JP2002505187A - 超音波変換器 - Google Patents

超音波変換器

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JP2002505187A
JP2002505187A JP2000534347A JP2000534347A JP2002505187A JP 2002505187 A JP2002505187 A JP 2002505187A JP 2000534347 A JP2000534347 A JP 2000534347A JP 2000534347 A JP2000534347 A JP 2000534347A JP 2002505187 A JP2002505187 A JP 2002505187A
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ultrasonic transducer
ultrasonic
reflective surface
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JP2000534347A
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ユーリ アガム、
エリー ガル、
ロネン ヤシェク、
エリー ベン−バサト、
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センソテック リミテッド
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    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/28—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using reflection, e.g. parabolic reflectors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

(57)【要約】 超音波発信および受信変換器・リフレクター・アセンブリ（１０）につき開示し、このアセンブリは超音波変換器支持体（１２）およびそこから延びるリフレクター（１４）を備え、リフレクター（１４）は光学パワーを有する反射表面（１６）を規定し、超音波変換器（１８）は反射表面（１６）に指向されるビーム（２２）を発生すると共に反射表面（１６）からそこに反射される超音波エネルギーよりシグナル出力を与え、変換器（１８）は反射表面（１６）に対し軸線外しの関係にて支持体の装着表面に装着され、さらに漂遊エネルギーシールド（２４）をも備えて、超音波変換器（１８）を少なくとも部分的に包囲することにより超音波変換器（１８）に衝突する超音波エネルギーの角度範囲を制限する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の分野） 本発明は、一般に超音波変換器に関するものである。
【０００２】 （発明の背景） 各種の超音波もしくは音響変換器が当業界にて知られている。（超音波変換器
および音響変換器と言う用語は、本明細書及び請求の範囲では互換的に使用され
る）。次の米国特許が当業界の状態を示すと思われる。スレイトン等に係る第５
，１０３，１２９号、キム等に係る第５，０９４，１０８号、フライ等に係る第
５，０５４，４７０号、クーリ−ヤクブ等に係る第４，９５９，６７４号、ドル
ース等に係る第４，９１２，３５７号、デーゲス等に係る第４，８８８，５１６
号、ブランに係る第４，８６９，２７８号、イトウ等に係る第４，８２５，１１
６号、トルザスコス等に係る第４，６５９，９５６号、ラーチ等に係る第４，５
２８，８５３号およびボクルカに係る第４，２０８，６６１号。
【０００３】 音響変換器は特に分散の角度を特徴とし、この角度を変化させる能力は変換器
設計における主たる関心事である。従来技術では分散の角度を変化させるため３
つの主たる手法が存在する。
【０００４】 １．変換器周波数の改変 ２．変換器寸法の改変 ３．分散の角度を制限するホーン（ｈｏｒｎ）の使用。
【０００５】 これら各手法は利点および欠点を有し、変換器設計者は一般にその要件を最良
に満たす解決策を選択する。
【０００６】 （発明の開示） 本発明は、分散の角度を変化させる問題に対し小型かつ安価な解消策を与える
改良された超音波変換器を提供することにある。本発明は、反射表面（この表面
は好ましくは放物面である）に対し軸線外しの関係にて超音波変換器を設ける。
超音波変換器はビームを反射表面に指向させ、このビームはそこから外界に反射
させる。ビームが外界における目的物から反射表面まで反射されると、反射表面
は帰還超音波エネルギーを変換器に集中させ、これにより変換器が反射エネルギ
ーに従いシグナル出力を発生する。漂遊（ｓｔｒａｙ）エネルギーシールドが超
音波変換器に装着されて、変換器に衝突する超音波エネルギーの角度範囲を制限
する。
【０００７】 グラハムに係る米国特許第号３，７９２，４８０号およびミルスに係る第４，
７９１，４３０号の両者は、反射表面に対し軸線外しで超音波エネギーの供給源
を備える超音波アンテナを記載していることに注目される。しかしながら、これ
ら参照例は両者とも変換器に関するものでなく、事実これら両参照例に示された
構造は超音波エネルギーを反射表面から変換器に反射させてシグナル出力を与え
るためには容易に適用しえず、これは勿論、超音波変換器設計にて本質的である
。軸線外しの変換器および漂遊エネルギーシールドの新規な配置を提供して、極
めて正確かつ信頼しうる性能を有する小型かつ安価な変換器設計を得ることが本
発明である。この新規な配置は上記参照例からは教示も示唆もされない。
【０００８】 本発明の好適な具体例によれば、超音波変換器支持体とそこから延びるリフレ
クターとを備え、リフレクターが光学パワーを有する反射表面を規定し、超音波
変換器が反射表面に指向されるビームを発生すると共に反射表面からそこに反射
された超音波エネルギーよりシグナル出力を与え、変換器が反射表面に対し軸線
外しの関係で支持体の装着表面に装着され、さらに超音波変換器を少なくとも部
分的に包封する漂遊エネルギーシールドをも備えて、超音波変換器に衝突する超
音波エネルギーの角度範囲を制限するよう構成した超音波発信および受信変換器
・リフレクター・アセンブリが提供される。
【０００９】 本発明の好適な具体例によれば、超音波変換器支持体およびリフレクターはワ
ンピースとして一体に形成される。代案として、超音波変換器支持体とリフレク
ターと漂遊エネルギーシールドとをワンピースとして互いに一体に形成する。他
の代案としては、超音波変換器支持体とリフレクターと漂遊エネルギーシールド
とを、変換器のハウジングと共にワンピースとして互いに一体に形成する。
【００１０】 さらに本発明の好適な具体例によれば、超音波変換器は漂遊エネルギーシール
ド内に選択自在に位置決め可能とする。
【００１１】 さらに本発明の他の好適な具体例によれば、反射表面に対する超音波変換器の
距離は、変換器から発生すると共に反射表面により反射されるビームの形状を決
定する。
【００１２】 本発明の好適な具体例によれば、超音波変換器は反射表面の焦点に位置する。
代案として、超音波変換器は反射表面の焦点の内方向もしくは外方向に位置する
こともできる。
【００１３】 さらに本発明の好適な具体例によれば、超音波変換器は漂遊エネルギーシール
ド内に螺着される。
【００１４】 本発明の好適な具体例によれば、反射表面は放物面である。
【００１５】 さらに本発明の好適な具体例によれば、超音波変換器と漂遊エネルギーシール
ドとは支持体に旋回自在に接続されて、変換器に対する反射表面から反射された
ビームの入射角度を可変にする。
【００１６】 さらに本発明の好適な具体例によれば、ビームを発生する超音波変換器と、前
記超音波変換器に作動連携すると共に前記ビームを少なくとも２つの別個の通路
に沿って指向させる多重ビームパスホーンアセンブリとを備える一体型超音波発
信および受信変換器アセンブリも提供される。
【００１７】 本発明の１具体例によれば、２つの別個の通路は少なくとも部分的に重なる。
代案として２つの別個の通路は重ならない。
【００１８】 （好ましい実施形態の詳細な説明） 以下、添付図面を参照して本発明を一層詳細に説明する。
【００１９】 図１を参照し、これは本発明の好適な実施形態により構成されると共に作動す
る超音波発信および受信変換器・リフレクター・アセンブリ１０を示す。アセン
ブリ１０は、超音波変換器支持体１２とそこから延びるリフレクター１４とを備
える。リフレクター１４は、光学パワーを有する反射表面１６、特に好ましくは
放物面表面を規定する。
【００２０】 超音波変換器１８は、反射表面１６に対し軸線外しの関係にて支持体１２の装
着表面２０に装着される。変換器１８は反射表面１６に指向されるビーム２２を
発生する。変換器１８はさらに、反射表面１６からそこに反射される超音波エネ
ルギーよりシグナル出力を与える。変換器１８は好ましくはハウジング１８Ａと
リード１８Ｂとを備える。変換器１８の好適な具体例は台湾のＰｒｏｗａｖｅ社
により製造されるモデル２５０ＳＴ／Ｒ１６０である。
【００２１】 漂遊エネルギーシールド２４は変換器１８を少なくとも部分的に包封して、変
換器１８に衝突する超音波エネルギーの角度範囲（すなわち実線角度）を制限す
る。
【００２２】 本発明の１好適な実施形態によれば、支持体１２とリフレクター１６とは、た
とえば熔接によりワンピースとして一体に形成される。代案として、支持体１２
とリフレクター１６と漂遊エネルギーシールド２４とはワンピースとして互いに
一体に形成することができる。他の代案としては、支持体１２とリフレクター１
６と漂遊エネルギーシールド２４とをハウジング１８Ａと共にワンピースとして
一体に形成することもできる。勿論、支持体１２とリフレクター１６と漂遊エネ
ルギーシールド２４とは全て別々に形成することもできる。
【００２３】 次に図２を参照し、これは本発明の他の好適な実施形態により構成されると共
に作動する超音波発信および受信変換器・リフレクター・アセンブリ３０を示す
。アセンブリ３０は、好ましくはアセンブリ１０と実質的に同様であり、同じ部
材は同じ参照符号により示される。アセンブリ３０は、変換器１８が漂遊エネル
ギーシールド２４内に選択自在に位置しうる点でアセンブリ１０とは異なる。変
換器１８は種々の方式でシールド２４内にて摺動運動するよう装着することがで
きる。たとえば変換器１８をシールド２４内に螺着して、その内部でステップモ
ータ（図示せず）により移動させることもできる。代案として、他の種類のアク
チュエータを用いて変換器１８をシールド２４内で移動させることもできる。勿
論、付加的に或いは代案として、シールド２４を適するアクチュエータにより移
動させることができる。
【００２４】 反射表面１６に対する変換器１８の移動は、変換器１８から発生すると共に反
射表面１６により反射されるビーム３２の形状を決定する。たとえば図１および
図２において、変換器１８は反射表面１６の焦点Ｒに位置すると共に、反射ビー
ム３２は一般に円筒形状（すなわち発散も収斂もしない）である。
【００２５】 次に図３を参照し、これは距離ΔＲだけ反射表面１６に一層接近して移動する
変換器１８を示す。変換器１８が焦点Ｒの内方向に位置するので、反射表面１６
から反射されるビーム３２は発散される。
【００２６】 次に図４を参照し、これは距離ΔＲだけ反射表面１６からさらに移動する変換
器１８を示す。変換器１８が焦点Ｒの外方向に位置するので、反射表面１６から
反射されるビーム３２は収斂する。
【００２７】 次に図５を参照し、これは本発明のさらに他の好適な実施形態により構成され
ると共に作動する超音波発信および受信変換器・リフレクター・アセンブリ４０
を示す。アセンブリ４０は、好ましくはアセンブリ１０または３０と実質的に同
様であり、同じ部材は同じ参照符号により示される。アセンブリ４０は、変換器
１８とシールド２４とがピボット４４にて支持体１２に旋回自在に接続されるベ
ース４２に装着される点で、アセンブリ１０および３０とは異なる。アクチュエ
ータ４６が作動して支持体１２をリフレクター１４と一緒にピボット４４の周囲
で一般に矢印４８により示されるように旋回させる。前記構造により変換器１８
に対する反射表面１６から反射されるビームの入射角度は可変となる。この種の
構造において、リフレクター１４の反射表面１６はたとえば円筒状である。
【００２８】 次に図６を参照し、これは本発明の他の好適な実施形態により構成されると共
に作動する超音波発信および受信変換器・リフレクター・アセンブリの概略図で
ある。アセンブリは、たとえば圧電装置のような少なくとも第１および第２ホー
ン５２および５４に連通する変換器５１を封入したハウジング５０を備える。変
換器５１の好適な具体例は台湾のＰｒｏｗａｖｅ社により製造されるモデル２５
０ＳＴ／Ｒ１６０である。ホーン５２および５４は好ましくは超音波エネルギー
を発信および受信するため各種の異なる方向に指向される。
【００２９】 図６のアセンブリは単独で或いは外部リフレクターと組み合わせて、たとえば
図１〜５の実施形態におけるように使用することができ、別途のリフレクターを
各ホーンと関連させて用いる。
【００３０】 次に図７を参照し、これは本発明の好適な実施形態により構成されると共に作
動する超音波発信および受信変換器・リフレクター・アセンブリの概略図である
。この実施形態において、変換器５１と同一にしうる変換器６０は、少なくとも
２個のミラー６２に対し軸線外しの配置にて出力ビームを発生し、これにより少
なくとも２つの異なる方向に指向するビームを発生する。ミラー６２は一般に扁
平に示されるが、１個もしくはそれ以上のミラー６２を湾曲させることもでき、
或いは光学パワーを有する他の光学部材と連携させうることも了解される。さら
にミラー６２はその配向、曲率または他の特性にて互いに相違しうることも了解
される。
【００３１】 図６および図７の実施形態は、ビームを発生する超音波変換器と、この超音波
変換器に作用連携すると共に前記ビームを少なくとも２つの別個の通路に沿って
指向させる多重ビームパスホーンアセンブリとを備える一体型超音波発信および
受信変換器アセンブリを与えることが了解されよう。
【００３２】 本発明の１実施形態によれば、２つの別個の通路は少なくとも部分的に重なる
。代案として、２つの別個の通路は重ならない。
【００３３】 以上、本発明を好適な実施形態につき説明したが、本発明はこれら実施形態の
みに限定されず、本発明の範囲内にて多くの改変をなしうることが当業者には了
解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の好適な実施形態により構成されると共に作動する超音波発信
および受信変換器・リフレクター・アセンブリの概略図である。
【図２】 図２は、超音波変換器が漂遊エネルギーシールド内に選択自在に位置しうる本
発明の他の好適な具体例により構成されると共に作動する超音波発信および受信
変換器・リフレクター・アセンブリの概略図である。
【図３】 図３は、図２のアセンブリの反射表面に一層近接して変換器を移動することに
より、反射表面から反射されたビームを発散させる状態を示す概略図である。
【図４】 図４は、図２のアセンブリの反射表面に一層離間して変換器を移動することに
より、反射表面から反射されたビームを収斂させる状態を示す概略図である。
【図５】 図５は、変換器に対する反射表面から反射されるビームの入射角度を可変にし
うる本発明の他の好適な実施形態による超音波発信および受信変換器・リフレク
ター・アセンブリの略側面図である。
【図６】 図６は、本発明の他の好適な実施形態により構成されると共に作動する超音波
発信および受信変換器・リフレクター・アセンブリの概略図である。
【図７】 図７は、本発明のさらに他の好適な実施形態により構成されると共に作動する
超音波発信および受信変換器・リフレクター・アセンブリの概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，Ｇ Ｈ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ヤシェク、 ロネン イスラエル国 76838 ヤシュレシュ ヴ ィレッジ メシェク ４ (72)発明者 ベン−バサト、 エリー イスラエル国 58483 ホロン ケレン ハイェゾド ストリート 28 Ｆターム(参考） 5D107 AA03 AA16 CC13 FF01

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波変換器支持体（１２）およびそこから延びるリフレク
    ター（１４）を備え、リフレクター（１４）は光学パワーを有する反射表面（１
    ６）を規定する超音波発信および受信変換器・リフレクター・アセンブリ（１０
    ）において、超音波変換器（１８）は、前記反射表面（１６）に指向されるビー
    ム（２２）を発生させると共に、前記反射表面（１６）からそこに反射される超
    音波エネルギーよりシグナル出力を生ぜしめ、前記変換器（１８）は、前記反射
    表面（１６）に対し軸線外しの関係にて前記支持体の装着表面に装着され、前記
    超音波変換器（１８）を少なくとも部分的に包囲して、前記超音波変換器（１８
    ）に衝突する超音波エネルギーの角度範囲を制限する漂遊エネルギーシールド（
    ２４）をさらに備えることを特徴とする超音波発信および受信変換器・リフレク
    ター・アセンブリ（１０）。
  2. 【請求項２】 前記超音波変換器支持体（１２）および前記リフレクター（
    １４）がワンピースとして一体に形成される請求項１に記載のアセンブリ（１０
    ）。
  3. 【請求項３】 前記超音波変換器支持体（１２）と前記リフレクター（１４
    ）と前記漂遊エネルギーシールド（２４）とがワンピースとして互いに一体に形
    成される請求項１に記載のアセンブリ（１０）。
  4. 【請求項４】 前記超音波変換器支持体（１２）と前記リフレクター（１４
    ）と前記漂遊エネルギーシールド（２４）とが、前記変換器（１８）のハウジン
    グ（１８Ａ）と共にワンピースとして互いに一体に形成される請求項１に記載の
    アセンブリ（１０）。
  5. 【請求項５】 前記超音波変換器（１８）が前記漂遊エネルギーシールド（
    ２４）内にて選択自在に位置しうる請求項１に記載のアセンブリ（３０）。
  6. 【請求項６】 前記反射表面（１６）に対する前記超音波変換器（１８）の
    距離が、変換器（１８）から発すると共に前記反射表面（１６）により反射され
    るビーム（２２）の形状を決定する請求項５に記載のアセンブリ（３０）。
  7. 【請求項７】 前記超音波変換器（１８）が前記反射表面（１６）の焦点に
    位置する請求項１に記載のアセンブリ（３０）。
  8. 【請求項８】 前記超音波変換器（１８）が前記反射表面（１６）の焦点の
    内方向に位置する請求項１に記載のアセンブリ（３０）。
  9. 【請求項９】 前記超音波変換器（１８）が前記反射表面（１６）の焦点の
    外方向に位置する請求項１に記載のアセンブリ（３０）。
  10. 【請求項１０】 前記超音波変換器（１８）が前記漂遊エネルギーシールド
    （２４）内に螺着される請求項５に記載のアセンブリ（３０）。
  11. 【請求項１１】 前記反射表面（１６）が放物面である請求項１に記載のア
    センブリ（１０）。
  12. 【請求項１２】 前記超音波変換器（１８）と前記漂遊エネルギーシールド
    （２４）とが前記支持体（１２）に旋回自在に接続されて、前記変換器（１８）
    に対する前記反射表面（１６）から反射されたビーム（２２）の入射角度を可変
    にする請求項１に記載のアセンブリ（４０）。
  13. 【請求項１３】 前記漂遊エネルギーシールド（２４）が、前記超音波変換
    器（１８）に作動連携すると共に前記ビーム（２２）を少なくとも２つの別個の
    通路に沿って指向させる多重ビームパスホーンアセンブリ（６２）を備える請求
    項１に記載のアセンブリ。
  14. 【請求項１４】 前記２つの別個の通路が少なくとも部分的に重なる請求項
    １３に記載のアセンブリ。
  15. 【請求項１５】 前記２つの別個の通路が重ならない請求項１３に記載のア
    センブリ。
  16. 【請求項１６】 ビーム（２２）を発生する超音波変換器（１８）と、前記
    超音波変換器（１８）に作動連携すると共に前記ビーム（２２）を少なくとも２
    つの別個の通路に沿って指向させる多重ビームパスホーンアセンブリ（６２）を
    備えることを特徴とする一体型超音波発信および受信変換器アセンブリ。
  17. 【請求項１７】 前記２つの別個の通路が少なくとも部分的に重なる請求項
    １６記載のアセンブリ。
  18. 【請求項１８】 前記２つの別個の通路が重ならない請求項１７に記載のア
    センブリ。
JP2000534347A 1998-03-03 1999-03-01 超音波変換器 Pending JP2002505187A (ja)

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