JP6265573B2 - 超広帯域音および超音波トランスデューサ - Google Patents

Description

本発明は、圧電トランスデューサに関し、詳細には、本発明は、音および超音波の発生、送信、ならびに受信のための圧電トランスデューサのアレイに関する。

音および超音波発生のための現在のトランスデューサアレイは、縦モードまたは横モードで動作するように設計された同一または略同一の送信素子を順序正しく配置することからなる。可能であれば、個々のトランスデューサの側方寸法または横寸法が、意図した音響媒体における設計周波数の音の波長と略等しいか、またはその２分の１（λ_ｍ／２）未満であるように選択されて、強い集束した主音響ビームを発生させ、かつ格子ローブ（grating lobe）を回避する。加えて、ビーム形成および／またはビームシェーディング技法により、サイドローブの強度が低く維持される。

図１は、個々の矩形素子１０２が縦方向および横方向に約λ_ｍ／２離間している、水中撮像のためのサイドスキャンまたは合成開口ソナーで用いられるそのような送信アレイ１００の例を示し、ここでλ_ｍは、水中における設計中心周波数の音または超音波の波長である。アレイの個々のトランスデューサ素子１０２を用いると、素子の位相合わせ技法によって主音響ビームを電子的に操作することが可能になる。アレイ内での素子分離（elemental separation）の制御が、そのような用途において重要である。

図２は、Ｓａｉｔｏｈ他による、「０．９１Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３−０．０９ＰｂＴｉＯ_３単結晶を用いる４０チャネル位相アレイ超音波プローブ」で報告された医用撮像における超音波送信および受信の両方に使用される、１Ｄ位相アレイ医用トランスデューサ２００の例を示す。アレイ２００は、縦方向に約λ_ｍ／２離間している個々の銀素子を示し、ここでλ_ｍは、ヒト組織における設計中心周波数の超音波の波長である。そのようなデバイスでは、上電極面２１０および下電極面２１２のそれぞれが圧電能動材料２０４に結合され、この圧電能動材料２０４が支持材２１４に結合され、音響整合層２０６が上電極層２１０に結合される。その後、能動材料２０４は、上電極層２１０および整合層２０６と共にダイシングされて個々の銀素子になる。最後に、図示したように、音響レンズ２０８が音響整合層２０６上に置かれる。

同様のトランスデューサアレイが音および超音波受信にも使用される。そのような受信アレイは非共振（off-resonance）モードで動作することが一般的であるが、受信モードにおいて構成素子の共振周波数に相当する周波数の音に対する高い受信感度を示す。

現在の超音波送信素子は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒ_０．５２Ｔｉ_０．４８Ｏ_３またはＰＺＴ）多結晶セラミックスにより駆動される。直接駆動のピストンなし送信素子の場合、矩形のロッドまたはチューブ状セラミックスが一般に使用される。このようなセラミックスは、所望の圧電特性を伴う電極として作用する２つの対向面にわたって分極される（poled）。従来、この分極方向は、３−方向として指定されている。

縦（３３）モード動作では、能動材料が、音響ビーム方向でもある分極（３−）方向に沿って活性化される。縦（３３）モードで動作するトランスデューサ素子３００の例が図３に示されている。この図では、能動素子３０２が支持材３０４を備えている。支持材３０４は、能動素子３０２のリンギングを低減させて短いパルス幅の信号の使用時に軸方向分解能を向上させる効果を有する、柔軟な高ダンピング支持材である。また、支持材３０４は、音響出力を犠牲にしてトランスデューサ３００の帯域幅を広げるのにも役立つ。能動素子３０２の斜線付きの上面３０６と、上面３０６と対向する下面３０８とが、電極として作用する。そのような設計では、活性化方向の能動材料３０２は、一般的に２分の１波長（λ_ｃ／２）の寸法であり、ここで、λ_ｃ＝Ｖ_３３ ^Ｄ／ｆであり、Ｖ_３３ ^Ｄは、活性化縦（３−）方向に沿ったセラミックまたは単結晶能動材料の音速、ｆは所望の可聴周波数、^Ｄは能動材料３０２が一定の電気変位の状態にあることを示す。

従来の横（３１）モード動作では、能動材料が、音響ビーム方向でもある２つの側方方向または横方向の一方の共振で励起される。横モードで動作するトランスデューサ素子４００の例が図４に示されている。この図では、能動素子４０２の斜線付きの側面４０４と、側面４０４と対向する面（図示せず）とが、電極として作用する。音響出力の前方向への投射を助ける、重いテールマス（tail mass）が支持材４０６として使用されている。そのような設計では、活性化方向の能動素子４０２は、一般的に４分の１波長（λ_ｃ／４）の寸法である。能動素子４０２の関連する音速は、ｖ_１１ ^Ｅ（またはｖ_２２ ^Ｅ）で示される活性化横（１−）方向に沿っており、ここで下付き文字「_１」（または「_２」）は、活性化方向が２つの可能な横方向のうちの１−（または２−）であることを示し、上付き文字「Ｅ」は、この場合、能動素子４０２が一定の電界の状態にあることを示す。

前述した縦モードまたは横モードで動作するトランスデューサの設計では、能動素子３０２または４０２の４つの側面を柔軟な高ダンピング材料により伝搬媒体から保護して、能動素子が過度に側方に拘束されず、意図したモードで自由に振動または共振できること、および意図した音響方向への音波伝搬が実現されることを保証する。明確にするために、応力／圧力解放材料、ハウジング、および電極面に接続されたリード線は、図３および図４には示されていない。

多結晶ＰＺＴセラミックスおよびそれらのドープ誘導体は、超音波トランスデューサおよびアレイ用として現在最も普及している能動材料であり、横特性（ｄ_３１値およびｋ_３１値）よりもはるかに優れた縦圧電特性（ｄ_３３値およびｋ_３３値）を有する。ここでｄおよびｋはそれぞれ圧電歪み係数および電気機械結合定数であり、第１の下付き文字_３は、加えられた電界が「３−」または分極方向であることを示し、第２の下付き文字は、縦作動についての活性化方向「−３」および横作動についての「−１」または「−２」を示す。例えば、一般的なＰＺＴセラミックスの場合、縦モードについてはｄ_３３＝３００〜６００ｐＣ／Ｎおよびｋ_３３＝０．６〜０．７、横モードについてはｄ_３１＝１５０〜３００ｐＣ／Ｎおよびｋ_３１＝０．３４〜０．４０である。縦特性と比較すると、横特性は、効率的な音および超音波の発生に好ましくない。また、縦方向および横方向の両方の（一般的に＞２０００ｍ／ｓの）音速は、水およびヒト組織における音速よりもはるかに高い。ＰＺＴベースのセラミックスの音速が高く横特性が劣るため、縦モードトランスデューサおよびアレイは、水中および／または医療用途の場合の音および超音波発生用として、横モードのトランスデューサおよびアレイよりもはるかに普及している。

特に医療分野で横モードトランスデューサアレイの普及度が低い別の理由は、確立された自動ダイシング動作によりそのようなアレイを作製する際に伴う困難である。両横面上への電極の配設およびそれらの配線が、そのようなアレイ構成に問題となる。

本発明の目的は、先行技術の欠点および短所を克服または少なくとも大幅に改善することである。

本発明の目的は、好ましくは矩形形状の能動素子を励起させて、２つの直交する横方向の一方で共振させ、能動素子が縦方向または他の横方向に音響音を発生させるようにすることである。この特定の動作モードを、以下で「横幅モード」と呼ぶ。

また、本発明の目的は、リラクサベースの強誘電体／圧電単結晶を用いる横幅モードによって動作する音または超音波送信素子およびそのアレイを提供することである。

さらに、本発明の目的は、入ってくる音の周波数が受信モードにおけるトランスデューサ素子の横幅モード共振に一致するときに、高い受信感度で音および超音波を受信するための同一の素子およびアレイを使用することである。

本発明の目的は、単一の横幅モード、または共振モードの少なくとも１つが横幅モードである二重もしくは三重周波数モード、または基本モードの少なくとも１つが横幅モードである広帯域結合モード、または適切なヘッドマス、整合層および／またはレンズ層を有するような他の誘導体で動作するように設計されたトランスデューサを提供することである。

さらに、本発明の目的は、水中、医療分野、および工業分野において音および超音波の発生ならびに受信の際に横幅モードを使用することである。

本発明の目的は、音および超音波の発生ならびに受信のために、圧電トランスデューサの横幅モードと呼ばれる新しい動作モードを設けることにより達成される。

本発明の実施態様によれば、トランスデューサは、２つの対向面に電極付けされ（electroded）、電極面にわたって分極された能動素子を含み、能動素子が分極方向に対して横方向の共振に設定されると、音響ビームが能動素子の共振横方向または幅方向に対して直角に発生して、音響ビーム方向が分極方向または他の横方向の一方となるようにする。

本発明の実施態様によれば、能動素子は、一体の能動材料、または、並列、直列、一部並列、または一部直列構成のうちの１つで電気的に結合された、矩形形状または少なくとも１つの寸法において略テーパ状になった外形である、同一または同等の寸法およびカットの複数の能動材料を含む。

本発明の別の実施態様によれば、能動材料は、２分の１波長共振モードで活性化横方向に励起される。

本発明の別の実施態様によれば、トランスデューサは、能動素子の音波放出面に対向する面に結合された支持素子を含む。支持素子は、所望の用途に合わせて、重いテールマスまたは柔軟な高ダンピング支持材の一方であってよい。

本発明の実施態様によれば、トランスデューサは、直接駆動のピストンなし設計を含むか、または所望の用途に合わせて、剛性もしくは可撓性のヘッドマスを有する。

本発明の別の実施態様によれば、トランスデューサは、能動素子の音波放出面に取り付けられた１つまたは複数の整合層を含む。

本発明の別の実施態様によれば、トランスデューサは、整合層上に設けられた１つまたは複数のレンズ層を含む。

本発明の別の実施態様によれば、能動素子は、２つの横方向のうちの少なくとも一方にｄ_３１（またはｄ_３２）≧４００ｐＣＮおよびｋ_３１（またはｋ_３２）≧０．６０の横圧電特性を有し、ここでｄ_３１、ｄ_３２は関連する横圧電歪み係数であり、ｋ_３１、ｋ_３２は関連する電気機械結合定数である。

本発明のさらに別の実施態様によれば、能動素子は、Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｉｎ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｓｃ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｆｅ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｙｂ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｌｕ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｍｎ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３、ＰｂＺｒＯ_３、およびＰｂＴｉＯ_３のうちの１つまたは複数の二元、三元、およびより高次の固溶体のリラクサベースの強誘電体または圧電単結晶、ならびにそれらの改質誘導体および／またはドープ誘導体の適切なカットを含む。

本発明のさらに別の実施態様によれば、能動素子は、［０−１１］_１×［１００］_２×［０１１］_３カットの［０１１］_３分極単結晶を含み、ここで［０１１］_３は縦方向であり、［０−１１］_１および［１００］_２は２つの側方方向または横方向である。

本発明のさらに別の実施態様によれば、能動素子は、［１１０］_１×［１−１０］_２×［００１］_３カットの［００１］_３分極単結晶を含み、ここで［００１］_３は縦方向であり、［１１０］_１および［１−１０］_２は、２つの結晶学的に同等の側方方向または横方向である。

本発明のさらなる実施態様によれば、能動素子は、２つの横方向のうちの少なくとも一方にｄ_３１（またはｄ_３２）≧４００ｐＣＮおよびｋ_３１（またはｋ_３２）≧０．６０の横圧電特性を有する適切にカットされ分極されたテクスチャ圧電セラミックスを含み、ここでｄ_３１、ｄ_３２は関連する横圧電歪み係数であり、ｋ_３１、ｋ_３２は関連する電気機械結合定数である。

本発明のさらなる実施態様によれば、能動素子は、２つの横方向のうちの少なくとも一方にｄ_３１（またはｄ_３２）≧４００ｐＣＮおよびｋ_３１（またはｋ_３２）≧０．６０の横圧電特性を有する圧電単結晶およびテクスチャ多結晶セラミックスの組成およびカットを含み、ここでｄ_３１、ｄ_３２は関連する横圧電歪み係数であり、ｋ_３１、ｋ_３２は関連する電気機械結合定数である。

本発明の別の実施態様によれば、能動素子は、２つの横方向のうちの少なくとも一方にｄ_３１（またはｄ_３２）≧４００ｐＣＮおよびｋ_３１（またはｋ_３２）≧０．６０の横圧電特性を有する非テクスチャ（non-textured）多結晶圧電セラミックスの改質した組成および／または新しい組成を含み、ここでｄ_３１、ｄ_３２は関連する横圧電歪み係数であり、ｋ_３１、ｋ_３２は関連する電気機械結合定数である。

本発明の別の実施態様によれば、能動素子は、意図した音響媒体の音速と同等であるか、またはそれよりも低い、少なくとも１つの側方方向または横方向の比較的低い音速の能動材料を含む。

本発明の実施態様によれば、少なくとも１つの側方方向または横幅方向の能動素子の寸法は、意図した音響媒体における設計周波数の音の波長の２分の１（λ_ｍ／２）と同等であるか、それと同一であるか、またはそれよりも小さく、ここでλ_ｍは、意図した音響媒体における設計中心周波数の音および超音波の波長である。

本発明の実施態様によれば、両横幅方向への能動素子の音速は、意図した音響媒体における音速よりも高く、個々のトランスデューサ素子の能動素子の側方寸法は、意図した音響媒体における設計周波数の音の波長の２分の１（λ_ｍ／２）よりも大きく、ここでλ_ｍは、意図した音響媒体における設計中心周波数の超音波の波長である。

本発明の実施態様によれば、トランスデューサは音および超音波の送信ならびに受信に使用される。

本発明の別の実施態様によれば、トランスデューサのアレイを含む、音および超音波の発生および／または受信のためのデバイスが提供される。各トランスデューサは、２つの対向面に電極付けされ、電極面にわたって分極された能動素子を含み、能動素子が分極方向に対して横方向の共振に設定されると、音響ビームが能動素子の共振横方向または幅方向に対して直角に発生し、音波放出方向が分極方向または他の横方向の一方を含む。

上記の概要および例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、添付図面と併せて読むことにより、よりよく理解される。本開示を図示するために、本開示の例示的な構成が図面に示される。しかしながら、本開示は本明細書に開示された特定の方法および手段に限定されない。さらに、当業者は、図面が縮尺通りでないことを理解するだろう。

公知技術による従来の平面送信アレイを示す図である。 別の公知技術による、医用撮像における超音波送信および受信の両方に使用される１Ｄ位相アレイ医用トランスデューサを示す図である。 当技術分野で公知のλ_ｃ／２縦（３３）モードで共振する柔軟な高ダンピング支持層を有する矩形能動素子の動作原理を示す図である。 当技術分野で公知のλ_ｃ／４横（３１）モードで共振する重いテールマスを有する矩形能動素子の動作原理を示す概略図である。 本発明の実施形態による、横幅モードで共振する能動素子の動作原理を示す図である。 本発明の別の実施形態による、横幅モードで共振する能動素子の動作原理を示す図である。 本発明の例示的なトランスデューサを示す図である。 本発明の実施形態によるトランスデューサの帯域幅を改善するための、異なる横幅寸法の、および／またはテーパ状の外形を有する能動素子の例示的な図である。 本発明の実施形態によるトランスデューサの帯域幅を改善するための、異なる横幅寸法の、および／またはテーパ状の外形を有する能動素子の例示的な図である。 本発明の実施形態によるトランスデューサの帯域幅を改善するための、異なる横幅寸法の、および／またはテーパ状の外形を有する能動素子の例示的な図である。 本発明の実施形態によるトランスデューサの帯域幅を改善するための、異なる横幅寸法の、および／またはテーパ状の外形を有する能動素子の例示的な図である。 図７で説明した例示的なトランスデューサについての、１２５ｋＨｚ〜１５０ｋＨｚにわたる横幅モードの送波電圧感度（transmit voltage response）（ＴＶＲ）を示す図である。 本発明のさらに別の例示的なトランスデューサの送波電圧感度（ＴＶＲ）を示す図である。 本発明のさらに別の例示的なトランスデューサの拡張した帯域幅の送波電圧感度（ＴＶＲ）を示す図である。

以下の説明で述べる実施形態は、非限定的な例であり、単に少なくとも１つの実施形態を示すために引用したものであり、その範囲を限定するものではない。

本発明は、音および／または超音波の発生、送信、ならびに受信のための新しい動作モードを提供する。新しい動作モードを使用するトランスデューサは、活性化時に音響ビームを発生させて、音響ビームの方向が能動材料の共振側方方向または幅方向に対して直角になるようにする能動素子を含む。これは、能動材料の共振方向と音響ビーム方向とが同一である従来の横モードとは対照的である。

図５は、本発明の新しい動作モードで動作するトランスデューサ５００を示す。トランスデューサ５００は、能動素子５０２、支持素子５０４、２つの電極面５０６およびその対向面、ならびに電極面に結合されたリード線を含む。能動素子５０２は、圧電特性を示す能動材料から作られ、好ましくは矩形形状である。支持素子５０４は、例えば、ステンレス鋼またはタングステンから作られた重いテールマスであってよい。重い支持素子５０４は、音響出力の前方向への投射を助ける。斜線付きの側面５０６とその対向面（図示せず）とは、リード線に結合される電極面である。明確にするために、周囲応力／圧力解放材料、電極面の各々に接続されたリード線、およびハウジングは示されていない。

電圧がリード線に加えられると、能動材料が励起され、すなわち、能動材料が横幅方向の共振に設定され得る。能動材料の励起は、図で機械的励起方向の矢印により示される。能動材料の励起は、２分の１波長（λ_ｃ／２）共振モードで行われる。共振の結果、音響ビームが発生し得る。本発明では、従来の横モード動作とは異なり、発生した音響ビームの方向は、励起された横幅方向に直交している。分極方向、機械的励起方向、および音響ビーム方向が図示されている。以下で、この新しい動作モードを従来の横動作モードと区別して「横幅モード」と呼び、従来の横動作モードを「横長さモード」と呼ぶ。

本発明の横幅モードは、能動素子の能動材料を適切な側方方向または横幅方向に沿って励起させることにより活性化されてもよく、図６に例示的に示すように、結果として生じる音響ビームは縦方向に発生する。この図では、能動素子６０２の上面６０６およびその対向面が電極面である。支持素子６０４は、柔軟な高ダンピング支持材であってよい。明確にするために、周囲応力／圧力解放材料、電極面の各々に接続されたリード線、およびハウジングは示されていない。この例でも、能動素子６０２の能動材料を２分の１波長（λ_ｃ／２）共振モードで励起させてよい。

上記の２つの例では、図５で重いテールマスが使用され、図６で柔軟な高ダンピング支持材が使用されている。テールマスか柔軟な支持材かの選択は、実際の適用要件に応じて決まる。

能動素子５０２または６０２の能動材料の横幅モードを効果的に活性化するために、能動材料は、かなり高い横圧電特性、特に横圧電歪み係数（ｄ_３１またはｄ_３２）と励起された側方方向または幅方向の電気機械結合定数（ｋ_３１またはｋ_３２）を有してもよい。例えば、ｄ_３１は４００ｐＣＮ以上であってよく、ｋ_３１は０．６０以上であってよい。好ましくは、能動材料は、意図した音響媒体の音速と同等であるか、またはそれよりも低い音速を、２つの横方向のうちの少なくとも一方に沿ってもたらしてもよい。これにより、活性化幅方向の寸法が約λ_ｍ／２またはλ_ｍ／２未満の能動素子５０２または６０２を実現して、アレイ設計においてλ_ｍ／２の素子分離を満たすことが可能になる。ここでλ_ｍは、意図した音響媒体における設計中心周波数の音の波長である。例えば、水中での用途の場合には水が意図した音響媒体であってよく、医療用途の場合にはヒト組織が意図した音響媒体であってよい。

上記特性を示す能動材料としては、限定されないが、新しい発生リラクサベースの強誘電体／圧電単結晶、例えば、ニオブ酸鉛亜鉛−チタン酸鉛（Ｐｂ［Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３］Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３またはＰＺＮ−ＰＴ）、ニオブ酸鉛マグネシウム−チタン酸鉛（Ｐｂ［Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３］Ｏ_３−ＰｂＴｉＯ_３またはＰＭＮ−ＰＴ）、ニオブ酸鉛マグネシウム−ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＭＮ−ＰＺＴ）の固溶体単結晶、ならびにそれらの組成的に改質された三元および四元誘導体およびドープ誘導体が挙げられる。これらの結晶の適切なカットは、高い横圧電特性（ｄ_３１、ｄ_３２、ｋ_３１、ｋ_３２）だけでなく低い横音速（ｖ_１１ ^Ｅおよびｖ_２２ ^Ｅ）も有する。

表１は、［０−１１］_１×［１００］_２×［０１１］_３カットの［０１１］_３分極ＰＺＮ−ＰＴ、ＰＭＮ−ＰＴ、およびＰＩＮ−ＰＭＮ−ＰＴ単結晶の関連する横圧電特性および縦圧電特性ならびに音速をまとめたものであり、ここでＰＩＮはＰｂ［Ｉｎ_１／２Ｎｂ_１／２］Ｏ_３の省略である。

表２は、［１１０］_１×［１１０］_２×［００１］_３カットの［００１］_３分極ＰＺＮ−ＰＴおよびＰＭＮ−ＰＴ単結晶の横圧電特性および縦圧電特性ならびに音速を示す。

例えば、表１は、［０１１］_３分極ＰＺＮ−（６−７）％ＰＴ単結晶について、［０−１１］_１および［１００］_２横結晶方向（それぞれ＞１０００ｐＣ／Ｎおよび＞０．７５）の両方の圧電歪み係数および電気機械結合定数が、ＰＺＴベースのセラミックスの圧電歪み係数および電気機械結合定数の数倍であることを示す。加えて、この結晶カットは、両横方向の比較的低い音速（ｖ_１１ ^Ｅ≒１５００ｍ／ｓおよびｖ_２２ ^Ｅ＜１０００ｍ／ｓ）を示し、これは、合わせて約１５００〜１６００ｍ／ｓの水中およびヒト組織における音速と略同じかまたはそれよりも低い。

同様に、［１１０］_１活性化方向の［００１］_３分極ＰＺＮ−（４．５−７）％ＰＴおよびＰＭＮ−２８％ＰＴ単結晶についての優れた横特性にも注目する（表２）。一般的な値はｄ_３１≧１０００ｐＣ／Ｎ、ｋ_３１≒０．８０である。２つの組成のうち、ＰＺＮ−ＰＴ結晶は、ｖ_１１ ^Ｅ≒１７４０〜１９９０ｍ／ｓの横方向に低い音速を示し、これは水中およびヒト組織における音速に近い。

これらの単結晶の横方向における優れた圧電特性および低い音速により、新しい音および超音波トランスデューサならびにアレイが可能になり、以下に示すように、その動作モードのうちの１つが本発明の横幅モードである。

図７ａ〜図７ｃは、例示的な多結晶デバイス、例えば多結晶トランスデューサ７００を示す。図７ａはトランスデューサ７００の上面図であり、図７ｂはトランスデューサ７００の立体図である。図７ｃは、トランスデューサ７００の斜視図である。図中、電極面に斜線が付けられている。例として、トランスデューサ７００は、水中における用途のために、すなわち、水中で約１４０ｋＨｚの音を伝えるために、本発明の横幅モードで動作するように設計される。

トランスデューサ７００は、同一のカットおよび寸法の４つの［０１１］_３分極ＰＺＮ−５．５％ＰＴ単結晶７０２を含み、各々が２つの対向する大きい方の側面に電極付けされ、［０１１］_３結晶方向に分極される（図７ａ）。同一のカットおよび寸法の結晶をこの例では使用しているが、図８ａ〜図８ｄに示すように所望の用途に合わせて寸法およびカットを変化させてもよい。４つの［０１１］_３分極ＰＺＮ−５．５％ＰＴ単結晶７０２は、底面で適切なテールマス７０４に結合される。４つの結晶７０２は、電気的に並列に接続されて駆動電圧を小さくする。実際の用途の必要に応じて、直列接続または一部並列一部直列接続などの他の配線方法も可能である。明確にするために、周囲応力／圧力解放材料、それぞれの電極面に接続されたリード線、およびハウジングはこの図には示されていない。

結晶を、いくつかの方向に沿って横幅モードで共振するように設計してもよい。例えば、図７ｂに示すように、結晶は、約１４０ｋＨｚで［０−１１］_１側方結晶方向に沿って横幅モードで共振するように設計される。前記結晶カット（表１、列５）についての音速Ｖ_１１ ^Ｅ＝１４６０ｍ／ｓとすると、結晶の［０−１１］_１側方方向または幅方向のλ_ｃ／２励起のための寸法は約５．２ｍｍであり、これは、水中の音速を１５００ｍ／ｓとするアレイについてのλ_ｍ／２＝５．５５ｍｍの好ましい素子分離よりも小さい。図７ｂに示すように、この場合の音響ビーム方向は［１００］_２結晶方向に沿っている。

トランスデューサ７００の［０−１１］_１側方方向または幅方向の結晶寸法を変化させて、前記方向のλ_ｃ／２共振励起に対応する所望の可聴周波数を生じさせてもよい。

あるいは、代わりに４つの［０１１］_３分極結晶を［１００］_２結晶方向に沿って活性化してもよく、音響ビーム方向が横［０−１１］_１結晶方向に沿っていてもよい。［１００］_２幅方向における［０１１］_３分極ＰＺＮ−５．５％ＰＴ結晶の音速は、ｖ_２２ ^Ｅ≒８８０ｍ／ｓであり、ｄ_３２≒２６００ｐＣ／Ｎおよびｋ_３２≒０．９０（表１、列５）である。したがって、λ_ｃ／２励起に必要な幅寸法は、約３．１４ｍｍであり、これは、従来そのようなアレイに用いられるλ_ｍ／２＝５．５５ｍｍの素子分離よりもはるかに小さいため、送信素子をアレイ内により密集させて音響出力を増大させることができる。

音投射のための横幅モードに適した単結晶の別の例は、活性化横方向が［１１０］_１結晶方向に沿った［００１］_３分極結晶である。［１１０］_１および［１−１０］_２は、この結晶カットについて結晶学的に同等の方向である。この結晶カットのＰＺＮ−（６−７）％ＰＴ結晶の場合、［１１０］_１横方向に沿った音速は、水およびヒト組織における音速に近い。また、この結晶カットは、高い横圧電係数および電気機械結合定数を有し、ｄ_３１＝１２００ｐＣ／Ｎおよびｋ_３１＝０．８０である。

図８ａ〜図８ｄは、本発明の実施形態による、異なる横幅寸法の、および／または横幅モードで共振するトランスデューサの帯域幅を改善するためのテーパ状の外形を有する能動素子８０２を例示的に示す。区別しやすいように、電極面に斜線を付けている。能動素子８０２は４つの結晶から作られたものとして示されるが、本発明は、１つまたは複数の結晶を有する能動素子の他の実施形態にも及ぶ。

したがって、限定されないが、以下の成分、すなわち、Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｉｎ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏｓ、Ｐｂ（Ｓｃ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｆｅ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｙｂ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｌｕ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｍｎ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３、ＰｂＺｒＯ_３、およびＰｂＴｉＯ_３の二元、三元、およびより高次の固溶体の強誘電体または圧電単結晶、ならびにそれらのドープ誘導体および改質誘導体を含む、例えば、ｄ_３１（またはｄ_３２）≧４００ｐＣＮおよびｋ_３１（またはｄ_３２）≧０．６０のかなり高い横圧電特性を有する適切な組成およびカットの圧電単結晶から作られた能動素子５０２、６０２、７０２、または８０２の範囲に、本発明を適用してもよい。

能動素子５０２、６０２、７０２、または８０２は、例えば、ｄ_３１（またはｄ_３２）≧４００ｐＣＮおよびｋ_３１（またはｄ_３２）≧０．６０のかなり高い横圧電特性を示す、適切な組成およびカットのテクスチャまたは非テクスチャ多結晶圧電セラミックスを含んでもよい。あるいは、能動素子５０２、６０２、７０２、または８０２は、例えば、ｄ_３１（またはｄ_３２）≧４００ｐＣＮおよびｋ_３１（またはｄ_３２）≧０．６０のかなり高い横圧電特性を示す単結晶、テクスチャおよび非テクスチャ多結晶セラミックスを含む、圧電材料の改質された新しい組成およびカットであってもよい。好ましくは、前記単結晶、テクスチャおよび非テクスチャセラミックスは、少なくとも１つの横方向における意図した音響媒体の音速に近いか、またはそれよりも低い音速を有する。

図９は、１３８ｋＨｚでの共振モードが本発明の横幅モードである、例示的なトランスデューサ７００の送波電圧感度（ＴＶＲ）のグラフ９００を示す。

横幅モードでは、使用される単結晶カット（ｄ_３１≒１０００ｐＣ／Ｎおよびｋ_３１≒０．８０、表１の列５参照）の高い横圧電係数および電気機械結合定数により、前記トランスデューサ素子は、直流バイアスなしの最大交流入力電圧約１００Ｖ_ｍｓで、素子ごとに、約１３８ｋＨｚでの横幅モードについて１メートルで１４２ｄＢ ｒｅ １μΡａ／Ｖの相当なＴＶＲピークと、１メートルで＞１８０ｄＢ ｒｅ １μＰａのかなり高い音圧レベルとを示す。前記素子が適切な直流バイアス下でより高い交流電圧で駆動されるときには、より高い音圧レベルが可能である。

横幅モードに対応するＴＶＲピークに加えて、図９はまた、λ_ｃ／４モードにより他の横［１００］_２結晶方向に沿って１１０ｋＨｚで共振させたときに同一の結晶によって示される横長さモードのＴＶＲピークを示す。したがって、グラフ９００は、本発明の横幅モードと横長さモードとの両方のＴＶＲ（およびしたがってソースレベル）とを比較できることを示し、本発明の横幅モードが音および超音波発生のために実行可能な動作モードであることを確認する。

グラフ９００は、横幅モードおよび横長さモードの共振周波数が十分に離れるように設計されるときに、本発明の例である、結果として得られるトランスデューサを、図示したようにそれぞれ１１０ｋＨｚおよび１４０ｋＨｚで動作する二重周波数送信装置として使用してもよいことをさらに示す。

あるいは、代わりに、本発明のトランスデューサ素子を横幅モードおよび横長さモードについて十分に近い共振周波数を有するように設計して、結果として得られる音響ビームが結合して広帯域共振を形成するようにしてもよい。そのような設計によりもたらされるＴＶＲの例が図１０に示されている。この例示的なトランスデューサで用いられる結晶は、図７と同一のカットであるが、［１００］_２方向の寸法が短いため、横長さモードについてわずかに高い共振周波数を生じさせる。

本発明の教示によるさらに別の例示的な広帯域トランスデューサは、十分に近い共振周波数を有するように設計することにより、適切な横幅モードと縦モードとの間の広帯域結合モードで動作してもよい。

本発明の教示によるさらに別の例示的な広帯域トランスデューサを、結晶の両方の側方方向または幅方向の横幅モードと縦モードとで活性化してもよい。この場合、２つの横幅モードと縦モードとの共振周波数が超広帯域幅の結合共振を形成するよう十分に近くなるように、結晶の寸法を選択してもよい。

超広帯域の水中の用途における横幅モードおよび縦モードの両方の活性化についての例示的な設計を以下に示す。この例では、［０１１］_３分極ＰＺＮ−５．５％ＰＴ単結晶を能動素子として使用し、［０−１１］_１および［１００］_２は２つの直交する横結晶方向である。３つのそれぞれの結晶方向におけるこの結晶カットの音速は、［０１１］_３縦方向についてｖ_３３ ^Ｄ≒３１００ｍ／ｓ、［０−１１］_１横方向についてｖ_１１ ^Ｅ≒１４６０ｍ／ｓ、および［１００］_２横方向についてｖ_２２ ^Ｅ≒８８０ｍ／ｓである（表１、列５）。この例では、［０１１］_３結晶方向を音響ビーム方向として使用し、［０−１］_１および［１００］_２結晶方向を２つの横幅方向として使用する。結晶は、以下のおおよその寸法、すなわち、重いテールマスを有する縦モードによるλ_ｃ／４活性化について［０１１］_３結晶方向に５．２ｍｍ、前記方向の第１の横幅モードによるλ_ｃ／２活性化について［０−１１］_１結晶方向に６．１ｍｍ、および第２の横幅モードによるλ_ｃ／２活性化について［１００］_２結晶方向に４．９ｍｍを有するようにカットされる。対応する共振周波数は、第１の横幅モードについて９０ｋＨｚ、第２の横幅モードについて１２０ｋＨｚ、および縦モードについて１５０ｋＨｚであると推定され、これらは、超広帯域超音波の送信および受信のために十分に近くなっている。さらに、結晶の寸法を調節して、実際の適用要件に応じて別個の共振または結合共振を生じさせてもよい。

前述した広帯域トランスデューサでは、横幅モード、横長さモード、および縦モードにより発生した音波がすべて同相である。したがって、広帯域または超広帯域トランスデューサの設計時に結合モードの形成は必要でなくてよい。言い換えると、（ａ）横幅モードおよび横長さモード、（ｂ）適切な横幅モードおよび縦モード、または（ｃ）横幅モードおよび縦モードの両方を組み合わせて活性化することにより、それぞれのモードの共振周波数を互いに十分に近くに維持しながら、かなり平坦な、例えば１０ｄＢ以内の変動のＴＶＲ感度を実現してもよい。

テールマスにより加えられる機械的拘束により、テールマス近くの能動材料の横幅モード共振の境界条件が局所的に変化することに注目すべきである。言い換えると、本発明の横幅モードは、拘束がないときと比べて分散された、またはより広範囲な共振を示す。剛性もしくは可撓性タイプのヘッドマス（またはピストン）、１つまたは複数の適切な整合層、および／またはレンズ層の追加などの、能動材料の意図した横幅モードの振動挙動にさらに影響を与える追加の拘束があるときに、分散された共振挙動が強化されるものと予想される。結晶の上面に与えられた境界条件により、本発明の横幅モードの分散共振性をさらに強化して、帯域幅を改善する。

さらに、横幅モードの分散された共振挙動を促し、したがってトランスデューサの帯域幅を増加させるために使用可能な他の方法として、図８ａ〜図８ｄに例示的に示すように、わずかに異なる横幅寸法の能動材料、および少なくとも１つの寸法において略テーパ状となった外形を有する能動材料を使用することが挙げられる。

図１１は、本発明のさらに別の例示的なトランスデューサの、拡張した帯域幅のＴＶＲを示す。例示的なトランスデューサは、図７と比較可能な設計であるが、適切な４分の１波長整合層が上部突出面に加えられている。図９に示すピストンなし設計とは対照的に、横幅モードについての１３０〜１９０ｋＨｚにわたるこの設計の帯域幅がはるかに増加していることが明らかである。適切なヘッドマスまたは化合物整合層を代わりに使用したときに、同様の結果が予想される。

本発明の横幅モードを、様々な用途の必要に合わせて、トランスデューサ設計における様々な適切な形態で使用してもよいことが上記の例から明らかである。これらの形態としては、二重または三重周波数モード、広帯域結合モード、適切なヘッドマスおよび／または整合層を有する超広帯域モード、単一の能動素子または同一のもしくはわずかに異なる横幅寸法の複数の能動素子を有するものなどが挙げられる。これらの非常に魅力的な設計特性にもかかわらず、各能動素子は活性化横方向の寸法が約λ_ｍ／２またはそれよりも小さく、約λ_ｍ／２またはそれよりも小さい素子分離の異なる構成のアレイを実現することができる。作製されたアレイの音響性能を、従来のビーム形成技法により容易に予測してもよい。この場合、電子ビームのシェーディングおよび操作が適用可能である。

本発明の横幅モードは、図６に例示的に示すような適切な柔軟支持層を有するトランスデューサ設計にも当てはまる。この場合、拡張した帯域幅によって結果として生じる音響出力が低減することを除いて、前述したすべての効果が依然として当てはまる。

実施形態では、両横幅方向への能動材料の速度が意図した音響媒体における音速より高い場合にも、横幅モードが当てはまる。そのような場合、共振幅方向への能動材料の側方寸法は、媒体における意図した中心周波数の音の波長の２分の１（λ_ｍ／２）より大きい。これは、そのような素子から作られたトランスデューサアレイにも当てはまる。

本発明は、受信モードにおける構成要素の横幅共振に相当する周波数の音についてトランスデューサ素子およびアレイを用いる音および超音波受信にも当てはまる。この場合、トランスデューサが非共振モードで動作しているときと比べて、はるかに高い受信感度が達成される。

本発明は、音および超音波の送信ならびに受信の組合せについてのトランスデューサおよびそのアレイにさらに当てはまる。この場合、共振モードまたは非共振モードのいずれかを音受信のために使用してもよい。

本発明のトランスデューサおよびそのアレイは、いくつかの分野における用途、すなわち、水中における用途（例えば、数１０ｋＨｚ前半（low tens of kHz）から数１０ＭＨｚ前半の一般的な動作周波数範囲の水中撮像、レンジング、および通信）、医療用途（例えば、数１００ｋＨｚ半ば（mid hundreds of kHz）から数１０ＭＨｚ後半（high tens of MHz）の一般的な動作周波数範囲についての医療撮像）、および工業用途（例えば、検査する材料に応じて動作周波数が数１０ｋＨｚ後半から数１０ＭＨｚ後半まで広範囲に変化し得る構造および欠陥撮像）における用途が見られる。

本実施形態の選択の構成、寸法、材料を、本発明の動作原理の主要な特徴から逸脱することなく、適合させ、修正し、改良し、またはわずかに異なるが等価な方法に置き換えてもよく、さらなる特徴を加えて、トランスデューサおよびアレイの性能および／または信頼性を高めてもよいことが当業者には自明であろう。これらの置換え、代替形態、修正、または改良は、以下の特許請求の範囲の範囲および文言に含まれるものと考えるべきである。

さらに、上記で開示されたものおよびその他の特徴ならびに機能の変形形態または代替形態を、多くの他の異なるシステムまたはアプリケーションと組み合わせることが望ましい。また、当業者は、以下の特許請求の範囲に包含されることも意図される、様々な現在予期しないもしくは予測できない代替形態、修正、変形形態、または改良を後に行ってもよい。

Claims (34)

1. ２つの対向面に電極付けされ、前記電極面にわたって分極された能動素子を含み、前記能動素子が分極方向に対して横方向の共振に設定されると、音響ビームが前記能動素子の共振横方向または幅方向に対して直角に発生し、音響ビーム方向が前記分極方向または前記共振横方向以外の横方向を含むトランスデューサ。
2. 前記能動素子が、矩形形状の一体の能動材料を含む、請求項１に記載のトランスデューサ。
3. 前記能動素子が、少なくとも１つの寸法にテーパ形状を有する一体の能動材料を含む、請求項１に記載のトランスデューサ。
4. 前記能動素子が、並列、直列、一部並列、または一部直列構成のうちの１つで電気的に結合された、同一の矩形形状、わずかに異なる寸法の矩形形状、または少なくとも１つの寸法においてテーパ状となった外形のうちの少なくとも１つである複数の能動材料を含む、請求項１に記載のトランスデューサ。
5. 前記能動材料が２分の１波長共振モードで活性化横方向に励起される、請求項２から４のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
6. 支持素子をさらに含む、請求項１から５のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
7. 前記支持素子が、所望の用途に合わせて、重いテールマスまたは柔軟な高ダンピング支持材の一方を含む、請求項６に記載のトランスデューサ。
8. 前記トランスデューサが、直接駆動のピストンなし設計を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
9. 所望の用途に合わせて、剛性もしくは可撓性タイプのヘッドマスをさらに含む、請求項１から７のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
10. 少なくとも１つの整合層をさらに含む、請求項１から９のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
11. 所望の用途に合わせて、前記整合層上に設けられた少なくとも１つのレンズ層をさらに含む、請求項１０に記載のトランスデューサ。
12. 前記能動素子が、２つの横方向のうちの少なくとも一方にｄ_３１（またはｄ_３２）≧４００ｐＣＮおよびｋ_３１（またはｋ_３２）≧０．６０の横圧電特性を有し、ここでｄ_３１、ｄ_３２は関連する横圧電歪み係数であり、ｋ_３１、ｋ_３２は関連する電気機械結合定数である、請求項１から１１のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
13. 前記能動素子が、Ｐｂ（Ｚｎ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｍｇ_１／３Ｎｂ_２／３）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｉｎ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｓｃ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｆｅ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｙｂ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｌｕ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３、Ｐｂ（Ｍｎ_１／２Ｎｂ_１／２）Ｏ_３、ＰｂＺｒＯ_３、およびＰｂＴｉＯ_３のうちの１つまたは複数の二元、三元、およびより高次の固溶体のリラクサベースの強誘電体または圧電単結晶、ならびにそれらの改質誘導体および／またはドープ誘導体の適切なカットを含む、請求項１から１１のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
14. 前記能動素子が、［０−１１］_１×［１００］_２×［０１１］_３カットの［０１１］_３分極単結晶を含み、ここで［０１１］_３は縦方向であり、［０−１１］_１および［１００］_２は２つの側方方向または横方向である、請求項１から１１のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
15. 前記能動素子が、［１１０］_１×［１−１０］_２×［００１］_３カットの［００１］_３分極単結晶を含み、ここで［００１］_３は縦方向であり、［１１０］_１および［１−１０］_２は、２つの結晶学的に同等の側方方向または横方向である、請求項１から１１のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
16. 前記能動素子が、２つの横方向のうちの少なくとも一方にｄ_３１（またはｄ_３２）≧４００ｐＣＮおよびｋ_３１（またはｋ_３２）≧０．６０の横圧電特性を有する適切にカットされ分極されたテクスチャ圧電セラミックスを含み、ここでｄ_３１、ｄ_３２は関連する横圧電歪み係数であり、ｋ_３１、ｋ_３２は関連する電気機械結合定数である、請求項１から１１のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
17. 前記能動素子が、２つの横方向のうちの少なくとも一方にｄ_３１（またはｄ_３２）≧４００ｐＣＮおよびｋ_３１（またはｋ_３２）≧０．６０の横圧電特性を有する圧電単結晶およびテクスチャ多結晶セラミックスの組成およびカットを含み、ここでｄ_３１、ｄ_３２は関連する横圧電歪み係数であり、ｋ_３１、ｋ_３２は関連する電気機械結合定数である、請求項１から１１のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
18. 前記能動素子が、２つの横方向のうちの少なくとも一方にｄ_３１（またはｄ_３２）≧４００ｐＣＮおよびｋ_３１（またはｋ_３２）≧０．６０の横圧電特性を有する非テクスチャ多結晶圧電セラミックスの改質した組成および／または新しい組成を含み、ここでｄ_３１、ｄ_３２は関連する横圧電歪み係数であり、ｋ_３１、ｋ_３２は関連する電気機械結合定数である、請求項１から１１のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
19. 前記能動素子が、意図した音響媒体の音速と同等であるか、またはそれよりも低い、少なくとも１つの側方方向または横方向の比較的低い音速の能動材料を含む、請求項１から１１のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
20. 少なくとも１つの側方方向または横幅方向の前記能動素子の寸法が、意図した音響媒体における設計周波数の音の波長の２分の１（λ_ｍ／２）と同等であるか、それと同一であるか、またはそれよりも小さく、ここでλ_ｍは、前記意図した音響媒体における設計中心周波数の音および超音波の波長である、請求項１から１１のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
21. 両横幅方向への前記能動素子の音速が、意図した音響媒体における音速よりも高く、個々のトランスデューサ素子の前記能動素子の側方寸法が、前記意図した音響媒体における設計周波数の音の波長の２分の１（λ_ｍ／２）よりも大きく、ここでλ_ｍは、前記意図した音響媒体における設計中心周波数の音および超音波の波長である、請求項１から１１のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
22. 前記トランスデューサが音および超音波の送信ならびに受信に使用される、請求項１から２１のいずれか１項に記載のトランスデューサ。
23. 音および超音波の発生および／または受信のためのデバイスであって、トランスデューサのアレイを含み、各トランスデューサが、２つの対向面に電極付けされ、電極面にわたって分極された能動素子を含み、前記能動素子が分極方向に対して横方向の共振に設定されると、音響ビームが前記能動素子の共振横方向または幅方向に対して直角に発生し、音響ビーム方向が前記分極方向または前記共振横方向以外の横方向を含むデバイス。
24. 各トランスデューサが、支持素子をさらに含む、請求項２３に記載のデバイス。
25. 前記支持素子が、所望の用途に合わせて、重いテールマスまたは柔軟な高ダンピング支持材の一方を含む、請求項２４に記載のデバイス。
26. 各トランスデューサが、所望の用途に合わせて、ヘッドマス、整合層、およびレンズ層のうちの１つまたは複数をさらに含む、請求項２３から２５のいずれか１項に記載のデバイス。
27. 前記アレイの少なくとも１つのトランスデューサが横幅モードで動作する、請求項２３から２６のいずれか１項に記載のデバイス。
28. 並列、直列、一部並列、または一部直列構成のうちの１つで電気的に結合された、矩形形状または少なくとも１つの寸法においてテーパ状になった外形の、一体の能動材料、または同一もしくは同等の寸法およびカットの複数の能動材料を含む、請求項２３から２７のいずれか１項に記載のデバイス。
29. 少なくとも１つの側方方向または横幅方向の前記能動素子の寸法が、意図した音響媒体における設計周波数の音の波長の２分の１（λ_ｍ／２）と同等であるか、それと同一であるか、またはそれよりも小さく、前記アレイ内での素子分離が少なくとも１つの方向において約λ_ｍ／２またはそれよりも小さく、ここでλ_ｍは、前記意図した音響媒体における設計中心周波数の音および超音波の波長である、請求項２３から２８のいずれか１項に記載のデバイス。
30. 両横幅方向への前記能動素子の音速が、意図した音響媒体における音速よりも高く、個々のトランスデューサ素子の前記能動素子の側方寸法が、前記意図した音響媒体における設計周波数の音の波長の２分の１（λ_ｍ／２）よりも大きく、前記アレイ内での素子分離が両方向にλ_ｍ／２よりも大きく、ここでλ_ｍは、意図した音響媒体における設計中心周波数の音および超音波の波長である、請求項２３から２８のいずれか１項に記載のデバイス。
31. 前記トランスデューサのアレイが、二重または多周波数モードで動作し、動作モードの少なくとも１つが横幅モードである、請求項２３から２８のいずれか１項に記載のデバイス。
32. 前記トランスデューサのアレイが、少なくとも１つの共振モードが横幅モードである広帯域結合モードで動作する、請求項２３から２８のいずれか１項に記載のデバイス。
33. 前記トランスデューサのアレイが、結合解除モードまたは結合モードの少なくとも１つで動作し、前記結合解除モードの少なくとも１つまたは前記結合モードの１つの共振モードが横幅モードである、請求項２３から２８のいずれか１項に記載のデバイス。
34. 前記デバイスが、音および超音波の発生、送信、ならびに受信のうちの１つまたは複数のために使用される、請求項２３から２８のいずれか１項に記載のデバイス。

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