信モードでも受信モードでもないタイミングである、時刻ｔ０～ｔ１間の時刻ｔａ、および／または、ｔ２～ｔ３間の時刻ｔｂにて行われる。「発信モード」とは、振動素子３を駆動する駆動信号の振動素子３への入力が行われている動作モードである。「受信モード」とは、振動素子３からの出力信号に基づく当該超音波センサ１の周囲の物体検知動作を行う動作モードである。すなわち、本実施形態においては、探査波の発信が行われておらず、且つ、受信派の受信も行われていないタイミングで、付着物検知動作が実行される。これにより、良好な物体検知精度を維持しつつ、付着物検知を行うことが可能となる。
　図１を参照すると、典型的には、超音波センサ１は、第一方向Ｄ１および第二方向Ｄ２が車高方向と略直交するように、バンパーＢに装着される。このため、素子支持部２の外表面２４側から超音波センサ１に付着した付着物Ｓに作用する重力の、ダイアフラム部２２の振動方向と平行な成分は、ほとんど生じない。したがって、素子支持部２と振動素子３とによって構成されるマイクロフォンにおける、機械的振動の等価回路のインピーダンスは、付着物Ｓの有無によってはほとんど変化しない。さらに、付着物Ｓが雪、水等の軽量物である場合も、機械的振動の等価回路のインピーダンスは、付着物Ｓの有無によってはほとんど変化しない。
　この点、本実施形態の構成においては、素子支持部２と外側電極７との間に、静電容量Ｃ１が形成される。この静電容量Ｃ１は、素子支持部２における外表面２４側からの、超音波センサ１への付着物Ｓの付着の有無に応じて変化する。このため、制御部９２ｃは、素子支持部２と外側電極７との間の静電容量Ｃ１の変化に基づいて、付着物Ｓの有無を検知することが可能である。
　かかる構成によれば、素子支持部２の外表面に付着した付着物Ｓに作用する重力の、ダイアフラム部２２の振動方向と平行な成分がほとんど生じなくても、付着物Ｓの付着の有無を、精度よく検知することが可能となる。また、かかる構成によれば、付着物Ｓが雪、水等の軽量物である場合であっても、付着物Ｓの付着の有無を、精度よく検知することが可能となる。
　ところで、超音波センサ１に対する付着物Ｓの付着物検知方式として、電極間の抵抗値を利用したものが考えられる。しかしながら、かかる方式は、電極の酸化、周囲の人間の感電防止、意匠上の問題、等のため、採用が困難である。実際上、本実施形態のように、超音波マイクロフォン１ａの表面には、腐食防止等のために、絶縁性の被膜２５が形成されることが通常である。
　この点、本実施形態の構成においては、制御部９２ｃは、素子支持部２と外側電極７との間の静電容量Ｃ１の変化に基づいて、付着物Ｓの有無を検知する。したがって、かかる構成によれば、超音波マイクロフォン１ａの表面に絶縁性の被膜２５が形成されている場合であっても、付着物Ｓの付着の有無を精度よく検知することが可能となる。
　また、超音波センサ１に対する付着物Ｓの付着物検知方式として、残響時間を利用したものが、従来知られている。しかしながら、かかる方式においては、気温変化、天候変化、等の気候変動により、検知精度に影響が生じる場合がある。
　この点、本実施形態の構成においては、制御部９２ｃは、温度センサ９１の出力によって取得された環境温度を考慮して、付着物Ｓの有無を検知する。したがって、かかる構成によれば、気候変動にかかわらず、付着物Ｓの付着の有無を精度よく検知することが可能となる。
　本実施形態の構成においては、第一電極を構成する素子支持部２は、ダイアフラム支持部２１とダイアフラム部２２とを一体に成形した金属部材として形成されている。また、素子支持部２は、振動素子３における基準電極３２と電気的に接続されている。したがって、かかる構成によれば、良好な感度の付着物Ｓの検知が、可及的に簡易な構造によって実現され得る。
　本実施形態の構成においては、外側電極７は、超音波センサ１の構成部品である取付部材６に設けられている。このため、外側電極７を設置するための特別な作業工程は、不要である。したがって、かかる構成によれば、従来の超音波センサと同様のセンサ装着工程により、付着物Ｓの検知のための構成が実現される。
　本実施形態の構成においては、外側電極７は、沿面電極部７１と筒面電極部７２とを有している。筒面電極部７２は、ダイアフラム支持部２１に沿って配置されている。換言すれば、第一電極を構成する素子支持部２におけるダイアフラム支持部２１と、第二電極を構成する筒面電極部７２との間には、ダイアフラム支持部２１と支持筒部４１とが対向する部分、および、支持筒部４１と保持部６１とが対向する部分が設けられている。したがって、かかる構成によれば、付着物Ｓが水等の流体であって、外表面２４上に存在せずに、ダイアフラム支持部２１と支持筒部４１との間、または支持筒部４１と保持部６１との間に侵入した場合であっても、付着物Ｓを良好に検知することが可能となる。
　図４Ａおよび図４Ｂは、ドライバ回路９７における出力周波数ｆを変化させたときの、素子支持部２と外側電極７との間のインピーダンス変化を示す。図４Ａおよび図４Ｂにおいて、破線は付着物Ｓの付着前のインピーダンス測定結果を示し、実線は付着物Ｓとして水が付着した場合のインピーダンス測定結果を示す。
　図４Ａに示されているように、高周波数領域、具体的には１００ｋＨｚ以上の周波数領域においては、付着物Ｓの付着によるインピーダンス変化が小さいため、付着物検知精度が低い。一方、かかる周波数領域においては、初期のインピーダンスが低いため、ノイズの影響を受けにくい。
　これに対し、図４Ｂに示されているように、低周波数領域、具体的には１００ｋＨｚ未満の周波数領域においては、付着物Ｓの付着によるインピーダンス変化が大きい。また、かかる周波数領域においては、付着物Ｓにおけるインダクタンス成分が無視できる。このため、かかる周波数領域においては、付着物検知精度が高い。但し、かかる周波数領域においては、初期のインピーダンスが高いため、ノイズの影響を受けやすい。
　したがって、高周波数領域、具体的には１００ｋＨｚ以上の周波数領域に含まれる第一周波数による第一インピーダンス変化と、低周波数領域、具体的には１００ｋＨｚ未満の周波数領域に含まれる第二周波数による第二インピーダンス変化とに基づいて、付着物検知を行うことが好適である。具体的には、例えば、第一周波数ｆ１にて静電容量変化ΔＣ（ｆ１）が閾値ΔＣth（ｆ１）を超えるか、または、第二周波数ｆ２にて静電容量変化ΔＣ（ｆ２）が閾値ΔＣth（ｆ２）を超えた場合に、付着物Ｓの付着が判定され得る。これにより、付着物Ｓの付着の有無を、よりいっそう精度よく検知することが可能となる。
　（変形例）
　本開示は、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、バンパーＢに限定されない。すなわち、例えば、超音波センサ１は、車両のボディパネルに装着され得る。この場合、沿面電極部７１は、ボディパネルに沿って設けられ得る。
　超音波センサ１の装着対象は、車両に限定されない。すなわち、例えば、超音波センサ１は、工場等に設けられる搬送機、農業機器（例えば耕耘機等）、小型航空機、等にも装着され得る。
　超音波センサ１は、いわゆる送受信兼用の構成に限定されない。すなわち、探査波の発信専用の超音波センサ１と、反射波の受信専用の超音波センサ１とが、別々に車両に搭載され得る。本開示は、このような場合であっても、良好に適用され得る。
　上記実施形態においては、素子支持部２の全体が、金属部材として一体に形成されていた。しかしながら、本開示は、かかる構成に限定されない。具体的には、例えば、素子支持部２は、導電性合成樹脂によって一体に形成されていてもよい。かかる構成においても、素子支持部２の全体が、第一電極として機能する。
　上記実施形態においては、素子支持部２の全体が、第一電極として機能するように構成されていた。しかしながら、本開示は、かかる構成に限定されない。具体的には、例えば、ダイアフラム支持部２１は、絶縁性合成樹脂によって形成されていてもよい。すなわち、合成樹脂製のダイアフラム支持部２１の先端部に、第一電極として機能する金属製の板状部材であるダイアフラム部２２が装着されていてもよい。逆に、ダイアフラム部２２は、絶縁性合成樹脂によって形成されていてもよい。すなわち、第一電極として機能する金属製のダイアフラム支持部２１の先端部に、絶縁性合成樹脂製の板状部材であるダイアフラム部２２が装着されていてもよい。
　素子支持部２の全体が、絶縁性合成樹脂部材として一体に形成されていてもよい。この場合、図５および図６に示されているように、基準電極３２は、圧電体３０における駆動電極３１が設けられた主面に一部が露出するように設けられて得る。
　かかる構成によれば、駆動電極３１と基準電極３２とが、圧電体３０における同一主面側にて、第一方向に露出する。このため、駆動電極３１と駆動電極線８１との電気的接続部と、基準電極３２と基準電極線８２との電気的接続部とを、圧電体３０における同一主面側に設けることができる。したがって、かかる構成によれば、振動素子３に対する配線の電気的接続が、良好に行われ得る。
　図５および図６に示されているように、素子支持部２の全体が絶縁性合成樹脂部材として一体に形成されている場合、素子支持部２には、第一電極を構成する内側電極２０１が設けられ得る。内側電極２０１は、例えば、金属または導電性合成樹脂によって形成され得る。
　内側電極２０１は、ダイアフラム支持部２１またはダイアフラム部２２に設けられ得る。具体的には、例えば、図５に示されているように、内側電極２０１は、ダイアフラム支持部２１の上端部またはダイアフラム部２２の外縁部に設けられた、リング状電極であってもよい。かかるリング状電極は、素子支持部２の内部に埋設されていてもよいし、素子支持部２の外部に露出するように設けられていてもよい。
　あるいは、例えば、内側電極２０１は、ダイアフラム支持部２１に設けられた円筒状電極であってもよい。かかる円筒状電極は、素子支持部２の内部に埋設されていてもよいし、素子支持部２の外部に露出するように設けられていてもよい。
　あるいは、例えば、内側電極２０１は、図６に示されているように、ダイアフラム部２２における内表面２３の少なくとも外縁部に設けられた導体膜であってもよい。図６に示された導体膜は、典型的には、導体金属膜によって形成されている。
　図１に示された上記実施形態においては、第一電極を構成する素子支持部２は、装置構成上でも、回路構成上でも、基準電極３２と一体化されていた。これに対し、図５および図６に示された構成においては、内側電極２０１は、装置構成上でも、回路構成上でも、基準電極３２とは別体化されている。この場合、内側電極２０１が接地されていても、これに伴って基準電極３２が間接的に接地されるとは限らない。
　具体的には、図７Ａに示されているように、内側電極２０１を接地するとともに、基準電極３２も接地することが可能である。この場合、図２と同様の回路構成が実現される。なお、図７Ａにおいては、図示の簡略化のため、図２における信号授受部９２ａ等の図示が省略されているものとする。後述する図７Ｂ等においても同様である。
　これに対し、図７Ｂに示されているように、内側電極２０１を接地する一方で、基準電極３２を接地しないようにすることが可能である。すなわち、内側電極２０１は、振動素子３を構成するとともにダイアフラム部２２に固定的に支持された電極層である基準電極３２と電気的に絶縁されつつ接地され得る。
　かかる構成によれば、超音波送信回路９５と反射波受信回路９６とを完全に差動化することで、コモンモードノイズ等のノイズをアンプが増幅することによるＳ／Ｎ比の低下を良好に抑制することができる。また、内側電極２０１を接地することで、超音波マイクロフォン１ａの筐体をなす素子支持部２に電磁シールドを設けることができ、超音波センサ１のノイズに対するロバストネスが向上する。具体的には、ＥＭＣ耐力およびＥＳＤ耐力の低下を良好に抑制することができる。ＥＭＣはElectromagnetic　Compatibilityの略である。ＥＳＤはElectrostatic　Dischargeの略である。すなわち、かかる構成によれば、物体検知動作における良好なＳ／Ｎ比、ＥＭＣ耐力、およびＥＳＤ耐力を実現しつつ、付着物Ｓの付着の有無をよりいっそう精度よく検知することが可能となる。
　ダイアフラム部２２における内表面上に設けられた基準電極３２は、第一電極として用いることが可能である。図５および図６に示されている内側電極２０１に代えて、基準電極３２を第一電極として用いた構成を、図８および図９に示す。
　図８は、図５および図６に示されている構成から内側電極２０１を省略した構成に対応する。図９は、基準電極３２を、圧電体３０における駆動電極３１が設けられた主面に露出させない一方で、ダイアフラム部２２の内表面２３上に圧電体３０よりも広い面積で設けた構成に対応する。図９に示された構成においては、駆動電極３１および基準電極３２を、可及的に広い面積で設けることが可能となる。したがって、かかる構成によれば、超音波センサ１における物体検知感度と付着物検知感度とが、可及的に向上され得る。
　図１０に示されているように、ダイアフラム部２２が金属板であって、且つ、圧電体３０の両面に基準電極３２が設けられる場合があり得る。この場合、ダイアフラム部２２と基準電極３２との間には、絶縁層３０３が設けられる。絶縁層３０３は、典型的には、絶縁性接着剤層によって形成され得る。
　かかる構成においては、第一電極を構成する素子支持部２と基準電極３２とが、良好に電気的に絶縁され得る。したがって、かかる構成によれば、図７Ｂの回路構成による効果が得られる。すなわち、かかる構成によれば、物体検知動作における良好なＳ／Ｎ比、ＥＭＣ耐力、およびＥＳＤ耐力を実現しつつ、付着物Ｓの付着の有無をよりいっそう精度よく検知することが可能となる。
　本開示は、外側電極７が取付部材６の内面側に設けられる構成に限定されない。具体的には、例えば、外側電極７は、取付部材６の外面側に設けられていてもよい。あるいは、例えば、外側電極７は、取付部材６の一部として、取付部材６と一体化されていてもよい。すなわち、外側電極７は、導電性合成樹脂によって形成された、取付部材６そのものまたはその一部であってもよい。あるいは、例えば、外側電極７は、取付部材６の内部に埋設されていてもよい。
　外側電極７は、弾性支持部材４に設けられていてもよい。かかる構成においても、外側電極７を設置するための特別な作業工程は、不要となる。具体的には、例えば、図１１に示されているように、軸方向に沿った中心軸線を有するリング状または円筒状の外側電極７が、絶縁性合成樹脂製の弾性支持部材４に埋設されていてもよい。
　あるいは、例えば、弾性支持部材４を導電性ゴムによって形成することで、弾性支持部材４を第二電極として用いることが可能である。この場合、図１における外側電極７は、省略され得る。
　図１２に示されているように、外側電極７は、バンパー内面Ｂ２に設けられていてもよい。あるいは、外側電極７は、バンパーＢにおける取付孔Ｂ３の周囲に埋設されていてもよい。あるいは、外側電極７は、バンパーＢにおける取付孔Ｂ３に面する部分に導電性フィラーを添加することによって形成された、バンパーＢの一部であってもよい。
　図１３および図１４に示されているように、沿面電極部７１と筒面電極部７２とは、互いに導通しないように別体に構成されていてもよい。換言すれば、沿面電極部７１と筒面電極部７２とは、それぞれが別個の外側電極７として機能するように設けられていてもよい。この場合、制御部９２ｃは、素子支持部２と沿面電極部７１との間の静電容量変化、および、素子支持部２と筒面電極部７２との間の静電容量変化に基づいて、付着物Ｓの有無および付着位置を検知することが可能である。
　図１３および図１４を参照すると、複数の沿面電極部７１が、周方向に配列されていて、互いに導通しないように設けられていてもよい。この場合、制御部９２ｃは、複数の沿面電極部７１の各々と素子支持部２との間の静電容量変化に基づいて、付着物Ｓの有無および付着位置を検知することが可能である。
　同様に、複数の筒面電極部７２が、周方向に配列されていて、互いに導通しないように設けられていてもよい。この場合、制御部９２ｃは、複数の筒面電極部７２の各々と素子支持部２との間の静電容量変化に基づいて、付着物Ｓの有無および付着位置を検知することが可能である。
　回路構成も、上記具体例に限定されない。具体的には、上記具体例においては、図２、図７Ａおよび図７Ｂに示されているように、第一電極としての素子支持部２または内側電極２０１は、接地されていた。しかしながら、本開示は、かかる回路構成に限定されない。
　図１５Ａは、図１と同様に、第一電極が素子支持部２によって構成される場合を示す。一方、図１５Ｂは、図５等と同様に、内側電極２０１が設けられる場合を示す。後述する図１６Ａ、図１６Ｂ等も同様である。
　例えば、図１５Ａおよび図１５Ｂに示されているように、外側電極７が接地されてもよい。この場合、第一電極としての素子支持部２または内側電極２０１には、ドライバ回路９７およびレシーバ回路９８が電気的に接続される。また、ドライバ回路９７およびレシーバ回路９８は、振動素子３における駆動電極３１と対になって用いられる電極として機能する素子支持部２、または基準電極３２と、電気的に接続される。
　かかる構成においては、振動素子３よりも外側に位置する外側電極７の電位は、常時接地電位となる。したがって、かかる構成によれば、超音波センサ１のノイズに対するロバストネスが向上する。また、ドライバ回路９７の出力電圧を、振動素子３に印加することが可能となる。すなわち、図２に示された超音波送信回路９５の機能を、ドライバ回路９７に持たせることが可能となる。したがって、かかる構成によれば、超音波センサ１における回路構成の複雑化を可及的に抑制しつつ、付着物検知を行うことが可能となる。
　図１６Ａおよび図１６Ｂに示されているように、第一電極としての素子支持部２または内側電極２０１にドライバ回路９７が電気的に接続される一方で、外側電極７にレシーバ回路９８が電気的に接続されてもよい。逆に、図１７Ａおよび図１７Ｂに示されているように、第一電極としての素子支持部２または内側電極２０１にレシーバ回路９８が電気的に接続される一方で、外側電極７にドライバ回路９７が電気的に接続されてもよい。
　図１８は、図１６Ａの回路構成の一部を変更したものである。同様に、図１９は、図１７Ａの回路構成の一部を変更したものである。図１８および図１９に示されているように、第一電極としての素子支持部２と接地端との間には、スイッチ９９１が設けられていてもよい。すなわち、素子支持部２側に設けられた第一電極は、スイッチ９９１がＯＮの場合に、スイッチ９９１を介して接地されるようになっていてもよい。
　スイッチ９９１は、図２に示された制御部９２ｃの制御下で、インピーダンス測定が行われないときにＯＮされる一方で、インピーダンス測定時にはＯＦＦされる。これにより、インピーダンス測定が行われない期間、典型的には、探査波の発信処理中および反射波の受信処理中にて、素子支持部２側に設けられた第一電極が接地される。したがって、かかる構成によれば、超音波センサ１のノイズに対するロバストネスが向上する。
　圧電体３０は、ダイアフラム部２２の内表面２３に対して、導電性接着剤により貼着され得る。これにより、ダイアフラム部２２それ自体が、圧電素子を構成する一対の電極を構成し得る。すなわち、この場合、基準電極３２は省略され得る。
　振動素子３は、圧電素子に限定されない。すなわち、例えば、超音波マイクロフォン１ａは、静電容量式マイクロフォンの構成を有していてもよい。
　温度センサ９１は、車載通信ネットワークを介して制御回路素子９２と電気的に接続されていてもよい。車載通信ネットワークは、ＣＡＮ（国際登録商標）等の車載ＬＡＮ規格に準拠して構成される。ＣＡＮ（国際登録商標）は、Controller　Area　Networkの略である。ＬＡＮはLocal　Area　Networkの略である。あるいは、温度センサ９１は、制御回路素子９２に内蔵され得る。
　本開示は、上記の具体的動作例に限定されない。すなわち、例えば、受信モードは、物体検知条件が成立している間、常時実行されてもよい。また、付着物検知動作は、探査波の発信が行われておらず、且つ、受信派の受信も行われていないタイミングに限定されない。具体的には、例えば、付着物検知動作は、探査波の発信が行われていないタイミングであれば、付着物検知動作中であっても実行され得る。
　付着物検知動作は、インピーダンス取得部９２ｂにて行われてもよい。
　上記の説明において、互いに継ぎ目な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、互いに継ぎ目な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、その特定の数に本開示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、位置関係等に本開示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。また、複数の変形例が、互いに組み合わされ得る。更に、上記実施形態の全部または一部と、任意の変形例の全部または一部とが、互いに組み合わされ得る。

Claims (13)

  1. 　超音波センサ（１）であって、
    　機械的振動と電気信号との間の変換機能を有する振動素子（３）を備えた超音波マイクロフォン（１ａ）に設けられた、第一電極（２；２０１）と、
    　前記超音波マイクロフォンの指向軸と交差する面内方向について前記第一電極とは異なる位置に設けられた、第二電極（７）と、
    　前記第一電極と前記第二電極との間の静電容量変化に基づいて、当該超音波センサに対する付着物（Ｓ）の有無を検知するように設けられた、検知部（９２）と、
    　を備えた超音波センサ。
  2. 　前記超音波マイクロフォンは、ダイアフラム部（２２）と、前記ダイアフラム部の外縁を支持するように設けられたダイアフラム支持部（２１）とを有し、
    　前記振動素子は、前記ダイアフラム部に固定的に支持され、
    　前記第一電極は、前記ダイアフラム部、前記ダイアフラム支持部、または前記振動素子に設けられた、
    　請求項１に記載の超音波センサ。
  3. 　前記第一電極は、
    　導体によって形成された前記ダイアフラム部または前記ダイアフラム支持部であり、
    　前記振動素子を構成するとともに前記ダイアフラム部に固定的に支持された電極層と電気的に接続された、
    　請求項２に記載の超音波センサ。
  4. 　前記第一電極は、前記振動素子を構成するとともに前記ダイアフラム部に固定的に支持された電極層と電気的に絶縁されつつ接地された、
    　請求項２に記載の超音波センサ。
  5. 　前記超音波センサの装着対象におけるボデー部品（Ｂ）に装着されるように構成された、
    　請求項１～４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
  6. 　前記ボデー部品に装着された装着状態にて、前記第二電極は、前記ボデー部品に沿って配置されるように設けられた、
    　請求項５に記載の超音波センサ。
  7. 　前記超音波マイクロフォンは、
    　前記指向軸と平行な第一方向（Ｄ１）に軸方向を有し前記第一方向側の端部にて開口する筒状に形成されたダイアフラム支持部（２１）と、前記ダイアフラム支持部における前記第一方向の反対方向である第二方向（Ｄ２）側の端部を閉塞するように設けられた板状部であって前記第一方向側の主面である内表面（２３）と前記第二方向側の主面である外表面（２４）とを有するダイアフラム部（２２）と、を備えた素子支持部（２）と、
    　前記ダイアフラム部に固定的に支持された前記振動素子と、
    　を有し、
    　前記ボデー部品は、板状に形成されるとともに、前記軸方向に貫通する貫通孔である取付孔（Ｂ３）を有し、
    　前記素子支持部は、前記取付孔に前記ダイアフラム部が挿入されるとともに、前記ダイアフラム支持部が前記取付孔から前記第一方向に延出するように設けられた、
    　請求項５または６に記載の超音波センサ。
  8. 　前記第二電極は、前記ダイアフラム支持部に沿って設けられた、
    　請求項７に記載の超音波センサ。
  9. 　前記素子支持部を弾性的に支持する弾性支持部材（４）と、
    　前記弾性支持部材を保持するセンサケース（５）と、
    　前記ボデー部品に装着された装着状態にて前記ボデー部品および前記センサケースに固定されることで、当該超音波センサを前記ボデー部品に保持するように構成された、取付部材（６）と、
    　をさらに備え、
    　前記第二電極は、前記弾性支持部材または前記取付部材に設けられた、
    　請求項７または８に記載の超音波センサ。
  10. 　前記検知部は、複数の前記第二電極の各々と前記第一電極との間の静電容量変化に基づいて、前記付着物の付着位置を検知するように設けられた、
    　請求項１～９のいずれか１つに記載の超音波センサ。
  11. 　前記検知部は、前記振動素子を駆動する駆動信号の前記振動素子への入力が行われていないタイミング、または、前記振動素子からの出力信号に基づく当該超音波センサの周囲の物体検知動作が行われていないタイミングで、前記付着物の有無を検知するように設けられた、
    　請求項１～１０のいずれか１つに記載の超音波センサ。
  12. 　前記検知部は、前記第一電極と前記第二電極との間に第一周波数を有する第一検知電圧を印加した場合の第一インピーダンス変化と、前記第一電極と前記第二電極との間に前記第一周波数とは異なる第二周波数を有する第二検知電圧を印加した場合の第二インピーダンス変化とに基づいて、前記付着物の有無を検知するように設けられた、
    　請求項１～１１のいずれか１つに記載の超音波センサ。
  13. 　環境温度に対応する出力を発生するように設けられた、温度センサ（９１）をさらに備え、
    　前記検知部は、前記温度センサの出力と前記静電容量変化とに基づいて、前記付着物の有無を検知するように設けられた、
    　請求項１～１２のいずれか１つに記載の超音波センサ。
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