(57)【要約】      （修正有）【課題】分解能を向上できる超音波装置及び検査装置を提供する。【解決手段】超音波装置１１０は、超音波送信部１０Ｔを含む。前記超音波送信部は、第１共振周波数でたわみ振動可能な第１素子１１と、前記第１共振周波数とは異なる第２共振周波数でたわみ振動可能な第２素子１２と、駆動部７０と、を含む。前記駆動部は、前記第１素子に前記第１共振周波数を有する第１信号を含む第１電気信号Ｅ１を供給し、前記第２素子に前記第２共振周波数を有する第２信号を含む第２電気信号Ｅ２を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１共振周波数でたわみ振動可能な第１素子と、
前記第１共振周波数とは異なる第２共振周波数でたわみ振動可能な第２素子と、
前記第１素子に前記第１共振周波数を有する第１信号を含む第１電気信号を供給し、前記第２素子に前記第２共振周波数を有する第２信号を含む第２電気信号を供給する駆動部と、
を含む超音波送信部を備えた超音波装置。
【請求項２】
第１素子と、
第２素子と、
支持部と、
駆動部と、
を含む超音波送信部を備え、
前記第１素子は、
第１部材領域と、
第１電極と、
前記第１部材領域と前記第１電極との間に設けられた第１対向電極と、
前記第１電極と前記第１対向電極との間に設けられ前記支持部に支持された第１圧電層と、
を含み、
前記第２素子は、
第２部材領域と、
第２電極と、
前記第２部材領域と前記第２電極との間に設けられた第２対向電極と、
前記第２電極と前記第２対向電極との間に設けられ前記支持部に支持された第２圧電層と、
を含み、
前記駆動部は、前記第１電極と前記第１対向電極との間に第１電気信号を供給し、前記第２電極と前記第２対向電極との間に前記第１電気信号とは異なる第２電気信号を供給し、
前記第２素子は、第１長さとは異なる第２長さ、及び、第１厚さとは異なる第２厚さの少なくともいずれかを有し、
前記第１長さは、前記第１対向電極から前記第１電極への第１方向と交差する第２方向に沿う前記第１圧電層の長さであり、
前記第２長さは、前記第２方向に沿う前記第２圧電層の長さであり、
前記第１厚さは、前記第１方向に沿う前記第１部材領域に厚さであり、
前記第２厚さは、前記第１方向に沿う前記第２部材領域の厚さである、超音波装置。
【請求項３】
前記第１電気信号は、第１周波数を有する第１信号を含み、
前記第２電気信号は、第２周波数を有する第２信号を含む、請求項２記載の超音波装置。
【請求項４】
前記第１電気信号は、第１期間と、前記第１期間の後の第２期間と、を含み、
前記第１期間に前記第１信号が出力され、前記第２期間における前記第１電気信号の振幅は、前記第１信号の振幅よりも小さく、
前記第２電気信号は、第３期間と、前記第３期間の後の第４期間と、を含み、
前記第３期間に前記第２信号が出力され、前記第４期間における前記第２電気信号の振幅は、前記第２信号の振幅よりも小さい、請求項３記載の超音波装置。
【請求項５】
前記第１信号は、前記第１周波数を有する複数の波を含み、
前記第２信号は、前記第２周波数を有する複数の波を含む、請求項４記載の超音波装置。
【請求項６】
複数の前記第１素子が設けられ、
前記複数の第１素子は、前記第２方向に沿って並び、
前記第２素子の前記第２方向における位置は、前記複数の第１素子の１つの前記第２方向における位置と、前記複数の第１素子の別の１つの前記第２方向における位置と、の間にある、請求項２記載の超音波装置。
【請求項７】
超音波受信部をさらに備え、
前記超音波受信部は、
第１受信素子と、
第２受信素子と、
前記第１受信素子及び前記第２受信素子から得られる電気信号を検出する検出部と、
を含み、
前記第１受信素子の共振周波数は、前記第２受信素子の共振周波数とは異なる、請求項１〜６のいずれか１つに記載の超音波装置。
【請求項８】
請求項７記載の超音波装置と、
前記超音波送信部と前記超音波受信部との間を、被検査体を移動させる搬送部と、
を備えた、検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超音波装置及び検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、紙幣などの対象物（被検査体）の検査において、対象物に超音波を送信して受信する超音波装置が用いられる。超音波装置及び検査装置において、分解能の向上が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６３２７２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、分解能を向上できる超音波装置及び検査装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、超音波装置は、超音波送信部を含む。前記超音波送信部は、第１共振周波数でたわみ振動可能な第１素子と、前記第１共振周波数とは異なる第２共振周波数でたわみ振動可能な第２素子と、駆動部と、を含む。前記駆動部は、前記第１素子に前記第１共振周波数を有する第１信号を含む第１電気信号を供給し、前記第２素子に前記第２共振周波数を有する第２信号を含む第２電気信号を供給する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｅ）は、第１実施形態に係る超音波装置を例示する模式図である。
【図２】図２は、超音波装置の特性を例示するグラフ図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｅ）は、第１実施形態に係る超音波装置を例示する模式図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｅ）は、第１実施形態に係る超音波装置を例示する模式図である。
【図５】図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第１実施形態に係る超音波装置の一部を例示する模式的断面図である。
【図６】図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第１実施形態に係る超音波装置の動作を例示する模式図である。
【図７】図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第１実施形態に係る超音波装置を例示する模式図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係る検査装置を例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１実施形態）  
図１（ａ）〜図１（ｅ）は、第１実施形態に係る超音波装置を例示する模式図である。  図１（ａ）は、図１（ｂ）の矢印ＡＲからみた平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。図１（ｄ）は、図１（ａ）のＣ１−Ｃ２線断面図である。図１（ｅ）は、図１（ａ）のＤ１−Ｄ２線断面図である。
【０００９】
図１（ａ）に示すように、本実施形態に係る超音波装置１１０は、超音波送信部１０Ｔを含む。超音波送信部１０Ｔは、第１素子１１、第２素子１２、及び駆動部７０を含む。この例では、第３素子１３がさらに設けられている。第３素子１３は省略されても良い。以下では、第３素子１３が設けられる場合について説明する。
【００１０】
例えば、第１〜第３素子１１〜１３の組みが繰り返し設けられても良い。この例では、超音波送信部１０Ｔは、これらの素子（第１〜第３素子１１〜１３など）に加えて、支持部１５をさらに含む。
【００１１】
図１（ｂ）に示すように、第１素子１１は、第１部材領域１１Ｒと、第１電極１１Ｅと、第１対向電極１１Ｃと、第１圧電層１１Ｐと、を含む。第１対向電極１１Ｃは、第１部材領域１１Ｒと第１電極１１Ｅとの間に設けられる。第１圧電層１１Ｐは、第１電極１１Ｅと第１対向電極１１Ｃとの間に設けられる。第１圧電層１１Ｐは、支持部１５に支持される。
【００１２】
図１（ｂ）に示すように、第２素子１２は、第２部材領域１２Ｒと、第２電極１２Ｅと、第２対向電極１２Ｃと、第２圧電層１２Ｐと、を含む。第２対向電極１２Ｃは、第２部材領域１２Ｒと第２電極１２Ｅとの間に設けられる。第２圧電層１２Ｐは、第２電極１２Ｅと第２対向電極１２Ｃとの間に設けられる。第２圧電層１２Ｐは、支持部１５に支持される。
【００１３】
同様に、第３素子１３は、第３素子１３は、第３部材領域１３Ｒと、第３電極１３Ｅと、第３対向電極１３Ｃと、第３圧電層１３Ｐと、を含む。第３対向電極１３Ｃは、第３部材領域１３Ｒと第３電極１３Ｅとの間に設けられる。第３圧電層１３Ｐは、第３電極１３Ｅと第３対向電極１３Ｃとの間に設けられる。第３圧電層１３Ｐは、支持部１５に支持される。
【００１４】
例えば、支持部１５は、複数の孔（第１孔Ｈ１、第２孔Ｈ２及び第３孔Ｈ３など）を含む。第１電極１１Ｅは、第１孔Ｈ１の中に設けられる。第２電極１２Ｅは、第２孔Ｈ２の中に設けられる。第３電極１３Ｅは、第３孔Ｈ３の中に設けられる。
【００１５】
支持部１５は、上記の孔以外の領域１５Ｒを含む。例えば、上記の第１〜第３素子１１〜１３は、この領域１５Ｒに支持される。
【００１６】
この例において、第１圧電層１１Ｐは、第２圧電層１２Ｐと連続している。第２圧電層１２Ｐは、第３圧電層１３Ｐと連続している。第１圧電層１１Ｐ、第２圧電層１２Ｐ及び第３圧電層１３Ｐは、例えば、圧電層１０Ｐの一部である。
【００１７】
この例において、第１部材領域１１Ｒは、第２部材領域１２Ｒと連続している。第２部材領域１２Ｒは、第３部材領域１２Ｒと連続している。第１部材領域１１Ｒ、第２部材領域１２Ｒ及び第３部材領域１３Ｒは、例えば、第１層１０Ｌの一部である。
【００１８】
この例において、第１対向電極１１Ｃは、第２対向電極１２Ｃと連続している。第２対向電極１２Ｃは、第３対向電極１３Ｃと連続している。第１対向電極１１Ｃ、第２対向電極１２Ｃ及び第３対向電極１３Ｃは、例えば、対向電極層１０Ｃの一部である。
【００１９】
一方、第１電極１１Ｅ及び第２電極１２Ｅは、互いに分離されている。第３電極１３Ｅは、第１電極１１Ｅ及び第２電極１２Ｅと分離されている。
【００２０】
駆動部７０は、第１電極１１Ｅと、第１対向電極１１Ｃ（対向電極層１０Ｃ）と、に電気的に接続される。駆動部７０は、第２電極１２Ｅと、第２対向電極１２Ｃ（対向電極層１０Ｃ）と、に電気的に接続される。駆動部７０は、第３電極１３Ｅと、第３対向電極１３Ｃ（対向電極層１０Ｃ）と、に電気的に接続される。
【００２１】
駆動部７０から、これらの素子に電気信号が供給され、これらの素子において振動が生じる。この振動は、圧電層１０Ｐに生じる応力に起因する。振動は、例えば、たわみ振動である。超音波送信部１０Ｔは、例えば、空中超音波トランスデューサアレイを含む。
【００２２】
たわみ振動の周波数（共振周波数）は、素子のサイズ及び厚さなどに依存する。
【００２３】
第１対向電極１１Ｃから第１電極１１Ｅへの方向を第１方向とする。第１方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。
【００２４】
第１方向（Ｚ軸方向）は、素子の厚さ方向（または積層方向）に対応する。第１方向と交差する方向（例えば第２方向）は、素子のサイズ方向に対応する。
【００２５】
図１（ｂ）に示すように、実施形態において、第１素子１１は、第１長さＬ１及び第１厚さｔ１を有する。第２素子１２は、第２長さＬ２及び第２厚さｔ２を有する。第３素子１３は、第３長さＬ３及び第３厚さｔ３を有する。
【００２６】
第１長さＬ１は、第２方向（上記の第１方向と交差する方向）に沿う第１圧電層１１Ｐの長さである。この例では、第２方向は、Ｘ軸方向である。第２方向は、Ｘ−Ｙ平面に沿う任意の方向でも良い。第２長さＬ２は、第２方向に沿う第２圧電層１２Ｐの長さである。第３長さＬ３は、第２方向に沿う第３圧電層１３Ｐの長さである。
【００２７】
例えば、第１圧電層１１Ｐは、Ｚ軸方向において支持部１５（領域１５Ｒ）と重ならない部分を含む。第１長さＬ１は、支持部１５と重ならない部分の第２方向に沿う長さに対応する。例えば、第１長さＬ１は、第１孔Ｈ１の第２方向に沿うサイズに対応する。
【００２８】
例えば、第２圧電層１２Ｐは、Ｚ軸方向において支持部１５（領域１５Ｒ）と重ならない部分を含む。第２長さＬ２は、支持部１５と重ならない部分の第２方向に沿う長さに対応する。例えば、第２長さＬ２は、第２孔Ｈ２の第２方向に沿うサイズに対応する。
【００２９】
例えば、第３圧電層１３Ｐは、Ｚ軸方向において支持部１５（領域１５Ｒ）と重ならない部分を含む。第３長さＬ３は、支持部１５と重ならない部分の第２方向に沿う長さに対応する。例えば、第３長さＬ３は、第３孔Ｈ３の第２方向に沿うサイズに対応する。
【００３０】
この例では、第１〜第３長さＬ１〜Ｌ３は、互いに異なる。
【００３１】
第１厚さｔ１は、第１方向（Ｚ軸方向）に沿う第１部材領域１１Ｒの厚さである。第２厚さｔ２は、第１方向に沿う第２部材領域１２Ｒの厚さである。第３厚さｔ３は、第１方向に沿う第３部材領域１３Ｒの厚さである。
【００３２】
この例においては、これらの厚さは、互いに同じである。後述するように、これらの厚さが互いに異なっても良い。
【００３３】
上記のように、この例では、第１〜第３長さＬ１〜Ｌ３は、互いに異なる。これにより、第１〜第３素子１１〜１３のそれぞれの共振周波数は、互いに異なる。例えば、第１素子１１は、第１共振周波数を有する。第２素子１２は、第２共振周波数を有する。第３素子１３は、第３共振周波数を有する。第２共振周波数は、第１共振周波数とは異なる。第３共振周波数は、第１共振周波数とは異なり、第２共振周波数とは異なる。
【００３４】
例えば、第１素子１１は、第１共振周波数でたわみ振動可能である。第２素子１２は、第２共振周波数でたわみ振動可能である。第３素子１３は、第３共振周波数でたわみ振動可能である。
【００３５】
これらの振動は、駆動部７０から供給される電気信号に基づく。
【００３６】
例えば、図１（ｃ）に示すように、第１電極１１Ｅと電気的に接続された第１端子１１Ｔが設けられる。図１（ｄ）に示すように、第２電極１２Ｅと電気的に接続された第２端子１２Ｔが設けられる。図１（ｅ）に示すように、対向電極層１０Ｃ（第１対向電極１１Ｃ及び第２対向電極１２Ｃ）と電気的に接続された対向端子１０ＣＴが設けられる。
【００３７】
図１（ａ）に示すように、駆動部７０は、これらの端子と電気的に接続される。
【００３８】
駆動部７０は、第１電極１１Ｅと第１対向電極１１Ｃとの間に第１電気信号Ｅ１を供給する。駆動部７０は、第２電極１２Ｅと第２対向電極１２Ｃとの間に第２電気信号Ｅ２を供給する。駆動部７０は、第３電極１３Ｅと第３対向電極１３Ｃとの間に第３電気信号Ｅ３を供給する。第２電気信号Ｅ２は、第１電気信号Ｅ１とは異なる。第３電気信号は、第１電気信号Ｅ１とは異なり、第２電気信号Ｅ２とは異なる。
【００３９】
例えば、第１電気信号Ｅ１は、第１周波数を有する第１信号を含む。第２電気信号Ｅ２は、第２周波数を有する第２信号を含む。第２周波数は、第１周波数とは異なる。第３電気信号Ｅ３は、第３周波数を有する第３信号を含む。第３周波数は、第１周波数とは異なり、第２周波数とは異なる。
【００４０】
このように、駆動部７０は、複数の素子に、互いに異なる電気信号を供給可能である。
【００４１】
これにより、図１（ｂ）に示すように、複数の素子から、互いに異なる周波数を有する超音波（第１〜第３超音波５１〜５３など）が出射される。例えば、第１〜第３素子１１〜１３から、第１〜第３超音波５１〜５３がそれぞれ出射される。
【００４２】
複数の素子において共振周波数が互いに異なる。このため、例えば、第１素子１１から出射された第１超音波５１が他の素子（例えば第２素子１２など）に与える影響が抑制される。これにより、例えば、クロストークが抑制される。クロストークが抑制されるため、クロストークが生じる場合に比べて、複数の素子の間の距離を短くできる。例えば、分解能（例えば面内分解能）を向上できる超音波装置が提供できる。
【００４３】
上記のように、第１素子１１の第１共振周波数は、第２素子１２の第２共振周波数とは異なる。駆動部７０は、複数の素子の共鳴周波数に適合する電気信号を、複数の素子のそれぞれに供給する。
【００４４】
例えば、既に説明したように、駆動部７０から供給される第１電気信号Ｅ１は、第１周波数を有する第１信号を含む。第２電気信号Ｅ２は、第２周波数を有する第２信号を含む。これらの電気信号の周波数は、複数の素子のそれぞれの共振周波数に適合する。
【００４５】
例えば、第１電気信号Ｅ１に含まれる第１信号の第１周波数と、第１共振周波数と、の差の絶対値の第１周波数に対する比は、０．１以下である。第２電気信号Ｅ２に含まれる第２信号の第２周波数と、第２共振周波数と、の差の絶対値の第２周波数に対する比は、０．１以下である。
【００４６】
例えば、第１信号の第１周波数は、第１共鳴周波数の０．９倍以上１．１倍以下である。例えば、第２信号の第２周波数は、第２共鳴周波数の０．９倍以上１．１倍以下である。このように、複数の素子のそれぞれの共鳴周波数と実質的に一致した周波数を有する信号を含む電気信号が、駆動部７０から、複数の素子にそれぞれ供給される。複数の素子のそれぞれから、それぞれの素子に特有の共鳴周波数の超音波が効率的に出射される。
【００４７】
例えば、複数の素子が設けられ、それらの共振周波数が同じである参考例がある。この参考例においては、クロストークが生じることが分かった。この参考例において、例えば、第１〜第３素子１１〜１３が設けられる。第１素子１１だけに電気信号を供給し、第２素子１２及び第３素子１３に電気信号を供給しない場合、第２素子１２において、−３ｄＢの共振が発生し、第３素子１３においては、−７ｄＢの共振が発生することが分かった。この参考例においては、第１素子１１の振動が、例えば、第１層１０Ｌ、圧電層１０Ｐ、または、対向電極層１０Ｃなどを介して他の素子に伝わることが原因であると考えられる。
【００４８】
実施形態においては、複数の素子において、共振周波数が互いに異なるため、１つの素子の振動が、他の素子の振動に与える影響が抑制できる。
【００４９】
図１（ｂ）に示す例においては、１つの素子の隣に設けられる素子の共振周波数が、その１つの素子の共振周波数と、変更される。例えば、複数の第１素子１１が設けられる場合、複数の第１素子１１は、互いに、隣には設けられない。図１（ｂ）に示す例では、複数の第１素子１１の間に、第２素子１２及び第３素子１３が設けられている。複数の第１素子１１の１つと、複数の第１素子１１の別の１つと、の間の距離は十分に長い。これにより、これらの２つの第１素子１１においてクロストークは抑制される。
【００５０】
このように、複数の第１素子１１が設けられる場合、例えば、第２素子１２の少なくとも一部は、複数の第１素子１１の１つと、複数の第１素子１１の別の１つと、の間に設けられる。
【００５１】
複数の第１素子１１が、第２方向（例えば、Ｘ軸方向）に沿って並んでも良い。この場合、第２素子１２の第２方向における位置は、複数の第１素子１１の１つの第２方向における位置と、複数の第１素子１１の別の１つの第２方向における位置と、の間にある。
【００５２】
このように、実施形態においては、第１共振周波数でたわみ振動可能な第１素子１１と、第１共振周波数とは異なる第２共振周波数でたわみ振動可能な第２素子１２と、が設けられる。駆動部７０は、第１素子１１に第１共振周波数を有する第１信号を含む第１電気信号Ｅ１を供給し、第２素子１２に第２共振周波数を有する第２信号を含む第２電気信号Ｅ２を供給する。これにより、例えば、クロストークが抑制される。分解能を向上できる超音波装置が提供できる。
【００５３】
１つの例において、第１電極１１Ｅと第２電極１２Ｅとの間に、他の電極が設けられていない。第１素子１１は、第２素子１２の隣である。互いに隣の素子における共振周波数が互いに異なることで、クロストークが効果的に抑制できる。
【００５４】
以下、超音波装置の特性の例について説明する。
【００５５】
図２は、超音波装置の特性を例示するグラフ図である。  
図２は、第１素子１１が振動したときの第２素子１２における振動のシミュレーション結果である。このシミュレーションモデルにおいて、第１素子１１及び第２素子１２が設けられ、第３素子１３設けられない。シミュレーションモデルにおいて、第１層１０Ｌ（第１部材領域１１Ｒ及び第２部材領域１２Ｒ）は、厚さ１５０μｍのステンレス鋼の層である。圧電層１０Ｐ（第１圧電層１１Ｐ及び第２圧電層１２Ｐ）は、厚さが１５０μｍのＰＺＴである。支持部１５は、厚さが４ｍｍのステンレス鋼のシートである。第１厚さｔ１は、第２厚さｔ２と同じである。
【００５６】
第１長さＬ１は、４ｍｍである。すなわち、第１孔Ｈ１のサイズは４ｍｍである。第２長さＬ２が変更される。第１素子１１に、第１素子１１の共振周波数の電気信号が供給されたときの第２素子１２における振動がシミュレーションされる。
【００５７】
図２の横軸は、第２長さＬ２（ｍｍ）である。縦軸は、第２素子１２の振動（クロストーク）の強度Ｐｃ（ｄＢ）である。
【００５８】
図２に示すように、第２長さＬ２が、第１長さＬ１と同じ４ｍｍのときに、約−１０ｄＢのクロストークが生じる。第２長さＬ２が４ｍｍから離れると、クロストークの強度Ｐｃが低下する。例えば、第２長さＬ２が３．６ｍｍまたは４．４ｍｍのときに、クロストークの強度Ｐｃは、約−４０ｄＢ（約１／１００）になる。
【００５９】
実施形態によれば、クロストークが抑制でき、分解能を向上できる。
【００６０】
図３（ａ）〜図３（ｅ）は、第１実施形態に係る超音波装置を例示する模式図である。  図３（ａ）は、図３（ｂ）の矢印ＡＲからみた平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。図３（ｃ）は、図３（ａ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。図３（ｄ）は、図３（ａ）のＣ１−Ｃ２線断面図である。図３（ｅ）は、図３（ａ）のＤ１−Ｄ２線断面図である。
【００６１】
図３（ａ）に示すように、本実施形態に係る超音波装置１１１も、超音波送信部１０Ｔを含む。超音波送信部１０Ｔは、第１〜第３素子１１〜１３、及び、駆動部７０を含む。超音波装置１１１においては、第１〜第３厚さｔ１〜ｔ３が互いに異なる。一方、第１〜第３長さＬ１〜Ｌ３は、互いに同じである。超音波装置１１１におけるこれ以外の構成は、超音波装置１１０の構成と同じである。
【００６２】
超音波装置１１１においては、第１〜第３厚さｔ１〜ｔ３が互いに異なるため、第１〜第３共振周波数が互いに異なる。これにより、クロストークが抑制できる。分解能を向上できる。
【００６３】
図４（ａ）〜図４（ｅ）は、第１実施形態に係る超音波装置を例示する模式図である。  図４（ａ）は、図４（ｂ）の矢印ＡＲからみた平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ１−Ａ２線断面図である。図４（ｃ）は、図４（ａ）のＢ１−Ｂ２線断面図である。図４（ｄ）は、図４（ａ）のＣ１−Ｃ２線断面図である。図４（ｅ）は、図４（ａ）のＤ１−Ｄ２線断面図である。
【００６４】
図４（ａ）に示すように、本実施形態に係る超音波装置１１２も、超音波送信部１０Ｔを含む。超音波送信部１０Ｔは、第１〜第３素子１１〜１３、及び、駆動部７０含む。超音波装置１１２においては、第１〜第３厚さｔ１〜ｔ３が互いに異なり、第１〜第３長さＬ１〜Ｌ３が、互いに異なる。超音波装置１１２におけるこれ以外の構成は、超音波装置１１０または１１１の構成と同じである。
【００６５】
超音波装置１１２においては、第１〜第３厚さｔ１〜ｔ３が互いに異なり、第１〜第３長さＬ１〜Ｌ３が互いに異なるため、第１〜第３共振周波数が互いに異なる。これにより、クロストークが抑制できる。分解能を向上できる。
【００６６】
このように、実施形態においては、第２素子１２は、第１長さＬ１とは異なる第２長さＬ２、及び、第１厚さｔ１とは異なる第２厚さｔ２の少なくともいずれかを有しても良い。
【００６７】
一般に、たわみ振動素子の共振周波数ｆ０は、以下の式で表される。
ｆ０＝４（５）１／２ｔ／（３Ｌ２）×{Ｙ／{ρ（１−ν２）}］１／２
Ｙ＝１／ｓ１１Ｅ
ν＝−ｓ１２Ｅ／ｓ１１Ｅ
上記において、「ｔ」は、振動素子の厚さである。「Ｌ」は、振動素子の長さ（サイズ）である。「ρ」は、密度である。「Ｙ」及び「ν」は、弾性に関する係数である。
【００６８】
上記の式から分かるように、共振周波数ｆ０は、厚さ「ｔ」が厚くなると上昇する。共振周波数ｆ０は、長さ（サイズ）「Ｌ」が長くなると、低下する。
【００６９】
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、第１実施形態に係る超音波装置の一部を例示する模式的断面図である。  
図５（ａ）は、第１素子１１における第１状態に対応する。図５（ｂ）は、第１素子１１における第２状態に対応する。第１状態は、第１素子１１に供給される第１信号Ｓ１が正及び負の一方の時に対応する。第２状態は、第１素子１１に供給される第１信号Ｓ１が正及び負の他方の時に対応する。図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、第１圧電層１１Ｐは、たわみ振動可能である。例えば、第１圧電層１１Ｐの第１方向（Ｚ軸方向）の中心の位置は、第１電気信号Ｅ１に応じて、第１方向において変化する。
【００７０】
図５（ｃ）は、第２素子１２における第３状態に対応する。図５（ｄ）は、第２素子１２における第４状態に対応する。第３状態は、第２素子１２に供給される第２信号Ｓ２が正及び負の一方の時に対応する。第４状態は、第２素子１２に供給される第２信号Ｓ２が正及び負の他方の時に対応する。図５（ｃ）及び図５（ｄ）に示すように、第２圧電層１２Ｐは、たわみ振動可能である。例えば、第２圧電層１２Ｐの第１方向（Ｚ軸方向）の中心の位置は、第２電気信号Ｅ２に応じて、第１方向において変化する。
【００７１】
一方、厚み振動子を用いる参考例がある。厚み振動子においては、厚さが変化することで超音波が発生する。この場合、厚さ方向の中心の位置は変化しない。厚み振動子を用いた複数の素子を同じ平面内に設ける参考例においては、共振周波数を互いに変更することは困難である。例えば、コストが上昇する。
【００７２】
これに対して、実施形態においては、たわみ振動子が用いられる。この場合、サイズまたは厚さの変更により、共振周波数を容易に変更できる。例えば、低コストで、分解能を向上できる。
【００７３】
以下、駆動部７０から供給される電気信号の例について説明する。
【００７４】
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、第１実施形態に係る超音波装置の動作を例示する模式図である。  
図６（ａ）は、第１電気信号Ｅ１に対応し、図６（ｂ）は、第２電気信号Ｅ２に対応する。これらの図の横軸は、時間ｔｍに対応する。縦軸は、電気信号の強度ＳＳに対応する。
【００７５】
図６（ａ）に示すように、第１電気信号Ｅ１は、第１信号Ｓ１を含む。第１信号Ｓ１は、第１周波数ｆ１を有する。この例では、第１信号Ｓ１は、第１周期Ｔ１の複数の波ｗ１を含む。第１周期Ｔ１は、第１周波数ｆ１の逆数に対応する。複数の波ｗ１は、第１周波数ｆ１を有する。この例では、第１信号Ｓ１は、５つの波ｗ１を含む。第１信号Ｓ１により、第１素子１１が第１共振周波数で効率的に振動できる。
【００７６】
一方、図６（ｂ）に示すように、第２電気信号Ｅ２は、第２信号Ｓ２を含む。第２信号Ｓ２は、第２周波数ｆ２を有する。この例では、第２信号Ｓ２は、第２周期Ｔ２の複数の波ｗ２を含む。第２周期Ｔ２は、第２周波数ｆ２の逆数に対応する。複数の波ｗ２は、第２周波数ｆ２を有する。この例では、第２信号Ｓ２は、５つの波ｗ２を含む。第２信号Ｓ２により、第２素子１２が第２共振周波数で効率的に振動できる。
【００７７】
実施形態においては、第１周波数ｆ１は第２周波数ｆ２とは異なる。これにより、クロストークが抑制できる。例えば、第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２とが同じタイミングで供給された場合でも、第１素子１１及び第２素子１２において、所望の振動が得られる。
【００７８】
この例では、第１信号Ｓ１の他に、休止期間が設けられている。休止期間が設けられることで、例えば、被検査体による超音波の反射／透過の変化が効果的に分離されて検出可能になる。
【００７９】
例えば、第１電気信号Ｅ１は、第１期間ＰＰ１と、第１期間ＰＰ１の後の第２期間ＰＰ２と、を含む。第１期間ＰＰ１に第１信号Ｓ１が出力される。第２期間ＰＰ２においては、例えば、第１信号Ｓ１は出力されない。例えば、第２期間ＰＰ２における第１電気信号Ｅ１の振幅は、第１信号Ｓ１の振幅よりも小さい。
【００８０】
例えば、第２電気信号Ｅ２は、第３期間ＰＰ３と、第３期間ＰＰ３の後の第４期間ＰＰ４と、を含む。第３期間ＰＰ３に第２信号Ｓ２が出力される。第４期間ＰＰ４においては、例えば、第２信号Ｓ２は出力されない。例えば、第４期間ＰＰ４における第２電気信号Ｅ２の振幅は、第２信号Ｓ２の振幅よりも小さい。
【００８１】
第２期間ＰＰ２における第１電気信号Ｅ１の振幅は、第１信号Ｓ１の振幅の１／１０以下である。第４期間ＰＰ４における第２電気信号Ｅ２の振幅は、第２信号Ｓ２の振幅の１／１０以下である。
【００８２】
実施形態において、第３期間ＰＰ３の少なくとも一部は、第１期間ＰＰ１と重なっても良い。第３期間ＰＰ３の少なくとも一部は、第２期間ＰＰ２と重なっても良い。第４期間ＰＰ４の少なくとも一部は、第１期間ＰＰ１と重なっても良い。第４期間ＰＰ４の少なくとも一部は、第２期間ＰＰ２と重なっても良い。
【００８３】
１つの例において、第２期間ＰＰ２の長さは、第１期間ＰＰ１の長さよりも長い。例えば、第２期間ＰＰ２の長さは、第１期間ＰＰ１の長さの２倍以上である。第２期間ＰＰ２の長さは、第１期間ＰＰ１の長さの５倍以上でも良い。
【００８４】
第４期間ＰＰ４の長さは、第３期間ＰＰ３の長さよりも長い。例えば、第４期間ＰＰ４の長さは、第３期間ＰＰ３の長さの２倍以上である。第４期間ＰＰ４の長さは、第３期間ＰＰ３の長さの５倍以上である。
【００８５】
第１周波数ｆ１は、例えば、５０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下である。第２周波数ｆ２は、５０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下である。
【００８６】
第１素子１１は、第１共振周波数ｆｒ１、第１の「−６ｄＢ比帯域」、及び、第１中心周波数を有する。第１共振周波数ｆｒ１における共振の強度を０ｄＢとする。第１素子１１は、共振の強度が−６ｄＢになる２つの周波数を有する。１つの例において、第１中心周波数は、この２つの周波数の相加平均である。別の例において、第１中心周波数は、この２つの周波数の相乗平均である。第１の「−６ｄＢ比帯域」は、この２つの周波数の差の絶対値の、第１中心周波数に対する比である。
【００８７】
第２素子１２は、第２共振周波数ｆｒ２、第２の「−６ｄＢ比帯域」、及び、第２中心周波数を有する。第２共振周波数ｆｒ２における共振の強度を０ｄＢとする。第２素子１２は、共振の強度が−６ｄＢになる２つの周波数を有する。１つの例において、第２中心周波数は、この２つの周波数の相加平均である。別の例において、第２中心周波数は、この２つの周波数の相乗平均である。第２の「−６ｄＢ比帯域」は、この２つの周波数の差の絶対値の、第２中心周波数に対する比である。
【００８８】
第１中心周波数として、上記の２つの周波数の相加平均が用いられる場合、第２中心周波数として、上記の２つの周波数の相加平均が用いられる。第１中心周波数として、上記の２つの周波数の相乗平均が用いられる場合、第２中心周波数として、上記の２つの周波数の相乗平均が用いられる。
【００８９】
第１信号の第１周波数ｆ１と第２信号の第２周波数ｆ２との差の絶対値は、第１の「−６ｄＢ比帯域」よりも大きい。第１信号の第１周波数ｆ１と第２信号の第２周波数ｆ２との差の絶対値は、第２の「−６ｄＢ比帯域」よりも大きい。２つの信号の周波数を容易に分離できる。クロストークが抑制でき、効率的な共振を得ることが容易になる。たわみ振動子においては、「−６ｄＢ比帯域」が狭い（比が小さい）。上記の条件が容易に得られる。
【００９０】
図７（ａ）及び図７（ｂ）は、第１実施形態に係る超音波装置を例示する模式図である。  
図７（ａ）は、図７（ｂ）の矢印ＡＲからみた平面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＥ１−Ｅ２線断面図である。
【００９１】
図７（ａ）に示すように、実施形態に係る超音波装置１２０は、超音波受信部１０Ｒを含む。超音波装置１２０は、超音波送信部１０Ｔと超音波受信部１０Ｒとを含んでも良い。図７（ａ）においては、超音波送信部１０Ｔは省略されている。超音波装置１２０において、超音波送信部１０Ｔは、超音波装置１１０〜１１２に関して説明した任意の構成を有しても良い。以下、超音波受信部１０Ｒの例について説明する。
【００９２】
超音波受信部１０Ｒは、第１受信素子２１、第２受信素子２２、及び、検出部７０Ｄを含む。この例では、第３受信素子２３がさらに設けられている。第３受信素子２３は省略されても良い。以下では、第３受信素子２３が設けられる場合について説明する。
【００９３】
第１受信素子２１の共振周波数は、第２受信素子２２の共振周波数とは異なる。第３受信素子２３の共振周波数は、第１受信素子２１の共振周波数とは異なり、第２受信素子２２の共振周波数とは異なる。
【００９４】
検出部７０Ｄは、第１受信素子２１、第２受信素子２２及び第３受信素子２３から得られる電気信号を検出する。
【００９５】
超音波受信部１０Ｒは、既に説明した超音波送信部１０Ｔと同様の構成を有しても良い。
【００９６】
例えば、受信支持部２５が設けられる。受信支持部２５に孔Ｈ４〜Ｈ６などが設けられる。
【００９７】
例えば、第１受信素子２１は、第１受信部材領域２１Ｒと、第１受信電極２１Ｅと、第１受信部材領域２１Ｒと第１受信電極２１Ｅとの間に設けられた第１受信対向電極２１Ｃと、第１受信電極２１Ｅと第１受信対向電極２１Ｃとの間に設けられ受信支持部２５に支持された第１受信圧電層２１Ｐと、を含む。
【００９８】
例えば、第２受信素子２２は、第２受信部材領域２２Ｒと、第２受信電極２２Ｅと、第２受信部材領域２２Ｒと第２受信電極２２Ｅとの間に設けられた第２受信対向電極２２Ｃと、第２受信電極２２Ｅと第２受信対向電極２２Ｃとの間に設けられ受信支持部２５に支持された第２受信圧電層２２Ｐと、を含む。
【００９９】
例えば、第３受信素子２３は、第３受信部材領域２３Ｒと、第３受信電極２３Ｅと、第３受信部材領域２３Ｒと第３受信電極２３Ｅとの間に設けられた第３受信対向電極２３Ｃと、第３受信電極２３Ｅと第３受信対向電極２３Ｃとの間に設けられ受信支持部２５に支持された第３受信圧電層２３Ｐと、を含む。
【０１００】
受信支持部２５は、上記の孔（孔Ｈ４〜Ｈ６など）以外の領域２５Ｒを含む。例えば、上記の第１〜第３受信素子２１〜２３は、この領域２５Ｒに支持される。
【０１０１】
第１受信圧電層２１Ｐ、第２受信圧電層２２Ｐ及び第３受信圧電層２３Ｐは、例えば、受信圧電層２０Ｐの一部である。第１受信部材領域２１Ｒ、第２受信部材領域２２Ｒ及び第３受信部材領域２３Ｒは、例えば、第１受信層２０Ｌの一部である。第１受信対向電極２１Ｃ、第２受信対向電極２２Ｃ及び第３受信対向電極２３Ｃは、例えば、受信対向電極層２０Ｃの一部である。
【０１０２】
検出部７０Ｄは、第１受信電極２１Ｅと第１受信対向電極２１Ｃとの間の電気信号を検出する。検出部７０Ｄは、第２受信電極２２Ｅと第２受信対向電極２２Ｃとの間の電気信号を検出する。検出部７０Ｄは、第３受信電極２３Ｅと第３受信対向電極２３Ｃとの間の電気信号を検出する。
【０１０３】
複数の受信素子において、共振周波数が互いに異なる。
【０１０４】
例えば、第１受信素子２１は、第１受信長さＭ１及び第１受信厚さｒ１を有する。第２受信素子２２は、第２受信長さＭ２及び第２受信厚さｒ２を有する。第３受信素子２３は、第３受信長さＭ３及び第３受信厚さｒ３を有する。
【０１０５】
第１受信長さＭ１は、第１受信対向電極２１Ｃから第１受信電極２１Ｅへの第１受信方向と交差する第２受信方向に沿う第１受信圧電層２１Ｐの長さである。第２受信長さＭ２は、第２受信方向に沿う第２受信圧電層２２Ｐの長さである。第３受信長さＭ３は、第２受信方向に沿う第３受信圧電層２３Ｐの長さである。
【０１０６】
第１受信厚さｒ１は、上記の第１受信方向に沿う第１受信部材領域２１Ｒの厚さである。第２受信厚さｒ２は、上記の第１受信方向に沿う第２受信部材領域２２Ｒの厚さである。第３受信厚さｒ３は、上記の第１受信方向に沿う第３受信部材領域２３Ｒの厚さである。
【０１０７】
例えば、第１〜第３受信長さＭ１〜Ｍ３が互いに異なる。例えば、第１〜第３受信厚さｒ１〜ｒ３が互いに異なる。
【０１０８】
例えば、第２受信素子２２は、第１受信長さＭ１とは異なる第２受信長さＭ２、及び、第１受信厚さｒ１とは異なる第２受信厚さｒ２の少なくともいずれかを有しても良い。
【０１０９】
超音波装置１２０の超音波受信部１０Ｒにおいて、受信時のクロストークが抑制できる。
【０１１０】
（第２実施形態）  
本実施形態は、検査装置に係る。
【０１１１】
図８は、第２実施形態に係る検査装置を例示する模式図である。  
図８に示すように、検査装置２１０は、超音波装置１２０と、搬送部３０と、を含む。超音波装置１２０は、超音波送信部１０Ｔと超音波受信部１０Ｒとを含む。搬送部３０は、超音波送信部１０Ｔと超音波受信部１０Ｒとの間を、被検査体８０を移動させる。被検査体８０は、例えば、紙幣などである。
【０１１２】
搬送部３０により被検査体８０が搬送されて、被検査体８０は、超音波送信部１０Ｔと超音波受信部１０Ｒと空間を通過する。搬送部３０は、例えば、ローラなどである。搬送部３０は、この空間において、被検査体８０を方向ＤＤ１に沿って移動させる。方向ＤＤ１は、超音波送信部１０Ｔから超音波受信部１０Ｒへの方向と交差する。
【０１１３】
超音波受信部１０Ｒは、超音波送信部１０Ｔから出射する超音波８５を受信する。受信される超音波８５の状態は、被検査体８０の状態に応じて変化する。受信される超音波８５を解析することで、被検査体８０の状態（例えば異常など）が検出できる。
【０１１４】
検査装置２１０においては、例えば、高速で搬送される被検査体８０（例えば紙葉類）を高い分解能で高精度に検出することができる。
【０１１５】
実施形態によれば、分解能を向上できる超音波装置及び検査装置が提供できる。
【０１１６】
以上、例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの例に限定されるものではない。例えば、超音波装置に含まれる素子及び駆動部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【０１１７】
各例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１１８】
本発明の実施の形態として上述した超音波装置及び検査装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての超音波装置及び検査装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１１９】
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１２０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１２１】
１０Ｃ…対向電極層、  １０ＣＴ…対向端子、  １０Ｌ…第１層、  １０Ｐ…圧電層、  １０Ｒ…超音波受信部、  １０Ｔ…超音波送信部、  １１〜１３…第１〜第３素子、  １１Ｃ〜１３Ｃ…第１〜第３対向電極、  １１Ｅ〜１３Ｅ…第１〜第３電極、  １１Ｐ〜１３Ｐ…第１〜第３圧電層、  １１Ｒ〜１３Ｒ…第１〜第３部材領域、  １１Ｔ〜１３Ｔ…第１〜第３端子、  １５…支持部、  １５Ｒ…領域、  ２０Ｃ…受信対向電極層、  ２０Ｌ…第１受信層、  ２０Ｐ…受信圧電層、  ２１〜２３…第１〜第３素子、  ２１Ｃ〜２３Ｃ…第１〜第３受信対向電極、  ２１Ｅ〜２３Ｅ…第１〜第３受信電極、  ２１Ｐ〜２３Ｐ…第１〜第３受信圧電層、  ２１Ｒ〜２３Ｒ…第１〜第３受信部材領域、  ２５…受信支持部、  ２５Ｒ…領域、  ３０…搬送部、  ５１〜５３…第１〜第３超音波、  ７０…駆動部、  ７０Ｄ…検出部、  ８０…被検査体、  ８５…超音波、  １１０〜１１２、１２０…超音波装置、  ２１０…検査装置、  ＡＲ…矢印、  ＤＤ１…方向、  Ｅ１〜Ｅ３…第１〜第３電気信号、  Ｈ１〜Ｈ３…第１〜第３孔、  Ｈ４〜Ｈ６…孔、  Ｌ１〜Ｌ３…第１〜第３長さ、  Ｍ１〜Ｍ３…第１〜第３受信長さ、  ＰＰ１〜ＰＰ４…第１〜第４期間、  Ｐｃ…強度、  Ｓ１、Ｓ２…第１、第２信号、  ＳＳ…強度、  Ｔ１、Ｔ２…第１、第２周期、  ｆ１、ｆ２…第１、第２周波数、  ｒ１〜ｒ３…第１〜第３受信厚さ、  ｔ１〜ｔ３…第１〜第３厚さ、  ｔｍ…時間、  ｗ１、ｗ２…波
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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