JPS60501330A - 高効率低コスト変換器装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 高効率低コスト変換器装置 発明の背景 超音波発生器と曲面反射器ないし平面反射器とを組み合わせた装置は当該技術分 野において周知である。

例えば、口〜ゼンバーグ（Ｒｏｓｅｎｂｅｒｇ、　）ほか名の特許第２，４８０ ，１９９号に開示されている。この特許ＶＣ開示されている内容によれば、超音 波発生器がら放射された細いビームは、特定のラジオ波対象物位置決定装置を模 倣する放射パターンを生ずるように設計された反射器で、反射されろ。ローゼン バーグ（Ｒｏｓｅｎｂｅｒｇ）ほか名の特許においで、反射器は互いＶこ垂直な ２つの方向におし・て凸および凹に湾曲していて、この反射器がない場合に細い ビーム幅で到達する範囲のほぼ中央に放射パターンが集束する。ベイコン（Ｂａ ｃｏｎ　）名の特許第ろ、　０２８．７５２号に超音波検査装置が開示されてい る。この装置は超音波発生器と反射器の組立装置であって、この装置は長い流体 結合ギャップを有する集束ビームを生ずる。この装置は超音波エネルギのビーム の発生のための電気機械変換器と、湾曲した反射器とを用いろことな提案してい る。この反射器の曲面部分は球１円柱７回転放物面の一部分や直円錐の一部分で あることができ、その際、流体結合路の長さをビームが進行するのに要する時間 が固体対象物内の全経路をビームが横断するのに要する時間より大きくされる。

ボーヨイシス（Ｂｏｕｙｏｕｅｃｅｓ　）の特許第３，５２８，１８２号では、 流体内置波パルス発生器は、パルス信号を全方向パターンに変換するために擬球 形の反射器を有している。最後に、ホロウイッツ（Ｈｕｒｗｉｔｚ　）の％許第 ６，９６５，４５５号では、複合反射、器を用いて超音波ビームを集束して、集 束線をえている。これらの超音波発生器・反射器装置は複雑であるか、または高 価であるか、のいずれかまたは両方であり、および超音波の到達、案内、監視装 置のための細いビームの静電型変換器とそのためのビーム拡大器とにおいて、効 率がよく、かつ製造が容易であり、さｒ−）ｉｙ車大な整合上の問題がなく、な お低コスｒであるという問題が解決されていない。本発明において、ポーラロイ ドＴＭ商標名の静電型変換器のような低コストの静電型半面変換器素子が、疎密 波を発生する。この波は変換器の平面にほぼ垂直であり、したがって、ビームは 比較的細い。

ポーラロイド変換器は５　Ｑ　ｋＨｚの円錐状超音波ビームを発生し、その広が り角度は約１０°である。本発明の目的は低コストのビーム転換器をうろことと 、このような送信波をつくるための方法をうろことであり、さらに、弱い反射パ ルスエネルギを検出するために、この変換器に結合させろことである。この目的 のために、平面静電型変換器とビーム転換器とを組み合わせて用い、それによ° す、このような変換器がらの細い平行なビームが１つの軸に沿って広がっている が、横方向の軸ニ沿っては細い、ビームに変換される。このビーム転換器は反射 面で構成される。この反射面は４５°円錐反射面であることが好ましく、そして この転換器は静電型ビーム発生器の近くに配置される。こ６反射面の幾何学的な 形は、この表面上のすべての点が、前記静電型変換器の平面に垂直な固定軸のま わりに直線を回転させてえられる面上にある。ビームの拡大の目的のためには円 錐面の一部分を用いることが理想的であることがわかっている。変更実施例とし て、この円錐面を音波吸収材料で取囲むことにより、送信ビームをよしたがって 、本発明の目的は到達、案内および監視のための装置のための改良された、低コ ストの音響変換器をうろことである。

図面の簡単な説明 本発明の前記目的およびその他の目的、利点、特徴は下記の詳細な説明と添付図 面を参照することにより、さらによく理解することができろであろう。

第１図は本発明の好ましい実施例の側面図、第２Ｎは本発明の好ましい実施例の 等角膜影部分概要図、 第６図は第２図の線６−６を通る面での断面概要図、第４図は本発明の別の実施 例の側面図、第５図は、部屋、倉庫などのような大きな空間を監視するために、 中空の円錐状ビームを発生するための別の実施例の側面図、 第６図は従来の電子利用回路に対する簡単化された概要電子ブロック線図。

第７図は本発明のさらに別の実施例の断面図。

発明の詳細な説明 第１図は平面状静電形音響変換器または発生器１５の図面である。この変換器は 、その好ましい実施例では、ポーラロイド社の静電型変換器である。この音響変 換器は５３　ｋＨｚで約１００の広がり角をもった円錐状の電気音響ビームを発 生する。変換器１５は枠１４に換器１７の軸１６に対し横方向への調整を行なう ことができろ。ビーム転換器１γは４５°円錐反射器（頂角９０°）であって、 変換器１５の近くに配置さ、ｈる。その結果、音波ビームの軸は円錐軸に垂直な 平面（第１図に示された水平面）内にある。変位りについて、Ｄ＝ゼロの場合に は、垂直平面内での全方向ビームかえられ、Ｄが非常に大きい場合（Ｄ＝無限大 ）には、変換器ビームの形がほぼそのまま保たれたビームかえられる。反射音波 軸と円錐軸を含む面（垂直面）内での−３ｄｂビーム幅はＤ二無限大における約 １００からＤ＝ゼロにおける約２０°まで変動する。転換されたビーム幅は予測 することはできないが、それは変換器１５それ自身のビーム幅が予測できないか らである。例えば、接触パネル面へ投影するために、水平面内で４５゜ビームを うるには、変位は約２５．４ｍｍ（１インチ）（Ｄ＝２５．４ｍｍ　（１インチ ））でなければならない。

すると、垂直面内でのビーム幅は１５°以下であり、その結果、信号対雑音比の 損失は２０　ｌｏｇ、　（１０／１５　）＝　−３，５ａｂ以下である。ポーラ ロイド社型の変換器１５はＱが低い（約５．５）ことが特徴であり、したがって 、広帯域動作（高分解能動作）ＶＣ好適である。

円錐１７の軸１６Ｖ′ｃ対し変換器１５の位置を調節することは、第１図におい て２０で全体的に示されたランク装置とピニオン装置によって行なわれろ。第１ 図面されるから、円錐体の右側部分はなくてもよい。音波が反射する表面は、静 電型変換器の面に垂直な固定軸１６のまわりに、直線を回転することによってつ くられろ。第１図において、変換器素子１５は平面素子２１を有しているのが示 されている。この平面素子は疎密波な発生する。これらの波はこの平面素子の面 にほぼ垂直であり、したがって、ビームは比較的細い。

第２図に示されているように、変換器１５の平面素子の円錐面１７上への投影は 、変換器１５内の平面素子２１から放射されろビームの衝突点を示し、そこで反 射されて９０°の角度だけ方向を変える。そのさい、ビームの広がっている反射 表面の曲率に従って、しかしその曲率の方向にだけ従って、方向を変える。第１ 図に示されているように、ビームの垂直方向の「「ツさ」Ｔは、ビーム転換器１ ７によって反射された後も変わらない。第３図に示されているように、ビームは 水平面内においてだけ広がり、垂直平面内での広がりはほとんど変わらない。第 ３図において、切断線７は２１で示された平面素子を備えた変換器１５の一部分 をＪ司り、そして曲線２２は切断線３を通る線の円錐面２１上への投影である。

放射ビームまたは送信ビーム２５は音波軸に沿って伝搬する。この実施例では、 音波軸は水平である。けれども、この音波軸は垂直方向、または水平方向、また は任意の角度の方向にすることができることはすぐにわかるであろう。この際、 ビーム幅は非常に細い。ビームの垂直方向の位置は、反射面に対して変換器の横 方向の位置を単に変えることにより、または逆に、反射面の横方向の位置を変換 器に対して変えることにより、容易に調節することができる。

さらに、円錐面に対して変換器を回転することにより、ビームがより大きな領域 を走査することができろ。

第４図に示された実施例は、変換器１５′の投射部の下の円錐面の一部分が音波 吸収体３０．３１で憶われている装置を示している。この装置により、音波軸１ ０に対する音波ビームの大きさと位置はさらによく定められ、かつさらによく制 御される。吸収体３０．３１は開口多泡体、フェルトなどの薄い層でつくること ができる。この吸収体（Ｃより変換器１５′が発生する音波エネルギの一部分は 、吸収されて損失となってしまうが、（第１図および第２図の場合に比べて）垂 直方向の幅が精密に定められ、そしてビームの横方向の幅が重要である場合に応 用することができる。音波吸収材料を用いろことにより、投射された超音波エネ ルギが吸収され、そして不必要な反射が防止されるので、ビーム転換器の反射面 ４０の境界を予めよりよく定めろことができろ。第４図の実施例では、円錐体６ ０の一部分は１つの指定された幅の反射面６１を有し、そして円錐体６０の反対 側はより広い幅の反射面６２、または予め定められた反射面または与えられた形 をもった反射面を有することができ、したがって、円錐体６０を単に回転するこ とにより、または円錐体６０と静電型変換器１５′とを相対的に回転することに より、ビームの形を変えることができる。

本発明の別の実施例が第５図に示されている。この実施例では、円錐体７０の頂 角は９０°より小さく、平面状静電型変換器１５′は円錐体７００頂点７１の真 上に配置されており、そしてこの静電型変換器１５“の平面素子は円錐軸７２に ほぼ垂直、すなわち、はぼ直角に配置される。この場合には、小さな角度の円錐 体、すなわち、鋭角円錐体７０の面が反射面７５であり、音波の投射角が反射角 になって、中空の円錐状超音波ビーｌ、かえられる。この超音波ビームは大きな 部屋、倉庫などの監視に用いると極めて有効である。この場合にも、音響材料７ ３を円＠７０の表面上に配置することができ、それにより監視領域をよりよく定 めることができる。複数個の静電型変換器ビーム転換器を用い、そしておのおの がそれぞれの領域を監視することが可能であることがすぐにわかるであろう。こ れらの変換器は同じ同波数で動作することもてきるし、または異なる同波数で動 作することもできる。重複する領域では、音波ビ°−ムが進んで欲しくない領域 には音波が進まないように、音響材料７３を用いることによってこのことを実行 することができる。

第６図に示されているように、アナログ・ソナー・パルス電源、すなわち、駆動 装置８らや制御および情報出力装置８６などの電子装置かそなえられる。ソナー ・パルス電源は１つの静電型変換器１５な付勢する。

この静電型変換器は、制御および情報出方装置からの同期信号に応答して、送信 および受信を行なう。電子的送受信スイッチ７７は送信されたパルスが受信回路 に入るのな防止する。反響音波と雑音信号はアナログ受信装置７３によって処理 される。このアナログ受信装置は増幅器７９と検出器９０とを有する。検出器９ ゜からの信号は情報出方装置８９に送られる。この情報出力装置はマイクロプロ セッサ、すなわち、データ処理装置を有し、そして利用装置９２に接続された線 路９１に情報を供給する。距離装置およびまたは案内装置の場合には、送信パル スと受信パルスの間の時間と対象物までの距離が情報出力となり、または単純な 監視装置の場合には、未知の対象物の存在またはその移動が出力警報信号または 指示信号として供給される。

第７図はまた別の実施例であって、円錐台１００の凹所１０２ｖＣ超音波の吸収 材料１０１をそなえている。

したがって、超音波変換器からの音波ビームがそれに当たると、それが吸収され てしまう。同様に、円錐台１０００基底部に吸収材料１０３がある。この装置の 利点は円錐台１００の軸方向の寸法が小さいことである。

本発明の好ましい実施例を開示しそして説明したが、前記記載の実施例はさまざ まに変更可能であることは明らかである。本発明の請求の範囲およびその意図か らえられる明白な変更実施例は本発明の範囲内（（含まれるものである。

浄書（内容に変更なし） 手続補正書（方式） 昭和Ａｏ年を月２ｚ日 特許庁長官殿 窩波仄彰隠つ什ケ埃器猿番 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ５、補正命令の日付 昭和ｌ、ｏ年φ月３０　日 ６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象 特許法第１８４条の５第１項の規定による書面の特許出願人代表者氏名の欄国際 調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　平面状の細（・音波ビームの静電型超音波ビーム発生装置と、超音波ビーム 拡大装置とを有する音響装置であって、前記超音波ビーム拡大装置が前記超音波 ビーム発生装置から一定の距離だけ離れているがその近くに配置された円錐反射 面をそなえた超音波ビーム転換器を有１〜、前記ビーム転換器の前記表面の幾何 学的形が前記静電型超音波発生器の前記平面に垂直な固定された軸のまわりに１ つの直線を回転することによって得られる表面であり、それにより前記ビームが １つの選定された方向において拡大されるように構成された音響装置。 ２　請求の範囲第１項二ておいて、に：記、・ビーム転換器の前記円錐反射面の 前記固定軸〔で対し前記平面状静電的超音波ビーム発生装置の相対位置を調節す るための装置を備えるように構成された音響装置。 ろ　請求の範囲第１項において、前記円錐状ビーム反射面から反射された拡大ビ ームの形状を定めかつ制御するために前記反射面を限定する超音波吸収装置を備 えるように構成された音響装置。 ４　請求の範囲第１項において、前記ビーム転換器が円錐体であり、前記円錐体 の上の複数個の超音波ビーム転換器反射面の各々が前記反射面の各々の端部にド 接して超音波吸収装置を有しそ牙″Ｉにより前記表面の各々から反射された超音 波ビームの形がそれぞれ定められるように構成された音響装置。 ５　請求の範囲第４項において、前記静電型超音波ビーム転換器の位置を選定さ れた反射面に対して定めるための装置を有するように構成された音響装置。 ６　請求の範囲第１項において、前記ビーム転換器の前記円錐反射面の境界に隣 接して配置され・かつ前記境界を定める超音波吸収装置を有するようＶＣ構成さ れた音響装置。 ７　超音波エネルギの細いビームを発生するための平面状静電型超音波変換器と 、前記ビームを１つの平面内において拡大し一方前記平面を横断する平面内にお いて前記ビームを事実上平行に保持する装置とを有し、 拡大のための前記装置が円錐面の少なくとも一部分で構成されたビーム転換器を 有し、前記円錐面の前記部分が前記変換器の近くにありがっ前記平面状静電型超 音波変換器の投射領域内にあるように構成された超音波装置。 ８　請求の範囲第７項において、前記反射面が超音波吸収材料によって取囲まれ るように構成された超音波装置。 ９　請求の範囲第７項ｔ、／ｃおいて、前記反射面が円錐面であり、前記変換器 か前記円錐面の頂点の上に配置されさらに前記反射面が前記円錐面を取囲む吸収 装置を有するように構成された超音波装置。 １０．　請求の範囲第７項において、前記円錐体と前記平面変換器との間の相対 的回転を実行するだめの装置を有するように構成された超音波装置。 １１、請求の範囲第７項において、前記円錐体の上に少なくとも１対の反射面と 、前記反射面の各々を取囲む超音波吸収装置とを有し、それにより前記反射面か ら異なるビーム・パターンが定められるよ５ＶＣ構成された超音波装置。 １２　請求の範囲第７項において、前記平面変換器の軸が前記円錐体の軸と共通 であり、かつ前記円錐体の頂角が９０°以下であるように構成された超音波装置 。 １６　請求の範囲第１２項において、前記円錐体か前記反射面の境界な定めてい る超音波吸収材料な有するように構成された超音波装置。 １４　細い超音波ビームを発生するためのビーム発生装置と、ビーム反射器とを 有する空気中において予め定められた同辺境界を備えた超音波ビームの発生装置 であって、前記ビーム反射器を取囲みかつ前記同辺境界の形を定めろ超音波吸収 装置を有することを特徴とする超音波ビーム発生装置。 １５　請求の範囲第１４項において、前記ビーム反射器が１つの軸のまわりｉｃ ｌつの直線を回転することによってえもれろ曲面を有し、前記軸が前記円錐面か ら反射されたビームの方向に垂直であるように構成された超音波ビーム発生器。 １６　空気中において予め定められた境界を有する超音波ビームの発生法であっ て、 反射面に向かう第１方向へ第１超音波ビームな投射することと、前記反射面が前 記第１超音波ビームのエネルギの一部分を第２方向に第２超音波ビームとして進 めるのに適切な角度に配置されることと１、前記反射面を取り囲むすべての領域 の前記第１超音波ビームの超音波エネルギを吸、収することとの各段階を有する 超音波ビーム発生法。 ］７．　請求の範囲第１６項において、前記第２超音波ビームか前記第１超音波 ビームに対し予め定めら第１た方向において拡大されろようにされた超音波ビー ム発生法。 １８、請求の範囲第１６項において、前記第２超音波ビームが円錐状の超音波エ ネルギ反射面に投射されることによって予め定められた前記方向において拡大さ れ、かつ前記超音波エネルギ反射面を取り囲む領域の前記第１超音波ピ〜ムの超 音波エネルギを吸収することによって予め定められた前記第１方向に垂直なさら に予め定められた方向において集束するようにされた超音波ビーム発生法。