(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動子本体に音響インピーダンス整合層を設けた超音波振動子において、
前記音響インピーダンス整合層は、振動子の基本共振周波数ｆに対する波長をλとしたとき、λ／４の奇数倍の厚みを有する第１の整合層と、λ／８の奇数倍の厚みを有する第２の整合層とを備えていることを特徴とする超音波振動子。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波振動子において、
振動子の共振周波数が、基本共振周波数ｆとその２倍の共振周波数２ｆの２周波であって、
周波数ｆ，２ｆに対する波長をそれぞれλ1，λ2（λ1＝２λ2）としたとき、
周波数ｆに対して、第１の整合層がλ1／４の奇数倍の厚みに設定され、
周波数２ｆに対して、第２の整合層がλ2／４の奇数倍の厚みに設定されていることを特徴とする超音波振動子。
【請求項３】
振動子本体に音響インピーダンス整合層を設けた超音波振動子において、
振動子の共振周波数が、基本共振周波数ｆとその２ｎ倍の共振周波数２ｎ・ｆ（ｎ＝１，２，３，…，ｍ）を含み、
前記音響インピーダンス整合層は、周波数ｆ，２ｆ，４ｆ，…に対する波長をそれぞれλ1，λ2，λ4，…としたとき、λ1／４，λ2／４，λ4／４，…の奇数倍の厚みに設定されたｍ＋１層の整合層を含むことを特徴とする超音波振動子。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波振動子において、
振動子の共振周波数が、基本共振周波数ｆと、共振周波数２ｎ・ｆ（ｎ＝１，２，３，…，ｍ）と、ｆの奇数倍の共振周波数（２Ｎ＋１）・ｆ（Ｎは自然数）とを含み、
音響インピーダンス整合層が、ｆの奇数倍の共振周波数に対応した整合層を有しないｍ＋１層の整合層を含むことを特徴とする超音波振動子。
【請求項５】
振動子本体がランジュバン型振動子である請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の超音波振動子。
【請求項６】
振動子本体が円板型振動子である請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の超音波振動子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、魚群探知機などに用いられる超音波振動子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
魚群探知機には、水中へ超音波パルスを発射するとともに、この超音波が水中の魚群や水底で反射して帰来するエコーを受信する超音波振動子を備えた送受波器が設けられている。このような超音波振動子で超音波の送受を行う場合、振動子と水のそれぞれの音響インピーダンスが大きく異なると、両者間のインピーダンス整合がとれず、超音波が境界面で反射する割合が増加して、感度特性における周波数帯域が狭くなる。そこで、両者の中間の音響インピーダンス値をもった整合層を超音波振動子に設けることにより、インピーダンス整合をとることが従来から行われている。
【０００３】
この場合、振動子の共振周波数に対する波長をλとして、整合層の厚みをλ／４の奇数倍（λ／４，３λ／４，５λ／４，…）の厚みとし、かつ、音響インピーダンスＺを次式のように選定することにより、良好なインピーダンス整合がとれることが知られている。
【数１】
0004573483.tif 000002
ここで、Ｚｐは振動子の音響インピーダンスであって、
Ｚｐ＝ρp  ・Ｃp （ρp：振動子の密度、Ｃp：振動子中の音速）で表される。また、Ｚｗは水の音響インピーダンスであって、
Ｚｗ＝ρw  ・Ｃw （ρw：水の密度、Ｃw：水中の音速）
で表される。こうして整合層によりインピーダンス整合をとることで、境界面における反射が減少して周波数帯域の広い感度特性が得られる。
【０００４】
図１５は、上記のような音響インピーダンス整合層を設けた従来の超音波振動子Ｃの一例を示している。図において、１０はランジュバン型振動子の本体であって、ヘッドマス１０ａおよびテールマス１０ｂと、これらの間に介装された圧電素子１０ｃとからなる。２０はヘッドマス１０ａの先端面に設けられた音響インピーダンス整合層である。ここで、振動子の共振周波数に対する波長をλとしたとき、振動子本体１０の全長はλ／２に選定され、音響インピーダンス整合層２０の厚みはλ／４に選定されている。なお、ｚは超音波の放射方向を表している。
【０００５】
このようなλ／４の厚みの音響インピーダンス整合層を設けた超音波振動子は、たとえば特開平５−１８３９９６号公報に記載されている。なお、本公報にも記載されているように、整合層２０は１層に限らず多層に設けることもできる。
そして、このような整合層２０の数が増加するほど、感度は低下するが、インピーダンスの整合度が向上するため、周波数帯域は広帯域化する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した超音波振動子にあっては、探知目的に応じて共振周波数として低周波と高周波の２周波を使用することがある。この場合、２周波が基本共振周波数とその奇数倍の周波数であれば、上述したλ／４の奇数倍の厚みを有する整合層２０を設けることで対応できる。たとえば、基本共振周波数ｆ（波長をλ1とする）と、その３倍の共振周波数３ｆ（波長をλ3とする）の２周波を用いる場合を例にとると、整合層２０の厚みをλ1／４に設計しておけば、基本共振周波数ｆを用いる場合は、整合層２０の厚みはλ1／４となり、３倍の共振周波数３ｆを用いる場合は、λ1＝３λ3の関係から整合層２０の厚みは３λ3／４となり、いずれの周波数においても、整合層２０の厚みはλ／４の奇数倍という条件を満たす。
【０００７】
ところが、２周波が基本共振周波数とその偶数倍の周波数である場合は、事情が異なる。たとえば、基本共振周波数ｆ（波長をλ1とする）と、その２倍の共振周波数２ｆ（波長をλ2とする）の２周波を用いる場合を例にとると、基本共振周波数ｆを使用するときは、整合層２０の厚みはλ1／４となり問題はないが、２倍の共振周波数２ｆを使用するときは、λ1＝２λ2の関係から整合層２０の厚みはλ2／２となり、λ／４の奇数倍という条件を満たさなくなる。このように厚みがλ／２となる場合は、理論上、整合層２０は無いに等しく、インピーダンス整合をとることができない。
【０００８】
これに対して、特許第２９３７１５３号公報には、λ／８の厚みの整合層を設けた超音波振動子が記載されている。これによると、基本共振周波数ｆを使用するときは、整合層２０の厚みはλ1／８となり、２倍の共振周波数２ｆを使用するときは、整合層２０の厚みはλ2／４となるので、周波数２ｆにおいては整合がとれるが、周波数ｆにおいては整合が犠牲となり、基本共振周波数を用いた場合の広帯域化が困難となる。
【０００９】
このように、従来では、超音波振動子を基本共振周波数とその偶数倍の共振周波数で使用する場合に、すべての周波数に対してインピーダンス整合を確保することは困難であり、したがって、全周波数についての広帯域化を実現することはできなかった。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解決するものであって、その目的とするところは、いずれの共振周波数に対しても音響インピーダンスの整合をとることができ、広帯域化を実現することが可能な超音波振動子を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、基本共振周波数の波長λに対して、λ／４の奇数倍の厚みを有する第１の整合層と、λ／８の奇数倍の厚みを有する第２の整合層とを備えた音響インピーダンス整合層を設ける。このようにすれば、たとえば、基本共振周波数ｆ（波長をλ1とする）と、その２倍の共振周波数２ｆ（波長をλ2とする）の２周波を用いる場合、基本共振周波数ｆを使用するときは、第１の整合層の厚みはλ1／４、第２の整合層の厚みはλ1／８となり、λ1／４以外にλ1／８が存在するが、第１の整合層がλ／４の奇数倍という条件を満たすので、これによっておおよそのインピーダンス整合を確保できる。一方、２倍の共振周波数２ｆを使用するときは、第１の整合層の厚みは２λ2／４＝λ2／２、第２の整合層の厚みはλ2／４となり、第１の整合層のλ／２は前述したように理論上無いに等しいので無視することができ、第２の整合層はλ／４の奇数倍という条件を満たすので、この場合は良好なインピーダンス整合を確保できる。
【００１２】
また、本発明は２周波だけでなく、基本共振周波数と、その２ｎ倍の共振周波数２ｎ・ｆ（ｎ＝１，２，３，…，ｍ）を含む３周波以上の多周波の場合にも適用することができる。この場合、音響インピーダンス整合層は、周波数ｆ，２ｆ，４ｆ，…に対する波長をそれぞれλ1，λ2，λ4，…としたとき、λ1／４，λ2／４，λ4／４，…の奇数倍の厚みに設定されたｍ＋１層の整合層を含む。
【００１３】
また、本発明は、上記共振周波数に加えて、ｆの奇数倍の共振周波数（２Ｎ＋１）・ｆ（Ｎは自然数）を併用する場合にも適用することができる。この場合は、周波数の数が増えても、ｆの奇数倍の共振周波数に対応した整合層は設ける必要がないので、音響インピーダンス整合層は、上記と同様にｍ＋１層の整合層を含むことになる。
【００１４】
本発明の振動子として典型的なものはランジュバン型振動子であるが、本発明は円板型振動子にも適用することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る超音波振動子Ａの構造を示している。図において、１はランジュバン型振動子の本体であって、ヘッドマス１ａおよびテールマス１ｂと、これらの間に介装された圧電素子１ｃとからなる。ヘッドマス１ａとテールマス１ｂは、いずれもアルミニウム等の金属で形成されており、圧電素子１ｃはＰＺＴのような圧電セラミックスで形成されている。２はヘッドマス１ａの先端面に設けられた音響インピーダンス整合層、３は整合層２のさらに前方に設けられた音響インピーダンス整合層であって、整合層２は本発明の第１の整合層に相当し、整合層３は本発明の第２の整合層に相当するものである。なお、整合層２，３の順序は、音響インピーダンスの整合がとれるなら、逆でもよい。これらの整合層２，３はエポキシ樹脂にタングステンやアルミナ等を混合したエポキシ・コンパウンドで形成されている。ここで、振動子の基本共振周波数に対する波長をλとしたとき、振動子本体１の全長はλ／２に選定され、音響インピーダンス整合層２の厚みはλ／４に選定され、音響インピーダンス整合層３の厚みはλ／８に選定されている。なお、ｘは超音波の放射方向を表している。
【００１６】
上記のような超音波振動子Ａにおいて、基本共振周波数ｆ（低周波）と、その２倍の共振周波数２ｆ（高周波）の２周波を用いる場合の音響インピーダンスの整合について考える。基本共振周波数ｆの波長をλ1とし、２倍の共振周波数２ｆの波長をλ2とすると、λ1とλ2の間には、同一媒質に対しては、λ1＝２λ2の関係がある。
【００１７】
まず、基本共振周波数ｆを使用する場合は、λ1に対して音響インピーダンス整合層２の厚みはλ1／４であり、音響インピーダンス整合層３の厚みはλ1／８となる。すなわち、整合層２はλ／４の奇数倍という条件を満たす。一方、整合層３はこの条件を満たさないが、整合層２が前記条件を満たしていることから、先に述べた特許第２９３７１５３号公報のようにλ／８の整合層だけを設けた場合に比べて、インピーダンスの整合性は大幅に向上する。
【００１８】
次に、２倍の共振周波数２ｆを使用する場合は、λ2に対する音響インピーダンス整合層２の厚みは、λ1／４のλ1を２λ2で置き換えて２λ2／４＝λ2／２となり、またλ2に対する音響インピーダンス整合層３の厚みは、λ1／８のλ1を同様に２λ2で置き換えて２λ2／８＝λ2／４となる。すなわち、整合層３については、λ／４の奇数倍という条件が満たされている。また、整合層２については、前述のとおりλ／２という値は整合層が無いに等しいことを意味するので、結局整合層３によって整合の条件が満たされ、良好なインピーダンス整合を確保することができる。
【００１９】
このようにして、本実施形態においては、λ／４の厚みの整合層２と、λ／８の厚みの整合層３とを設けたことにより、基本共振周波数ｆを用いる場合も、２倍の共振周波数２ｆを用いる場合も、ともにλ／４の条件を満たす整合層が存在することになる。この結果、いずれの周波数においても相応のインピーダンス整合を確保することが可能となり、これによって、各周波数に対して広帯域の特性を実現することができる。
【００２０】
図２は、整合層を種々のパターン▲１▼〜▲６▼で構成した場合の送波電圧感度の比帯域幅をシミュレーションした結果である。ここでは、使用周波数を約５０ＫＨｚとしている。送波電圧感度は、超音波振動子に１Ｖｒｍｓの電気信号を印加したときに、振動子から１ｍ離れた場所において感知される音圧の値（単位はＰａ）であり、図３に示されるように、超音波振動子の周波数に依存して変化する。また、比帯域幅は、帯域幅と中心周波数との比であって、図３において送波電圧感度が最大となる中心周波数をｆｃ、送波電圧感度が最大値から６ｄＢ低下したときの帯域幅をΔｆ＝ｆａ−ｆｂとしたとき、Δｆ／ｆｃ×１００（％）で表される値である。
【００２１】
図２において、パターン▲１▼は整合層を全く設けない場合であって、この場合はインピーダンス整合がとれていないので、比帯域幅は１６．９９％と非常に小さく、帯域特性が悪くなっている。図４は、パターン▲１▼の場合の送波電圧感度の周波数特性を示しており、帯域幅が狭いことがわかる。
【００２２】
パターン▲２▼は、λ／２の厚みの整合層のみを設けた場合であって、前述のようにλ／２では整合層が無いに等しいので、この場合もインピーダンス整合がとれず、比帯域幅は１５．０４％であり帯域特性が悪くなっている。図５は、パターン▲２▼の場合の送波電圧感度の周波数特性を示しており、図４と同様に帯域幅は狭い。
【００２３】
パターン▲３▼は、λ／２の厚みの整合層とλ／４の厚みの整合層を設けた場合であって、本発明の上記実施形態において、使用周波数として２ｆを用いる場合に対応している。この場合は、既述のようにλ／２は無視でき、λ／４の整合層によってほぼインピーダンス整合が確保されるため、比帯域幅は３０．６７％となって、パターン▲１▼，▲２▼に比べて帯域は大幅に（約２倍）広くなる。図６は、パターン▲３▼の場合の送波電圧感度の周波数特性を示しており、図４や図５と比較すると帯域幅が著しく拡大しているのがわかる。
【００２４】
パターン▲４▼は、λ／４の厚みの整合層のみを設けた場合であって、図１５に示した従来例に対応するものである。この場合は、λ／４の奇数倍というインピーダンス整合条件にそのまま該当するから、当然広帯域化が可能であり、比帯域幅も５０．７６％と最も高くなっている。図７は、パターン▲４▼の場合の送波電圧感度の周波数特性を示しており、図６よりもさらに帯域幅が拡大している。ただし、このパターン▲４▼は１周波だけを用いる場合には効果が大きいが、２周波を用いる場合は、他方の周波数においてインピーダンス整合がとれなくなることは既に述べたとおりである。
【００２５】
パターン▲５▼は、λ／４の厚みの整合層とλ／８の厚みの整合層を設けた場合であって、本発明の上記実施形態において、使用周波数として基本振動周波数ｆを用いる場合に対応している。この場合は、既述のように、λ／８に関してはインピーダンスの整合条件を満たさないが、λ／４が整合条件を満たすため、全体としてほぼ良好なインピーダンス整合が得られ、比帯域幅は２９．９７％となって、パターン▲３▼の場合に近い特性となる。図８は、パターン▲５▼の場合の送波電圧感度の周波数特性を示している。
【００２６】
パターン▲６▼は、λ／８の厚みの整合層のみを設けた場合であって、先に挙げた特許第２９３７１５３号公報に記載の従来例に対応するものである。この場合は、既述のように基本共振周波数ｆでは整合がとれないので、整合状態にあるパターン▲４▼の場合に比べると帯域特性が格段に悪くなり、比帯域幅は２０．９７％まで低下する。これは、パターン▲３▼，▲５▼の場合に比べてもかなり低い。図９は、パターン▲６▼の場合の送波電圧感度の周波数特性を示しており、帯域が狭くなっているのがわかる。
【００２７】
パターン▲３▼とパターン▲５▼から明らかなように、λ／４の整合層とλ／８の整合層とを２層に設けることで、共振周波数としてｆ，２ｆの２周波を用いる場合に、いずれの周波数においても３０％程度の比帯域幅を得ることができ、従来では不可能であった２周波での広帯域化が可能となる。
【００２８】
図１０は、本発明の他の実施形態に係る超音波振動子の構造を示している。ここでは、図１の構成に加えて、第３の音響インピーダンス整合層４が設けられており、この整合層４の厚みはλ／１６に選定されている。本実施形態は、使用周波数として基本共振周波数ｆと、２倍の共振周波数２ｆと、４倍の共振周波数４ｆの３周波を用いる例である。
【００２９】
図１０の超音波振動子Ａにおいて、基本共振周波数ｆ（波長λ1）を使用する場合は、λ1に対して音響インピーダンス整合層２の厚みはλ1／４であり、音響インピーダンス整合層３の厚みはλ1／８であり、音響インピーダンス整合層４の厚みはλ1／１６となる。すなわち、整合層２はλ／４の奇数倍という条件を満たし、整合層３，４はこの条件を満たさないが、図１の場合と同様に、整合層２が前記条件を満たしていることから、ある程度のインピーダンス整合が確保される。
【００３０】
次に、２倍の共振周波数２ｆ（波長λ2）を使用する場合は、λ2に対する音響インピーダンス整合層２の厚みは、λ1／４のλ1を２λ2で置き換えて２λ2／４＝λ2／２となり、λ2に対する音響インピーダンス整合層３の厚みは、λ1／８のλ1を同様に２λ2で置き換えて２λ2／８＝λ2／４となり、λ2に対する音響インピーダンス整合層４の厚みは、λ1／１６のλ1を同様に２λ2で置き換えて２λ2／１６＝λ2／８となる。すなわち、整合層３については、λ／４の奇数倍という条件が満たされている。また、整合層２については、前述のとおりλ／２という値は整合層が無いに等しいので、無視することができる。また、整合層４については条件を満たさないが、整合層３によって整合の条件が満たされるため、全体としてある程度のインピーダンス整合を確保することができる。
【００３１】
次に、４倍の共振周波数４ｆ（波長λ4）を使用する場合は、λ4に対する音響インピーダンス整合層２の厚みは、λ1／４のλ1を４λ4で置き換えて４λ4／４＝λ4となり、λ4に対する音響インピーダンス整合層３の厚みは、λ1／８のλ1を同様に４λ4で置き換えて４λ4／８＝λ4／２となり、λ4に対する音響インピーダンス整合層４の厚みは、λ1／１６のλ1を同様に４λ4で置き換えて４λ4／１６＝λ4／４となる。すなわち、整合層４については、λ／４の奇数倍という条件が満たされている。また、整合層２と整合層３については、それぞれの厚みλ4とλ4／２は無いに等しいことから、全体としては整合層４によって良好なインピーダンス整合を確保することができる。
【００３２】
図１１は、本発明の他の実施形態に係る超音波振動子の構造を示している。ここでは、図１０の構成に加えて、さらに第４の音響インピーダンス整合層５が設けられており、この整合層５の厚みはλ／３２に選定されている。本実施形態は、使用周波数として基本共振周波数ｆと、２倍の共振周波数２ｆと、４倍の共振周波数４ｆと、８倍の共振周波数８ｆの４周波を用いる例である。この場合も、図１０と同様の原理に従い、インピーダンス整合の改善を図ることができる。
【００３３】
以上のようにして、基本共振周波数ｆと、その２ｎ倍の共振周波数２ｎ・ｆ（ｎ＝１，２，３，…，ｍ）を用いる場合は、ｍ＋１層の音響インピーダンス整合層を設け、各整合層の厚みをそれぞれ、λ1／４，λ2／４，λ4／４，…に選定することで、どの周波数に対してもλ／４の条件を満たす整合層が必ず存在することになるから、これによって相応のインピーダンス整合を確保することができる。なお、整合層の厚みは、λ1／４，λ2／４，λ4／４，…に限らず、これらの奇数倍であればよい。
【００３４】
図１２は、インピーダンス整合をとるための使用周波数と整合層の厚みとの関係を示したものである。１層，２層，…とあるのは、振動子本体１に近い側から並べた整合層の順番であり、１層は整合層２、２層は整合層３、３層は整合層４、４層は整合層５に相当する。
【００３５】
使用周波数がｆ（基本共振周波数）のみである場合は、整合層は１層（整合層２）だけでよく、厚みはλ／４となる。
【００３６】
使用周波数がｆと２ｆの２周波の場合は、整合層は１層（整合層２）と２層（整合層３）を設け、ｆに対して１層をλ／４、２層をλ／８の厚みにする。このとき、２ｆに対しては１層はλ／２、２層はλ／４の厚みとなる。
【００３７】
使用周波数がｆと２ｆと４ｆの３周波の場合は、整合層は１層（整合層２）と２層（整合層３）と３層（整合層４）を設け（図１０参照）、ｆに対して１層をλ／４、２層をλ／８、３層をλ／１６の厚みにする。このとき、２ｆに対しては１層はλ／２、２層はλ／４、３層はλ／８の厚みとなる。また、４ｆに対しては１層はλ、２層はλ／２、３層はλ／４の厚みとなる。
【００３８】
使用周波数がｆと２ｆと４ｆと８ｆの４周波の場合は、整合層は１層（整合層２）と２層（整合層３）と３層（整合層４）と４層（整合層５）を設け（図１１参照）、ｆに対して１層をλ／４、２層をλ／８、３層をλ／１６、４層をλ／３２の厚みにする。このとき、２ｆに対しては１層はλ／２、２層はλ／４、３層はλ／８、４層はλ／１６の厚みとなる。また、４ｆに対しては１層はλ、２層はλ／２、３層はλ／４、４層はλ／８の厚みとなる。また、８ｆに対しては１層は２λ、２層はλ、３層はλ／２、４層はλ／４の厚みとなる。
【００３９】
以上の例では、使用周波数が、基本共振周波数ｆと、その２ｎ倍の共振周波数２ｆ，４ｆ，８ｆ，…であったが、これらに加えてｆの奇数倍の共振周波数を併用することもできる。簡単のために、ｆ，２ｆ，３ｆの３周波を用いる場合を例に挙げる。図１３は、この場合の周波数と整合層の厚みとの関係を示したものである。ｆと２ｆについては、図１２の場合と同じ結果となる。また、３ｆについては、図１２と同様の原理で計算して、１層が３λ／４、２層が３λ／８となる。ここで、３λ／４はλ／４の奇数倍であり、３λ／８はλ／８の奇数倍であるから、３ｆに関してはｆと同じ条件となり、１層を基本共振周波数ｆの波長λに対してλ／４の厚みに設計しておけば、３ｆを使う場合でも、整合層は１層と２層の２つを設けるだけでよい。５ｆや７ｆを用いる場合も同様である。
【００４０】
すなわち、振動子の共振周波数が、基本共振周波数ｆと、その２ｎ倍の共振周波数２ｎ・ｆ（ｎ＝１，２，３，…，ｍ）と、ｆの奇数倍の共振周波数（２Ｎ＋１）・ｆ（Ｎは自然数）とを含む場合は、ｆの奇数倍の共振周波数に対応した整合層は不要であるため、音響インピーダンス整合層は、基本共振周波数ｆおよびその２ｎ倍の共振周波数を用いる場合と同じｍ＋１層の整合層を含んだものとなる。
【００４１】
また、たとえばｆ，２ｆ，４ｆに加えて６ｆの共振周波数を用いる場合は、６ｆは２ｆの奇数倍であるから、２ｆに対応する整合層によって６ｆに対する音響インピーダンス整合が得られ、６ｆ用の整合層を設ける必要はない。これに対して、２ｆを用いずに、ｆと４ｆに加えて６ｆを用いる場合は、６ｆはｆおよび４ｆの奇数倍ではないので、６ｆ用の整合層（厚みλ6／４）を設ける必要がある。すなわち、基本共振周波数ｆと、その２ｎ倍の共振周波数に加えて、ｆの２ｎ倍で表わせない偶数倍の共振周波数を用いる場合は、その共振周波数が２ｎ倍の共振周波数のいずれかに対して奇数倍の関係にあれば、整合層を追加する必要はなく、２ｎ倍の共振周波数のいずれに対しても奇数倍の関係になければ、整合層を追加する必要がある。したがって、ｆの２ｎ倍で表わせない偶数倍の共振周波数の数がｐであれば、ｍ＋１層の整合層に加えて、ｐ層を上限とする整合層が設けられることになる。
【００４２】
図１４は、本発明の他の実施形態に係る超音波振動子Ｂを示している。超音波振動子Ｂは、円板型の振動子本体６と、整合層７，８とを備えている。整合層７，８は、図１の整合層２，３に対応しており、それぞれλ／４，λ／８の厚みの整合層からなる。ｙは超音波の放射方向を表している。このような円板型の超音波振動子Ｂは、図のα，βの寸法で２つの共振周波数が決まるため、専ら２周波用の振動子として用いられるが、ランジュバン型の超音波振動子Ａと同様に、λ／４とλ／８の整合層によりインピーダンス整合がとれ、広帯域化を実現することができる。
【００４３】
以上の実施形態においては、魚群探知機に用いられる超音波振動子を例に挙げたが、本発明は、この他にも超音波診断装置などに用いられる超音波振動子にも適用することができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、λ／４の整合層とλ／８の整合層とを設けたことにより、基本共振周波数とその偶数倍の共振周波数を使用する場合であっても、それぞれの周波数について音響インピーダンスの整合をとることができ、これによって広帯域化を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波振動子の構造を示す図である。
【図２】送波電圧感度の比帯域幅のシミュレーション結果である。
【図３】送波電圧感度と比帯域幅を説明する図である。
【図４】パターン▲１▼の送波電圧感度の周波数特性である。
【図５】パターン▲２▼の送波電圧感度の周波数特性である。
【図６】パターン▲３▼の送波電圧感度の周波数特性である。
【図７】パターン▲４▼の送波電圧感度の周波数特性である。
【図８】パターン▲５▼の送波電圧感度の周波数特性である。
【図９】パターン▲６▼の送波電圧感度の周波数特性である。
【図１０】他の実施形態に係る超音波振動子の構造を示す図である。
【図１１】他の実施形態に係る超音波振動子の構造を示す図である。
【図１２】使用周波数と整合層の厚みとの関係を示した図である。
【図１３】使用周波数と整合層の厚みとの関係の他の例を示した図である。
【図１４】他の実施形態に係る超音波振動子の構造を示す図である。
【図１５】従来の超音波振動子の一例を示す図である。
【符号の説明】
１    振動子本体
１ａ  ヘッドマス
１ｂ  テールマス
１ｃ  圧電素子
２〜５  音響インピーダンス整合層
６    振動子本体
７，８  音響インピーダンス整合層
Ａ，Ｂ  超音波振動子
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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