JP3111255B2 - 超音波送受波器 - Google Patents
超音波送受波器Info
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- JP3111255B2 JP3111255B2 JP01321999A JP32199989A JP3111255B2 JP 3111255 B2 JP3111255 B2 JP 3111255B2 JP 01321999 A JP01321999 A JP 01321999A JP 32199989 A JP32199989 A JP 32199989A JP 3111255 B2 JP3111255 B2 JP 3111255B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、広い周波数域で一定の指定性パターンが得
られるようにした超音波送受波器に関する。
られるようにした超音波送受波器に関する。
＜従来の技術＞ 一般に、円板状の振動子において、音源から十分離れ
た箇所で得られる音の指向特性は、次の指向性関数Ｄ
（θ）の式で与えられる。
た箇所で得られる音の指向特性は、次の指向性関数Ｄ
（θ）の式で与えられる。
Ｄ（θ）＝2J1（ｋ・ａ・sinθ）／（ｋ・ａ・sinθ） （１） ここに、J1は１次の第１種ベッセル関数、ｋ＝ω/v、
ωは周波数、ｖは音速、ａは振動子の半径、θは方位角
である。このＤ（θ）と方位角θの関係を極座標表示す
ると、第７図に示すようになる。
ωは周波数、ｖは音速、ａは振動子の半径、θは方位角
である。このＤ（θ）と方位角θの関係を極座標表示す
ると、第７図に示すようになる。
（１）式で注目すべきは、Ｄ（θ）は方位角θの関係
だけでなく、周波数ωの関数でもあることである。した
がって、同じ方位角θでも、周波数ωの違いによって信
号の利得が異なってくる。
だけでなく、周波数ωの関数でもあることである。した
がって、同じ方位角θでも、周波数ωの違いによって信
号の利得が異なってくる。
ところで、単一の周波数でかつ連続的に超音波を放射
する場合には、ka＝一定となり、Ｄ（θ）は方位角θの
みの関数となるから、ωに依存しない単一の指向性パタ
ーンをもつ。一方、距離分解能を高めるためには、第８
図（ａ）に示すように、振動子に対して短パルスの信号
を加える必要があるが、このような短パルスの信号は、
多くの周波数成分を含んでいる。このため、短パルスの
信号を加えた場合には、その周波数成分によって指向特
性が異なる、いわゆる周波数の分散を生じ、パルス波形
が正確に音場に再現されなくなる。すなわち、同図
（ｂ）に示すように、振動子の軸上（θ＝０）ではパル
ス波形の変化はないが、この軸から方位角θだけ離れた
箇所では、上記のごとく周波数ωの違いによって信号の
利得が異なるので、同図（ｃ）に示すように、結果的に
パルス波形の広がりを生じ、距離分解能が低下する。こ
のため、たとえば魚群探知器では、方位角θだけ傾いた
箇所での魚群の正確な位置が分からなくなる等の不具合
を生じる。これは、特開昭61−186878号公報に記載され
る円形の振動子で構成される理想ビーム送受波器を使用
する場合に特に問題となる。すなわち、この理想ビーム
送受波器は、第９図に示すように、振動子に加える駆動
電圧の半径ａ方向の重み付けのウェイト関数Ｗ（ａ）と
指向性関数Ｄ（θ）とがフーリエ変換対であることに着
目したものであって、振動子の半径方向にベッセル関数
で記述されるウェイト関数Ｗ（ａ）の振動分布を与える
ことにより（同図（ａ）参照）、指向性関数Ｄ（θ）が
所定の方位角±θ０の範囲内で感度が一定で、その範囲
±θ０から外れた方位角では感度が無いような指向特性
（同図（ｂ）参照）をもつようにしたものである。した
がって、このような理想ビーム送受波器を得るには、指
向特性が方位角θにのみ依存する必要があり、周波数ω
によって変化してはならない。
する場合には、ka＝一定となり、Ｄ（θ）は方位角θの
みの関数となるから、ωに依存しない単一の指向性パタ
ーンをもつ。一方、距離分解能を高めるためには、第８
図（ａ）に示すように、振動子に対して短パルスの信号
を加える必要があるが、このような短パルスの信号は、
多くの周波数成分を含んでいる。このため、短パルスの
信号を加えた場合には、その周波数成分によって指向特
性が異なる、いわゆる周波数の分散を生じ、パルス波形
が正確に音場に再現されなくなる。すなわち、同図
（ｂ）に示すように、振動子の軸上（θ＝０）ではパル
ス波形の変化はないが、この軸から方位角θだけ離れた
箇所では、上記のごとく周波数ωの違いによって信号の
利得が異なるので、同図（ｃ）に示すように、結果的に
パルス波形の広がりを生じ、距離分解能が低下する。こ
のため、たとえば魚群探知器では、方位角θだけ傾いた
箇所での魚群の正確な位置が分からなくなる等の不具合
を生じる。これは、特開昭61−186878号公報に記載され
る円形の振動子で構成される理想ビーム送受波器を使用
する場合に特に問題となる。すなわち、この理想ビーム
送受波器は、第９図に示すように、振動子に加える駆動
電圧の半径ａ方向の重み付けのウェイト関数Ｗ（ａ）と
指向性関数Ｄ（θ）とがフーリエ変換対であることに着
目したものであって、振動子の半径方向にベッセル関数
で記述されるウェイト関数Ｗ（ａ）の振動分布を与える
ことにより（同図（ａ）参照）、指向性関数Ｄ（θ）が
所定の方位角±θ０の範囲内で感度が一定で、その範囲
±θ０から外れた方位角では感度が無いような指向特性
（同図（ｂ）参照）をもつようにしたものである。した
がって、このような理想ビーム送受波器を得るには、指
向特性が方位角θにのみ依存する必要があり、周波数ω
によって変化してはならない。
＜発明が解決しようとする課題＞ ところで、従来技術では、短パルスの信号を加えた信
号の指向特性の分散といった現象を回避するための対策
については十分考慮されておらず、このため、遠方にお
ける短パルスの信号の分散の方位角依存性が大きく、距
離分解能を高める点で自と限界があった。
号の指向特性の分散といった現象を回避するための対策
については十分考慮されておらず、このため、遠方にお
ける短パルスの信号の分散の方位角依存性が大きく、距
離分解能を高める点で自と限界があった。
＜課題を解決するための手段＞ 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
って、指向特性の分散という現象を回避し、いかなる方
位角においても指向利得が周波数に依存しない超音波送
受波器を得ることを目的とする。
って、指向特性の分散という現象を回避し、いかなる方
位角においても指向利得が周波数に依存しない超音波送
受波器を得ることを目的とする。
そのため、本発明は、同心円状に多層に分割された駆
動電極を有する円板状の振動子を備えた超音波送受波器
において、次の構成を採る。
動電極を有する円板状の振動子を備えた超音波送受波器
において、次の構成を採る。
すなわち、本発明の超音波送受波器では、振動子に加
える励振駆動用の短パルスの入力信号Ｓ（ｔ）の周波数
成分をωｉ（ｉ＝０、１、２、…）としたとき、同時駆
動対象となる中心側の駆動電極から外層側の駆動電極ま
での半径aiが、 ai＝c/ωｉ （ここに、ｃは最小の周波数成分ω０により一義的に決
まる定数）の関係を満たすようにそれぞれ設定される一
方、 前記入力信号Ｓ（ｔ）に基づいて該信号Ｓ（ｔ）の周
波数成分ωｉを各中心周波数とする信号Si（ｔ）（ｉ＝
０、１、２、…）を生成する信号生成回路と、所定の方
位角では一定感度でそれ以外の方位角ではほぼ無感度と
なる理想ビーム形状となるように前記信号生成回路から
出力される各信号Si（ｔ）に対して、半径ai方向に沿っ
た重み付けを行う重み付け回路と、前記重み付け回路で
重み付けされた各信号Si（ｔ）を、該信号Si（ｔ）の周
波数ωｉに応じて中心から半径aiまでの各駆動電極に印
加配分する信号配分回路とを備えている。
える励振駆動用の短パルスの入力信号Ｓ（ｔ）の周波数
成分をωｉ（ｉ＝０、１、２、…）としたとき、同時駆
動対象となる中心側の駆動電極から外層側の駆動電極ま
での半径aiが、 ai＝c/ωｉ （ここに、ｃは最小の周波数成分ω０により一義的に決
まる定数）の関係を満たすようにそれぞれ設定される一
方、 前記入力信号Ｓ（ｔ）に基づいて該信号Ｓ（ｔ）の周
波数成分ωｉを各中心周波数とする信号Si（ｔ）（ｉ＝
０、１、２、…）を生成する信号生成回路と、所定の方
位角では一定感度でそれ以外の方位角ではほぼ無感度と
なる理想ビーム形状となるように前記信号生成回路から
出力される各信号Si（ｔ）に対して、半径ai方向に沿っ
た重み付けを行う重み付け回路と、前記重み付け回路で
重み付けされた各信号Si（ｔ）を、該信号Si（ｔ）の周
波数ωｉに応じて中心から半径aiまでの各駆動電極に印
加配分する信号配分回路とを備えている。
＜作用＞ 上記構成において、信号生成回路は、振動子に加える
短パルスの入力信号Ｓ（ｔ）に基づいて該信号Ｓ（ｔ）
の周波数成分ωｉを各中心周波数とする信号Si（ｔ）
（ｉ＝０、１、２、…）を生成する。次に、信号配分回
路は、信号生成回路から出力される各信号Si（ｔ）を、
該信号Si（ｔ）の周波数ωｉに応じて中心から半径aiま
での各駆動電極に印加配分する。すると、同時駆動され
る駆動電極に関しては、ai・ωｉ＝ｃ（一定）となる。
このため、（１）式で示す指向性関数Ｄ（θ）は方位角
θにのみ依存し、指向特性は周波数ωｉによらない単一
の指向性パターンを示す。したがって、指向特性の分散
が回避された理想ビームを得ることができる。
短パルスの入力信号Ｓ（ｔ）に基づいて該信号Ｓ（ｔ）
の周波数成分ωｉを各中心周波数とする信号Si（ｔ）
（ｉ＝０、１、２、…）を生成する。次に、信号配分回
路は、信号生成回路から出力される各信号Si（ｔ）を、
該信号Si（ｔ）の周波数ωｉに応じて中心から半径aiま
での各駆動電極に印加配分する。すると、同時駆動され
る駆動電極に関しては、ai・ωｉ＝ｃ（一定）となる。
このため、（１）式で示す指向性関数Ｄ（θ）は方位角
θにのみ依存し、指向特性は周波数ωｉによらない単一
の指向性パターンを示す。したがって、指向特性の分散
が回避された理想ビームを得ることができる。
＜実施例＞ 本発明の実施例を説明するにあたり、まず、本発明の
原理について述べる。
原理について述べる。
前記（１）式で示される指向性関数Ｄ（θ）は、方位
角θのみならず周波数ωと振動子の半径ａの関数でもあ
るから、指向特性の分散を回避するには、ωの影響をａ
で相殺すればよい。すなわち、短パルスの入力信号Ｓ
（ｔ）がωｉ（ｉ＝０、１、２、…）の周波数成分をも
つとき、各周波数成分ωｉに応じた半径ai（ｉ＝０、
１、２、…）をもつ仮想的な振動子を用意すれば、 ai・ωｉ＝ｃ（一定） （２） となる。その結果、Ｄ（θ）は周波数成分ωｉによらず
方位角θにのみ依存する指向性パターンを示すことにな
る。
角θのみならず周波数ωと振動子の半径ａの関数でもあ
るから、指向特性の分散を回避するには、ωの影響をａ
で相殺すればよい。すなわち、短パルスの入力信号Ｓ
（ｔ）がωｉ（ｉ＝０、１、２、…）の周波数成分をも
つとき、各周波数成分ωｉに応じた半径ai（ｉ＝０、
１、２、…）をもつ仮想的な振動子を用意すれば、 ai・ωｉ＝ｃ（一定） （２） となる。その結果、Ｄ（θ）は周波数成分ωｉによらず
方位角θにのみ依存する指向性パターンを示すことにな
る。
したがって、上記（２）式を常に満足させるには、 （ｉ）周波数成分ωｉに応じた半径aiをもつ仮想的な振
動子を作ること、 （ii）入力信号Ｓ（ｉ）の周波数成分ωｉを各中心周波
数とする信号Si（ｔ）（ｉ＝０、１、２、…）を生成
し、この各信号Si（ｔ）をそれぞれ半径aiをもつ仮想的
な振動子に加えること、 の２点により実現することができる。
動子を作ること、 （ii）入力信号Ｓ（ｉ）の周波数成分ωｉを各中心周波
数とする信号Si（ｔ）（ｉ＝０、１、２、…）を生成
し、この各信号Si（ｔ）をそれぞれ半径aiをもつ仮想的
な振動子に加えること、 の２点により実現することができる。
入力信号Ｓ（ｔ）の周波数成分ωｉに応じた半径aiを
もつ仮想的な振動子を作るには、次のようにする。い
ま、ω０を最も小さい周波数帯域の中心周波数とし、こ
の周波数ω０に対応する仮想的な振動子の半径を製作仕
様に応じてa0に設定すると、a0ω０＝ｃ（一定）とな
る。ｃが決まれば、（２）式からω１に対応する半径a1
はa1＝c/ω１となり、ω２に対応する半径a1はa1＝c/ω
２となり、以下同様に各半径aiはa1＝c/ωｉにより決定
することができる。
もつ仮想的な振動子を作るには、次のようにする。い
ま、ω０を最も小さい周波数帯域の中心周波数とし、こ
の周波数ω０に対応する仮想的な振動子の半径を製作仕
様に応じてa0に設定すると、a0ω０＝ｃ（一定）とな
る。ｃが決まれば、（２）式からω１に対応する半径a1
はa1＝c/ω１となり、ω２に対応する半径a1はa1＝c/ω
２となり、以下同様に各半径aiはa1＝c/ωｉにより決定
することができる。
一方、入力信号Ｓの周波数成分ωｉをそれぞれ中心周
波数とする各信号Si（ｔ）（ｉ＝０、１、２、…）を生
成するには、たとえば、第１図（ａ）に示す入力信号Ｓ
（ｔ）をフーリエ変換して同図（ｂ）の周波数スペクト
ルに示すような各周波数成分ωｉ（第１図では３つの周
波数成分）に分割し、次に、各周波数成分ωｉをそれぞ
れ独立に逆フーリエ変換すれば、中心周波数ωｉに対応
する各信号Si（ｔ）が得られるが、これに代えて、バン
ド幅とゲインを適宜設定した周波数フィルタを通すこと
によっても同様に各信号Si（ｔ）を得ることができる。
そして、各信号Si（ｔ）をその周波数ωｉに応じて中心
から半径aiまでの各駆動電極に印加すれば、常に（２）
式が満足される。
波数とする各信号Si（ｔ）（ｉ＝０、１、２、…）を生
成するには、たとえば、第１図（ａ）に示す入力信号Ｓ
（ｔ）をフーリエ変換して同図（ｂ）の周波数スペクト
ルに示すような各周波数成分ωｉ（第１図では３つの周
波数成分）に分割し、次に、各周波数成分ωｉをそれぞ
れ独立に逆フーリエ変換すれば、中心周波数ωｉに対応
する各信号Si（ｔ）が得られるが、これに代えて、バン
ド幅とゲインを適宜設定した周波数フィルタを通すこと
によっても同様に各信号Si（ｔ）を得ることができる。
そして、各信号Si（ｔ）をその周波数ωｉに応じて中心
から半径aiまでの各駆動電極に印加すれば、常に（２）
式が満足される。
基本的には、上記の原理で指向特性の分散を回避した
超音波送受波器が得られるが、さらに、前記の理想ビー
ム送受波器を得る場合（第９図参照）には、振動子の半
径方向に指定のウェイト関数Ｗ（ａ）に従う振動分布を
与えるために、第１図（ｃ）に示すように、信号Si
（ｔ）に対して重み付けを行う必要がある。
超音波送受波器が得られるが、さらに、前記の理想ビー
ム送受波器を得る場合（第９図参照）には、振動子の半
径方向に指定のウェイト関数Ｗ（ａ）に従う振動分布を
与えるために、第１図（ｃ）に示すように、信号Si
（ｔ）に対して重み付けを行う必要がある。
次に、上記の原理に基づいて具体化された超音波送受
波器の実施例について説明する。
波器の実施例について説明する。
第３図はこの実施例の超音波送受波器に使用される振
動子の平面図である。この振動子１は、円板状の圧電基
板２を備え、この圧電基板２の表面側には同心円状に多
層（本例では番号“o"〜“n"までのｎ層）に分割された
駆動電極４が形成され、また、圧電基板２の裏面にはそ
の全面にわたってアース電極（図示省略）が形成されて
いる。そして、励振駆動用の短パルスの入力信号Ｓの周
波数成分をωｉ（本例ではｉ＝０、１、２）としたと
き、最小の周波数成分ω０に対しては同時駆動対象とな
る中心から最外層の駆動電極までが半径a0、ω１のそれ
は半径a1、ω２のそれは半径a2となるように予め設定さ
れている。なお、半径a0を１としたときの他の半径a1、
a2の比は、1:（ω0/ω１）：（ω0/ω２）である。
動子の平面図である。この振動子１は、円板状の圧電基
板２を備え、この圧電基板２の表面側には同心円状に多
層（本例では番号“o"〜“n"までのｎ層）に分割された
駆動電極４が形成され、また、圧電基板２の裏面にはそ
の全面にわたってアース電極（図示省略）が形成されて
いる。そして、励振駆動用の短パルスの入力信号Ｓの周
波数成分をωｉ（本例ではｉ＝０、１、２）としたと
き、最小の周波数成分ω０に対しては同時駆動対象とな
る中心から最外層の駆動電極までが半径a0、ω１のそれ
は半径a1、ω２のそれは半径a2となるように予め設定さ
れている。なお、半径a0を１としたときの他の半径a1、
a2の比は、1:（ω0/ω１）：（ω0/ω２）である。
第４図はこの振動子１に加える励振駆動用の信号を発
生する回路図である。同図において、６は入力信号Ｓ
（ｔ）に基づいて該信号Ｓ（ｔ）の周波数成分ωｉ（本
例ではｉ＝０、１、２）を各中心周波数とする信号Si
（ｔ）（ｉ＝０、１、２）を生成する信号生成回路であ
って、本例ではバンド幅とゲインを適宜設定した周波数
フィルタで構成される。また、８は周波数フィルタ６か
ら出力される各信号Si（ｔ）を、該信号Si（ｔ）の周波
数ωｉに応じて中心から半径aiまでの各駆動電極４に印
加配分する信号配分回路である。そして、この信号配分
回路８は、振動子１の半径方向に所定のウェイト関数Ｗ
（ａ）に従う振動分布を与えるために、各信号Si（ｔ）
に対して所定の重み付けを行う可変抵抗からなる重み付
け回路91〜9nと、重み付け回路91〜9nで重み付けされた
各信号Si（ｔ）を周波数ωｉに応じて中心から半径aiま
での各駆動電極４に配分するための混合回路101〜10nか
らなり、混合回路101〜10nの各出力は、番号“o"〜“n"
の各駆動電極４に個別に接続されている。
生する回路図である。同図において、６は入力信号Ｓ
（ｔ）に基づいて該信号Ｓ（ｔ）の周波数成分ωｉ（本
例ではｉ＝０、１、２）を各中心周波数とする信号Si
（ｔ）（ｉ＝０、１、２）を生成する信号生成回路であ
って、本例ではバンド幅とゲインを適宜設定した周波数
フィルタで構成される。また、８は周波数フィルタ６か
ら出力される各信号Si（ｔ）を、該信号Si（ｔ）の周波
数ωｉに応じて中心から半径aiまでの各駆動電極４に印
加配分する信号配分回路である。そして、この信号配分
回路８は、振動子１の半径方向に所定のウェイト関数Ｗ
（ａ）に従う振動分布を与えるために、各信号Si（ｔ）
に対して所定の重み付けを行う可変抵抗からなる重み付
け回路91〜9nと、重み付け回路91〜9nで重み付けされた
各信号Si（ｔ）を周波数ωｉに応じて中心から半径aiま
での各駆動電極４に配分するための混合回路101〜10nか
らなり、混合回路101〜10nの各出力は、番号“o"〜“n"
の各駆動電極４に個別に接続されている。
したがって、上記構成において、短パルスの入力信号
Ｓ（ｔ）が周波数フィルタ６に加わると、この周波数フ
ィルタ６からはこの入力信号Ｓ（ｔ）の周波数成分ωｉ
（ｉ＝０、１、２）を各中心周波数とする信号Si（ｔ）
（ｉ＝０、１、２）が生成され、各信号Si（ｔ）が次段
の信号配分回路８に加えられる。信号配分回路８に出力
された各信号Si（ｔ）は、重み付け回路91〜9nによって
所定の振動分布W0（ａ）、W1（ａ）、W2（ａ）（第１図
（ｃ）参照）を与えるように重み付けされた後、混合回
路101〜10nによって各駆動電極４に印加される。する
と、同時駆動される駆動電極４に関しては、ai・ωｉ＝
ｃ（一定）となる。このため、（１）式で示す指向性関
数Ｄ（θ）は方位角θにのみ依存し、指向特性は周波数
ωｉによらない単一の指向性パターンを示す。したがっ
て、指向特性の分散が回避される。なお、この実施例で
は、入力信号Ｓ（ｔ）の周波数成分ωｉを３つに分割し
た場合について説明したが、これに限定されるものでな
いことは勿論である。
Ｓ（ｔ）が周波数フィルタ６に加わると、この周波数フ
ィルタ６からはこの入力信号Ｓ（ｔ）の周波数成分ωｉ
（ｉ＝０、１、２）を各中心周波数とする信号Si（ｔ）
（ｉ＝０、１、２）が生成され、各信号Si（ｔ）が次段
の信号配分回路８に加えられる。信号配分回路８に出力
された各信号Si（ｔ）は、重み付け回路91〜9nによって
所定の振動分布W0（ａ）、W1（ａ）、W2（ａ）（第１図
（ｃ）参照）を与えるように重み付けされた後、混合回
路101〜10nによって各駆動電極４に印加される。する
と、同時駆動される駆動電極４に関しては、ai・ωｉ＝
ｃ（一定）となる。このため、（１）式で示す指向性関
数Ｄ（θ）は方位角θにのみ依存し、指向特性は周波数
ωｉによらない単一の指向性パターンを示す。したがっ
て、指向特性の分散が回避される。なお、この実施例で
は、入力信号Ｓ（ｔ）の周波数成分ωｉを３つに分割し
た場合について説明したが、これに限定されるものでな
いことは勿論である。
第５図および第６図は変形例を示すものであって、第
５図はその振動子の平面図、第６図は第５図の振動子に
加える信号発生のための回路図である。この場合の振動
子１′は、駆動電極４′が番号“o"〜“n"までの同心円
状に形成されている点は上記の実施例と同様であるが、
本例ではさらに個々の駆動電極４′が駆動される周波数
ωｉに対応した部分電極Ａ、Ｂ、Ｃに放射状に分割され
ている。そして、各同一の層内の部分電極Ａ、Ｂ、Ｃ
は、それぞれ並列に接続されている。一方、信号配分回
路８′は、周波数フィルタ６の各出力信号Si（ｔ）に対
して振動分布に従う所定の重み付けを行った後に周波数
ωｉに応じて中心から半径aiまでの各駆動電極４′に配
分するタップ付きのウェイトトランスT0、T1、T2からな
り、各ウェイトトランスT0、T1、T2の各タップが対応す
る各層の駆動電極４に接続されている。
５図はその振動子の平面図、第６図は第５図の振動子に
加える信号発生のための回路図である。この場合の振動
子１′は、駆動電極４′が番号“o"〜“n"までの同心円
状に形成されている点は上記の実施例と同様であるが、
本例ではさらに個々の駆動電極４′が駆動される周波数
ωｉに対応した部分電極Ａ、Ｂ、Ｃに放射状に分割され
ている。そして、各同一の層内の部分電極Ａ、Ｂ、Ｃ
は、それぞれ並列に接続されている。一方、信号配分回
路８′は、周波数フィルタ６の各出力信号Si（ｔ）に対
して振動分布に従う所定の重み付けを行った後に周波数
ωｉに応じて中心から半径aiまでの各駆動電極４′に配
分するタップ付きのウェイトトランスT0、T1、T2からな
り、各ウェイトトランスT0、T1、T2の各タップが対応す
る各層の駆動電極４に接続されている。
したがって、この場合にも、上記の実施例の場合と同
様に、同時駆動される駆動電極４に関しては、ai・ωｉ
＝ｃ（一定）となる。このため、（１）式で示す指向性
関数Ｄ（θ）は方位角θにのみ依存し、指向特性は周波
数ωｉによらない単一の指向性パターンを示す。したが
って、指向特性の分散が回避される。
様に、同時駆動される駆動電極４に関しては、ai・ωｉ
＝ｃ（一定）となる。このため、（１）式で示す指向性
関数Ｄ（θ）は方位角θにのみ依存し、指向特性は周波
数ωｉによらない単一の指向性パターンを示す。したが
って、指向特性の分散が回避される。
＜発明の効果＞ 本発明によれば、次の効果が得られる。
（ｉ） 本発明の振動子を使用するときには、指向性関
数Ｄ（θ）を決めるai・ωｉ＝ｃ（一定）となるから、
指向性関数Ｄ（θ）は方位角θにのみ依存する。このた
め、指向特性は周波数ωによらない単一の指向性パター
ンを示し、指向特性の分散が回避される。したがって、
いかなる方位角θにおいても指向利得が周波数に依存し
ない超音波送受波器を得ることができ、パルスの再現性
に優れる。このため、理想ビーム送受波器を得るのに有
効となる。
数Ｄ（θ）を決めるai・ωｉ＝ｃ（一定）となるから、
指向性関数Ｄ（θ）は方位角θにのみ依存する。このた
め、指向特性は周波数ωによらない単一の指向性パター
ンを示し、指向特性の分散が回避される。したがって、
いかなる方位角θにおいても指向利得が周波数に依存し
ない超音波送受波器を得ることができ、パルスの再現性
に優れる。このため、理想ビーム送受波器を得るのに有
効となる。
（ii） 高い周波数成分は振動子の中心部分のみの駆動
となるため、実質的に振動子の径が高い周波数で小さく
なったことと等価になる。したがって、径方向のモード
の共振周波数が高くなるため、振動子自体の周波数応答
性も向上する。
となるため、実質的に振動子の径が高い周波数で小さく
なったことと等価になる。したがって、径方向のモード
の共振周波数が高くなるため、振動子自体の周波数応答
性も向上する。
第１図ないし第６図は本発明の実施例を示し、第１図は
本発明の原理説明図、第２図は本発明により得られる単
一の指向性パターンを示す指向特性図、第３図は本発明
の原理に基づく超音波送受波器に使用される振動子の平
面図、第４図は第３図の振動子に加える信号発生のため
の回路図、第５図は変形例を示す振動子の平面図、第６
図は第５図の振動子に加える信号発生のための回路図で
ある。 第７図は指向特性の分散の説明図、第８図は指向特性の
分散に伴う短パルスの再現性の説明図、第９図は理想パ
ターン送受波器を得るためのウェイト関数Ｗ（ａ）と指
向性関数Ｄ（θ）との関係を示す説明図である。 １、１′……振動子、４、４′……駆動電極、６……信
号生成回路（周波数フィルタ）、８、８′……信号配分
回路。
本発明の原理説明図、第２図は本発明により得られる単
一の指向性パターンを示す指向特性図、第３図は本発明
の原理に基づく超音波送受波器に使用される振動子の平
面図、第４図は第３図の振動子に加える信号発生のため
の回路図、第５図は変形例を示す振動子の平面図、第６
図は第５図の振動子に加える信号発生のための回路図で
ある。 第７図は指向特性の分散の説明図、第８図は指向特性の
分散に伴う短パルスの再現性の説明図、第９図は理想パ
ターン送受波器を得るためのウェイト関数Ｗ（ａ）と指
向性関数Ｄ（θ）との関係を示す説明図である。 １、１′……振動子、４、４′……駆動電極、６……信
号生成回路（周波数フィルタ）、８、８′……信号配分
回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉森 久 兵庫県西宮市芦原町９番52号 古野電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−208797（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−186878（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】同心円状に多層に分割された駆動電極を有
する円板状の振動子を備えた超音波送受波器において、 前記振動子に加える励振駆動用の短パルスの入力信号Ｓ
（ｔ）の周波数成分をωｉ（ｉ＝０、１、２、…）とし
たとき、同時駆動対象となる中心側の駆動電極から外層
側の駆動電極までの半径aiが、 ai＝c/ωｉ （ただし、ｃは最小の周波数成分ω０により一義的に決
まる定数）の関係を満たすようにそれぞれ設定される一
方、 前記入力信号Ｓ（ｔ）に基づいて該信号Ｓ（ｔ）の周波
数成分ωｉを各中心周波数とする信号Si（ｔ）（ｉ＝
０、１、２、…）を生成する信号生成回路と、 所定の方位角では一定感度でそれ以外の方位角ではほぼ
無感度となる理想ビーム形状となるように前記信号生成
回路から出力される各信号Si（ｔ）に対して、半径ai方
向に沿った重み付けを行う重み付け回路と、 前記重み付け回路で重み付けされた各信号Si（ｔ）を、
該信号Si（ｔ）の周波数ωｉに応じて中心から半径方向
aiまでの各駆動電極に印加配分する信号配分回路と、 を備えることを特徴とする超音波送受波器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01321999A JP3111255B2 (ja) | 1989-12-11 | 1989-12-11 | 超音波送受波器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01321999A JP3111255B2 (ja) | 1989-12-11 | 1989-12-11 | 超音波送受波器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03182200A JPH03182200A (ja) | 1991-08-08 |
| JP3111255B2 true JP3111255B2 (ja) | 2000-11-20 |
Family
ID=18138796
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01321999A Expired - Fee Related JP3111255B2 (ja) | 1989-12-11 | 1989-12-11 | 超音波送受波器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3111255B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017089609A2 (de) | 2015-11-26 | 2017-06-01 | Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft | Schwingelement für einen ultraschall-transducer mit mehrfachresonanz |
| DE102015015901B3 (de) * | 2015-11-26 | 2017-06-01 | Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft | Schwingelement für einen Ultraschall-Transducer mit einer auf einem Translationsgitter basierenden Mehrfachresonanz |
-
1989
- 1989-12-11 JP JP01321999A patent/JP3111255B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03182200A (ja) | 1991-08-08 |
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|---|---|---|---|
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