JPH0732341B2 - 超音波遅延線 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電気信号を音波に変換し遅延媒体中を伝播さ
せることにより該電気信号を遅延せしめる超音波遅延線
に関する。

［従来の技術］ 上記の超音波遅延線がTV受信機やビデオテープレコーダ
（VTR）やビデオカメラの回路等の中に広く用いられて
いる。

この様な超音波遅延線においては、遅延媒体中を伝播す
る音波の所望の通路以外にも音波が伝播するために、こ
の所望通路以外の音波が出力トランスデューサで検出さ
れ、所謂スプリアスノイズとなり、VTR等の再生画面上
に悪影響を与える虞れがある。このため遅延媒体の音波
の伝播方向に平行な主表面上や、該主表面に垂直な小表
面上に前記所望通路以外の音波を吸収する吸音材を設け
たり、前記主表面や小表面を粗面化して所望通路以外の
音波を減衰させる方法が知られている。

また、所望通路内を伝播する音波でも、いったん出力側
トランスデューサに検出された後再び所望通路内を伝播
して入力トランスデューサに戻ってくる所望遅延時間τ
の２倍の遅延時間を有する２τスプリアスノイズや、該
２τスプリアスノイズが再び所望通路を経て出力トラン
スデューサで検出される３τスプリアスノイズが存在
し、該２τ,3τスプリアスノイズを除去するため本出願
人自身の出願になる特公昭52−19942号公報開示の如
く、所望通路内に吸音材を設けて２τ,3τスプリアスノ
イズを減衰させる方法も知られている。

［発明の解決しようとする問題点］ 上述した従来のスプリアスノイズの減衰方法では、遅延
媒体中を伝播する音波の基本周波数成分（以後「主信
号」と称する）の除去のみに考慮が払われていた。即
ち、所望通路以外の経路をたどるスプリアスノイズの基
本周波数成分と所望通路を経由する２τ,3τスプリアス
ノイズの基本周波数成分の除去のみの対策がなされてい
たのである。

しかるに、一般に、遅延媒体中を伝播する音波信号は高
調波成分を有し、例えば第２図の周波数特性図に示すよ
うに、主信号通過帯域の中心周波数f₀（図の例では4.3M
Hz）の３ないし４倍の周波数f₃（図の例では13ないし16
MHz）を有する第３次高調波成分のスプリアスノイズが
重畳している。この様な高調波成分のスプリアスノイズ
がかなりのレベル（第２図の例では、主信号レベル−20
dBのレベル）で主信号に重畳している場合には、例えば
ビデオカメラでは、再生画像上に縞状ノイズが発生する
等、良好な画像再生を損なう原因となってしまう。

本発明は従来の超音波遅延線のこの様な欠点を解消する
ためになされたものであり、第３次高調波成分の高調波
スプリアスノイズを著しく減少した超音波遅延素子を提
供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の超音波遅延線は、入力電圧に応じて音波を発生
する入力トランスデューサと、該入力トランスデューサ
により発生された音波を伝播する遅延媒体と、該遅延媒
体中を伝播した音波により出力電圧を発生する出力トラ
ンスデューサとを備えた超音波遅延線において、前記遅
延媒体の形状が、該遅延媒体中を伝播する音波の波面が
出力トランスデューサに斜めに入力し、かつ該出力トラ
ンスデューサにおいて前記音波の第３次高調波成分の音
波に対応する出力電圧の発生を相互に打消す波形成分が
該出力トランスデューサに入力し得る形状であることを
特徴とするものである。

以下、図面を参照しながら、本発明の代表的例につき説
明する。

第１図は本発明になる超音波遅延線の代表的一例を示す
側面図である。図において、入力トランスデューサ１か
ら遅延媒体２中へ垂直に放射された音波３は、該遅延媒
体２の反射面2aで鏡面反射され出力トランスデューサ４
の取付面方向へ進行する。

本例においては、遅延媒体２の反射面2aは、該反射面2a
で鏡面反射された音波３′の波面が出力トランスデュー
サ４に斜めに入力するように、後述する仮想の反射面2
a′に対して、傾けて形成されている。該仮想反射面2
a′は、入力トランスデューサ１から垂直に放射された
音波３が該仮想反射面2a′で鏡面反射され、仮想の反射
波３″となって出力トランスデューサ４に垂直に入射す
る様な面である。

反斜面2aとこの仮想反射面2a′とのなす角をθとする
と、反射面2aで反射された音波３′は、出力トランスデ
ューサ４に前記仮想の反射波３″と角度２θだけずれて
入力する。そこで、第３図に示す様に、音波３′の波面
５と出力トランスデューサ４のなす角αは、 α＝２θ ……（１） となる。

出力トランスデューサの幅をＷ、音波３′の第３次高調
波の波長をλとすると、 λ＝W sinα＝W sin2θ ……（２） のとき、出力トランスデューサ４において該音波３′の
第３次高調波成分に対応する出力電圧の発生を相互に打
消す逆相の波形成分が該出力トランスデューサ４に入力
することとなる。

今、主信号の中心周波数を4.3MHz,音速を2.5km/sec,ト
ランスデューサの幅を5mmとしたとき、第３次高調波成
分（13〜16MHz）に対応する出力信号は、（２）式よ
り、θ＝1.0゜のときに０となる。該角度θは、実用上
の主信号の中心周波数３〜6MHz,トランスデューサの幅
３〜7mm,音速を2.5km/secと考えると、0.4゜ないし2.5
゜の範囲内にあることが望ましい。

遅延媒体２は上述のように反射面2aを傾けて成長しても
良いし、第４図に示すように、出力トランスデューサ４
の取付面2bを、入力トランスデューサ１から遅延媒体２
中へ放射される音波３の波面が反斜面2aで鏡面反射した
後該出力トランスデューサ４に斜めに入射するように、
図の破線で示した該出力トランスデューサ４に垂直に入
射し得る形状よりも傾けて形成しても良い。この場合の
取付面2bを傾ける角度α′は、（１），（２）式の関係
から、0.8゜ないし５゜の範囲内であることが望まし
い。

なお、以上の例に於ては、遅延媒体２は台形の形状のも
のを示したが、遅延媒体２の形状は台形に限定されるも
のでなく、５角形その他のどのような形状であっても良
い。即ち、該遅延媒体中を伝播する音波の波面が出力ト
ランスデューサに斜めに入力し、かつ該出力トランスデ
ューサにおいて第３次高調波成分の音波に対応する出力
電圧の発生を相互に打消す波形成分が該出力トランスデ
ューサに入力し得る形状であれば、どのような形状であ
っても良い。

また、入力トランスデューサ１及び出力トランスデュー
サ４がそれぞれ異なる側面に取付けられている必要もな
く、同一側面上に取付けられていても良い。

遅延媒体２の材質としては、等方性ガラス、セラミック
ス、金属等の音波を伝播し得る材質のものが用いられ
る。

入出力トランスデューサ１、５としては、チタン酸ジル
コン酸鉛、水晶、リチウムニオベイト等の圧電素子が用
いられ、遅延媒体２の小表面上に接着剤による接着法や
半田付け等の方法により固着される。

［作用］ 既に述べたように、本発明の超音波遅延線においては、
出力トランスデューサに音波の波面が斜めに入射し、か
つ該出力トランスデューサへ入射する音波の角度が所定
の値の範囲内となるので、前記音波の第３次高調波成分
は、出力トランスデューサの出力電圧の発生を相互に抑
制する逆相成分が存在し、該出力トランスデューサから
出力電圧としてほとんど出力されないのである。

一方、音波の主信号成分は、第３次高調波成分に比較し
て波長が長いので、出力トランスデューサにおいて、相
互に出力電圧の発生を抑制するほど位相のずれた成分が
入力しないため、出力トランスデューサに前記音波が斜
めに入射しても、十分な出力電圧が得られる。

かくして、主信号は、通常の挿入損失からほとんど減衰
することなく、第３次高調波成分以上のスプリアス成分
のみを、第４図に示すように大幅に減衰させ得るのであ
る。

［実施例］ ガラス製遅延媒体の底面を、第１図に示すように、破線
位置から１゜傾けて加工し、底面の傾いた略台形形状と
した。

この遅延媒体の台形の両斜辺部の小表面に、第１図に示
すように、5mm幅のチタン酸ジルコン酸鉛片を各１片ず
つ２へ接着剤で貼着し、それぞれ入力トランスデューサ
と出力トランスデューサとした。

このようにして形成した超音波遅延線に主信号の中心周
波数が4.3MHzの電気信号を入力させたところ、第５図に
示すように、第３次高調波の信号レベルは主信号の信号
レベルよりも40dB以上小さい、極めて良好な周波数特性
を示す出力信号が得られた。

［発明の効果］ 本発明になる超音波遅延線においては、遅延媒体の形状
を、該遅延媒体中を伝播する音波の波面が出力トランス
デューサに斜めに入射し、かつ該出力トランスデューサ
において前記音波の第３次高調波成分の音波に対応する
出力電圧の発生を相互に打消す波形成分が該出力トラン
スデューサに入力し得る形状にしたので、主信号成分を
ほとんど減衰させることなく第３次高調波成分のスプリ
アスノイズ成分のみを大幅に減衰させることが出来、ビ
デオカメラなどに用いた場合に縞状ノイズ等が発生する
ことなく、極めて好適な再生画像が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波遅延線の代表的一例を示す側面
図、第２図は従来の超音波遅延線の周波数特性を示すグ
ラフ、第３図は第１図の例の一部拡大図、第４図は本発
明の超音波遅延線の第２の例を示す側面図、第５図は本
発明の超音波遅延線の週波数特性の一例を示すグラフで
ある。 １……入力トランスデューサ ２……遅延媒体 ３……音波 ４……出力トランスデューサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力電圧に応じて音波を発生する入力トラ
   ンスデューサと、該入力トランスデューサにより発生さ
   れた音波を伝播する遅延媒体と、該遅延媒体中を伝播し
   た音波により出力電圧を発生する出力トランスデューサ
   とを備えた超音波遅延線において、前記遅延媒体の形状
   が、該遅延媒体中を伝播する音波の波面が出力トランス
   デューサに斜めに入力し、かつ該出力トランスデューサ
   において前記音波の第３次高調波成分の音波に対応する
   出力電圧の発生を相互に打消す波形成分が該出力トラン
   スデューサに入力し得る形状であることを特徴とする超
   音波遅延線。
2. 【請求項２】遅延媒体は、音波の反射面の一部が、該反
   射面で反射した音波の波面が出力トランスデューサに斜
   めに入力し、かつ該出力トランスデューサにおいて前記
   音波の第３次高調波成分の音波に対応する出力電圧の発
   生を相互に打消す波形成分が該出力トランスデューサに
   入力し得る角度に傾いて形成されている特許請求の範囲
   第１項記載の超音波遅延線。
3. 【請求項３】遅延媒体は、出力トランスデューサの取付
   け面が、該遅延媒体中を伝播する音波の波面が出力トラ
   ンスデューサに斜めに入力し、かつ該出力トランスデュ
   ーサにおいて前記音波の第３次高調波成分の音波に対応
   する出力電圧の発生を相互に打消す波形成分が該出力ト
   ランスデューサに入力し得る角度に傾いて形成されてい
   る特許請求の範囲第１項記載の超音波遅延線。