JP5573455B2 - 超音波装置 - Google Patents
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Description
超音波を送信するととともに、その反射波を受信して、被検出体の有無や距離を検出する超音波装置であって、
超音波を送信する複数の送信素子及び反射波を受信する受信素子を構成する、厚み方向に振動し、音響インピーダンスがZ1とされた圧電素子、及び、一面が被検出体が存在する空間側に露出し、空間側に露出する一面の反対面に圧電素子が取り付けられ、音響インピーダンスが圧電素子よりも小さいZ2(<Z1)とされた音響部材と、
複数の送信素子を振動させるために、各送信素子に対して同じ周波数の駆動信号を同一タイミングで生成する駆動信号生成手段と、
各送信素子に対する駆動信号の位相差を調整する位相差調整手段と、
予め設定された第1切替条件に応じて、駆動信号の周波数変更を駆動信号生成手段に指示する第1変更手段と、
予め設定された第2切替条件に応じて、各駆動信号の位相差変更を位相差調整手段に指示する第2変更手段と、を備え、
音響部材における一面及び反対面間の厚みをTaとすると、駆動信号生成手段は、
λn=4×Ta/(2n−1)
[nは正の整数、λnは周波数fnの超音波が音響部材中を伝搬するときの波長]を満たす互いに波長が異なる複数の超音波を、単一の送信素子が送信し単一の受信素子が受信するように、互いに周波数fnの異なる複数の駆動信号を生成可能に設けられていることを特徴とする。
超音波を送信するととともに、その反射波を受信して、被検出体の有無や距離を検出する超音波装置であって、
超音波を送信する複数の送信素子及び反射波を受信する受信素子を構成する、厚み方向に振動し、音響インピーダンスがZ1とされた圧電素子、及び、一面が被検出体が存在する空間側に露出し、空間側に露出する一面の反対面に圧電素子が取り付けられ、音響インピーダンスが圧電素子よりも大きいZ2(>Z1)とされた音響部材と、
複数の送信素子を振動させるために、各送信素子に対して同じ周波数の駆動信号を同一タイミングで生成する駆動信号生成手段と、
各送信素子に対する駆動信号の位相差を調整する位相差調整手段と、
予め設定された第1切替条件に応じて、駆動信号の周波数変更を駆動信号生成手段に指示する第1変更手段と、
予め設定された第2切替条件に応じて、各駆動信号の位相差変更を位相差調整手段に指示する第2変更手段と、を備え、
音響部材における一面及び反対面間の厚みをTaとすると、駆動信号生成手段は、
λn=4×Ta/2n
[nは正の整数、λnは周波数fnの超音波が音響部材中を伝搬するときの波長]を満たす互いに波長λnが異なる複数の超音波を、単一の送信素子が送信し単一の受信素子が受信するように、互いに周波数fnの異なる複数の駆動信号を生成可能に設けられていることを特徴とする。
超音波を送信するととともに、その反射波を受信して、被検出体の有無や距離を検出する超音波装置であって、
超音波を送信する送信素子及び反射波を受信する受信素子を構成する、厚み方向に振動し、音響インピーダンスがZ1とされた圧電素子、及び、一面が被検出体が存在する空間側に露出し、空間側に露出する一面の反対面に圧電素子が取り付けられ、音響インピーダンスが圧電素子よりも大きいZ2(>Z1)とされた音響部材と、
送信素子を振動させるために、所定周波数の駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
予め設定された切替条件に応じて、駆動信号の周波数変更を駆動信号生成手段に指示する変更手段と、を備え、
音響部材における一面及び反対面間の厚みをTaとすると、駆動信号生成手段は、
λn=4×Ta/2n
[nは正の整数、λnは音響部材が共振状態となる周波数fnの超音波が音響部材中を伝搬するときの波長]を満たす互いに波長λnが異なる複数の超音波を、単一の送信素子が送信し単一の受信素子が受信するように、互いに周波数fnの異なる複数の駆動信号を生成可能に設けられていることを特徴とする。
(第1実施形態)
以下においては、圧電素子の厚み方向(振動方向)を単に厚み方向とし、該厚み方向に垂直な方向を単に垂直方向と示す。
λn=4×Ta/(2n−1)、
を満たす互いに波長が異なる複数の超音波を、単一の超音波素子10が送受信し、単一超音波素子20が受信するように、周波数調整部34が設定されている。
本実施形態に係る超音波装置1の構成は、第1実施形態とほぼ同じである。異なる点は、1)音響部材12のインピーダンスZ2が圧電素子11のインピーダンスZ1よりも大きく、Z1<Z2>Z3(Z3は空気の音響インピーダンス)となっている、2)周波数fnの超音波が音響部材12中を伝搬するときの波長をλnとし、nは正の整数とすると、λn=4×Ta/2n、を満たす互いに波長が異なる複数の超音波を、単一の超音波素子10が送受信し、単一の超音波素子20が受信するように、周波数調整部34が設定されている、点である。
10,21・・・超音波素子(送受信素子)
11・・・圧電素子
12・・・音響部材
20・・・超音波素子(受信素子)
31・・・制御回路
32・・・駆動信号生成部
34・・・周波数調整部
Claims (18)
- 超音波を送信するととともに、その反射波を受信して、被検出体の有無や距離を検出する超音波装置であって、
超音波を送信する複数の送信素子及び反射波を受信する受信素子を構成する、厚み方向に振動し、音響インピーダンスがZ1とされた圧電素子、及び、一面が被検出体が存在する空間側に露出し、空間側に露出する一面の反対面に前記圧電素子が取り付けられ、音響インピーダンスが前記圧電素子よりも小さいZ2(<Z1)とされた音響部材と、
前記複数の送信素子を振動させるために、各送信素子に対して同じ周波数の駆動信号を同一タイミングで生成する駆動信号生成手段と、
各送信素子に対する前記駆動信号の位相差を調整する位相差調整手段と、
予め設定された第1切替条件に応じて、前記駆動信号の周波数変更を前記駆動信号生成手段に指示する第1変更手段と、
予め設定された第2切替条件に応じて、各駆動信号の位相差変更を前記位相差調整手段に指示する第2変更手段と、
を備え、
前記音響部材における一面及び反対面間の厚みをTaとすると、前記駆動信号生成手段は、
λn=4×Ta/(2n−1)
[nは正の整数、λnは周波数fnの超音波が音響部材中を伝搬するときの波長]を満たす互いに波長が異なる複数の超音波を、単一の前記送信素子が送信し単一の前記受信素子が受信するように、互いに周波数fnの異なる複数の前記駆動信号を生成可能に設けられていることを特徴とする超音波装置。 - 互いに周波数fnの異なる前記複数の駆動信号として、波長λ1=4×Ta[n=1]に対応する駆動信号を含むことを特徴とする請求項1に記載の超音波装置。
- 超音波を送信するととともに、その反射波を受信して、被検出体の有無や距離を検出する超音波装置であって、
超音波を送信する複数の送信素子及び反射波を受信する受信素子を構成する、厚み方向に振動し、音響インピーダンスがZ1とされた圧電素子、及び、一面が被検出体が存在する空間側に露出し、空間側に露出する一面の反対面に前記圧電素子が取り付けられ、音響インピーダンスが前記圧電素子よりも大きいZ2(>Z1)とされた音響部材と、
前記複数の送信素子を振動させるために、各送信素子に対して同じ周波数の駆動信号を同一タイミングで生成する駆動信号生成手段と、
各送信素子に対する前記駆動信号の位相差を調整する位相差調整手段と、
予め設定された第1切替条件に応じて、前記駆動信号の周波数変更を前記駆動信号生成手段に指示する第1変更手段と、
予め設定された第2切替条件に応じて、各駆動信号の位相差変更を前記位相差調整手段に指示する第2変更手段と、
を備え、
前記音響部材における一面及び反対面間の厚みをTaとすると、前記駆動信号生成手段は、
λn=4×Ta/2n
[nは正の整数、λnは周波数fnの超音波が音響部材中を伝搬するときの波長]を満たす互いに波長が異なる複数の超音波を、単一の前記送信素子が送信し単一の前記受信素子が受信するように、互いに周波数fnの異なる複数の前記駆動信号を生成可能に設けられていることを特徴とする超音波装置。 - 互いに周波数fnの異なる前記複数の駆動信号として、波長λ1=2×Ta[n=1]に対応する駆動信号を含むことを特徴とする請求項3に記載の超音波装置。
- 前記受信素子の受信信号のうち、前記駆動信号の周波数fnに応じた周波数帯域の信号を選択的に出力するフィルタ手段を備え、
前記第1変更手段は、前記駆動信号の周波数変更に応じて、選択的に出力する前記周波数帯域の変更を前記フィルタ手段に指示することを特徴とする請求項1〜4いずれか1項に記載の超音波装置。 - 前記第1変更手段は、前記第1切替条件の判断に、前記受信素子の受信信号を用いることを特徴とする請求項1〜5いずれか1項に記載の超音波装置。
- 前記第1切替条件とは、前記被検出体までの距離に基づくものであり、
前記第1変更手段は、前記被検出体までの距離が予め設定された基準距離以下の場合に前記送信素子が送信する超音波の周波数が、前記被検出体までの距離が前記基準距離よりも長い場合に前記送信素子が送信する超音波の周波数よりも低くなるように、前記駆動信号の周波数変更を前記駆動信号生成手段に指示することを特徴とする請求項6に記載の超音波装置。 - 前記第1切替条件とは、前記被検出体の有無に基づくものであり、
前記第1変更手段は、所定周波数の前記駆動信号により前記被検出体が検出された場合に、前記所定周波数よりも高周波の前記駆動信号を生成するように、前記駆動信号生成手段に指示することを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の超音波装置。 - 前記第2切替条件とは、前記被検出体の有無に基づくものであり、
所定周波数及び所定位相差の各駆動信号により前記被検出体が検出されない場合、前記所定周波数が維持されるとともに、前記第2変更手段は、前記位相差を切り替えるように前記位相差調整手段に指示することを特徴とする請求項1〜8いずれか1項に記載の超音波装置。 - 所定周波数及び所定位相差の各駆動信号により前記被検出体が検出された場合、前記位相差が維持されるとともに、前記第1変更手段は、前記所定周波数よりも高周波の前記駆動信号を生成するように、前記駆動信号生成手段に指示することを特徴とする請求項9に記載の超音波装置。
- 超音波を送信するととともに、その反射波を受信して、被検出体の有無や距離を検出する超音波装置であって、
超音波を送信する送信素子及び反射波を受信する受信素子を構成する、厚み方向に振動し、音響インピーダンスがZ1とされた圧電素子、及び、一面が被検出体が存在する空間側に露出し、空間側に露出する一面の反対面に前記圧電素子が取り付けられ、音響インピーダンスが前記圧電素子よりも大きいZ2(>Z1)とされた音響部材と、
前記送信素子を振動させるために、所定周波数の駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、
予め設定された切替条件に応じて、前記駆動信号の周波数変更を前記駆動信号生成手段に指示する変更手段と、を備え、
前記音響部材における一面及び反対面間の厚みをTaとすると、前記駆動信号生成手段は、
λn=4×Ta/2n
[nは正の整数、λnは前記音響部材が共振状態となる周波数fnの超音波が音響部材中を伝搬するときの波長]を満たす互いに波長が異なる複数の超音波を、単一の前記送信素子が送信し単一の前記受信素子が受信するように、互いに周波数fnの異なる複数の前記駆動信号を生成可能に設けられていることを特徴とする超音波装置。 - 前記受信素子の受信信号のうち、前記駆動信号の周波数fnに応じた周波数帯域の信号を選択的に出力するフィルタ手段を備え、
前記変更手段は、前記駆動信号の周波数変更に応じて、選択的に出力する前記周波数帯域の変更を前記フィルタ手段に指示することを特徴とする請求項11に記載の超音波装置。 - 前記複数の駆動信号として、波長λ1=2×Ta[n=1]に対応する駆動信号を含むことを特徴とする請求項11又は請求項12に記載の超音波装置。
- 前記変更手段は、前記切替条件の判断に、前記受信素子の受信信号を用いることを特徴とする請求項11〜13いずれか1項に記載の超音波装置。
- 前記切替条件とは、前記被検出体までの距離に基づくものであり、
前記変更手段は、前記被検出体までの距離が予め設定された基準距離以下の場合に前記送信素子が送信する超音波の周波数が、前記被検出体までの距離が前記基準距離よりも長い場合に前記送信素子が送信する超音波の周波数よりも低くなるように、前記駆動信号の周波数変更を前記駆動信号生成手段に指示することを特徴とする請求項14に記載の超音波装置。 - 前記切替条件とは、前記被検出体の有無に基づくものであり、
前記変更手段は、所定周波数の前記駆動信号により前記被検出体が検出された場合に、前記所定周波数よりも高周波の前記駆動信号を生成するように、前記駆動信号生成手段に指示することを特徴とする請求項14又は請求項15に記載の超音波装置。 - 前記受信素子として、受信専用の前記圧電素子を含むことを特徴とする請求項1〜16いずれか1項に記載の超音波装置。
- 前記圧電素子として、前記送信素子と前記受信素子を兼ねる送受信素子を含むことを特徴とする請求項1〜17いずれか1項に記載の超音波装置。
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