(57)【要約】【課題】比帯域幅をより広くできる送受波器を提供する。【解決手段】送受波器２は、ピーク送波感度ｐｐに対応するピーク周波数ｆｐが所定帯域の中心周波数ｆｃから外れ、周波数ｆが中心周波数ｆｃを基準としてピーク周波数ｆｐから遠ざかるに従い送波感度ＳＥが高くなる振動子２０と、ピーク周波数ｆｐにおける振動子２０の送波感度ＳＥが、中心周波数ｆｃにおける振動子２０の送波感度ＳＥと略等しくなるようにインピーダンス整合を行う、広帯域化整合回路１０と、を有している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピーク送波感度に対応するピーク周波数が所定帯域の中心周波数から外れ、周波数が前記中心周波数を基準として前記ピーク周波数から遠ざかるに従い送波感度が高くなる振動子と、
前記ピーク周波数における前記振動子の送波感度が、前記中心周波数における前記振動子の送波感度と略等しくなるようにインピーダンス整合を行う、広帯域化整合回路と、
を備えていることを特徴とする、送受波器。
【請求項２】
請求項１に記載の送受波器であって、
前記広帯域化整合回路は、前記振動子と直列に接続された抵抗と、前記振動子と並列に接続されたインダクタと、からなることを特徴とする、送受波器。
【請求項３】
請求項１に記載の送受波器であって、
前記広帯域化整合回路は、前記振動子と直列に接続された抵抗およびキャパシタと、前記振動子と並列に接続されたインダクタおよびキャパシタと、からなることを特徴とする、送受波器。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の送受波器であって、
前記振動子の前記ピーク周波数は、前記中心周波数よりも低く設定されていることを特徴とする、送受波器。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の送受波器であって、
前記振動子は、テールマスと、発振部としてのフロントマスとを含むＢＬＴ振動子であることを特徴とする、送受波器。
【請求項６】
請求項５に記載の送受波器であって、
前記フロントマスの重量が前記テールマスの重量よりも小さいことを特徴とする、送受波器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送受波器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、超音波を送受信可能な超音波振動子を有する送受波器が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１５９０８７号公報
【特許文献２】特開平３−１７９２５５号公報
【特許文献３】特開平５−１８３９９６号公報
【特許文献４】特許第３７０２２５９号公報
【特許文献５】特許第３８４９５１３号公報
【特許文献６】特許第４２９１５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
より広帯域な超音波送受波器を実現するための方法として、整合層を付加する方法や、フロントマスを中空にした構成を有するＢＬＴ振動子を用いる方法、広帯域化整合回路を使用した単板振動子を用いる等、様々な方法が考えられる。しかしながら、従来、広帯域を実現した送受波器の比帯域幅は、最大で５０％程度に留まっていると考えられる。なお、比帯域幅とは、物体等の検出に使用される周波数帯域幅（ピーク出力時の周波数から−３ｄＢ減衰したときの２つの周波数の差）としての−３ｄＢ減衰幅を用いて、（−３ｄＢ減衰幅／中心周波数）×１００％で定義される。
【０００５】
例えば、広帯域化整合回路法を使用した単板振動子で超音波送受波器を作製する手法の場合、超音波信号のピークレベルが下がるといった問題や、当該手法が単板振動子にしか適用できない｛当該手法をＢＬＴ振動子に適用すると、狙った周波数帯以外でもＳＥ−ｆ特性（送信感度−周波数特性）の変化が起こる｝といった問題が生じる。さらに、例えば、中心周波数が約３８ｋＨｚの場合、単板振動子ではこの中心周波数の送受波器を作製するのが困難である。
【０００６】
なお、広帯域化整合回路を複雑にする（部品点数を追加する）ことで、ある程度は、帯域の操作は可能である。しかしながら、広帯域化整合回路が物理的に大きくなるというデメリットと、アルゴリズムが高度で回路設計が困難であるというデメリット等が存在する。
【０００７】
また、広帯域化のために整合層を付加する手法の場合、送受波器の作製に工数がかかること、整合層の厚みのばらつきによる影響が大きいこと、比帯域幅が５０％程度しか得られないといったデメリットがある。
【０００８】
また、ＢＬＴ振動子のフロントマスを中空にすることで広帯域化を図る場合、送受波器の作製に工数がかかるデメリットと、比帯域幅が５０％程度しか得られないデメリット等がある。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてならされたものであり、比帯域幅をより広くできる送受波器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る送受波器は、ピーク送波感度に対応するピーク周波数が所定帯域の中心周波数から外れ、周波数が前記中心周波数を基準として前記ピーク周波数から遠ざかるに従い送波感度が高くなる振動子と、前記ピーク周波数における前記振動子の送波感度が、前記中心周波数における前記振動子の送波感度と略等しくなるようにインピーダンス整合を行う、広帯域化整合回路と、を備えている。
【００１１】
（２）前記広帯域化整合回路は、前記振動子と直列に接続された抵抗と、前記振動子と並列に接続されたインダクタと、からなる場合がある。
【００１２】
（３）前記広帯域化整合回路は、前記振動子と直列に接続された抵抗およびキャパシタと、前記振動子と並列に接続されたインダクタおよびキャパシタと、からなる場合がある。
【００１３】
（４）前記振動子の前記ピーク周波数は、前記中心周波数よりも低く設定されている場合がある。
【００１４】
（５）前記振動子は、テールマスと、発振部としてのフロントマスとを含むＢＬＴ振動子である場合がある。
【００１５】
（６）前記フロントマスの重量が前記テールマスの重量よりも小さい場合がある。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、比帯域幅をより広くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る水中探知装置の構成を示すブロック図である。
【図２】送受波器の回路図であり、振動子を等価回路で示している。
【図３】振動子の側面図である。
【図４】従来例の送受波器におけるＳＥ−ｆ特性図である。
【図５】本実施形態のＢＬＴ振動子が単体で使用される場合（広帯域化整合回路が用いられない場合）のＳＥ−ｆ特性を実線で示し、従来例のＢＬＴ振動子が単体で使用される場合（広帯域化整合回路が用いられない場合のＳＥ−ｆ特性を破線で示す図である。
【図６】本実施形態のＢＬＴ振動子のＳＥ−ｆ特性を破線で示し、ＢＬＴ振動子用に回路定数を調節した広帯域化整合回路が付加された場合のＳＥ−ｆ特性、すなわち、送受波器におけるＳＥ−ｆ特性を実線で示す図である。
【図７】変形例について示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る送受波器を有する水中探知装置１の実施形態について図面を参照しつつ説明する。水中探知装置１は、主に魚及び魚群等の物標を探知するためのものであって、漁船などの船舶の船底において、海中に露出するように固定されている。
【００１９】
［水中探知装置の全体構成］
図１は、本発明の実施形態に係る水中探知装置１の構成を示すブロック図である。水中探知装置１は、図１に示すように、送受波器２と、送受信装置３と、信号処理部４と、操作・表示装置５（表示部）とを備えている。
【００２０】
送受波器２は、広帯域化整合回路１０と、一つの超音波振動子である振動子２０と、を有している。送受波器２では、振動子２０が、電気信号から変換された超音波を所定のタイミング毎に水中へ送信するとともに、受信した超音波を電気信号に変換する。本実施形態では、送受波器２の中心周波数ｆｃは、予め設定された値であり、例えば３８ｋＨｚに設定されている。なお、送受波器２の中心周波数ｆｃは、観測対象に合せて適宜設定される。送受波器２の詳細は、後述する。
【００２１】
送受信装置３は、送受切替部６と、送信部７と、受信部８とを備えている。送受切替部６は、超音波の送信時には、送信部７から送受波器２に送信信号が送られる接続に切り替える。また、送受切替部６は、超音波の受信時には、送受波器２によって超音波から変換された電気信号が送受波器２から受信部８に送られる接続に切り替える。
【００２２】
送信部７は、操作・表示装置５において設定された条件に基づいて生成した送信信号を、送受切替部６を介して送受波器２へ出力する。
【００２３】
受信部８は、送受波器２が受信した信号を増幅し、増幅した受信信号をＡ／Ｄ変換する。その後、受信部８は、デジタル信号に変換された受信データを、信号処理部４へ出力する。
【００２４】
信号処理部４は、受信部８から出力される受信データを処理し、物標の映像信号を生成する処理を行う。
【００２５】
操作・表示装置５は、信号処理部４から出力された映像信号に応じた映像を表示画面に表示する。ユーザは、当該表示画面を見て、自船周囲における海中の状態（単体魚、魚群の有無等）を推測することができる。また、操作・表示装置５は、種々の入力キー等の入力手段を備えており、音波の送受信、信号処理、または映像表示に必要な種々の設定又は種々のパラメータ等を入力できるように構成されている。
【００２６】
［振動子および広帯域化整合回路に求められる特性］
図２は、送受波器２の回路図であり、振動子２０を等価回路で示している。図３は、振動子２０の側面図である。本実施形態の振動子２０は、広帯域化を実現するために、以下の特性を満たすように設計されている。
（１）広帯域化整合回路法を設計するときに設定する共振点(第一共振)が単一の共振となっていること(等価回路表示できること)。
（２）ＳＥ−ｆ特性（送波感度−周波数特性）が周波数の増加に伴って緩やかに右肩上がりのグラフとなっていること。
（３）広帯域化したい帯域内に大きなリップルや落ち込みが無いこと。
（４）第二共振のＳＥレベルが第一共振のＳＥレベルを超えないこと。
【００２７】
また、上記（１）〜（４）の特性を満たす振動子２０の特性に合わるために、（５）広帯域化整合回路法によって設計される広帯域化整合回路１０内の回路定数が設定されている。また、本実施形態では、（６）広帯域化整合回路１０の部品点数が必要最低限に抑えられている。
【００２８】
［上記（１）〜（６）の特性が導かれるに至った経緯］
次に、上記（１）〜（６）の条件が導かれるに至った経緯を説明する。図４は、従来例の送受波器におけるＳＥ−ｆ特性図である。図４では、従来の一般的な超音波振動子である振動子２０’（図示せず）単体で（広帯域化整合回路を用いずに）広帯域化を図るように設計した場合のＳＥ−ｆ特性が、実線で示されている。また、図４では、広帯域化整合回路法による設計値通りに作成した広帯域化整合回路１０’（図示せず）が付加された振動子２０’でのＳＥ−ｆ特性が、破線で記載されている。
【００２９】
図４の実線のグラフに示すように、広帯域化を実現するために、振動子２０’は、中心周波数ｆｃから外れた周波数、例えば、中心周波数ｆｃ未満のピーク周波数ｆｐ’でピーク送波感度ｐｐ’が生じ、その後、送波感度ＳＥが概ね一定となるようなＳＥ−ｆ特性とされている。そして、この振動子２０’に、一般的な広帯域化整合回路１０’、例えば、抵抗、インダクタおよびキャパシタを含む広帯域化整合回路１０’が付加された場合、図４の破線のグラフで示すように、振動子２０’単体の場合と比べて、ピーク周波数ｆｐ’でのピーク送波感度ｐｐ’’が低減される。これにより、ＳＥ−ｆ特性がよりフラットになる。その結果、広帯域化整合回路１０’の付加前と比べて、広帯域化整合回路１０’の付加後の比帯域幅ｂｗは、一見してより広くなるように見える。なお、比帯域幅とは、物体等の検出に使用される周波数帯域幅（ピーク周波数から−３ｄＢ減衰したときの２つの周波数の差）としての−３ｄＢ減衰幅を用いて、（−３ｄＢ減衰幅／中心周波数）×１００％で定義される。
【００３０】
しかしながら、実際には、図４に示すように、広帯域化整合回路１０’の付加前後で比帯域幅ｂｗに変化が見られない。原因としては、図４に示すように、広帯域化整合回路１０’の本来の狙い目である、中心周波数ｆｃよりも低い周波数である低周波側の共振周波数におけるＳＥレベルを落とす以外に、中心周波数ｆｃよりも高い周波数である高周波側でもＳＥレベルも落ちることにある。その結果、使用できる−３ｄＢ帯域幅（比帯域幅の右端）が低周波側にシフトしてしまう。
【００３１】
ここで、広帯域化整合回路１０’の部品点数を増やすことで、この設計外の送波感度の下を避けることができると考えられる。しかしながら、この場合、（ａ）部品点数が増える事により回路が物理的に大型になる、（ｂ）アルゴリズムが高度で回路設計が困難となる、といった問題が生じる。
【００３２】
上記（ａ）、（ｂ）の問題が生じないようにしつつ、広帯域化、すなわち、比帯域幅ｂｗをより広くするための構成が、本実施形態で実現されている。
【００３３】
本実施形態では、広帯域化整合回路１０の部品点数を必要最小限におさえるため、図５に示すような、予め右肩上がりとなるようなＳＥ−ｆ特性を有する振動子２０と広帯域化整合回路１０との組み合わせを採用し、これにより、周波数が高い領域での送波感度ＳＥの低下に対応している。なお、図５は、本実施形態の振動子２０が単体で使用される場合（広帯域化整合回路１０が用いられない場合）のＳＥ−ｆ特性を実線で示し、従来例の振動子２０’が単体で使用される場合（広帯域化整合回路１０’が用いられない場合）のＳＥ−ｆ特性を破線で示す図である。
【００３４】
図５に示すように、振動子２０は、ピーク送波感度ｐｐに対応するピーク周波数ｆｐが所定帯域の中心周波数ｆｃから外れ、周波数ｆが中心周波数ｆｃを基準としてピーク周波数ｆｐから遠ざかるに従い送波感度ＳＥが高くなるように構成されている。振動子２０のピーク周波数ｆｐは、本実施形態では、中心周波数ｆｃよりも低い（ｆｐ＜ｆｃ）。そして、周波数ｆがピーク周波数ｆｐから中心周波数ｆｃに向かうに従い、一旦、送波感度ＳＥが低下する。そして、ピーク周波数ｆｐと中心周波数ｆｃとの間の周波数ｆｂ以降においては、周波数ｆの増加とともに送波感度ＳＥが高くなっている。
【００３５】
なお、「中心周波数ｆｃを基準としてピーク周波数ｆｐから遠ざかるに従い送波感度ＳＥが高くなる」とは、送波感度ＳＥの波形を線形回帰したときの回帰線が右肩上がりになるともいえる。本実施形態では、中心周波数ｆｃよりも高い所定の周波数ｆｍ以降で、周波数ｆの増加に伴い送波感度ＳＥが連続的に低下している。しかしながら、この低下区間は、「中心周波数ｆｃを基準としてピーク周波数ｆｐから遠ざかるように従い送波感度ＳＥが高くなる」対象外である。すなわち、送波感度ＳＥを線形回帰したときの回帰線が中心周波数ｆｃを含み右肩上がりであればよい。
【００３６】
図６は、振動子２０のＳＥ−ｆ特性を破線で示し、振動子２０用に回路定数を調節した広帯域化整合回路１０が付加された場合のＳＥ−ｆ特性、すなわち、送受波器２におけるＳＥ−ｆ特性を実線で示す図である。図６を参照して、送受波器２におけるＳＥ−ｆ特性では、極めて広い範囲に亘って、送波感度ＳＥが、−３ｄＢの範囲に収まっている。これにより、比帯域幅ｂｗは、約９６％となっており、８０％を大きく超えている。いる。なお、振動子２０に広帯域化整合回路１０が付加される前の比帯域幅ｂｗは、約４２％である。
【００３７】
本願発明者の鋭意研究の結果、図６における、「設計周波数範囲外（比帯域幅外）の送波感度レベル低下の度合」は、「設計周波数範囲内の送波感度レベル低下の度合」と相関があることが分かった。そのため、振動子２０のＳＥ−ｆ特性を、前述した相関で予想されるレベル低下分見越して高めた特性としている。その結果、送受波器２において、前述したように、広帯域化整合回路１０の付加前の比帯域幅ｂｗが約４２％であるのに対して、広帯域化整合回路１０の付加前の比帯域幅ｂｗが約９６％となった。このように、送受波器２では、広帯域化整合回路１０が付加されていることにより、比帯域幅ｂｗが大幅に広くなっている。このような構成が採用されていることにより、図４を参照して説明した従来例の振動子２０’と広帯域化整合回路１０’との組み合わせに比べて、比帯域幅ｂｗが約５７％から約９６％と、本実施形態の送受波器２における比帯域幅ｂｗが、大幅に広くなっている。
【００３８】
［送受波器の構成］
次に、図６に示すＳＥ−ｆ特性を実現するための送受波器２の構成を、より詳細に説明する。
【００３９】
図１、図２および図３を参照して、送受波器２の広帯域化整合回路１０は、送受切替部６に接続されており、さらに、振動子２０に接続されている。
【００４０】
［振動子の構成］
振動子２０は、等価回路において、抵抗ｒ１、インダクタｉ１およびキャパシタｃ１が直列に接続されたＲＬＣ直列回路にキャパシタｃ２が並列に接続された回路に相当する。
【００４１】
振動子２０は、発振部としてのフロントマス２１と、２つの圧電素子２２，２３と、一対の電極板２４，２５と、テールマス２６と、締付ボルト２７と、を有している。
【００４２】
振動子２０は、フロントマス２１、圧電素子２２，２３、および、テールマス２６がボルト締めによって互いに固定された、ボルト締めランジュバン型振動子（ＢＬＴ振動子）として設けられている。振動子２０は、全体として柱状に形成されており、この振動子２０の軸方向に沿って順に、フロントマス２１、圧電素子２２、電極板２４、圧電素子２３、電極板２５、および、テールマス２６が配置された構成を有している。振動子２０において、フロントマス２１が配置されている側が先端側であり、テールマス２６が配置されている側が基端側である。
【００４３】
フロントマス２１は、例えば構造材等の金属材料によって形成されたブロック状の部材である。フロントマス２１は、例えば円柱状に形成されている。フロントマス２１の先端面は、超音波が送受波される送受波面２１ａを含んでいる。送受波面２１ａの直径は、例えば２６ｍｍ程度である。なお、フロントマス２１の形状は、上述の形状に限定されず、先端側に進むに従い直径が大きくなる円錐台テーパ状であってもよいし、角柱状であってもよいし、他の形状であってもよい。
【００４４】
２つの圧電素子２２，２３は、外径および厚みが互いに略同等の円環状に形成され、外部から印加される電圧によって伸縮して軸方向に振動するように構成されている。２つの圧電素子２２，２３は、同軸状となるように互いに重ねられている。一方の圧電素子２２の先端面は、フロントマス２１の基端面に接触している。一方の圧電素子２２の基端面と他方の圧電素子２３の先端面との間には、電極板２４が挟まれている。電極板２４は、略円環状に形成されているとともに外周部に端子片が形成された構成を有している。他方の圧電素子２３の基端面とテールマス２６の先端面との間には、電極板２５が挟まれている。電極板２５は、略円環状に形成されているとともに外周部に端子片が形成された構成を有している。
【００４５】
本実施形態では、テールマス２６は、ブロック状に形成されている。テールマス２６の先端部は、円筒状に形成されている。また、テールマス２６の中間部は、圧電素子２３から遠ざかるに従い外径が大きくなる円錐台状に形成されている。また、テールマス２６の基端側部分は、円筒形状のうち外周部分の一部が切り欠かれた形状に形成されている。テールマス２６は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属によって構成されている。テールマス２６の先端面は、電極板２５に密着している。
【００４６】
締付ボルト２７は、フロントマス２１およびテールマス２６を互いに締結することにより、圧電素子２２，２３に圧縮応力を付与するように構成されている。締付ボルト２７は、フロントマス２１内に形成された雌ねじ部２１ｂにねじ結合するとともに、圧電素子２２、電極板２４、圧電素子２３、電極板２５内を貫通し、さらに、テールマス２６内に形成された雌ねじ部２６ａにねじ結合している。
【００４７】
本実施形態では、前述した（１）〜（４）の特性を満たすために、振動子２０のうち、特に、フロントマス２１に独自の構成が採用されている。具体的には、フロントマス２１の重量が、テールマス２６の重量よりも小さい。例えば、フロントマス２１を構成する材料の密度および体積の少なくとも一方が、テールマス２６を構成する材料の対応する密度および体積よりも小さくされていることで、フロントマス２１の重量がより軽くされている。
【００４８】
また、本実施形態では、中心周波数ｆｃから外れたピーク周波数ｆｐでピーク送波感度ｐｐを発生するように、且つ、中心周波数ｆｃを基準としてピーク周波数ｆｐから遠ざかるように周波数ｆが変化するに従い送波感度ＳＥが高くなる特性となるように、フロントマス２１の全長Ｌ１が設定されている。ここで、フロントマスの全長以外の構成が振動子２０と同一の仮想振動子を考える。仮想振動子のピーク周波数は、中心周波数ｆｃと略同じである。このような仮想振動子におけるフロントマスの全長よりも、振動子２０のフロントマス２１の全長Ｌ１が長く設定されている。
【００４９】
以上のように、例えば、フロントマス２１の重量をテールマス２６の重量より軽くすること、および、フロントマス２１の長さＬ１をより長く設定すること、の少なくとも一方の構成（本実施形態では、双方の構成）が採用されている。これにより、振動子２０は、図５、図６に示すＳＥ−ｆ特性を実現できる。
【００５０】
［広帯域化整合回路の構成］
図２および図６を参照して、広帯域化整合回路１０は、周波数ｆの変化に対する振動子２０の出力変動を抑制するために設けられている。より具体的には、広帯域化整合回路１０は、振動子２０のピーク周波数ｆｐでの送波感度ＳＥを下げることで広帯域化する。また、広帯域化整合回路１０は、インピーダンス−周波数特性における反共振点を形成するけれども、この反共振点では、振動子２０の送波感度ＳＥに影響を与えない。
【００５１】
広帯域化整合回路１０は、本実施形態では、振動子２０と直列に接続された抵抗ｒ２と、振動子２０と並列に接続されたインダクタｉ２と、からなる。広帯域化整合回路１０は、帯域幅をより広くすることを目的としている。このため、広帯域化整合回路１０における、帯域幅を調整するためのキャパシタは設けられていない。
【００５２】
抵抗ｒ２は、送受切替部６の一方の端子と振動子２０の一方の端子との間に設置されており、振動子２０の送波感度ＳＥを調整する。抵抗ｒ２の回路定数を設定することで、各周波数ｆにおける振動子２０の送波感度ＳＥが設定される。
【００５３】
インダクタｉ２は、インピーダンス周波数特性を設定するために設けられている。広帯域化整合回路１０は、中心周波数ｆｃよりも高い周波数において、インピーダンス−周波数特性のピーク（反共振点）が生じるように、回路定数が設定されている。これにより、ピーク周波数ｆｐより大きい周波数ｆにおける送波感度ＳＥの変動が抑制される。
【００５４】
そして、これら抵抗ｒ２とインダクタｉ２との組み合わせによって、広帯域化整合回路１０は、ピーク周波数ｆｐにおける振動子２０の送波感度ＳＥが、中心周波数ｆｃにおける振動子２０の送波感度ＳＥと略等しくなるようにインピーダンス整合を行っている。なお、この場合の「略等しく」とは、例えば、ピーク周波数ｆｐにおける振動子２０の送波感度ＳＥと、中心周波数ｆｃにおける振動子２０の送波感度ＳＥのうち大きいほうの値を基準として、低いほうの値が前記高いほうの値の−数ｄＢの範囲内に収まっていることをいう。前記「−数ｄＢ」とは、例えば、−３ｄＢ、−２ｄＢ、−１ｄＢの値を含む。
【００５５】
上記の構成により、送波感度ＳＥが高い周波数帯での電力を広帯域化整合回路１０の抵抗ｒ２で消費させることで、振動子２０の送波感度ＳＥのピークを下げて、広帯域化が図られている。本実施形態では、ピーク周波数ｆｐの前後の周波数で反共振点を設けてこの反共振点でのインピーダンスを高くしている。なお、反共振点では、抵抗ｒ２の有無に拘わらず送波感度ＳＥは変わらない。
【００５６】
以上の構成を有する振動子２０および広帯域化整合回路１０が設けられていることにより、前述したように、振動子２０からの超音波のＳＥ−ｆ特性が、図６の実線で示す特性となっている。すなわち、比帯域幅ｂｗが約９６％と、極めて広帯域な特性が実現されている。
【００５７】
［効果］
以上説明したように、本実施形態によると、送受波器２において、ピーク送波感度ｐｐに対応するピーク周波数ｆｐが所定帯域の中心周波数ｆｃから外れ、周波数ｆが、中心周波数ｆｃを基準としてピーク周波数ｆｐから遠ざかるに従い送波感度ＳＥが高くなるようにされている。また、広帯域化整合回路１０は、ピーク周波数ｆｐにおける振動子２０の送波感度ＳＥが、中心周波数ｆｃにおける振動子２０の送波感度ＳＥと略等しくなるようにインピーダンス整合を行う。この構成によると、中心周波数ｆｃを含む広い周波数範囲で、送受波器２における送波感度ＳＥの変動を、より少なくできる。その結果、比帯域幅ｂｗをより広くできる。
【００５８】
また、本実施形態によると、広帯域化整合回路１０は、キャパシタを含んでいない。この構成によると、広帯域化整合回路１０において広帯域化を最大限実現しつつ、少ない部品点数で広帯域化整合回路１０を実現できる。その結果、信頼性が高く小型で且つ安価な広帯域化整合回路１０を実現できる。
【００５９】
また、本実施形態によると、振動子２０のピーク周波数ｆｐは、中心周波数ｆｃよりも低く設定されている。この構成によると、単一のピーク周波数ｆｐを有する振動子２０に適したピーク周波数ｆｐの設定を行うことができる。換言すれば、振動子２０を設計するために既存のＢＬＴ振動子から改良のする必要のある度合いをより少なくできる。
【００６０】
また、本実施形態によると、フロントマス２１の重量がテールマス２６の重量よりも小さい。この構成により、振動子２０のＳＥ−ｆ特性を、中心周波数ｆｃを基準としてピーク周波数ｆｐから周波数ｆが大きくなるに従い送波感度ＳＥが高くなるようにすることができる。
【００６１】
また、本実施形態によると、ピーク周波数ｆｐでピーク送波感度ｐｐを発生するように、且つ、中心周波数ｆｃを基準としてピーク周波数ｆｐから遠ざかるように周波数が変化するに従い送波感度ＳＥが高くなる特性となるように、フロントマス２１の全長Ｌ１が設定されている。このように、フロントマス２１の全長Ｌ１を適宜設定するという簡易な構成により、振動子２０のＳＥ−ｆ特性を図６に示すように最適化できる。
【００６２】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００６３】
（１）上述の実施形態では、広帯域化整合回路１０にキャパシタが設けられていない形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。例えば、図７に示すように、広帯域化整合回路１０に代えて、キャパシタｃ３，ｃ４を含む広帯域化整合回路１０Ａを用いてもよい。広帯域化整合回路１０Ａは、広帯域化整合回路１０にキャパシタｃ３，ｃ４が付加された構成に相当する。キャパシタｃ３は、インダクタｉ２の一端と振動子２０の一端との間に設置されており、振動子２０と直列に接続されている。キャパシタｃ４は、インダクタｉ２および振動子２０と並列に接続されている。そして、キャパシタｃ３，ｃ４の回路定数を設定することで、帯域幅ｂｗが設定される。
【００６４】
この変形例によると、広帯域化整合回路１０Ａは、振動子２０と直列に接続された抵抗ｒ２およびキャパシタｃ３と、振動子２０と並列に接続されたインダクタｉ２およびキャパシタｃ４と、からなる。この構成であれば、公知の広帯域化整合回路の構成により近い構成で広帯域化整合回路１０Ａを実現できるので、広帯域化整合回路１０Ａの製造にかかるコストが少なくて済む。
【００６５】
（２）また、上述の実施形態では、振動子２０が、中心周波数ｆｃよりも小さい周波数に設定されたピーク周波数ｆｐでピーク送波感度ｐｐを発生するように、且つ、中心周波数ｆｃを基準として周波数ｆが大きくなるに従い送波感度ＳＥが高くなるように構成されていた。しかしながら、この通りでなくてもよい。例えば、振動子２０の特性と逆の特性の振動子が用いられてもよい。すなわち、中心周波数よりも大きい周波数に設定されたピーク周波数でピーク出力を発生するように、且つ、中心周波数を基準として周波数ｆが小さくなるに従い送波感度が高くなるように構成された振動子が用いられてもよい。この構成であれば、ＢＬＴ振動子以外の振動子、例えば、複数の共振モードを有する振動子が用いられる場合に適したＳＥ−ｆ特性を実現できる。なお、この場合でも、広帯域化整合回路は、ピーク周波数における振動子の送波感度を、中心周波数における振動子の送波感度よりも低くするように構成される。
【００６６】
（３）また、本発明は、ＢＬＴ振動子以外の他の振動子にも適用できる。
【００６７】
（４）また、上述の実施形態では、送受波器２に１つの振動子２０が設けられた形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。例えば、複数の振動子が配列されたアレイ振動子を有する送受波器に本発明が適用されてもよい。
【００６８】
（５）また、上記の実施形態および変形例では、送受波器２を、水中の物標を探知する水中探知装置１に適用する例を挙げて説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。本発明は、送受波器を有するその他の装置（超音波診断装置など）に適用されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、送受波器として広く適用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
２  送受波器
１０，１０Ａ  広帯域化整合回路
２０  振動子
２１  フロントマス
２６  テールマス
ｃ３，ｃ４  キャパシタ
ｆ  周波数
ｆｃ  中心周波数
ｆｐ  ピーク周波数
ｉ２  インダクタ
ｐｐ  ピーク送信感度
ｒ２  抵抗
ＳＥ  送波感度
【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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