JPH08275294A - 圧電形超音波トランスデューサの作動方法及び該方法を実施するための回路装置 - Google Patents
圧電形超音波トランスデューサの作動方法及び該方法を実施するための回路装置Info
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- JPH08275294A JPH08275294A JP7263050A JP26305095A JPH08275294A JP H08275294 A JPH08275294 A JP H08275294A JP 7263050 A JP7263050 A JP 7263050A JP 26305095 A JP26305095 A JP 26305095A JP H08275294 A JPH08275294 A JP H08275294A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超音波トランスデューサにおける送信モード
と受信モードの交互の作動方法において、最良な周波数
整合が行われ超音波トランスデューサに同じ作動周波数
で送信と受信の両方に対して最適な特性を与えることの
できる作動方法と該方法を実施することのできる回路装
置を提供すること。 【解決手段】 受信モードにて受信電極として使用され
ない１つ又は複数の電極を低インピーダンス接続によっ
て１つ又は複数の共通電極に接続する。
と受信モードの交互の作動方法において、最良な周波数
整合が行われ超音波トランスデューサに同じ作動周波数
で送信と受信の両方に対して最適な特性を与えることの
できる作動方法と該方法を実施することのできる回路装
置を提供すること。 【解決手段】 受信モードにて受信電極として使用され
ない１つ又は複数の電極を低インピーダンス接続によっ
て１つ又は複数の共通電極に接続する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電形超音波トラ
ンスデューサを送信モードと受信モードで交互に作動す
る方法であって、前記トランスデューサは少なくとも３
つの電極を有する圧電体を含んでおり、送信モードにお
いては電気励振信号が１つ又は複数の共通電極と１つ又
は複数の送信電極の間に供給され、該送信電極は半径方
向、厚み方向又はオーバートーンの振動モードでの機械
振動発生に向けて圧電体を励振するように構成されてお
り、受信モードにおいては電気受信信号が１つ又は複数
の共通電極と１つ又は複数の受信電極の間で収集され、
該受信電極は圧電体の機械振動を電気信号に変換するよ
うに構成されている、圧電形超音波トランスデューサの
作動方法及び該方法を実施するための回路装置に関す
る。
ンスデューサを送信モードと受信モードで交互に作動す
る方法であって、前記トランスデューサは少なくとも３
つの電極を有する圧電体を含んでおり、送信モードにお
いては電気励振信号が１つ又は複数の共通電極と１つ又
は複数の送信電極の間に供給され、該送信電極は半径方
向、厚み方向又はオーバートーンの振動モードでの機械
振動発生に向けて圧電体を励振するように構成されてお
り、受信モードにおいては電気受信信号が１つ又は複数
の共通電極と１つ又は複数の受信電極の間で収集され、
該受信電極は圧電体の機械振動を電気信号に変換するよ
うに構成されている、圧電形超音波トランスデューサの
作動方法及び該方法を実施するための回路装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】圧電形超音波トランスデューサが超音波
の送信及び受信に用いられている適用分野には多種多様
なものがある。例えば、 −距離の測定と近接監視のための超音波式空中センサ； −音響測探機及びソーナのための水中音響トランスデュ
ーサ； −医療用超音波装置； −非破壊物質検査装置； −超音波遅延路； −圧電バルクフィルタ；等がある。
の送信及び受信に用いられている適用分野には多種多様
なものがある。例えば、 −距離の測定と近接監視のための超音波式空中センサ； −音響測探機及びソーナのための水中音響トランスデュ
ーサ； −医療用超音波装置； −非破壊物質検査装置； −超音波遅延路； −圧電バルクフィルタ；等がある。
【０００３】超音波センサとして使用される通常の圧電
素子は、直列共振周波数と並列共振周波数を有してい
る。これらの素子では直列共振周波数において最大の変
位を示し最適な送信能力を有するが最大受信感度は並列
共振周波数において現れ、直列共振周波数よりも１６％
高いことが公知である。そのため圧電形超音波トランス
デューサがその直列共振周波数で作動されるならば、超
音波は最大効率で放射される。しかしながら同じ周波数
の受信エコー信号は低い感度でしか受信できない。多く
の場合において２つの圧電センサが使用されるのはこの
ような理由による。この場合１つはその直列共振周波数
が作動周波数と一致合させて送信に用いられ、もう１つ
はその並列共振周波数が作動周波数に一致するようにし
て受信に用いられる。圧電形信号トランスデューサを送
信と受信に対して交互に同じ作動周波数で使用しなけれ
ばならない場合には、直列共振周波数と並列共振周波数
との整合が要求される。この問題を解決する従来の手法
では、圧電素子の整合にいわゆる４分の１波長の低イン
ピーダンス層（例えば“Ｓｙｌｇｒａｄ”，“Ｅｃｃｏ
ｌｉｔｅ”，発泡材料等）を有する圧電素子の整合を基
本としている。付加的な周波数のマッチングは電子回路
における誘導整合手段によって得られる。この手段の結
果圧電トランスデューサの帯域幅は広がり、それによっ
てエコー信号は同一圧電素子によって十分な感度で受信
可能となる。
素子は、直列共振周波数と並列共振周波数を有してい
る。これらの素子では直列共振周波数において最大の変
位を示し最適な送信能力を有するが最大受信感度は並列
共振周波数において現れ、直列共振周波数よりも１６％
高いことが公知である。そのため圧電形超音波トランス
デューサがその直列共振周波数で作動されるならば、超
音波は最大効率で放射される。しかしながら同じ周波数
の受信エコー信号は低い感度でしか受信できない。多く
の場合において２つの圧電センサが使用されるのはこの
ような理由による。この場合１つはその直列共振周波数
が作動周波数と一致合させて送信に用いられ、もう１つ
はその並列共振周波数が作動周波数に一致するようにし
て受信に用いられる。圧電形信号トランスデューサを送
信と受信に対して交互に同じ作動周波数で使用しなけれ
ばならない場合には、直列共振周波数と並列共振周波数
との整合が要求される。この問題を解決する従来の手法
では、圧電素子の整合にいわゆる４分の１波長の低イン
ピーダンス層（例えば“Ｓｙｌｇｒａｄ”，“Ｅｃｃｏ
ｌｉｔｅ”，発泡材料等）を有する圧電素子の整合を基
本としている。付加的な周波数のマッチングは電子回路
における誘導整合手段によって得られる。この手段の結
果圧電トランスデューサの帯域幅は広がり、それによっ
てエコー信号は同一圧電素子によって十分な感度で受信
可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、超音
波トランスデューサを送信モードと受信モードとで交互
に作動する方法において、完全な周波数整合が行われ超
音波トランスデューサを同一作動周波数で送信と受信の
両方に対して最適な特性を有する作動方法と該方法を実
施することのできる回路装置を提供することである。
波トランスデューサを送信モードと受信モードとで交互
に作動する方法において、完全な周波数整合が行われ超
音波トランスデューサを同一作動周波数で送信と受信の
両方に対して最適な特性を有する作動方法と該方法を実
施することのできる回路装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば上記課題
は、受信モードにて受信電極として使用されない１つ又
は複数の電極を低インピーダンス接続によって１つ又は
複数の共通電極に接続することによって解決される。
は、受信モードにて受信電極として使用されない１つ又
は複数の電極を低インピーダンス接続によって１つ又は
複数の共通電極に接続することによって解決される。
【０００６】本発明により、受信モードにおいて圧電ト
ランスデューサの共振周波数がより低い値へシフトさ
れ、その結果並列共振周波数が、送信モードの直列共振
周波数と同じ周波数値になるという作用効果が得られ
る。これにより圧電トランスデューサは、送信モードに
おける直列共振においても受信モードにおける並列共振
においても同じ作動周波数を有するようになる。このよ
うにして圧電トランスデューサは送信と受信の両方に対
して完全な周波数整合による最適な条件で作動される。
ランスデューサの共振周波数がより低い値へシフトさ
れ、その結果並列共振周波数が、送信モードの直列共振
周波数と同じ周波数値になるという作用効果が得られ
る。これにより圧電トランスデューサは、送信モードに
おける直列共振においても受信モードにおける並列共振
においても同じ作動周波数を有するようになる。このよ
うにして圧電トランスデューサは送信と受信の両方に対
して完全な周波数整合による最適な条件で作動される。
【０００７】また、圧電形超音波トランスデューサの作
動方法を実施するための、少なくとも３つの電極を有す
る圧電体を備えた圧電形超音波トランスデューサと、送
信モードにて１つ又は複数の共通の電極と送信電極とし
て使用される１つ又は複数の電極とが接続される励振信
号源と、受信モードにて１つ又は複数の共通の電極と受
信電極として使用される１つ又は複数の電極とが接続さ
れる受信回路とを有する回路装置において、本発明によ
れば、受信モードにて１つ又は複数の共通電極と受信電
極として使用されない１つ又は複数の電極との間で低イ
ンピーダンス接続を形成するための手段が設けられる。
動方法を実施するための、少なくとも３つの電極を有す
る圧電体を備えた圧電形超音波トランスデューサと、送
信モードにて１つ又は複数の共通の電極と送信電極とし
て使用される１つ又は複数の電極とが接続される励振信
号源と、受信モードにて１つ又は複数の共通の電極と受
信電極として使用される１つ又は複数の電極とが接続さ
れる受信回路とを有する回路装置において、本発明によ
れば、受信モードにて１つ又は複数の共通電極と受信電
極として使用されない１つ又は複数の電極との間で低イ
ンピーダンス接続を形成するための手段が設けられる。
【０００８】本発明による方法及び装置の別の有利な実
施例は従属請求項に記載される。
施例は従属請求項に記載される。
【０００９】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施例を図面に基づ
き詳細に説明する。
き詳細に説明する。
【００１０】図１に示されている回路装置は圧電形超音
波トランスデューサ１０を含んでいる。この超音波トラ
ンスデューサ１０は圧電体１１を有している。この圧電
体１１は図示の実施例では円形のディスク状に形成され
ており、電極１２，１３，１４を有している。これらの
電極は金属化によって形成されるか又は圧電体１１上に
設けられる金属層によて形成される。図示の実施例では
電極１２が共通電極である。この電極１２は図１中のデ
ィスク下側の圧電体１１の第１の主面側に設けられてい
る。２つの電極１３と１４は図１中のディスク上側の圧
電体１１の第２の主面側に設けられている。図２の上方
からの平面図に示されているように、電極１３は円形の
中央電極として構成され、電極１４はこの中央電極１３
を取囲んだ環状の電極として構成され、そしてこれらの
２つの電極は環状ギャップ１５によって相互に分離され
て電気的に絶縁されている。
波トランスデューサ１０を含んでいる。この超音波トラ
ンスデューサ１０は圧電体１１を有している。この圧電
体１１は図示の実施例では円形のディスク状に形成され
ており、電極１２，１３，１４を有している。これらの
電極は金属化によって形成されるか又は圧電体１１上に
設けられる金属層によて形成される。図示の実施例では
電極１２が共通電極である。この電極１２は図１中のデ
ィスク下側の圧電体１１の第１の主面側に設けられてい
る。２つの電極１３と１４は図１中のディスク上側の圧
電体１１の第２の主面側に設けられている。図２の上方
からの平面図に示されているように、電極１３は円形の
中央電極として構成され、電極１４はこの中央電極１３
を取囲んだ環状の電極として構成され、そしてこれらの
２つの電極は環状ギャップ１５によって相互に分離され
て電気的に絶縁されている。
【００１１】図１の実施例では共通電極１２が共通電
位、例えばアース電位におかれ、環状電極１４はスイッ
チ２１を介して励振信号源２０の出力側に接続され、中
央電極１３はスイッチ２３を介して受信回路２２の入力
側と接続されている。このような構成により圧電トラン
スデューサ１０は送信モードと受信モードで交互に作動
可能となる。送信モードではスイッチ２１は閉じられ、
スイッチ２３は開かれる。これは図１に示されている状
態である。励振信号源２０は電気交番励振信号を送出
し、この信号は環状電極１４と共通電極１２の間の圧電
トランスデューサ１０に供給される。この電気的交番励
振信号は圧電トランスデューサ１０に、半径方向、厚み
方向又はオーバトーンの振動モードで振動させ、前記電
気交番励振信号の周波数を有する超音波を放射する。受
信モードではスイッチ２１と２３の位置は逆になり、し
たがってスイッチ２１は開かれスイッチ２３は閉じられ
る。圧電トランスデューサ１０には電気励振信号は何も
供給されず（圧電トランスデューサ１０が到来超音波に
よる振動のモードに設定されている場合）、共通電極１
２と中央電極１３との間の超音波の周波数を有する電気
交番受信信号が発生する。この受信信号は受信回路２２
の入力側に供給される。
位、例えばアース電位におかれ、環状電極１４はスイッ
チ２１を介して励振信号源２０の出力側に接続され、中
央電極１３はスイッチ２３を介して受信回路２２の入力
側と接続されている。このような構成により圧電トラン
スデューサ１０は送信モードと受信モードで交互に作動
可能となる。送信モードではスイッチ２１は閉じられ、
スイッチ２３は開かれる。これは図１に示されている状
態である。励振信号源２０は電気交番励振信号を送出
し、この信号は環状電極１４と共通電極１２の間の圧電
トランスデューサ１０に供給される。この電気的交番励
振信号は圧電トランスデューサ１０に、半径方向、厚み
方向又はオーバトーンの振動モードで振動させ、前記電
気交番励振信号の周波数を有する超音波を放射する。受
信モードではスイッチ２１と２３の位置は逆になり、し
たがってスイッチ２１は開かれスイッチ２３は閉じられ
る。圧電トランスデューサ１０には電気励振信号は何も
供給されず（圧電トランスデューサ１０が到来超音波に
よる振動のモードに設定されている場合）、共通電極１
２と中央電極１３との間の超音波の周波数を有する電気
交番受信信号が発生する。この受信信号は受信回路２２
の入力側に供給される。
【００１２】図１に示されている回路装置の使用分野の
例としてはパルス走行時間方式を用いた距離測定があ
る。この適用例では励振信号源２０によって短い送信パ
ルスが規則的に一定の伝送周期で圧電トランスデューサ
１０に供給される。圧電トランスデューサ１０は送信パ
ルス毎にパルス状の超音波を発する。この超音波は圧電
トランスデューサを取囲む媒質を通って伝搬される。２
つの連続する伝送パルスの間の間隔は受信周期であり、
この受信周期において圧電トランスデューサ１０は伝搬
路に位置するターゲットからの超音波の反射によって生
ぜしめられた超音波エコーパルスを受信する。この超音
波エコーパルスは圧電トランスデューサ１０によって電
気受信信号に変換される。この受信信号は受信回路２２
に供給される。送信パルスの送信とエコーパルスの受信
との間で経過した時間は、圧電トランスデューサ１０と
ターゲットの間を往復した超音波の走行時間に相当す
る。この走行時間と伝搬媒質中の周知の音速から、圧電
トランスデューサ１０とターゲットの間の距離を算出す
ることができる。
例としてはパルス走行時間方式を用いた距離測定があ
る。この適用例では励振信号源２０によって短い送信パ
ルスが規則的に一定の伝送周期で圧電トランスデューサ
１０に供給される。圧電トランスデューサ１０は送信パ
ルス毎にパルス状の超音波を発する。この超音波は圧電
トランスデューサを取囲む媒質を通って伝搬される。２
つの連続する伝送パルスの間の間隔は受信周期であり、
この受信周期において圧電トランスデューサ１０は伝搬
路に位置するターゲットからの超音波の反射によって生
ぜしめられた超音波エコーパルスを受信する。この超音
波エコーパルスは圧電トランスデューサ１０によって電
気受信信号に変換される。この受信信号は受信回路２２
に供給される。送信パルスの送信とエコーパルスの受信
との間で経過した時間は、圧電トランスデューサ１０と
ターゲットの間を往復した超音波の走行時間に相当す
る。この走行時間と伝搬媒質中の周知の音速から、圧電
トランスデューサ１０とターゲットの間の距離を算出す
ることができる。
【００１３】例えばエコー音響測定とかソナーにおいて
距離測定に対する伝搬媒質は通常は空気か水である。そ
の他の伝搬媒質において送信モードと受信モードで交互
に作動される同じような圧電形超音波トランスデューサ
を使用する他の分野では、医療用超音波装置や非破壊物
質検査装置、超音波遅延路及び圧電バルクフィルタ等が
ある。
距離測定に対する伝搬媒質は通常は空気か水である。そ
の他の伝搬媒質において送信モードと受信モードで交互
に作動される同じような圧電形超音波トランスデューサ
を使用する他の分野では、医療用超音波装置や非破壊物
質検査装置、超音波遅延路及び圧電バルクフィルタ等が
ある。
【００１４】そのような応用分野では、図１に示された
タイプの圧電形超音波トランスデューサは共振周波数が
互いに異なる直列共振周波数と並列共振周波数を有して
いることによって生じる問題がある。この２つの。図３
のダイヤグラムＡにはこの種の圧電形超音波トランスデ
ューサのインピーダンス対周波数の特性曲線が示されて
いる。インピーダンスＺは直列共振周波数ｆRSにおいて
最小値をとり、またインピーダンスＺは並列共振周波数
ｆRPにおいて最大値をとっている。並列共振周波数ｆRP
は直列共振周波数ｆRSよりも１６％高い。図３のダイヤ
グラムＢからは圧電トランスデューサが直列共振周波数
ｆRSにおいて最大変位を示すことが明らかである。この
ダイヤグラムＢは超音波の音圧Ｐ対周波数の特性曲線を
示している。このダイヤグラムＢでは超音波の音圧Ｐが
直列共振周波数ｆRSにおいて最大値をとり、並列共振周
波数ｆRPではかなり低い値をとっている。他方では図３
のダイヤグラムＣに示されているように圧電トランスデ
ューサは並列共振周波数ｆRPにおいて最大受信感度を有
する。このダイヤグラムＣは感度Ｓ対周波数ｆの特性曲
線を示している。この場合感度Ｓは並列共振周波数ｆRP
において最大値をとり、直列共振周波数ｆRSではかなり
低い値をとっている。この結果、送信に対する最適な条
件は作動周波数が直列共振周波数ｆRSと同じ場合であ
り、受信に対する最適な条件は作動周波数が並列共振周
波数ｆRPと同じ場合である。しかしながら前記適用例で
は作動周波数は送信モードと受信モードで同一である、
すなわち送信モードにおいて送信電極に供給された電気
励起信号の周波数である。それ故に特別な手段なしでは
送信と受信の両方に最適な作動周波数を得ることはでき
ない。
タイプの圧電形超音波トランスデューサは共振周波数が
互いに異なる直列共振周波数と並列共振周波数を有して
いることによって生じる問題がある。この２つの。図３
のダイヤグラムＡにはこの種の圧電形超音波トランスデ
ューサのインピーダンス対周波数の特性曲線が示されて
いる。インピーダンスＺは直列共振周波数ｆRSにおいて
最小値をとり、またインピーダンスＺは並列共振周波数
ｆRPにおいて最大値をとっている。並列共振周波数ｆRP
は直列共振周波数ｆRSよりも１６％高い。図３のダイヤ
グラムＢからは圧電トランスデューサが直列共振周波数
ｆRSにおいて最大変位を示すことが明らかである。この
ダイヤグラムＢは超音波の音圧Ｐ対周波数の特性曲線を
示している。このダイヤグラムＢでは超音波の音圧Ｐが
直列共振周波数ｆRSにおいて最大値をとり、並列共振周
波数ｆRPではかなり低い値をとっている。他方では図３
のダイヤグラムＣに示されているように圧電トランスデ
ューサは並列共振周波数ｆRPにおいて最大受信感度を有
する。このダイヤグラムＣは感度Ｓ対周波数ｆの特性曲
線を示している。この場合感度Ｓは並列共振周波数ｆRP
において最大値をとり、直列共振周波数ｆRSではかなり
低い値をとっている。この結果、送信に対する最適な条
件は作動周波数が直列共振周波数ｆRSと同じ場合であ
り、受信に対する最適な条件は作動周波数が並列共振周
波数ｆRPと同じ場合である。しかしながら前記適用例で
は作動周波数は送信モードと受信モードで同一である、
すなわち送信モードにおいて送信電極に供給された電気
励起信号の周波数である。それ故に特別な手段なしでは
送信と受信の両方に最適な作動周波数を得ることはでき
ない。
【００１５】図１の回路装置ではこの問題が付加的なス
イッチ２４を設けることによって解決されている。この
スイッチ２４を閉じたときには環状電極１４と共通電極
１２との間に短絡が形成される。このスイッチ２４は送
信モードでは開かれ受信モードでは閉じられる。この結
果、送信モードでは回路装置は図１に示されている状態
となる。この状態では送信電極１４は励振信号源２０に
接続され、共通電極１２に短絡されない。また受信電極
１３は浮遊状態で共通電極１２から絶縁される。この図
では圧電トランスデューサが前述の図３のダイヤグラム
Ａ，Ｂ，Ｃに基づいて説明したような動作をする。作動
周波数ｆO、すなわち励振信号源２０によって供給され
る励振信号の周波数は、圧電トランスデューサがこの回
路状態をとる直列共振周波数ｆRSに等しくなるように選
択される。
イッチ２４を設けることによって解決されている。この
スイッチ２４を閉じたときには環状電極１４と共通電極
１２との間に短絡が形成される。このスイッチ２４は送
信モードでは開かれ受信モードでは閉じられる。この結
果、送信モードでは回路装置は図１に示されている状態
となる。この状態では送信電極１４は励振信号源２０に
接続され、共通電極１２に短絡されない。また受信電極
１３は浮遊状態で共通電極１２から絶縁される。この図
では圧電トランスデューサが前述の図３のダイヤグラム
Ａ，Ｂ，Ｃに基づいて説明したような動作をする。作動
周波数ｆO、すなわち励振信号源２０によって供給され
る励振信号の周波数は、圧電トランスデューサがこの回
路状態をとる直列共振周波数ｆRSに等しくなるように選
択される。
【００１６】受信モードでは、回路装置は図４に示され
ているような回路状態となる。すなわちスイッチ２１は
開かれ、それによって環状電極１４は励振信号源２０か
ら分離され、スイッチ２３は閉じられ、中央電極１３は
受信回路２２の入力側に接続される。さらにスイッチ２
４が閉じられて環状電極１４が共通電極１２に短絡され
る。この環状電極１４の短絡により圧電トランスデュー
サの直列及び並列共振周波数を図３のダイヤグラムＤに
示されているようにより低い値にシフトさせる作用が生
ずる。ダイヤグラムＤには、ダイヤグラムＡに示された
のと同じ圧電トランスデューサのインピーダンス対周波
数の特性曲線が示されているが、但しダイヤグラムＤの
場合では環状電極１４は共通電極に１２に短絡される。
ダイヤグラムＤにおいては並列共振周波数ｆRPは、短絡
の行われないダイヤグラムＡでの直列共振周波数ｆRSと
同じ値になっている。このことは、同じ作動周波数ｆ0
が送信モードにおける直列共振周波数ｆRSに等しくそし
て受信モードの並列共振周波数ｆRPにも等しいことを意
味する。これにより感度Ｓは図３のダイヤグラムＥに示
されているように作動周波数ｆ0で最大値をとる。この
ようにして単一形圧電トランスデューサにおける送信モ
ードと受信モードの両方に対して最適な条件が得られる
ものとなる。
ているような回路状態となる。すなわちスイッチ２１は
開かれ、それによって環状電極１４は励振信号源２０か
ら分離され、スイッチ２３は閉じられ、中央電極１３は
受信回路２２の入力側に接続される。さらにスイッチ２
４が閉じられて環状電極１４が共通電極１２に短絡され
る。この環状電極１４の短絡により圧電トランスデュー
サの直列及び並列共振周波数を図３のダイヤグラムＤに
示されているようにより低い値にシフトさせる作用が生
ずる。ダイヤグラムＤには、ダイヤグラムＡに示された
のと同じ圧電トランスデューサのインピーダンス対周波
数の特性曲線が示されているが、但しダイヤグラムＤの
場合では環状電極１４は共通電極に１２に短絡される。
ダイヤグラムＤにおいては並列共振周波数ｆRPは、短絡
の行われないダイヤグラムＡでの直列共振周波数ｆRSと
同じ値になっている。このことは、同じ作動周波数ｆ0
が送信モードにおける直列共振周波数ｆRSに等しくそし
て受信モードの並列共振周波数ｆRPにも等しいことを意
味する。これにより感度Ｓは図３のダイヤグラムＥに示
されているように作動周波数ｆ0で最大値をとる。この
ようにして単一形圧電トランスデューサにおける送信モ
ードと受信モードの両方に対して最適な条件が得られる
ものとなる。
【００１７】図１及び図４に示されたスイッチ２１，２
３，２４は、それらのスイッチ機能をわかりやすくする
ために機械的スイッチ記号で表されているが、実際には
これらのスイッチは通常の電界効果トランジスタのよう
な高速電子スイッチである。しかしながらこれらのスイ
ッチ２１，２３，２４を省くことも可能である。実際に
は受信モードにおける電極１４と１２の間の完全なる短
絡状態は必ずしも必要ではなく、また送信モードにおけ
る電極１３と１２の間の完全な絶縁状態も必要ない。電
極１４と共通電極１２との間で低インピーダンス接続の
電気インピーダンスが、送信モードでの圧電形超音波ト
ランスデューサ１０の直列共振周波数ｆRSにおける送信
電極１４と共通電極１２との間の電気インピーダンスよ
りも低ければ、受信モードにおいて電極１４と共通電極
１２との間で低インピーダンス接続が存在するだけで十
分である。同様に送信モードにおける受信電極１３と共
通電極１２との間の電気インピーダンスが、受信モード
での受信電極１３と共通電極１２との間の圧電トランス
デューサ１０の並列共振周波数ｆRPにおける電気インピ
ーダンスよりも高ければ十分である。これによっては図
１と図４による回路装置において励振信号源２０の出力
インピーダンスが非常に小さい場合にスイッチ２１，２
４を省くことができる。この場合には送信電極と共通電
極１２との間の低インピーダンス接続が受信モードにて
励振信号源２０の小さな出力インピーダンスによって生
じる。さらにスイッチ２３は、受信回路２２の入力イン
ピーダンスが十分に高い場合に省くことができる。この
場合には送信モードにおいて受信電極１３と共通電極１
２との間の高インピーダンス接続が受信回路２２の大き
な入力インピーダンスにより生じる。
３，２４は、それらのスイッチ機能をわかりやすくする
ために機械的スイッチ記号で表されているが、実際には
これらのスイッチは通常の電界効果トランジスタのよう
な高速電子スイッチである。しかしながらこれらのスイ
ッチ２１，２３，２４を省くことも可能である。実際に
は受信モードにおける電極１４と１２の間の完全なる短
絡状態は必ずしも必要ではなく、また送信モードにおけ
る電極１３と１２の間の完全な絶縁状態も必要ない。電
極１４と共通電極１２との間で低インピーダンス接続の
電気インピーダンスが、送信モードでの圧電形超音波ト
ランスデューサ１０の直列共振周波数ｆRSにおける送信
電極１４と共通電極１２との間の電気インピーダンスよ
りも低ければ、受信モードにおいて電極１４と共通電極
１２との間で低インピーダンス接続が存在するだけで十
分である。同様に送信モードにおける受信電極１３と共
通電極１２との間の電気インピーダンスが、受信モード
での受信電極１３と共通電極１２との間の圧電トランス
デューサ１０の並列共振周波数ｆRPにおける電気インピ
ーダンスよりも高ければ十分である。これによっては図
１と図４による回路装置において励振信号源２０の出力
インピーダンスが非常に小さい場合にスイッチ２１，２
４を省くことができる。この場合には送信電極と共通電
極１２との間の低インピーダンス接続が受信モードにて
励振信号源２０の小さな出力インピーダンスによって生
じる。さらにスイッチ２３は、受信回路２２の入力イン
ピーダンスが十分に高い場合に省くことができる。この
場合には送信モードにおいて受信電極１３と共通電極１
２との間の高インピーダンス接続が受信回路２２の大き
な入力インピーダンスにより生じる。
【００１８】前述の要求を充たし、そのために図１と図
４のスイッチ２１，２３，２４の機能を果たすスイッチ
を必要としない回路装置は図５に示されている。図５に
おいても図１及び図４のものと同じ全ての構成部分並び
に構成要素には同じ参照番号が付されている。したがっ
て図５の回路装置でも圧電形超音波トランスデューサ１
０が含まれている。この超音波トランスデューサ１０は
圧電体１１と電極１２，１３，１４を有している。図５
にはさらに励振信号源２０のＣＭＯＳ出力回路３０が示
されている。このＣＭＯＳ出力回路３０は２つのＣＭＯ
Ｓ電界効果トランジスタ３１，３２を含んでいる。この
２つの電界効果トランジスタ３１，３２はそれらのソー
スとドレインを介して給電電圧源＋Ｅとアースとの間で
直列に接続されている。励振信号はＣＭＯＳ電界効果ト
ランジスタ３１，３２のゲートに供給され、電極１４は
この回路の２つの電界効果トランジスタ３１，３２の間
のソース−ドレイン接続点の出力端子３３に接続され
る。このＣＭＯＳ出力回路３０は、非常に低い出力イン
ピーダンスを有する。これは受信モードにおいて実質的
に電極１４と１２の間の短絡を生ぜしめる。さらに図５
の実施例では受信回路２２の入力増幅段４０が示されて
いる。この入力増幅段４０は、ＭＯＳＦＥＴ４１を含ん
でいる。このＭＯＳＦＥＴ４１は抵抗４２を介して給電
電圧源＋Ｅに接続されたドレインと、グランドに接続さ
れたソースと、高抵抗なゲート抵抗４３を介してアース
に接続されたゲートとを有している。電極１３は入力増
幅段の入力端子４４に固定接続されている。この入力端
子４４はＭＯＳＦＥＴ４１のゲート電極である。それに
対して出力端子４５はソースと抵抗４２との間の接続点
である。この入力増幅段４０は、高入力インピーダンス
を有する。これは送信モードでは実質的に電極１３を共
通電極１２から絶縁している。図５による回路装置が送
信モードで作動された場合には、圧電トランスデューサ
１０は図３のダイヤグラムＡに示されているインピーダ
ンス対周波数特性曲線の状態をとる。なぜなら受信電極
１３は、実質的に入力増幅段４０の高入力インピーダン
スに基づいて共通電極１２から絶縁されるからである。
図５による回路装置が受信モードで作動された場合に
は、圧電トランスデューサ１０は図３のダイヤグラムＤ
に示されているインピーダンス対周波数特性曲線の状態
をとる。なぜなら電極１４は、実質的にＣＭＯＳ出力段
３０の低出力インピーダンスによって共通電極１２に短
絡されるからである。これにより図５に示された回路装
置は図１による回路装置のような単一の圧電トランスデ
ューサを用いて但し複数の機械的スイッチは用いずに、
送信と受信の両方に対して同じように最適な条件を提供
する。
４のスイッチ２１，２３，２４の機能を果たすスイッチ
を必要としない回路装置は図５に示されている。図５に
おいても図１及び図４のものと同じ全ての構成部分並び
に構成要素には同じ参照番号が付されている。したがっ
て図５の回路装置でも圧電形超音波トランスデューサ１
０が含まれている。この超音波トランスデューサ１０は
圧電体１１と電極１２，１３，１４を有している。図５
にはさらに励振信号源２０のＣＭＯＳ出力回路３０が示
されている。このＣＭＯＳ出力回路３０は２つのＣＭＯ
Ｓ電界効果トランジスタ３１，３２を含んでいる。この
２つの電界効果トランジスタ３１，３２はそれらのソー
スとドレインを介して給電電圧源＋Ｅとアースとの間で
直列に接続されている。励振信号はＣＭＯＳ電界効果ト
ランジスタ３１，３２のゲートに供給され、電極１４は
この回路の２つの電界効果トランジスタ３１，３２の間
のソース−ドレイン接続点の出力端子３３に接続され
る。このＣＭＯＳ出力回路３０は、非常に低い出力イン
ピーダンスを有する。これは受信モードにおいて実質的
に電極１４と１２の間の短絡を生ぜしめる。さらに図５
の実施例では受信回路２２の入力増幅段４０が示されて
いる。この入力増幅段４０は、ＭＯＳＦＥＴ４１を含ん
でいる。このＭＯＳＦＥＴ４１は抵抗４２を介して給電
電圧源＋Ｅに接続されたドレインと、グランドに接続さ
れたソースと、高抵抗なゲート抵抗４３を介してアース
に接続されたゲートとを有している。電極１３は入力増
幅段の入力端子４４に固定接続されている。この入力端
子４４はＭＯＳＦＥＴ４１のゲート電極である。それに
対して出力端子４５はソースと抵抗４２との間の接続点
である。この入力増幅段４０は、高入力インピーダンス
を有する。これは送信モードでは実質的に電極１３を共
通電極１２から絶縁している。図５による回路装置が送
信モードで作動された場合には、圧電トランスデューサ
１０は図３のダイヤグラムＡに示されているインピーダ
ンス対周波数特性曲線の状態をとる。なぜなら受信電極
１３は、実質的に入力増幅段４０の高入力インピーダン
スに基づいて共通電極１２から絶縁されるからである。
図５による回路装置が受信モードで作動された場合に
は、圧電トランスデューサ１０は図３のダイヤグラムＤ
に示されているインピーダンス対周波数特性曲線の状態
をとる。なぜなら電極１４は、実質的にＣＭＯＳ出力段
３０の低出力インピーダンスによって共通電極１２に短
絡されるからである。これにより図５に示された回路装
置は図１による回路装置のような単一の圧電トランスデ
ューサを用いて但し複数の機械的スイッチは用いずに、
送信と受信の両方に対して同じように最適な条件を提供
する。
【００１９】前述したような有利な結果は回路装置のさ
らなる変更によって得ることができる。もちろん電極１
３と１４の役割を変更させることも可能である。すなわ
ち送信モードでは中央電極１３が送信電極として使用さ
れ、それに対して環状電極１４は実質的に共通電極１２
から絶縁される。また受信モードでは環状電極１４が受
信電極として使用され、それに対して中央電極１３は実
質的に共通電極１２に短絡される。さらに圧電形超音波
トランスデューサは、電気的に相互に接続可能な３つ以
上の電極を備えることも可能である。すなわち２つ又は
それ以上の共通電極及び／又は２つ又はそれ以上の送信
電極及び／又は２つ又はそれ以上の受信電極が存在す
る。この具体例として図６に、円形ディスク状の圧電体
５１と、該圧電体の下側を覆っている電極５２と、該圧
電体５１の上側に配置される３つの電極５３，５４，５
５とを有する圧電形超音波トランスデューサ５０が示さ
れている。図７に示されている平面図からは、電極５３
が円形の中央電極であることがわかる。この中央電極５
３は２つの環状電極５４，５５によって取り囲まれてい
る。このトランスデューサは以下に述べる変形例のうち
の任意の１つにて作動可能である。
らなる変更によって得ることができる。もちろん電極１
３と１４の役割を変更させることも可能である。すなわ
ち送信モードでは中央電極１３が送信電極として使用さ
れ、それに対して環状電極１４は実質的に共通電極１２
から絶縁される。また受信モードでは環状電極１４が受
信電極として使用され、それに対して中央電極１３は実
質的に共通電極１２に短絡される。さらに圧電形超音波
トランスデューサは、電気的に相互に接続可能な３つ以
上の電極を備えることも可能である。すなわち２つ又は
それ以上の共通電極及び／又は２つ又はそれ以上の送信
電極及び／又は２つ又はそれ以上の受信電極が存在す
る。この具体例として図６に、円形ディスク状の圧電体
５１と、該圧電体の下側を覆っている電極５２と、該圧
電体５１の上側に配置される３つの電極５３，５４，５
５とを有する圧電形超音波トランスデューサ５０が示さ
れている。図７に示されている平面図からは、電極５３
が円形の中央電極であることがわかる。この中央電極５
３は２つの環状電極５４，５５によって取り囲まれてい
る。このトランスデューサは以下に述べる変形例のうち
の任意の１つにて作動可能である。
【００２０】１．３つの上側電極のうちの任意の２つが
送信電極を形成するように相互接続可能に構成され、そ
れに対して３番目の上側電極は受信電極を形成し、下側
電極は共通電極を形成するように構成する。
送信電極を形成するように相互接続可能に構成され、そ
れに対して３番目の上側電極は受信電極を形成し、下側
電極は共通電極を形成するように構成する。
【００２１】２．３つの上側電極のうちの任意の２つが
受信電極を形成するように相互接続可能に構成され、そ
れに対して３番目の上側電極は送信電極を形成し、下側
電極は共通電極を形成するように構成する ３．下側電極が共通電極を形成するように３つの上側電
極のうちの任意の１つと接続可能に構成され、それに対
して残りの２つの上側電極は送信電極と受信電極をそれ
ぞれ形成するように構成する。
受信電極を形成するように相互接続可能に構成され、そ
れに対して３番目の上側電極は送信電極を形成し、下側
電極は共通電極を形成するように構成する ３．下側電極が共通電極を形成するように３つの上側電
極のうちの任意の１つと接続可能に構成され、それに対
して残りの２つの上側電極は送信電極と受信電極をそれ
ぞれ形成するように構成する。
【００２２】４．３つの上側電極のうちの任意の１つが
送信モードと受信モードの両方において非接続状態（浮
遊状態）に保持可能に構成され、それに対して残りの２
つの上側電極は送信電極と受信電極をそれぞれ形成し、
下側電極は共通電極を形成するように構成する。
送信モードと受信モードの両方において非接続状態（浮
遊状態）に保持可能に構成され、それに対して残りの２
つの上側電極は送信電極と受信電極をそれぞれ形成し、
下側電極は共通電極を形成するように構成する。
【００２３】それぞれのケースにおいて低インピーダン
ス接続が受信モードにおいて送信電極と共通電極との間
で形成されることに基づく実験では前記各ケースにおい
て共振周波数の所期の整合が図３を用いて説明したよう
に得られることが明らかとなった。
ス接続が受信モードにおいて送信電極と共通電極との間
で形成されることに基づく実験では前記各ケースにおい
て共振周波数の所期の整合が図３を用いて説明したよう
に得られることが明らかとなった。
【００２４】受信モードにて１つ又はそれ以上の共通電
極に低インピーダンス接続（又は短絡）で接続される１
つ又はそれ以上の電極が簡素化の理由でいわゆる“切換
形（コミュテーション）”電極であるならば、前述した
全ての実施例においてこの切換形電極は送信電極とな
る。しかしながらこれは必須ではない。１つ又はそれ以
上の切換形電極と１つ又はそれ以上の共通電極との間で
送信モードにて測定されるキャパシタンスが、１つ又は
それ以上の送信電極と１つ又はそれ以上の共通電極との
間で測定されるキャパシタンスに等しい場合にはいつで
も共振周波数の所期のシフトが得られることがわかって
いる。この条件はもちろん切換形電極が同時に送信電極
である場合には自動的に実現される。しかしながらそれ
は圧電トランスデューサ電極の有利な別の構成を用いた
別の方法でも実現可能である。これは本発明による回路
装置のさらなる実施例を示した図８〜図１０の構成に基
づいて実施される。
極に低インピーダンス接続（又は短絡）で接続される１
つ又はそれ以上の電極が簡素化の理由でいわゆる“切換
形（コミュテーション）”電極であるならば、前述した
全ての実施例においてこの切換形電極は送信電極とな
る。しかしながらこれは必須ではない。１つ又はそれ以
上の切換形電極と１つ又はそれ以上の共通電極との間で
送信モードにて測定されるキャパシタンスが、１つ又は
それ以上の送信電極と１つ又はそれ以上の共通電極との
間で測定されるキャパシタンスに等しい場合にはいつで
も共振周波数の所期のシフトが得られることがわかって
いる。この条件はもちろん切換形電極が同時に送信電極
である場合には自動的に実現される。しかしながらそれ
は圧電トランスデューサ電極の有利な別の構成を用いた
別の方法でも実現可能である。これは本発明による回路
装置のさらなる実施例を示した図８〜図１０の構成に基
づいて実施される。
【００２５】図８と図９に示されている回路装置も図１
に示された実施例と類似して、励振信号ソース２０と受
信回路２２とスイッチ２１，２３，２４を含んでおり、
これらは図１の相応する部分と同じ機能を有しているの
で同じ参照番号が付されている。図８と図９の回路装置
はさらに圧電形超音波トランスデューサ６０を含んでい
る。この超音波トランスデューサ６０は、圧電体６１
と、該圧電体６１の下側に配置される共通電極６２と、
該圧電体６１の上側に配置される２つの電極６３，６４
を有する。図１０の平面図から、電極６３と６４が同一
の半円形状で、直径方向のギャップ６５によって相互に
絶縁されているのがわかる。これから図８によるトラン
スデューサ６０では、上側電極の形状が図１のトランス
デューサ１０とは異なっている。
に示された実施例と類似して、励振信号ソース２０と受
信回路２２とスイッチ２１，２３，２４を含んでおり、
これらは図１の相応する部分と同じ機能を有しているの
で同じ参照番号が付されている。図８と図９の回路装置
はさらに圧電形超音波トランスデューサ６０を含んでい
る。この超音波トランスデューサ６０は、圧電体６１
と、該圧電体６１の下側に配置される共通電極６２と、
該圧電体６１の上側に配置される２つの電極６３，６４
を有する。図１０の平面図から、電極６３と６４が同一
の半円形状で、直径方向のギャップ６５によって相互に
絶縁されているのがわかる。これから図８によるトラン
スデューサ６０では、上側電極の形状が図１のトランス
デューサ１０とは異なっている。
【００２６】さらに図１と図８の実施例の間の相違は上
側電極の励振信号ソース２０と受信回路２２へのそれぞ
れ接続の態様である。図８においては同じ電極６４がス
イッチ２１を介して励振信号源２０の出力側に接続さ
れ、さらにスイッチ２３を介して受信回路２２の入力側
に接続されている。それに対して他の電極６３は、スイ
ッチ２４を介して共通電極６２に短絡されるように構成
されている。
側電極の励振信号ソース２０と受信回路２２へのそれぞ
れ接続の態様である。図８においては同じ電極６４がス
イッチ２１を介して励振信号源２０の出力側に接続さ
れ、さらにスイッチ２３を介して受信回路２２の入力側
に接続されている。それに対して他の電極６３は、スイ
ッチ２４を介して共通電極６２に短絡されるように構成
されている。
【００２７】図８には送信モード時の回路装置の構成が
示されており、この場合スイッチ２１は閉じられスイッ
チ２３と２４は開かれている。これにより電極６４は励
振信号源２０の出力側に接続される。それにより電極６
４は送信電極として機能すると同時に受信回路２２の入
力側から切離される。他の電極６３は、浮遊状態にされ
共通電極６２から絶縁される。
示されており、この場合スイッチ２１は閉じられスイッ
チ２３と２４は開かれている。これにより電極６４は励
振信号源２０の出力側に接続される。それにより電極６
４は送信電極として機能すると同時に受信回路２２の入
力側から切離される。他の電極６３は、浮遊状態にされ
共通電極６２から絶縁される。
【００２８】図９には同じ回路装置の受信モードにおけ
る構成が示されており、この場合はスイッチの位置が前
記送信モード時と比べて逆になり、そのためスイッチ２
１は開かれスイッチ２３と２４は閉じられる。これによ
り電極６４は励振信号源２０の出力側から切離され、受
信回路２２の入力側に接続される。この結果電極６４は
受信電極として機能する。他の電極６３はここではスイ
ッチ２４によって共通電極６２に短絡される。
る構成が示されており、この場合はスイッチの位置が前
記送信モード時と比べて逆になり、そのためスイッチ２
１は開かれスイッチ２３と２４は閉じられる。これによ
り電極６４は励振信号源２０の出力側から切離され、受
信回路２２の入力側に接続される。この結果電極６４は
受信電極として機能する。他の電極６３はここではスイ
ッチ２４によって共通電極６２に短絡される。
【００２９】この実施例においては送信電極６４が受信
モード時には受信電極として使用されるためこの電極を
共通電極に短絡させることはできないが、共振周波数の
所期の整合は得られる。なぜなら受信モードにおいて電
極６３と共通電極６２との間で短絡が形成されるからで
ある。電極６３と６４のサイズと形状を同一にすること
により、電極６３と共通電極６２との間で測定されるキ
ャパシタンスが、短絡のない場合に（すなわち送信モー
ドにおいて）、送信電極６４と共通電極６２の間で測定
されるキャパシタンスと等しくなる。この同一のキャパ
シタンスのために、受信モード時の電極６３の短絡は送
信電極６４自身が短絡されたのと同じ効果を生む。
モード時には受信電極として使用されるためこの電極を
共通電極に短絡させることはできないが、共振周波数の
所期の整合は得られる。なぜなら受信モードにおいて電
極６３と共通電極６２との間で短絡が形成されるからで
ある。電極６３と６４のサイズと形状を同一にすること
により、電極６３と共通電極６２との間で測定されるキ
ャパシタンスが、短絡のない場合に（すなわち送信モー
ドにおいて）、送信電極６４と共通電極６２の間で測定
されるキャパシタンスと等しくなる。この同一のキャパ
シタンスのために、受信モード時の電極６３の短絡は送
信電極６４自身が短絡されたのと同じ効果を生む。
【００３０】図８と図１０に基づいて詳述した基本構成
においてはもちろん送信電極、受信電極及び／又は共通
電極の数を任意に増加することも可能である。一例とし
て図１１に四分円状の４つの電極７１，７２，７３，７
４を有する圧電トランスデューサ７０の平面図が示され
ている。これらの電極は下側に配置されている共通電極
（図示されていない）とに対して上側に配置される。全
ての電極７１，７２，７３，７４は同じサイズと同じ形
状なので、これらは共通電極に対して同じキャパシタン
スを有している。それ故にこれらの電極を異なる組み合
わせで送信及び／又は受信電極として使用することが可
能となり、受信モードにおいて共通電極との低インピー
ダンス接続を形成するのに１つ又はそれ以上の送信電極
を他の電極に取り替えることも可能となる。
においてはもちろん送信電極、受信電極及び／又は共通
電極の数を任意に増加することも可能である。一例とし
て図１１に四分円状の４つの電極７１，７２，７３，７
４を有する圧電トランスデューサ７０の平面図が示され
ている。これらの電極は下側に配置されている共通電極
（図示されていない）とに対して上側に配置される。全
ての電極７１，７２，７３，７４は同じサイズと同じ形
状なので、これらは共通電極に対して同じキャパシタン
スを有している。それ故にこれらの電極を異なる組み合
わせで送信及び／又は受信電極として使用することが可
能となり、受信モードにおいて共通電極との低インピー
ダンス接続を形成するのに１つ又はそれ以上の送信電極
を他の電極に取り替えることも可能となる。
【００３１】本発明の実施においては、前述のように受
信モードにおいて共通電極に低インピーダンス接続（又
は短絡）される切換形の電極を除いて、共通電極とその
他の電極との間の接続に任意の変更を加える必要がな
い。特にそれらが送信電極と異なる場合には切換形電極
も受信電極も送信モードにおいて共通電極に接続されて
はならない。これらの電極は本質的には送信モードにお
いて共通電極から絶縁されるか又は前述のように送信モ
ードにおいて当該電極と共通電極との間で少なくとも高
インピーダンスにおかれなければならない。
信モードにおいて共通電極に低インピーダンス接続（又
は短絡）される切換形の電極を除いて、共通電極とその
他の電極との間の接続に任意の変更を加える必要がな
い。特にそれらが送信電極と異なる場合には切換形電極
も受信電極も送信モードにおいて共通電極に接続されて
はならない。これらの電極は本質的には送信モードにお
いて共通電極から絶縁されるか又は前述のように送信モ
ードにおいて当該電極と共通電極との間で少なくとも高
インピーダンスにおかれなければならない。
【００３２】前述したような手段によって得られる周波
数整合には、円形ディスク状のボディを有するトランス
デューサだけではなく、半径方向、厚み方向又はオーバ
ートーン振動モードで振動する任意の形状の圧電素子を
用いることも可能である。
数整合には、円形ディスク状のボディを有するトランス
デューサだけではなく、半径方向、厚み方向又はオーバ
ートーン振動モードで振動する任意の形状の圧電素子を
用いることも可能である。
【図１】本発明による方法を実施する回路装置の第１実
施例を示した図である。
施例を示した図である。
【図２】図１の回路装置にて使用される圧電トランスデ
ューサの平面図である。
ューサの平面図である。
【図３】圧電トランスデューサの特性曲線のダイヤグラ
ムである。
ムである。
【図４】受信モードにおける図１の回路装置のブロック
回路図である。
回路図である。
【図５】本発明による方法を実施する回路装置の第２実
施例を示した図である。
施例を示した図である。
【図６】本発明による回路装置において使用される圧電
トランスデューサの他の実施例を示した図である。
トランスデューサの他の実施例を示した図である。
【図７】図６による圧電トランスデューサの平面図であ
る。
る。
【図８】本発明による回路装置の第３実施例を送信モー
ドで示した図である。
ドで示した図である。
【図９】図８による回路装置を受信モードで示した図で
ある。
ある。
【図１０】図８及び図９の回路装置に使用される圧電ト
ランスデューサの平面図である。
ランスデューサの平面図である。
【図１１】本発明による回路装置に使用される圧電トラ
ンスデューサのさらなる別の実施例の平面図である。
ンスデューサのさらなる別の実施例の平面図である。
１０ 超音波トランスデューサ １１ 圧電体 １２ 共通電極 １３ 中央電極 １４ 電極 １５ 環状ギャップ ２０ 励振信号源 ２２ 受信回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イゴール ゲートマン ドイツ連邦共和国 レーラッハ ウンテラ ー リクゼンヴェーク ９ (72)発明者 セルゲイ ロパティン ドイツ連邦共和国 レーラッハ ヴィンタ ースブックシュトラーセ ６
Claims (12)
- 【請求項１】 圧電形超音波トランスデューサを送信モ
ードと受信モードで交互に作動する方法であって、 前記トランスデューサは少なくとも３つの電極を有する
圧電体を含んでおり、送信モードにおいては電気励振信
号が１つ又は複数の共通電極と１つ又は複数の送信電極
との間に供給され、該送信電極は半径方向、厚み方向又
はオーバートーンの振動モードでの機械振動発生に向け
て圧電体を励振するように構成されており、受信モード
においては電気受信信号が１つ又は複数の共通電極と１
つ又は複数の受信電極の間で収集され、該受信電極は圧
電体の機械振動を電気信号に変換するように構成されて
いる、圧電形超音波トランスデューサの作動方法におい
て、 受信モードにて受信電極として使用されない１つ
又は複数の電極を低インピーダンス接続によって１つ又
は複数の共通電極に接続したことを特徴とする圧電形超
音波トランスデューサの作動方法。 - 【請求項２】 受信モードにて１つ又は複数の共通電極
に低インピーダンス接続によって接続される１つ又は複
数の電極は、送信モードにて送信電極として使用される
１つ又は複数の電極である、請求項１記載の圧電形超音
波トランスデューサの作動方法。 - 【請求項３】 受信モードにて１つ又は複数の共通電極
に低インピーダンス接続によって接続される１つ又は複
数の電極は、送信モードにて送信電極として使用される
１つ又は複数の電極とは異なっている、請求項１記載の
圧電形超音波トランスデューサの作動方法。 - 【請求項４】 受信モードにて１つ又は複数の共通電極
に低インピーダンス接続によって接続される１つ又は複
数の電極は実質的に１つ又は複数の共通電極に対して、
送信モードにて送信電極として使用される１つ又は複数
の電極と同じ電気容量を有している、請求項３記載の圧
電形超音波トランスデューサの作動方法。 - 【請求項５】 前記低インピーダンス接続の電気的イン
ピーダンスは、送信モードにおける圧電形超音波トラン
スデューサの直列共振周波数において１つ又は複数の送
信電極と１つ又は複数の共通電極との間の電気的インピ
ーダンスよりも小さい、請求項１〜４いずれか１項記載
の圧電形超音波トランスデューサの作動方法。 - 【請求項６】 前記低インピーダンス接続は実質的には
短絡である、請求項５記載の圧電形超音波トランスデュ
ーサの作動方法。 - 【請求項７】 送信モードにおいて１つ又は複数の共通
電極と送信電極として使用されない電極との間の電気的
インピーダンスは、受信モードにおける１つ又は複数の
受信電極と１つ又は複数の共通電極との間の電気的イン
ピーダンスよりも高い、請求項１〜６いずれか１項記載
の圧電形超音波トランスデューサの作動方法。 - 【請求項８】 請求項１〜７いずれか１項記載の方法を
実施するための回路装置であって、少なくとも３つの電
極を有する圧電体を備えた圧電形超音波トランスデュー
サと、送信モードにて１つ又は複数の共通の電極と送信
電極として使用される１つ又は複数の電極とが接続され
る励振信号源と、受信モードにて１つ又は複数の共通の
電極と受信電極として使用される１つ又は複数の電極と
が接続される受信回路とを有するものにおいて、 受信モードにて１つ又は複数の共通電極と受信電極とし
て使用されない１つ又は複数の電極との間で低インピー
ダンス接続を形成するための手段が設けられていること
を特徴とする回路装置。 - 【請求項９】 受信モードにて１つ又は複数の共通電極
に低インピーダンス接続によって接続される１つ又は複
数の電極は、実質的に１つ又は複数の共通電極に対し
て、送信モードにて送信電極として使用される１つ又は
複数の電極と同じ電気容量を有している、請求項８記載
の回路装置。 - 【請求項１０】 低インピーダンス接続を形成するため
の前記手段は、スイッチ手段である、請求項８又は９記
載の回路装置。 - 【請求項１１】 送信モードにて送信電極として使用さ
れる１つ又は複数の電極は、低出力インピーダンスを有
する前記励振信号源の出力側に接続され、受信モードで
は受信電極として使用されない、請求項８又は９記載の
回路装置。 - 【請求項１２】 受信モードにて受信電極として使用さ
れる１つ又は複数の電極は、高入力インピーダンスを有
する受信回路の入力側に接続され、送信モードでは送信
電極として使用されない、請求項８〜１１いずれか１項
記載の回路装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| EP94115958A EP0706835B1 (en) | 1994-10-10 | 1994-10-10 | Method of operating an ultrasonic piezoelectric transducer and circuit arrangement for performing the method |
| DE94115958.4 | 1994-10-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08275294A true JPH08275294A (ja) | 1996-10-18 |
| JP2760963B2 JP2760963B2 (ja) | 1998-06-04 |
Family
ID=8216373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7263050A Expired - Fee Related JP2760963B2 (ja) | 1994-10-10 | 1995-10-11 | 圧電形超音波トランスデューサの作動方法及び該方法を実施するための回路装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5757104A (ja) |
| EP (1) | EP0706835B1 (ja) |
| JP (1) | JP2760963B2 (ja) |
| CA (1) | CA2157652C (ja) |
| DE (1) | DE69416129T2 (ja) |
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