CN108405291A - 换能器以及换能器阵列 - Google Patents
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Abstract
一种换能器以及换能器阵列，实施方式所涉及的换能器包含第1电极、第2电极、第3电极、第1压电部以及第2压电部。在上述第2电极上连接有电阻以及电感器。上述第3电极设置在上述第1电极与上述第2电极之间。上述第1压电部设置在上述第1电极与上述第3电极之间。上述第2压电部设置在上述第2电极与上述第3电极之间。上述第1压电部以及上述第2压电部的机械第1共振频率、与包含上述第2电极和上述第3电极之间的静电电容、上述电感器以及上述电阻的并联共振电路的第2共振频率之差的绝对值相对于上述第1共振频率之比为0.29以下。
Description
本申请以日本专利申请2017-023274(申请日2017年2月10日)为基础，并从该申请享有优先权的利益。本申请通过参照上述优先权申请而包含上述优先权申请的全部内容。
技术领域
本发明的实施方式涉及换能器以及换能器阵列。
背景技术
对于使用了压电体的换能器，期望实现宽频带化。
发明内容
本发明的实施方式提供能够加宽带宽的换能器以及换能器阵列。
根据本发明的实施方式，换能器包含第1电极、第2电极、第3电极、第1压电部以及第2压电部。在上述第2电极上连接有电阻以及电感器。上述第3电极设置在上述第1电极与上述第2电极之间。上述第1压电部设置在上述第1电极与上述第3电极之间。上述第2压电部设置在上述第2电极与上述第3电极之间。上述第1压电部以及上述第2压电部的机械第1共振频率、与包含上述第2电极和上述第3电极之间的静电电容、上述电感器以及上述电阻的并联共振电路的第2共振频率之差的绝对值相对于上述第1共振频率之比为0.29以下。
根据上述结构的换能器，能够加宽带宽。
附图说明
图1是例示出第1实施方式所涉及的换能器的剖视图。
图2是表示第1实施方式所涉及的换能器的一部分的剖视图。
图3是表示参考例所涉及的换能器的剖视图。
图4中，(a)是参考例所涉及的换能器的发送时的等价电路，(b)是参考例所涉及的换能器的接收时的等价电路。
图5中，(a)是第1实施方式所涉及的换能器的发送时的等价电路，(b)是对(a)进行变形而得到的第1实施方式所涉及的换能器的发送时的等价电路。
图6是表示LCR并联共振电路的电路图。
图7是示出参考例所涉及的换能器的特性的曲线图。
图8是示出第1实施方式所涉及的换能器的特性的曲线图。
图9是示出第1实施方式所涉及的换能器的其他特性的曲线图。
图10是示出第1实施方式所涉及的换能器的其他特性的曲线图。
图11是示出第1实施方式所涉及的换能器的其他特性的曲线图。
图12是例示出第2实施方式所涉及的换能器阵列的剖视图。
图13是例示出第3实施方式所涉及的换能器的剖视图。
图14是例示出第4实施方式所涉及的换能器阵列的剖视图。
图15中，(a)是例示出第5实施方式所涉及的检查装置的剖视图，(b)是例示出第5实施方式所涉及的检查装置的俯视图，(c)是将第5实施方式所涉及的检查装置所包含的换能器阵列放大后的俯视图。
标记说明
1、1a、3：换能器；2、4：换能器阵列；5：检查装置；11：第1电极；12：第2电极；13：第3电极；21：第1压电部；22：第2压电部；30：保持部；31：基体；40：发送电路；41：电阻；42：电感器；51：第1半导体部；52：第2半导体部；53：绝缘部；61：发送模块；62：接收模块；63：辊；64：纸；65：辅助电极；66：接触电极；L1～L6：长度；SP：空间；V：弯曲振子。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的各实施方式进行说明。
附图只是示意性的或者概念性的图，各部分的厚度和宽度之间的关系、各部分间的大小的比率等未必与实际的部件相同。即便在表示同一部分的情况下，也存在根据附图而使相互的尺寸或比率不同来进行表示的情况。
在本申请说明书和各图中，对于与在已经出现过的图中已经叙述过了的要素同样的要素，标注相同的标记并适当省略详细的说明。
(第1实施方式)
图1是例示出第1实施方式所涉及的换能器的剖视图。
如图1所表示的那样，第1实施方式所涉及的换能器1包含第1电极11、第2电极12、第3电极13、第1压电部21、第2压电部22、保持部30、基体31、电阻41以及电感器42。
第1电极11和第2电极12在从第2电极12朝向第1电极11的第1方向上离开。第1方向例如是图1所表示的Z方向。第3电极13设置在第1电极11和第2电极12之间。
第1电极11例如如图1所表示的那样与发送电路40连接。第1电极11也可以代替与发送电路40连接而与接收电路连接。第3电极13与地连接。在第2电极12连接有电阻41和电感器42。第1压电部21设置在第1电极11与第3电极13之间。第2压电部22设置在第2电极12与第3电极13之间。利用第1电极11、第2电极12、第3电极13、第1压电部21以及第2压电部22构成弯曲振子V。
第1压电部21以及第2压电部22的机械第1共振频率、与包含第2电极12和第3电极13之间的静电电容、电感器42以及电阻41的并联共振电路的第2共振频率之差的绝对值相对于第1共振频率之比被设定为0.29以下。
根据本实施方式，能够加宽换能器1的带宽。
以下，对第1实施方式所涉及的换能器1更具体地进行说明。
第1压电部21的一部分与第1电极11以及第3电极13中的至少任一个在第1方向不重叠。第2压电部22的一部分与第2电极12以及第3电极13中的至少任一个在第1方向不重叠。也可以为，第1压电部21和第2压电部22形成为一体，在其中设置有第3电极13。
第2压电部22的外缘在第1方向上与保持部30重叠。保持部30例如沿着第2压电部22的外缘设置。沿着第2压电部22的外缘可以设置有多个保持部30。保持部30可以与第2压电部22设置成一体，也可以相独立地设置。
保持部30在第1方向上与基体31重叠。保持部30在第1方向上位于基体31与第2压电部22之间。弯曲振子V经由保持部30而被保持于基体31。电阻41以及电感器42也可以设置在基体31上。
第2电极12位于第2压电部22与保持部30之间。在第2电极12与基体31之间形成有空间SP。第2电极12、第2压电部22、保持部30以及基体31设置在空间SP的周围。
图2是表示第1实施方式所涉及的换能器的一部分的剖视图。
如图2所表示的那样，与第1方向交叉的第2方向上的第1电极11的长度L1、第2方向上的第2电极12的长度L2以及第2方向上的第3电极13的长度L3中的至少任一个为第2方向上的第1压电部21的长度L4以下、且为第2方向上的第2压电部22的长度L5以下。在图1所表示的例子中，长度L3比长度L1长、也比长度L2长。在图2所表示的例子中，长度L4和长度L5相等，但二者的长度也可以不同。空间SP的第2方向上的长度L6例如比长度L1、长度L2以及长度L3的各个长。长度L6也是保持部30彼此之间在第2方向上的距离。
第1电极11、第2电极12以及第3电极13例如包含铜、铝以及镍等金属材料。第1压电部21、第2压电部22以及保持部30例如形成为一体，包含氧化钛或者氧化钡等压电材料。第1压电部21以及第2压电部22例如呈圆板状。基体31包含金属材料、半导体材料以及绝缘材料中的至少任一种。基体31只要能够保持弯曲振子V，则基体31的形状或材料等能够适当变更。基体31例如是硅基板或者印刷基板。
在利用换能器1发送声波的情况下，利用发送电路40对第1电极11施加交流电压。根据第1电极11与第3电极13之间的电场而第1压电部21变形，由此，换能器1振动，在图1所表示的Z方向放射声波。
在利用换能器1接收声波的情况下，换能器1借助所接收到的声波而振动，由此在第1电极11与第3电极13之间产生电压。通过利用与第1电极11连接的未图示的接收电路测定该电压，能够检测声波。
换能器1尤其优选使用于超声波的发送以及接收。
第2电极12和第3电极13在第1方向上隔着第2压电部22重叠。因而，在第2电极12与第3电极13之间存在静电电容。在换能器1中，利用该静电电容、电阻41以及电感器42构成并联共振电路。
在换能器1发送声波时，弯曲振子V的共振频率附近的机械能借助第2压电部22的压电效应而被转换成电能。另一方面，并联共振电路在该共振频率处阻抗与电阻相等。因此，并联共振电路在换能器1的弯曲振子V的共振频率附近作为电阻工作。结果，借助第2压电部22的压电效应而转换出的电能在电阻41被消耗。因而，产生振动的机械能的损失而振动衰减，换能器1实现宽频带化。
以下，参照参考例所涉及的换能器对第1实施方式所涉及的换能器的功能更具体地进行说明。
图3是表示参考例所涉及的换能器的剖视图。
图4的(a)是参考例所涉及的换能器的发送时的等价电路。图4的(b)是参考例所涉及的换能器的接收时的等价电路。
图5的(a)是第1实施方式所涉及的换能器的发送时的等价电路。图5的(b)是对图5的(a)进行变形而得到的第1实施方式所涉及的换能器的发送时的等价电路。
对于图3所表示的参考例所涉及的换能器1a，与第1实施方式所涉及的换能器1相比较，不包含第2电极12、电阻41以及电感器42。在图4的(a)、图4的(b)、图5的(a)以及图5的(b)中，V是电压、I是电流。F以及v分别是弯曲振子V对介质(例如空气)施加的力和速度。C0是第1压电部21以及第2压电部22的静电电容。me、ke以及re分别是弯曲振子V的等价质量、等价弹簧常数、以及等价衰减常数。ra是空气的声负载。η是表示压电效应的变性比。
若将发送声压设为Pt、将沿着与第1方向垂直的面的弯曲振子V的面积设为S，则F＝Pt·S。此外，若将发送电压设为Vt，则发送灵敏度用以下的式(1)表示。
在式(1)中，ω为角频率，ωr为共振角频率。ωr用以下的式(2)表示。
在式(1)中，ζa以及ζea是被称为衰减比的常数。ζa以及ζea分别用以下的式(3)和式(4)表示。
在图4的(b)所表示的接收时的等价电路中，若将开路端(I＝0)的情况下的接收电压设为Vr、将接收声压设为Pr，则Fr＝Pr·S，接收灵敏度用以下的式(5)表示。
ωa为反共振频率。此外，关于k’e、ωa、以及ζ’ea，以下的式(6)～式(8)成立。
ke'＝ke+η2/C0 (6)
发送接收灵敏度由式(1)和式(5)的积得到。此处，若设则 此时，根据式(1)和式(5)可知，频率的分布(频带宽度)由衰减比ζea决定。
一般的，包含使用了压电体的弯曲振子的换能器为窄带域。这是因为介质(例如空气)的声负载ra小，衰减比ζea小。
在图5的(a)以及图5的(b)中，标注了上标文字u的值与第1压电部21有关，标注了上标文字l的值与第2压电部22有关。ZL为相对于所附加的电感L与电阻R的并联的阻抗。对于图5的(a)的等价电路，若使下侧的电气侧的电路元件移动至机械侧的电路，则能够变形成图5的(b)所示的等价电路。
对图5的(b)与图4的(a)的等价电路进行比较可知：图5的(b)的等价电路是在图4的(b)的等价电路的机械侧并联连接电容C0的电容器和阻抗ZL，使其阻抗变为ηl2倍，并插入至机械侧的电路而得的。该变为ηl2倍后的机械侧的量被称为机械阻抗。
图6是表示LCR并联共振电路的电路图。
图6所表示的LCR并联共振电路的阻抗Z用以下的式(9)表示。
对于式(9)中的阻抗Z，在以下的式(10)所表示的共振角频率时，Z＝R。
因而，通过对电感L进行设定以使得ω0与ωr一致，在弯曲振子V的机械共振频率附近，LCR并联共振电路的阻抗Z成为R。进而，与之对应的机械阻抗为ηl2·R。这意味着：衰减比ζea增加了用以下的式(11)表示的量。
包含弯曲振子V的换能器为窄带域是因为衰减比ζea小。式(11)示出：通过增大衰减比ζea，能够实现宽频带化。此外，LCR并联共振电路作为电阻动作的带宽用以下的式(12)表示。
发明者经过研究，结果发现：在进行设定以使得ω0与ωr一致的情况下，根据式(10)以及式(11)，电感L和电阻R相对于弯曲振子V的依赖性能够用以下的式(13)以及式(14)表示。
R∝ζR (14)
即，为了实现宽频带化而需要的电感L的值仅依赖于弯曲振子V的共振频率，只要共振频率相同即可，并不依赖于弯曲振子V的大小。为了实现宽频带化而需要的电阻R的值不依赖于共振频率，而仅依赖于所期望的衰减比。根据上述结果以及式(12)，LCR并联共振电路作为电阻工作的带宽能够用以下的式(15)表示。
即，可知：LCR并联共振电路作为电阻工作的带宽与电阻R同样不依赖于共振频率，而仅依赖于所期望的衰减比。根据式(14)以及式(15)可知：若为了实现宽频带化而增大电阻R、增大衰减比ζR，则LCR并联共振电路作为电阻R工作的带宽Δf/fr变窄。因而，可知：电阻R存在优选范围。
在将上述的技术构思应用于典型的压电型的空中超声波用换能器的情况下，电感L和电阻R如下。空中超声波的频率范围为100千赫兹(kHz)以上1兆赫兹(MHz)以下。电感L仅基于共振频率决定，为1.2毫亨(mH)以上12mH以下。
图7是示出参考例所涉及的换能器的特性的曲线图。
图8是示出第1实施方式所涉及的换能器的特性的曲线图。
图7的(a)是表示发送接收灵敏度的频率特性的模拟结果。图7的(b)表示施加脉冲电压而发送声波，在接收到其反射波时的电压波形。图8的(a)是表示衰减比ζR为0.1的情况下的发送接收灵敏度的频率特性的模拟结果，图8的(b)是表示衰减比ζR为0.5的情况下的发送接收灵敏度的频率特性的模拟结果。在图7的(a)、图8的(a)以及图8的(b)中，表示使共振频率为300kHz、使图2所表示的长度L6在100～1000μm变化时的结果。
如图7的(a)所表示的那样，在参考例所涉及的换能器1a中，在共振频率下发送接收灵敏度高，但若从共振频率脱离则发送接收灵敏度急剧降低。在使用具有这样的频率分布的换能器进行声波的发送接收的情况下，如图7的(b)所表示的那样，脉冲长度变长。若脉冲长度变长，则会产生距离方向上的分辨率降低、或者难以进行多重反射和信号的分离等课题。
根据图7的(a)与图8的(a)的比较可知：本实施方式所涉及的换能器1相比参考例所涉及的换能器1a为宽频带化。另一方面，如图8的(b)所表示的那样，在衰减比ζR为0.5的情况下，灵敏度的频率分布具有双峰性，并不期望这种现象。图8的(b)所表示的两个峰值与前述的共振频率和反共振频率对应。
图9是示出第1实施方式所涉及的换能器的其他特性的曲线图。
图9的(a)示出带宽Δf/fr相对于衰减比ζR(电阻R)的依赖性，图9的(b)示出Vmin/Vmax相对于衰减比ζR(电阻R)的依赖性。Vmin/Vmax表示双峰性的程度。
图9的(c)中示出带宽Δf/fr、Vmin以及Vmax的定义。即，Vmax是两个峰值中的较高一方的值，Vmin是两个峰值之间的波谷的值。Δf/fr表示－6dB的带宽，用Δf/fr＝(f2－f1)/fr表示。
从图9的(a)可知：带宽Δf/fr随着ζR的增加而变宽，若ζR超过0.1则缓慢地减小。从图9的(b)可知：若ζR超过0.08则表现出双峰性，且急剧变大。若双峰性变得显著则难以实现宽频带化。
根据图9的(a)，若ζR为0.04，则与ζR为0时相比，Δf/fr变为2倍以上，能够得到显著的效果。与ζR＝0.04相当的电阻值R为16kΩ。最佳值是带宽Δf/fr最大、且双峰性并不显著的ζR＝0.1。与ζR＝0.1相当的电阻值R为39kΩ。根据上述结果可知：期望电阻值R为39kΩ以下。另外，虽然上述图表示共振频率为300kHz的情况下的特性，但如前面所述，该结果并不依赖于共振频率。
图10是示出第1实施方式所涉及的换能器的其他特性的曲线图。
图8的(a)、图8的(b)、图9的(a)以及图9的(b)表示弯曲振子V(第1压电部21以及第2压电部22)的第1共振频率fr与LCR并联共振电路的第2共振频率f0一致的情况下的特性。图10的(a)示出fr与f0不一致的情况下的带宽Δf/fr。如图10的(a)所表示的那样，在fr与f0不一致的情况下，带宽降低。并且可知：ζR越大则带宽的降低量越大。
图10的(b)是将带宽fr＝f0的情况下的成为1/2(－6dB)的|1－f0/fr|相对于衰减比ζR描点而得的图。在图10的(b)中，实线是f0比fr小的情况，虚线是f0比fr大的情况。根据图10的(b)可知：在与参考例所涉及的换能器1a相比能够起到2倍以上的效果的ζR＝0.04处，通过将LCR并联共振电路的共振频率设定为弯曲振子V的共振频率的29％以内，能够将带宽的降低抑制为1/2。即，优选第1共振频率fr与第2共振频率f0之差的绝对值相对于第1共振频率fr之比为0.29以下。并且可知：对于能够最大程度地宽频带化的ζR＝0.1，通过将LCR并联共振电路的共振频率设定为弯曲振子V的共振频率的1.7％以内，能够将带宽的降低抑制为1/2。即，进一步优选第1共振频率fr与第2共振频率f0之差的绝对值相对于第1共振频率fr之比为0.017以下。对于LCR并联共振电路的共振频率，若换能器已确定，则能够由附加的线圈的电感L决定。
图11是示出第1实施方式所涉及的换能器的其他特性的曲线图。
图11是基于图10的(a)以及图10的(b)所表示的数据，将带宽Δf/fr相对于带宽成为fr＝f0的情况下的1/2(－6dB)的|1－f0/fr|进行描点而得的图。
在图11中，沿横向延伸的实线示出ζR＝0的情况下的(参考例所涉及的换能器1a)的数据。
从图11可知：若|1－f0/fr|变小，则带宽Δf/fr变大。从图11可知：若|1－f0/fr|为0.29以下，则与参考例所涉及的换能器1a相比，能够增大带宽Δf/fr。即，通过使第1共振频率fr与第2共振频率f0之差的绝对值相对于第1共振频率fr之比为0.29以下，与参考例所涉及的换能器1a相比，能够增大带宽Δf/fr。
如上，根据本实施方式，根据包含电阻41、电感器42以及第2电极12与第3电极13之间的电容器的LCR并联共振电路以及第2压电部22的压电效应，共振点附近的振动的机械能被转换成电能。进而，转换后的电能由电阻41消耗，由此，产生振动的机械能的损失，振动被衰减，能够实现宽带域的换能器1。
并且，本发明者发现：如上所述，在换能器1中，当电阻41的电阻值为39kΩ以下、电感器42的电感为1.2mH以上12mH以下的情况下，能够得到更优选的特性。
(第2实施方式)
图12是例示出第2实施方式所涉及的换能器阵列的剖视图。
如图12所表示的那样，换能器阵列2包含多个第1电极11、多个第2电极12、多个第3电极13、多个第1压电部21、多个第2压电部22、保持部30、电阻41以及电感器42。即，换能器阵列2包含多个换能器1。
第1电极11、第2电极12、第3电极13、第1压电部21以及第2压电部22分别在与第1方向交叉的第2方向上设置有多个。此外，第1电极11、第2电极12以及第3电极13也可以分别在第3方向上设置有多个。第3方向与第1方向以及第2方向交叉，例如是图12所表示的Y方向。
多个第1压电部21分别在第1方向上设置在多个第1电极11与多个第3电极13之间。多个第2压电部22分别在第1方向上设置在多个第2电极12与多个第3电极13之间。多个第1压电部21以及多个第2压电部22可以设置成一体，也可以相独立地设置。电阻41以及电感器42与多个第2电极12连接。发送电路40或者未图示的接收电路与多个第1电极11连接。
此处，将图1所表示的第1实施方式所涉及的换能器1的电阻41的电阻值设为R、将电感器42的电感设为L，将图12所表示的第2实施方式所涉及的换能器阵列2的电阻41的电阻值设为R’、将电感器42的电感设为L’。为了使换能器阵列2所包含的各个弯曲振子V在与第1实施方式所涉及的换能器1所包含的弯曲振子V同样的条件下动作，L’＝L/2、R’＝R/2。
同样，在N个弯曲振子电并联连接的情况下，所需要的电感和电阻的值为第1实施方式的1/N。例如，在换能器的共振频率为300kHz、大小为3mm×3mm，在换能器包含直径3mm的1个弯曲振子V的情况下，所需要的电感L的值为4mH。另一方面，在弯曲振子V的直径为0.5mm的情况下，换能器能够保持36个弯曲振子。在该情况下，所需要的电感L的值为110μH。
具有mH级别的电感的电感器大、成本高，会招致电路基板的大型化以及高成本化。但是，具有μH级别的电感的电感器小、廉价，因此能够使电路基板小型化以及低成本化。因而，优选使用多个弯曲振子V来构成换能器。
(第3实施方式)
图13是例示出第3实施方式所涉及的换能器的剖视图。
如图13所表示的那样，换能器3包含第1电极11、第2电极12、第3电极13、第1压电部21、保持部30、电阻41、电感器42、第1半导体部51、第2半导体部52以及绝缘部53。
第2电极12在第2方向和第3方向上从第1电极11离开。第2电极12沿着第2方向以及第3方向设置在第1电极11的周围。第3电极13在第1方向上从第1电极11以及第2电极12离开。第1压电部21在第1方向上设置在第1电极11与第3电极13之间以及第2电极12与第3电极13之间。
第1半导体部51以及第2半导体部52包含硅等半导体材料。绝缘部53包含氧化硅等绝缘材料。代替第1半导体部51，也可以设置具有弹性的其他部件。代替第2半导体部52以及绝缘部53，也可以设置保持第1半导体部51的外缘的其他部件。
在换能器3中，利用第1电极11、第3电极13以及这些电极之间的第1压电部21进行声波的发送接收，利用第2电极12、第3电极13以及这些电极之间的第1压电部21进行振动的衰减。
本实施方式所涉及的换能器3也可以并不像第1实施方式所涉及的换能器1那样通过层叠多个压电部来形成。本实施方式所涉及的换能器3例如能够使用压电薄膜形成技术和MEMS技术制作。这种构造被称为pMUT(piezoelectric micro-machined ultrasonictransducer，压电微机械加工超声波换能器)。在使用SOI基板制作换能器3的情况下，第1半导体部51是Si层，第2半导体部52是Si基板，绝缘部53是氧化硅层。空间SP通过针对Si基板的反应性离子蚀刻而形成。
(第4实施方式)
图14是例示出第4实施方式所涉及的换能器阵列的剖视图。
如图14所表示的那样，换能器阵列4包含多个第1电极11、多个第2电极12、多个第3电极13、第1压电部21、电阻41、电感器42、第1半导体部51、第2半导体部52以及绝缘部53。即，换能器阵列4包含多个换能器3。
第1电极11、第2电极12以及第3电极13分别在与第1方向交叉的第2方向上设置有多个。此外，第1电极11、第2电极12以及第3电极13也可以分别在第3方向上设置有多个。多个第2电极12分别沿着第2方向以及第3方向设置在多个第1电极11的周围。多个第1压电部21分别在第1方向上设置在多个第1电极11与多个第3电极13之间以及多个第2电极12与多个第3电极13之间。电阻41以及电感器42与多个第2电极12连接。发送电路40或者未图示的接收电路与多个第1电极11连接。
根据本实施方式，与第2实施方式同样，能够减小为了获得所期望的特性而需要的电感器42的电感。
(第5实施方式)
图15的(a)是例示出第5实施方式所涉及的检查装置的剖视图。图15的(b)是例示出第5实施方式所涉及的检查装置的俯视图。图15的(c)是将第5实施方式所涉及的检查装置所包含的换能器阵列放大后的俯视图。
本实施方式所涉及的检查装置5如图15的(a)以及图15的(b)所表示的那样包含发送模块61、接收模块62以及辊63。检查装置5例如用于进行纸张类的检查，利用超声波来检查由辊63输送的纸64的厚度。
发送模块61和接收模块62在第1方向上离开。辊63将纸64沿第2方向输送以使得纸64在发送模块61与接收模块62之间通过。若对发送模块61施加电压，则从发送模块61朝接收模块62放射超声波。所放射的超声波穿过纸，并由接收模块62接收。若纸64的厚度变厚，则通过纸64时的超声波的衰减变大，接收模块62中的接收信号的强度降低。因而，能够基于接收信号的强度来确认纸64的厚度。
如图15的(a)以及图15的(c)所表示的那样，发送模块61以及接收模块62例如包含多个换能器阵列2。代替换能器阵列2，也可以设置其他实施方式所涉及的换能器或者换能器阵列。通过在发送模块61以及接收模块62设置多个换能器阵列2，能够也检查第2方向以及第3方向上的纸64的厚度的分布。
如图15的(c)所表示的那样，换能器阵列2包含沿第2方向以及第3方向排列的多个弯曲振子V。在弯曲振子V彼此之间设置有辅助电极65。换能器阵列2所包含的多个第1电极11以及多个第2电极12中的一方经由辅助电极65以及接触电极66而与发送电路、接收电路以及LR并联共振电路中的任一个连接。多个第1电极11以及多个第2电极12中的另一方经由未图示的电极而与发送电路、接收电路以及LR并联共振电路中另外的任一个连接。
此处，将纸64的输送速度设为v，假设沿着纸64的输送方向以间隔δx检查纸64的厚度的分布。在该情况下，需要以时间间隔δt＝δx/v来进行超声波脉冲的发送接收。随着减小测定间隔δx，时间间隔δt变小。因此，若换能器阵列2为窄带域、脉冲长度长，则在时间δt脉冲并不稳定。因而，为了减小测定间隔δx，优选使用宽带域且脉冲长度更短的换能器。即，通过在检查装置5中使用实施方式所涉及的换能器或者换能器阵列，能够提高检查速度。
实施方式也可以包含以下的技术方案。
(技术方案1)
一种换能器，其中，具备：
第1电极；
与电阻以及电感器连接的第2电极；
设置在上述第1电极与上述第2电极之间的第3电极；
设置在上述第1电极与上述第3电极之间的第1压电部；以及
设置在上述第2电极与上述第3电极之间的第2压电部，
上述第1压电部以及上述第2压电部的机械第1共振频率、与包含上述第2电极和上述第3电极之间的静电电容、上述电感器以及上述电阻的并联共振电路的第2共振频率之差的绝对值相对于上述第1共振频率之比为0.29以下。
(技术方案2)
根据技术方案1所述的换能器，其中，上述第1压电部的一部分在从上述第1电极朝向上述第2电极的第1方向上与上述第1电极以及上述第2电极中的至少任一个不重叠。
(技术方案3)
根据技术方案1或2所述的换能器，其中，上述第2压电部的一部分在从上述第1电极朝向上述第2电极的第1方向上与上述第3电极不重叠。
(技术方案4)
根据技术方案2或3所述的换能器，其中，与上述第1方向交叉的第2方向上的上述第3电极的长度比上述第2方向上的上述第1电极的长度长。
(技术方案5)
根据技术方案4所述的换能器，其中，上述第2方向上的上述第3电极的上述长度比上述第2方向上的上述第2电极的长度长。
(技术方案6)
根据技术方案1～5中任一项所述的换能器，其中，上述第1共振频率与上述第2共振频率之差的绝对值相对于上述第1共振频率之比为0.017以下。
(技术方案7)
根据技术方案1～6中任一项所述的换能器，其中，上述电感器为1.2毫亨以上12毫亨以下，
上述电阻为39千欧以下。
(技术方案8)
一种换能器，其中，具备：
第1电极；
在第2方向上从上述第1电极离开，且与电阻以及电感器连接的第2电极；
在与上述第2方向交叉的第1方向上从上述第1电极以及上述第2电极离开的第3电极；以及
在上述第1方向上设置在上述第1电极与上述第3电极之间以及上述第2电极与上述第3电极之间的第1压电部，
上述第1压电部以及上述第2压电部的机械第1共振频率、与包含上述第2电极和上述第3电极之间的静电电容、上述电感器以及上述电阻的并联共振电路的第2共振频率之差的绝对值相对于上述第1共振频率之比为0.29以下。
(技术方案9)
根据技术方案8所述的换能器，其中，上述第2电极沿着上述第2方向和与上述第1方向以及上述第2方向交叉的第3方向设置在上述第1电极的周围。
(技术方案10)
根据技术方案8或9所述的换能器，其中，
还具备第1半导体部，
上述第3电极在上述第1方向上设置在上述第1压电部与上述第1半导体部之间。
(技术方案11)
根据技术方案9所述的换能器，其中，
还具备：
在上述第1方向上与上述第1半导体部的外周重叠的第1绝缘部；以及
在上述第1方向上与上述第1绝缘部重叠的第2半导体部。
(技术方案12)
根据技术方案11所述的换能器，其中，
上述第1半导体部以及上述第2半导体部包含硅，
上述第1绝缘部包含氧化硅。
(技术方案13)
根据技术方案8～12中任一项所述的换能器，其中，
上述第1共振频率与上述第2共振频率之差的绝对值相对于上述第1共振频率之比为0.017以下。
(技术方案14)
根据技术方案8～13中任一项所述的换能器，其中，
上述电感器为1.2毫亨以上12毫亨以下，
上述电阻为39千欧以下。
(技术方案15)
一种换能器阵列，其中，
具备N个技术方案1～14中任一项所述的上述换能器，
在上述多个第2电极上连接有共用的电感器以及电阻，
上述电感器的电感为1.2/N毫亨以上、12/N毫亨以下，
上述电阻的电阻值为39/N千欧以下。
另外，在本申请说明书中，“垂直”以及“平行”不仅包含严格的垂直以及严格的平行，例如也包含制造工序中的偏差等，只要实质上垂直以及实质上平行即可。
以上，参照具体例对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明的实施方式并不限定于上述的具体例。例如，关于换能器1以及3所包含的第1电极11、第2电极12、第3电极13、第1压电部21、第2压电部22、保持部30、基体31、发送电路40、电阻41、电感器42、第1半导体部51、第2半导体部52以及绝缘部53等各要素的具体结构，只要通过本领域技术人员从公知的范围内适当选择而同样能够实施本发明、并且能够得到同样的效果，则包含于本发明的范围。
并且，对于将各具体例的任意两个以上的要素在技术上可能的范围进行组合而得的方案，只要包含本发明的主旨就包含于本发明的范围。
另外，对于以作为本发明的实施方式而前面叙述过的换能器、换能器阵列以及检查装置为基础，本领域技术人员适当地进行设计变更而能够实施的所有的换能器、换能器阵列以及检查装置，只要包含本发明的主旨就属于本发明的范围。
另外，在本发明的构思的范畴中，本领域技术人员能够想到各种变更例以及修正例，应当了解，这些变更例以及修正例也隶属于本发明的范围。
虽然对本发明的几个实施方式进行了说明，但上述实施方式只不过是作为例子加以提示，并非意图限定发明的范围。上述新的实施方式能够以其他的各种各样的方式加以实施，能够在不脱离发明的主旨的范围进行各种省略、置换、变更。这些实施方式或其变形包含于发明的范围或主旨，并且包含于与技术方案中记载的发明及其等同的范围中。
Claims (10)
1.一种换能器，具备：
第1电极；
与电阻以及电感器连接的第2电极；
设置在上述第1电极与上述第2电极之间的第3电极；
设置在上述第1电极与上述第3电极之间的第1压电部；以及
设置在上述第2电极与上述第3电极之间的第2压电部，
上述第1压电部以及上述第2压电部的机械第1共振频率、与包含上述第2电极和上述第3电极之间的静电电容、上述电感器以及上述电阻的并联共振电路的第2共振频率之差的绝对值相对于上述第1共振频率之比为0.29以下。
2.根据权利要求1所述的换能器，其中，
上述第1压电部的一部分在从上述第1电极朝向上述第2电极的第1方向上与上述第1电极以及上述第2电极中的至少任一个不重叠。
3.根据权利要求1或2所述的换能器，其中，
上述第2压电部的一部分在从上述第1电极朝向上述第2电极的第1方向上与上述第3电极不重叠。
4.根据权利要求2或3所述的换能器，其中，
与上述第1方向交叉的第2方向上的上述第3电极的长度比上述第2方向上的上述第1电极的长度长。
5.根据权利要求4所述的换能器，其中，
上述第2方向上的上述第3电极的上述长度比上述第2方向上的上述第2电极的长度长。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的换能器，其中，
上述第1共振频率与上述第2共振频率之差的绝对值相对于上述第1共振频率之比为0.017以下。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的换能器，其中，
上述电感器为1.2毫亨以上12毫亨以下，
上述电阻为39千欧以下。
8.一种换能器，具备：
第1电极；
在第2方向上从上述第1电极离开，且与电阻以及电感器连接的第2电极；
在与上述第2方向交叉的第1方向上从上述第1电极以及上述第2电极离开的第3电极；以及
在上述第1方向上设置在上述第1电极与上述第3电极之间以及上述第2电极与上述第3电极之间的第1压电部，
上述第1压电部以及上述第2压电部的机械第1共振频率、与包含上述第2电极和上述第3电极之间的静电电容、上述电感器以及上述电阻的并联共振电路的第2共振频率之差的绝对值相对于上述第1共振频率之比为0.29以下。
9.根据权利要求8所述的换能器，其中，
上述第2电极沿着上述第2方向和与上述第1方向以及上述第2方向交叉的第3方向设置在上述第1电极的周围。
10.一种换能器阵列，
具备N个权利要求1～9中任一项所述的上述换能器，
在上述多个第2电极上连接有共用的电感器以及电阻，
上述电感器的电感为1.2/N毫亨以上、12/N毫亨以下，
上述电阻的电阻值为39/N千欧以下。
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