(57)【要約】  従来よりも簡素な回路構成で残響振動を抑制することが可能な超音波センサを提供する。超音波センサ（１００）は、超音波の送信用領域（５０Ａ）と超音波の反射波の受信用領域（５０Ｂ）とを含む平板状の圧電体（５０）と、送信用領域（５０Ａ）と受信用領域（５０Ｂ）とに設けられている共通電極（３０）と、送信用領域（５０Ａ）に設けられている送信用電極（１０）と、受信用領域（５０Ｂ）に設けられている受信用電極（２０）と、送信用電極（１０）および受信用電極（２０）に電気的に接続されている半導体素子（１０７）と、送信用電極（１０）および受信用電極（２０）に電気的に接続され、経路（１０９）を導通状態と非導通状態との間で切り替える半導体素子（１０７）とを備える。半導体素子（１０７）は、交流電圧の印加の停止後に経路（１０９）を導通状態にすることで、超音波の残響振動に応じて受信用領域（５０Ｂ）から出力される残響信号を送信用電極（１０）にフィードバックする。
2016167003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電素子を備え、
前記圧電素子は、
交流電圧が印加されることで超音波を発信するための送信用領域と、前記超音波の反射波を受信するための受信用領域とを含む平板状の圧電体と、
前記送信用領域および前記受信用領域に設けられている共通電極と、
前記送信用領域を間に挟んで前記共通電極に対向するように配置され、前記送信用領域に設けられている送信用電極と、
前記受信用領域を間に挟んで前記共通電極に対向するように配置され、前記受信用領域に設けられている受信用電極とを含み、
前記送信用電極および前記受信用電極に電気的に接続されており、前記送信用電極と前記受信用電極との間の電気的な経路を導通状態と非導通状態との間で切り替える半導体素子を備え、
前記半導体素子は、前記交流電圧の印加の停止後に前記経路を導通状態にすることで、前記超音波の残響振動に応じて前記受信用領域から出力される残響信号を前記送信用電極にフィードバックする、超音波センサ。
【請求項２】
前記半導体素子は、前記残響信号を前記送信用電極にフィードバックした後に、前記経路を導通状態から非導通状態に切り替える、請求項１に記載の超音波センサ。
【請求項３】
前記超音波センサは、前記経路において前記半導体素子と直列に接続されている増幅器をさらに備え、
前記増幅器は、前記残響信号を増幅し、増幅後の残響信号を前記送信用電極に出力する、請求項１または２に記載の超音波センサ。
【請求項４】
前記超音波センサは、電流を電圧に変換するＩ／Ｖ変換回路をさらに備え、
前記Ｉ／Ｖ変換回路は、前記経路上に設けられている、請求項３に記載の超音波センサ。
【請求項５】
前記Ｉ／Ｖ変換回路は、前記超音波センサが異常発振する原因となる周波数帯域の信号をフィルタリングする、請求項４に記載の超音波センサ。
【請求項６】
前記Ｉ／Ｖ変換回路は、
オペアンプと、
コンデンサとを含み、
前記オペアンプの反転入力端子は、前記受信用電極に電気的に接続されており、
前記オペアンプの出力端子は、前記増幅器に電気的に接続されており、
前記コンデンサは、前記反転入力端子と前記出力端子とに電気的に接続されている、請求項４または５に記載の超音波センサ。
【請求項７】
前記超音波センサは、前記Ｉ／Ｖ変換回路に電気的に接続されている受信回路をさらに備える、請求項４〜６のいずれか１項に記載の超音波センサ。
【請求項８】
前記超音波センサは、前記経路上に設けられている昇圧トランスをさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載の超音波センサ。
【請求項９】
前記超音波センサは、検知距離が互いに異なる複数の動作モードを有し、
前記複数の動作モードの各々には、前記検知距離に応じて前記圧電素子の制御条件が予め対応付けられており、
前記超音波センサは、前記複数の動作モードを順に切り替え、現在の動作モードに応じた制御条件で前記圧電素子を制御する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の超音波センサ。
【請求項１０】
前記超音波センサは、
第１動作モードと、
前記第１動作モードよりも検知距離が長い第２動作モードとを有し、
前記超音波センサは、
前記第１動作モードにおいて、前記残響信号を前記送信用電極にフィードバックする処理を実行し、
前記第２動作モードにおいて、前記残響信号を前記送信用電極にフィードバックする処理を実行しない、請求項１〜９のいずれか１項に記載の超音波センサ。
【請求項１１】
超音波センサの制御方法であって、
前記超音波センサは、圧電素子を備え、
前記圧電素子は、
交流電圧が印加されることで超音波を発信するための送信用領域と、前記超音波の反射波を受信するための受信用領域とを含む平板状の圧電体と、
前記送信用領域および前記受信用領域に設けられている共通電極と、
前記送信用領域を間に挟んで前記共通電極に対向するように配置され、前記送信用領域に設けられている送信用電極と、
前記受信用領域を間に挟んで前記共通電極に対向するように配置され、前記受信用領域に設けられている受信用電極とを含み、
前記超音波センサは、前記送信用電極および前記受信用電極に電気的に接続されており、前記送信用電極と前記受信用電極との間の電気的な経路を導通状態と非導通状態との間で切り替える半導体素子をさらに備え、
前記制御方法は、
前記経路を非導通状態にするステップと、
前記経路を非導通状態にした後に前記送信用領域に交流電圧を印加するステップと、
前記交流電圧の印加の停止後に前記経路を導通状態にすることで、前記超音波の残響振動に応じて前記受信用領域から出力される残響信号を前記送信用電極にフィードバックするステップとを備える、制御方法。
【請求項１２】
前記超音波センサは、検知距離が互いに異なる複数の動作モードを有し、
前記複数の動作モードの各々には、前記検知距離に応じて前記圧電素子の制御条件が予め対応付けられており、
前記制御方法は、前記複数の動作モードを順に切り替え、現在の動作モードに応じた制御条件で前記圧電素子を制御するステップをさらに備える、請求項１１に記載の制御方法。
【請求項１３】
前記超音波センサは、
第１動作モードと、
前記第１動作モードよりも検知距離が長い第２動作モードとを有し、
前記制御方法は、
前記第１動作モードにおいて、前記残響信号を前記送信用電極にフィードバックする処理を実行するステップと、
前記第２動作モードにおいて、前記残響信号を前記送信用電極にフィードバックする処理を停止するステップとをさらに備える、請求項１１または１２に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、圧電素子を備えた超音波センサに関し、より特定的には、超音波センサの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子を備える超音波センサが知られている。超音波センサは、圧電素子に交流電圧を印加することで当該圧電素子を振動させ、超音波を発信する。超音波センサは、物体に反射された超音波を受信したことに基づいて物体を検出する。【０００３】
超音波の発信後には、超音波センサに振動が残る。超音波センサは、この振動（以下、「残響振動」ともいう。）を反射波として誤検出してしまうことがある。近年、残響振動を抑制するための技術が開発されている。たとえば、特開２００９−４９１６号公報（特許文献１）は、残響振動を抑制することができる超音波出力装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示される超音波出力装置は、残響振動を検出する検出部分と、超音波の送受信を行なう送受部分とで構成される。当該超音波出力装置は、検出部分で検出された残響振動に応じて、残響振動を抑制するための信号を生成する。その後、当該超音波出力装置は、生成された信号を送受部分に帰還することで残響振動を抑制する。当該超音波出力装置においては、残響振動を検出するための検出部分が付加的に設けられているため、残響振動を抑制するための信号を送受部分に帰還するための回路構成が必要になる。その結果、回路構成が複雑になる。【０００６】
本開示は上述のような問題点を解決するためになされたものであって、ある局面における目的は、従来よりも簡素な回路構成で残響振動を抑制することが可能な超音波センサを提供することである。他の局面における目的は、従来よりも簡素な回路構成で残響振動を抑制することが可能な超音波センサの制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ある局面に従うと、超音波センサは、圧電素子を備える。圧電素子は、交流電圧が印加されることで超音波を発信するための送信用領域と超音波の反射波を受信するための受信用領域とを含む平板状の圧電体と、送信用領域および受信用領域に設けられている共通電極と、送信用領域を間に挟んで共通電極に対向するように配置され、送信用領域に設けられている送信用電極と、受信用領域を間に挟んで共通電極に対向するように配置され、受信用領域に設けられている受信用電極とを含む。超音波センサは、送信用電極および受信用電極に電気的に接続されており、送信用電極と受信用電極との間の電気的な経路を導通状態と非導通状態との間で切り替える半導体素子を備える。好ましくは、半導体素子は、交流電圧の印加の停止後に経路を導通状態にすることで、超音波の残響振動に応じて受信用領域から出力される残響信号を送信用電極にフィードバックする。【０００８】
好ましくは、半導体素子は、残響信号を送信用電極にフィードバックした後に、経路を導通状態から非導通状態に切り替える。【０００９】
好ましくは、超音波センサは、経路において半導体素子と直列に接続されている増幅器をさらに備える。増幅器は、残響信号を増幅し、増幅後の残響信号を送信用電極に出力する。【００１０】
好ましくは、超音波センサは、電流を電圧に変換するＩ／Ｖ変換回路をさらに備える。Ｉ／Ｖ変換回路は、経路上に設けられている。【００１１】
好ましくは、Ｉ／Ｖ変換回路は、超音波センサが異常発振する原因となる周波数帯域の信号をフィルタリングする。【００１２】
好ましくは、Ｉ／Ｖ変換回路は、オペアンプと、コンデンサとを含む。オペアンプの反転入力端子は、受信用電極に電気的に接続されている。オペアンプの出力端子は、増幅器に電気的に接続されている。コンデンサは、反転入力端子と出力端子とに電気的に接続されている。【００１３】
好ましくは、超音波センサは、Ｉ／Ｖ変換回路に電気的に接続されている受信回路をさらに備える。【００１４】
好ましくは、超音波センサは、検知距離が互いに異なる複数の動作モードを有する。複数の動作モードの各々には、検知距離に応じて圧電素子の制御条件が予め対応付けられている。超音波センサは、複数の動作モードを順に切り替え、現在の動作モードに応じた制御条件で圧電素子を制御する。【００１５】
好ましくは、超音波センサは、第１動作モードと、第１動作モードよりも検知距離が長い第２動作モードとを有する。超音波センサは、第１動作モードにおいて、残響信号を送信用電極にフィードバックする処理を実行し、第２動作モードにおいて、残響信号を送信用電極にフィードバックする処理を実行しない。【００１６】
好ましくは、超音波センサは、経路上に設けられている昇圧トランスをさらに備える。
他の局面に従うと、超音波センサの制御方法が提供される。超音波センサは、圧電素子を備える。圧電素子は、交流電圧が印加されることで超音波を発信するための送信用領域と、超音波の反射波を受信するための受信用領域とを含む平板状の圧電体と、送信用領域および受信用領域に設けられている共通電極と、送信用領域を間に挟んで共通電極に対向するように配置され、送信用領域に設けられている送信用電極と、受信用領域を間に挟んで共通電極に対向するように配置され、受信用領域に設けられている受信用電極とを含む。超音波センサは、送信用電極および受信用電極に電気的に接続されており、送信用電極と受信用電極との間の電気的な経路を導通状態と非導通状態との間で切り替える半導体素子をさらに備える。制御方法は、経路を非導通状態にするステップと、経路を非導通状態にした後に送信用領域に交流電圧を印加するステップと、交流電圧の印加の停止後に経路を導通状態にすることで、超音波の残響振動に応じて受信用領域から出力される残響信号を送信用電極にフィードバックするステップとを備える。
【発明の効果】
【００１７】
ある局面において、従来よりも簡素な回路構成で残響振動を抑制できる。
本発明の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解される本発明に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施の形態に従う超音波センサの回路構成の一例を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に従う超音波センサの動作例を概略的に示す概念図である。
【図３】第１の実施の形態に従う超音波センサが実行する処理の一部を表わすフローチャートである。
【図４】第１の実施の形態に従う超音波センサが残響振動を抑制しなかった場合における各信号を示す図である。
【図５】第１の実施の形態に従う超音波センサが残響振動を抑制した場合における各信号を示す図である。
【図６】比較例に従う超音波センサの回路構成の一例を示す図である。
【図７】半導体素子の切り替えにより生じるノイズ信号を示す図である。
【図８】比較例に従う超音波センサの各信号を示す図である。
【図９】第１の実施の形態に従う圧電素子を示す平面図である。
【図１０】第１の実施の形態に従う圧電素子を示す斜視図である。
【図１１】第１の実施の形態に従う圧電素子およびその内部構造を示す斜視図である。
【図１２】第１の実施の形態に従う圧電素子に備えられる送信用電極と、受信用電極と、共通電極とを示す斜視図である。
【図１３】図９中のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。
【図１４】図９中のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った矢視断面図である。
【図１５】図９中のＸＶ−ＸＶ線に沿った矢視断面図である。
【図１６】第２の実施の形態に従う超音波センサの回路構成の一例を示す図である。
【図１７】第３の実施の形態に従う超音波センサの回路構成の一例を示す図である。
【図１８】第３の実施の形態に従う超音波センサに生じる寄生容量を示す図である。
【図１９】第４の実施の形態に従う超音波センサの回路構成の一例を示す図である。
【図２０】比較例に従う超音波センサの回路構成の一例を示す図である。
【図２１】異常発振が生じている場合のシミュレーション結果と、異常発振が生じていない場合のシミュレーション結果とを示す図である。
【図２２】残響振動の抑制時に超音波センサに流れる信号の周波数と、当該信号に対する超音波センサのゲインとの関係を示す図である。
【図２３】第４の実施の形態に従う超音波センサおよび比較例に従う超音波センサにおける温度に対する残響時間の違いを示す図である。
【図２４】第５の実施の形態に従う超音波センサの回路構成の一例を示す図である。
【図２５】第６の実施の形態に従う超音波センサの回路構成の一例を示す図である。
【図２６】第７の実施の形態に従う超音波センサが実行する処理の一部を表わすフローチャートである。
【図２７】第７の実施の形態における制御情報の内容を示す図である。
【図２８】第８の実施の形態に従う超音波センサが実行する処理の一部を表わすフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ、本発明に従う各実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。また、以下で説明する各実施の形態または変形例は、適宜選択的に組み合わされてもよい。
【００２０】
＜第１の実施の形態＞
［超音波センサ１００の回路構成］
図１を参照して、第１の実施の形態に従う超音波センサ１００について説明する。図１は、超音波センサ１００の回路構成の一例を示す図である。
【００２１】
超音波センサ１００は、たとえば、車両、スマートフォン等に搭載される。超音波センサ１００は、超音波を発してから反射波を受信するまでの時間に応じて自身から物体までの距離を計測する。あるいは、超音波センサ１００は、反射波を受信したことに基づいて、物体が存在していることを検出する。
【００２２】
図１に示されるように、超音波センサ１００は、制御回路１０１と、メモリ１０２と、信号生成回路１０４と、電源１０５と、半導体素子１０７と、増幅器１０８と、受信回路１１０と、圧電素子２００とを含む。
【００２３】
制御回路１０１は、たとえば、マイコンである。半導体素子１０７は、たとえば、トランジスタである。制御回路１０１は、半導体素子１０７を駆動して、送信用電極１０と受信用電極２０との間の電気的な経路１０９を導通状態と非導通状態との間で切り替える。また、制御回路１０１は、メモリ１０２に格納されているデータを読み出して、超音波センサ１００の駆動に適した制御信号を信号生成回路１０４に出力する。電源１０５は、たとえば１２Ｖの直流電圧を信号生成回路１０４に出力する。信号生成回路１０４は、制御回路１０１から出力された制御信号に基づいて直流電圧から交流電圧を生成する。交流電圧は、必要に応じて増幅回路（図示しない）により昇圧された状態で圧電素子２００に供給される。
【００２４】
圧電素子２００は、送信用電極１０と、受信用電極２０と、共通電極３０と、圧電体５０とを含む。圧電素子２００は、たとえば、平板状である。送信用電極１０には、端子ＤＲＶが設けられている。受信用電極２０には、端子ＲＥＣが設けられている。共通電極３０には、端子ＣＯＭが設けられている。圧電素子２００は、端子ＤＲＶ、端子ＲＥＣ、および端子ＣＯＭからなる３端子構造を有している。端子ＣＯＭは接地されているが、必ずしも接地される必要はない。
【００２５】
圧電体５０は、超音波を発信するための送信用領域５０Ａと、超音波の反射波を受信するための受信用領域５０Ｂとを含む。送信用電極１０は、送信用領域５０Ａを間に挟んで共通電極３０に対向するように配置されており、送信用領域５０Ａに電気的に接続されている。受信用電極２０は、受信用領域５０Ｂを間に挟んで共通電極３０に対向するように配置されており、受信用領域５０Ｂに電気的に接続されている。共通電極３０は、送信用領域５０Ａおよび受信用領域５０Ｂに電気的に接続されている。
【００２６】
増幅器１０８は、受信用電極２０と半導体素子１０７とに直列に接続されている。一例として、増幅器１０８は、抵抗とオペアンプとで構成される反転増幅回路である。
【００２７】
受信回路１１０は、反射波を受けて受信用領域５０Ｂにおいて発生した受波信号を電圧値として検出し、当該電圧値を制御回路１０１に出力する。
【００２８】
なお、図１には、３端子構造の超音波センサ１００が示されているが、超音波センサ１００は、４つ以上の端子からなる構造を有してもよい。この場合、たとえば、送信用電極１０および受信用電極２０とは異なる電極が、圧電体５０を間に挟んで共通電極３０に対向するように配置される形態等がある。当該電極は、圧電体５０に電気的に接続される。
【００２９】
［超音波センサ１００の動作］
図２を参照して、本実施の形態に従う超音波センサ１００の動作について説明する。図２は、超音波センサ１００の動作例を概略的に示す概念図である。説明を分かりやすくするために、図２においては、図１に示される制御回路１０１、メモリ１０２、電源１０５、および受信回路１１０を示していない。
【００３０】
図２に示されるように、本実施の形態に従う超音波センサ１００は、超音波を発信するステップ（Ａ）と、超音波の発信によって生じる残響振動を抑制するステップ（Ｂ）と、超音波の反射波を受信するステップ（Ｃ）とを順に実行する。以下では、ステップ（Ａ）〜（Ｃ）について順に説明する。
【００３１】
ステップ（Ａ）において、制御回路１０１は、半導体素子１０７を駆動して経路１０９を非導通状態にする。その後、制御回路１０１が信号生成回路１０４に制御命令を出力することで、信号生成回路１０４は、圧電素子２００の送信用領域５０Ａに交流電圧を印加する。好ましくは、交流電圧の周期は、圧電素子２００の送信用領域５０Ａの共振周波数と等しい。送信用領域５０Ａは、交流電圧が印加されることで、逆圧電効果による振動を開始し、気中などに向けて超音波を発信する。
【００３２】
ステップ（Ｂ）において、制御回路１０１は、超音波の発信を開始してから予め定められた時間（たとえば、数マイクロ秒〜数ミリ秒）が経過した後に送信用領域５０Ａに対する交流電圧の印加を停止する。このとき、送信用領域５０Ａの振動はすぐには治まらない。すなわち、交流電圧の印加が停止された後においても、送信用領域５０Ａはしばらく振動する。この振動（すなわち、残響振動）は、受信用領域５０Ｂに影響を与え、受信用領域５０Ｂは、送信用領域５０Ａと共振する。
【００３３】
制御回路１０１は、交流電圧の印加の停止後に、経路１０９を非導通状態から導通状態に切り替える。これにより、送信用電極１０、送信用領域５０Ａ、共通電極３０、受信用領域５０Ｂ、受信用電極２０、および経路１０９の順で構成される閉回路が形成される。上述したように、送信用領域５０Ａと受信用領域５０Ｂとは、残響振動によって振動する。残響振動が打ち消されるように、適切な位相の信号が与えられることで、送信用領域５０Ａおよび受信用領域５０Ｂの残響振動が抑制される。たとえば、本実施の形態では、経路１０９上において残響振動の振動速度に対して１８０度位相がずれた電圧が送信端子にフィードバックされることで、残響振動が短時間で抑制される。すなわち、残響振動に応じて受信用領域５０Ｂから出力される残響信号が電圧として送信用電極１０にフィードバックされることで、圧電素子２００の残響振動が抑制される。
【００３４】
好ましくは、増幅器１０８は、受信用領域５０Ｂから出力される残響信号を増幅し、増幅後の残響信号を送信用電極１０に出力する。残響信号の増幅率は、設計時に予め決められていてもよいし、送信用領域５０Ａに印加される交流電圧の大きさに応じて変えられてもよい。
【００３５】
ステップ（Ｃ）において、制御回路１０１は、残響信号を送信用電極１０にフィードバックした後に、経路１０９を導通状態から非導通状態に切り替える。これにより、受信用領域５０Ｂは、物体に反射された超音波を受信することができる。その結果、超音波センサ１００は、反射波を正確に検出できる。受信用領域５０Ｂは、超音波を受信することで振動し、圧電効果による信号を電圧値として制御回路１０１に出力する。
【００３６】
［超音波センサ１００の制御構造］
図３を参照して、超音波センサ１００の制御構造について説明する。図３は、超音波センサ１００が実行する処理の一部を表わすフローチャートである。図３の処理は、超音波センサ１００の制御回路１０１（図１参照）がプログラムを実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、その他のハードウェアによって実行されてもよい。
【００３７】
ステップＳ１０において、制御回路１０１は、半導体素子１０７（図２参照）を駆動して経路１０９（図２参照）を非導通状態にする。
【００３８】
ステップＳ１２において、制御回路１０１は、圧電素子２００の送信用領域５０Ａに交流電圧を印加し、送信用領域５０Ａから超音波を発信させる。
【００３９】
ステップＳ２０において、制御回路１０１は、送信用領域５０Ａに交流電圧を印加してから予め定められた時間（たとえば、数マイクロ秒〜数ミリ秒）が経過したか否かを判断する。制御回路１０１は、送信用領域５０Ａに交流電圧を印加してから予め定められた時間が経過したと判断した場合（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ２２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ２０においてＮＯ）、制御回路１０１は、ステップＳ２０の処理を再び実行する。
【００４０】
ステップＳ２２において、制御回路１０１は、送信用領域５０Ａに対する交流電圧の印加を停止する。
【００４１】
ステップＳ２４において、制御回路１０１は、半導体素子１０７を駆動して、経路１０９を非導通状態から導通状態に切り替える。これにより、残響振動に応じて出力される残響信号が受信用領域から送信用電極にフィードバックされる。その結果、超音波センサ１００の残響振動が抑制される。
【００４２】
ステップＳ３０において、制御回路１０１は、経路１０９を導通状態にしてから予め定められた時間（たとえば、数マイクロ秒〜数ミリ秒）が経過したか否かを判断する。制御回路１０１は、経路１０９を導通状態にしてから予め定められた時間が経過したと判断した場合（ステップＳ３０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ３２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ３０においてＮＯ）、制御回路１０１は、ステップＳ３０の処理を再び実行する。
【００４３】
ステップＳ３２において、制御回路１０１は、半導体素子１０７を駆動して、経路１０９を導通状態から非導通状態に切り替える。
【００４４】
ステップＳ３４において、制御回路１０１は、発信した超音波の反射波を受信し、当該反射波を電圧値として受信回路１１０（図１参照）に出力する。
【００４５】
［比較結果１］
図４および図５を参照して、残響振動を抑制した場合における超音波センサ１００の出力と、残響振動を抑制しなかった場合における超音波センサ１００の出力とを比較する。図４は、残響振動を抑制しなかった場合における超音波センサ１００の出力波形を示す図である。図５は、残響振動を抑制した場合における超音波センサ１００の出力波形を示す図である。
【００４６】
図４のグラフ（Ａ）には、制御回路１０１（図１参照）が信号生成回路１０４（図１参照）に出力する制御信号が示されている。信号生成回路１０４は、制御信号を受けると、圧電素子２００の送信用領域５０Ａ（図１参照）に交流電圧を印加する。
【００４７】
より具体的には、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間、制御回路１０１は、信号生成回路１０４（図１参照）に対して制御信号を出力する。これにより、信号生成回路１０４は、送信用領域５０Ａに交流電圧を印加する。時刻Ｔ２以降において、制御回路１０１は、信号生成回路１０４への制御信号の出力を停止する。これにより、信号生成回路１０４は、圧電素子２００の送信用領域５０Ａに交流電圧を印加することを停止する。
【００４８】
図４のグラフ（Ｂ）には、制御回路１０１が半導体素子１０７（図１参照）に出力する制御信号が示されている。図４のグラフ（Ｂ）に示されるように、制御回路１０１は、制御を開始してから終了するまでの間、半導体素子１０７に制御信号を出力しない。すなわち、残響信号の経路１０９（図１参照）は、非導通状態に維持され、残響信号は、送信用領域５０Ａにフィードバックされない。
【００４９】
図４のグラフ（Ｃ）には、超音波センサ１００の出力波形が示されている。図４の制御例においては、残響信号がフィードバックされないため、圧電素子２００は、交流電圧の印加を停止した時刻Ｔ２以降においても振動している。時刻Ｔ４に受信された反射波は、残響振動に埋もれている（点線３０１参照）。そのため、超音波センサ１００は、反射波を検出できない。
【００５０】
図５のグラフ（Ａ）には、制御回路１０１が信号生成回路１０４に出力する制御信号が示されている。図５のグラフ（Ａ）は、図４のグラフ（Ａ）と同じであるため、その説明については繰り返さない。
【００５１】
図５のグラフ（Ｂ）には、制御回路１０１が半導体素子１０７に出力する制御信号が示されている。より具体的には、制御回路１０１は、制御を開始してから時刻Ｔ２までは、経路１０９を非導通状態にする。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間、制御回路１０１は、半導体素子１０７を駆動して、経路１０９を導通状態にする。すなわち、超音波センサ１００は、受信用領域５０Ｂから出力される残響信号を送信用領域５０Ａにフィードバックする。時刻Ｔ３以降において、制御回路１０１は、経路１０９を非導通状態にする。
【００５２】
図５のグラフ（Ｃ）には、残響振動を抑制した場合における超音波センサ１００の出力波形が示されている。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間、残響信号が送信用領域５０Ａにフィードバックされることで、残響振動が抑制されている（点線３０３参照）。これにより、超音波センサ１００は、時刻Ｔ４に受信した反射波を検出することができる。
【００５３】
このように、残響振動が抑制されることで、超音波センサ１００は、残響振動が自然に治まることを待たずして、反射波を検出することができる。その結果、超音波センサ１００は、より近くに存在している物体を検出でき、物体の検出精度や距離計測精度を向上することができる。
【００５４】
［比較結果２］
図６を参照して、第１の実施の形態に従う超音波センサ１００と、比較例に従う超音波センサ１００Ｘとを比較する。図６は、比較例に従う超音波センサ１００Ｘの回路構成の一例を示す図である。
【００５５】
（超音波センサ１００Ｘの回路構成）
まず、比較例に従う超音波センサ１００Ｘの回路構成について説明する。図６に示されるように、超音波センサ１００Ｘは、信号生成回路１０４と、半導体素子１２０，１２２と、増幅器１２１Ａ〜１２１Ｃ，１２３Ａ〜１２３Ｃと、圧電素子２００Ｘとを含む。
【００５６】
圧電素子２００Ｘは、送受用電極１０Ｘと、モニタ用電極２０Ｘと、共通電極３０Ｘと、圧電体５０Ｘとを含む。送受用電極１０Ｘには、端子ＤＲＶが設けられている。モニタ用電極２０Ｘには、端子ＭＯＮが設けられている。共通電極３０Ｘには、端子ＣＯＭが設けられている。
【００５７】
信号生成回路１０４は、端子ＤＲＶと端子ＣＯＭとに接続されている。増幅器１２１Ａ〜１２１Ｃは、端子ＭＯＮと半導体素子１２０との間に直列に接続されている。半導体素子１２０は、増幅器１２１Ｃと端子ＤＲＶとに接続されている。半導体素子１２２は、端子ＤＲＶに接続されており、半導体素子１２０と並列に接続されている。増幅器１２３Ａ〜１２３Ｃは、半導体素子１２２に直列に接続されている。
【００５８】
（超音波センサ１００Ｘの動作）
引き続き図６を参照して、比較例に従う超音波センサ１００Ｘの動作について説明する。超音波センサ１００Ｘは、超音波の発信時には、信号生成回路１０４に対して制御信号を出力することで、端子ＤＲＶと端子ＣＯＭとの間に交流電圧を印加する。このとき、超音波センサ１００Ｘは、半導体素子１２０を駆動して経路１２６を非導通状態にするとともに、半導体素子１２２を駆動して経路１２７を非導通状態にする。
【００５９】
次に、超音波センサ１００Ｘは、交流電圧の印加を停止するとともに、経路１２６を非導通状態から導通状態に切り替える。これにより、圧電素子２００Ｘの残響振動に応じた残響信号が、増幅器１２１Ａ〜１２１Ｃに増幅された上で、送受用電極１０Ｘにフィードバックされる。その結果、残響振動が抑制される。
【００６０】
その後、超音波センサ１００Ｘは、経路１２６を導通状態から非導通状態に切り替えるとともに、経路１２７を非導通状態から導通状態に切り替える。超音波センサ１００Ｘは、超音波の反射波を受信すると、反射波に応じて生じる信号を増幅器１２３Ａ〜１２３Ｃで増幅した上で受信回路に出力する。
【００６１】
（超音波センサ１００の利点１）
以上のように、比較例に従う超音波センサ１００Ｘにおいては、残響振動を検出するためのモニタ用電極２０Ｘが、超音波の送受信を行なうための送受用電極１０Ｘと別個に構成されている。そのため、残響信号をフィードバックするための回路構成と、反射波を受信するための回路構成との両方が必要となる。より具体的には、残響信号をフィードバックするための回路構成としては、半導体素子１２０および増幅器１２１Ａ〜１２１Ｃなどが必要である。反射波を受信するための回路構成としては、半導体素子１２２および増幅器１２３Ａ〜１２３Ｃなどが必要である。すなわち、超音波センサ１００Ｘは、２つの半導体素子１２０，１２２と、６つの増幅器１２１Ａ〜１２１Ｃ，１２３Ａ〜１２３Ｃとが必要となる。
【００６２】
これに対して、第１の実施の形態に従う超音波センサ１００においては、残響振動を検出するための電極と、超音波を受信するための電極とが１つの受信用電極２０として設けられている。そのため、超音波センサ１００は、残響振動を検出するステップと反射波を受信するステップとで回路素子を共用できる。より具体的には、超音波センサ１００は、残響振動の検出と反射波の受信との両方を、同一の半導体素子１０７と同一の増幅器１０８とで実現できる。同様に、後述する第４の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｃは、残響振動の検出と反射波の受信との両方を、同一の半導体素子１０７と同一の増幅器（増幅器１０８、オペアンプ１４１、バッファ回路１１３）とで実現できる。
【００６３】
このように、超音波センサ１００は、超音波センサ１００Ｘよりも簡素な回路構成で残響振動の抑制を実現することができる。超音波センサ１００の回路構成が簡素化されることで、超音波センサ１００の小型化が実現される。
【００６４】
（超音波センサ１００の利点２）
図７および図８を参照して、第１の実施の形態に従う超音波センサ１００の利点についてさらに説明する。図７は、半導体素子の切り替えにより生じるノイズ信号を示す図である。図８は、比較例に従う超音波センサ１００Ｘ（図６参照）の出力波形を示す図である。
【００６５】
図６において説明したように、超音波センサ１００Ｘは、残響振動を抑制するときには、半導体素子１２０を駆動して経路１２６を導通状態にするとともに、半導体素子１２２を駆動して経路１２７を非導通状態にする。超音波センサ１００Ｘは、反射波を受信するときには、半導体素子１２０を駆動して経路１２６を非導通状態にするとともに、半導体素子１２２を駆動して経路１２７を導通状態にする。
【００６６】
このような半導体素子１２０，１２２の切り替えによって、ノイズ信号が生じる。このノイズ信号は、異電位間の回路接続、半導体素子のクロックフィードスルー、半導体素子のチャージインジェクション等に起因する。図７を参照して、このようなノイズ信号が生じる原因についてさらに詳細に説明する。
【００６７】
図７の回路例（Ａ）には、ＰＭＯＳ（Positive-channel  Metal  Oxide  Semiconductor）トランジスタとしての半導体素子Ｍ１と、ＮＭＯＳ（Negative-channel  Metal  Oxide  Semiconductor）トランジスタとしての半導体素子Ｍ２とが示されている。半導体素子Ｍ１には、寄生容量Ｃ１，Ｃ２が生じている。半導体素子Ｍ２には、寄生容量Ｃ３，Ｃ４が生じている。
【００６８】
図７のグラフ（Ｂ）には、位置Ｐ１における制御信号の波形が示されている。当該制御信号は、制御回路ＣＬＫによって出力される。制御信号は、素子ＩＮＶによって反転された上で半導体素子Ｍ１に出力されるとともに、反転されずに半導体素子Ｍ２に出力される。グラフ（Ｂ）の例では、時刻Ｔ１１，Ｔ１２において、半導体素子Ｍ１，Ｍ２が駆動されている。
【００６９】
図７のグラフ（Ｃ）には、位置Ｐ２における電圧の変化が示されている。図７のグラフ（Ｄ）には、位置Ｐ３における電圧の変化が示されている。グラフ（Ｃ），（Ｄ）に示されるように、半導体素子Ｍ１，Ｍ２を駆動した時刻Ｔ１１，Ｔ１２において、寄生容量Ｃ１〜Ｃ４に起因する所謂電位の飛び（リンギング）が生じている（点線３０３参照）。さらに、制御回路ＣＬＫによるノイズ信号が、寄生容量Ｃ１〜Ｃ４を通過して、信号ラインＡ−Ｚに流入している（点線３０５参照）。
【００７０】
半導体素子の切り替えによって生じるノイズ信号は、比較例に従う超音波センサ１００Ｘにおいても生じる。図８のグラフ（Ａ）には、超音波センサ１００Ｘが信号生成回路１０４（図６参照）に出力する制御信号が示されている。図８のグラフ（Ｂ）には、超音波センサ１００Ｘが半導体素子１２０に出力する制御信号が示されている。図８のグラフ（Ｃ）には、超音波センサ１００Ｘの出力波形が示されている。
【００７１】
図８のグラフ（Ｃ）に示されるように、半導体素子１２０を駆動した時刻Ｔ２，Ｔ３において、電位の飛びがノイズ信号として生じている（点線３０７，３０９参照）。一般的に、対象物からの反射波により生じる受信信号の強度は非常に弱いため、受信回路でゲインを数千〜数万倍にする。そのため、ノイズ信号自体が弱い場合であっても、ノイズ信号は、数千〜数万倍に増幅されてしまう。増幅されたノイズ信号は、受信回路１１０に流れ、出力波形に現れてしまう。
【００７２】
これに対して、第１の実施の形態に従う超音波センサ１００は、図１に示されるように、受信回路１１０のために、半導体素子を必要としない。これにより、半導体素子の切り替えによって生じるノイズ信号が受信回路１１０において生じないため、上記のような問題が生じない。
【００７３】
［圧電素子２００の構造］
図９〜図１５を参照して、超音波センサ１００に備えられる圧電素子２００の構造について説明する。図９は、圧電素子２００を示す平面図である。図１０は、圧電素子２００を示す斜視図である。図１１は、圧電素子２００およびその内部構造を示す斜視図である。図１２は、圧電素子２００に備えられる送信用電極１０と、受信用電極２０と、共通電極３０とを示す斜視図である。図１３は、図９中のＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。図１４は、図９中のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った矢視断面図である。図１５は、図９中のＸＶ−ＸＶ線に沿った矢視断面図である。
【００７４】
積層型の超音波センサにおいては、圧電素子の積層数が多ければ多いほど、超音波の送信時の音圧が上がるが、反射波の受信時の感度が下がる。その反対に、圧電素子の積層数が少なければ少ないほど超音波の送信時の音圧が下がるが、反射波の受信時の感度が上がる。この点に着目して、超音波センサ１００は、送信用領域５０Ａにおける圧電子の積層数が、受信用領域５０Ｂにおける圧電子の積層数よりも多くなるように構成される。
【００７５】
なお、図９〜図１５においては、説明上の便宜のため矢印Ｘ，Ｙ，Ｚを示している。矢印Ｘ，Ｙ，Ｚは、互いに直交している。以下、圧電素子２００の各構成について矢印Ｘ，Ｙ，Ｚを参照しつつ説明する場合があるが、各構成の配置関係（直交および平行に関する特徴）は、必ずしも矢印Ｘ，Ｙ，Ｚに示す配置関係に限定されるものではない。
【００７６】
（圧電素子２００）
図９〜図１５に示されるように、圧電素子２００は、送信用電極１０と、受信用電極２０と、共通電極３０と、圧電体５０とを含む。圧電体５０の外形形状は略直方体であり（図１０，図１１参照）、圧電体５０は、上面５１、側面５２〜５５、および下面５６を有している。
【００７７】
上面５１は、圧電体５０のうちの矢印Ｚ方向の側に位置する表面であり、下面５６は、圧電体５０のうちの矢印Ｚ方向とは反対方向の側に位置する表面である。側面５２，５４は、圧電体５０のうちの矢印Ｘ方向に対して直交する表面であり、互いに対向する位置関係を有している。側面５３，５５は、圧電体５０のうちの矢印Ｙ方向に対して直交する表面であり、互いに対向する位置関係を有している。
【００７８】
（送信用電極１０）
送信用電極１０は、側壁部１１、上面部１２、および中間部１３，１４を含む（図１２参照）。側壁部１１、上面部１２、および中間部１３，１４は、いずれも板状の形状を有している。側壁部１１は、圧電体５０の側面５２（図１０参照）に対向し、側面５２に接するように配置される。側壁部１１は、圧電体５０の側面５２の全部を覆う表面形状を有している（図９，図１４，図１５参照）。
【００７９】
上面部１２は、側壁部１１の矢印Ｚ方向の側（および矢印Ｙとは反対方向の側）の端部に連設され、圧電体５０の上面５１上に配置される。矢印Ｙ方向における寸法を「幅」とすると、上面部１２は側壁部１１よりも幅が狭い。上面部１２の矢印Ｙとは反対方向の端部は、圧電体５０の側面５３と面一の関係を有している。上面部１２には、端子ＤＲＶが設けられている。端子ＤＲＶには、配線（図示しない）が接続される。
【００８０】
上面部１２および中間部１３，１４は、平行な位置関係を有し、中間部１３，１４は、上面部１２よりも矢印Ｚとは反対方向の側に位置する。中間部１３は、上面部１２と中間部１４との間に位置する。中間部１３と中間部１４とは間隔を空けて対向している。中間部１３，１４は、送信用電極１０のうちの圧電体５０の内部に配置される部位であり、圧電素子２００が完成した状態ではこれらは視認されない（図１０参照）。詳細は後述されるが、中間部１３と中間部１４との間には、共通電極３０の中間部３３が配置される（図１３〜図１５等参照）。
【００８１】
中間部１３，１４の内側には、円形形状を有するくり抜き部１３Ｈ，１４Ｈ（図１２）がそれぞれ設けられる。くり抜き部１３Ｈ，１４Ｈの大きさ（外径）は、受信用電極２０の円盤部２１の大きさ（外径）よりも大きい。くり抜き部１３Ｈ，１４Ｈの位置は、受信用電極２０の円盤部２１の位置に対応している。くり抜き部１３Ｈ，１４Ｈは、受信用電極２０の円盤部２１を矢印Ｚとは反対方向に投影した場合に、円盤部２１の投影像に重ならない位置に配置されている（図１３，図１５参照）。
【００８２】
中間部１３，１４の内側には、切り欠き部１３Ｔ，１４Ｔもそれぞれ設けられる。切り欠き部１３Ｔ，１４Ｔは、くり抜き部１３Ｈ，１４Ｈが位置している側から圧電体５０の側面５２が位置している側に向かって（矢印Ｘとは反対方向に向かって）延びるように配置される。切り欠き部１３Ｔ，１４Ｔの位置は、受信用電極２０の延出部２２の位置に対応している。図１２および図１４に示されるように、中間部１３，１４の矢印Ｘとは反対方向における端部は、側壁部１１に接続している。一方で、中間部１３，１４の矢印Ｘ方向における端部は、共通電極３０の側壁部３１に接続しておらず、側壁部３１から離れている。
【００８３】
（受信用電極２０）
受信用電極２０は、円盤部２１および延出部２２を含み、全体として板状の形状を有している（図１２参照）。延出部２２は、外形が矩形状であり、円盤部２１の外縁から外方に向かって延出する形状を有する。延出部２２には、端子ＲＥＣが設けられている。端子ＲＥＣには、配線（図示しない）が接続される。
【００８４】
受信用電極２０は、円盤部２１が圧電体５０の上面５１の中央に位置するように上面５１上に配置される。延出部２２は、円盤部２１が位置している側から圧電体５０の側面５２が位置している側に向かって（矢印Ｘとは反対方向に向かって）延びるように配置される。
【００８５】
（共通電極３０）
共通電極３０は、側壁部３１、上面部３２、中間部３３および下面部３４を含む（図１２参照）。側壁部３１、上面部３２、中間部３３および下面部３４は、いずれも板状の形状を有している。側壁部３１は、圧電体５０の側面５４（図１０）に対向し、側面５４に接するように配置される。側壁部３１は、圧電体５０の側面５４の全部を覆う表面形状を有している（図９，図１４，図１５参照）。下面部３４は、圧電体５０の下面５６に対向し、下面５６に接するように配置される。下面部３４は、圧電体５０の下面５６の全部を覆う表面形状を有している。
【００８６】
上面部３２は、側壁部３１の矢印Ｚ方向の側の端部に連設され、圧電体５０の上面５１上に配置される。矢印Ｙ方向における寸法を「幅」とすると、上面部３２の幅は、圧電体５０の上面５１の幅に等しい。上面部３２の矢印Ｙにおける両端部は、圧電体５０の側面５３，５５とそれぞれ面一の関係を有している。上面部３２には、端子ＣＯＭが設けられている。端子ＣＯＭには、配線（図示しない）が接続される。
【００８７】
上面部３２、中間部３３および下面部３４は、平行な位置関係を有し、中間部３３および下面部３４は、上面部３２よりも矢印Ｚとは反対方向の側に位置する。中間部３３は、上面部３２と下面部３４との間に位置する。中間部３３は、共通電極３０のうちの圧電体５０の内部に配置される部位であり、圧電素子２００が完成した状態では中間部３３は視認されない（図１０参照）。
【００８８】
上面部３２および中間部３３の内側には、円形形状を有するくり抜き部３２Ｈ，３３Ｈ（図１２参照）がそれぞれ設けられる。くり抜き部３２Ｈ，３３Ｈの大きさ（外径）は、受信用電極２０の円盤部２１の大きさ（外径）よりも大きい。くり抜き部３２Ｈ，３３Ｈの位置は、受信用電極２０の円盤部２１の位置に対応している。くり抜き部３２Ｈの内側に、受信用電極２０の円盤部２１が配置される（図１０参照）。くり抜き部３３Ｈは、受信用電極２０の円盤部２１を矢印Ｚとは反対方向に投影した場合に、円盤部２１の投影像に重ならない位置に配置されている（図１３，図１５参照）。
【００８９】
上面部３２および中間部３３の内側には、切り欠き部３２Ｔ，３３Ｔもそれぞれ設けられる。切り欠き部３２Ｔ，３３Ｔは、くり抜き部３２Ｈ，３３Ｈが位置している側から圧電体５０の側面５２が位置している側に向かって（矢印Ｘとは反対方向に向かって）延びるように配置される。切り欠き部３２Ｔ，３３Ｔの位置は、受信用電極２０の延出部２２の位置に対応している。切り欠き部３２Ｔの内側に、受信用電極２０の延出部２２が配置される（図１０参照）。上面部３２のうちの矢印Ｙとは反対方向における部分には、後退部３２Ｆが設けられる。後退部３２Ｆは、送信用電極１０の上面部１２の配置を許容するための部位である。
【００９０】
図１２および図１４に示されるように、上面部３２、中間部３３および下面部３４の矢印Ｘ方向における端部は、側壁部３１に接続している。一方で、上面部３２、中間部３３および下面部３４の矢印Ｘとは反対方向における端部は、送信用電極１０の側壁部１１に接続しておらず、側壁部１１から離れている。
【００９１】
（送信用領域５０Ａおよび受信用領域５０Ｂ）
図１３〜図１５に示されるように、圧電体５０の内部には、送信用領域５０Ａおよび受信用領域５０Ｂが形成される。送信用領域５０Ａは、圧電体層Ａ１〜Ａ４からなる４層構造を有している。図１３〜図１５中の白色矢印は、各圧電体層の分極方向を示している。
【００９２】
圧電体層Ａ１〜Ａ４は、短冊形状を有する薄肉の圧電セラミックよりなる４層の圧電体層の間に、送信用電極１０の中間部１３、共通電極３０の中間部３３、および送信用電極１０の中間部１４を介在させてこれらを積層し、一体に焼成することにより作製される。圧電体層Ａ１〜Ａ４は、送信用電極１０および共通電極３０によって電気的に並列に接続される。
【００９３】
受信用領域５０Ｂは、圧電体層Ｂ１の１層構造を有している。圧電体層Ｂ１は、短冊形状を有する薄肉の圧電セラミックよりなる４層の圧電体層の間に、電極を介在させないでこれらを積層し、一体に焼成することにより作製される。
【００９４】
共通電極３０の下面部３４は、送信用領域５０Ａおよび受信用領域５０Ｂの双方に及んで広がる形状を有している。送信用電極１０の上面部１２は、圧電体層Ａ１〜Ａ４を含む送信用領域５０Ａを間に挟んで共通電極３０の下面部３４に対向している。受信用電極２０の円盤部２１は、圧電体層Ｂ１を含む受信用領域５０Ｂを間に挟んで共通電極３０の下面部３４に対向している。すなわち、圧電体５０のうち、送信用電極１０の上面部１２と共通電極３０の下面部３４との間に位置する領域が送信用領域５０Ａとして機能し、受信用電極２０の円盤部２１と共通電極３０の下面部３４との間に位置する領域が受信用領域５０Ｂとして機能する。図１３および図１５に示されるように、本実施の形態においては、送信用領域５０Ａと受信用領域５０Ｂとは、Ｘ−Ｙ面方向において互いに隣り合う位置に形成されている。
【００９５】
［小括］
以上のようにして、本実施の形態に従う超音波センサ１００は、交流電圧の印加の停止後に、送信用電極１０および受信用電極２０に電気的に接続されている半導体素子１０７を駆動して、送信用電極１０および受信用電極２０の間の経路１０９を導通状態にする。これにより、超音波センサ１００は、超音波の発信後に生じる残響振動に応じて受信用領域５０Ｂから出力される残響信号を送信用電極１０にフィードバックする。
【００９６】
物体が超音波センサ１００に近いほど、超音波を発信してから反射波を受信するまでの時間が短くなる。超音波センサ１００は、残響振動が治まるのを待たずして反射波を検出できるので、物体が近くに存在している場合であっても、物体からの反射波を検出することができる。
【００９７】
また、第１の実施の形態に従う超音波センサ１００においては、残響振動を検出するための電極と、超音波を受信するための電極とが１つの受信用電極２０として設けられている。そのため、超音波センサ１００は、残響振動を検出するための検出回路と、反射波を受信するための受信回路とで回路素子を共用できる。これにより、超音波センサ１００の回路構成が簡素化され、超音波センサ１００の小型化が実現される。
【００９８】
特に、本実施の形態においては、受信回路１１０のために半導体素子を設ける必要がない。そのため、超音波センサ１００においては、半導体素子の切り替えによって生じるノイズ信号を抑制できる。結果として、超音波センサ１００は、Ｓ／Ｎ（Signal/Noise）比を抑制することができる。
【００９９】
なお、上述の実施の形態では、半導体素子１０７が制御回路１０１によって駆動されるトランジスタとして構成されている例を示したが、半導体素子１０７は、トランジスタに限定されない。たとえば、半導体素子１０７は、後述の図２４に示されるように、ダイオードで構成されてもよい。この場合、残響信号は、ダイオードを駆動する閾値電圧（たとえば、順方向電圧）よりも高くなり、超音波の反射波に伴う出力信号は、当該閾値電圧よりも低くなる。そのため、残響振動を抑制するステップでは、残響信号が電圧として送信用電極１０にフィードバックされるが、超音波の反射波を受信するステップでは出力信号が送信用電極１０にフィードバックされない。したがって、この場合でも第１の実施の形態に従う超音波センサ１００と同様の効果が得られる。
【０１００】
＜第２の実施の形態＞
［超音波センサ１００Ａ］
図１６を参照して、第２の実施の形態に従う超音波センサ１００Ａについて説明する。図１６は、超音波センサ１００Ａの回路構成の一例を示す図である。
【０１０１】
超音波センサ１００Ａは、位相調整器１１１をさらに備える点で第１の実施の形態に従う超音波センサ１００と異なる。位相調整器１１１以外の構成については、上述の通りであるので説明を繰り返さない。
【０１０２】
図１６に示されるように、超音波センサ１００Ａは、信号生成回路１０４と、半導体素子１０７と、増幅器１０８と、受信回路１１０と、位相調整器１１１と、圧電素子２００とを備える。位相調整器１１１は、経路１０９において半導体素子１０７と増幅器１０８とに電気的に接続されている。
【０１０３】
残響信号は、回路特性や周囲の環境（たとえば、温度）などに応じて、意図しているよりもずれることがある。
【０１０４】
位相調整器１１１は、残響振動が最もよく抑制され得るように受信用領域５０Ｂからの残響信号の位相を調整し、調整後の残響信号を送信用電極１０にフィードバックする。位相調整器１１１によってシフトされる位相の大きさは、設計時に予め決められていてもよいし、周囲の環境（たとえば、温度等）や回路特性等に応じて変えられてもよい。
【０１０５】
［小括］
以上のようにして、第２の実施の形態に従う超音波センサ１００Ａは、位相を調整した状態で残響信号を送信用電極１０にフィードバックする。これにより、超音波センサ１００Ａは、より確実に残響振動を抑制することができる。
【０１０６】
＜第３の実施の形態＞
［超音波センサ１００Ｂ］
図１７を参照して、第３の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｂについて説明する。図１７は、超音波センサ１００Ｂの回路構成の一例を示す図である。
【０１０７】
超音波センサ１００Ｂは、バッファ回路１１３をさらに備える点で第２の実施の形態に従う超音波センサ１００Ａと異なる。バッファ回路１１３以外の構成については、上述の通りであるので説明を繰り返さない。
【０１０８】
図１７に示されるように、超音波センサ１００Ｂは、信号生成回路１０４と、半導体素子１０７と、増幅器１０８と、受信回路１１０と、位相調整器１１１と、バッファ回路１１３と、圧電素子２００とを備える。バッファ回路１１３は、経路１０９において位相調整器１１１と半導体素子１０７とに電気的に接続されている。
【０１０９】
バッファ回路１１３が設けられることで、超音波センサ１００Ｂは、送信用電極１０から経路１０９を通って受信回路１１０にノイズ信号が流入することを防ぐ。これにより、受信回路１１０におけるＳＮ比を下げることができる。
【０１１０】
［小括］
以上のようにして、第３の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｂにおいては、バッファ回路１１３によって、残響振動を低減するために設けられている経路１０９と、超音波を受信するために設けられている経路１１４とがより確実に電気的に分離される。これにより、超音波センサ１００Ｂは、ノイズ信号が受信回路１１０に流入することを防ぐことができる。
【０１１１】
＜第４の実施の形態＞
［新たな知見］
図１８を参照して、第３の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｂにおいて新規に発見された知見について説明する。図１８は、超音波センサ１００Ｂに生じる寄生容量を示す図である。
【０１１２】
発明者らは、送信用電極１０と受信用電極２０との間に寄生容量１１５が生じることを新たに発見した。発明者らの知る限り、送信用電極１０と受信用電極２０との間に寄生容量１１５が生じることを示す先行技術文献は存在しない。このことが今までに発見されていなかった理由としては、送信用電極１０、受信用電極２０、および共通電極３０からなる３端子構造の超音波センサ自体が新規であることが考えられる。
【０１１３】
送信用領域５０Ａから出力される残響信号や、受信用領域５０Ｂからフィードバックされる残響信号は、寄生容量１１５を通過して、経路１０９に流入してしまうことがある。その結果、圧電素子２００が異常発振してしまう可能性がある。第４の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｃは、以下で説明するように、このような異常発振を防ぐことができる。
【０１１４】
［超音波センサ１００Ｃ］
図１９を参照して、第４の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｃについて説明する。図１９は、超音波センサ１００Ｃの回路構成の一例を示す図である。
【０１１５】
超音波センサ１００Ｃは、Ｉ／Ｖ変換回路としてのフィルタ回路１４０および保護回路１６０をさらに備える点で第３の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｂと異なる。フィルタ回路１４０および保護回路１６０以外の構成については、上述の通りであるので説明を繰り返さない。
【０１１６】
（フィルタ回路１４０）
図１９に示されるように、超音波センサ１００Ｃは、信号生成回路１０４と、半導体素子１０７と、増幅器１０８と、受信回路１１０と、位相調整器１１１と、バッファ回路１１３と、フィルタ回路１４０と、保護回路１６０とを備える。
【０１１７】
フィルタ回路１４０は、超音波センサ１００Ｃが異常発振する原因となる周波数帯域の信号をフィルタリングする。フィルタ回路１４０は、経路１０９上に設けられている。これにより、フィルタ回路１４０は、寄生容量１１５から経路１０９に流入するノイズ信号をフィルタリングすることができ、超音波センサ１００Ｃが異常発振することが防止され得る。
【０１１８】
図１９の例では、フィルタ回路１４０は、オペアンプ１４１と、抵抗１４３と、コンデンサ１４５とからなるＩ／Ｖ変換回路として構成されている。なお、フィルタ回路１４０は、電流を電圧に変換することによって、特定の周波数をカットする機能を有するものであればよい。たとえば、オペアンプ１４１の代わりにチャージアンプが用いられてもよい。
【０１１９】
オペアンプ１４１の反転入力端子は、受信用電極２０（端子ＲＥＣ）に電気的に接続されている。オペアンプ１４１の非反転入力端子は、接地されている。オペアンプ１４１の出力端子は、増幅器１０８に電気的に接続されている。
【０１２０】
抵抗１４３は、オペアンプ１４１の反転入力端子とオペアンプ１４１の出力端子とに電気的に接続されている。コンデンサ１４５は、オペアンプ１４１の反転入力端子とオペアンプ１４１の出力端子とに電気的に接続されている。オペアンプ１４１と、抵抗１４３と、コンデンサ１４５とは、互いに並列に接続されている。
【０１２１】
このように構成されることで、フィルタ回路１４０は、寄生容量１１５とコンデンサ１４５の容量との比で決まるローパスフィルタとして機能する。当該比は、たとえば、寄生容量１１５をコンデンサ１４５の容量で割った値として表される。好ましくは、コンデンサ１４５の容量は、寄生容量１１５よりも大きい。これにより、フィルタ回路１４０は、異常発振する周波数帯域の信号成分に対するゲイン応答を下げることができ、超音波センサ１００Ｃを安定的に動作させることができる。
【０１２２】
なお、図１９の例では、フィルタ回路１４０がローパスフィルタとして機能するＩ／Ｖ変換回路で示されているが、フィルタ回路１４０は、Ｉ／Ｖ変換回路に限定されない。たとえば、フィルタ回路１４０は、バンドパスフィルタであってもよいし、チャージアンプ回路であってもよい。バンドパスフィルタは、圧電素子２００の共振周波数を含む周波数帯域を通過するように構成される。すなわち、バンドパスフィルタは、圧電素子２００の共振周波数以外の周波数帯域の信号をカットするように構成される。
【０１２３】
図２０を参照して、超音波センサが異常発振する可能性のある回路例（Ａ），（Ｂ）について説明する。図２０は、比較例に従う超音波センサ１００Ｙ，１００Ｚのそれぞれの回路構成の一例を示す図である。
【０１２４】
図２０の回路例（Ａ）に示されるように、超音波センサ１００Ｙは、フィルタ回路１４０（図１９参照）の代わりに、ボルテージフォロア回路１７０を備える。ボルテージフォロア回路１７０は、オペアンプ１７１を含む。超音波センサ１００Ｙの寄生容量１１５にノイズ信号が流れた場合、当該ノイズ信号は、オペアンプ１７１の反転入力端子に直接流れる。このノイズ信号が原因となり、超音波センサ１００Ｙは、異常発振してしまう可能性がある。
【０１２５】
図２０の回路例（Ｂ）に示されるように、超音波センサ１００Ｚは、フィルタ回路１４０（図１９参照）の代わりに、反転増幅回路１８０を備える。反転増幅回路１８０は、コンデンサ１８１と、オペアンプ１８３と、抵抗１８４，１８５とを含む。超音波センサ１００Ｚの寄生容量１１５にノイズ信号が流れた場合、当該ノイズ信号は、オペアンプ１８３の反転入力端子に直接流れる。このノイズ信号が原因となり、超音波センサ１００Ｚは、異常発振してしまう可能性がある。
【０１２６】
（保護回路１６０）
図１９を再び参照して、保護回路１６０について説明する。超音波センサ１００Ｃの共振特性によりオペアンプ１４１には、電源電圧以上の電圧が印加されることがある。保護回路１６０は、このような過剰な電圧がオペアンプ１４１に印加されることを防止する。
【０１２７】
保護回路１６０は、ダイオード１６１，１６３を備える。ダイオード１６１のカソードは、経路１０９に接続されている。ダイオード１６１のアノードは、接地されている。ダイオード１６３のカソードは、接地されている。ダイオード１６３のアノードは、経路１０９に接続されている。なお、保護回路１６０は、超音波センサ１００Ｃに必ずしも設けられる必要はない。
【０１２８】
［シミュレーション結果１］
図１９を引き続き参照しつつ、図２１を参照して、第４の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｃを用いたシミュレーション結果について説明する。図２１は、異常発振が生じている場合のシミュレーション結果と、異常発振が生じていない場合のシミュレーション結果とを示す図である。
【０１２９】
より具体的には、図２１のグラフ（Ａ１），（Ｂ１）には、超音波センサ１００Ｃが信号生成回路１０４に出力する制御信号が示されている。図２１のグラフ（Ａ２），（Ｂ２）には、超音波センサ１００Ｃが半導体素子１０７に出力する制御信号が示されている。
【０１３０】
図２１のグラフ（Ａ３）には、寄生容量１１５を５０ｐＦ（picoFarad）と仮定し、コンデンサ１４５の容量を１０ｐＦと仮定した場合における超音波センサ１００Ｃの出力波形が示されている。グラフ（Ａ３）に示されるように、残響振動が抑制されている時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間に、寄生容量１１５を通過したノイズ信号が出力波形として現れている（点線３１１参照）。超音波センサ１００Ｃは、このノイズ信号に起因して、時刻Ｔ３以降において異常発振している。そのため、超音波センサ１００Ｃは、時刻Ｔ４に受信された反射波を検出できない（点線３１３参照）。
【０１３１】
図２１のグラフ（Ｂ３）には、寄生容量１１５を５０ｐＦと仮定し、コンデンサ１４５の容量を１００ｐＦと仮定した場合における超音波センサ１００Ｃの出力波形が示されている。グラフ（Ｂ３）に示されるように、残響振動を抑制している時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間に、寄生容量１１５からのノイズ信号が出力波形として現れていない（点線３１１参照）。そのため、超音波センサ１００Ｃは、時刻Ｔ３以降において異常発振せずに、時刻Ｔ４に受信された反射波を検出することができる。
【０１３２】
［シミュレーション結果２］
図１９を再び参照しつつ、図２２を参照して、第４の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｃを用いた他のシミュレーション結果について説明する。図２２は、残響振動の抑制時に超音波センサ１００Ｃに流れる信号の周波数と、当該信号に対する超音波センサ１００Ｃのゲインとの関係（以下、「オープンループ特性」ともいう。）を示す図である。
【０１３３】
図２２のグラフ（Ａ）には、フィルタ回路１４０を設けない場合において、寄生容量１１５を０．１ｐＦ，１ｐＦ，１０ｐＦ，１００ｐＦとしたときにおけるオープンループ特性が示されている。フィルタ回路１４０が設けられていない場合、共振周波数以外の周波数帯域において、ゲインが０ｄＢ以上になる（点線３２１参照）。この周波数帯域の信号は、異常発振の原因となる。
【０１３４】
図２２のグラフ（Ｂ）には、フィルタ回路１４０を設けた場合において、寄生容量１１５を０．１ｐＦ，１ｐＦ，１０ｐＦ，１００ｐＦとしたときにおけるオープンループ特性が示されている。グラフ（Ｂ）の例では、フィルタ回路１４０のコンデンサ１４５の容量は、１００ｐＦとする。グラフ（Ｂ）においては、共振周波数以外の周波数帯域における信号のゲインがフィルタ回路１４０によって抑制されている。
【０１３５】
［小括］
以上のようにして、超音波センサ１００Ｃは、異常発振する原因となる周波数帯域の信号をフィルタリングするフィルタ回路１４０を備える。これにより、超音波センサ１００Ｃは、異常発振を防止することができる。
【０１３６】
［実験結果１］
図２３を参照して、第４の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｃの利点についてさらに説明する。図２３は、第４の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｃおよび比較例に従う超音波センサ１００Ｚにおける温度に対する残響時間の違いを示す図である。
【０１３７】
図２３に示される実験結果から、第４の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｃの方が比較例に従う超音波センサ１００Ｚよりも温度に対する残響時間のばらつきが少ないことが分かる。このような結果となった理由は、Ｉ／Ｖ変換回路の入力が理想的にはバーチャルショートの状態になるので、超音波センサの制動容量の影響を受けずに超音波センサの振動速度に応じた信号を取り出すことができ、制動容量の温度特性による影響を受けにくいからであると考えられる。
【０１３８】
＜第５の実施の形態＞
［超音波センサ１００Ｄ］
図２４を参照して、第５の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｄについて説明する。図２４は、超音波センサ１００Ｄの回路構成の一例を示す図である。
【０１３９】
第１の実施の形態に従う超音波センサ１００においては、半導体素子１０７がトランジスタとして構成されていた。これに対して、第５の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｄにおいては、半導体素子１０７がダイオード１９１，１９２として構成される。半導体素子１０７以外の構成については、上述の通りであるので説明を繰り返さない。
【０１４０】
ダイオード１９１，１９２は、経路１０９上に設けられており、互いに並列に接続されている。ダイオード１９１のカソードは、増幅器１０８に接続されている。ダイオード１９１のアノードは、端子ＤＲＶに接続されている。ダイオード１９２のカソードは、端子ＤＲＶに接続されている。ダイオード１９２のアノードは、増幅器１０８に接続されている。
【０１４１】
［小括］
以上のように、第５の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｄにおいては、半導体素子１０７がダイオード１９１，１９２として構成される。残響信号は、ダイオード１９１，１９２を駆動する閾値電圧（たとえば、順方向電圧）よりも高くなり、超音波の反射波に伴う出力信号は、当該閾値電圧よりも低くなる。そのため、残響振動を抑制するステップでは、残響信号が電圧として送信用電極１０にフィードバックされるが、超音波の反射波を受信するステップでは出力信号が送信用電極１０にフィードバックされない。したがって、この場合でも第１の実施の形態に従う超音波センサ１００と同様の効果が得られる。
【０１４２】
＜第６の実施の形態＞
［超音波センサ１００Ｅ］
図２５を参照して、第６の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｅについて説明する。図２５は、超音波センサ１００Ｅの回路構成の一例を示す図である。
【０１４３】
第６の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｅにおいては、第１の実施の形態に従う超音波センサ１００における送信用電極１０と受信用電極２０とを接続する電気的な経路１０９に昇圧トランス１０６がさらに設けられる。より具体的には、昇圧トランス１０６は、送信用電極１０の端子ＤＲＶ側の位置、すなわち送信用電極１０の前段に接続されている。昇圧トランス１０６以外の構成については、上述の通りであるので説明を繰り返さない。
【０１４４】
昇圧トランス１０６は、一次コイルと二次コイルとを備える。昇圧トランス１０６の一次コイルは、信号生成回路１０４および半導体素子１０７に接続されている。昇圧トランス１０６の二次コイルは、端子ＤＲＶに接続されている。一次コイル側の電圧と二次コイル側の電圧との比は、たとえば１：１０である。以上のように構成されることで、残響信号は、受信用電極２０から送信端子にフィードバックされる際に昇圧トランス１０６によって増幅される。その結果、残響信号が微小であったとしても、残響振動が抑制される。
【０１４５】
＜第７の実施の形態＞
［概要］
第７の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｆの概要を説明する。第７の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｆは、検知距離が互いに異なる複数の動作モードを有する点で、第１の実施の形態に従う超音波センサ１００Ａとは異なる。超音波センサ１００Ｆは、検知距離が互いに異なる複数の動作モードを順に切り替え、現在の動作モードに応じた制御条件で圧電素子２００（図１参照）を制御する。これにより、検知可能な距離の範囲が広くなる。また、超音波センサ１００Ｆは、あらゆる場所にある物体を検知することが可能になる。なお、超音波センサ１００Ｆは、少なくとも２つの動作モードを有すればよい。
【０１４６】
第７の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｆのハードウェア構成などは、第１の実施の形態に従う超音波センサ１００と同じであるので、以下では、それらの説明については繰り返さない。
【０１４７】
［超音波センサ１００Ｆの制御構造］
図２６および図２７を参照して、第７の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｆについて説明する。図２６は、第７の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｆが実行する処理の一部を表わすフローチャートである。図２６の処理は、超音波センサ１００Ｆを制御するための制御回路１０１（図１参照）がプログラムを実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、ＣＰＵ、その他のハードウェアによって実行されてもよい。
【０１４８】
ステップＳ２において、制御回路１０１は、図２７に示される制御情報１２４を読み込む。図２７は、制御情報１２４の内容を示す図である。制御情報１２４は、たとえば、制御回路１０１の記憶領域などに予め格納されている。図２７に示されるように、超音波センサ１００Ｆの動作モードの各々には、超音波センサ１００Ｆの検知距離に応じて圧電素子２００（図１参照）の制御条件が対応付けられている。
【０１４９】
ステップＳ４において、制御回路１０１は、超音波センサ１００Ｆの現在の動作モードに対応する制御条件を制御情報１２４から、取得する。
【０１５０】
ステップＳ１０において、制御回路１０１は、半導体素子１０７（図２参照）を駆動して経路１０９（図２参照）を非導通状態にする。
【０１５１】
ステップＳ１２Ａにおいて、制御回路１０１は、ステップＳ４で取得された制御条件に基づいて、圧電素子２００（図１参照）の送信用領域５０Ａに交流電圧を印加する。より具体的には、ステップＳ４で取得された制御条件には、圧電素子２００の駆動電圧と、圧電素子２００の駆動周波数とが規定されており、制御回路１０１は、当該駆動電圧および当該駆動周波数で圧電素子２００を駆動する。これにより、圧電素子２００の送信用領域５０Ａから超音波が発せられる。
【０１５２】
ステップＳ２０において、制御回路１０１は、送信用領域５０Ａに交流電圧を印加してから予め定められた時間（たとえば、数マイクロ秒〜数ミリ秒）が経過したか否かを判断する。制御回路１０１は、送信用領域５０Ａに交流電圧を印加してから予め定められた時間が経過したと判断した場合（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、制御をステップＳ２２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ２０においてＮＯ）、制御回路１０１は、ステップＳ２０の処理を再び実行する。
【０１５３】
ステップＳ２２において、制御回路１０１は、圧電素子２００の送信用領域５０Ａに対する交流電圧の印加を停止する。
【０１５４】
ステップＳ２３において、制御回路１０１は、ステップＳ４で取得された制御条件に基づいて、残響振動を抑制するか否かを判断する。より具体的には、ステップＳ４で取得された制御条件には、残響振動を抑制することを有効にするか否かを表わす抑制モードが規定されている。ステップＳ４で取得された制御条件に規定されている抑制モードがＯＮである場合には、制御回路１０１は、残響振動を抑制すると判断する。ステップＳ４で取得された制御条件に抑制モードがＯＦＦである場合には、制御回路１０１は、残響振動を抑制しない判断する。制御回路１０１は、残響振動を抑制すると判断した場合（ステップＳ２３においてＹＥＳ）、制御をステップＳ２４に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ２３においてＮＯ）、制御回路１０１は、制御をステップＳ３４Ａに切り替える。
【０１５５】
ステップＳ２４において、制御回路１０１は、半導体素子１０７を駆動して、経路１０９を非導通状態から導通状態に切り替える。これにより、残響振動に応じて出力される残響信号が圧電素子２００の受信用領域５０Ｂ（図２参照）から送信用電極１０（図２参照）にフィードバックされる。その結果、超音波センサ１００Ｆの残響振動が抑制される。
【０１５６】
ステップＳ３０Ａにおいて、制御回路１０１は、経路１０９を導通状態にしてから所定時間が経過したか否かを判断する。当該所定時間は、ステップＳ４で取得された制御条件に規定されている。すなわち、制御回路１０１は、ステップＳ４で取得された制御条件に規定されている時間だけ経路１０９を導通状態にする。制御回路１０１は、経路１０９を導通状態にしてから所定時間が経過したと判断した場合（ステップＳ３０ＡにおいてＹＥＳ）、制御をステップＳ３２に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ３０ＡにおいてＮＯ）、制御回路１０１は、ステップＳ３０Ａの処理を再び実行する。
【０１５７】
ステップＳ３２において、制御回路１０１は、半導体素子１０７を駆動して、経路１０９を導通状態から非導通状態に切り替える。
【０１５８】
ステップＳ３４Ａにおいて、制御回路１０１は、ステップＳ４で取得された制御条件に基づいて、圧電素子２００の受信用領域５０Ｂを制御する。ステップＳ４で取得された制御条件には、超音波を発してから反射波を受信するまでの待ち時間と、当該反射波を受けて出力される受信信号のゲインとが規定されている。制御回路１０１は、超音波を発してから当該待ち時間が経過するまでの間に受信した反射波を、当該ゲインに応じた電圧値として受信回路１１０（図１参照）に出力する。制御回路１０１は、超音波を発してから当該待ち時間が経過したことに基づいて、制御をステップＳ４０に切り替える。
【０１５９】
ステップＳ４０において、制御回路１０１は、超音波センサ１００Ｆの全ての動作モードについて本実施の形態に従う制御処理が実行されたか否かを判断する。制御回路１０１は、超音波センサ１００Ｆの全ての動作モードについて本実施の形態に従う制御処理が実行されたと判断した場合（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、本実施の形態に従う制御処理を終了する。そうでない場合には（ステップＳ４０においてＮＯ）、制御回路１０１は、制御をステップＳ５０に切り替える。
【０１６０】
ステップＳ５０において、制御回路１０１は、超音波センサ１００Ｆの動作モードを現在の動作モードから他の動作モードに切替える。ステップＳ４０，Ｓ５０の処理により、図２６に示される処理は、超音波センサ１００Ｆの動作モードの数だけ繰り返される。
【０１６１】
［小括］
以上のようにして、超音波センサ１００Ｆは、検知距離が互いに異なる複数の動作モードを順に切り替え、現在の動作モードに応じた制御条件で圧電素子２００を制御する。これにより、検知可能な距離の範囲が広くなる。また、超音波センサ１００Ｆは、あらゆる場所にある物体を検知することが可能になる。
【０１６２】
＜第８の実施の形態＞
［概要］
第８の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｇの概要を説明する。第８の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｇは、少なくとも、近距離を検知するための動作モード（第１動作モード）（以下、「近距離モード」ともいう。）と、遠距離を検知するための動作モード（第２動作モード）（以下、「遠距離モード」ともいう。）とを有する点で、第７の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｆとは異なる。
【０１６３】
検知対象の物体が超音波センサ１００Ｇから離れている場合には、残響振動は自然に収まる。そのため、検知対象の物体が超音波センサ１００Ｇから離れている場合には、残響振動が抑制される必要がない。この点に着目して、超音波センサ１００Ｇは、動作モードが遠距離モードである場合に残響信号を抑制する処理を実行しない。すなわち、この場合には、残響信号を抑制する処理が停止される。これにより、超音波センサ１００Ｇの消費電力が抑制される。
【０１６４】
なお、ハードウェア構成などのその他の点については上述の通りであるので、それらの説明を繰り返さない。
【０１６５】
［超音波センサ１００Ｇの制御構造］
図２８を参照して、第８の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｇについて説明する。図２８は、第８の実施の形態に従う超音波センサ１００Ｇが実行する処理の一部を表わすフローチャートである。図２８の処理は、超音波センサ１００Ｇを制御するための制御回路１０１（図１参照）がプログラムを実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、ＣＰＵ、その他のハードウェアによって実行されてもよい。
【０１６６】
なお、ステップＳ２３Ａ以外の処理は図３で説明した通りであるので、以下ではそれらの説明については繰り返さない。
【０１６７】
ステップＳ２３Ａにおいて、制御回路１０１は、超音波センサ１００Ｇの動作モードが近距離モードであるか否かを判断する。超音波センサ１００Ｇの動作モードは、たとえばユーザーによって任意に設定される。制御回路１０１は、超音波センサ１００Ｇの動作モードが近距離モードであると判断した場合（ステップＳ２３ＡにおいてＹＥＳ）、制御をステップＳ２４に切り替える。そうでない場合には（ステップＳ２３ＡにおいてＮＯ）、制御回路１０１は、制御をステップＳ３４に切り替える。
【０１６８】
ステップＳ２３Ａの処理により、超音波センサ１００Ｇの動作モードが近距離モードである場合には、制御回路１０１は、残響振動を抑制するためのステップＳ２４〜Ｓ３２の処理を実行する。すなわち、この場合には、制御回路１０１は、残響信号を圧電素子２００（図１参照）の送信用電極１０にフィードバックする処理を実行する。超音波センサ１００Ｇの動作モードが遠距離モードである場合には、制御回路１０１は、残響振動を抑制するためのステップＳ２４〜Ｓ３２の処理を実行しない。すなわち、この場合には、制御回路１０１は、残響信号を圧電素子２００の送信用電極１０にフィードバックする処理が停止される。
【０１６９】
［小括］
以上のようにして、本実施の形態に従う超音波センサ１００Ｇは、動作モードが遠距離モードである場合には、残響振動を抑制するための処理を実行しない。これにより、これにより、超音波センサ１００Ｇの消費電力が抑制される。
【０１７０】
以上、本発明に基づいた各実施の形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１７１】
１０  送信用電極、１０Ｘ  送受用電極、１１，３１  側壁部、１２，３２  上面部、１３，１４，３３  中間部、１３Ｈ，１４Ｈ，３２Ｈ，３３Ｈ  くり抜き部、１３Ｔ，１４Ｔ，３２Ｔ，３３Ｔ  部、２０  受信用電極、２０Ｘ  モニタ用電極、２１  円盤部、２２  延出部、３０，３０Ｘ  共通電極、３２Ｆ  後退部、３４  下面部、５０，５０Ｘ  圧電体、５０Ａ  送信用領域、５０Ｂ  受信用領域、５１  上面、５２〜５５  側面、５６  下面、１００，１００Ａ〜１００Ｃ，１００Ｘ〜１００Ｚ  超音波センサ、１０１，ＣＬＫ  制御回路、１０２  メモリ、１０４  信号生成回路、１０５  電源、１０６  昇圧トランス、１０７，１２０，１２２，Ｍ１  半導体素子、１０８，１２１Ａ〜１２１Ｃ，１２３Ａ〜１２３Ｃ  増幅器、１０９，１１４，１２６，１２７  経路、１１０  受信回路、１１１  位相調整器、１１３  バッファ回路、１１５，Ｃ１〜Ｃ４  寄生容量、１２４  制御情報、１４０  フィルタ回路、１４１，１７１，１８３  オペアンプ、１４３，１８４，１８５  抵抗、１４５，１８１  コンデンサ、１６０  保護回路、１６１，１６３，１９１，１９２  ダイオード、１７０  ボルテージフォロア回路、１８０  回路、２００，２００Ｘ  圧電素子、３０１，３０３，３０５，３０７，３０９，３１１，３１３，３２１  点線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年12月7日(2016.12.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２４】
図２０の回路例（Ａ）に示されるように、超音波センサ１００Ｙは、フィルタ回路１４０（図１９参照）の代わりに、ボルテージフォロア回路１７０を備える。ボルテージフォロア回路１７０は、オペアンプ１７１を含む。超音波センサ１００Ｙの寄生容量１１５にノイズ信号が流れた場合、当該ノイズ信号は、オペアンプ１７１の非反転入力端子に直接流れる。このノイズ信号が原因となり、超音波センサ１００Ｙは、異常発振してしまう可能性がある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３１】
図２１のグラフ（Ｂ３）には、寄生容量１１５を５０ｐＦと仮定し、コンデンサ１４５の容量を１００ｐＦと仮定した場合における超音波センサ１００Ｃの出力波形が示されている。グラフ（Ｂ３）に示されるように、残響振動を抑制している時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間に、寄生容量１１５からのノイズ信号が出力波形として現れていない（点線３１５参照）。そのため、超音波センサ１００Ｃは、時刻Ｔ３以降において異常発振せずに、時刻Ｔ４に受信された反射波を検出することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１７１】
１０  送信用電極、１０Ｘ  送受用電極、１１，３１  側壁部、１２，３２  上面部、１３，１４，３３  中間部、１３Ｈ，１４Ｈ，３２Ｈ，３３Ｈ  くり抜き部、１３Ｔ，１４Ｔ，３２Ｔ，３３Ｔ  切り欠き部、２０  受信用電極、２０Ｘ  モニタ用電極、２１  円盤部、２２  延出部、３０，３０Ｘ  共通電極、３２Ｆ  後退部、３４  下面部、５０，５０Ｘ  圧電体、５０Ａ  送信用領域、５０Ｂ  受信用領域、５１  上面、５２〜５５  側面、５６  下面、１００，１００Ａ〜１００Ｃ，１００Ｘ〜１００Ｚ  超音波センサ、１０１，ＣＬＫ  制御回路、１０２  メモリ、１０４  信号生成回路、１０５  電源、１０６  昇圧トランス、１０７，１２０，１２２，Ｍ１  半導体素子、１０８，１２１Ａ〜１２１Ｃ，１２３Ａ〜１２３Ｃ  増幅器、１０９，１１４，１２６，１２７  経路、１１０  受信回路、１１１  位相調整器、１１３  バッファ回路、１１５，Ｃ１〜Ｃ４  寄生容量、１２４  制御情報、１４０  フィルタ回路、１４１，１７１，１８３  オペアンプ、１４３，１８４，１８５  抵抗、１４５，１８１  コンデンサ、１６０  保護回路、１６１，１６３，１９１，１９２  ダイオード、１７０  ボルテージフォロア回路、１８０  反転増幅回路、２００，２００Ｘ  圧電素子、３０１，３０３，３０５，３０７，３０９，３１１，３１３，３２１  点線。
【国際調査報告】
2016167003.tif 000031
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