JP7115371B2 - 超音波センサ - Google Patents

Description

本発明は、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、特許文献１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。

請求項１に記載の超音波センサ（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（２１）を備えた超音波マイクロフォン（２）に設けられた、第一電極（２１ｃ；２０）と、
前記第一電極との間の電気的特性が前記超音波マイクロフォンに対する付着物（Ｓ）の付着状態に応じて変化するように、前記超音波マイクロフォンの外部に設けられた、第二電極（４１）と、
前記超音波マイクロフォンに対する前記付着物の付着以外の要因による前記第一電極と前記第二電極との間の電気的特性の変化を抑制するように設けられた、第三電極（４２）と、
を備えている。

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の電気的特性（例えば静電容量）は、前記超音波マイクロフォンに対する前記付着物の付着状態に応じて変化する。一方、かかる電気的特性は、前記超音波マイクロフォンに対する前記付着物の付着以外の要因によっても変化し得る。この点、上記構成においては、前記第三電極が備えられている。前記第三電極は、前記超音波マイクロフォンに対する前記付着物の付着以外の要因による、前記第一電極と前記第二電極との間の電気的特性の変化を、抑制するように設けられている。したがって、上記構成によれば、前記第一電極と前記第二電極との間の電気的特性の変化に基づいて、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、各要素に括弧付きの参照符号が付される場合がある。しかしながら、この場合であっても、かかる参照符号は、各要素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単なる一例を示すものにすぎない。よって、本発明は、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を搭載した車両の外観を示す斜視図である。 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２に示された超音波マイクロフォンの外観を示す正面図である。 図２に示された超音波センサの概略的な回路構成を示すブロック図である。 実施形態に係る超音波センサの構成による効果を検証するための計算機シミュレーションの条件を示す説明図である。 計算機シミュレーションの結果を示すグラフである。 計算機シミュレーションの結果を示すグラフである。 図２に示された超音波センサの一変形例の概略構成を示す側断面図である。 図２に示された超音波センサの他の一変形例の概略構成を示す側断面図である。 図２に示された超音波センサ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に示された超音波センサ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。

（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センサとして構成されている。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、いわゆるクリアランスソナーであって、車両Ｖの周囲の物体を検知するように設けられている。具体的には、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が取り付けられている。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が取り付けられている。

以下、図２～図４を参照しつつ、本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、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半直線であって、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２において、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における下側すなわちＺ軸負方向側に対応する。また、或る構成要素を指向軸方向と平行な視線で先端側から基端側に向かって見ることを「正面視」と称し、正面視による図を正面図と称する。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。さらに、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における、ＸＹ平面と平行な方向である。

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。「車載状態」は、超音波センサ１が装着対象である車両Ｖの外板を構成するフロントバンパーＶ３に装着された「装着状態」とも称され得る。

図２を参照すると、フロントバンパーＶ３は、外表面であるバンパー外面Ｖ３１と、その裏面であるバンパー裏面Ｖ３２とを有している。また、フロントバンパーＶ３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Ｖ３３を有している。取付孔Ｖ３３は、フロントバンパーＶ３を指向軸方向すなわち車両全長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２と、弾性支持部材３と、外部電極４と、電気回路部５と、センサケース６と、緩衝部材７とを備えている。また、超音波センサ１は、補助部品８を介して、フロントバンパーＶ３に装着されるようになっている。以下、これらの各部の構成について順次説明する。

（超音波マイクロフォン）
以下、図２および図３を参照しつつ、超音波マイクロフォン２の構成について説明する。超音波マイクロフォン２の筐体を構成するマイクケース２０は、本実施形態においては、略円柱状の外形形状を有している。具体的には、マイクケース２０は、ダイアフラム部２０ａとダイアフラム支持部２０ｂとを有している。

ダイアフラム部２０ａは、指向軸方向に厚さ方向を有する薄板状に形成されている。ダイアフラム部２０ａは、面内方向における中央部が指向軸方向に沿って往復移動するような態様で超音波振動する振動板として設けられている。すなわち、ダイアフラム部２０ａは、面内方向における外縁部２０ｃを固定端として撓み変形するように、外縁部２０ｃにてダイアフラム支持部２０ｂにより支持されている。

ダイアフラム部２０ａの外側表面である検出面２０ｄは、指向軸ＤＡと直交する平滑な平面状に形成されている。検出面２０ｄの裏側の素子固定面２０ｅは、検出面２０ｄと平行で平滑な平面状に形成されている。

ダイアフラム支持部２０ｂは、ダイアフラム部２０ａの振動方向に沿った指向軸ＤＡを中心軸とする筒状に形成されている。具体的には、ダイアフラム支持部２０ｂは、指向軸ＤＡを囲む略円筒形状に形成されている。ダイアフラム支持部２０ｂは、基端部が指向軸方向における基端側に向かって開口するように形成されている。一方、ダイアフラム支持部２０ｂの先端部は、ダイアフラム部２０ａによって閉塞されている。すなわち、マイクケース２０は、指向軸方向における一端部がダイアフラム部２０ａによって閉塞された有底筒状に形成されている。

本実施形態においては、ダイアフラム部２０ａは、指向軸ＤＡと直交する面内にて、長手方向と短手方向とを有する形状に形成されている。具体的には、図３を参照すると、ダイアフラム部２０ａは、指向軸ＤＡと直交する面内にて、角丸長方形状を有している。かかる面内形状に対応して、ダイアフラム支持部２０ｂは、厚肉部２０ｆと薄肉部２０ｇとを有している。

厚肉部２０ｆは、ダイアフラム部２０ａの長手方向すなわち長辺方向に沿った部分であって、短辺方向と平行な方向にて最大厚さＤ１を有している。薄肉部２０ｇは、ダイアフラム部２０ａの短手方向すなわち短辺方向に沿った部分であって、長辺方向と平行な方向にて最大厚さＤ２を有している。Ｄ２＜Ｄ１である。すなわち、本実施形態においては、厚肉部２０ｆは、ダイアフラム部２０ａの角丸長方形状における長辺に対応して設けられている。また、薄肉部２０ｇは、ダイアフラム部２０ａの角丸長方形状における短辺に対応して設けられている。

ダイアフラム支持部２０ｂの外周面２０ｈは、指向軸ＤＡと平行な略円柱面状に形成されている。厚肉部２０ｆにおける外周面２０ｈには、係合溝２０ｋが形成されている。係合溝２０ｋは、弾性支持部材３を介してマイクケース２０をセンサケース６に支持する際に用いられる角溝である。係合溝２０ｋは、ダイアフラム部２０ａの長手方向すなわち長辺方向に沿って延設されている。

本実施形態においては、マイクケース２０は、絶縁性の合成樹脂により継ぎ目なく一体に形成されている。また、厚肉部２０ｆにおける外周面２０ｈには、導線部２０ｎが設けられている。導線部２０ｎは、外部電極４への給電路を構成するものであって、銅箔等の良導体膜によって形成されている。

マイクケース２０は、車載状態にて、取付孔Ｖ３３にダイアフラム部２０ａが挿入されるとともに、検出面２０ｄが車両Ｖの外側に向けて露出されるようになっている。また、マイクケース２０は、車載状態にて、ダイアフラム支持部２０ｂが取付孔Ｖ３３からバンパー裏面Ｖ３２側に延出するように設けられている。

マイクケース２０の内側には、ダイアフラム部２０ａとダイアフラム支持部２０ｂとによって囲まれた、略四角柱状の空間が形成されている。かかる空間内には、シリコーンゴム等からなる防振材２０ｐが充填されている。

超音波マイクロフォン２は、マイクケース２０と振動素子２１とを備えている。すなわち、マイクケース２０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２１を収容しつつ支持するように構成されている。

振動素子２１は、素子固定面２０ｅ側にて、ダイアフラム部２０ａに固定的に支持されている。振動素子２１は、ダイアフラム部２０ａにおける素子固定面２０ｅに対して、絶縁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２１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２１は、圧電体２１ａと、駆動電極２１ｂと、基準電極２１ｃとを備えている。

圧電体２１ａは、指向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。圧電体２１ａは、指向軸方向について、駆動電極２１ｂと基準電極２１ｃとの間に配置されている。具体的には、振動素子２１は、駆動電極２１ｂと、圧電体２１ａと、基準電極２１ｃとを、この順に指向軸方向に積層しつつ接合することによって形成されている。

駆動電極２１ｂは、導体金属膜によって形成されている。駆動電極２１ｂは、圧電体２１ａ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。「主面」とは、板状あるいは膜状の部分における、厚さ方向と直交する表面をいう。すなわち、本実施形態においては、駆動電極２１ｂは、基準電極２１ｃよりも、指向軸方向における基端側に配置されている。

基準電極２１ｃは、導体金属膜によって形成されている。基準電極２１ｃは、圧電体２１ａ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。具体的には、本実施形態においては、基準電極２１ｃは、不図示の絶縁性接着剤層を介して、ダイアフラム部２０ａに接合されている。超音波マイクロフォン２に設けられた「第一電極」としての、基準電極２１ｃは、超音波センサ１の使用時にて接地されるようになっている。

振動素子２１は、駆動電極２１ｂと基準電極２１ｃとの間に印加される駆動電圧に応じて圧電体２１ａが変形することで、ダイアフラム部２０ａを撓み変形させるように構成されている。また、振動素子２１は、ダイアフラム部２０ａの撓み変形に伴う圧電体２１ａの変形に応じて駆動電極２１ｂと基準電極２１ｃとの間に出力電圧が発生するように構成されている。

（弾性支持部材）
図２を参照すると、弾性支持部材３は、マイクケース２０を弾性的に支持するとともに、マイクケース２０とセンサケース６との間の振動伝播を抑制するように設けられている。また、弾性支持部材３は、車載状態にてマイクケース２０とフロントバンパーＶ３との間に介在することで、マイクケース２０とフロントバンパーＶ３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３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、指向軸方向に沿った中心軸を有するように形成されている。

弾性支持部材３は、支持筒部３１と基部３２とを有している。支持筒部３１は、弾性支持部材３の指向軸方向における先端側の部分であって、マイクケース２０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３２は、弾性支持部材３の指向軸方向における基端側の部分であって、センサケース６に固定されている。本実施形態においては、弾性支持部材３は、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。

支持筒部３１の先端部は、車載状態にて、取付孔Ｖ３３に挿入されつつ、フロントバンパーＶ３における取付孔Ｖ３３の内周面とマイクケース２０の外周面２０ｈとの間に挟持されるようになっている。支持筒部３１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３３が設けられている。「径方向」とは、指向軸方向と直交する方向であって、指向軸ＤＡから放射状に延びる方向である。係合突起３３は、マイクケース２０に設けられた係合溝２０ｋと係合するように形成されている。

基部３２の外周面における基端部には、固定突起３４が設けられている。固定突起３４は、径方向における外側に突出するように形成されている。また、基部３２の外周面における、指向軸方向について固定突起３４に隣接する位置には、固定溝３５が形成されている。すなわち、固定溝３５は、固定突起３４よりも指向軸方向における先端側に設けられている。固定突起３４および固定溝３５は、周方向に延設されている。「周方向」とは、指向軸方向と直交する仮想平面と指向軸ＤＡ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。

（検出電極・ガード電極）
外部電極４は、超音波マイクロフォン２の外部に設けられている。本実施形態においては、外部電極４として、検出電極４１とガード電極４２とが備えられている。検出電極４１およびガード電極４２は、導体、具体的には良導体金属によって形成されている。検出電極４１およびガード電極４２は、面内方向について、基準電極２１ｃとは異なる位置に設けられている。

「第二電極」としての検出電極４１は、基準電極２１ｃとの間の電気的特性が超音波マイクロフォン２の検出面２０ｄに対する付着物Ｓの付着状態に応じて変化するように設けられている。ここにいう「電気的特性」とは、具体的には、例えば、インピーダンス、電流、静電容量であり、本実施形態においては、典型的には、静電容量である。より詳細には、検出電極４１は、車載状態にて、指向軸方向および径方向について超音波マイクロフォン２の検出面２０ｄに近接するように、マイクケース２０の近傍に設けられている。

本実施形態においては、検出電極４１は、指向軸方向に厚さ方向を有する平坦な薄板状あるいは薄膜状に形成されている。検出電極４１は、フロントバンパーＶ３におけるバンパー裏面Ｖ３２に沿って設けられている。すなわち、検出電極４１は、車載状態にて、バンパー裏面Ｖ３２と密着状態で対向しつつ、取付孔Ｖ３３に近接配置するようになっている。また、検出電極４１は、マイクケース２０の、径方向における外側に設けられている。具体的には、検出電極４１は、車載状態における正面視にて、取付孔Ｖ３３を囲むリング状に形成されている。

「第三電極」としてのガード電極４２は、検出面２０ｄに対する付着物Ｓの付着以外の要因による基準電極２１ｃと検出電極４１との間の電気的特性の変化を抑制するように設けられている。ここにいう「電気的特性」も、具体的には、例えば、インピーダンス、電流、静電容量であり、本実施形態においては、典型的には、静電容量である。

ガード電極４２は、マイクケース２０の、径方向における外側に設けられている。また、ガード電極４２は、ダイアフラム支持部２０ｂに沿って、指向軸方向に延設されている。具体的には、本実施形態においては、ガード電極４２は、径方向に厚さ方向を有する薄板状あるいは薄膜状の部材であって、指向軸ＤＡを囲み指向軸方向に延びる円筒状あるいは部分円筒状に形成されている。ガード電極４２は、弾性支持部材３を介して、マイクケース２０の外周面２０ｈと対向配置されるようになっている。

ガード電極４２は、基準電極２１ｃと検出電極４１との間に介在するように設けられている。具体的には、ガード電極４２は、基準電極２１ｃよりも径方向における外側に配置されている。また、ガード電極４２は、検出電極４１よりも径方向における内側に配置されている。すなわち、本実施形態においては、ガード電極４２は、径方向について、基準電極２１ｃと検出電極４１との間に設けられている。また、本実施形態においては、ガード電極４２は、検出電極４１よりも、指向軸方向における基端側に配置されている。このように、ガード電極４２は、基準電極２１ｃと検出電極４１との間のガード電極機能を奏するように、バンパー外面Ｖ３１よりも指向軸方向における基端側の領域に設けられている。さらに、ガード電極４２は、検出電極４１と直接的に接触したり短絡したりしないように、検出電極４１の径方向における内縁から離隔して配置されている。

（回路構成）
電気回路部５は、回路基板５０と、駆動配線５１と、検出配線５２と、ガード配線５３とを備えている。回路基板５０および駆動配線５１は、センサケース６内に収容されている。検出配線５２およびガード配線５３の、基端側の部分は、センサケース６内に収容されている。なお、図示の煩雑化を回避するため、駆動配線５１、検出配線５２、およびガード配線５３の図示が、一部省略されている。

駆動配線５１の一端は、第一コネクタＣ１により回路基板５０と電気接続されている。駆動配線５１の他端は、振動素子２１と電気接続されている。すなわち、駆動配線５１は、振動素子２１に駆動電圧を印加するように設けられている。

検出電極４１への給電路を構成する検出配線５２の一端は、第二コネクタＣ２により回路基板５０と電気接続されている。検出配線５２の他端は、検出電極４１と電気接続されている。本実施形態においては、検出配線５２は、その一部に、図３に示された導線部２０ｎを含むように設けられている。

ガード電極４２への給電路を構成するガード配線５３の一端は、第三コネクタＣ３により回路基板５０と電気接続されている。ガード配線５３の他端は、ガード電極４２と電気接続されている。

回路基板５０には、制御回路装置５４が実装されている。制御回路装置５４は、ＣＰＵ、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、等を備えた、いわゆるワンチップマイクロコンピュータであって、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。ＣＰＵはCentral Processing Unitの略である。

図４は、本実施形態に係る超音波センサ１の概略的な回路構成を、ワンチップマイクロコンピュータである制御回路装置５４上に実現された機能構成とともに示す。図４に示されているように、制御回路装置５４は、制御部５４ａと、信号授受部５４ｂと、インピーダンス取得部５４ｃとを有している。

制御部５４ａ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設けられている。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Ｖ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Ｖの車速が所定値未満であること、等が含まれる。

具体的には、制御部５４ａは、信号授受部５４ｂ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５４ａは、信号授受部５４ｂの動作を制御することで、超音波マイクロフォン２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。

信号授受部５４ｂは、駆動信号および出力電圧信号を含む電気信号を振動素子２１との間で授受するように、振動素子２１と電気接続されている。すなわち、信号授受部５４ｂは、駆動信号を振動素子２１に入力するとともに、振動素子２１からの出力電圧信号を受信するように設けられている。

信号授受部５４ｂは、送信回路５４ｄと受信波処理回路５４ｅとを有している。送信回路５４ｄは、振動素子２１と電気接続されている。送信回路５４ｄは、振動素子２１に駆動信号を入力することで、振動素子２１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。

受信波処理回路５４ｅは、振動素子２１と電気接続されている。受信波処理回路５４ｅは、ダイアフラム部２０ａが励振されることで振動素子２１にて発生する出力電圧信号に対して、増幅等の信号処理を実行するように構成されている。送信回路５４ｄおよび受信波処理回路５４ｅの具体的な回路構成は周知である。よって、本明細書においては、送信回路５４ｄおよび受信波処理回路５４ｅについての、これ以上の説明は省略する。

制御部５４ａ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５４ｃを用いて付着物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５４ａは、インピーダンス取得部５４ｃとの間で信号授受可能に設けられている。インピーダンス取得部５４ｃは、ドライバ回路５４ｆと、ガード電圧印加部５４ｇと、レシーバ回路５４ｈとを有している。

ドライバ回路５４ｆにおける非接地の出力端子は、検出配線５２を介して、検出電極４１と電気接続されている。すなわち、ドライバ回路５４ｆは、基準電極２１ｃと検出電極４１との間のインピーダンス取得のための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５４ｆにおける非接地の出力端子は、ガード配線５３およびガード電圧印加部５４ｇを介して、ガード電極４２と電気接続されている。ガード配線５３は、ガード電極４２とガード電圧印加部５４ｇとを電気接続するように、ガード電極４２とガード電圧印加部５４ｇとの間に設けられている。

ガード電圧印加部５４ｇは、ガード電極４２とドライバ回路５４ｆとの回路分離を行いつつ、ガード電極４２に給電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、ガード電圧印加部５４ｇは、ボルテージフォロワによって構成されている。このように、インピーダンス取得部５４ｃは、検出電極４１とガード電極４２とに給電する際に、検出電極４１とガード電極４２とが同電位となるように構成されている。

また、ドライバ回路５４ｆにおける非接地の出力端子は、レシーバ回路５４ｈと電気接続されている。レシーバ回路５４ｈは、周知の積分回路等を有していて、基準電極２１ｃと検出電極４１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５４ｆおよびレシーバ回路５４ｈの具体的な回路構成は、周知である。よって、本明細書においては、これらについてのこれ以上の説明は省略する。

上記のように、インピーダンス取得部５４ｃは、基準電極２１ｃと検出電極４１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。また、制御部５４ａは、取得したインピーダンスの変化を取得し、これに基づいて検出面２０ｄにおける付着物Ｓの付着を検知するように設けられている。すなわち、本実施形態に係る超音波センサ１は、基準電極２１ｃと検出電極４１との間の電気的特性すなわち静電容量に基づいて、検出面２０ｄに対する付着物Ｓの付着を検知可能に構成されている。

（筐体）
再び図２を参照すると、超音波センサ１の筐体を構成するセンサケース６は、ポリブチレンテレフタレート等の硬質な絶縁性合成樹脂によって一体に形成されている。具体的には、センサケース６の主要部分をなすケース本体部６１は、基板収容部６２と突出部６３とを有している。基板収容部６２と突出部６３とは、継ぎ目なく一体に形成されている。

基板収容部６２は、バスタブ状、すなわち、指向軸方向における基端側に向かって開口する箱状に形成されている。突出部６３は、指向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６２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。ケース本体部６１は、基板収容部６２の内側の空間と突出部６３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。

基板収容部６２には、回路基板５０が収容されている。基板収容部６２および突出部６３の内側の空間には、封止樹脂６４が充填されている。封止樹脂６４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合成樹脂により形成されている。

突出部６３は、指向軸方向における先端部にて、弾性支持部材３を保持するように構成されている。具体的には、突出部６３の内周面における先端部には、支持溝６５と支持突起６６とが設けられている。支持溝６５は、弾性支持部材３における固定突起３４と係合するように形成されている。支持突起６６は、弾性支持部材３における固定溝３５と係合するように形成されている。

緩衝部材７は、円盤状の部材であって、弾性支持部材３の内径に対応する外径を有している。すなわち、緩衝部材７は、指向軸方向における超音波センサ１を弾性支持する部分よりも基端側にて、弾性支持部材３の内側のシリンダ状の空間内に嵌め込まれている。緩衝部材７は、超音波センサ１からセンサケース６への振動伝達を抑制するように、絶縁性且つ弾性を有する発泡シリコーン等の発泡弾性体によって形成されている。

（装着用部品）
補助部品８は、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形成されている。補助部品８は、超音波センサ１を車両Ｖに装着するために用いられる部品であって、センサケース６とは別体の部品として形成されている。すなわち、補助部品８は、車載状態にてフロントバンパーＶ３およびセンサケース６に固定されることで、超音波センサ１をフロントバンパーＶ３に保持するように構成されている。具体的には、補助部品８は、保持部８１とフランジ部８２とを有している。

保持部８１は、センサケース６における突出部６３と弾性支持部材３とを囲む略円筒形状に形成されている。すなわち、保持部８１は、センサケース６における突出部６３と弾性支持部材３とを保持するように設けられている。フランジ部８２は、保持部８１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８２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裏面Ｖ３２に固定されるようになっている。

本実施形態においては、補助部品８には、検出電極４１が設けられている。具体的には、検出電極４１は、フランジ部８２における、車載状態にてバンパー裏面Ｖ３２と対向する表面であるバンパー対向面８３と面一となるように、バンパー対向面８３側に固定されている。すなわち、検出電極４１は、バンパー対向面８３に形成された浅い溝であるリング状凹部８４に収容あるいは埋設されている。また、検出電極４１は、フランジ部８２の径方向における内側寄りの位置に配置されている。

また、本実施形態においては、補助部品８には、ガード電極４２が設けられている。具体的には、ガード電極４２は、保持部８１における円筒面状の内周面８５と面一となるように、内周面８５側に固定されている。すなわち、ガード電極４２は、内周面８５に形成された浅い溝である筒状凹部８６に収容あるいは埋設されている。また、ガード電極４２は、保持部８１の指向軸方向における先端部寄りの位置に配置されている。

（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。なお、以下の動作例は、本実施形態を簡潔に説明するための、単なる例示的なものである。

時刻ｔ０にて車両Ｖ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にて、探査波の発信および反射波の受信が行われることで、物体検知動作が実行される。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、物体検知動作が停止される。さらにその後、駐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再度成立すると、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。付着物検知動作は、超音波センサ１に対する付着物Ｓの有無を検知する動作である。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である、時刻ｔ０～ｔ１間、および／または、ｔ２～ｔ３間にて行われる。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、反射波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および図２を参照すると、典型的には、超音波センサ１は、指向軸方向が車高方向と略直交するように、フロントバンパーＶ３に装着される。このため、マイクケース２０の検出面２０ｄに付着した付着物Ｓに作用する重力において、ダイアフラム部２０ａ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、超音波マイクロフォン２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。特に、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、全くと言ってよいほど変化しない。よって、機械的振動の等価回路のインピーダンスによっては、雪、水等の軽量物の付着検知は困難である。また、残響時間を利用した従来周知の超音波センサ１に対する付着物Ｓの付着物検知方式では、雪、水等の軽量物の付着検知は困難である。

この点、本実施形態の構成においては、基準電極２１ｃと検出電極４１との間の電気的特性、具体的には静電容量は、検出面２０ｄに対する付着物Ｓの付着状態に応じて変化する。このため、制御部５４ａは、基準電極２１ｃと検出電極４１との間のインピーダンスを取得する。これにより、基準電極２１ｃと検出電極４１との間の静電容量の変化が取得される。したがって、かかる構成によれば、基準電極２１ｃと検出電極４１との間の電気的特性すなわち静電容量の変化に基づいて、付着物Ｓの有無を検知することが可能である。

本実施形態の構成によれば、検出面２０ｄに付着した付着物Ｓに作用する重力における、ダイアフラム部２０ａ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、マイクケース２０の表面には、腐食防止等のために、絶縁性被膜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よれば、基準電極２１ｃと検出電極４１との間の静電容量の変化に基づいて、付着物Ｓの有無を検知することができる。したがって、かかる構成によれば、マイクケース２０の表面に絶縁性被膜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。

上記の通り、本実施形態のような、基準電極２１ｃと検出電極４１との間の電気的特性すなわち静電容量の変化に基づく付着物検知方式によれば、他の方式よりも、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。しかしながら、基準電極２１ｃと検出電極４１との間の電気的特性は、検出面２０ｄに対する付着物Ｓの付着以外の要因によっても変化し得る。このため、以下の問題が考えられる。

例えば、付着物Ｓが水である場合、重力あるいは蒸発等により、比較的短時間で検出面２０ｄにおける付着状態が解消され得る。これに対し、付着物Ｓが雪である場合、付着状態の継続時間は比較的長い。したがって、水の付着よりも雪の付着を検知することが重要となる。

この点、水の比誘電率は約８０である。一方、雪の比誘電率は約３である。このため、ガード電極４２が無い構成においては、例えば、検出面２０ｄに雪が付着した場合よりも、バンパー裏面Ｖ３２側にて結露が生じた場合の方が、基準電極２１ｃと検出電極４１との間の静電容量の変化が大きい。同様に、補助部品８における保持部８１とマイクケース２０との間には、水が浸入可能な隙間が、２か所存在する。具体的には、マイクケース２０の外周面２０ｈと弾性支持部材３との間に、水が浸入し得る。また、弾性支持部材３と保持部８１との間に、水が浸入し得る。これらの隙間に水が浸入した場合の方が、検出面２０ｄに雪が付着した場合よりも、基準電極２１ｃと検出電極４１との間の静電容量の変化が大きい。

また、フロントバンパーＶ３を含む、車体Ｖ１の外板を構成する部品の内側に、ワイヤハーネスが存在していることがある。かかるワイヤハーネスは、車両Ｖの走行中に、不規則に移動したり振動したりし得る。かかる移動あるいは振動に伴い、基準電極２１ｃと検出電極４１との間の寄生容量が変化し得る。

これに対し、本実施形態の構成においては、検出電極４１とともにガード電極４２が備えられている。ガード電極４２は、検出面２０ｄに対する付着物Ｓの付着以外の要因による、基準電極２１ｃと検出電極４１との間の電気的特性（すなわち静電容量）の変化を、抑制するように設けられている。すなわち、ガード電極４２は、基準電極２１ｃと検出電極４１との間に介在するように設けられている。なお、ここにいう「介在」とは、車体Ｖ１の外板を構成する部品の内側における水あるいはワイヤハーネス等の要因による、基準電極２１ｃと検出電極４１との間の電気的特性の変化を抑制するように、静電的に介在することをいう。よって、ガード電極４２は、基準電極２１ｃと検出電極４１との間にてガード電極機能を奏するように介在していれば、側断面視にて基準電極２１ｃと検出電極４１とを結ぶ仮想直線上に配置される必要はない。

図５は、本実施形態の構成による効果を計算機シミュレーションにより実証するためのシミュレーション条件を示す。本シミュレーションにおいては、計算条件の簡略化のため、上記構成に対して、以下の通りの変容を施した。まず、後述する変形例のように、アルミニウム等の良導体金属製のマイクケース２０の全体を、基準電極２１ｃとした。また、検出電極４１を、車両Ｖの外表面に露出させた。さらに、基準電極２１ｃの側方の全体を、ガード電極４２により覆った。

図５に示された計算モデルにおいて、マイクケース２０すなわち基準電極２１ｃを構成する略円柱状の領域の全体を０Ｖに設定した。また、検出電極４１およびガード電極４２を１Ｖに設定した。そして、以下の３つの状態について、基準電極２１ｃと検出電極４１との間の静電容量を算出した。
・状態１：付着物なし
・状態２：検出面２０ｄに雪Ｓ１付着
・状態３：補助部品８の裏側に水Ｓ２付着

図６Ａは、ガード電極４２が無い場合のシミュレーション結果を示す。図６Ｂは、ガード電極４２が有る場合のシミュレーション結果を示す。図６Ａおよび図６Ｂにおいて、「ＳＩＴ１」は状態１を示し、「ＳＩＴ２」は状態２を示し、「ＳＩＴ３」は状態３を示す。また、縦軸ＣＡは静電容量を示す。

図６Ａに示されているように、ガード電極４２が無い場合、検出面２０ｄへの雪Ｓ１の付着よりも、補助部品８の裏側における水Ｓ２の付着の方が、静電容量の変化が大きい。これに対し、図６Ｂに示されているように、ガード電極４２が有る場合、補助部品８の裏側における水Ｓ２の付着よりも、検出面２０ｄへの雪Ｓ１の付着の方が、静電容量の変化が大きい。

上記の通り、本実施形態の構成によれば、バンパー裏面Ｖ３２における結露の発生等の場合の、水による基準電極２１ｃと検出電極４１との間の電気的特性の変化が、良好に抑制され得る。また、かかる構成によれば、ワイヤハーネスによる寄生容量の影響が、良好に抑制され得る。したがって、かかる構成によれば、基準電極２１ｃと検出電極４１との間の電気的特性すなわち静電容量の変化を用いた付着物検知が、よりいっそう良好な精度で実行され得る。

本実施形態の構成においては、ガード電極４２は、検出電極４１と同電位となるように設けられている。したがって、検出電極４１およびガード電極４２への給電が容易化され得る。また、基準電極２１ｃは、車体Ｖ１のグラウンドと同電位とされることで、電気的特性すなわち静電容量の取得が安定的に行われ得る。

本実施形態の構成においては、検出電極４１およびガード電極４２は、超音波センサ１を車両Ｖに装着するために用いられる部品である補助部品８に設けられている。このため、検出電極４１およびガード電極４２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１と同様の装着工程により、付着物Ｓの検知のための構成が実現される。また、基準電極２１ｃと検出電極４１とガード電極４２との位置関係が安定化され得る。このため、基準電極２１ｃと検出電極４１との間の電気的特性の変化を用いた付着物検知が、よりいっそう良好な精度で実行され得る。

本実施形態の構成においては、検出電極４１は、バンパー裏面Ｖ３２に沿って設けられている。また、ガード電極４２は、ダイアフラム支持部２０ｂに沿って設けられている。かかる構成においては、バンパー裏面Ｖ３２に沿った結露が発生しても、かかる結露に伴う静電容量の変化の影響が、ガード電極４２により良好に抑制され得る。また、ダイアフラム支持部２０ｂに沿った結露が発生しても、かかる結露に伴う静電容量の変化の影響が、ガード電極４２により良好に抑制され得る。さらに、補助部品８における保持部８１とマイクケース２０との間への水の浸入に伴う静電容量の変化の影響が、ガード電極４２により良好に抑制され得る。

本実施形態の構成においては、ダイアフラム部２０ａは、指向軸ＤＡと直交する面内にて、長手方向と短手方向とを有する形状に形成されている。また、ダイアフラム支持部２０ｂにおける、長手方向に沿った部分である厚肉部２０ｆには、検出電極４１への給電路を構成する導線部２０ｎが設けられている。

厚肉部２０ｆは、薄肉部２０ｇよりも、溝あるいは付加物を設けることによってダイアフラム部２０ａの振動特性に与える影響が少ない。このため、係合溝２０ｋは、薄肉部２０ｇではなく厚肉部２０ｆに設けられている。これと同様に、検出電極４１への給電路を構成する導線部２０ｎもまた、薄肉部２０ｇではなく厚肉部２０ｆに設けられている。したがって、かかる構成によれば、ダイアフラム部２０ａの振動特性への影響を与えることを可及的に抑制しつつ、検出電極４１への給電路を設ける際の製造コストを良好に低減することが可能となる。

（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が装着される車体Ｖ１の部品は、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。すなわち、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。この場合、検出電極４１は、車体パネルＶ２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Ｖ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）、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Ｖに搭載され得る。本発明は、このような場合に対しても、良好に適用され得る。

上記実施形態においては、マイクケース２０は、絶縁性の合成樹脂により継ぎ目なく一体に形成されていた。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、例えば、マイクケース２０は、それぞれ別体に形成されたダイアフラム部２０ａとダイアフラム支持部２０ｂとを接合することによって構成されていてもよい。この場合、ダイアフラム部２０ａとダイアフラム支持部２０ｂとは、同一の材料によって形成されていてもよいし、異なる材料によって形成されていてもよい。

マイクケース２０の全体または一部は、導電性あるいは半導電性の材料によって形成されていてもよい。具体的には、例えば、マイクケース２０における少なくともダイアフラム部２０ａは、アルミニウム等の良導体金属によって形成され得る。この場合、「第一電極」としての、上記実施形態における基準電極２１ｃは、マイクケース２０と一体化され得る。ここにおける「一体化」は、２個の構成要素を互いに接合することに限定されない。すなわち、２個の構成要素を融合すること、換言すれば、１個の部材を２個の構成要素として兼用することも、「一体化」に含まれる。

具体的には、例えば、基準電極２１ｃは、導電性接着剤を介してダイアフラム部２０ａに接合されることで、マイクケース２０と一体化され得る。すなわち、基準電極２１ｃは、導電性接着剤を介してダイアフラム部２０ａと電気接続されることで、接地され得る。かかる構成においては、基準電極２１ｃとダイアフラム部２０ａとの接合体が「第一電極」として機能し得る。

あるいは、ダイアフラム部２０ａを、振動素子２１の接地側電極と、付着物検知用の「第一電極」として兼用することができる。すなわち、基準電極２１ｃと同一視されるダイアフラム部２０ａが「第一電極」として機能し得る。この場合、圧電体２１ａは、ダイアフラム部２０ａの素子固定面２０ｅに対して、接着剤により貼着され得る。

マイクケース２０の全体が、アルミニウム等の良導体金属によって形成された場合の一例について説明する。この例においては、図７に示されているように、マイクケース２０は、基準電極２１ｃを構成するものとして、基準電極２１ｃと一体化されている。

すなわち、図７を参照すると、本変形例においては、マイクケース２０は、アルミニウム等の良導体金属によって、継ぎ目なく一体に形成されている。この場合、圧電体２１ａは、ダイアフラム部２０ａの素子固定面２０ｅに対して、導電性接着剤により貼着され得る。

かかる構成によれば、マイクケース２０を「第一電極」として用いることができる。よって、「第一電極」としてのマイクケース２０と検出電極４１との間の電気的特性すなわち静電容量の取得が、安定的に行われ得る。また、マイクケース２０を「第一電極」と振動素子２１の接地側電極とを兼ねるものとして用いることができる。したがって、部品点数の低減による製造コストの低減が図られる。

振動素子２１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２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。

検出電極４１の構成も、上記具体例に限定されない。すなわち、例えば、検出電極４１の形状は、板状あるいは膜状に限定されず、メッシュ状、棒状、あるいはコイル状等であってもよい。また、検出電極４１は、フランジ部８２の厚さ方向における略中央部に配置されることで、フランジ部８２の内部に埋設されていてもよい。換言すれば、検出電極４１は、フランジ部８２のバンパー対向面８３から指向軸方向について離間するように配置されていてもよい。

複数の検出電極４１が、所定方向（例えば面内方向）に配列されていてもよい。具体的には、例えば、径方向および／または周方向に配列された複数の検出電極４１が、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５４ａは、複数の検出電極４１の各々と基準電極２１ｃとの間の電気的特性（すなわち静電容量）の変化に基づいて、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。

上記実施形態においては、検出電極４１およびガード電極４２の双方が、補助部品８に設けられていた。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、例えば検出電極４１およびガード電極４２のうちの一方のみが、補助部品８に設けられていてもよい。

検出電極４１は、補助部品８に設けられていなくてもよい。すなわち、例えば、検出電極４１は、バンパー裏面Ｖ３２に固定されるようになっていてもよい。具体的には、例えば、検出電極４１は、フロントバンパーＶ３における取付孔Ｖ３３の周囲に埋設されていてもよい。あるいは、検出電極４１は、フロントバンパーＶ３における取付孔Ｖ３３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、フロントバンパーＶ３の一部であってもよい。

検出電極４１は、弾性支持部材３に設けられていてもよい。すなわち、例えば、リング状の検出電極４１が、弾性支持部材３の指向軸方向における先端部に埋設されていてもよい。あるいは、例えば、弾性支持部材３の全体または少なくとも指向軸方向における先端部を導電性にすることで、これを検出電極４１として用いることが可能である。なお、上記の通り、検出電極４１の形状は、特定の形状に限定されるものではなく、リング状以外の任意の形状を用いることが可能である。

上記具体例において、ガード電極４２が検出電極４１と同電位となるように設けられることは、両者の電位が結果として完全に一致することを意味しない。すなわち、例えば、両者が配線を介して共通の電源と電気接続されることで給電されていれば、両者の間にわずかな電位差が生じていてもよい。また、ガード電極４２は、「第一電極」としての基準電極２１ｃまたはマイクケース２０と同電位となるように設けられていてもよい。この場合、ガード電極４２は、接地され得る。この場合の「同電位」も、両者の電位が結果として完全に一致することを意味しない。よって、「同電位」は、「実質的に同電位」とも称され得る。

ガード電極４２の構成も、上記具体例に限定されない。すなわち、例えば、ガード電極４２の形状は、板状あるいは膜状に限定されず、メッシュ状、棒状、あるいはコイル状等であってもよい。また、複数のガード電極４２が、所定方向、例えば、指向軸方向および／または周方向に配列されていてもよい。

ガード電極４２は、補助部品８に設けられていなくてもよい。すなわち、例えば、ガード電極４２は、絶縁性材料によって形成されたダイアフラム支持部２０ｂの外周面２０ｈ上に固定されていてもよい。あるいは、例えば、ガード電極４２は、導電性材料によって形成されたダイアフラム支持部２０ｂの外周面２０ｈ上に、絶縁層を介して接合されていてもよい。

ガード電極４２は、弾性支持部材３に設けられていてもよい。かかる構成においても、ガード電極４２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、指向軸方向に沿った中心軸を有するリング状または円筒状のガード電極４２が、絶縁性合成樹脂製の弾性支持部材３に埋設されていてもよい。あるいは、例えば、弾性支持部材３の全体または一部を導電性ゴムによって形成することで、これをガード電極４２として用いることが可能である。

ガード電極４２は、検出電極４１に沿って設けられていてもよい。すなわち、例えば、図８および図９に示されているように、ガード電極４２は、絶縁層８７を介して検出電極４１と積層されていてもよい。なお、図８および図９の例においては、図７の例と同様に、マイクケース２０の全体が、アルミニウム等の良導体金属によって形成されているものとする。

図８の例においては、検出電極４１は、指向軸方向に厚さ方向を有する平坦な薄板状あるいは薄膜状に形成されている。すなわち、検出電極４１は、フロントバンパーＶ３におけるバンパー裏面Ｖ３２に沿って設けられている。具体的には、検出電極４１は、車載状態にて、バンパー裏面Ｖ３２と密着状態で対向しつつ、取付孔Ｖ３３に近接配置するようになっている。

ガード電極４２は、薄板状あるいは薄膜状に形成されている。ガード電極４２は、指向軸ＤＡを含む平面による断面視にて、検出電極４１を指向軸方向における基端側から囲む略Ｕ字状の形状を有している。具体的には、ガード電極４２は、リング電極部４２１と、内側突出部４２２と、外側突出部４２３とを有している。

リング電極部４２１は、指向軸方向に厚さ方向を有する薄板状あるいは薄膜状の部分であって、検出電極４１と平行に配置されている。内側突出部４２２は、リング電極部４２１の径方向における内縁から、指向軸方向における先端側に突設されている。内側突出部４２２は、指向軸方向における先端が、検出電極４１よりも径方向における内側にて、バンパー対向面８３と面一となる位置まで延設されている。外側突出部４２３は、リング電極部４２１の径方向における外縁から、指向軸方向における先端側に突設されている。外側突出部４２３は、指向軸方向における先端が、検出電極４１よりも径方向における外側にて、バンパー対向面８３と面一となる位置まで延設されている。

絶縁層８７は、検出電極４１とガード電極４２との間に設けられている。すなわち、絶縁層８７は、指向軸ＤＡを含む平面による断面視にて、検出電極４１を指向軸方向における基端側から覆う略Ｕ字状の形状を有している。絶縁層８７は、補助部品８を構成する絶縁性合成樹脂により形成されている。

かかる構成においては、ガード電極４２が絶縁層８７を介して検出電極４１と固定的に積層されることで、検出電極４１とガード電極４２との位置関係が固定化され得る。また、検出電極４１と絶縁層８７とガード電極４２との接合体が、補助部品８におけるフランジ部８２に固定的に支持される。したがって、かかる構成によれば、組み付け誤差等による検出誤差が良好に抑制され得る。

図９は、図８に示されている検出電極４１と絶縁層８７とガード電極４２との接合体を、補助部品８における保持部８１に固定的に支持させた例を示す。すなわち、図９の例は、図８の構成の一部変容であるとともに、図７の構成の一部変容でもある。

図９の例においては、検出電極４１は、径方向に厚さ方向を有する薄板状あるいは薄膜状の部材であって、指向軸ＤＡを囲み指向軸方向に延びる円筒状あるいは部分円筒状に形成されている。検出電極４１は、ガード電極４２よりも径方向における外側に配置されている。すなわち、検出電極４１は、径方向に厚さ方向を有する保持部８１の、厚さ方向における中間位置に配置されるように、保持部８１の内部に埋設されている。

ガード電極４２は、径方向に厚さ方向を有する薄板状あるいは薄膜状の部材であって、指向軸ＤＡを囲み指向軸方向に延びる円筒状あるいは部分円筒状に形成されている。ガード電極４２は、マイクケース２０と検出電極４１との間に配置されている。具体的には、ガード電極４２は、保持部８１における円筒面状の内周面８５と面一となるように、内周面８５側に固定されている。

絶縁層８７は、径方向に厚さ方向を有する薄板状あるいは薄膜状の部分であって、指向軸ＤＡを囲み指向軸方向に延びる円筒状あるいは部分円筒状に形成されている。ガード電極４２と、絶縁層８７と、検出電極４１とは、この順に径方向における外側に向かって並ぶように、同心状に配列されている。絶縁層８７は、補助部品８を構成する絶縁性合成樹脂により形成されている。

かかる構成においては、ガード電極４２が絶縁層８７を介して検出電極４１と固定的に積層されることで、検出電極４１とガード電極４２との位置関係が固定化され得る。また、検出電極４１と絶縁層８７とガード電極４２との接合体が、補助部品８における保持部８１に固定的に支持される。したがって、かかる構成によれば、組み付け誤差等による検出誤差が良好に抑制され得る。

図９に示された構成において、ガード電極４２は、絶縁性材料によって形成されたダイアフラム支持部２０ｂの外周面２０ｈ上に固定されていてもよい。あるいは、例えば、ガード電極４２は、導電性材料によって形成されたダイアフラム支持部２０ｂの外周面２０ｈ上に、絶縁層を介して接合されていてもよい。あるいは、例えば、ガード電極４２は、弾性支持部材３に設けられていてもよい。

図８および図９においては、図７の例と同様に、マイクケース２０の全体が、アルミニウム等の良導体金属によって形成されていた。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、図８および図９に示された構成において、マイクケース２０の全体または一部が絶縁性を有していてもよい。

上記実施形態においては、図３に示された導線部２０ｎは、検出配線５２の一部を構成するように設けられていた。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、例えば、導線部２０ｎは、ガード配線５３の一部を構成するように設けられていてもよい。あるいは、例えば、導線部２０ｎは、検出配線５２の一部と、ガード配線５３の一部とを構成するように設けられていてもよい。

制御回路装置５４は、ＡＳＩＣ等によって、ハードウェア的に構成され得る。ＡＳＩＣはApplication Specific Integrated Circuitの略である。

ガード電極４２は、水の浸入あるいは結露の検知用に用いられ得る。すなわち、例えば、補助部品８における保持部８１とマイクケース２０との間に、水の浸入が発生し得る。あるいは、バンパー裏面Ｖ３２に沿って、結露が発生し得る。これらの発生により、基準電極２１ｃとガード電極４２との間の電気的特性すなわち静電容量が変化する。そこで、かかる電気的特性の変化を検知することで、これらの発生が良好に検知され得る。

上記の通り、フロントバンパーＶ３の内側の領域における、ワイヤハーネスの動き、水の浸入、結露の発生、等は、検出面２０ｄに対する付着物Ｓの検知の際に、誤差要因あるいはノイズ成分となる。かかる誤差要因あるいはノイズ成分は、ガード電極４２を用いて測定可能である。

そこで、制御部５４ａは、基準電極２１ｃとガード電極４２との間の電気的特性すなわち静電容量の変化を考慮して、付着物検知を行ってもよい。すなわち、超音波センサ１は、基準電極２１ｃと検出電極４１との間の電気的特性と、検出電極４１とガード電極４２との間の電気的特性とに基づいて、検出面２０ｄに対する付着物Ｓの付着を検知可能に構成されている。

かかる構成によれば、制御部５４ａは、基準電極２１ｃと検出電極４１との間の電気的特性すなわち静電容量の変化を取得する。また、制御部５４ａは、検出電極４１とガード電極４２との間の電気的特性すなわち静電容量の変化を取得する。そして、制御部５４ａは、これらの取得結果に基づいて、検出面２０ｄに対する付着物Ｓの付着を検知する。これにより、基準電極２１ｃと検出電極４１との間の電気的特性の変化を用いた付着物検知が、よりいっそう良好な精度で実行され得る。

図１０に示されているように、「第三電極」としてのガード電極４２は、絶縁層９７を介して、「第一電極」としてのマイクケース２０と積層されていてもよい。具体的には、例えば、図１０を参照すると、ガード電極４２は、ダイアフラム支持部２０ｂに沿って設けられている。また、ガード電極４２は、ダイアフラム支持部２０ｂの、指向軸方向における基端側の略半分を覆うように設けられている。絶縁層９７は、ガード電極４２とダイアフラム支持部２０ｂとの間に設けられている。絶縁層９７は、例えば、絶縁性の接着剤等によって形成され得る。

かかる構成においては、「第三電極」としてのガード電極４２と、「第一電極」を構成するマイクケース２０との位置関係が、良好に固定化され得る。このため、ガード電極４２によるガード効果が安定的に奏され得る。また、ガード電極４２が、「第一電極」を構成するマイクケース２０の、指向軸方向における基端側の略半分を覆うことで、超音波マイクロフォン２に対する付着物Ｓの付着以外の要因による電気的特性の変化が良好に抑制される。したがって、付着物検知が、よりいっそう良好な精度で実行され得る。

なお、「第一電極」と「第三電極」とを絶縁層９７を介して積層する構成は、図１０に示された具体例に限定されない。すなわち、例えば、図２に示された構成において、圧電体２１ａと駆動電極２１ｂとの積層体の周囲を囲むように、絶縁層９７とガード電極４２との積層体を設けてもよい。

上記具体例においては、付着物検知動作は、制御回路装置５４すなわち制御部５４ａにより実行されていた。よって、制御回路装置５４すなわち制御部５４ａは、「第一電極と第二電極との間の電気的特性に基づいて付着物Ｓの付着状態を検知する検知部」と評価することができる。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、例えば、付着物検知動作は、超音波センサ１と電気接続された車載のＥＣＵによって実行され得る。ＥＣＵはElectronic Control Unitの略である。

ガード電圧印加部５４ｇは、ボルテージフォロワに限定されない。すなわち、例えば、ガード電圧印加部５４ｇとして、いわゆるアイソレーションアンプが用いられ得る。

補助部品８の構成についても、特段の限定はない。すなわち、上記具体例における補助部品８の形状および構造は、説明の複雑化を避けるために、簡略化されている。したがって、本発明は、上記具体例における補助部品８の形状および構造に限定されない。よって、例えば、補助部品８は、「リテーナ」と称される部品であってもよいし、「ベゼル」と称される部品であってもよい。また、補助部品８の全体または一部は、センサケース６と一体化されてもよい。

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。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。

１ 超音波センサ
２ 超音波マイクロフォン
２０ マイクケース
２０ａ ダイアフラム部
２０ｂ ダイアフラム支持部
２１ 振動素子
２１ｃ 基準電極（第一電極）
４１ 検出電極（第二電極）
４２ ガード電極（第三電極）
Ｓ 付着物

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（２１）を備えた超音波マイクロフォン（２）に設けられた、第一電極（２１ｃ；２０）と、
   前記第一電極との間の電気的特性が前記超音波マイクロフォンに対する付着物（Ｓ）の付着状態に応じて変化するように、前記超音波マイクロフォンの外部に設けられた、第二電極（４１）と、
   前記超音波マイクロフォンに対する前記付着物の付着以外の要因による前記第一電極と前記第二電極との間の電気的特性の変化を抑制するように設けられた、第三電極（４２）と、
   を備えた超音波センサ。
2. 前記第三電極は、前記第一電極と前記第二電極との間に介在するように設けられた、
   請求項１に記載の超音波センサ。
3. 前記第三電極は、前記第一電極または前記第二電極と同電位となるように設けられた、
   請求項１または２に記載の超音波センサ。
4. 前記第二電極または前記第三電極は、前記超音波センサを装着対象（Ｖ）に装着するために用いられる部品である補助部品（８）に設けられた、
   請求項１～３のいずれか１つに記載の超音波センサ。
5. 前記第三電極は、絶縁層（８７；９７）を介して前記第一電極または前記第二電極と積層された、
   請求項１～４のいずれか１つに記載の超音波センサ。
6. 前記超音波マイクロフォンは、超音波振動するように薄板状に形成されたダイアフラム部（２０ａ）と、前記ダイアフラム部の振動方向に沿った指向軸（Ｘ）を中心軸とする筒状に形成されていて前記ダイアフラム部の外縁部（２０ｃ）にて前記ダイアフラム部を支持するように設けられたダイアフラム支持部（２０ｂ）とを有するマイクケース（２０）を備え、
   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た、
   請求項１～５のいずれか１つに記載の超音波センサ。
7. 前記マイクケースは、導電性材料により形成され、
   前記第一電極は、前記マイクケースと一体化された、
   請求項６に記載の超音波センサ。
8. 前記第三電極は、前記ダイアフラム部の外表面であって前記超音波センサが装着対象（Ｖ）の外板（Ｖ３）に装着された状態で前記装着対象の外側に向けて露出される検出面（２０ｄ）に対する前記付着物の付着以外の要因による前記第一電極と前記第二電極との間の電気的特性の変化を抑制するように設けられ、
   前記第一電極と前記第二電極との間の電気的特性に基づいて、前記検出面に対する前記付着物の付着を検知可能に構成された、
   請求項６または７に記載の超音波センサ。
9. 前記第二電極は、前記外板の裏面（Ｖ３２）に沿って設けられた、
   請求項８に記載の超音波センサ。
10. 前記第三電極は、前記ダイアフラム支持部に沿って設けられた、
    請求項８または９に記載の超音波センサ。
11. 前記第一電極と前記第二電極との間の電気的特性と、前記第二電極と前記第三電極との間の電気的特性とに基づいて、前記検出面に対する前記付着物の付着を検知可能に構成された、
    請求項８～１０のいずれか１つに記載の超音波センサ。
12. 前記ダイアフラム部は、前記指向軸と直交する面内にて、長手方向と短手方向とを有する形状に形成され、
    前記ダイアフラム支持部における、前記長手方向に沿った部分である厚肉部（２０ｆ）には、前記第二電極または前記第三電極への給電路を構成する導線部（２０ｎ）が設けられた、
    請求項６～１１のいずれか１つに記載の超音波センサ。
13. 前記電気的特性は、静電容量である、
    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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